ANALISA NILAI KALOR BRIKET DARI CAMPURAN AMPAS TEBU DAN BIJI BUAH KEPUH Hidro Andriyono 1), Prantasi Harmi Tjahjanti2) 1,2)
Prodi Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Sidoarjo (UMSIDA) Jalan Raya Gelam 250, Candi Sidoarjo 61217, Indonesia Phone: 0062-31-8945444, Fax: 0062-31-89493331) Email: 1)
[email protected] ; 2)
[email protected] ; 2)
[email protected]
ABSTRAK Banyaknya limbah ampas tebu di daerah Sidoarjo yang berasal dari pejual es tebu yang sampai saat ini balum dimanfaatkan secara maksimal. Dengan keadaan demikian perlu dilakukan penelitian untuk menanggulangi permasalahan limbah yang semakin meningkat menjadi bahan bakar alternatif (briket). Metode ini dilakukan dengan menambahkan campuran biji buah kepuh dengan komposisi ampas tebu : biji buah kepuh yaitu 100 gr : 30 gr, 100 gr : 40 gr, 100 gr : 50 gr. Penelitian dilakukan dengan menggunakan alat bom kalorimeter, menggunakan alat thermocouple, dan spesimen terbaik dengan pengujian proximate. Dari hasil yang didapat dari bom kalorimeter nilai terendah briket campuran 100gr :30gr yaitu 5351 kal/gr dan tertinggi 5528 kal/gr untuk koposisi 100 gr : 50 gr. Sedangkan uji termal dari ke tiga sepesimen briket yang mempunyai termal yang tertinggi selama pembakaran 10 menit adalah pada jenis B50 yaitu 7420C. Dan dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi nilai kalor yang didapat maka semakin tinggi termal yang dimiliki. Karakteristik briket jenis B50 merupakan hasil yang terbaik dan dilakukan pengujian proximate diperoleh persentase kadar air 4,94 %, kadar zat yang menguap 52,23 %, kadar abu 8,73%, dan fixed karbon 34,10% Keywords: ampas tebu, biji buah kepuh, briket, ampas tebu, proksima 1. PENDAHULUAN Ketergantungan terhadap kebutuhan hidup semakin meningkat beriringan dengan bertambahnya populasi manusia dan meningkatnya perekonomian masyarakat, terutama dalam sektor energi. Masih banyak negara di dunia ini terutama Indonesia yang menggantungkan kebutuhan energinya terhadap energi yang berasal dari bahan bakar minyak bumi yang keberadaanya semakin menipis. Sedangkan pada sisi lainya banyak negara yang berlomba lomba menciptakan energi alternative salah satunya adalah biomassa. Ketersediaan biomassa sangat melimpah namun belum di optimalkan penggunaanya. Biomassa secara umum lebih dikenal sebagai bahan kering material organik atau bahan yang tersisa setelah suatu tanaman atau material organik yang dihilangkan kadar airnya. Biomassa merupakan bahan alami yang biasanya dianggap sebagai sampah dan sering dimusnahkan dengan cara dibakar. Biomassa tersebut dapat diolah menjadi bioarang, yang merupakan bahan bakar dengan tingkat nilai kalor yang cukup tinggi dan dapat digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Biomassa sangat mudah ditemukan dari aktivitas pertanian, peternakan, kehutanan, perkebunan, perikanan, dan limbah-limbah lainnya. Energi alternatif dapat dihasilkan dari teknologi tepat guna yang sederhana dan sesuai untuk daerah pedesaan seperti briket dengan memanfaatkan limbah biomassa seperti tempurung kelapa, sekam padi, serbuk gergaji kayu jati, ampas tebu. Sejalan dengan itu, berbagai pertimbangan untuk memanfaatkan tempurung kelapa serbuk gergaji kayu dan ampas tebu menjadi penting mengingat limbah ini belum dimanfaatkan secara maksimal [1]. Ampas tebu adalah hasil samping dari proses ekstraksi (pemerahan) cairan tebu. Dari satu pabrik dapat dihasilkan ampas tebu sekitar 35%-40% dari berat tebu yang digiling. Mengingat begitu banyak limbah tersebut, maka ampas tebu akan memberikan nilai tambah tersendiri bagi pabrik gula bila Seminar Nasional dan Gelar Produk | SENASPRO 2016
483
diberi perlakuan lebih lanjut, karena sebagaian besar ampas tebu di Negara Indonesia digunakan untuk bahan bakar pembangkit ketel uap pada pabrik gula, lahan media jamur dan bahan dasar pembuatan kertas [2]. Kepuh (sterculia foetida) adalah sejenis pohon kerabat jauh kapuk randu, yang merupakan BBN (bahan bakar nabati) yang berasal dari daerah hutan yang tersebar luas di Indonesia dan memiliki potensi untuk dibuat biodiesel sebagai pengganti BBM [3]. Dari uraian di atas perlu dilakukan penelitian tentang pemanfaatan limbah dari ampas tebu dan biji buah kepuh untuk dijadikan energi alternative berupa briket. Pemilihan ampas tebu sebagai bahan pembuatan briket karena ampas tebu menjadikan limbah yang belum dimanfaatkan secara optimal di pabrik gula dan di penjual es tebu Sidoarjo. Dalam pembuatannya, ampas tebu di kombinasikan dengan buah dan biji kepuh sebagai bahan dasar pembuatan briket. Dan sebagian besar masyarakat menganggap buah dan biji kepuh tidak mempunyai nilai lebih. Sehingga buah dan biji kepuh dianggap sebagai sampah organik biasa sedangkan biji kepuh berpotensi menjadi bahan bakar nabati. Dalam penelitian ini komposisi campuran briket antara arang ampas tebu, buah dan biji kepuh perlu di kaji lebih lanjut diantaranya adalah mevariasikan komposisi dan karakteristik biji buah kepuh pada briket. 2. METODOLOGI Pada penelitian ini, ampas tebu dicampur dengan biji buah kepuh dibuat menjadi briket dengan memvariasikan komposisi ampas tebu : biji buah kepuh yaitu 100 gr : 30 gr, 100 gr : 40 gr, 100 gr : 50 gr. Untuk mengetahui kualitas briket yang dihasilkan, dilakukan analisa nilai kalor, tinggi termal dari masing masing spesimen dengan pembakaran selama 10 menit dan mengamati perubahan suhu spesimen per menit. 2.1 Pengujian nilai kalor Nilai kalor (heating value) suatu bahan bakar diperoleh dengan menggunakan bomb calorimeter . Nilai kalor yang diperoleh melalui bom calorimeter adalah nilai kalor atas atau highest heating value (HHV) (Gambar 1).
Gambar 1. Bom Kalorimeter
2.2 Pengujian Pembakaran Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui nilai termal masing masing jenis briket menggunakan pengujian pembakaran dengan mencatat perubahan suhu setiap menit selama 10 menit dengan memberikan aliran udara dengan kecepatan 2 m/s (Gambar 2).
484
SENASPRO 2016 | Seminar Nasional dan Gelar Produk
Gambar 2. Pengujian Pembakaran
2.3 Pengujian Proksimat Pengujian proksimat merupakan pengujian yang meliputi pengujian kadar air (moisture content), kadar asap (volatile matter), kadar abu (ash content), dan kandungan karbon tetap (fixed carbon). Pengujian proksimat ini dengan cara pemanasan atau pembakaran briket bioarang ke dalam high temperature furnace.
2.3.1 Kadar air (moisture content) Perhitungan persentase kadar air (moisture content) yang terkandung di dalam briket tersebut menggunakan standar ASTM D-3173-11 dengan persamaan sebagai berikut: IM (moisture) =
x 100%
Dimana : CTS = massa cawan + tutup + sample CTS after = CTS setelah pengujian 2.3.2 Kadar abu (ash content) Perhitungan persentase kadar abu (ash content) briket bioarang menggunakan standar ASTM D3174-12 dengan persamaan sebagai berikut: Ash =
100 %
Dimana : S = massa sample CT = massa cawan + tutup CTS after = CTS (massa cawan+tutup+sample) setelah pengujian 2.3.3 Kadar zat yang menguap (volatile matter) Perhitungan persentase kadar zat yang menguap (volatile matter) yang terkandung di dalam briket bioarang ampas tebu menggunakan standar ASTM D-3175-11 dengan persamaan sebagai berikut: VM (volatile metter) = weight loss – IM Dimana : weight loss = (CTS-CTS after) x 100% IM = Inherent Moisture (Air Bawaan) 2.3.4 Kadar karbon (Fixed Karbon) FC = 100 % – (IM+ Ash + VM)
Sehingga secara lengkap diagram alir pelaksanaan penelitian dituangkan dalam Gambar 3. Seminar Nasional dan Gelar Produk | SENASPRO 2016
485
Mulai Studi literatur Pengumpulan bahan ampas tebu, biji kepuh, dan kanji
Pembuatan arang ampas tebu dengan biji buah kepuh Penumbukan dan penyaringan arang ampas tebu dan arang biji buah kepuh Pencampuran komposisi dengan perekat kanji 20 gr Ampas tebu, biji kepuh;100gr.30gr Ampas tebu, biji kepuh;100gr.40gr Ampas tebu, biji kepuh;100gr.50gr Pencetakan menjadi briket dengan mesin press pengujian Uji karakteristik termal
Uji bom kalorimeter
hasil ya Uji fixed karbon (sample terbaik) pembahasan selesai
486
SENASPRO 2016 | Seminar Nasional dan Gelar Produk
tidak
Gambar 3. Diagram alir penelitian
3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Data Pengamatan Bom Kalorimeter Data hasil pengamatan disajikan pada Gambar 4. Penelitian ini dilakukan dengan 2 kali percobaan. dan hasil yang di dapat dari laboraturium energi ITS adalah sebagai berikut:
Gambar 4. Grafik Pengaruh Variasi Komposisi Briket Arang Ampas Tebu dengan Campuran Biji Buah Kepuh Terhadap Nilai Kalor dengan Dua Kali Pengulangan
Berdasarkan Gambar 2 pengujian bahan bakar briket arang ampas tebu dengan variasi komposisi bahan campuran yang menghasilkan nilai kalor tertinggi adalah briket arang ampas tebu dengan perbandingan komposisi bahan campuran 100 gr : 50 gr, kemudian 100 gr : 40 gr, dan yang terakhir 100 gr : 30 gr. Pengujian Briket arang ampas tebu dengan perbandingan komposisi bahan campuran antara 100 gr : 50 gr menghasilkan nilai kalor maksimum sebesar 5528 kal/gr. Pengujian briket arang ampas tebu dengan perbandingan komposisi bahan campuran antara 100 gr : 40 gr menghasilkan nilai kalor sebesar 5353 kal/gr. Pengujian briket arang ampas tebu dengan perbandingan komposisi bahan campuran antara 100 gr : 30 gr menghasilkan nilai kalor 5351 kal/gr. Jadi selisih nilai kalori antara briket arang ampas tebu dengan komposisi bahan campuran yaitu 100 gr : 30 gr dengan briket arang ampas tebu dengan komposisi bahan campuran yaitu 100 gr : 50 gr sebesar 177 kal/gr. 3.2 Data Pengamatan Uji Termal Pembakaran briket dilakukan untuk mengetahui peningkatan suhu tiap satuan menit dan juga untuk mengetahui tinggi maksimal suhu pada tiap tiap komposisi briket arang ampas tebu dengan biji buah kepuh. Pada Gambar 5 pengujian 1 pembakaran briket arang ampas tebu dengan variasi komposisi campuran biji buah kepuh yang menghasilkan temperatur tertinggi adalah briket arang ampas tebu dengan perbandingan komposisi campuran biji buah kepuh 100 gr : 50 gr, kemudian 100 gr : 40 gr, dan yang terakhir 100 gr : 30 gr. Pengujian pembakaran briket arang ampas tebu dengan perbandingan komposisi campuran biji buah kepuh antara 100 gr : 50 gr yang menghasilkan temperatur pembakaran tertinggi yaitu 742 °C.
Seminar Nasional dan Gelar Produk | SENASPRO 2016
487
Gambar 5 Grafik Pengaruh Variasi Komposisi Briket Arang Ampas Tebu dengan Campuran Biji Buah Kepuh Terhadap Temperatur Pembakaran Pembakaran Pertama
Berdasarkan gambar 6 dan 7 pengujian 2 dan pengujian 3 pembakaran juga sama dengan pengujian 1 yaitu menghasilkan temperatur tertinggi adalah briket arang ampas tebu dengan perbandingan komposisi campuran biji buah kepuh 100 gr : 50 gr, kemudian 100 gr : 40 gr, dan yang terakhir 100 gr : 30 gr. Dengan masing masing nilai temperatur pembakaran tertinggi untuk pengujian 2 pembakaran yaitu sebesar 602 °C dan sedangkan pengujian 3 pembakaran dengan temperatur tertinggi yaitu 733°C.
Gambar 6 Grafik Pengaruh Variasi Komposisi Briket Arang Ampas Tebu dengan Campuran Biji Buah Kepuh Terhadap Temperatur Pembakaran Pembakaran Kedua
488
SENASPRO 2016 | Seminar Nasional dan Gelar Produk
Gambar 7 Grafik Pengaruh Variasi Komposisi Briket Arang Ampas Tebu dengan Campuran Biji Buah Kepuh Terhadap Temperatur Pembakaran Pembakaran Ketiga
Hasil keseluruhan ditampilkan dalam Tabel 1dengan penjelasan sebagai berikut: berdasarkan kadar moisture, briket hasil penelitian sudah memenuhi standar yang ada pada tabel. Kadar volatile masih terlalu tinggi sehingga tidak memenuhi standar, hal ini dikarenakan biomass memiliki kadar volatile yang sangat tinggi sesuai dengan bahan baku. Untuk nilai kalor memenuhi standar yang ditentukan oleh EDM, tetapi tidak memenuhi standar 4 negara dan hampir memenuhi standar yang ditentukan SNI.
Tabel 1 Hasil Pengujian Proximate B50 No
Sifat-sifat briket
jepang
inggris
USA
Permen ESDM
SNI
1
6-8
3-4
6
<15
8
15-30
16
19
52,23
3-6
8-10
18
Sesuai bahan baku <10
15
3
Inherent Moisture (%) Volatile Matters (%) Ash Content (%)
Hasil Penelitian B50 4,94
8-10
8,73
4
Fixed Karbon (%)
60-80
75
58
76
34,10
5
Nilai Kalor (kkal/kg)
60007000
7300
6500
5600
5528
2
Sesuai bahan baku 4400
Kharis Akbar, dkk 2012 [4]
4. KESIMPULAN
Seminar Nasional dan Gelar Produk | SENASPRO 2016
489
Hasil analisa pengujian briket arang ampas tebu dengan variasi campuran arang biji buah kepuh dengan komposisi antara lain 100 gr : 30 gr, 100 gr : 40 gr, dan 100 gr : 50 gr dapat diambil kesimpulan yaitu : 1. Nilai kalor terendah ditunjukan pada komposisi bahan campuran biji buah kepuh dengan perbandingan 100gr : 30gr dengan nilai kalor 5351 gr/kal. 2. Nilai kalor tertinggi ditunjukan pada komposisi bahan campuran biji buah kepuh dengan perbandingan 100gr : 50gr dengan nilai kalor 5528 gr/kal 3. Suhu tertinggi pada pembakaran briket ampas tebu dengan campuran biji buah kepuhterdapat pada komposisi 100 gr : 50 gr yaitu dengan suhu 742 0C. 4. Penambahan komposisi bahan campuran biji buah kepuh pada briket arang ampas tebu dapat meningkatkan nilai kalor pada briket arang ampas tebu tersebut. 5. Penambahan komposisi bahan campuran biji buah kepuh pada briket arang ampas tebu dapat meningkatkan temperatur pembakaran atau semakin tinggi nilai kalor maka semakin meningkat temperatur pembakarannya Daftar Pustaka [1] Amin, S. 2000. Penelitian Berbagai Jenis Kayu Limbah Pengolahan untuk Pemilihan Bahan baku Briket Arang. Jurnal Sains dan Teknologi Indonesia 2, 41-46. [2] Justin, R. 2013. Karakteristik Termal Briket Arang Ampa Tebu dengan Variasi Bahan Perekat Lumpur Lapindo.Jember. Universitas Jember [3] Sudrajat, R.dkk. 2010. Pembuatan Biodiesel Biji Kepuh dengan Proses Transesterifikasi. Bogor. Institut Pertanian Bogor. [4] Kharis Akbar, dkk 2012. Studi Pemanfaatan Potensi Biomass Dari Sampah Organik Sebagai Bahan Bakar Alternatif (Briket) Dalam Mendukung Program Eco-Campus Di ITS Surabaya. Surabaya: Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
490
SENASPRO 2016 | Seminar Nasional dan Gelar Produk
