Analisa Proksimat Dan Nilai Kalor Briket Bioarang Ampas Tebu Dan Arang Kayu
ANALISA PROKSIMAT DAN NILAI KALOR PADA BRIKET BIOARANG LIMBAH AMPAS TEBU DAN ARANG KAYU Eddy Elfiano1, Purwo Subekti2, Ahmad Sadil3 ABSTRAK Dalam penelitian ini limbah ampas tebu dimanfaatkansebagai bahan bakar dengan cara mengubahnya menjadi briket bioarang. Tujuan pembuatan briket bioarang untuk mengetahui briket yang baik dan mengetahui perbandingan jenis briket bioarang limbah ampas tebu dan arang kayu ditinjau dari pengujian proksimat dan nilai kalor. Manfaat pembuatan briket dapat mengurangi penimbunan sampah yang menyebabkan pencemaran lingkungan. Hasil penelitian menunjukan persentase kadar air briket ampas tebu pada perekat damaradalah 3,36-1,47 %, kadar asapadalah 36,91-30,15 %, kadar abuadalah 8,05-6,10 %,dan nilai kalor 3683,68-4520,88 kJ/kg. Sedangkan untuk briket arang kayu diperoleh persentase kadar air 3,25-1,36 %, kadar asap 34,55-26,53 %, kadar abu 6,36-5,37 %, dan nilai kalor 3934,84-5274,36kJ/kg. Kata kunci
: briket, bioarang, proksimat, dan nilai kalor. ABSTRACT
In this study, waste of bagasse and wood charcoal was converted into charcoal briquettes to be used as an alternative fuel. The bagasse and wood charcoal were selected as raw material to produce briquette due to these two materials was abundantly available and because they have not been used in any application. Moreover, the use of them as briquette and alternative energy will reduce the accumulation of waste that causes environmental pollution. Analysis of proximate test and heating value test showed that the percentage of moisture content of bagasse briquettes withdammar as adhesive is 3.36 to 1.47%, the amount of volatile matter is 36.91 to 30.15%, the ash content is 8.05 to 6.10 % and heating value is 3683.68 to 4520.88 kJ / kg. As for the charcoal briquettes was obtained that percentage of moisture content is 3.25 to 1.36 %, content of volatile matter is 34.55 to 26.53%,ash content is 6.36 to 5.37%, and heating value is 3934.84 to 5274.36kJ/kg. Keywords: briquettes, charcoal, proximate, and heating value. 1.
PENDAHULUAN Konsumsi bahan bakar di Indonesia sejak tahun 1995 telah melebihi produksi dalam negeri. Diperkirakan dalam kurun waktu 10-15 tahun kedepan cadangan minyak di Indonesia akan menipis. Perkiraan ini terbukti dengan seringnya terjadi kelangkaan BBM di beberapa daerah di Indonesia.(Hambali dkk,2006). Kelangkaan dan kenaikan harga minyak akan terus terjadi karena sifatnya yang non-renewable. Hal ini harus segera diimbangi dengan penyediaan sumber energi alternatif yang renewable, melimpah jumlahnya, dan murah harganya 1,3
Teknik Mesin Fakultas Teknik, Universitas Islam Riau Teknik Mesin Fakultas Teknik, Universitas Pasir Pengaraian
2
sehingga terjangkau oleh masyarakat luas. Disamping untuk mendapatkan sumber energi baru, usaha yang terus menerus dilakukan dalam rangka mengurangi emisi CO2 guna mencegah terjadinya pemanasan global telah mendorong penggunaan energi biomassa sebagai pengganti energi bahan bakar fosil seperti minyak bumi dan batu bara. (Winaya, 2008). Limbah ampas tebu mempunyai peluang untuk dimanfaatkan secara optimal sebagai energi alternatif yang bermanfaat bagi kebutuhan masyarakat dan ramah terhadap lingkungan. Pemanfaatan dilakukan dengan cara mengubah limbah ampas tebu menjadi Page 57
briket. Briket yang dibuat adalah briket bioarang dengan diarangkan terlebih dahulu limbah ampas tebu kemudian diayak dan dicampur dengan bahan perekat. Biomassa merupakan bahan yang dapat diperoleh dari tanaman baik secara langsung maupun tidak langsung dan dimanfaatkan sebagai energi atau bahan dalam jumlah yang besar. Biomassa disebut juga sebagai “Fitomassa” dan sering diterjamahkan sebagai bioresuorce atau sumber daya yang diperoleh dari hayati.(Yokoyama, 2008).Biomassa sebenarnya dapat digunakan secara langsung tanpa melalui pembuatan arang terlebih dahulu. Namun, pemanfaatan biomassa secara langsung ini kurang efisien. Sebagai contoh, pada penggunaan kayu sebagai bahan bakar, energi yang terpakai kurang dari 10%. Selain itu, pembuatan bioarang dapat meningkatkan energi yang dihasilkan. Sebagai gambaran, energi yang dihasilkan dari pembakaran kayu hanya 3.300 kkal/g, sedangkan energi yang dihasilkan dari pembakaran bioarang dapat mencapai 5.000 kkal/g. (Setiawan, 2007). Bioarang adalah arang (salah satu jenis bahan bakar) yang dibuat dari aneka macam bahan hayati atau biomassa, misalnya kayu, ranting, daun-daunan, rumput, jerami, dan limbah pertanian lainnya. Bioarang ini dapat digunakan sebagai bahan bakar yang tidak kalah dari bahan bakar sejenis yang lain. Akan tetapi, untuk memaksimalkan pemanfaatannya, bioarang ini masih harus melalui sedikit proses pengolahan sehingga menjadi briket bioarang (Dani Sucipto,2012).Briket bioarang adalah gumpalan-gumpalan atau batangan-batangan arang yang terbuat dari bioarang (bahan lunak). Bioarang yang sebenarnya termasuk bahan lunak yang dengan proses tertentu diolah menjadi bahan arang keras. Kualitas dari bioarang ini tidak kalah dengan batubara atau bahan bakar jenis arang lainnya.
Page 58
“Briquetting” terhadap suatu material merupakan cara mendapatkan bentuk dan ukuran yang dikehendaki agar dipergunakan untuk keperluan tertentu. (Sitompul, 2011). Ade setiawan (2007) menyatakan Briket bioarang mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan arang biasa (konvensional) antara lain: 1. Bioarang menghasilkan panas pembakaran yang lebih tinggi. 2. Asap yang dihasilkannya lebih sedikit. 3. Bentuk dan ukuran bioarang seragam karena dibuat dengan alat pencetak. 4. Bioarang dapat tampil lebih menarik karena bentuk dan ukurannya dapat disesuaikan keinginan pembuat. 5. Proses pembuatannya menggunakan bahan baku yang tidak menimbulkan masalah lingkungan. Pada penelitian ini, ampas tebu dan arang kayu dipilih sebagai bahan biomassa yang kemudian dibuat menjadi briket bioarang. Pemilihan ini dilakukan karena ampas tebu di kota Pekanbaru ditemukan dalam jumlah yang cukup banyak dan belum dimanfaatkan secara optimal. Analisa proksimat dan analisa nilai kalor dilakukan pada briket yang dihasilkan untuk mengetahui potensi pemanfaatan briket ini sebagai bahan bakar alternatif. 2.
METODOLOGI PENELITIAN Pada penelitian ini, ampas tebu dan arang kayu dibuat menjadi briket dengan menggunakan dua jenis perekat yaitu kanji dan damar. Tekanan yang digunakan juga divariasikan masing-masing 3,15 MPa, 6,29 MPa dan 7,86 MPa. Untuk mengetahui kualitas briket yang dihasilkan, dilakukan analisa proksimat dan nilai kalor. Diagram alir penelitian secara lengkap dapat dilihat pada Gambar 1.
JURNAL APTEK Vol. 6 No. 1 Januari 2014
Analisa Proksimat Dan Nilai Kalor Briket Bioarang Ampas Tebu Dan Arang Kayu
Persiapan Bahan Pengeringan dan Penjemuran Pengaranga n Penggilingan n Pembuatan Briket Bahan
Pengadonan Pencetaka n gadonan Pencetaka n gadonan Pengujian kgadonan Analisa Proksimat - Moisture content - Volatile matter - Ash content
Uji Nilai Kalor
Pembahasan Kesimpula n Gambar 1. Diagram alir penelitian. Bahan-bahan yang digunakan untuk pembuatan briket bioarang adalah : 1. Limbah ampas tebu 2. Arang kayu 3. Perekat kanji 4. Perekat damar 5. Air sebagai campuran bahan perekat Adapun alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah : 1. Blender listrik 2. Mesh atau penyaring 3. Baskom kecil 1,3
Teknik Mesin Fakultas Teknik, Universitas Islam Riau Teknik Mesin Fakultas Teknik, Universitas Pasir Pengaraian
2
4. Hydrolic hand press 5. Cetakan briket 6. Timbangan digital (mechanical balance) 7. Drum 8. Kotak pemanggang 9. High temperature furnace 10. Bomb calorimeter Pengujian yang dilakukan dalam penelitian ini adalah :
Page 59
2.1 Pengujian Proksimat Pengujian proksimat merupakan pengujian yang meliputi pengujian kadar air (moisture content), kadar asap (volatile matter), dan kadar abu (ash content). Pengujian proksimat ini dengan cara pemanasan atau pembakaran briket bioarang ke dalam high temperature furnace. 2.1.1 Kadar air (moisture content) Perhitungan persentase kadar air (moisture content) yang terkandung di dalam briket tersebut menggunakan standar ASTM D-3173-03 dengan persamaan sebagai berikut: Moisture content, % =
𝑎−𝑏 𝑎
𝑥 100 %
(1)
Dimana : a = Massa awal briket (gram) b = Massa briket setelah pemanasan 107oC (gram) 2.1.2 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-3175-02 dengan persamaan sebagai berikut: Volatile matter, % =
𝑏−𝑐 𝑎
𝑥 100 %
(2) Dimana : c = Massa briket setelah pemanasan pada temperatur 950oC (gram) 2.1.3 Kadar abu (ash content) Perhitungan persentase kadar abu (ash content) briket bioarang menggunakan standar ASTM D-3174-04 dengan persamaan sebagai berikut. 𝑑
Ash content , % = 𝑎 x 100 % Dimana : d = Massa briket setelah pemanasan 750 oC (gram)
Page 60
(3)
2.2 Pengujian nilai kalor Nilai kalor (heating value) suatu bahan bakar diperoleh dengan menggunakan bomb calorimeter . Nilai kalor yang diperoleh melalui bomb calorimeter adalah nilai kalor atas atau highest heating value (HHV) dan nilai kalor bawah atau lowest heating value (LHV). Perhitungan nilai kalor kotor berdasarkan standar ASTM D240. Dari pengujian bomb calorimeter dapat dihitung panas yang diserap air dalam bomb calorimeter dan energi setara bomb calorimeter serta LHV dan HHV. Panas yang diserap air dalam bomb calorimeterdihitung dengan menggunakan rumus : Q = m.Cp.ΔT (4) Dimana : Q : Panas yang diserap (kJ) m : Massa air di dalam bomb calorimeter (gram) Cp : Specific heat 4,186 kJ/kgoC ΔT : Perbedaan temperatur (oC) LHV dan HHV dihitung dengan menggunakan rumus berikut: LHV =
(𝑚 𝑥 𝐶𝑝 𝑥 ∆𝑇) 𝑚𝑏𝑟𝑖𝑘𝑒𝑡
(5)
Untuk menghitung HHV digunakan rumus : HHV = (T2 – T1- Tkp) x Cv (kJ/kg) LHV = HHV – 3240 kJ/kg Maka, HHV = LHV + 3240 kJ/kg (6) Dimana : T1 = Temperatur air pendingin bomb calorimeter sebelum pembakaran (oC) T2 = Temperatur air pendingin bomb calorimeter sesudah pembakaran (oC) Tkp = Kenaikan temperature disebabkan kawat pembakaran, 0.05oC. HHV = Higthest Heating Value (kJ/kg) LHV = Lowest Heating Value (kJ/kg) 3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Analisa Proksimat Dari pengujian proksimat masingmasing briket, maka diperoleh hasil
JURNAL APTEK Vol. 6 No. 1 Januari 2014
Analisa Proksimat Dan Nilai Kalor Briket Bioarang Ampas Tebu Dan Arang Kayu
perhitungan proksimat pada masing-masing
briket seperti yang dijelaskan pada Tabel 1.
Tabel 1. Analisa proksimat briket ampas tebu dan briket arang kayu. No
Perekat
Tekanan (MPa)
1
Kanji
2
Briket ampas tebu
Briket arang kayu
Kadar air (%)
Kadar asap (%)
Kadar abu (%)
Kadar air (%)
Kadar asap (%)
Kadar abu (%)
3,15
5,10
39,49
9,55
4,40
35,22
7,55
Kanji
6,29
2,68
37,58
7,38
2,03
31,08
6,76
3
Kanji
7,86
1,49
30,60
7,16
1,37
28,77
5,96
4
Damar
3,15
3,36
36,91
8,05
3,25
34,55
6,36
5
Damar
6,29
2,05
35,62
6,51
1,99
29,80
5,63
6
Damar
7,86
1,47
30,15
6,10
1,36
26,53
5,37
50
39,49 % sedangkan kadar asap terendah terdapat pada briket dengan perekat damar dan tekanan 7,86 MPa yaitu sebesar 30,15 %. Kadar abu tertinggi terdapat pada briket dengan perekat kanji dan tekanan 3,15 MPa yaitu sebesar 9,55 % sedangkan kadar abu terendah terdapat pada briket dengan perekat damar dan tekanan 7,86 MPa yaitu sebesar 6,10 %.
Briket Ampas Tebu
40
Briket Arang Kayu Kadar air
30
Kadar zat
20 10
Kadar abu
0 K. 3,15 K. 6,29 K. 7,86 D. 3,15 D. 6,29 D. 7,86 MPa MPa MPa MPa MPa MPa
Persentase(%)
Persentase(%)
Dari tabel perhitungan analisa proksimat briket ampas tebu di atas, kadar air tertinggi terdapat pada briket dengan perekat kanji dan tekanan 3,15 MPa yaitu sebesar 5,10 % sedangkan kadar air terendah terdapat pada briket dengan perekat damar dan tekanan 7,86 MPa yaitu sebesar 1,47 %. Kadar asap tertinggi terdapat pada briket dengan perekat kanji dan tekanan 3,15 MPa yaitu sebesar
50 40
Kadar air
30 20
Kadar zat
10 0 K. 3,15 K. 6,29 K. 7,86 D. 3,15 D. 6,29 D. 7,86 MPa MPa MPa MPa MPa MPa
Kadar abu
Jenis Briket Jenis Briket
Gambar 2. Grafik nilai proksimat briket ampas tebu (a) dan briket arang kayu (b). Untuk mendapatkan gambaran yang lebih jelas tentang perbandingan hasil analisa proksimat antara briket ampas tebu dengan
1,3
Teknik Mesin Fakultas Teknik, Universitas Islam Riau Teknik Mesin Fakultas Teknik, Universitas Pasir Pengaraian
2
briket arang kayu, maka hasil analisa untuk kedua jenis briket tersebut dibandingkan dalam grafik seperti terlihat pada Gambar 3.
Page 61
6 4
Kadar asap (%)
Kadar air (%)
5 3 2 1 0
45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
K. 3,15 K. 6,29 K. 7,86 D. 3,15 D. 6,29 D. 7,86 MPa MPa MPa MPa MPa MPa
K. 3,15 K. 6,29 K. 7,86 D. 3,15 D. 6,29 D. 7,86 MPa MPa MPa MPa MPa MPa
Jenis briket
Jenis briket
Briket ampas tebu
Briket arang kayu
Briket ampas tebu
Briket arang kayu
12
Kadar abu (%)
10 8 6 4 2 0 K. 3,15 K. 6,29 K. 7,86 D. 3,15 D. 6,29 D. 7,86 MPa MPa MPa MPa MPa MPa
Jenis briket Briket ampas tebu
Briket arang kayu
Gambar 3. Grafik perbandingan nilai proksimat briket ampas tebu dan briket arang kayu, yang meliputi persentase kadar air (a), kadar asap (b) dan kadar abu (c). Dari tabel perhitungan analisa proksimat briket arang kayu di atas, kadar air tertinggi terdapat pada briket dengan perekat kanji dan tekanan 3,15 MPa yaitu sebesar 4,4 % sedangkan kadar air terendah terdapat pada briket dengan perekat damar dan tekanan 7,86 MPa yaitu sebesar 1,36 %. Kadar asap tertinggi terdapat pada briket dengan perekat kanji dan tekanan 3,15 MPa yaitu sebesar 35,52 % sedangkan kadar asap terendah terdapat pada briket dengan perekat damar dan tekanan 7,86 MPa yaitu sebesar 26,53 %. Kadar abu tertinggi terdapat pada briket dengan perekat kanji dan tekan 3,15 MPa yaitu sebesar 7,55 % sedangkan kadar abu terendah terdapat pada briket dengan perekat damar dan tekanan 7,86 MPa yaitu sebesar 5,37 %. Gambar 2 (a) dan 2 (b) menunjukan Page 62
grafik nilai proksimat briket ampas tebu dan arang kayu. Berdasarkan Gambar 3, diketahui bahwa secara umum persentase kadar air, kadar asap dan kadar abu pada briket ampas tebu memiliki nilai yang lebih tinggi dibanding pada briket arang kayu. Kadar air untuk briket dengan perekat damar tidak jauh berbeda antara briket ampas tebu dengan briket arang kayu. Hal ini menunjukan bahwa kandungan air dalam briket pada dasarnya berasal dari perekat. Analisa proksimat juga menunjukan bahwa kenaikan tekanan akan menurunkan persentase kandungan air, kandungan asap dan kandungan abu.
JURNAL APTEK Vol. 6 No. 1 Januari 2014
Analisa Proksimat Dan Nilai Kalor Briket Bioarang Ampas Tebu Dan Arang Kayu
3.2 Nilai Kalor Nilai rata-rata hasil dari pengujian bomb calorimeter pada masing-masing briket dapat dilihat pada Tabel 2seperti di bawah ini. Tabel 2. Nilai LHV dan HHV briket ampas tebu dan briket arang kayu. No
Perekat
Tekanan (MPa)
1 2 3 4 5 6
Kanji Kanji Kanji Damar Damar Damar
3,15 6,29 7,86 3,15 6,29 7,86
Briket ampas tebu LHV (kJ/kg) 3181,36 3432,52 3767,40 3683,68 4269,72 4520,88
HHV (kJ/kg) 6421,36 6672,52 7007,40 6923,68 7509,72 7760,88
8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 K. 3,15 K. 6,29 K. 7,86 D. 3,15 D. 6,29 D. 7,86 MPa Mpa MPa MPa MPa MPa
HHV (kJ/kg) 6756.24 7509.72 7928.32 7174.84 8179.48 8514.36
9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 K. 3,15 K. 6,29 K. 7,86 D. 3,15D. 6,29 D. 7,86 MPa Mpa MPa MPa MPa MPa Jenis briket
Jenis briket
LHV (kJ/kg)
LHV (kJ/kg) 3516,24 4269,72 4688,32 3934,84 4939,48 5274,36
untuk briket arang kayu, LHV (lowest heating value) tertinggi terdapat pada briket dengan perekat damar dan tekanan 7,86 MPa yaitu sebesar 5274,36 kJ/kg sedangkan LHV (lowest heating value) terendah terdapat pada briket dengan perekat kanji dan tekanan 3,15 MPa yaitu sebesar 3516,24 kJ/kg.
Nilai kalor (kJ/kg)
Nilai kalor (kJ/kg)
Dari tabel perhitungan nilai kalor briket ampas tebu di atas, LHV (lowest heating value) tertinggi terdapat pada briket dengan perekat damar dan tekanan 7,86 MPa yaitu sebesar 4520,88 kJ/kg, sedangkan LHV (lowest heating value) terendah terdapat pada briket dengan perekat kanji dan tekanan 3,15 MPa yaitu sebesar 3181,36 kJ/kg. Sedangkan
Briket arang kayu
HHV (kJ/kg)
LHV (kJ/kg)
HHV (kJ/kg)
Gambar 4. Grafik nilai kalor briket ampas tebu (a) dan briket arang kayu (b). Gambar 4 menunjukan bahwa nilai kalor yang ditunjukan dengan nilai LHV dan HHV, akan meningkat dengan kenaikan tekanan. Pada kedua jenis briket ampas tebu dan arang kayu, penggunaan perekat damar juga memberikan hasil yang lebih baik pada nilai kalor dibandingkan briket dengan perekat kanji. Seperti juga hasil analisa proksimat, 1,3
Teknik Mesin Fakultas Teknik, Universitas Islam Riau Teknik Mesin Fakultas Teknik, Universitas Pasir Pengaraian
2
nilai kalor yang ditunjukan oleh briket arang kayu lebih tinggi dibandingkan briket ampas tebu. 4.
KESIMPULAN Hasil penelitian dan pengujian briket bioarang ampas tebu dan arang kayu terhadap Page 63
pengujian proksimat dan nilai kalor dapat disimpulkan sebagai berikut: 1. Nilai proksimat yang rendah ditunjukan pada briket yang terbuat dari arang kayu dengan tekanan paling tinggi yaitu 7,86 MPa dan menggunakan perekat damar. 2. Nilai kalor paling tinggi juga ditunjukan oleh briket yang terbuat dari arang kayu dengan tekanan 7,86 MPa dan menggunakan perekat damar. 3. Tekanan dan jenis perekat berpengaruh pada nilai proksimat dan nilai kalor. 4. Briket dengan kualitas yang paling baik adalah terbuat dari arang kayu dengan perekat damar dan ditekan pada tekanan 7,86 MPa. 5. Dibandingkan dengan briket arang kayu, kualitas briket ampas tebu lebih rendah, tetapi tetap dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar alternatif karena masih memiliki nilai kalor yang cukup baik.
Ismun, “Teknologi Tepat Guna, Membuat Briket Bioarang”, Kanisius, Yogyakarta 1998. Komoditas Dian Aksara, “Energi Alternatif”, Yudhistira, Ciawi, Bogor 2007. Kurniawan, “Superkarbon, Bahan Bakar Alternatif Pengganti Minyak Tanah Dan Gas”, Penebar Swadaya, Cimanggis, Depok 2008. Rislima Sitompul, “Manual Pelatihan, Teknologi Terbarukan yang Tepat Untuk Aplikasi di Masyarakat Perdesaan”, PNPM, Jakarta 2011. Setiawan, “Memanfaatkan Kototran Ternak, Solusi Masalah Lingkungan Dan Pemanfaatan Energi Alternatif”, Penebar Swadaya, Cimanggis, Depok 2007. Winaya, Suprapta, “Prospek Energi Dari Sekam Padi dengan Teknologi Fluidized Bed Combustion”, 2008. Yokoyama, S., “Buku panduan biomassa asia”, The Japan Institute Of Energy, Japan 2008.
DAFTAR PUSTAKA Andi Nur, A,S, “Biodiesel Jarak Pagar, Bahan Bakar Alternatif Yang Ramah Lingkungan”, Agromedia Pustaka, Jakarta 2006. ASTM D 3173, 2003, Standar Test Method for Moisture in the Analysis Sampel of Coal and Coke. ASTM D 3174, 2004, Standar Test Method for Ash in the Analysis Sampel of Coal and Coke from Coal. ASTM D 3175, 2002, Standar Test Method for Volatile matter in the Analysis Sampel of Coal and Coke. Dani Sucipto, SKM., M.Sc., “Teknologi Pengolahan Daur Ulang Sampah”, Gosyen Publishing, Yogyakarta 2012. Hambali, E., “Jarak Pagar Tanaman Penghasil Biodiesel”, Penebar Swadaya, Bogor 2006. Page 64
JURNAL APTEK Vol. 6 No. 1 Januari 2014
