OPTIMASI VARIASI WAKTU PENGERINGAN DAN KECEPATAN TIUPAN UDARA PEMBAKARAN PADA PROSES PRODUKSI SILIKA DARI SEKAM PADI Oleh : Hendriwan Fahmi 1 dan Ronaldi 2 Dosen Teknik Mesin – Institut Teknologi Padang
Abstract West sumatera is farmland so there are many rice miling industries.It produces hull of rice everyday and becomes disadvantages waste.Hull of rice contains silica has the shape of amorf terhidrat (Houston, 1972). Silica use as a material for producing ceremics. For producing dust from hull of rice which contains silica will be done by camouflage process and for testing silica composition in hull of rice dust is used XRF method. From the result of testing by using XRF method so be gotten the highest data from the hull of the rice silica in example with long drying variation as long as 2 hours with wind of blowing speed variation is 0.25 m/s with percentage Si02 is 98.12%. Key words: drying and burning of the hull of rice
PENDAHULUAN Hingga saat ini padi masih merupakan produk utama pertanian di negara agraris, termasuk Indonesia. Hal ini disebabkan oleh kenyataan beras yang merupakan hasil olahan dari padi merupakan bahan makanan pokok. Sekam padi merupakan salah satu produk sampingan dari proses penggilingan padi, selama ini hanya menjadi limbah yang belum termanfaatkan dengan optimal. Sekam padi lebih sering digunakan sebagai bahan pembuat kompos dan bahan bakar untuk pembuatan batu bata. Harsono 2002, telah melakukan penelitian pembuatan silika amorf dari sekam padi dengan cara melakukan pengeringan sampel sekam padi dengan sinar matahari dan pengeringan didalam oven. Setelah itu sampel diarangkan pada suhu 300 0C dan proses pengabuan dengan temperatur 600 0C dan proses pemurnian dengan pengasaman yang menggunakan Asam Klorida pekat. Dari penelitian ini Harsono mendapatkan hasil silika setelah pemurnian untuk sampel yang dikeringkan dengan sinar matahari sebesar 89,13 % dan dengan pengeringan dengan oven sebesar 83,15 %. Selama ini sekam padi yang ada di kota Padang belum memiliki nilai jual yang tinggi dan menumpuk menjadi sampah yang mencemari lingkungan. Sekam padi hanya dibakar untuk dijadikan pupuk dan abu gosok.
Dengan kondisi tersebut maka penelitian ini diharapkan dapat memberikan nilai jual yang tinggi terhadap sekam padi yang ada. Melihat hasil yang telah didapat oleh peneliti sebelumnya maka, penulis melakukan penelitian tentang analisa pengeringan dan pembakaran pada proses produksi silika dari sekam padi. Untuk mengetahui pengaruh pengeringan dan pembakaran sekam padi pada proses produksi silika dari sekam padi.
Batasan masalah 1. 2.
3.
4.
5. 6. 7. 8.
Jurnal Teknik Mesin Vol.3, No.2, Oktober 2013 : 49 - 54
Sampel sekam padi diambil didaerah kuranji padang. Variasi tiupan udara pembakaran adalah tiupan udara alami, tiupan udara dengan laju 0,25 m/s, 0,5 m/s, 0,75 m/s dan 1 m/s. Variasi waktu pengeringan sekam padi adalah selama 1 jam, 2 jam dan 3 jam. Pembakaran sekam padi (pengabuan) dilakukan pada tungku pembakaran dengan kapasitas 0,25 m3. Pengujian komposisi silika dari sekam padi dengan metode XRF Proses pembuatan tungku tidak dibahas dalam laporan ini. Gas buang tidak dianalisa. Jenis padi diasumsikan sama.
49
Tujuan penelitian 1. Mengetahui tingkat kemurnian silika darisekam padi yang ditinjau dari beberapa variasi pengeringan dan kecepatan tiupan udara pembakaran. 2. Untuk mendapatkan tingkat kemurnian tertinggi dari silika sekam padi
Tabel 2. Struktur dari Silikat ( Suminar Setia achmadi, 2003 ) Nisbah Si : O
variasi waktu pengeringan dan kecepatan tiupan udara pembakaran pada proses produksi silika dari sekam padi”
Silika Silika atau SiO2 adalah paduan material dasar antara Oksigen dan Silikon yang tidak dapat larut dalam air, silika larut dalam larutan alkali dan asam flourida (HF). Silikon diikat oleh empat atom oksigen, dengan situasi satu atom silikon berada dipusat sel dan empat atom oksigen berada dimasing-masing sudut. Ikatan tambahan pada tetrahedron menciptakan struktur cincin, rantai, lembaran dan jaringan.
Contoh
Tetrahedron
2.1a
0
Si44-
1:4
Olivin
Pasangan tetrahedron
2.1b
1
SiO6-
1:3
Torveitit
Cincin tertutup
2.1c
2
SiO
1:3
Beril
2.1d
2
SiO
1:2
Piroksen
2.1e
2
SiO
1:2
Amfibol
2.1f
3
SiO
1:2
Talk
2.1g
2
SiO
1:2
Kuarsa
Struktur
TINJAUAN PUSTAKA Sekam Padi Sekam padi diketahui mengandung silika (SiO2) aktif dengan kadar cukup tinggi, yakni 16-20% dari sekam padi (Daifulah et.al, 2004, Hamdan 1997, Yalcin dan Sevinc, 2001). Disamping komponen utama silika, dalam sekam padi terdapat komponen lain, CaO, MgO, Al2O3 dan NaO (Siriluk dan Yuttapong, 2005) sehingga dari komposisi kimia sekam padi tersebut, dapat digunakan sebagai salah satu bahan baku kramik berbasis silika. Silika yang terdapat dalam sekam adalah berbentuk Amorf Terhidrat (Houston, 1972). Tapi jika dilakukan pembakaran dilakukan secara terus-menerus pada temperatur diatas 650 0C akan menaikkan kristalinitas dan akhirnya akan terbentuk fasa Kristobalit dan tridimit dari silika sekam (Hara,1986). Tabel 1. Engeneering Propertis Fused Silika Properties Density Porosity Flexural Strength Elasic modulus Shear Modulus Bulk Modulus Poisson s Ratio Compressive Strength Hardness Fracture Toughness Kjc
Maximum Use Temperture (no load)
Unit of measure Gr/cc %
Metric
MPa
_
GPa GPa GPa _
73
0,17
MPa
1108
Kg/
600
Mpa. 0
C
2,2
0
31
Rantai tunggal tak hingga Rantai rangkap tak hingga Lembaran tak hingga Jaringan tak hingga
Tabel 3. Spesifikasi material silika ( Calister, 1996 ). No 1 2 3 4 5 6
41
_
1100
Jurnal Teknik Mesin Vol.3, No.2, Oktober 2013 : 49 - 54
Gambar Sudut Bersama pada setiap Si Satuan Berulang
Supaya laporan ini lebih terarah maka penulis menitik beratkan pada “ Optimasi
7 8
Spesifikasi Densitas Modulus Elastisitas Poison Ratio Tensile Strength Fracture Toughness Coefficient Thermal Expansion Thermal Conductivity Specific Heat
Nilai 2.65 gr/cm3 73 Gpa 0.165 110 Mpa 0.79 Mpa m1/2 0.4 10-6/C0 1.4 W/m-K 740 J/Kg-K
Salah satu pemanfaatan serbuk silika untuk dijadikan sebagai bahan dasar pembuatan silika gel sebagai penyerap kadar air di udara, sehingga memperpanjang masa penyimpanan bahan-bahan yang mempunyai resiko tinggi terhadap udara lembab. Seiring dengan
50
kemajuan teknologi maka usaha untuk mendapatkan silika murni terus dilakukan untuk memenuhi kebutuhan tersebut, sumber bahan silika terutama diperoleh dari alam berupa pasir dan biogenic seperti sekam silika. Pada pengujian yang lain (Indra. A, 2007) melakukan pengujian temperatur pada pembakaran sekam padi yang digunakan untuk membakar batu bata, dimana temperatur berkisar antara 600 0C - 640 0C (Indra), sehinga memmungkinkan proses pengabuan sekam padi dilakukan dengan cara membakar sekam tanpa menggunakan furnace seperti dilakukan pada penelitian sebelum nya.
sebagai alat pangatur kecepatan udara yang ditiupkan kedalam tungku pembakaran. 2. Tahap pembuatan silika dengan melakukan pembakaran sekam padi pada tungku pembakaran dengan fariasi lama pengeringan awal (sinar matahari) dan fariasi kecepatan udara yang ditiupkan kedalam tungku pembakaran. Pada tahap ini juga akan dilakukan pengukuran temperatur pembakaran setiap fariasi kecepatan udara yang ditiupkan dengan menggunakan thermokopel.
Beberapa kajian pendahuluan yang telah dilaksanakan untuk mendukung dan sebagai acuan didalam melakukan penelitian lanjutan ini. Pada penelitian sebelum nya proses pengabuan dilakukan dalam skala laboratarium dengan menggunakan furnace untuk menghasilkan RHA. Pada penelitian ini akan dikembangkan suatu proses yang dapat menghasilkan silika dari abu sekam padi sehingga diharapkan mendapatkan suatu cara yang mudah, murah dan menghasilkan abu dalam kapasitas yang besar. Untuk menghasilkan silika yang berkualitas, tidak bisa sembarangan membakar sekam padi (Muntahor, 2007). Di india telah dibuat sebuah alat untuk pembakaran sekam padi yang dapat menghasilkan energi panas dari pembakaran silika (Torftech,2003). Untuk mewujudkan hal tersebut di atas maka pada penelitian penggembangan ini akan dilakukan pembuatan prototype tungku pembakaran yang berpedoman dan mengacu pada alat yang dikembangkan oleh India. Tungku yang dibuat tersebut akan dapat digunakan untuk menghasilkan abu silika, sedangkan panas yang dihasikan dari pembakaran dapat dimanfaatkan dari kebutuhan lain seperti pengeringan suatu produk. METODE PENELITIAN
Gambar 1: Prototipe tungku pembakaran sekam padi. Proses Pengabuan 1. Menyiapkan sekam padi (diambil dari daerah kuranji padang). 2. Mencuci sampel sampai bersih yang bertujuan untuk membersihkan sekam padi dari impuritas akibat kotoran yang terbawa dari sawah dan tempat penggilingan padi. 3. Sekam padi dijemur sampai kering di bawah sinar matahari selama 1 jam, 2 jam dan 3 jam. 4. Kecepatan udara pembakaran divariasikan dimulai dari tanpa tiupan udara, kemudian 0,25 m/s; 0,5 m/s; 0,75 m/s; 1 m/s. 5. Pengabuan sampel dilakukan didalam tungku pembakaran
Tahapan Penelitian 1. Melakukan pembuatan prototype tungku pembakaran dengan kapasitas 0,25 m3 sekam padi untuk sekali pembakaran yang dilengkapi dengan blower yang berfungsi Jurnal Teknik Mesin Vol.3, No.2, Oktober 2013 : 49 - 54
51
Proses Uji Komposisi Fluorescence.
dengan
X-Ray
1. Sampel ditimbang sebanyak 10 gr. 2. Kemudian dihaluskan dengan alat bowl milld dengan tujuan untuk menghaluskan ukuran butiran sesuai dengan standar mesin XRF. 3. Sampel yang dihaluskan dicetak pada alat press sampel seperti gambar 3.2.
Hasil Analisa Komposisi Sekam Padi Dengan Menggunakan XRF Dari tabel heating rate pembakaran dengan bantuan tiupan udara 0,25 m/s, memiliki heating rate rata-rata 40C/menit dengan temperatur hampir mencapai 9000C. Data ini menunjukan bahwa pada proses pembakaran ini dapat digunakan pada proses sintering produk-produk keramik kompensional yang berbahan dasar clay digunakan sedikit lebih irit sehingga biaya produksi pun bisa menjadi lebih irit. Tabel 4.3 Hasil Analisa XRF (%) Sampel Lama pengeringan (jam)
Gambar 3.2 Alat Press
1
4. Sampel bersama cetakannya dimasukkan kedalam unit mesin X-Ray Fluorescence untuk diuji kemudian hasil pengujian dapat terbaca pada unit komputernya. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Proses Pembakaran Pada saat proses pembakaran dilakukan dengan bantuan tiupan udara 1 m/s, timbul nyala api pada saat proses pembakaran antara blower dan besi jeruji yang berfungsi sebagai penahan sekam agar tidak jatuh kebawah sekaligus tempat lewatnya angin pada saat blower dihidupkan. Hal ini terjadi sesaat setelah blower dihidupkan. Nyala api tersebut berlangsung beberapa saat kemudian kembali padam, namun setelah proses pembakaran selesai abu pembakaran yang dihasilkan berwarna hitam seperti arang. Hal ini dikarenakan kencangnya udara yang dihasilkan dari putaran blower. Dari data diatas dapat dilihat kandar air dalam pengeringan sekam padi yang satu jam,kadar air yang hilang adalah adalah 12,0 % dan kadar air dalam pengeringan dua jam sebesar 14,6%, yang pengeringgan tiga jam juga 15,2 %.
Jurnal Teknik Mesin Vol.3, No.2, Oktober 2013 : 49 - 54
2
3
Kecepatan tiupan udara(m/s)
Komposisi (%) SiO2
Al 2O3
Fe2O3
CaO
MgO
Alami
97.02
-
0.42
2.40
0.17
0.25
97.44
-
0.53
1.90
0.13
0.50
97.94
-
0.12
1.81
0.13
0.75
97.47
-
0.61
1.77
0.15
1
98.14
-
-
1.73
0.13
Alami
97.87
-
-
2.00
0.13
0.25
98.12
-
-
1.75
0.13
0.50
97.25
-
0,87
1.76
0.12
0.75
97.65
-
0.45
1.76
0.13
1
97.62
-
0.50
1.75
0.13
Alami
94.99
2.48
2.06
0.13
0.25
97.85
-
0.25
1.76
0.13
0.50
97.50
-
0.42
1.96
0.12
0.75
97.54
-
0.53
1.80
0.13
1
97.94
-
0.23
1.68
0.15
0.38
52
Pembahasan
mencapai hasil yang maksimal pada saat dilakukan proses analisa komposisi silika yang terkandung dalam abu sekam tadi dengan menggunakan XRF. KESIMPULAN Dari hasil penelitian yang dilakukan untuk mendapatkan silika dari sekam padi dengan menggunakan metode XRF, didapat kesimpulan :
Pada gambar diatas grafik hubungan kecepatan peniupan dengan komposisi silika yang dihasilkan, terlihat bahwa sampel pada penjemuran 2 jam dengan kecepatan tiupan udara 0,25 m/s grafik menunjukan persentase angka tertinggi dari komposisi silika yang dihasilkan adalah 98,12%. Hal ini didapat setelah dilakukan pengujian terhadap seluruh sampel yang mempunyai tingkat kemurnian tertinggi dari silika sekam padi.
1. Tingkat kemurnian silika tertinggi terdapat pada sampel dengan variasi lama pengeringan 2 jam dibawah sinar matahari dengan kecepatan tiupan udara 0,25 m/s, dengan kandungan silika tertinggi adalah 98,12%. 2. Lama atau cepatnya proses pengeringan dibawah sinar matahari tidak begitu mempengaruhi tingkat kemurnian dari silika sekam padi, ini terbukti dari hasil yang didapat setelah dilakukan proses pengujian dengan menggunakan metode XRF yang menunjukan kadar silika tertinggi terdapat pada variasi lama pengeringan 2 jam dibawah sinar matahari. DAFTAR PUSTAKA [1]
Achmadi, Suminar Setia, 2003. Prinsipprinsip kimia modern, Erlangga. Jakarta.
[2]
Chang, Raymond, 2006. Kimia Dasar, edisi ketiga, Erlangga. Jakarta.
[3]
Hara, et-al, 1986, Utilization of Agrowastes For Building Materials, International research and Development Cooperation division, AIST, MITI. Japan.
[4]
Harsono, Heru, 2002. Pembuatan Silika Amorf dari Limbah Sekam Padi, Jurnal Ilmu dasar vol 3 no 2.
[5]
Houston, D.F, 1972, Rice Chemistry and Technology, American Association of Cereal Chemist. Inc, Minnesota
[6]
Pudjaatmaka. Hadyana. A. Buku Ajar Vogel : Kimia Analisis Kuantitatif Anorganik, Jakarta : EGC, 1994
Gambar 4.1 Grafik lama pengeringan dengan komposisi silika yang dihasilkan. Sementara itu, pada sampel dengan penjemuran 3 jam dengan pembakaran tanpa bantuan tiupan udara menghasilkan silika yang sangat jauh berbeda dari sampel yang lainnya. Tingkat kemurnian yang dihasilkan adalah 94,99%. Hal ini mungkin saja disebabkan pada saat proses pembakaran sekam padi yang dibakar dalam tungku pembakaran tidak terbakar secara sempurna karena proses pembakaran dilakukan tanpa bantuan tiupan udara sehingga abu sekam yang dihasilkan setelah proses pembakaran tidak dapat Jurnal Teknik Mesin Vol.3, No.2, Oktober 2013 : 49 - 54
53
[7]
Ullman’s, 1993. Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol 23, VCH Publisher, INC. USA
Jurnal Teknik Mesin Vol.3, No.2, Oktober 2013 : 49 - 54
54
