OPTIMASI NILAI KALOR PEMBAKARAN BIOBRIKET … · Telah dilakukan penelitian optimasi nilai kalor pembakaran biobriket campuran batubara dengan tempurung kelapa . Tempurung kelapa
Post on 02-Mar-2019
231 Views
Preview:
Transcript
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
i
OPTIMASI NILAI KALOR PEMBAKARAN BIOBRIKET
CAMPURAN BATUBARA DENGAN
ARANG TEMPURUNG KELAPA
Disusun oleh :
Sari M0206062
DRAF SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian
persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains Fisika
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
Juli, 2011
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ii
HALAMAN PENGESAHAN
Skripsi ini dibimbing oleh :
Dipertahankan di depan Tim Penguji Skripsi pada :
Hari : Selasa
Tanggal : 26 Juli 2011
Anggota Tim Penguji :
1. Drs. Suharyana M.Sc
NIP. 19611217198903 1003 (...................................)
2. Budi Legowo S.Si., M.Si
NIP. 19730510199903 1 002 (...................................)
Disahkan oleh
Jurusan Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sebelas Maret Surakarta
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iii
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “ OPTIMASI
NILAI KALOR PEMBAKARAN BIOBRIKET CAMPURAN
BATUBARA DENGAN ARANG TEMPURUNG KELAPA” belum
pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan
sepanjang pengetahuan saya juga belum pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang
lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini disebutkan dalam daftar
pustaka.
Surakarta, Juli 2011
SARI
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iv
MOTTO
” Maka sesungguhnya bersama kesulitan ada kemudahan. Sesungguhnya bersama kesulitan ada kemudahan ”
(Qs. Al-Insyiroh: 5-6)
” Barangsiapa yang berjuang, sesungguhnya ia berjuang untuk dirinya sendiri, sesungguhnya Alloh maha kaya dari alam semesta”
(Qs. Al-Ankabut: 6)
“ Semangatlah untuk meraih apa yang memberimu manfaat, mintalah pertolongan kepada Alloh, dan janganlah merasa lemah ”
(HR. Muslim)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
v
PERSEMBAHAN
Karya ini kupersembahkan kepada
Bapak-ku Sarno dan Ibu-ku Samijem tercinta
My Older Sister Sarmini dan Martini
Pembaca on The Future
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vi
OPTIMASI NILAI KALOR PEMBAKARAN BIOBRIKET CAMPURAN
BATUBARA DENGAN ARANG TEMPURUNG KELAPA
SARI
Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Sebelas Maret Surakarta
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian optimasi nilai kalor pembakaran biobriket
campuran batubara dengan tempurung kelapa . Tempurung kelapa yang melimpah dan
belum termanfaatkan secara optimal sehingga hanya menjadi permasalahan
lingkungan dan batubara sub bituminous yang memiliki nilai kalor pembakaran rendah
dalam penelitian ini dimanfaatkan untuk bahan pembuatan biobriket. Biobriket yang
dihasilkan dapat meningkatkan kualitas tempurung kelapa dan batubara sub
bituminous yang biasanya hanya langsung dibakar sebagai bahan bakar. Penelitian
tahap pertama dilakukan pembuatan biobriket dengan mencampurkan semua bahan
yang mempunyai komposisi campuran batubara dengan arang tempurung kelapa
antara lain; (10%:90%); (20%:80%); (30%:70%); (40%:60%) dan (50%:50%). Nilai
kalor pembakaran dan kadar air ditentukan menggunakan kalorimeter bom dan oven
secara berurutan. Kadar abu dan kadar zat terbang ditentukan menggunakan furnace.
Sementara inu kadar karbon terikat dihitung dari kadar air, kadar abu, dan kadar zat
terbang. Didapatkan rasio campuran antara batubara 10% dan arang tempurung kelapa
90% sebagai biobriket dengan nilai kalor pembakaran paling optimum. Nilai kalor
pembakaran yang dihasilkan (6,13±0,01)103Cal/gr, merupakan yang paling tinggi
diantara komposisi yang lain. Kadar air paling rendah yaitu (7,6±0,1)%, kadar abu
paling rendah (3,2±0,1)%, kadar karbon terikat paling tinggi 28,1% dan kadar zat
terbang paling rendah (0,61±0,06)102%.
Kata kunci : biobriket, batubara, tempurung kelapa, nilai kalor pembakaran, kadar air,
kadar abu, kadar zat terbang, kadar karbon terikat
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vii
THE OPTIMATION OF BIOBRIQUETTE CALORIVIC VALUE FROM
COAL WITH COCONUT SHELL CHARCOAL MIXTURES
SARI
Physics Department, Science Faculty, Sebelas Maret University
ABSTRACT
It has been done a research to determine the optimation of biobriquette
calorivic value from coal with coconut shell charcoal mixtures. Coconut shell are
abundant and only become enviromental problems, sub bituminous coal has a low
calorific value used for manufacture of biobriquette. Biobriquette produced can
improve the quality of coconut shell and sub bituminous coal is direcly burned as fuel.
The first step made biobriquette by pulverizing those mixture with composition of coal
mixed with coconut shell charcoal, (10%:90%); (20%:80%); (30%:70%); (40%:60%);
and (50%:50%). The calorivic value and total moisture content were determined using
a bomb calorimeter and a oven respectively. The ash content and volatile matter
content was measured using a furnace. Mean while the fixed carbon content was
calculated from the total moisture content, ash content and volatile matter content. The
most optimum of calorivic value biobriquette are mixture of 10% coal and 90%
coconut shell. The highest calorivic value is (6.13±0.01)103 Cal/gr, the lowest total
moisture content is (7.6±0.1)%, The lowest ash content is (3,2±0,1)%, the highest
fixed carbon is 28.1% and the lowest volatile matter is (0.61±0.06)102%.
Keywords : biobriquette, coal, coconut shell choarcoal, calorivic value, total moisture
content, ash content, volatil matter content, fixed carbon content
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
viii
KATA PENGANTAR
Alahamdulillahirobbil’Alamin. Segala puji syukur penulis panjatkan kepada
Alloh Azza wa Jala yang telah memberikan banyak rizki dan kasih sayang. Sholawat
serta salam semoga tetap terlimpah kepada junjungan kita nabi agung Muhammad
SAW, sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir dengan judul ”
OPTIMASI NILAI KALOR PEMBAKARAN BIOBRIKET CAMPURAN
BATUBARA DENGAN ARANG TEMPURUNG KELAPA ”. Laporan tugas akhir
ini diajukan sebagai persyaratan memperoleh gelar Sarjana Sains dalam bidang Fisika
pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret
Surakarta.
Tugas ini dapat penulis selesaikan berkat bantuan dari berbagai pihak, baik
tenaga, waktu maupun pikiran, karena ini tidak berlebihan jika pada kesempatan ini
penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada :
1. Bapak Ahmad Marzuki, S.Si.,Ph.D selaku Ketua Jurusan Fisika FMIPA UNS
terimakasih telah memberikan kesempatan untuk mengikuti ujian skripsi pada
bulan juli 2011.
2. Bapak Drs Harjana, M.Si, Ph.D, selaku pembimbing tugas akhir, atas
kesabaran dalam membimbing meski penulis sering lupa, serta melengkapi
perjalanan hidup penulis.
3. Bapak Ir. Ari Handono Ramelan, M.S.c, Ph.D, selaku pembimbing kedua tugas
akhir atas kesediannya meluangkan waktu dalam membimbing, membantu, dan
memberi saran serta masukan-masukan yang membangun kepada penulis.
4. Ibu Utari, M.Si, selaku pembimbing akademis, atas semua waktu, saran,
perhatian, dan semagat sangat berarti bagi penulis.
5. Bapak Drs. Suharyana M.Sc dan Bapak Budi Legowo S.Si.,M.Si selaku
penguji tugas akhir, atas masukan dan kerelaan waktu yang diberikan untuk
menguji.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ix
6. Kedua orang tuaku tercinta ibu Samijem dan bp Sarno, mbak Sarmini, mbak
Martini dan Kristy Handayani tersayang, yang selalu mendoakan dan
memberikan dukungan dalam segala hal.
7. Kak Budi Hartono yang telah membantu dalam uji analisis sampel skripsi.
8. Keluarga besar Fisika 2006 semoga ukhuwah di antara kita senantiasa terjalin
dan tetap kompak selalu.
9. Teman-teman luar biasa, Fajri, Dwi Lestiana, Herlina, dan Ryanti yang
senantiasa mendo’akan dan banyak membantu dalam penyelesaian tugas akhir
ini.
10. Sumaryanti, Widi, Fika Maghfiroh, dan Ani yang telah meminjamkan
laptopnya untuk pengerjaan draft laporan skripsi.
11. Hendri FT yang telah membantu membuatkan alat cetakan biobriket untuk
penelitian ini.
12. Semua teman-teman seperjuangan di FOSHREMA (Forum Shilaturohim
Remaja Muslim Jumapolo), terimakasih atas do’a dan dukungannya.
13. Semua pihak yang tidak bisa disebutkan namanya satu persatu.
Atas dukungan dan doa yang diberikan, semoga Allah Yang Maha
Melapangkan yang memberikan balasan jerih payah dan pengorbanan yang telah
diberikan dengan balasan yang lebih baik. Amin
Kekurangan dan kesalahan dalam penulisan bukanlah unsur kesengajaan, oleh
karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran untuk menyempurnakan. Namun
demikian, penulis berharap semoga ada manfaat dengan apa yang telah terjalani dan
tertulis
Penulis
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
x
DAFTAR ISI Halaman
HALAMAN JUDUL...................................................................................... i
HALAMAN PENGESAHAN........................................................................ ii
HALAMAN PERNYATAAN ........................................................................ iii
MOTTO ........................................................................ ................................. iv
PERSEMBAHAN .......................................................................................... v
HALAMAN ABSTRAK................................................................................. vi
HALAMAN ABSTRACT............................................................................. vii
KATA PENGANTAR................................................................................... viii
DARTAR ISI ................................................................................................. x
DAFTAR TABEL......................................................................................... . xiii
DAFTAR GAMBAR..................................................................................... xiv
DAFTAR SIMBOL ....................................................................................... xv
DAFTAR LAMPIRAN................................................................................... xvi
BAB I PENDAHULUAN............................................................................... 1
I.1. Latar Belakang Masalah ............................................................................ 1
I.2. Perumusan Masalah................................................................................... 3
I.3. Tujuan Penelitian ...................................................................................... 3
I.4. Manfaat Penelitian .................................................................................... 4
I.5. sistematika Penulisan……………………………………………………. 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA....................................................................... 6
II.1. Bahan Bakar dan Pembakaran.................................................................... 6
II.1.1. Bahan Bakar ................................................................................ 6
II.1.2. Pembakaran…. ……………………………………………… 6
II.2. Analisis Bahan Bakar Padat ..……......................................................... 7
II.2.1. Kadar Kalor .................................................................................. 7
II.2.1.1. Suhu dan Kesetimbangan Thermal….……………………… 7
II.2.1.2. Konsep Kalor………………………………………………… 8
II.2.1.3. Kapasitas Panas……………………………………………… 8
II.2.1.4. Jenis-Jenis proses Thermodinamik………………………….. 9
II.2.1.5. Kalorimetri dan Asas Black…………………………………. 10
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xi
II.2.1.6. Prinsip dari alat kalorimeter bom merk LECO AC500 ........... 12
II.2.2. Kadar Air ..........................…………………………………….. 15
II.2.3. Kadar Abu ...................………………………………………. 15
II.2.4. Bahan yang mudah menguap/zat terbang ......................…….. 16
II.2.5. Kadar Karbon Terikat……………………………………………… 16
II.3. Bahan Baku………………………………………………………………. 16
II.3.1. Batubara………………………………………………………… 16
II.3.1.1. Klasifikasi…………………………………………………… 16
II.3.1.2. Briket Batubara………………………………………………… 17
II.3.1.3. Manfaat Briket Batubara………………………………………. 18
II.3.1.4. Keunggulan Briket Batubara………………………………….. 18
II.3.2. Biomassa………………………………………………………… 19
II.3.2.1. Tempurung Kelapa…………………………………………….. 20
BAB III METODOLOGI PENELITIAN........................................................ 21
III.1. Tempat dan Waktu Penelitian................................................................... 21
III.2. Peralatan Penelitian……...................................................................... 22
III.3. Bahan Penelitian....................................................................................... 22
III.4. Prosedur dan Pengambilan Data................................................................ 23
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ................................. 34
VI.1. Analisa Nilai Kalor Pembakaran .......................................................... 34
VI.2. Analisa Kadar Air ...................................................................... 36
VI.3. Hubungan Nilai Kalor Pembakaran dengan Kadar Air................................. 37
VI.4. Analisa Kadar Abu ............................................................................... 38
VI.5. Hubungan Nilai Kalor Pembakaran dengan Kadar Abu ................................ 39
VI.6. Analisa Kadar Zat Terbang .................................................................... 39
VI.7. Analisa Kadar Karbon Terikat ............................................................... 40
VI.8. Hubungan Nilai Kalor Pembakaran dengan Kadar Zat Terbang dan Kadar
Karbon Terikat ............................................................................................... 41
BAB V SIMPULAN DAN SARAN................................................................ 42
V.1. Simpulan ................................................................................................. 42
V.2. Saran...................................................................................................... . 42
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xii
DAFTAR PUSTAKA..................................................................................... 43
LAMPIRAN – LAMPIRAN
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xiii
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1. Syarat mutu briket batubara tanpa karbonisasi .......................................... 16
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xiv
DAFTAR GAMBAR Halaman
Gambar 2.1. Kesetimbangan thermal benda A dan B ………………………. 7
Gambar 2.2. Bagan kalorimeter .......................................................................... 11
Gambar 2.3. Sketsa kalorimeter bom merk LECO AC 500 ……………………… 12
Gambar 3.1. Alat Pengepres ............................................................................. 22
Gambar 3.2. Kalorimeter Bom merk LECO AC500 ........................................ 23
Gambar 3.3. Skema Penelitian ................................................................................. 24
Gambar 3.4. Tombol pada analytic balance merk Sartorius ............................. 28
Gambar 3.5. Penempelan benang pada sampel batubara ................................... 28
Gambar 3.6. Pengisian gas oksigen pada vessel kalorimeter bom ...................... 29
Gambar 4.1. Grafik analisis waktu pada saat pengujian sampel……………….. 36
Gambar 4.2. Grafik antara nilai kalor pembakaran (Cal/gr) dan % komposisi
batubara dalam bioriket ................................................................................... 36
Gambar 4.3. Grafik antara kadar air (%) dan % komposisi batubara dalam
bioriket .......................................................................................................... 37
Gambar 4.4. Grafik antara kadar abu (%) dan % komposisi batubara dalam
bioriket ............................................................................................................ 39
Gambar 4.5. Grafik antara kadar zat terbang (%) dan % komposisi campuran
biobriket ........................................................................................................ 40
Gambar 4.6. Grafik antara kadar karbon terikat dan % komposisi campuran biobriket
……………………………………………………………………………… 41
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xv
DAFTAR SIMBOL
No. Simbol Keterangan
1. A volume HCl 0,1 mol/ liter yang digunakan untuk titrasi cairan
didalam vessel kalorimeter bom hasil analisis (ml)
2. B volume Ba(OH)2 0,05 mol/ liter yang digunakan untuk titrasi
cairan didalam vessel kalorimeter bom hasil analisis (ml)
3. e1 nilai kalor benang atau kawat
4. e2 nilai koreksi kalor asam sulfat (H2SO4)
5. e3 nilai koreksi kalor asam nitrat (HNO3)
6. m massa (gr)
7. Q nilai kalor (Cal/gr)
8. C kapasitas panas (Cal/0C),
9. ΔT selisih temperatur (0C)
10. W1 massa crusible (gr)
11. W2 massa crusible+biobriket sebelum pemanasan (gr)
12. W3 massa crusible+biobriket setelah pemanasan (gr)
13. TM Total Moisture (kadar air)
14. AC Ash Content (kadar abu)
15. VM Volatile Matter (kadar zat terbang)
16. FC Fixed Carbon (kadar karbon terikat)
17. CV Calorivic Value (Nilai kalor pembakaran)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
BAB I
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang Masalah
Di Indonesia memiliki cadangan batubara lebih dari 58,8 milyar ton,
tersebar dibeberapa wilayah khususnya di tiga wilayah yaitu di Kalimantan,
Sumatra dan Sulawesi. Namun hanya sekitar 40% (28 juta ton pertahun) yang
sudah termanfaatkan untuk keperluan pembangkit listrik dan sebagai bahan bakar
primer penggunaannya lebih kecil lagi yaitu hanya sekitar 15% dari total energi
nasional (Rajimah, 2009).
Salah satu sumber energi terpenting terutama untuk negara berkembang
adalah biomassa. Biomassa merupakan bahan energi organik yang berasal dari
alam termasuk didalamnya tumbuhan dan hewan. Biomassa juga mengacu pada
sampah yang dapat diurai melalui proses biologi (biodegradable waste). Bahan
organik yang diproses melalui proses geologi seperti batubara dan minyak tidak
digolongkan kedalam kelompok biomassa. Dibandingkan dengan bahan bakar
lain, biomassa memiliki densitas yang rendah sehingga menyebabkan densitas
energi yang rendah pula. Disamping itu, dari karakteristik densitas yang rendah
dan berdebu dari biomassa juga menyebabkan masalah dalam transportasi,
penanganan, penyimpanan dan pembakaran langsung. Salah satu teknologi yang
menjanjikan adalah proses pembriketan (Suyitno, dkk., 2005).
Tempurung kelapa adalah salah satu sumber energi alternatif yang dapat
diperbaharui yang selama ini belum termanfaatkan secara optimal. Indonesia
merupakan salah satu negara penghasil buah kelapa yang cukup melimpah.
Produksi buah kelapa di Indonesia rat-rata 15,5 milyar butir/ tahun atau setara
dengan 0,75 juta ton tempurung. Kelapa mempunyai nilai dan peran yang penting
baik ditinjau dari aspek ekonomi maupun sosial budaya. Pemanfaatan buah kelapa
umumnya hanya daging buahnya saja untuk dijadikan kopra, minyak dan santan
untuk keperluan rumah tangga, sedangkan hasil sampingan lainnya seperti
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
2
tempurung kelapa belum begitu banyak dimanfaatkan. Bobot tempurung kelapa
mencapai 12% dari bobot buah kelapa. Potensi produksi tempurung kelapa yang
demikian besar tersebut belum dimanfaatkan sepenuhnya untuk kegiatan produktif
yang dapat meningkatkan nilai tambah, sekaligus meningkatkan kesejahteraan
masyarakat petani kelapa (Anonim, 2005).
Biomassa merupakan bahan-bahan sisa hasil pertanian yang masih
memiliki sumber energi. Sisa-sisa hasil pertanian tersebut merupakan sampah,
sehingga diperlukan suatu ide untuk menguranginya dari pertanian dan
memanfaatkannya sebagai sumber energi alternatif yang ramah lingkungan.
Bahan sisa hasil pertanian seperti tempurung kelapa dan serbuk kayu sebenarnya
bisa langsung digunakan sebagai bahan bakar namun biasanya bahan bakar
tersebut memiliki kalor pembakaran yang rendah dan kadar air yang tinggi, selain
itu juga ada permasalahan terkait pengangkutan yang sulit.
Biobriket dapat didefinisikan sebagai bahan bakar padat dari batubara
dengan biomassa. Ketika proses pembriketan menggunakan tekanan tertentu, agar
partikel-partikel pada batubara dan material biomassa pada biobriket dapat
menyatu satu sama lain. Sehingga campuran dua material tersebut tidak terpisah-
pisah selama pengangutan dan pembakaran. Selama pembakaran, biomassa akan
mempermudah pembakaran jika dibandingkan dengan batubara yang mempunyai
titik nyala rendah. Jika persentase biomassa pada biobriket memiliki titik nyala
lebih rendah dibandingkan dengan persentase bahan lain, ini berarti kadar volatile
matter pada biomassa rendah. Selain itu, titik nyala pada bahan bakar juga
dipengaruhi oleh beberapa hal, seperti kandungan sulfur pada bahan biobriket
(Wilaipon, 2008).
Beberapa penelitian mengenai biobriket telah banyak dilakukan dengan
bahan penyusun yang beraneka ragam. Dasar awal dalam penelitian ini adalah
Bayuseno (2008) yang meneliti pengaruh sifat fisik dan struktur mineral batubara
lokal terhadap sifat pembakaran, hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa
kualitas batubara lokal yang ada di Indonesia tergolong dalam batubara kualitas
rendah dan perlu penelitian lanjutan dalam meningkatkan kualitas batubara agar
bisa kompetitif dengan produk batubara impor. May (2008) meneliti karakteristik
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
3
pembakaran briket batubara, hasil dari penelitian tersebut adalah pengurangan
massa briket batubara dengan kadar air yang tinggi lebih lambat daripada briket
batubara yang memiliki kadar air rendah. Sulistyanto (2006) meneliti karakteristik
pembakaran biobriket campuran batubara dan sabut kelapa. Penelitian tersebut
menghasilkan biobriket dengan karakteristik terbaik untuk kebutuhan sehari-hari
yaitu biobriket dengan komposisi batubara 10% : biomassa 90% karena lebih
cepat terbakar. Untuk kebutuhan industri dengan komposisi batubara 30% :
biomassa 70% karena dapat mencapai temperatur tertinggi. Subroto (2006)
meneliti karakteristik pembakaran biobriket campuran batubara, ampas tebu dan
jerami. Dengan hasil komposisi biobriket terbaik yang dapat digunakan untuk
kebutuhan sehari-hari adalah komposisi batubara 10% : biomassa 90% karena
lebih cepat terbakar dan temperatur yang dicapai dapat optimal.
Pada penelitian di sini dibuat biobriket dari campuran batubara dengan
arang tempurung kelapa. Batubara yang digunakan adalah batubara yang
berkualitas rendah yaitu batubara sub bituminous yang masih belum banyak
termanfaatkan untuk energi. Limbah tempurung kelapa yang melimpah di
Indonesia digunakan untuk campuran pembuatan biobriket. Selain itu dengan
maksud untuk mengurangi jumlah batubara yang digunakan, karena batubara
termasuk bahan bakar fosil yang tidak dapat diperbaharui.
I.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah di atas, dibuat rumusan masalah
dalam penelitian ini adalah:
1. Berapa rasio campuran antara batubara dengan tempurung kelapa yang
mempunyai nilai kalor pembakaran paling optimum dalam pembuatan
biobriket?
2. Berapa nilai kalor pembakaran, kadar abu, kadar air, kadar zat terbang,
dan kadar karbon terikat pada setiap sampel biobriket yang dibuat?
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
4
I.3 Tujuan Penelitian
Adapun untuk tujuan dari Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :
1. Menentukan rasio campuran antara batubara dengan arang tempurung
kelapa yang mempunyai nilai kalor pembakaran paling optimum dalam
pembuatan biobriket.
2. Mengetahui nilai kalor pembakaran, kadar abu, kadar air, kadar zat
terbang, dan kadar karbon terikat pada setiap sampel biobriket yang
dibuat.
I.4 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah memberikan informasi kepada
masyarakat mengenai manfaat lain dari batubara dan tempurung kelapa untuk
dimanfaatkan sebagai biobriket serta pengaruh dari rasio campuran batubara dan
tempurung kelapa terhadap kualitas biobriket yang dihasilkan.
I.5 Sistematika Penulisan
Penulisan laporan Tugas Akhir (TA) ini mengikuti sistematika penulisan
sebagai berikut;
BAB I . Pendahuluan
Bab ini berisi latar belakang Tugas Akhir (TA), tujuan, manfaat
pelaksanaan Tugas Akhir (TA), perumusan masalah, dan terdapat pula sistematika
penulisan laporan.
BAB II . Tinjauan Pustaka
Bab ini berisi tentang beberapa teori yang mendukung mengenai bahan
bakar dan pembakaran, analisis bahan bakar padat yang meliputi kadar kalor,
kadar (total moisture), kadar abu (ash content), bahan yang mudah menguap/ zat
terbang (volatil matter), fixed carbon, bahan baku yang meliputi batubara,
biomassa, dan tempurung kelapa.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
5
BAB III. Metodologi Penelitian
Dalam bab ini membahas tentang tempat dan waktu pelaksanaan
penelitian, peralatan dan bahan yang digunakan pada penelitian serta prosedur dan
pengambilan data penelitian.
BAB IV. Pembahasan
Bab ini berisi tentang pembahasan hasil dan analisa dari Tugas Akhir (TA)
yang disesuaikan berdasarkan tujuan dari penulisan Tugas Akhir (TA) ini.
BAB V . Penutup
Pada bab ini memuat beberapa kesimpulan dan saran dari seluruh uraian
yang telah dibuat pada bab-bab sebelumnya.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
6
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
II.1 Bahan Bakar dan Pembakaran
II.1.1 Bahan Bakar
Ditinjau dari segi teknis dan ekonomi, bahan bakar diartikan sebagai bahan
yang apabila dibakar dapat meneruskan proses pembakaran tersebut dengan
sendirinya, disertai dengan pengeluaran kalor. Bahan bakar dibakar dengan tujuan
untuk mendapatkan kalor yang dapat digunakan secara langsung maupun tidak
langsung. Contoh penggunaan kalor secara langsung antara lain : untuk memasak
di dapur-dapur rumah tangga, instalasi pemanas. Sedangkan contoh penggunaan
kalor secara tidak langsung antara lain : kalor diubah manjadi energi mekanik
misalnya pada motor, kalor diubah menjadi energi listrik misalkan pada
pembangkit listrik tenaga diesel dsb.
Bahan bakar konvensional ditinjau dari keadaannya dan wujudnya dapat
berupa gas, padat dan cair. Sedangkan ditinjau dari cara terjadinya dapat alamiah
dan non alamiah. Termasuk bahan bakar padat alamiah antara lain: antrasit,
batubara bitumen, lignit, kayu, sisa tumbuhan. Termasuk bahan bakar padat non
alamiah antara lain: kokas, semi kokas, arang briket, bahan bakar nuklir.
II.1.2 Pembakaran
Pembakaran adalah reaksi kimia yang cepat antara oksigen dan bahan
yang dapat terbakar, disertai dengan timbulnya cahaya dan menghasilkan kalor.
Pembakaran spontan adalah pembakaran dimana bahan mengalami oksidasi
perlahan-lahan sehingga kalor yang dihasilkan tidak dilepaskan, akan tetapi
dipakai untuk menaikkan suhu bahan secara pelan-pelan sampai mencapai suhu
nyala. Pembakaran sempurna adalah pembakaran dimana semua konstituen yang
dapat terbakar didalam bahan bakar membentuk gas CO2, H2O dan SO2 sehingga
tak ada lagi bahan yang dapat terbakar tersisa (Anonim, 2006).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
7
II.2 Analisis Bahan Bakar Padat
II.2.1 Nilai Kalor Pembakaran
II.2.1.1 Suhu dan Kesetimbangan Thermal
Konsep suhu temperatur berakar dari ide kualitatif panas dan dingin yang
berdasarkan pada indera sentuhan kita. Suatu benda yang terasa panas umumnya
memiliki suhu yang lebih tinggi daripada benda serupa yang dingin. Untuk
mengukur suhu sebuah benda, sentuhkan termometer dengan benda tersebut. Jika
kita ingin mendapatkan suhu secangkir kopi panas, masukkan termometer
kedalam kopi; saat keduanya berinteraksi, termometer menjadi lebih panas dan
kopi sedikit menjadi lebih dingin. Setelah termometer mencapai nilai tunaknya,
baca suhunya. Sistem telah mencapai kondisi kesetimbangan, dimana interaksi
antara termometer dan kopi tidak menyebabkan perubahan lebih jauh pada sistem.
Kita menyebut keadaan ini sebagai kesetimbangan thermal (thermal equilibrium).
Pada dasarnya, dua benda dikatakan berada dalam keseimbangan termal,
jika setelah bersentuhan, kedua benda tersebut mencapai suhu yang sama.
Misalnya terdapat 2 benda, sebut saja benda A dan benda B. Pada mulanya benda
A memiliki suhu tinggi (benda A panas) sedangkan benda B memiliki suhu
rendah (Benda B dingin). Setelah bersentuhan cukup lama, kedua benda tersebut
mencapai suhu yang sama. Dalam hal ini, benda A dan benda B dikatakan berada
dalam keseimbangan termal (Halliday dan Resnick, 1991).
Gambar 2.1. Kesetimbangan thermal benda A dan B
(Halliday dan Resnick, 1991)
Benda A
Benda B
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
8
II.2.1.2 Konsep Kalor
Istilah kalor dipergunakan untuk menyatakan energi yang berpindah.
Aliran kalor terjadi karena adanya perbedaan suhu, dan kalor mengalir dari suatu
tempat yang suhunya tinggi ke tempat lain yang suhunya rendah. Kalor diberi
simbol Q.
Suatu sistem yang tidak terisolasi akan menyerap kalor dari lingkungannya
jika suhu sistem lebih rendah dari suhu lingkungan, dan sebaliknya sistem akan
melepaskan kalor ke lingkungannya jika suhu sistem lebih tinggi dari suhu
lingkungan. Sebagai konvensi, kalor pada sistem berharga positif apabila sistem
menyerap kalor dari lingkungan, dan berharga negatif apabila sistem melepas
kalor ke lingkungannya (Mulyatno, dkk., 1992).
II.2.1.3 Kapasitas Panas
Satuan dari kapasitas panas berdasarkan perubahan suhu pada bahan
tertentu antara lain adalah Kalori (disingkat kal) didefinisikan sebagai jumlah
panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu satu gram air dari 14,5 0C menjadi
15,5 0C. Kilokalori (kkal), setara dengan 1000 kal, juga digunakan; nilai kalori
makanan umumnya adalah kilokalori. Satuan yang berkaitan dengan panas yang
menggunakan derajat Farenheit dan satuan Inggris adalah Btu, atau British
thermal unit (satuan termal Inggris). Satu Btu adalah jumlah panas yang
diperlukan untuk menaikkan suhu satu pound (berat) air 1 0F dari 63 0F menjadi
64 0F.
Panas adalah energi yang berpindah, maka harus ada hubungan pasti
antara satuan kuantitas panas dan satuan energi mekanik, misalnya joule, seperti
terlihat dibawah ini.
1 kal = 4,186 J
1 kkal = 1000 kal = 4186 J
1 Btu = 778 ft.lb = 252 kal = 1055 J
Kalori bukanlah satuan dasar SI. Komite Internasional Bobot dan Pengukuran
merekomendasikan penggunaan Joule sebagai satuan dasar energi dalam semua
bentuk, termasuk panas.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
9
Kapasitas panas diberi simbol Q. Ketika dihubungkan dengan perubahan
suhu yang sangat kecil dT, kita menyebutnya dQ. Kapasitas panas Q yang
dibutuhkan untuk menaikkan suhu suatu massa m dari bahan tertentu dari T1
menjadi T2 kira-kira setara dengan perubahan suhu ∆T= T2 - T1. Kapasitas panas
juga berbanding lurus dengan massa bahan m. Saat memanaskan air untuk
membuat teh, dibutuhkan dua kali panas lebih banyak untuk dua cangkir,
dibandingkan untuk satu cangkir dengan interval suhu yang sama. Kapasitas panas
yang dibutuhkan tergantung pada sifat alami bahan, untuk menaikkan suhu 1 kg
air sebesar 1 0C diperlukan panas 4190 J, tapi hanya diperlukan 910 J untuk
menaikkan suhu 1 kg aluminium sebesar 1 0C. Dengan menyatukan seluruh
hubungan tersebut, diperoleh:
Q = mc ∆T (2.1)
Dimana Q adalah panas yang dibutuhkan untuk perubahan suhu pada massa m,
nilai c berbeda untuk setiap bahan yang berlainan, dan disebut sebagai kapasitas
panas spesifik (spesific heat capasity) atau terkadang disebut panas spesifik bahan
tersebut. Kapasitas panas spesifik air adalah sekitar 4190 J/kg.K, 1 kal/g. 0C, atau
1 Btu/lb. 0F (Young, 2002).
II.2.1.4 Jenis-jenis Proses Termodinamik
a). Proses Adiabatik
Sebuah proses adiabatik (adiabatic process) didefinisikan sebagai proses
tanpa perpindahan panas yang masuk atau keluar dari sistem : Q=0. Kita dapat
mencegah panas mengalir, baik dengan membungkus sistem dengan bahan
isolator termal, maupun dengan melakukan proses secara sangat cepat sehingga
tidak ada waktu cukup untuk terjadinya aliran panas. Dari hukum pertama
thermodinamika kita temukan bahwa untuk setiap proses adiabatik
U2-U1 = ∆U = -W (proses adiabatik) (2.2)
Ketika sistem berekspansi secara adiabatik, W adalah positif (sistem melakukan
kerja terhadap lingkungannya), maka ∆U adalah negatif dan energi dalam
berkurang. Ketika sistem dikompresi secara adiabatik, W adalah negatif (kerja
dilakukan terhadap sistem oleh lingkungan) dan U meningkat. Pada banyak (tapi
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
10
tidak seluruhnya) sistem kenaikan energi dalam terjadi bersamaan dengan
kenaikan suhu.
Penekanan kompresi pada mesin pembakaran-dalam adalah sebuah
pendekatan proses adiabatik. Suhu naik ketika campuran udara-bensin dalam
silinder dikompresi. Ekspansi bensin yang terbakar selama tekanan daya juga
merupakan sebuah pendekatan proses ekspansi adiabatik dengan penurunan suhu.
b). Proses isokhorik
Sebuah proses isokhorik (isochoric process) adalah proses volume
konstan. Ketika volume suatu sitem termodinamik konstan, sistem tidak
melakukan kerja pada lingkungannya. Maka W = 0, dan
U2-U1 = ∆U = Q (proses isokhorik) (2.3)
c). Proses isobarik
Sebuah proses isobarik (isobaric process) adalah proses tekanan konstan.
Secara umum, tidak satupun dari ketiga kuantitas ∆U, Q, dan W adalah nol pada
proses isobarik, tapi menghitung W adalah sangat mudah.
W = p(V2 –V1) (proses isobarik) (2.4)
d). Proses isotermal
Sebuah proses isotermal (isothermal process) adalah proses suhu konstan.
Agar proses menjadi isotermal, setiap aliran panas yang masuk atau keluar sistem
harus berlangsung dengan cukup lambat sehingga kesetimbangan termal terjaga.
Secara umum, tidak satupun kuantitas ∆U, Q, dan W adalah nol pada proses
isothermal (Young, 2002).
II.2.1.5 Kalorimetri dan Asas Black
Apabila pada kondisi adiabatis dicampurkan 2 macam zat yang suhunya
mula-mula berbeda, maka pada saat tercapai kesetimbangan, banyaknya kalor
yang dilepas oleh zat yang suhunya mula-mula tinggi sama dengan banyaknya
kalor yang diserap oleh zat yang suhu mula-mulanya rendah. Pernyataan ini
dikenal sebagai asas Black. Menurut asas Black berlaku :
Q lepas = Q isap (2.5)
Atau,
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
11
( ) ( )222'
111 ' TTcmTTcm -=- (2.6)
Dimana c1 dan c2 menyatakan kalor jenis zat 1 dan zat 2.
Apabila diketahui harga kalor jenis sutu zat, maka dapat ditentukan harga
kalor jenis zat yang lain berdasarkan asas Black. Prinsip pengukuran seperti ini
disebut kalorimetri. Alat pengukur kalor jenis zat berdasarkan prinsip kalorimetri
disebut kalorimeter. Bagan dari kalorimeter ditunjukkan oleh gambar berikut :
Gambar 2.2. Bagan kalorimeter (Halliday dan Resnick, 1991)
Tabung bagian dalam kalorimeter terbuat dari logam (biasanya alumunium
atau tembaga) dan sudah diketahui kalor jenisnya. Tabung tersebut diisi air hingga
penuh, logam yang akan diukur panas jenisnya dipanaskan dulu dan kemudian
dimasukkan ke dalam kalorimeter (Mulyatno, dkk., 1992).
Kalorimetri berarti mengukur panas, prinsip dasarnya adalah sangat
sederhana, ketika aliran panas terjadi antara dua benda yang terisolasi dari
lingkungannya, jumlah panas yang hilang dari satu benda harus setara dengan
jumlah yang diperoleh benda lainnya. Panas adalah energi yang berpindah, jadi
prinsip ini sebetulnya merupakan prinsip kekekalan energi. Kita mengambil
kuantitas panas yang ditambahkan pada suatu benda sebagai positif dan setiap
kuantitas yang meninggalkan benda sebagai negatif. Ketika sejumlah benda
pengaduk
T1
T2
Air
Termometer
Logam
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
12
berinteraksi, jumlah aljabar dari setiap kuantitas panas yang dipindahkan pada
semua benda harus sama dengan nol (Young, 2002).
II.2.1.6 Prinsip dari alat kalorimeter bom merk LECO AC500
Kalorimeter bom otomatis merk LECO AC500 merupakan suatu alat untuk
mengukur kandungan kalor dari berbagai material organik seperti batubara,
batuan , dan bahan bakar minyak. Nilai kalor suatu sampel ditentukan oleh
pembakaran pada suatu lingkungan yang terkontrol. Kalor yang dilepaskan
sebanding dengan nilai kalor dari sampel yang diuji.
Berikut adalah gambar sketsa dari alat kalorimeter bom :
Gambar 2.3. Sketsa kalorimeter bom merk LECO AC 500
stirrer
elektroda
benang
Cawan kalor
Vessel
Water jacket
termometer
kawat
Sampel
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
13
Di dalam kalorimeter bom otomatis merk LECO AC500 terdiri dari bejana
(combustion vessel). Vessel ini berfungsi untuk mereaksikan sampel yang akan
dianalisis. Vessel dibenamkan kedalam air pada water jacket, didalam kalorimeter
bom dilengkapi dengan stirrer kipas pengaduk dan thermometer elektronik.
Temperatur dari air diukur dengan thermometer elektronik. Selama analisis,
kecepatan kipas pengaduk diatur untuk meratakan temperatur sistem sehingga
dapat mengendalikan temperatur air didalam water jacket. Water jacket berisi air
yang digunakan untuk perpindahan kalor yang dapat diukur dengan melihat
perubahan temperatur (ΔT).
Sampel yang akan dianalisis nilai kalor totalnya ditimbang dengan
menggunakan alat analytic balance merk Sartorius. Massa sampel 1 gram
diletakkan di dalam cawan khusus untuk kalorimeter bom, kemudian dimasukkan
kedalam vessel. Setelah itu vessel ditutup dan diisi dengan gas Oksigen, dimana
gas Oksigen ini berfungsi untuk membantu proses pembakaran, gas Oksigen diisi
sampai pada tekanan antara 28 bar s/d 30 bar. Syarat terjadinya pembakaran
adalah ada titik api yang bersumber dari arus listrik, bahan bakar dan Oksigen.
Pada vessel terdapat kawat yang dihubungkan dengan sumber arus listrik untuk
membakar sampel. Dua kawat elektroda dihubungkan dengan menggunakan
kawat, kemudian dari kawat tersebut dipasang sehelai benang, dimana benang
tersebut berfungsi sebagai sumbu pembakaran yang bersumber dari arus listrik
sehingga sampel dapat terbakar. Pemasangan benang harus mengenai sampel
batubara, jika benang tidak mengenai sampel maka sampel batubara tersebut tidak
akan terbakar. Selain itu benang juga tidak boleh menempel body / bagian dari
cawan, jika menempel maka analisa tidak dapat berjalan karena sumber arus
listrik tidak langsung membakar sampel.
Temperatur sebelum proses pembakaran adalah sebagai temperatur awal
(T1), dan temperatur setelah sampel habis terbakar dicatat sebagai temperatur
akhir (T2). Sehingga ΔT adalah selisih dari temperatur akhir dengan temperatur
awal. ΔT ini sudah tercatat nilainya oleh thermometer elektronik, sehingga
hasilnya akan muncul di komputer.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
14
Setelah sampel sudah terbakar maka temperatur dan kalor di dalam vessel
kalorimeter bom sangat tinggi. Sehingga kalor akan mengalir dari dalam vessel
menuju air di dalam water jacket yang temperaturnya lebih rendah dari temperatur
vessel. Aliran kalor akan terhenti setelah temperatur dari vessel dengan air
didalam water jacket mencapai temperatur yang sama, sehingga dapat mencapai
kesetimbangan thermal. Dan kalor yang dilepaskan oleh vessel adalah sama
dengan kalor yang diterima oleh air didalam water jacket.
Metode perhitungan nilai kalor menggunakan BS 1016 Part 105 : 1992 pada
volume konstan. Volume konstan ini merujuk pada volume wadah yang tidak
berubah selama reaksi atau analisis berlangsung. Hal ini dapat dilihat bahwa
wadah tersebut konstan utuh setelah proses analisis selesai dilakukan. Perhitungan
nilai kalor suatu sampel dengan menggunakan bom kalorimeter dapat dihitung
dari kenaikan temperatur air di dalam vessel kalorimeter bom (ΔT) dan kapasitas
panas (C) dari sistem. Penentuan ini juga dipengaruhi oleh nilai kalor benang (e1),
nilai kalor asam sulfat H2SO4 (e2), nilai kalor asam nitrat HNO3 (e3), serta berat
sampel. Nilai kalor total dihitung dengan menggunakan rumus :
)/(].[ 321 grCal
m
eeeTCQ
---D= ...............................................................(2.7)
Keterangan :
Q = Nilai kalor sampel ( Calorific Value) (Cal/gr)
C = kapasitas panas dari vessel bom kalorieter (Cal/ 0C)
m = massa sampel batubara (gr)
ΔT= selisih temperatur (T2-T1), dimana T1 adalah temperatur air didalam water
jacket sebelum sampel terbakar dan T2 adalah temperatur setelah sampel habis
terbakar
e1 = Nilai kalor benang = (berat benang (gr) x nilai kalor benang) (Cal/ gr)
e2 = Nilai koreksi kalor asam sulfat = [(A+B-20) x 15,1 : 4,187 (Cal), dengan B
adalah volume Ba(OH)2 0,05 mol/ liter yang digunakan untuk titrasi cairan
didalam vessel kalorimeter bom hasil analisis dan A adalah volume HCl 0,1 mol/
liter yang digunakan untuk titrasi cairan didalam vessel kalorimeter bom hasil
analisis. Nilai 20 merupakan volume Na2CO3 0,05 mol/ liter yang ditambahkan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
15
pada hasil titrasi, nilai 15,1 merupakan jumlah kalor tiap ml dari asam sulfat
dalam satuan joule yaitu 15,1 J/ ml dan nilai 4,187 merupakan konversi dari
satuan joule ke satuan Cal, dimana 1 Cal= 4,187 joule.
e3 = Nilai koreksi kalor asam nitrat = [(20-A) x 6,0 ] : 4,187 (Cal), dengan nilai
6,0 adalah jumlah kalor tiap ml dari asam nitrat dalam satuan joule yaitu 6,0 J/ ml
(British Standard, 1996)
II.2.2 Kadar Air
Air yang terdapat dalam bahan bakar padat dapat berupa:
a. Kandungan air internal atau air kristal, yaitu air yang terikat secara
kimiawi.
b. Kandungan air eksternal atau air bawaan, yaitu air yang menempel pada
permukaan bahan dan terikat secara fisis atau mekanis.
Penentuan kadar air dilakukan dengan menempatkan sampel yang dihaluskan
dalam crus yang terbuka, kemudian dipanaskan dalam oven pada suhu 105oC.
Sampel kemudian didinginkan dan hingga suhu kamar dan ditimbang lagi.
Kehilangan massa merupakan kadar airnya.
II.2.3 Kadar Abu
Abu yang terdapat pada bahan bakar padat adalah mineral yang tidak dapat
terbakar yang tertinggal setelah proses pembakaran dan perubahan-perubahan
serta reaksi-reaksi yang menyertainya selesai. Didalam dapur atau generator gas,
abu dapt meleleh pada suhu tinggi, menghasilkan massa yang disebut dngan slag.
Sifat kandungan abu dapat ditandai oleh perubahan-perubahan yang terjadi saat
suhunay naik. Jika suhu diberi lambang t, maka : t1 adalah suhu pada saat abu
mulai deformasi, t2 adalah suhu pada saat abu mulai lunak dan t3 adalah suhu pada
saat abu mulai mencair. Jika t3<1300oC maka abu bertitik leleh rendah, jika
1300oC<t3<1425oC maka abu bertitik leleh sedang, jika t3> 1425oC maka abu
bertitik leleh tinggi.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
16
II.2.4 Bahan yang mudah menguap/zat terbang
Bahan yang mudah menguap antara lain berupa metan, hidrokarbon,
hidrogen, karbonmonoksida, dan gas-gas yang tidak mudah terbakar seperti
karbondioksida dan nitrogen. Bahan yang mudah menguap merupakan indeks dari
kandungan bahan bakar bentuk gas.
II.2.5 Kadar Karbon Terikat
Kadar Karbon Terikat merupakan bahan bakar padat yang tertinggal dalam
tungku setelah bahan yang mudah menguap di destilasi. Kandungan utamanya
adalah karbon tetapi juga mengandung hidrogen, oksigen, sufur dan nitrogen yang
tidak terbaw gas. Kadar Karbon Terikat memberikan perkiraan kasar terhadap
nilai kalor. Kadar Karbon Terikat dihitung dari pengurangan nilai 100 dengan
kadar air, bahan mudah menguap dan abu (Anonim, 2006).
II.3 Bahan Baku
II.3.1 Batubara
Batubara (coal) adalah sumber energi fosil yang paling banyak kita miliki
di dunia ini. Batubara sendiri merupakan campuran yang sangat kompleks dari zat
kimia organik yang mengandung karbon, oksigen, dan hidrogen dalam sebuah
rantai karbon serta sedikit nitrogen dan sulfur. Pada campuran ini juga terdapat
kandungan air dan mineral.
Pembentukan batubara. Kondisi yang baik pada proses pembentukan
batubara adalah lingkungan yang berawa dangkal. Kondisi tersebut terdapat pada
cekungan sedimen yang terbentuk sepanjang pantai, daerah delta dan danau.
Batubara terbentuk oleh adanya perubahan secara fisik dan kimia yang
dipengaruhi oleh bakteri pengurai, tekanan, temperatur, serta waktu.
II.3.1.1 Klasifikasi
Klasifikasi batubara didasarkan pada derajat dan kualitas adalah sebagai berikut:
a. Gambut
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
17
Golongan ini sebenarnya belum termasuk jenis batubara, tapi merupakan
bahan bakar. Hal ini disebabkan karena masih merupakan fase awal dari proses
pembentukan batubara. Endapan ini masih memperlihatkan sifat asal dari bahan
dasarnya (tumbuh-tumbuhan).
b. Lignit
Golongan ini sudah memperlihatkan proses selanjutnya berupa struktur
kekar dan gejala pelapisan. Apabila dikeringkan maka gas dan airnya akan keluar.
Endapan ini bisa dimanfaatkan secara terbatas untuk kepentingan yang bersifat
sederhana, karena panas yang dikeluarkan sangat rendah.
c. Sub-Bituminous
Golongan ini memperlihatkan ciri-ciri tertentu yaitu warna yang kehitam-
hitaman dan sudah mengandung lilin. Ciri lain adalah sisa bagian tumbuh-
tumbuhan tinggal sedikit dan berlapis. Endapan ini dapat digunakan untuk
pemanfaatan pembakaran yang cukup dengan temperatur rendah. Nilai CV
(Calorific Value) antara 3000- 6300 cal/gr
d. Bituminous
Golongan ini dicirikan dengan sifat-sifat yang padat, hitam, rapuh (brittle)
dengan membentuk bongkah-bongkah prismatik. Berlapis dan tidak mengeluarkan
gas dan air bila dikeringkan. Endapan ini dapat digunakan antara lain untuk
kepentingan transportasi dan jenis industri kecil. Nilai CV antara 6300 – 7300
cal/gr.
e. Antrasite
Merupakam kelas batubara yang tinggi, warna hitam sangat mengkilap, keras, dan
kompak. Nilai CV lebih dari 7300 cal/gr.
II.3.1.2 Briket Batubara
Briket batubara adalah bahan bakar padat dengan bentuk dan ukuran
tertentu yang tersususn dari butiran batubara halus yang telah mengalami proses
pemampatan dengan daya tekan tertentu agar bahan bakar tersebut lebih mudah
ditangani dan menghasilkan nilai tambah dalam pemanfaatannya. Beberapa dasar
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
18
pemikiran mengapa briket perlu mendapat perhatian yang serius dalam
pengembangan diversifikasi energi di Indonesia antara lain:
1. Semakin menipisnya cadangan miyak bumi.
2. Potensi dan kualitas batubara cukup tersedia dan dapat menghasilkan briket
yang mempunyai persyaratan.
3. Tersedianya teknologi sederhana yang memungkinkan batubara dapat
dibentuk menjadi briket.
4. Dapat menggantikan penggunaan kayu bakar yang meningkat konsumsinya
dan berpotensi merusak ekologi hutan.
II.3.1.3 Manfaat briket batubara:
1. Pemasok bahan bakar yang potensial dan dapat dihandalkan untuk rumah
tangga dan industri kecil.
2. Sumber daya energi yang mampu menyuplai dalam jangka panjang.
3. Pengganti BBM/kayu bakar dalam industri kecil dan rumah tangga.
4. Merupakan tempat penyerapan tenaga kerja yang cukup berarti baik di
pabrik briketnya, distributor industri tungku, dan mesin briket dan
sebagainya.
5. Merupakan bahan bakar yang harganya terjangkau bagi masyarakat pada
daerah-daerah terpencil.
II.3.1.4 Keunggulan Briket batubara:
1. Mempunyai suhu pembakaran yang tetap dalam jangka waktu yang cukup
panjang.
2. Tidak beresiko meledak.
3. Tidak mengeluarkan bising dan berjelaga.
4. Sedikit menimbulkan asap dan tidak berbau pada saat pembakaran.
5. Mempunyai kekuatan tertentu sehingga tidak mudah pecah pada waktu
diangkat dan dipindah-pindahkan.
Namun demikian briket memiliki keterbatasan yaitu waktu penyalaan awal
memakan waktu yang cukup lama sehingga diperlukan sedikit bahan pemantik
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
19
sebagai penyalaan awal. Briket batubara juga memiliki faktor kesulitan yaitu
bahwa sekali briket batubara dibakar maka harus digunakan sampai habis karena
ia sulit dipadamkan atau dihidupkan kembali. Briket batubar hanya efisien jika
digunakan sebagai bahan bakar industri-industri kecil, menengah maupun besar
(Rajimah, 2009).
Tabel 2.1. Syarat mutu briket batubara tanpa karbonisasi (Surat Keputusan
Direktur Jenderal Pertambangan Umum, 1993)
No. Parameter Uji Persyaratan
1. Kadar kalor (Calorivic Value) > 4000 Cal/gr
2. Kadar air (Total moisture) < 20%
3. Kadar abu (Ash content) 14% - 20%
4. Zat terbang (Volatil mater) Tergantung bahannya
II.3.2 Biomassa
Biomassa adalah bahan organik yang dihasilkan melalui proses
fotosintesis baik berupa produk maupun buangan. Contoh biomassa antara lain
adalah tanaman, pepohonan rumput, limbah pertanian, limbah hutan, tinja dan
kotoran ternak. Selain digunakan untuk tujuan primer serat, bahan pangan, pakan
ternak, minyak nabati, bahan bangunan, dan sebagainya. Biomassa juga
digunakan sebagai sumber energi (bahan bakar). Yang digunakan adalah bahan
bakar biomassa yang nilai ekonomisnya rendah atau merupakan limbah setelah
diambil produk primernya.
Energi biomassa dapat menjadi sumber energi alternatif pengganti bahan
bakar fosil (minyak bumi) karena beberapa sifatnya yang menguntungkan yaitu,
dapat dimanfaatkan secara lestari karena sifatnya yang dapat diperbaharui, relatif
tidak mengandung unsur sulfur sehingga tidak menyebabkan polusi udara dan
juga dapat meningkatkan efisiensi pemanfaatan sumber daya hutan dan pertanian.
Potensi biomassa di Indonesia adalah cukup tinggi. Dengan hutan tropis
Indonesia yang sangat luas, setiap tahun diperkirakan terdapat limbah kayu
sebanyak 25 juta ton yang terbuang dan belum dimanfaatkan. Demikian juga
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
20
dengan tempurung kelapa yang merupakan limbah pertanian dan perkebunan yang
memiliki potensi yang besar sekali (Suyitno, dkk., 2005).
II.3.3 Tempurung Kelapa
Tanaman kelapa (Cocos nucifera L) disebut juga tanaman serbaguna,
karena dari akar sampai ke daun kelapa bermanfaat. Buah kelapa terdiri dari
beberapa komponen yaitu sabut kelapa, tempurung kelapa, daging buah kelapa,
dan air buah kelapa. Daging buah adalah komponen utama yang dapat diolah
menjadi berbagai produk bernilai ekonomi tinggi. Sedangkan air, tempurung dan
sabut sebagai hasil samping (by product) dari buah kelapa juga dapat diolah
menjadi berbagai produk yang niali ekonominya tidak kalah dengan daging buah.
Tempurung kelapa merupakan salah satu bagian dari buah kelapa dengan
persentase 17% dari buah kelapa yang berumur 12 bulan. Dapat diamati bahwa
tempurung kelapa memiliki jumlah yang melimpah dan mudah diperoleh di pasar-
pasar tradisional bahkan banyak yang menjadi limbah. Jika limbah tidak diolah
dan dibiarkan menumpuk atau dibakar dapat menimbulkan hal yang negatif
terhadap lingkungan. Salah satu usaha adalah memanfaatkan limbah menjadi
produk yang memiliki nilai tambah dengan teknologi aplikasi dan kerakyatan
(Supenos, 2005).
Tempurung kelapa merupakan lapisan keras dari buah kelapa yang terdiri
dari lignin, selulosa, metoksil dan berbagai mineral. Kandungan bahan-bahan
tersebut beragam sesuai dengan jenis kelapanya. Struktur yang keras disebabkan
oleh silikat (SiO2) yang cukup tinggi kadarnya pada tempurung. Berat tempurung
sekitar 15-19 % dari berat keseluruhan buah kelapa (Hasbullah, 2001).
Berat dan tebal tempurung kelapa sangat ditentukan oleh jenis tanaman
kelapa. Kelapa Dalam mempunyai tempurung yang lebih berat dan tebal dari
tempurung kelapa Hibrida dan kelapa Genjah. Tempurung beratnya sekitar 15-
19% bobot buah kelapa dengan ketebalan 3-5 mm. Komposisi kimia tempurung
terdiri atas ; Selulosa 26,60%, Pentosan 27,70%, Lignin 29,4%, Abu 0,60%,
Solvent ekstraktif 4,20%, Uronat anhidrat 3,50%, Nitrogen 0,11%, dan air 8,00%
(Ibnusantoso dalam Mahmud, Zainal dan Ferry, Y., 2001).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
21
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
III.1 Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian dilaksanakan selama 3 bulan dari bulan September 2010 sampai
November 2010. Tempat : Laboratorium Pusat FMIPA Universitas Sebelas Maret
Surakarta.
III.2 Peralatan Penelitian
Pada penelitian ini digunakan peralatan sebagai berikut:
1. Media cetak biobriket berbentuk silinder dengan ukuran diameter 1,5 cm dan
tinggi 1,75 cm.
2. Alat pengepress biobriket yang mempunyai kekuatan tekan 10 ton.
Gambar 3.1. Alat Pengepres
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
22
3. Seperangkat peralatan kalorimeter bom merk LECO AC500
Gambar 3.2 Kalorimeter Bom merk LECO AC500
4. Nobertherm furnace controller S 27, made in Germany
5. Oven
6. Timbangan analitik merk Ohauss
7. Neraca AX-GENEXSUS dengan ketelitian 0.1g
8. Stopwatch/ timer
9. Baskom
III.3 Bahan Penelitian
Pada penelitian ini digunakan bahan sebagai berikut:
1. Batubara kualitas rendah (Sub bituminous)
Batubara jenis ini apabila dikeringkan maka gas dan airnya akan keluar.
Endapan ini bisa dimanfaatkan secara terbatas untuk kepentingan yang bersifat
sederhana, karena panas yang dikeluarkan sangat rendah. Batubara yang
digunakan pada penelitian ini berasal dari PT.Bukit Asam (Persero) Tbk unit
pelabuhan Tarahan Bandar Lampung.
2. Tempurung kelapa yang berasal dari limbah pertanian di sekitar daerah
Karanganyar
3. Bahan perekat yaitu tepung pati kanji
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
23
III.4 Prosedur dan Pengambilan Data
Prosedur kerja dalam penelitian ini dideskripsikan dalam skema seperti
pada berikut:
Gambar 3.3. Skema Penelitian
Mulai
Pencampuran bahan baku (batubara, arang tempurung kelapa, pati kanji)
Pengarangan tempurung kelapa
Pembuatan serbuk batubara
Pembuatan bahan perekat
Pencetakan
Pengepressan
Analisa Data
Kesimpulan
Penyiapan bahan baku
Pembuatan biobriket
Uji karakteristik biobriket : -Uji nilai kalor pembakaran -Uji kadar air Uji kadar abu -Uji kadar zat terbang -Uji kadar karbon terikat
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
24
Penjelasan Skema diagram di atas :
1. Penyiapan bahan baku
Tahapan ini meliputi :
a. Pengarangan tempurung kelapa
Tempurung kelapa yang digunakan adalah tempurung kelapa yang sudah tua
karena mempunyai kadar air yang lebih rendah daripada tempurung kelapa muda.
Sebelum digunakan untuk pengarangan, tempurung kelapa dibersihkan dari
kotoran lalu dikeringkan dengan cara dijemur dibawah sinar matahari atau
diangin-anginkan, hal ini bertujuan untuk mengurangi kadar air yang terkandung
didalam tempurung kelapa sehingga mempermudah dan mempercepat proses
pengarangan.
Proses pengarangan dengan cara sederhana yaitu tempurung kelapa yang
sudah dipotong-potong menjadi kecil dimasukkan ke dalam sebuah wadah yang
diberi beberapa lubang untuk aliran udara dan dibakar dengan Oksigen minimum.
b. Pembuatan serbuk batubara
Batubara yang digunakan untuk penelitian adalah batubara kualitas rendah
(sub bituminous). Batubara tersebut digerus hingga mendapatkan serbuk batubara
kemudian diayak. Proses pengayakan dengan menggunakan ayakan biasa, tidak
menggunakan ayakan mesh karena ukuran mesh dari bahan biobriket pada
penelitian ini tidak diukur parameternya dan dianggap homogen.
c. Penyiapan bahan perekat bahan perekat
Bahan perekat yang digunakan adalah tepung pati kanji, tepung pati kanji
dilarutkan ke dalam air dingin kemudian larutan pati kanji tersebut dimasukkan
kedalam air yang mendidih. Lalu diaduk hingga pati kanji menjadi transparan dan
lengket. Rasio penggunaan tepung kanji dengan air adalah 1 bagian massa pati
kanji dan 16 bagian massa air.
2. Pembuatan biobriket
a. Pencampuran bahan baku
Batubara, arang tempurung kelapa dicampurkan hingga rata dengan rasio
10%:90%; 20%:80%; 30%:70%; 40%:60%; dan 50%:50% serta perekat berupa
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
25
pati kanji. Selain itu juga menyiapkan untuk sampel yang berbahan batubara tanpa
campuran dan berbahan tempurung kelapa tanpa campuran.
b. Pencetakan
Bahan baku yang telah tercampur rata dimasukkan kedalam cetakan yang
berbentuk silinder dengan ukuran diameter 1,5 cm dan tinggi 1,75 cm.
c. Pengepressan
Bahan baku yang telah dimasukkan kedalam cetakan kemudian ditekan
dengan menggunakan alat pengepress dan didiamkan selama 10 menit. Setelah itu
biobriket dikeluarkan dari cetakan dan dikeringkan ditempat yang tidak terkena
sinar matahari secara langsung.
3. Uji Karakteristik biobriket
Tahap ini bertujuan untuk menguji dan menganalisa karakteristik dasar dari
biobriket yang dihasilkan. Karakteristik dasar itu antara lain nilai kalor, nilai kadar
air, nilai kadar abu, kadar zat terbang, dan karbon terikat.
a. Uji nilai kalor pembakaran
Peralatan yang digunakan :
a). Seperangkat peralatan kalorimeter bom merk LECO AC500
b). Timbangan analitik merk Sartorius
Bahan :
a). Sampel biobriket campuran 10% batubara dengan 90% arang tempurung
kelapa
b). Sampel biobriket campuran 20% batubara dengan 80% arang tempurung
kelapa
c). Sampel biobriket campuran 30% batubara dengan 70% arang tempurung
kelapa
d). Sampel biobriket campuran 40% batubara dengan 60% arang tempurung
kelapa
e). Sampel biobriket campuran 50% batubara dengan 50% arang tempurung
kelapa
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
26
f). Sampel briket batubara
g). Sampel biobriket tempurung kelapa
Sebelum dilakukan pengujian sampel, dilakukan standarisasi dari bom
kalorimeter untuk mengetahui kondisi alat apakah masih baik atau tidak. Sampel
yang digunakan adalah Asam Benzoat standar yang sudah diketahui nilai
kalornya. Nilai kapasitas panas didapat dari standarisasi kalorimeter bom dengan
menggunakan sampel Asam Benzoat.
Digunakan rumus C= ( )
T
eeQbmb
D++ 31.
.........................................................(3.1)
dengan
C = kapasitas panas (Cal/0C),
mb = massa Asam Benzoat (gram),
Qb = nilai kalor Asam Benzoat (Cal/gram)
e1 = koreksi kalor kawat
e3 =koreksi kalor HNO3
ΔT= selisih temperatur (0C)
Analisa nilai kalor pembakaran biobriket pada penelitian ini menggunakan
metode BS 1016 part 105 tahun 1992.
a) Menghidupkan komputer dan membuka program AC500.
b) Menimbang massa biobriket dengan menggunakan timbangan analitik.
c) Menempatkan biobriket pada cawan kalor di dalam vessel kalorimeter
bom.
d) Menulis jenis sampel yang digunakan pada tabel name.
e) Menekan tombol print pada analytic balance, sehingga massa sampel
masuk pada tabel mass.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
27
Gambar 3.4. Tombol pada analytic balance merk Sartorius
f) Menghubungkan dua elektroda pada kalorimeter bom dengan
menggunakan kawat dan memasang sehelai benang pada kawat tersebut.
g) Menghubungkan benang dengan sampel biobriket.
Gambar 3.5. Penempelan benang pada sampel batubara
h) Mengisi 10 ml aquades kedalam vessel kalorimeter bom.
i) Menutup vessel kalorimeter bom, lalu mengalirkan oksigen.
Seperti terlihat pada gambar berikut :
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
28
Gambar 3.6. Pengisian gas oksigen pada vessel kalorimeter bom
j) Memasukkan vessel bom kalorimeter ke dalam water jacket yang
terdapat pada kalorimeter bom merk LECO AC500 dan menutupnya.
k) Meletakkan cursor komputer pada tabel analysis date kemudian klik F5
untuk menganalisis nilai kalor.
l) Setelah analisa selesai, membuka penutup kalorimeter bom merk LECO
AC500 dan mengeluarkan vessel kalorimeter bom.
m) Memutar penutup gas yang ada di dalam vessel kalorimeter bom dan
membiarkan gas hasil pembakaran keluar dari vessel kalorimeter bom.
n) Memanaskan air tersebut sampai hangat untuk menghilangkan
Karbondioksida, kemudian titrasi dengan larutan Ba(OH)2 0,05 mol/liter
dengan menggunakan 2 tetes larutan indikator Phenolphtalein (Nilai B,
ml) hingga terjadi satu kali perubahan warna, untuk koreksi e2.
o) Hasil titrasi ditambahkan 20 ml larutan Na2CO3 0,05 mol/ liter, endapan
yang terbentuk disaring.
p) Hasil saringan dititrasi dengan larutan HCl 0,1 mol/ liter dengan
menggunakan 2 tetes larutan indikator Screened Methyl Orange (Nilai
A, ml) hingga terjadi dua kali perubahan warna, untuk koreksi e2 dan e3.
q) Setiap sampel diulangi sebanyak 5x.
r) Perhitungan Hasil Pengujian
Metode British Standar 1016; part 105; 1992
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
29
1. Koreksi kalor benang = berat benang (gr) x nilai kalor (Cal/
gr)...............e1
2. Koreksi Kalor H2SO4 = [(A+B-20) x 15,1 : 4,187
(Cal)............................e2
3. Koreksi Kalor HNO3 = [(20-A) x 6,0 : 4,187
(Cal)]................................e3
Rumus nilai Kalor:
)/(].[ 321 grCal
m
eeeTCQ
---D= ………………………………..(3.2)
Dengan Q = nilai kalor per gram (Cal/gr)
C = kapasitas panas (Cal/0C) △T = perubahan suhu (0C)
m = massa sampel (gr)
e1 = Nilai koreksi kalor benang
e2 = nilai koreksi kalor H2SO4
e3 = nilai koreksi kalor HNO3
b. Uji kadar air
Peralatan yang digunakan :
a). Oven
b). Crusible
c). Timbangan analitik merk Ohauss
Bahan :
a). Sampel biobriket campuran 10% batubara dengan 90% arang tempurung
kelapa
b). Sampel biobriket campuran 20% batubara dengan 80% arang tempurung
kelapa
c). Sampel biobriket campuran 30% batubara dengan 70% arang tempurung
kelapa
d). Sampel biobriket campuran 40% batubara dengan 60% arang tempurung
kelapa
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
30
e). Sampel biobriket campuran 50% batubara dengan 50% arang tempurung
kelapa
f). Sampel briket batubara
g). Sampel biobriket tempurung kelapa
Analisa uji kadar air biobriket pada penelitian ini menggunakan metode BS 1016
section 104.1 tahun 1999.
a) Menimbang crusible+tutup
b) Memasukkan biobriket kedalam crusible kemudian ditimbang.
c) Memasukkan biobriket dan crusible kedalam oven pada suhu 1100C
selama 1 jam.
d) Kemudian dikeluarkan dan didinginkan lalu ditimbang.
e) Setiap sampel diulangi sebanyak 5x.
Rumus kadar air
%100)(12
32 xWW
WWTMTotalAirKadar
--
= ..............................................(3.3)
Dengan : W1 = massa crusible (gr)
W2 = massa crusible+biobriket sebelum pemanasan (gr)
W3 = massa crusible+biobriket setelah pemanasan (gr)
c. Uji kadar abu
Peralatan yang digunakan :
a). Furnace
b). Crusible
c). Timbangan analitik Ohauss
Bahan :
a). Sampel biobriket campuran 10% batubara dengan 90% arang tempurung
kelapa
b). Sampel biobriket campuran 20% batubara dengan 80% arang tempurung
kelapa
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
31
c). Sampel biobriket campuran 30% batubara dengan 70% arang tempurung
kelapa
d). Sampel biobriket campuran 40% batubara dengan 60% arang tempurung
kelapa
e). Sampel biobriket campuran 50% batubara dengan 50% arang tempurung
kelapa
f). Sampel briket batubara
g). Sampel biobriket tempurung kelapa
Analisa uji kadar abu biobriket pada penelitian ini menggunakan metode BS 1016
section 104.4 tahun 1998.
a) Menimbang crusible tanpa tutup
b) Memasukkan biobriket kedalam crusible kemudian ditimbang.
c) Memasukkan biobriket dan crusible kedalam furnace, furnace di set
pada suhu pertama 5500C dan ditahan selama 30 menit, kemudian suhu
dinaikkan ke 8150C dan ditahan selama 75 menit.
d) Kemudian dikeluarkan dan didinginkan lalu ditimbang.
e) Setiap sampel diulangi sebanyak 5x.
Rumus kadar abu:
%100)(12
13 xWW
WWCAAbuKadar
--
= .....................................................(3.4)
Dengan: W1 = massa crusible (gr)
W2 = massa crusible+biobriket sebelum pemanasan (gr)
W3 = massa crusible+biobriket setelah pemanasan (gr)
d. Uji kadar zat terbang
Peralatan yang digunakan :
a). Furnace
b). Crusible
c). Timbangan analitik Ohauss
Bahan :
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
32
a). Sampel biobriket campuran 10% batubara dengan 90% arang tempurung
kelapa
b). Sampel biobriket campuran 20% batubara dengan 80% arang tempurung
kelapa
c). Sampel biobriket campuran 30% batubara dengan 70% arang tempurung
kelapa
d). Sampel biobriket campuran 40% batubara dengan 60% arang tempurung
kelapa
e). Sampel biobriket campuran 50% batubara dengan 50% arang tempurung
kelapa
f). Sampel briket batubara
g). Sampel biobriket tempurung kelapa
Analisa uji kadar zat terbang biobriket pada penelitian ini menggunakan metode
BS 1016 section 104.3 tahun 1998.
a) Menimbang crusible+tutup
b) Memasukkan biobriket kedalam crusible kemudian ditimbang
c) Memasukkan biobriket dan crusible kedalam furnace, furnace di set
pada suhu 9000C dan ditahan selama 7 menit.
d) Kemudian dikeluarkan dan didinginkan lalu ditimbang
e) Setiap sampel diulangi sebanyak 5x.
Rumus kadar abu:
%100)(12
2312 xWW
WWWWVMTerbangZatKadar
-+--
= .........................(3.5)
Dengan: W1 = massa crusible (gr)
W2 = massa crusible+biobriket sebelum pemanasan (gr)
W3 = massa crusible+biobriket setelah pemanasan (gr)
e. Uji kadar karbon terikat
Analisa uji kadar karbon terikat menggunakan SNI 13.3479 tahun 1994
dengan rumus:
Kadar karbon terikat (FC)= ACVMTM ---%100 ................................ (3.6)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
33
Dengan : FC = kadar karbon terikat (Fixed Carbon) %
TM = kadar air (Total Moisture) %
VM = kadar zat terbang (Volatile Moisture) %
AC = kadar abu (Ash Content) %
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
34
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
IV.1 Analisa Nilai Kalor Pembakaran
Analisis nilai kalor dilakukan untuk mengetahui nilai kalor yang terkandung
dalam setiap produk biobriket. Nilai kalor adalah nilai yang menyatakan jumlah panas
yang terkandung dalam bahan bakar. Nilai kalor tersebut merupakan kualitas utama
untuk suatu bahan bakar. Analisa nilai kalor pemakaran biobriket dilakukan
menggunakan bom calorimeter.
Setelah sampel sudah terbakar maka temperatur dan kalor di dalam vessel
bom kalorimeter sangat tinggi. Sehingga kalor akan mengalir dari dalam vessel
menuju air di dalam water jacket yang temperaturnya lebih rendah dari temperatur
vessel. Aliran kalor akan terhenti setelah temperatur dari vessel dengan air
didalam water jacket mencapai temperatur yang sama, sehingga dapat mencapai
kesetimbangan thermal. Kalor yang dilepaskan oleh vessel adalah sama dengan
kalor yang diterima oleh air didalam water jacket.
Sistem pada kalorimeter bom ini merupakan sistem yang terisolasi. Dalam
sistem yang terisolasi ini maka tidak ada energi yang mengalir ke dalam atau
keluar sistem. Proses ini sesuai dengan bunyi asas black bahwa “Apabila pada
kondisi adiabatik dicampurkan dua macam zat yang temperaturnya awalnya
berbeda, maka pada saat kesetimbangan, banyak kalor yang dilepas oleh zat yang
temperaturnya tinggi sama dengan banyaknya kalor yang diserap oleh zat yang
temperaturnya rendah.”
Setiap analisa satu sampel waktu yang diperlukan adalah ± 7 menit, dimana
2 menit pertama adalah proses equilibration dan 5 menit selanjutnya adalah proses
pembakaran sampel. Proses equilibration ini adalah proses mengkonstankan air
didalam water jacket agar nilai ∆T yang terukur adalah ∆T yang murni. Sampel
mulai terbakar setelah menit kedua. Pada saat proses equilibration belum terlihat
adanya kenaikan temperatur karena sampel belum terbakar, sedangkan setelah
menit kedua mulai terjadi kenaikan temperatur karena sampel batubara didalam
vessel bom kalorimeter sudah mulai terbakar. Pada saat menit keempat sampai
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
35
menit kelima temperatur sudah mulai konstan karena sudah terjadi kesetimbangan
thermal dimana temperatur didalam vessel sudah sama dengan temperatur air
didalam water jacket. Grafik tersebut dapat dilihat seperti berikut :
Gambar 4.1. Grafik analisis waktu pada saat pengujian sampel
Hubungan antara % komposisi batubara dalam biobriket dengan nilai kalor
pembakaran biobriket dapat dilihat pada gambar 4.1. dibawah ini :
Gambar 4.2. Grafik antara nilai kalor pembakaran (Cal/gr) dan % komposisi batubara dalam biobriket
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
36
Dari gambar 4.2. dapat dijelaskan bahwa nilai kalor pembakaran bervariasi
tergantung pada komposisi campuran biobriket. Nilai kalor pembakaran yang
tertinggi adalah pada komposisi campuran biobriket dari batubara (10%) : arang
tempurung kelapa (90%) yaitu 6,13x103 Cal/gr. Semakin banyak komposisi
batubara yang digunakan pada campuran biobriket maka semakin rendah nilai
kalor pembakaran biobriket yang dihasilkan. Hal ini disebabkan pada analisa awal
nilai kalor pembakaran briket batubara nilainya lebih rendah yaitu hanya
5,35x103 Cal/gr jika dibandingkan dengan briket arang tempurung kelapa yaitu
7,21x103 Cal/gr. Karena jenis batubara yang digunakan pada penelitian ini adalah
jenis batubara kualitas rendah (Sub bituminous) yaitu jenis batubara muda yang
hanya memiliki nilai kalor pembakaran 3000-6300 Cal/gr, yang biasanya
digunakan untuk pemanfaatan pembakaran dengan temperatur rendah.
Berdasarkan Surat Keputusan Direktur Jenderal Pertambangan Umum tahun 1993
standar spesifikasi pada briket batubara tanpa karbonisasi nilai kalor pembakaran
yaitu >4000 Cal/gr. Hasil pengujian nilai kalor pembakaran untuk lima jenis
komposisi campuran biobriket telah memenuhi spesifikasi briket batubara tanpa
karbonisasi.
IV.2 Analisa Kadar Air
Gambar 4.3. Grafik antara kadar air (%) dan % komposisi batubara dalam biobriket
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
37
Analisis kadar air digunakan untuk mengetahui kandungan air yang
terdapat dalam biobriket. Berdasarkan Surat Keputusan Direktur Jenderal
Pertambangan Umum tahun 1993, standar spesifikasi pada briket batubara tanpa
karbonisasi kadar air maksimal adalah < 20%. Dari gambar 4.3. dapat dijelaskan
bahwa semakin banyak komposisi batubara yang digunakan pada campuran
biobriket maka semakin tinggi kadar air biobriket yang dihasilkan. Hal ini
disebabkan pada analisa awal kadar air briket nilainya lebih tinggi yaitu 20,86 %
jika dibandingkan dengan briket arang tempurung kelapa yaitu hanya 6,51 %.
Hasil pengujian nilai kadar air untuk lima jenis komposisi campuran biobriket
telah memenuhi spesifikasi briket batubara tanpa karbonisasi.
IV.3 Hubungan Nilai Kalor Pembakaran dengan Kadar Air
Nilai kalor pembakaran dan kadar air sangat berpengaruh pada kualitas
biobriket yang dihasilkan. Nilai kalor pembakaran pada biobriket bergantung pada
komposisi kimia pada bahan dan kadar air. Semakin rendah nilai kadar air maka
nilai kalor pembakaran biobriket semakin tinggi (Aina, dkk., 2009). Kadar air
yang meningkat mengakibatkan dibutuhkannya energi awal yang lebih untuk
membakar biobriket (menurunkan titik nyala) dan mengurangi nilai kalor
pembakaran yang dihasilkan oleh biobriket (Nukman, dkk., 2010). Kadar air pada
biobriket dipengaruhi oleh air bawaan dan air bebas pada bahan biobriket. Air
bawaan merupakan air yang secara fisik tertambat secara kimiawi didalam ruang
atau rongga pada pori-pori bahan biobriket yaitu pada batubara dan tempurung
kelapa. Sedangkan air bebas yaitu air yang menempel pada permukaan bahan dan
terikat secara fisis atau mekanis. Air bebas ini dapat berasal dari air ketika
pencampuran bahan baku biobriket.
Kadar air pada biobriket diharapkan serendah mungkin agar nilai kalor
pembakarannya semakin tinggi dan mempermudah penyalaan (Budiman, dkk.,
2006). Salah satu cara untuk mengurangi kadar air pada biobriket adalah dengan
cara pengeringan biobriket. Pada penelitian ini dilakukan dengan cara mengagin-
anginkan biobriket yang selesai dibuat selama minimal 3 hari dengan tanpa
terkena sinar matahari secara langsung, karena jika dijemur dibawah sinar
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
38
matahari langsung dapat menyebabkan biobriket mengalami keretakan. Selain itu
cara untuk mengurangi kadar air biobriket juga dilakukan dengan proses
pengarangan pada bahan biobriket yaitu pengarangan tempurung kelapa. Kadar air
yang tinggi akan berpengaruh pada biaya pengangkutan yang semakin berat maka
biaya angkut akan lebih mahal.
IV.4 Analisa Kadar Abu
Analisis kadar abu dilakukan untuk mengetahui jumlah bagian yang tidak
terbakar setelah terjadinya pembakaran sempurna. Kadar abu yang tinggi dapat
mempersulit proses operasi dan pemeliharaan alat pembakaran (Budiman, dkk.,
2006). Hubungan antara % komposisi batubara dalam biobriket dengan kadar abu
dapat dilihat pada gambar 4.4. dibawah ini :
Gambar 4.4. Grafik antara kadar abu (%) dan % komposisi batubara dalam biobriket
Semakin banyak komposisi batubara yang digunakan pada campuran
biobriket maka semakin tinggi kadar abu biobriket yang dihasilkan. Hal ini
disebabkan pada analisa awal kadar abu briket batubara nilainya lebih tinggi yaitu
5,3% jika dibandingkan dengan briket arang tempurung kelapa yaitu 3,2%.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
39
IV.5 Hubungan Nilai Kalor Pembakaran dengan Kadar Abu
Kadar abu juga sangat berpengaruh pada kualitas biobriket yang dihasilkan.
Dari hasil penelitian bahwa semakin rendah nilai kadar abu maka nilai kalor
pembakaran biobriket semakin tinggi. Abu yang terkandung dalam biobriket
berupa mineral yang tidak dapat terbakar yang tertinggal setelah proses
pembakaran dan perubahan-perubahan atau reaksi-reaksi yang menyertai proses
pembakaran. Kadar abu pada biobriket dipengaruhi oleh abu inherent dan abu
extraneous yang terdapat pada bahan biobriket, khususnya pada batubara. Abu
inherent merupakan abu yang berasal yang berhubungan dengan tumbuhan asal
pembentukan batubara, abu ini tidak dapat dihilangkan atau dicuci. Sedangkan
abu extraneous merupakan abu yang terdapat diantara lapisan batubara yang
berupa batu pasir, lempung atau batu gamping. Kadar abu merupakan unsur
pengotor sehingga kadar abu yang tinggi akan berpengaruh pada tingkat korosi
alat-alat yang digunakan sehingga alat akan cepat rusak (Nukman, dkk., 2010).
IV.6 Analisa Kadar Zat Terbang
Gambar 4.5. Grafik antara kadar zat terbang (%) dan % komposisi batubara dalam biobriket
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
40
Analisis kadar zat terbang dilakukan untuk mengetahui bagian yang hilang
menjadi gas atau uap pada saat proses pembakaran dengan suhu sebesar 900oC. Dari
gambar 4.5. dapat dijelaskan bahwa semakin banyak komposisi batubara yang
digunakan pada campuran biobriket maka semakin tinggi kadar zat terbang
biobriket yang dihasilkan.
Kadar zat terbang yang tinggi disebabkan pada analisa awal kadar zat
terbang briket batubara tanpa arang tempurung kelapa nilainya lebih tinggi yaitu
0,69x102 % jika dibandingkan dengan briket arang tempurung kelapa yaitu hanya
0,59x102%.
IV.7 Analisa Kadar Karbon Terikat
Gambar 4.6. Grafik antara kadar karbon terikat dan % komposisi batubara dalam biobriket
Dari gambar 4.6. dapat dijelaskan bahwa semakin banyak komposisi
batubara yang digunakan pada campuran biobriket maka semakin rendah kadar
karbon terikat biobriket yang dihasilkan. Hal ini disebabkan pada analisa awal
kadar karbon terikat briket batubara tanpa arang tempurung kelapa nilainya lebih
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
41
tinggi yaitu 31,2% jika dibandingkan dengan briket arang tempurung kelapa yaitu
hanya 4,2%.
IV.8 Hubungan Nilai Kalor Pembakaran dengan Kadar Zat Terbang dan
Kadar Karbon Terikat
Kadar zat terbang dan kadar karbon terikat juga sangat berpengaruh pada
kualitas biobriket yang dihasilkan. Dari hasil penelitian bahwa semakin tinggi
kadar zat terbang meyebabkan nilai kalor pembakaran biobriket semakin rendah.
Kadar zat terbang yang tinggi maka kadar karbon semakin rendah sehingga nilai
kalor pembakaran yang dihasilkan semakin rendah. Semakin tinggi kadar karbon
terikat, maka nilai kalor pembakaran biobriket semakin tinggi (Nukman, dkk.,
2010).
Tingginya kadar zat terbang dan rendahnya kadar karbon biobriket juga
dikarenakan biobriket yang tidak melalui proses karbonisasi (Westra, 2001).
Proses karbonisasi menyebabkan kadar zat terbang didalam biobriket menguap.
Bahan yang mudah menguap antara lain berupa metan, hidrokarbon, hidrogen,
karbonmonoksida, dan gas-gas yang tidak mudah terbakar seperti karbondioksida
dan nitrogen.
Tetapi sebaliknya, semakin tinggi kadar zat terbang pada biobriket lebih
menguntungkan dalam hal mempermudah titik nyala pembakaran biobriket,
karena zat terbang terdiri dari berbagai macam gas yang mudah terbakar, sehingga
jika zat terbangnya rendah akan berakibat sulitnya biobriket untuk membara
(Uzoma, dkk., 2010).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
42
BAB V
PENUTUP
V.1. Simpulan
Dari penelitiaan yang telah dilakukan dapat diambil simpulan, rasio
campuran antara batubara dengan arang tempurung kelapa yang mempunyai nilai
kalor pembakaran paling optimum dalam pembuatan biobriket pada penelitian ini
adalah komposisi campuran biobriket dari batubara (10%) : arang tempurung
kelapa (90%), dengan nilai kalor pembakaran biobriket paling tinggi yaitu
(6,13±0,01)103Cal/gr. Nilai kadar air, kadar abu, kadar zat terbang dan kadar
karbon terikat paling optimum dari setiap sampel biobriket pada penelitian ini
adalah komposisi campuran biobriket dari batubara (10%) : arang tempurung
kelapa (90%). Kadar air paling rendah yaitu (7,6±0,1)%, kadar abu paling rendah
yaitu (3,2±0,1)%, kadar karbon terikat paling tinggi yaitu 28,1%, dan kadar zat
terbang paling rendah yaitu (0,61±0,06)102%.
V.2. Saran
Hal-hal yang perlu disarankan untuk penelitian selanjutnya adalah:
1. Penelitian lebih lanjut terkait penambahan bahan tertentu yaitu bahan yang
mudah terbakar (seperti bahan pada korek api atau kembang api) pada
biobriket untuk mempermudah dalam penyalaan awal pembakaran
biobriket.
2. Pada saat pembuatan biobriket tidak perlu ditambahkan perekat pati kanji,
karena air pada perekat pati kanji tersebut dapat berpengaruh mengurangi
nilai kalor pembakaran biobriket.
3. Penambahan variasi komposisi campuran bahan biobriket.
top related