PEMANFAATAN LIMBAH TEBU SEBAGAI BAHAN BRIKET ARANG
RIYANA HERMADIANA
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA* Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul pemanfaatan limbah ampas tebu untuk bahan bakar rumah tangga adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, 24 Juni 2014 Riyana Hermadiana NIM G74100064
ABSTRAK RIYANA HERMADIANA. Pemanfaatan Limbah Tebu sebagai Bahan Briket Arang. Dibimbing oleh MUHAMMAD NUR INDRO. Potensi biomass limbah tebu sebagai energi alternatif sedemikan melimpah, namun belum terolah sepenuhnya. Berawal dari hal tersebut maka peneliti mengajukan penelitian mengenai pengolahan limbah tebu sebagai energi alternatif berupa briket arang. Proses pengarangan dilakukan dengan menggunakan tungku drum hasil modifikasi. Arang kemudian digiling sampai berbentuk serbuk kemudian disaring menggunakan saringan 80 mesh. Arang yang lolos saringan selanjutnya dicampur dengan perekat tapioka kadar 2.5% dan 5%. Bahan baku dikempa menggunakan sistem hidrolik manual pada tekanan 20 ton, selanjutnya dikeringkan di dalam oven pada suhu 70 C selama 48jam. Briket arang yang dihasilkan pada umumnya dapat menghasilkan sifat fisik yang baik jika dibandingkan dengan bahan bakunya. Kadar air 0.475%, kadar abu 9.164%, kadar zat menguap 15.440%, kadar karbon terikat 75.395%, kerapatan, keteguhan tekan 82.04 kg/ dan nilai kalor 6219 kal/gram. Penambahan perekat tepung tapioka mempengaruhi dari kualitas briket arang serta sifat fisik yang dihasilkan. Briket arang dengan kualitas baik terdapat pada perekat tambahan dengan konsentrasi 5%. Kata kunci : Briket arang, kuat tekan, limbah tebu dan nilai kalor.
ABSTRACT RIYANA HERMADIANA.Utilization of Sugarcane Waste As Carbon Briquette. Guided by MUHAMMAD NUR INDRO. The potentially biomass waste of sugarcane as an alternative energy is abundance but has not fully processed. This research propose on the processing of sugarcane waste as an alternative energy such as carbon briquettes. Carbonazation is done by using a modified drum furnace. The obtained carbon was then milled into a powder form, filtered using a 80 mesh sieve and the carbon that passes from the filter is mixed with tapioca adhesive levels of 2.5% and 5%. The raw materials manually compressed using a hydraulic system at a pressure of 20 tons, then dried in an oven at 70 C for 48 hours. Carbon briquettes produced in general result in physical properties are better than the raw one. Water content ranges from 0.475, ash content of 9.164 %, levels of substance evaporates 15.440 %, bonded carbon content 75.395 %, density, firmness press 82.04 kg/ and calorific value 6219 cal / gram. The addition of starch adhesives will affects the quality of carbon briquettes in physical and chemical properties. Carbon briquette with good quality found on the additional adhesive with a concentration of 5%. Keywords: Carbon briquettes, compressive strength, heat value, sugarcane waste.
PEMANFAATAN LIMBAH TEBU SEBAGAI BAHAN BRIKET ARANG
RIYANA HERMADIANA
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Fisika
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014
Judul Skripsi : Pemanfaatan Limbah Tebu sebagai Bahan Briket Arang Nama : Riyana Hermadiana NIM : G74100064
Disetujui oleh
Drs M Nur Indro M.Sc Pembimbing
Diketahui oleh
Dr Akhirudin Maddu Ketua Departemen Fisika
Tanggal Lulus:
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan terhadap Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga begitu banyak nikmat yang tak terhingga jumlahnya. Hanya dengan izin dan kemudahan yang diberikan-Nya, penulis dapat menyelesaikan proposal penelitian yang berjudul “Pemanfaatan Limbah Tebu sebagai Bahan Briket Arang“. Pemanfaatan limbah ampas tebu ini dijadikan sebuah briket yang dikarakteristik secara uji fisik ,uji kimia dan efisiensi kelajuan pembakarannya. Dalam penulisan laporan penelitian ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak, oleh karena itu penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak Drs. M. Nur Indro M.Sc selaku pembimbing skripsi yang telah memberikan bimbingan, arahan, masukan, motivasi dan diskusidiskusi yang sangat membantu, Bapak Faozan M.Si selaku dosen pembimbing akademik serta semua 2. dosen dan staff Departemen Fisika IPB, yang telah banyak membantu selama masa perkuliahan, 3. Kedua orang tua, Yayad Haryadi dan Suhaebah yang selalu menjadi motivasi dan inspirasi , semua keluarga besar yang selalu memberikan doa, nasehat, semangat dan motivasi kepada penulis, 4. Teman-teman fisika 47, terima kasih atas kebersamaan, kepedulian, canda tawa selama 3 tahun perjuangan kita di Departemen Fisika, 5. Kakak-kakak Fisika 45 dan 46 terimakasih atas motivasi, nasihat dan dukungan serta doanya, 6. Adik-adik Fisika 48 dan 49 terima kasih atas kebersamaan dan doanya, 7. Sahabat-sahabatku,Dini, Ratih, Sinta, mba Aisyah yang senantiasa menghibur dan memberikan motivasi kepada penulis, 8. Semua pihak yang telah membantu dan tidak dapat disebutkan satu per satu disini. Penulis menyadari bahwa laporan penelitian ini masih jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu diharapkan kritik dan saran untuk memperbaiki laporan penelitian ini. Penulis berharap semoga penelitian ini dapat memberikan manfaat khususnya bagi penulis dan umumnya bagi semua pembaca. Bogor, 24 Juni 2014
Riyana Hermadiana
DAFTAR ISI DAFTAR ISI
vii
DAFTAR GAMBAR
viii
DAFTAR LAMPIRAN
viii
DAFTAR TABEL
viii
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
METODE
2
Waktu dan Tempat
2
Bahan dan Alat
2
Persiapan dan Pembuatan Briket
2
Pengujian
5
HASIL DAN PEMBAHASAN
7
Kadar Air
8
Kadar Abu
9
Kadar Zat Menguap
9
Kadar Karbon Terikat
10
Kerapatan
11
Keteguhan Tekan
11
Nilai Kalor Bakar
12
Lamanya Waktu Nyala Api
13
Laju pembakaran
13
Efesiensi
14
SIMPULAN DAN SARAN
14
Simpulan
14
Saran
15
DAFTAR PUSTAKA
16
LAMPIRAN
17
RIWAYAT HIDUP
20
DAFTAR TABEL 1. Perbandingan penambahan perekat tapioka dalam pembuatan briket arang dari ampas tebu 2. Hasil rata-rata sifat fisis briket arang limbah tebu
4 8
DAFTAR GAMBAR 1. Diagram skema kiln drum 2. Kadar air briket arang 3. Kadar Abu briket arang 4. Kadar Zat Menguap Briket Arang 5. Kadar Karbon Terikat briket arang 6. Kerapatan briket arang 7. Ketguhan Tekan briket arang 8. Nilai kalor bakar briket arang 9. Lamanya waktu nyala api 10. Laju pembakaran briket arang 11. Efesiensi Energi briket arang
3 8 9 9 10 10 11 12 12 13 14
DAFTAR LAMPIRAN 1. Tabel Perbandingan Mutu Briket Berdasarkan SNI 2. Dokumentasi Penelitian
17 18
PENDAHULUAN Latar Belakang Kebutuhan akan energi di Indonesia semakin hari semakin meningkat yang permintaanya begitu besar. Untuk menyeimbangkan permintaan kebutuhan dan pengadaan gas alam serta minyak bumi yang semakin berkurang maka dibutuhkan energi bahan bakar alternatif. Bahan bakar alternatif sebagai pengganti bahan bakar minyak bumi dan gas LPG bisa dibuat dari berbagai bahan-bahan yang berasal dari sampah organik rumah tangga, kayu dan lainnya yang bersifat kontinyu dan dapat diperbaharui. Indonesia merupakan negara yang kaya akan keanekaragaman hayatinya. Salah satu keanekaragaman hayati yang dapat dimanfaatkan dalam bidang perkebunan adalah tanaman tebu Tanaman tebu merupakan salah satu tanaman yang dapat tumbuh di daerah tropis termasuk Indonesia. Pada umumnya tebu diolah menjadi gula di pabrik-pabrik gula setelah tebu diolah menjadi gula maka akan menghasilkan limbah yang berupa ampas tebu. Ampas tebu yang dihasilkan sering hanya digunkan sebgai bahan bakar ketel pada pabrik gula. Kompisisi kimia ampas tebu meliputi air 52%; abu 3,82%; lignin 22,09%; selulosa 37,65%; pentosan 27,97%; silika 3,01%; dan gula pereduksi 3,3%. Kandungan pentosa yang cukup tinggi dalam ampas tebu tersebut memungkin ampas tebu dapat diolah menjadi arang Arang dapat diperoleh dari pembakaran dengan menggunakan tungku pembakaran (klindrum) hasil modifikasi. Dalam penelitian ini arang yang dihasilkan dijadikan bahan baku briker arang. Briket arang dapat pula dibuat selain ampas tebu, dari bahan bahan yang mengandung lignin dan selulosa yang terdapat pada sekam padi, serabut kelapa, tongkol jagung dan sampah organik dalam kehidupan manusia. Pada penelitian ini terfokus pada arang yang dihasilkan pada proses pembakaran dari ampas tebu yang akan diolah menjadi briket arang.2,3 Pembuatan briket arang diberikan penambahan perekat dimaksudkan agar partikel arang saling berikatan dan tidak mudah hancur. Perekat yang digunakan perekat pati tapioka dibuat dari tepung tapioka ditambah dengan air. Perekat tapioka umum digunakan sebagai bahan perekat pada briket arang, karena banyak terdapat di pasaran dan harganya relatif murah. Briket merupakan salah satu sumber energi alternatif yang dapat digunakan untuk menggantikan sebagian dari peranan minyak tanah atau gas LPG. Briket adalah bahan bakar yang memiliki wujud padat dan berasal dari sisa-sisa bahan organik. Briket memilki keuntungan ekonomis karena dapat diproduksi secara sederhana, memiliki nilai kalor yang tinggi, dan ketersedian bahan bakunya cukup banyak di Indonesia sehingga dapat bersaing dengan bahan bakar lain. Briket arang yang dihasilkan akan di ujikan sifat fisik, hal ini dilakukan untuk mengetahui ketahanan, kekuatan serta efesiensi energi pembakrannya. Briket arang yang berkualitas memilki nilai kekuatan dan efesiensi energi yang tinggi
2 Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk : 1. Memanfaatkan limbah tebu untuk dibuat briket arang 2. Melakuakn karakterisasi sifat fisik briket arang limbah tebu 3. Mengujikan efektivitas (laju pembakaran serta efesinesi energi) penggunaan briket arang sebagai bahan bakar Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan menghasilkan briket arang yang dapat dijadikan sebagai solusi untuk mengatasi krisis energi, terutama sebagai subtitusi bahan bakar yang berasal dari minyak bumi, gas bumi dan batu bara. Penelitian ini juga dapat mendorong masyarakat agar memanfaatkan sesuatu yang tidak bersifat ekonomis atau limbah menjadi sesuatu hal yang bersifat ekonomis.
METODE Waktu dan Tempat Penelitian dilaksanakan di Laboraturium Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor dan di Laboraturium Terpadu Badan Penelitian dan Pengembangan Kehutanan, Bogor mulai bulan Maret 2014 sampai juni 2014. Bahan dan Alat Bahan yang digunakan dalam penelitian ini ampas tebu dan bahan perekat tepung tapioka (tapioka). Alat-alat yang digunakan pada penelitian ini anatra lain : timbangan, thermometer, stopwacth, mesin penggiling, tungku pembakaran, korek api, oven, cetakan pembuatan briket, kempa hidrolis manual, cawan porselin, alat ukur analisis nilai kalor. Persiapan dan Pembuatan Briket Pengeringan Bahan baku Bahan baku ampas tebu terlebih dahulu dikeringkan secara alami dibawah sinar matahari sampai kering udara. Dengan penyusutan massa mencapai 40% dengan tujuan agar bahan baku yang digunakan mudah terbakar.
3 Tungku Pembakaran Tungku pembakaran (kilndrum) merupakan salah satu alat yang digunakan pada proses pengarangan. Tungku pembakaran ini terbuat dari drum yang terdiri dari 3 bagian, yaitu penutup,badan drum dan lubang udara pada badan drum atau bagian bawah drum. Pada bagian badan drum dibuat lubang udara sebanyak tiga baris yang dibuat melingkar pada bagian drum. Penutup pada bagian atas kiln drum ini bisa dibuka untuk menambahkan bahan baku pada proses pengarangan. Design klin drum diperlihatkan pada Gambar 1.
h=85cm
d=50cm Gambar 1. Diagram skema kiln drum.5 Pengarangan Proses pengarangan dilakukan mengggunakan kiln drum. Selanjutnya bahan baku diatur sehingga memenuhi drum. Sebelum dilakukan pembakaran lubang drum pada bagian dua dan tiga ditutup terlebih dahulu dengan asbes atau tanah liat, sehingga yang tetap terbuka adalah empat lubang pada baris bagian bawah. Untuk memudahkan pada proses pembakaran digunakan bahan-bahan yang mudah terbakar sebagai umpan bakar seperti: kertas, daun kering, ranting kayu, atau percikan minyak tanah. Pada saat api telah nyala dengan sempurna maka kiln drum ditutup. Bahan baku terbakar mulai dari bawah dan menjalar kebagian atas. Pada saat pembakaran melewati barisan lubang pertama yang ditandai dengan bara merah yang nampak dari lubang, maka lubang pada baris pertama ditutup sedangkan lubang pada bagian atasnya dibuka, demikian selanjutnya sampai pada lubang yang terakhir. Proses pengarangan dianggap telah selesai (sekitar 2 jam) apabila asap yang keluar dari celah lubang sedikit. Pada saat itu semua lubang yang ada pada kiln drum ditutup, hal ini untuk menghindari terjadinya pembakaran secara berlanjut sehingga arang yang sudah terbentuk tidak terus terbakar menjadi abu.
4 Selanjutnya kilndrum dibiarkan menjadi dingin. Pendinginan dilakukan selama kurang lebih 3 jam. Setelah kilndrum dingin maka tutup bisa dibuka dan arang bisa dikeluarkan untuk dipisahkan dari abu. Arang yang sudah dingin selanjutnya dikemas dalam plastik. Penggilingan dan penyaringan Arang ampas tebu yang sudah jadi kemudian digiling atau bisa ditumbuk dan disaring pada ukuran lolos 80 mesh. Penggilingan dilakukan memakai mesin giling. Penyaringan digunakan alat saring dengan ukuran disesuaikan. Persiapan dan Pencampuran perekat Tepung tapioka ditimbang, lalu dicampur dengan air dengan perbandingan konsentrasi perekat dan air adalah 1 : 10. Sambil dipanaskan dan diaduk diatas kompor hingga perekatnya homogen. Arang yang telah disaring dicampur dengan perekat tapioka dengan perbandingan sebanyak 2.5% dan 5% dari serbuk arang . Campuran arang dan perekat selanjutnya dibuat briket. Proses pembuatan briket ampas tebu yang dilakukan dalam penelitian ini terdiri dari 3 perlakuan. Perlakuan tersebut dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1 Perbandingan penambahan perekat tapioka dalam pembuatan briket arang dari ampas tebu Sampel Massa serbuk arang A 250 gram B 250 gram C 200 gram
Perekat tapioka 2.5% 5% 5%
Ukuran serbuk 80 mesh 80 mesh <80 mesh
Pencetakan dan pengempaan Hasil dari percampuran bahan dengan perekat tapioka tersebut selanjutnya disiapkan dalam cetakan dan dilakukan pengempaan sistem hidrolik dengan besar beban 20 ton. Ukuran briket arang dengan volume 3x3x3 . Pengeringan Briket yang dihasilkan kemudian dikeringkan dalam oven pada suhu o 70 C selama 48 jam. Setelah itu dilakukan pengemasan dalam kantong plastik dan ditutup rapat-rapat untuk menjaga agar briket tetap dalam keadaan kering. Sifat fisik yang diuji meliputi kadar air, kadar zat mudah menguap, kadar abu, kadar karbon terikat, kerapatan, keteguhan tekan, nilai kalor , hubungan komposisi bahan baku terhadap laju pembakaran briket, laju pembakaran dan efesiensi energi.
5
Pengujian Pengujian Kadar Air Satu gram sampel (arang) uji ditimbang dalam porselin yang telah diketahui berat tetapnya dan dikeringkan dalam oven pada suhu (105 ± 2) selama 4 jam sampai beratnya konstan. Selanjutnya sampel dimasukan ke dalam desikator selama 1 jam dan ditimbang. Kadar air briket dihitung dengan menggunakan persamaan: Kadar Air Keterangan :
= Massa contoh sebelum dikeringkan (gram) = Massa contoh setelah di keringkan (gram)
Pengujian Kadar Abu Cawan yang berisi sampel uji yang sudah ditetapkan kadar airnya digunakan untuk menetapkan kadar abu. Cawan berisi sampel diletakan dalam tanur kemudian perlahan-lahan dipanaskan mulai dari suhu kamar sampai 800oC selama 2 jam. Kadar abu briket arang dapat dihitung dengan menggunakan persamaan : Kadar Abu = Pengujian Zat Menguap Cawan porselin yang berisi sampel uji yang sudah diketahui kadar airnya dimasukan kedalam tanur listrik pada suhu 950oC selama 6 menit. Setelah penguapan selesai, cawan didinginkan di dalam desikator selama satu jam dan selanjutnya ditimbang. Kadar zat mudah menguap dapat dihitung dengan menggunakan persamaan : Kadar Zat Menguap Keterangan :
= Massa contoh sebelum dikeringkan (gram) = Massa contoh setelah di keringkan (gram)
Pengujian Kadar Karbon Terikat Pada dasarnya prinsip penentuan kadar karbon terikat adalah dengan menghitung fraksi karbon dalam briket arang, tidak termasuk zat menguap dan abu. Kadar karbon terikat briket dapat dihitung dengan menggunakan rumus : Kadar karbon terikat = 100 – (kadar abu + kadar zat menguap)% Pengujian Kerapatan Massa Kerapatan dinyatakan dalam perbandingan berat dan volume, yaitu dengan cara menimbang briket dan mengukur volumenya dalam keadaan kering udara. Kerapatan briket dapat dihitung dengan menggunakan rumus:
6
Keterangan:
ρ = m/V ρ = Kerapatan (g/ ) m = Bobot briket (gram) V = Volume ( )
Pengujian Keteguhan Tekan Prinsip pengujian keteguhan tekan adalah mengukur kekuatan tekan briket dengan memberikan penekanan sampai briket pecah. Pengujian keteguhan tekan dilakukan dengan menggunkan alat Instron dimana beban yang diberikan maksimum adalah 10 ton. Penekanan yang diberikan secara perlahan-lahan sampai briket tersebut pecah.. Penentuan keteguhan tekan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan: P Keterangan:
P = Beban keteguhan tekan (kg/ F= Beban penekanan (kg) ) A = Luas permukaan (
)
Nilai Kalor Prinsip penentuan nilai kalor adalah dengan mengukur energi yang ditimbulkan pada pembakaran satu gram contoh uji. Satu gram contoh uji ditimbang dan ditempatkan pada cawan silika, kemudian dimasukan ke dalam calorimeter combustion bomb. Pembakaran dimulai pada saat suhu air sudah tetap. Pengukuran dilakukan sampai suhu mencapai maksimum. Pengukuran nilai kalor bakar dihitung berdasarkan banyaknya kalor yang dilepaskan sama banyaknya dengan kalor yang diserap. Penentuan nilai kalor dapat dihitung dengan menggunakan persamaan: Nk = Keterangan:
Nk = Nilai kalor (kal/gram) w = Nilai kalor dari alat kalori meter (kal) = Suhu mula-mula (oC) = Suhu setelah pembakaran (oC) m = Berat contoh yang terbakar B = Faktor koreksi pada kawat besi (kal/gram)
Lamanya Waktu Nyala Api Uji ini dilakuakan untuk mengetahui berapa lama waktu briket habis sampai menjadi abu. Pengujian lama nyala api dilakukan dengan cara briket dibakar seperti pembakaran terhadap arang. Pencatatan waktu dimulai ketika briket menyala hingga briket habis atau telah menjadi abu. Pengukuran waktu ini menggunakan stopwatch.
7
Laju Pembakaran Briket Laju pembakaran briket adalah kecepatan briket habis sampai menjadi abu. Laju pembakaran dapat dihitung dengan menggunakan rumus :
Efesiensi Efesiensi briket diperoleh dengan menggunakan nilai kalor pada masing-masing perlakuan komposisi perekat tepung tapioka. Efesiensi diukur dengan menggunakan rumus : Efesiensi (%) = Dengan : Qoutput = jumlah total energi untuk memasak air (kal) Qinput = nilai kalor dari berat briket yang digunakan (kal) Energi untuk memasak air merupakan nilai kalor atau panas yang dihasilkan briket sampai air mendidih atau sampai suhu tertentu dengan rumus : Q = m. c . dengan : Q = jumlah kalor untuk mendidihkan air (kal) C = kalor jenis air (kal/g. ) m = massa briket (g) = kenaikan suhu ( )
HASIL DAN PEMBAHASAN Pembuatan arang pada tungku hasil modifikasi dari bahan limbah tebu sebanyak 4.5 kg menghasilkan 1.5 kg arang. Penelitian ini menghasilkan arang dengan kadar air 0.475% , kadar abu 9.163%, kadar zat menguap 15.440%, kadar karbon terikat 75.395% dan nilai kalor bakar 6020 kal/g. Bahan baku arang sebanyak 250 gram menghasilkan briket arang 25-30 buah briket dengan ukuran 27 cm3. Briket arang yang dihasilkan memiliki sifat fisik seperti pada Tabel 2.
8 Tabel 2 Hasil rata-rata sifat fisik briket arang limbah tebu Sifat briket arang Komposisi bahan perekat
Air (%)
Abu (%)
Zat Menguap (%)
Karbon Terikat (%)
Kerapatan (g/ )
Keteguhan Tekan (kg/ )
Nilai Kalor bakar (kal/g)
2,5%
1.105
9.866
20.089
70.044
0.339
52.04
6187
5%
1.349
10.713
19.479
70.307
0.384
68.04
6202
5%*
1.557
10.508
20.508
68.983
0.335
82.04
6219
*Bahan baku serbuk arang tidak lolos saringan 80 mesh (arang kasar)
Kadar Air Pada Tabel 2 terlihat bahwa kadar air terendah sebesar 1.105% diperoleh dari briket arang dengan komposisi tambahan perekat tepung tapioka sebanyak 2.5%, sedangkan kadar air tertinggi sebesar 1.557% pada briket arang dengan komposisi tambahan perekat 5% dengan bahan tanpa lolos penyaringan 80 mesh (arang kasar). Kadar air yang tinggi disebabkan oleh sifat partikel arang yang bersifat higrokopis terhadap air dari udara sekelilingnya. Selain itu bahan baku briket arang yang memiliki kerapatan rendah dan berat jenis rendah dapat lebih mudah menyerap udara yang lembab dari sekelilingnya sehingga dapat menyebabkan tingginya kadar air briket arang yang dihasilkan.
2
Kadar Air (%)
1,557 1,349
1,5 1,105 1 0,5 0 A
B
C
Gambar 2 Kadar air briket arang dengan konsentrasi tepung tapioka sebanyak 2.5% ukuran 80 mesh (A), 5% ukuran 80 mesh (B) dan 5% ukuran kurang dari 80 mesh (C)
9
10,713
10,8
10,508
Kadar Abu (%)
10,6 10,4 10,2 10
9,866
9,8 9,6 9,4 A
B
C
Gambar 3 Kadar abu briket arang dengan konsentrasi tepung tapioka sebanyak 2.5% ukuran 80 mesh (A), 5% ukuran 80 mesh (B) dan 5% ukuran kurang dari 80 mesh Kadar Abu Kadar abu merupakan bahan sisa dari pembakaran yang sudah tidak memiliki nilai kalor atau tidak memiliki unsur karbon lagi. Salah satu unsur penyusun abu adalah silika. Pengaruh kadar abu terhadap kualitas briket arang kurang baik, terhadap nilai kalor yang dihasilkan kandungan kadar abu yang tinggi dapat menurunkan nilai kalor briket arang, sehingga akan menurunkan kualitas briket arang. Berdasarkan Tabel 2, hasil penelitian dengan bahan baku yang sama tetapi berbeda perlakuan tambahan perekat tapioka, kadar abu terendah sebesar 9.688% terdapat pada briket arang dengan perekat tapioka 2.5% sedangkan tertinggi sebesar 10.713% pada briket arang dengan tambahan perekat tapioka 5%. Kadar Zat Menguap Pada Tabel 2 hasil kadar zat menguap briket arang yang dihasilkan antara lain 19.479% , 20.098, dan 20.508% . Kadar zat menguap terendah terdapat pada briket arang dengan komposisi perekat tapioka 5%. Tinggi rendahnya kadar zat menguap dan kerapatan massa briket arang yang dihasilkan dipengaruhi oleh bahan baku dengan penambahan konsentrasi perekat tepung tapioka yang pas. Kandungan kadar zat menguap yang tinggi akan menimbulkan asap yang lebih banyak pada saat briket arang dinyalakan. Hal ini disebabkan oleh adanya reaksi antara karbon monoksida (CO) dengan turunan alkohol yang ada pada arang.
kadar zat menguap (%)
10
20,6 20,4 20,2 20 19,8 19,6 19,4 19,2 19 18,8
20,508 20,089
19,479
A
B
C
Gambar 4 Kadar zat menguap briket arang dengan konsentrasi tepung tapioka sebanyak 2.5% ukuran 80 mesh (A), 5% ukuran 80 mesh (B) dan 5% ukuran kurang dari 80 mesh (C) Kadar Karbon Terikat
Kadar Karbon Terikat (%)
Kadar karbon terikat merupakan fraksi karbon yang terikat di dalam arang selain fraksi air, zat menguap, dan abu. Keberadaan karbon terikat di dalam briket arang dipengaruhi oleh nilai kadar abu dan kadar zat menguap. Kadar karbon terikat akan bernilai tinggi apabila nilai kadar abu dan kadar zat menguap pada briket arang rendah. Kadar karbon terikat berpengaruh terhadap nilai kalor bakar arang. Nilai kalor briket arang akan tinggi apa bila nilai kadar karbon terikat pada briket tinggi. Pada Tabel 2 terlihat bahwa kadar karbon terikat tertinggi sebesar 70.307% pada briket arang dengan arang ukuran 80 mesh dengan konsentrasi perekat 5% .
70,4 70,2 70 69,8 69,6 69,4 69,2 69 68,8 68,6 68,4 68,2
70,307 70,044
68,983
A
B
C
Gambar 5 Kadar karbon terikat briket arang dengan konsentrasi tepung tapioka sebanyak 2.5% ukuran 80 mesh (A), 5% ukuran 80 mesh (B), dan 5% ukuran kurang dari 80 mesh (C).
11
Kerapatan g/cm^3
Kerapatan
0,39 0,38 0,37 0,36 0,35 0,34 0,33 0,32 0,31
0,384
0,339
A
0,335
B
C
Gambar 6 Kerapatan briket arang dengan konsentrasi tepung tapioka sebanyak 2.5% ukuran 80 mesh (A), 5% ukuran 80 mesh (B), dan 5% ukuran kurang dari 80 mesh (C). Kerapatan briket arang berpengaruh terhadap kualitas briket arang. Besar kecilnya kerapatan dipengaruhi oleh ukuran dan kehomogenan arang penyusun briket tersebut. Nilai kerapatan yang dihasilkan antara lain 0.339 g/cm3 , 0.335 g/cm3, 0.384 g/cm3 Kerapatan ini memenuhi kualitas briket arang Indonesia (0.4407 g/cm3). Serbuk arang yang tidak lolos ukuran 80 mesh tidak mempunyai ikatan antara serat yang kompak dan kuat karena serbuk yang besar mempunyai luasan permukaan yang sempit. Hal ini menyebabakan nilai kerapatan briket sedikit lebih rendah. Berbeda dengan serbuk arang dengan ukuran 80 mesh memiliki luasan bidang permukaan ikatan antar serbuk bertambah. Hal ini menyebabkan ikatan anatar serbuk menjadi lebih kompak dan kuat sehingga dapat meningkatkan kerapatan briket arang. Ukuran arang serbuk yang lebih halus dan seragam dibandingkan dengan arang dengan ukuran tak sama mengakibatkan ikatan antar partikel arangnya lebih maksimal. Kecenderungan terdapatnya ruang-ruang kosong antar partikel sangat kecil. Partikel arang yang ukurannya lebih kasar dan tidak seragam memungkinkan turunnya nilai kerapatan briket arang karena ikatan antar partikelnya tidak maksimal. Keteguhan Tekan Keteguhan tekan briket merupakan kemampuan briket untuk memberikan daya tekan atas kekompakan briket atau hancurnya briket jika diberikan beban pada benda tersebut. Semakin tinggi nilai keteguhan tekan briket arang berarti daya tahan terhadap pecah semakin baik. Hal tersebut akan menguntungkan di dalam kegiatan pemasaran yang meliputi pengemasan maupun distribusi dan memudahkan pengangkutan briket arang.
Keteguhan tekan N/cm^2
12
100
82,04 68,04
80 60
52,04
40 20 0 A
B
C
Gambar 7 Keteguhan tekan briket arang dengan konsentrasi tepung tapioca sebanyak 2.5% ukuran 80 mesh (A), 5% ukuran 80 mesh (B), dan 5% ukuran kurang dari 80 mesh (C). Pada Tabel 2 keteguhan tekan yang dihasilkan pada briket arang dengan komposisi penambahan perekat tepung tapioka berkonsentrasi berbeda mempunyai nilai yang berbeda pula. Nilai keteguhan tekan pada briket arang dengan konsentrasi perekat 2.5% sebesar 52.04 kg/cm2. Adapun nilai keteguhan tekan pada briket arang dengan konsentrasi perekat 5 % arang halus dan kasar sebesar 68.04 kg/cm2 dan 82.04 kg/cm2. Nilai Kalor Bakar Pengujian terhadap nilai kalor bertujuan untuk mengetahui sejauh mana nilai panas pembakaran yang dihasilkan oleh briket arang. Nilai kalor diperoleh berdasarkan pengukuran pada volume tetap dimana arang yang dibakar akan meningkatkan suhu air sehingga nilai kalor arang dapat diukur berdasarkan perbedaan suhu air. Nilai kalor sangat menentukan kualitas briket arang. Semakin tinggi nilai kalor briket arang semakin baik pula kualitas briket arang yang dihasilkan. Tinggi rendahnya nilai kalor dipengaruhi oleh berat jenis bahan baku Berdasarkan hasil penelitian terlihat nilai kalor terendah terdapat pada briket arang dengan konsentrasis perekat 2.5% sebesar 6020 kal/gram, sedangkan tertingi pada konsentrasi 5% sebesar 6219 kal/gram dengan bahan baku kasar tanpa saringan lolos 80 mesh. 6219 Nilai kalor kal/g
6220 6210
6202
6200 6190
6187
6180 6170 A
Gambar 8
B
C
Nilai kalor briket arang dengan konsentrasi tepung tapioka sebanyak 2.5% ukuran 80 mesh (A), 5% ukuran 80 mesh (B), dan 5% ukuran kurang dari 80 mesh (C).
Wakru (menit)
13
35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25
34,04
31,28
28,56
A
Gambar 9
B
Lamanya waktu nyala api briket arang dengan konsentrasi tepung tapioka sebanyak 2.5% ukuran 80 mesh (A), 5% ukuran 80 mesh (B), dan 5% ukuran kurang dari 80 mesh (C). 1,575
1,6 Laju pembakaran (g/menit)
C
1,55 1,5 1,45
1,439
1,4 1,322
1,35 1,3 1,25 1,2 1,15 A
Gambar 10
B
C
Laju pembakaran briket arang dengan konsentrasi tepung tapioka sebanyak 2.5% ukuran 80 mesh (A), 5% ukuran 80 mesh (B), dan 5% ukuran kurang dari 80 mesh (C). Lamanya Waktu Nyala Api
Pengamatan lama waktu nyala api menggunakan briket arang sebanyak 45g. Berdasarkan hasil pengamatan yang dilakukan terhadap nyala api untuk briket arang dengan konsentrasi 2.5% menyala selama 31:28 menit. Adapun lama waktu menyala briket arang dengan konsentrasi 5% ukuran 80 mesh dan kurang dari 80 mesh berturut-turut selama 34:04 menit dan 28: 56 menit. Laju pembakaran Laju pembakaran briket arang diperoleh dengan membandingkan massa briket arang dengan lama waktu nyala api. Hasil yang diperoleh
14
38,09 38,1
Efesiensi Energi (%)
38 37,9 37,9 37,8 37,7 37,7 37,6 37,5 A
Gambar 11
B
C
Efisiensi briket arang dengan konsentrasi tepung tapioka sebanyak 2.5% ukuran 80 mesh (A), 5% ukuran 80 mesh (B), dan 5% ukuran kurang dari 80 mesh (C).
menunjukkan bahwa briket arang konsentrasi 2.5% sebesar 1.439 g/menit, briket arang 5% ukuran 80 mesh sebesar 1.322 g/menit dan briket arang 5% ukuran kurang dari 80 mesh sebesar 1.575 g/menit. Perbedaan komposisi perekat pada masing-masing briket tidak begitu berpengaruh jauh. Tetapi ukuran serbuk yang seragam atau tidaknya dapat mempengaruhi laju pembakaran. Efesiensi Efesiensi energi briket arang didapat dengan menguji 100 g briket arang untuk mendidihkan 500 ml air. Hasil penelitian menunjukkan bahwa efesinesi energi pada briket arang limbah tebu 2.5% dan 5% ukuran 80 mesh sebesar 37.7% dan 37.9%. Adapun efisiensi energi pada briket arang 5% ukuran kurang dari 80 mesh sebesar 38.09%. Nilai efesiensi briket arang yang dihasilkan meningkat seiring dengan bertambahnya konsentrasi perekat tepung tapioka. Hal ini disebabkan oleh meningkatnya nilai kalor arang briket dengan variasi konsentrasi perekat dan ukuran serbuk arang.
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Proses pengolahan limbah tebu dapat menghasilkan produk yang bermanfaat berupa arang yang dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan briket arang. Proses pembakaran untuk menjadikan bahan menjadi arang harus dilakukan dengan metode yang tepat dan benar. Penambahan perekat pada pembuatan briket arang sangat dibutuhkan agar briket yang dihasilkan memiliki keteguhan yang besar dan kerapatan yang kecil. Sifat fisik briket arang mempengaruhi tinggi rendahnya nilai kalor
15 briket arang. Briket arang yang dihasilkan dapat digunakan sebagai bahan baku rumah tangga sebagai pengganti bahan bakar alternatif. Briket arang dengan campuran perekat tepung tapioka dengan konsentrasi 2.5% dan 5% dapat mempengaruhi karakteristik dari sifat fisika. Sifat fisika yang dihasilkan dari briket arang meliputi kadar air sebesar 1.105%, 1.349% dan 1.557%, kadar abu 9.866%, 10.713% dan 10.713%, kadar zat menguap 19.479%, 20.089% dan 20.503%, kadar karbon terikat 68.983%,70.044% dan 70.044%, kerapatan 0.335g/cm3,0.339g/cm3dan 0.384g/ , keteguhan tekan 52.04 kg/ , 68.04 kg/cm2 dan 82.04kg/ , nilai kalor bakar 6187 kal/g, 6219kal/g dan 6202kal/g. Selain itu ukuran partikel yang homogen memberikan hasil nilai briket arang dengan kualitas baik jika dibandingkan dengan ukuran yang tidak seragam. Efisiensi energi terbesar dihasilkan oleh briket arang dengan konsentrasi perekat tepung tapioka 5% dengan ukuran serbuk kurang dari 80 mesh. Nilai ini sebanding dengan nilai kalor yang dihasilkan. Saran Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai variasi bahan baku yang memudahkan pada peroses penyalaan api sehingga tidak lagi memberikan umpan menyalakan briket arang dengan minyak tanah atau sejenisnya. Kualitas briket arang dengan efesiensi energi tinggi perlu ditingkatkan dengan melakukan penelitian lebih lanjut mengenai tambahan komposisi campuran briket arang dengan bahan baku lain. Tungku pembakaran untuk pengarangan perlu di modifikasi agar energi yang dihasilkan saat membakar tidak terbuang sia-sia dan dapat dimanfaatkan untuk kebutuhan memasak rumah tangga.
16
DAFTAR PUSTAKA 1. Vinancia E. Pemanfaatan limbah padat proses sintesis furfural dengan material awal ampas tebu sebagai bahan pembuatan bahan bakar briket. UNESA journal of chemistry Vol 2 No 3 September 2013 2. Nisandi. Pengolahan dan pemanfaatan sampah organik menjadi briket arang dan asap cair. Yogyakarta ; ISSN : 1978-9777 3. Agus T. Karakteristik briket arang dari campuran serbuk gergaji kayu afrika dan sengon dengan penambahan tempurung kelapa. Bogor: Departemen Teknologi Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan, Institut Pertanian Bogor. 2006 4. Subroto. Karakteristik pembakaran biobriket batubara, ampas tebu dan jerami. Jurnal Media Mesin Vol 7 No 2 Juli 2006;47-54 5. Habiburahmat. Pemeberian langsung pada tanggal 1 juli 2014 6. Wahyudi. Karakteristik pembakaran biobriket dari campuran batubara dan limbah padat pertanian. Jurnal Ilmiah Semesta Vol 10 No 2 2007; ISSN 178-191 7. Hartoyo J, Roliado H. Pembuatan Briket Arang dari Lima Jenis Kayu Indonesia. Pusat Penelitian Hasil Hutan. Report No 103. Bogor 1987 8. Sudrajat R. Pengaruh Bahan Baku, Jenis Perekat, dan Tekanan Kempa Terhadap Kualitas Briket Arang. Laporan No 165. Pusat Penelitian dan Pengembangan hasil Hutan. Bogor.1983 9. Capah A. G. Pengaruh konsentrasi perekat dan ukuran serbuk terhadap kualitas briket arang dari limbah kayu manglum. [Skripsi]. Departemen Kehutanan. Fakultas Pertanian. Univeristas Sumetara Utara. Medan. 2007 10. Sanotsa, Misiaini R., dan Swara Pratiwi A. Studi Variasi Komposisi Bahan Penyusun Briket Arang dari Kotoran Sapi dan Limbah Pertanian. 2013 11. Hendra D. Pembuatan Briket Arang dari Campuran Kayu, Bambu, Sabut Kelapa, dan Tempurung Kelapa sebagai sumber Energi Alternatif. Laporan hasil pnelitian pusat penelitian hasil hutan. Badan penelitian dan pembangunan kehutanan. Bogor. 2012
17
LAMPIRAN Lampiran 1 Tabel Perbandingan Mutu Briket Berdasarkan SNI
Parameter Kadar Air (%) Kadar Abu (%) Kadar Karbon (%) Nilai Kalor (kal/g)
SNI no. 1/6235/2 000 ≤8 ≤8 ≥ 65 ≥ 5000
2.5% A
Komposisi 5% B
5*% C
Kesimpulan
1.105
1.349
1.557
Sesuai SNI
9.866
10.713
10.508
Tidak sesuai SNI
70.044
70.307
68.983
Sesuai SNI
6187
6202
6219
Sesuai SNI
Sumber : Badan Penelitian dan Pengembangan Kehutanan Bogor
18 Lampiran 2 Dokumentasi Penelitian
(a)
(b)
ojojoj
(c)
(e)
(d)
(f)
19
Keterangan : (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g)
(g)
= Limbah Tebu = Persiapan sebelom pembakran = klin drum saat pengarangan = arang limbah tebu setelah pembakaran = arang setelah di giling masih kasar = arang lolos 80 mesh = briket di atas cetakan
20
RIWAYAT HIDUP Penulis lahir di Cianjur pada tanggal 2 januari 1993, putri kandung pertama dari orang tua , Nama Ayah Yayad Haryadi dan Ibu Suahebah. Penulis memiliki jenjang pendidikan mula dari Sekolah Dasar Negeri Margasari- Cianjur tahun lulus 2004, Sekolah Menengah Pertama Negeri 1 Ciadaun-Cianjur tahun lulus 2007, Sekolah Menengah Atas Negeri 1 Cilaku-Cianjur tahun lulus 2010, kemudian di terima sebagai Mahasiswa IPB di Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Kegiatan yang di ikuti selama menjadi mahasiswa penulis aktif di bidang khusus di UKM Pramuka, bidang olahraga di UKM Voli dan lembaga kemahasiswan di BEM TPB serta BEM Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Penulis pun aktif di berbagai kepanitian kegiatan yang diadakan beberapa lembaga kemahasiswan dan UKM. Penulis sering mengikuti kejuaran di bidang olahraga cabang atletik; lari jarak menengah. Penulis kali kedua mengikuti Programa kreatifitas mahasiswa yang didanai oleh lembaga DIKTI.
