RANCANGAN DAN UJI KINERJA KILN METAL TIPE VENTURI DRUM UNTUK PENGARANGAN TEMPURUNG KELAPA SKRIPSI. Oleh : Nurul Hasanah F

RANCANGAN DAN UJI KINERJA KILN METAL TIPE VENTURI DRUM UNTUK PENGARANGAN TEMPURUNG KELAPA

SKRIPSI

Oleh : Nurul Hasanah F14080053

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2013

DESIGN AND PERFORMANCE TEST OF METAL KILN VENTURI DRUM TYPE FOR COCONUT SHELL CARBONIZATION Nurul Hasanah and Sri Endah Agustina Department of Mechanical and Biosystem Engineering, Faculty of Agricultural Technology Bogor Agricultural University IPB Darmaga Campus, PO Box 16680, Bogor, West Java, Indonesia Phone +6285716900471, email : [email protected]

ABSTACT In Indonesia, coconut shell has been utilized for many purposes such as handicraft and accessories raw materials, carbon active, and also as charcoal for cooking and heating process. Due to the huge of coconut shell waste, there are huge of waste hasn’t utilized well, especially in settlement area or in the traditional market. The aim of this research was to design a portable kiln metal and to conduct performance test of the kiln. A venturi drum type of portable kiln has been designed with capacity of 12,45 -15 kg coconut shells. The performance test shows that the carbonization process takes time about 60-90 minutes with temperature range of 441.5-989.4 oC, and average yields 14.8%. The optimum performance has been achieved in the 4th test which was producing 24% yield of 12.45 kg coconut shells with highest temperature 908.56 oC and operating time 70 minutes. To improve the kiln performance, there are some improvement should be done such as using better sealer to reduce heat loss of the system, and improvement on loading and cooling process for getting better yield and quality (water content) of the charcoal. Keyword : carbonization, coconut shell, charcoal

Judul Skripsi : Rancangan dan Uji Kinerja Kiln Metal Tipe Venturi Drum untuk Pengarangan Tempurung Kelapa Nama : Nurul Hasanah NIM : F14080053

Mengetahui, Pembimbing,

(Ir. Sri Endah Agustina, M.S) NIP 19590801 198203 2 003

Mengetahui : Ketua Departemen,

(Dr. Ir. Desrial, M.Eng.) NIP 19661201 199103 1 004

Tanggal Lulus :

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI Saya menyatakan dengan sebenarnya-benarnya bahwa skripsi dengan judul “Rancangan dan Uji Kinerja Kiln Metal Tipe Venturi Drum untuk Pengarangan Tempurung Kelapa” adalah hasil karya saya sendiri dengan arahan dosen pembimbing akademik, dan belum diajukan dalam bentuk apapun pada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun yang tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam daftar pustaka di bagian akhir skripsi ini.

Bogor, Februari 2013 Yang membuat pernyataan

Nurul Hasanah F14080053

BIODATA PENULIS Nurul Hasanah, lahir pada 31 Oktober 1989 di Yogyakarta dari ayah Muhammad Toib (Alm) dan ibu Jasiratun, sebagai anak pertama dari 2 bersaudara. Penulis menamatkan SMA pada tahun 2008 di SMA Negeri SSN 78 Jakarta. Kemudian melanjutkan sekolah sarjana di Institut Pertanian Bogor pada tahun 2008 melalui jalur USMI (Undangan Seleksi Masuk Institut Pertanian Bogor) dengan memilih program studi Teknik Pertanian, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian. Selama mengikuti perkuliahan penulis aktif dalam berbagai kegiatan organisasi diantaranya adalah menjadi asisten matakuliah Praktikum Terpadu Mekanika dan Bahan Teknik di semester ganjil tahun 2011 dan 2012, menjadi anggota Unit Kegiatan Mahasiswa Forum for Scientific Studies (FORCES), Dewan Mushola Asrama Putri, sekretaris Departemen Syiar LDK Al Hurriyyah IPB, sekretaris bendahara Islamic Student Center DKM Al Hurriyyah, dan Dewan Perwakilan Mahasiswa (DPM) Fakultas Teknologi Pertanian sebagai sekretaris Komisi Eksternal dan Keprofesian. Penulis juga merupakan santri Rumah Qur’an IPB sejak tahun 2010. Pada tahun 2009 penulis meraih prestasi pada ajang Program Kreatifitas Mahasiswa dengan didanai proposal dalam bidang Teknologi. Selain itu, pada tahun 2010-2011 penulis menerima beasiswa Bank Indonesia dan 2011-2013 menerima beasiswa B-SMART untuk program pemberdayaan masyarakat dari Baitul Ma’al Bank Muamalat. Penulis melaksanakan praktik lapangan pada tahun 2011 di Dusun Pasir Kakapa, Desa Pasirlaja, Kecamatan Sukaraja, Kabupaten Bogor dengan judul “Penerapan Keteknikan Pertanian pada Proses Produksi Tepung Tapioka di Sentra Produksi Pasir Kakapa, Desa Pasirlaja, Kecamatan Sukaraja, Kabupaten Bogor.

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan atas kehadirat Allah SWT atas berkah, rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis mampu menyelesaikan skripsi yang berjudul “Rancangan dan Uji Kinerja Kiln Metal Tipe Venturi Drum untuk Pengarangan Tempurung Kelapa” dengan baik. Penelitian ini dilaksanakan sejak Maret sampai Oktober 2012. Harapan besar penulis semoga karya ini dapat bermanfaat bagi pribadi penulis khususnya dan para pembaca umumnya. Dengan segenap kerendahan hati penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. 2. 3. 4.

5. 6.

7.

Ir. Sri Endah Agustina, MS selaku dosen pembimbing skripsi yang telah memberikan bimbingan dan arahan kepada penulis. Dr.Ir. Eddy Hartulistiyoso, M.Sc dan Dr.Ir. Radite Praeko A.S., M.Agr selaku dosen penguji yang telah memberikan bimbingan dan arahan kepada penulis. Ibunda Jasiratun serta adik tercinta Syaifullah atas bantuan, do’a, motiviasi, dan kasih sayangnya sehingga penulis bisa menyelesaikan skripsi ini. Pak Harto (Teknisi Lab. EEP), Mas Firman (Teknisi Lab. EEP), dan Mas Darma (Staff Departemen Teknik Pertanian) yang telah banyak membantu dan memberikan saran kepada penulis selama penelitian. Ka Agung, Mas Beni, dan Mas TB yang telah membantu dalam pembuatan alat. Teman-teman Mayor Teknik Pertanian Departemen Teknik Mesin dan Biosistem angkatan 2008/45 terutama untuk Nisa, Ninggar, Yuli, Ita, Dina, Yulfi, Lita, Ai, Aul, Deri, Tri dan Fajri. Sahabat Rumah Qur’an IPB juga Tika IT45 yang telah banyak memberi bantuan dan dukungannya.

Penulis menyadari dalam penulisan skripsi ini masih terdapat kekurangan dan masih jauh dari kesempurnaan, dikarenakan keterbatasan kemampuan dan pengetahuan penulis. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun dari semua pihak untuk penyempurnaan dan perbaikan skripsi ini. Penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

Bogor, Februari 2013

Nurul Hasanah

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL PENDAHULUAN A. LATAR BELAKANG B. TUJUAN TINJAUAN PUSTAKA A. TEMPURUNG KELAPA B. TEKNOLOGI PIROLISIS C. KILN D. PEMBAKARAN BIOMASSA E. PANAS PEMBAKARAN F. PENANGANAN GAS BUANG G. VENTURI METER H. EFEK CHIMNEY METODE PENELITIAN A. TEMPAT DAN JADWAL PELAKSAAAN B. ALAT DAN BAHAN C. TAHAPAN PENELITIAN D. PENDEKATAN RANCANGAN E. RANCANGAN FUNGSIONAL F. RANCANGAN STRUKTURAL G. UJI KINERJA KILN VENTURI DRUM HASIL RANCANGAN HASIL UJI KINERJA A. KAPASITAS KILN B. CAPAIAN SUHU PENGARANGAN C. WAKTU PENGARANGAN D. RENDEMEN E. MUTU ARANG YANG DIHASILKAN F. PERBANDINGAN PERFORMA DENGAN KILN LAIN SIMPULAN DAN SARAN DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

iv v vi viii 1 1 3 4 4 6 11 15 16 16 17 18 19 19 19 20 20 22 23 28 31 33 35 36 40 41 42 44 46

DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Penumpukkan sampah di Pantai Pangandaran 1 Gambar 2. Tumpukan Sampah Arang Tempurung Kelapa di Depan Pasar Induk Beras Cipinang 2 Gambar 3. Berbagai Produk dari Limbah Tempurung Kelapa 2 Gambar 4. Prinsip Retort untuk Pengarangan 9 Gambar 5. Continuous Rotary Retort (Pyro 7) 9 Gambar 6. Carbo Twin Retort 9 Gambar 7. O.E.T Calusco Tunnel Retort System 9 Gambar 8. Lambiotte Retort 10 Gambar 9. 10 Kg/hr 4.5kW Demonstration Microwave Pyrolysis Unit Constructed by UMB-IMT and X-Waste International (University of Minnesota) 10 Gambar 10. Carbonscape's Demonstration Microwave Pyrolysis Unit 11 Gambar 11. Beehive Kiln di Canyon Creek, Wise River Ranger District, Montana 11 Gambar 12. Earth pit-kiln 11 Gambar 13. Proses Pengoperasian Earth pit-kiln 12 Gambar 14. Alat Pirolisis Sederhana (Flat Kiln) 12 Gambar 15. Drum-Kiln (Haris dak Krisna 2005) 12 Gambar 16. Drum-Kiln yang Terdapat di Lab. Teknik Energi Terbarukan TMB IPB (Isriyanto 1993) 13 Gambar 17. Drum Kiln di Pabrik Arang CV Wulung Prima 13 Gambar 18. Missouri Kiln 13 Gambar 19. Modifikasi Kiln Arang New Hampshire oleh Hanry Baldwin 1950 14 Gambar 20. Rotary Kiln Desain 14 Gambar 21. A Continuous Multiple Hearth Kiln for Charcoal Production 15 Gambar 22. Venturi Meter 17 Gambar 23. Pipa dengan Penyempitan Saluran 17 Gambar 24. Grafik Perubahan Tekanan Sepanjang Ketinggian Cerobong 18 Gambar 25. Bagan Alir Penelitian 20 Gambar 26. Metal Drum Kiln,Venturimeter, dan Efek Chimney 20 Gambar 27. Tampak Depan Rancangan Kiln (skala 1:10) dalam satuan cm 23 Gambar 28. Tampak Kanan Rancangan Kiln (skala 1:100) dalam satuan mm 24 Gambar 29. Titik Pengukuran 30 Gambar 30. Kiln Venturi Drum Hasil Rancangan 31 Gambar 31. Bagian-bagian Kiln 32 Gambar 32. Kiln yang Sedang Diuji Kinerja 33 Gambar 33. (a) 12.45 kg Tempurung Kelapa Besar Hampir Bulat Memenuhi Ruang Pengarangan (b) 12.45 kg Tempurung Kelapa Kepingan Kecil Tidak Memenuhi Ruang Pengarangan 35 Gambar 34. Grafik Hubungan antara Sebaran Suhu dan Kemerataan Matang 35 Gambar 35. Grafik Hubungan antara Tingkat Suhu, Rendemen dan Mutu Arang (Nilai Kalor Arang) 36 Gambar 36. Grafik Hubungan antara Laju Pengarangan, Rendemen dan Mutu Arang (Nilai Kalor Arang) 37 Gambar 37. Grafik Suhu Pengarangan 38 Gambar 38. (a) Kebocoroan yang Terjadi pada Laci Pembakaran Awal (b) Kebocoran pada Tutup Ruang Pengarangan Saat Uji Pendahuluan Awal 39 Gambar 39. (a) Pemasangan Gasket pada Laci Pembakaran Awal (b) Pemasangan Gasket pada Tutup Ruang Pengarangan (c) Saat Pengujian Diikat Kembali dengan Gasket di Bagian Luarnya 39 Gambar 40. Grafik Lama Pengarangan dengan Bentuk Tempurung 40 Gambar 41. Berkurangnya Ketebalan Asap sebagai Indikator Selesainya Proses Pengarangan 42 Gambar 42. (a) Arang Hitam Merata (b) Arang Setelah dipatahkan Mengkilap Bagian Dalamnya 42 Gambar 43. (a) Arang yang Tidak Merata Terarangkan (b) Arang yang Rata Terarangkan 43

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Komposisi Kimia Tempurung Kelapa Tabel 2. Potensi dan Luas Areal Tanaman Kelapa di Indonesia Tabel 3. Syarat Mutu Arang Tempurung Kelapa Menurut SNI 01-1682-1996 Tabel 4. Karakteristik Energi Beberapa Biomassa Tabel 5. Beberapa Teknologi Pirolisis Tabel 6. Karakteristik Teknologi Pirolisis Tabel 7. Rancangan Fungsional Kiln Tabel 8. Titik Pengukuran Suhu Tabel 9. Hasil Uji Kinerja Pendahuluan Tabel 10. Hasil Uji Kinerja dengan Metode Tutup Keran per 30 Menit Tabel 11. Nilai Kalor Arang yang Dihasilkan Tabel 12. Perbandingan Performansi Kiln Venturi Drum dengan Kiln Isriyanto (1993) dan Fonda (2002)

Halaman 4 5 6 6 7 8 21 28 33 33 42 44

NURUL HASANAH. F14080053. Rancangan dan Uji Kinerja Kiln Metal Tipe Venturi Drum untuk Pengarangan Tempurung Kelapa. Di bawah bimbingan Sri Endah Agustina. 2012 RINGKASAN Penanganan limbah tempurung kelapa yang telah banyak dilakukan oleh masyarakat adalah dengan menjadikannya sebagai bahan baku kerajinan tangan, perabot rumah tangga, asesoris pakaian, dan sebagainya. Pemanfaatan lainnya adalah dengan diproses menjadi arang tempurung kelapa. Namun ternyata masih banyak limbah tempurung kelapa yang belum tertangani dengan baik. Jika limbah tempurung kelapa ditangani dengan cara pembakaran langsung, hasil pembakaran yang sebenarnya sangat berguna dan bernilai ekonomis seperti arang habis terbakar menjadi abu dan terbuang percuma. Pengarangan merupakan salah satu cara penanganan limbah yang menguntungkan karena hasil pengarangan berupa karbon padat (char atau arang) dan berupa cairan hirdokarbon (tar) yang memiliki nilai kalor tinggi (Bramono 2004 dalam Nisandi 2007). Char dapat diproses lanjut menjadi briket bio arang dan menjadikan energi alternatif selain ikut memberikan kontribusi dalam mengurangi jumlah limbah yang ada (Nisandi 2007). Pengarangan adalah proses pirolisis yang terjadi pada suhu sekitar 350 oC. Pirolisis sendiri adalah proses dekomposisi atau penguraian suatu bahan menggunakan panas dengan suhu lebih dari 150oC tanpa atau dengan sedikit oksigen. Jika bahan yang didekomposisi adalah biomassa atau sampah biomassa, maka akan menghasilkan karbon (C), karbon monoksida (CO), methane, uap air, gas hidrokarbon, dan zat-zat volatil lainnya. Kiln adalah alat pengarangan yang menggunakan prinsip ruang yang terinsulasi termal atau dapat dideskripsikan seperti oven dengan panas yang terkontrol. Pada proses pembuatan arang diberikan panas sampai mencapai titik pirolisis bahan sehingga terbentuk arang yang merupakan hasil dari proses pirolisis primer. Tujuan dari penelitian ini adalah merancang kiln dengan tipe transportable metal kiln yaitu berupa drum venturi kiln untuk mengarangkan tempurung kelapa dengan kapasitas industri pengarangan skala rumah tangga dan melakukan uji kinerja kiln yang telah dirancang tersebut sehingga didapatkan cara pengoperasian yang tepat untuk memperoleh hasil yang optimum. Penelitian ini dilakukan pada awal Maret hingga awal Oktober 2012. Metode yang dilakukan adalah dua tahap, yaitu tahap perancangan dan tahap uji unjuk kerja. Parameter yang diamati dalam uji unjuk kerja kiln yang dirancang adalah kapasitas optimum, tingkat suhu dan penyebarannya selama proses pirolisis berlangsung, waktu pengarangan, rendemen yang dihasilkan, dan mutu arang yang dihasilkan. Model kiln yang dirancang memiliki 6 bagian yaitu, tempat pembakaran awal bagian bawah, ruang pengarangan, kasa pemerata api, cerobong asap, lubang udara, dan kaki penyangga. Hasil uji kinerja menunjukkan bahwa kapasitas kiln 12.45 - 15 kg tempurung kelapa, suhu pengarangan tertinggi 989.42 oC dicapai pada percobaan ke 3 sedangkan rata-ra suhu pengarangan selama proses berlangsung pada keadaan mantap (steady state) adalah 420.53 oC. Rendemen yang dihasilkan rata-rata adalah 23.8 % dengan nilai kalor antara 21 582.39 - 36 151.64 kJ/kg. Waktu yang dibutuhkan untuk pengarangan adalah 60-90 menit, dengan laju pengarangan kiln ini adalah sekitar 8.3 kg/jam sampai 12.45 kg/jam. Hasil optimum dicapai pada percobaan ke 4 dimana waktu pengarangan 70 menit dengan rendemen 24% dari kapasitas optimum 12.45 kg, mutu arang yang dilihat dari nilai kalor sebesar 36151.6 kJ/kg, dengan capaian suhu pengarangannya tinggi mencapai 908.56 oC. Prosedur terbaik untuk mengontrol debit udara yang diketahui dari hasil pengujian adalah membuka penuh semua keran udara saat memulai pembakaran awal pada laci pembakaran, 5-10 menit kemudian pasang tutup ruang pengaramgan, 25-30 menit kemudian tutup ½ semua keran udara, dan tahap terakhir 30 menit setelah penutupan ½, tutup penuh semua keran udara. Selesainya proses pengarangan sekitar 10-15 menit sampai asap menipis. Untuk dapat meningkatkan kemampuan kiln disarankan untuk mendesain pintu pengeluaran arang dengan desain yang dapat meminimalisasikan kebocoran udara, pintu pengeluaran arang, memilih jenis sealer yang baik untuk mengurangi kebocoran pada laci pembakaran awal dan tutup ruang pengarangan, mendesain tutup cerobong atau sistem penangkapan asap pengujian pada penelitian lebih lanjut untuk simulasi panas kiln dengan memperbesar kapasitas kiln, perlu didesain proses pendinginan yang baik agar kadar air arang yang dihasilkan dapat memenuhi SNI.

I.

PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG Penanganan limbah tempurung kelapa menjadi masalah yang perlu dicarikan solusinya. Limbah tempurung kelapa yang tercampur dalam tumpukan sampah akan menambah sulitnya penanganan pada tumpukkan sampah tersebut. Jika terdapat limbah tempurung kelapa pada tumpukan sampah organik misalnya, penanganan sampah organik yang biasa dilakukan dengan menimbunnya dalam tanah agar menjadi pupuk kompos ini pun akan terhambat, karena limbah batok kelapa memiliki sifat sangat keras, mengandung lignin dan silikat yang sangat sulit terurai melalui proses pengomposan. Rata-rata berat buangan tempurung kelapa dan sabut kelapa menjadi sampah organik adalah lima belas kilogram sehari (Mediaindonesia.com oleh Satriya Nugraha 2010). Potensi limbah tempurung kelapa di tempat-tempat pariwisata terutama wisata pantai Indonesia sampai saat ini belum ada data yang menunjukkan angka pastinya, karena di tempat-tempat wisata biasanya tidak terdapat TPS besar sehingga yang sering dilaporkan dalam berita-berita adalah kurangnya penanganan sampai di tempat pariwisata pantai seperti contohnya di pantai Pangandaran yang tampak pada Gambar 1. Penanganan sampah di tempat wisata pantai yang biasa dilakukan adalah pengumpulan sampah di satu atau beberapa titik dan dilakukan pengangkutan ke TPS terdekat oleh pengelola tempat wisata setempat. Namun, jika volume sampah terlalu besar dan sangat mengganggu, juga karena tempat pariwasata pantai tersebut merupakan primadona pariwisata Indonesia seperti wisata pantai Tanah Lot, maka akan ada penanganan khusus yang dilakukan, tetapi hal ini juga baru saja dicanangkan dimana limbah tempurung kelapa muda yang saat ini menumpuk di kawasan objek wisata Tanah Lot ke depannya akan diolah menjadi briket, aroma terapi, spa, dan dupa. Hal itu terungkap dalam workshop “peran para pihak dalam menjaga kebersihan Tanah Lot Tabanan” yang digelar atas kerjasama Yayasan Kopri Provinsi Bali, Universitas Warmadewa, PT Tirta Investama, Badan Pengelola Daya Tarik Wisata (DTW) Tanah Lot dan Pemkab Tabanan, dalam seminar tersebut juga disebutkan produksi sampah di Tanah Lot dalam sehari rata-rata 7 m3, 20-25 kg sampah plastik dan 1000 butir tempurung kelapa muda (warmadewa.ac.id 2012).

Gambar 1. Tumpukkan Sampah di Pantai Pangandaran (unpad.co.id 2012) Potensi produksi buah kelapa yang cukup besar, yang juga berarti sama dengan potensi limbah buah kelapa juga menghasilkan bahan ikutan seperti sabut, tempurung, air kelapa dan sebagainya. Produksi buah kelapa rata-rata 15,5 miliar butir per tahun, total bahan ikutan yang dapat diperoleh 3,75 juta ton air, 0,75 juta ton arang tempurung, 1,8 juta ton serat sabut, dan 3,3 juta ton debu sabut. Data Asia Pasific Coconut Community (APCC) menunjukkan bahwa konsumsi kelapa segar penduduk Indonesia sekitar 36 butir/kapita/tahun atau 7,92 miliar butir (51,1%). Bila produksi buah kelapa nasional sebanyak 15,5 miliar butir/tahun, maka buah kelapa yang dapat diolah di sektor industri adalah 7,57 miliar butir (48,9%). Jumlah ini dapat memenuhi kebutuhan 29 unit industri dengan kapasitas 1 juta butir/hari (litbang.deptan.go.id 2007). Penanganan limbah tempurung kelapa yang telah banyak dilakukan oleh masyarakat adalah seperti dengan menjadikannya sebagai bahan baku kerajinan tangan, perabot rumah tangga, asesoris

1

pakaian, dan sebagainya. Namun ternyata masih banyak juga limbah tempurung kelapa yang belum tertangani atau kurang terkoordinir dengan baik penanganannya, menyebabkan pihak-pihak yang ingin memanfaatkannya merasa bahwa bahan baku tempurung kelapa, yang merupakan limbah organik yang banyak menumpuk di TPS pasar ini, sulit didapatkan.

Gambar 2. Tumpukan Sampah Arang Tempurung Kelapa di Depan Pasar Induk Beras Cipinang (poskotanews.com 2012)

Gambar 3. Berbagai Produk dari Limbah Tempurung Kelapa (bisnisukm.com 2012) Tempurung kelapa yang dulu hanya digunakan sebagai bahan bakar, sekarang sudah merupakan bahan baku industri cukup penting. Produk yang dihasilkan dari pengolahan tempurung adalah arang, arang aktif, tepung tempurung, dan barang kerajinan. Arang aktif dari tempurung kelapa memiliki daya saing yang kuat karena mutunya tinggi dan tergolong sumber daya yang terbarukan. Selain digunakan dalam industri farmasi, pertambangan, dan penjernihan, arang aktif sekarang sudah dibuat untuk penyaring atau penjernih ruangan untuk menyerap polusi dan bau tidak sedap dalam ruangan. Berdasarkan data ekspor tahun 2003, Indonesia ternyata lebih banyak mengekspor dalam bentuk arang tempurung (56%), sedangkan negara lain dalam bentuk arang aktif (litbang.deptan.go.id 2007). Pengarangan adalah salah satu bentuk proses pirolisis, yaitu proses primer lambat. Pengarangan merupakan salah satu cara penanganan sampah yang menguntungkan karena hasil pengarangan padatan (char) berupa arang dan dan berupa cairan (tar) yang memiliki nilai kalor tinggi (Bramono 2004 dalam Nisandi 2007). Char dapat diproses lanjut menjadi briket bio arang dan menjadikan energi alternatif selain ikut memberikan kontribusi dalam mengurangi jumlah sampah yang ada (Nisandi 2007). Pirolisis sendiri adalah proses dekomposisi atau penguraian suatu bahan menggunakan panas dengan suhu lebih dari 150oC tanpa atau dengan sedikit oksigen. Jika bahan yang didekomposisi adalah biomassa atau sampah biomassa, maka akan menghasilkan karbon (C), karbon monoksida (CO), methane, uap air, gas hidrokarbon, dan zat-zat volatil lainnya. Arang merupakan hasil pirolisis limbah biomassa, sehingga memiliki nilai kalor yang lebih tinggi dari nilai kalor biomassa awalnya. Karena itu arang menjadi sumber energi yang banyak digunakan oleh masyarakat terutama di negara-negara berkembang, karena harganya terjangkau dan merupakan salah satu sumber energi terbarukan yang potensi ketersediaannya masih melimpah. Selain itu, arang juga dapat digunakan sebagai kondisioner tanah, dan saat ini pun banyak sekali industri yang membutuhkan arang, terutama arang aktif sebagai bahan baku ataupun filter, seperti industri minuman, makanan, dan kosmetik.Selain itu, arang juga memiliki fungsi yang efektif untuk fiksasi dan inaktifasi karbon di atmosfer serta konservasi lingkungan, sebagai kondisioner tanah atau perangsang pertumbuhan tanaman (Haris dan Krisna 2005). Aplikasi arang umumnya berpengaruh

2

secara nyata terhadap perbaikan pH tanah, C organik, N, P, K, C/N rasio, basa-basa dapat ditukar, Kapasitas Tukar Kation, KB dan penekanan unsur bersifat racun seperti Al (Haris dan Krisna 2005). Sebagai salah satu langkah untuk memudahkan penanggulangan limbah tempurung kelapa dan mempertimbangkan begitu banyak manfaat dari arang maka pengembangan teknologi pengarangan perlu dilakukan untuk meningkatkan kualitas arang terutama untuk memenuhi kebutuhan bahan baku arang aktif. Salah satu teknologi pengarangan yang sederhana, mudah dan dapat diterapkan untuk keperluan industri pengarangan skala rumah tangga dan memberi peluang mendapatkan penghasilan bagi masyarakat sekitar TPS adalah pengarangan menggunakan kiln. Kiln adalah alat pengarangan yang menggunakan prinsip ruang yang terinsulasi termal atau dapat dideskripsikan seperti oven dengan panas yang terkontrol. Pada proses pembuatan arang diberikan panas sampai mencapai titik pirolisis bahan sehingga terbentuk arang yang merupakan hasil dari proses pirolisis primer. Dengan demikian, penerapan teknologi pirolisis dalam bentuk kiln portable ini, selain memberikan solusi positif dalam penanganan limbah tempurung kelapa, juga membuka peluang tumbuhnya perekonomian rakyat.

B. TUJUAN Tujuan dari penelitian ini adalah : 1. Merancang kiln dengan tipe transportable metal kiln yaitu berupa drum venturi kiln untuk mengarangkan tempurung kelapa dengan kapasitas industri pengarangan skala rumah tangga. 2. Melakukan uji kinerja kiln yang telah dirancang tersebut.

3

II. TINJAUAN PUSTAKA A. TEMPURUNG KELAPA A.1. KARAKTERISTIK Tempurung kelapa merupakan bagian dari buah kelapa yang fungsinya secara biologis adalah pelindung bagian inti buah dan terletak di bagian dalam setelah sabut. Tempurung merupakan lapisan yang keras dengan ketebalan 3-5 mm. Sifat kekerasan ini disebabkan oleh kandungan silikat (SiO 2 ) di tempurung tersebut. Selain itu juga tempurung kelapa banyak mengandung lignin. Sedangkan kandungan methoxyl dalam tempurung hampir sama dengan yang terdapat dalam kayu. Namun jumlah kandungan unsur-unsur bervariasi tergantung kandungan tumbuhnya (Palangkung 1993 dalam Anshari 2009). Tabel 1. Komposisi Kimia Tempurung Kelapa No.

Jenis Kandungan

Persentase Kandungan (%)

1.

Abu

15

2.

Selulosa

40

3.

Lignin

21

4. Hemiselulosa 24 Sumber : Info Ristek (2005) dalam Anshari (2009) Jumlah potensi limbah batok kelapa yang banyak dimanfaatkan masyarakat dalam berbagai industri seperti industri kerajinan tangan, industri kimia, industri makanan dan minuman dan sebagainya akan dijabarkan dalam sub bab berikut.

A.2. POTENSI LIMBAH TEMPURUNG KELAPA Berdasarkan perhitungan Bappenas dalam buku infrastruktur Indonesia pada tahun 1995 perkiraan timbunan sampah di Indonesia sebesar 22.5 juta ton dan akan meningkat lebih dari dua kali lipat pada tahun 2020 menjadi 53,7 juta ton. Sementara di kota besar produk sampah per kapita berkisar antara 600-830 gram per hari (Mungkasa 2004 dalam Nisandi 2007). Menurut Dinas Kebersihan DKI Jakarta sampah tempurung kelapa sendiri banyaknya 10%-15% dari sampah kota (vivanews.com), sedangkan di kota Lhokseumawe sampah tempurung kelapa banyaknya 30%-35% dari sampah kota (waspada.com 2011). Rata-rata berat buangan tempurung kelapa dan sabut kelapa menjadi sampah organik adalah lima belas kilogram sehari. (Mediaindonesia.com oleh Satriya Nugraha : Konsultan Pertanian Organik dan Evaluasi Lahan 2010). Bahan baku tempurung kelapa dapat dibeli seharga Rp 400.000 per bak mobil pick up atau Rp 300 per kilogram. (Harian Kontan, Fahriyadl dan Dea Chadlza Sayafina 2011). Setelah diolah menjadi arang oleh PT General Carbon Industri di Batam misalkan, tempurung kelapa biasa dapat memiliki nilai ekspor per tahun rata-rata hingga 1 juta-1,2 juta dollar AS (sekitar Rp 9,5 miliar-Rp 10,8 miliar) (Kompas.com 2009). Potensi limbah tempurung kelapa sendiri dapat juga dilihat dari produksi tempurung kelapa di Indonesia. Produksi buah kelapa rata-rata 15,5 miliar butir per tahun, total bahan ikutan yang dapat diperoleh 3,75 juta ton air, 0,75 juta ton arang tempurung, 1,8 juta ton serat sabut, dan 3,3 juta ton debu sabut. Industri pengolahan komponen buah kelapa tersebut umumnya hanya berupa industri tradisional dengan kapasitas industri yang masih sangat kecil dibandingkan potensi yang tersedia. Besaran angka-angka di atas menunjukkan bahwa potensi ketersediaan bahan baku untuk membangun industri masih sangat besar (litbang.deptan.go.id 2007)

4

Tahun 1980 1985 1990 1995 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008* 2009**

Tabel 2. Potensi dan Luas Areal Tanaman Kelapa di Indonesia Luas Areal Luas Areal Jumlah Luas Produksi Produksi PR (Ha) PB (Ha) Areal(Ha) PR PB (ton) 2.622.206 2.994.442 3.308.037 3.584.477 3.601.698 3.818.946 3.806.032 3.785.343 3.723.879 3.735.838 3.720.500 3.720.500 3.728.600 3.790.728

58.217 2.680.423 1.629.726 36.347 55.558 3.050.000 1.905.241 15.19 85.885 3.393.922 2.297.832 33.738 139.379 3.723.856 2.661.641 42.645 89.716 3.691.414 2.951.005 93.523 78.521 3.897.467 3.068.997 94.021 78.918 3.884.950 3.010.894 87.602 18.787 3.913.130 3.136.360 118.494 73.125 3.797.004 3.000.839 53.672 67.776 3.803.614 3.052.461 44.383 68.400 3.788.900 3.123.300 69.800 67.500 3.788.000 3.123.000 70.300 69.700 3.798.300 3.176.700 70.400 68.693 3.859.421 3.263.172 47.013 Sumber: Direktorat Jenderal Perkebunan 2007; BPS 2009

Jumlah Produksi (ton) 1.666.073 1.920.431 2.331.570 2.704.286 3.044.528 3.163.018 3.098.496 3.254.854 3.054.511 3.096.845 3.193.100 3.193.300 3.247.100 3.310.185

*Angka sementara **Angka estimasi dengan model double exponential smoothing PR : Perkebunan Rakyat PB : Perkebunan Besar Bagian tempurung kelapa ini banyak dimanfaatkan oleh masyarakat pada industri kerajinan untuk perabot rumah tangga seperti sendok, mangkuk, gayung, asbak, dan sebagainya atau sebagai asesoris misalkan ikat pinggang, kancing, gelang, kalung, hiasan dinding. Sedangkan pada industri kimia tempurung ini memiliki produk turunan yaitu arang aktif, arang briket, tar, asap cair, asam asetat (litbang.go.id 2007). Fokus bahasan skripsi ini adalah pemanfaatan limbah tempurung kelapa dengan diproses menjadi arang.

A.3.

ARANG TEMPURUNG KELAPA

Arang merupakan suatu padatan berpori yang mengandung 85-95% karbon, dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon dengan pemanasan pada suhu tinggi yang disebut teknologi pirolisis. Ketika pemanasan berlangsung, diusahakan agar tidak terjadi kebocoran udara didalam ruangan pemanasan sehingga bahan yang mengandung karbon tersebut hanya terkarbonisasi dan tidak teroksidasi (Mailita dan Tuti 2003). Arang selain digunakan sebagai bahan bakar, juga dapat digunakan sebagai penyerap. Daya serap ditentukan oleh luas permukaan partikel dan kemampuan ini dapat menjadi lebih tinggi jika terhadap arang tersebut dilakukan aktifasi dengan aktif faktor bahan-bahan kimia ataupun dengan pemanasan pada temperatur tinggi. Dengan demikian, arang akan mengalami perubahan sifat-sifat fisika dan kimia. Arang yang demikian disebut sebagai arang aktif (Mailita dan Tuti 2003). Di Jepang, arang digunakan sebagai kondisioner tanah untuk mempercepat pertumbuhan tanaman (Ogawa, 1994 dalam Haris dan Krisna 2005). Para peneliti juga melaporkan bahwa penambahan arang ke tanah dapat meningkatkan pertumbuhan tanaman, daya simpan, dan ketersediaan hara yang lebih tinggi. Hal ini berhubungan dengan meningkatnya kapasitas tukar kation, luasan permukaan serta penambahan unsur hara secara langsung oleh arang (Glaser et. al. 2002 dalam Haris dan Krisna 2005). Selain itu, arang juga dilaporkan mampu meningkatkan kandungan bahan organik tanah dan kesuburan tanah (Kishimoto et. al. 1985; Siregar 2002 dalam Haris dan Krisna 2005). Selain sebagai sumber energi dan kondisioner tanah, secara komersial, arang juga diperlukan sebagai bahan baku arang aktif. Arang aktif bersifat absorptif terhadap partikel-partikel padat maupun

5

ion-ion tertentu, sehingga arang aktif banyak digunakan sebagai filter penangkap partikel-partikel pengotor yang terkandung dalam cairan atau udara. Jenis-jenis arang dibedakan berdasarkan bahan baku yang diarangkan, yaitu arang sekam, arang bambu, arang tempurung kelapa, arang kayu, arang serasah, arang kulit buah mahoni atau karet, arang serbuk gergaji dsb, selain itu dapat digolongkan berdasarkan pengolahan tertentu, misalkan menggunakan bahan kimia ataupun pemanasan dapat dihasilkan arang aktif, pengolahan dengan penambahan zat perekat dan proses pengempaan maka dihasilkan arang briket. Bahan baku arang secara umum adalah bahan organik berkayu seperti sekam padi, serbuk gergajian, limbah tempurung kelapa, sabetan kayu, daun dan ranting pohon, ampas tebu dan lain-lain. Bahan baku yang digunakan sebaiknya dikelompokkan menurut jenis dan bentuknya sehingga memudahkan dalam proses pembuatan arang. Selain itu sebaiknya bahan berada pada kondisi kering dan siap bakar sehingga tidak mengeluarkan asap yang terlalu banyak dan mempersingkat waktu pengarangan (Setiadi 2011). Syarat mutu arang tempurung kelapa menurut SNI tertera pada Tabel 3. Tabel 3. Syarat Mutu Arang Tempurung Kelapa Menurut SNI 01-1682-1996 No 1 2 3 4

Karakteristik Bagian yang hilang pada pemanasan 900 oC Kadar air (b/b%) Kadar abu (%) Warna hitam

Syarat maks 15% maks 6% maks 3% Merata

Proses pembuatan arang dengan panas terkontrol seperti yang telah dijelaskan di atas disebut proses pirolisis. Proses dan teknologi pirolisis dibahas secara detail pada sub bab B berikut.

B. TEKNOLOGI PIROLISIS Pirolisis adalah proses penguraian (lysis) biomassa karena adanya panas (pyro) pada suhu di atas 250 oC tanpa keberadaan oksigen. Hasil pirolisis adalah berupa karbon padat (arang), bio-oil (primary pyrolisis oil; PPO), dan campuran gas, dengan perbandingan yang berbeda-beda tergantung pada komposisi biomassa yang diumpankan, suhu operasi, kandungan oksigen, dan kondisi operasi lainnya. Sebagai contoh, pirolisis 1 ton kayu keras dapat menghasilkan sekitar 350 kg arang, 450 kg bio-oil, 75 kg tar, dan 60 m3 gas (Agustina 2012). Menurut FAO (2008), pirolisis adalah proses degradasi dengan panas pada kondisi tidak adanya atau sedikit sekali agen oksidasi (oksigen), dimana gasifikasi tidak terjadi secara signifikan atau dapat disebut parsial gasifikasi. Terjadi pada suhu sekitar 500-800 oC, sedangkan gasifikasi terjadi pada suhu 800-1000oC. Tiga produk yang dihasilkan dari proses pirolisis adalah gas, minyak pirolisis, dan arang dengan proporsi yang sangat tergantung pada metode pirolisisnya, karakteristik dari biomassa yang diarangkan, dan parameter reaksi lainnya. Pirolisis telah dilakukan dalam beberapa abad untuk memroduksi arang. Pirolisis memerlukan rekasi lambat dan suhu rendah untuk mendapatkan hasil padatan yang maksimal. Sampai saat ini, penelitian sampai ke mekanisme pirolisis telah diusulkan secara substansial mengubah proporsi produk gas, cair, dan padatan dengan mengubah laju pemanasan, suhu dan waktu pengarangan. Ada beberapa cara untuk menggunakan energi yang terkandung dalam biomassa, dari cara tradisional dengan membakarnya langsung hingga gasifikasi pirolisis. Pembakaran langsung adalah cara lama menggunakan biomassa. Biomassa secara sempurna diubah menjadi panas, tetapi efisiensinya hanya sekitar 10%. Pilihan teknik pirolisis ini yang paling menguntungkan untuk dapat mendayagunakan energi dari semua jenis biomassa dan langkah paling penting menuju investasi menguntungkan (FAO 2008).

6

Tabel 4. Karakteristik Energi Beberapa Biomassa Bulk density (Kg/M3)

Heating value dry basis (GJ/T)

Energy density (GJ/M3)

Straw

100

20

2

Woodchips

400

20

8

pyro-oil

1200

25

30

Charcoal

300

30

9

char-water slurry (50/50)

1000

15

15

char-oil slurry (20/80)

1150

23

26

Feed

Secara prinsip proses pirolisis terbagi atas 2 tahap, yang pertama adalah tahap pirolisis primer, yang terdiri atas tahap pirolisis lambat dan tahap pirolisis cepat. Pirolisis primer lambat terjadi pada suhu 150-300 oC dan menghasilkan uap air, arang, gas CO 2 , CO dan tar, sedangkan pirolisis primer cepat terjadi pada suhu 300-600 oC dan menghasilkan gas hidrokarbon, arang, uap air, uap dari PPO (primary pyrolisis oil) (Agustina 2012). Penelitian ini pun mengimplementasikan tahap pirolisis primer cepat. Menurut FAO (2008) pirolisis cepat digunakan untuk memaksimalkan produk gas dan liquid sesuai dengan temperaturnya. Contoh implementasi dari tahap pirolisis primer ini adalah karbonisasi atau pengarangan dengan menggunakan alat pengarangan seperti retort dan kiln. Energi untuk pemanasan pada proses pirolisis, jika berasal dari luar sistem atau berasal dari pembakaran sebagian dari produk pirolisis, seperti gas dan tar, maka alat pirolisisnya disebut retort (Agustina 2012). Gambaran proses pengarangan dengan retort tersaji dalam gambar 3, dan gambar beberapa macam retort dapat dilihat pada gambar 4, 5, 6 dan 7. Sedangkan, jika energi untuk pemanasan pada proses pirolisisnya berasal dari dalam sistem atau dengan pembakaran sebagian dari bahan baku (umpan) yang akan diarangkan, maka alat pirolisisnya disebut kiln. Pembahasan secara khusus untuk kiln (alat pengarangan), akan disajikan di sub bab C. Tahap kedua dari proses pirolisis adalah pirolisis sekunder yang merupakan proses pirolisis bahan-bahan yang dihasilkan pada proses pirolisis primer, terjadi pada suhu lebih dari 600 oC. Pirolisis hingga tingkat sekunder ini disebut juga proses gasifikasi untuk menghasilkan gas-gas mampu bakar (bio oil). Proses gasifikasi terdapat 3 tahap, yaitu tahap pengeringan (suhu 25-250oC), tahap pirolisa (150-900oC), tahap oksidasi (900-1400oC), dan tahap reduksi (600-900oC). Karbon yang terjadi melalui proses pirolisis sekunder cepat dapat mencapai 1015%. Contoh implementasi dari tahap ini adalah gasifikasi menggunakan gasifier dan pada perkembangan teknologi berikutnya, ke dalam gasifier diberikan tekanan dengan nilai tertentu untuk mengubah gas menjadi bio oil (Agustina 2012). Gasifikasi memecah ikatan karbon biomassa hingga ke level maksimum dan mengubahnya secara sempurna menjadi gas. Produksi arang (charcoal), pirolisis lambat dari kayu pada suhu 500 oC adalah proses yang telah dimanfaatkan selama ratusan tahun. Arang adalah bahan bakar yang menghasilkan sedikit asap dan masih tetap digunakan sebagai bahan bakar (FAO 2008). Tingginya laju pemanasan, hingga 1000 oC/s atau 10000 oC/s, pada suhu di bawah 650 oC dan dengan pendinginan yang cepat, akan menghasilkan liquid yang merupakan produk antara dari pirolisis untuk mengkondensasinya sebelum reaksi memutus molekulnya menjadi gas. Laju reaksi yang tinggi juga menurunkan pembentukan char, dan pada kondisi tertentu tidak ada char yang terbentuk. Pada suhu maksimum produk utamanya adalah gas. Pirolisis pada laju reaksi yang tinggi ini disebut pirolisis cepat, berdasarkan laju reaksi dan lamanya pembakaran tetapi sebenarnya batasan suhunya tidak pasti (FAO 2008). Karbonisasi yang dimaksud dalam tabel 5 adalah proses pirolisis primer (pengarangan) yang menggunakan alat earth pit kiln atau biasa disebut kiln tanah dimana dibutuhkan waktu pengarangan sampai berhari-hari. Pengarangan konvensional adalah membuat arang dengan cara membakar langsung di ruang terbuka. Fast pyrolisis atau pirolisis cepat dengan karakteristik proses seperti yang dijelaskan di atas. Flash liquid yang dimaksud adalah proses pirolisis cepat dengan produk utamanya adalah bio-oil, sedangkan flash gas yang dimaksud adalah proses pirolisis cepat dengan produk utamanya adalah gas.Teknologi ultra dalam proses pirolisis dimana suhu pengarangan dipaksa naik dalam waktu cepat, contohnya seperti dengan menambahkan gas oksigen. Teknologi vacuum adalah mengondisikan proses pirolisis terjadi pada kondisi vakum. Hydro pyro adalah teknologi pirolisis

7

yang menggunakan tambahan bahan bakar hydro dalam proses pengarangannya, sedangkan methano pyro adalah teknologi pirolisis yang menggunakan tambahan gas metan dalam proses pengarangannya. Tabel 5. Beberapa Teknologi Pirolisis Tech.

Residence time Heating rate Temperature °C

Products

Carbonation

Days

very low

400

Charcoal

Conventional

5-30 min

low

600

oil, gas, char

Fast

0.5-5s

very high

650

bio-oil

Flash-liquid

<1s

high

< 650

bio-oil

Flash-gas

<1s

high

< 650

chemicals, gas

Ultra

< 0.5

very high

1000

chemicals, gas

Vacuum

2-30s

medium

400

bio-oil

Hydro-pyro.

< 10s

high

< 500

bio-oil

Methano-pyro.

< 10s

high

> 700

Chemicals

Sumber : FAO Natural Resources Management and Environment Department (2008) Tabel 5 tersebut adalah contoh produk berbagai implementasi teknologi pirolisis di dunia yang dirilis oleh FAO (2008). Sedangkan Tabel 6 menyajikan perbandingan antara beberapa teknologi pirolisis yang disebutkan pada Tabel 5. Pirolisis biomassa sangat menarik karena biomassa padat dan sampah biomassa yang sulit ditangani dan menelan biaya mahal untuk penanganannya, dapat diubah menjadi produk cair yaitu bio-oil yang mudah disimpan, dipindahkan, dibakar, dan fleksibel dalam produksi dan pemasaran (FAO 2008). Tabel 6. Karakteristik Teknologi Pirolisis Flash low T* Flash high T**

Slow

Carbonization

Feedstocks Feedsize

Small

small

moderate

Large

Moisture

v.low

v. low

Low

Low

450-600

650-900

500-600

450-600

1

0.1- 1

1

1

0.05

0.02

5

10

< 30

< 70

< 40

< 40

MJ/Nm

10-20

10-20

5-10

2-4

Liquid %

< 80

< 20

< 30

< 20

MJ/Kg

23

23

23

10-20

Solid %

< 15

< 20

< 30

< 35

MJ/Kg

30

30

30

30

Parameters Temp °C Pressure, bar Max. input, t/h Product Gas, % wt dry 3

*Flash Low Temperature = fast primary pyrolysis **Flash High Temperature = fast secondary pyrolysis Sumber : FAO Natural Resources Management and Environment Department (2008)

8

Gambar 4. Prinsip Retort untuk Pengarangan Macam-macam Retort Berdasarkan Teknologi Karbonisasi (FAO 2008)

Gambar 5. Continuous Rotary Retort (Pyro 7) (Sumber : Pro Natura International, Green-Charcoal, December 2004 dalam FAO (2008))

Gambar 6. Carbo Twin Retort dalam FAO (2008)

Gambar 7. O.E.T Calusco Tunnel Retort System dalam FAO (2008)

9

` Gambar 8. Lambiotte Retort dalam FAO (2008) Penggunaan teknologi pirolisis ini dimulai sejak zaman besi, saat arang digunakan untuk melelehkan bijih besi. Hal yang menarik adalah rancangan yang sederhana dapat dibuat dengan biaya sangat murah. Tetapi kerugiannya adalah rendahnya energi yang dihasilkan dan adanya polusi udara (FAO 2008). Teknologi pirolisis lainnya adalah intermediate pyrolysis dan microwave pyrolysis menurut Gaunt (2012). Intermediate pyrolysis adalah modifikasi teknik pirolisis antara pirolisis cepat dan pirolisis lambat, dimana temperatur rendah hingga sedang dibutuhkan dalam durasi lebih singkat daripada durasi untuk pirolisis lambat. Produk dari intermediate pyrolysis adalah 50% bio-oil (50% darinya adalah air), 25% biochar, and 25% syngas (powerpoint dari Dr. Tony Bridgwater of Aston University dalam Gaunt 2012). Intermediate pyrolysis adalah konsep baru dan belum digunakan secara luas. Sehingga literaturnya relatif sedikit dan belum banyak perusahaan pribadi yang menggunakan sistem ini. Teknologi ini sampai saat ini masih dalam tahap penelitian dan pengembangan oleh Aston University’s Bio-energi Research Group (BERG) in Birmingham, UK (Gaunt 2012). Sedangkan Microwave pyrolysis, bertujuan untuk membentuk biochar dan syngas. Teknologi ini baru dimulai hanya dengan manual fasilitas demonstrasi. Secara umum prinsip microwave pyrolysis adalah menggunakan pemanasan dengan radiasi gelombang mikro. Oven microwave memanaskan suatu bahan menggunakan dialectric heating dimana mulekul polar seperti air bergetar dan berputar membentuk formasi molekul tertentu sesuai dengan frekuensi radiasinya. Microwave yang biasa digunakan sebagai perlengkapan rumah tangga memiliki efisiensi 64% dalam mengubah listrik menjadi radiasi gelombang mikro, kehilangan energi panasnya sebagian besar pada magnetron, yaitu alat yang mengubah bentuk listrik tegangan tinggi menjadi radiasi gelombang mikro. Efisiensi Microwave pyrolysis tergantung pada kadar air bahan yang ideal dan berbagai ukuran bahan baku, untuk memaksimumkan efisiensinya. Keuntungan penggunaan teknologi ini juga bergantung pada biaya awal konversi listrik menjadi radiasi gelombang mikro, namun kenyataannya radiasi gelombang mikro tersebut tidak hanya memanaskan bahan baku tetapi juga dinding ruang microwave dan bagian luarnya, selain itu dapat menyerap panas dari panas benda hitam dari material yang telah dipanaskan (Gaunt 2012).

Gambar 9. 10 Kg/hr 4.5kW Demonstration Microwave Pyrolysis Unit Constructed by UMB-IMT and X-Waste International (University of Minnesota) dalam Gaunt (2012)

10

Gambar 10. Carbonscape's Demonstration Microwave Pyrolysis Unit (Carbonscape) dalam Gaunt (2012)

C. KILN Cara tradisional yang dikenal serta umum digunakan oleh masyarakat di dalam pembuatan arang khususnya arang kayu, adalah dengan menggunakan earth pit-kiln atau disebut kiln tanah. Selain itu, juga dikenal cara lain yang sudah berkembang dengan pengaturan ventilasi udara yang lebih terkontrol serta penggunaan bahan lain sebagai media tempat pembakaran awal bagian bawah. Pengembangan ini dilakukan dengan tujuan untuk memperbaiki proses pembuatan serta hasil arang yang akan diperoleh. Beberapa metode tersebut antara lain adalah metode tempat pembakaran awal bagian bawah drum (drum-kiln) serta tempat pembakaran awal bagian bawah batu bata (flat-kiln) (Haris dan Krisna, 2005). Gambar 11-13 menunjukkan beberapa contoh kiln tradisional, sedangkan Gambar 14-20 adalah contoh-contoh pengembangan bentuk dan rancangan kiln.

Gambar 11. Beehive Kiln di Canyon Creek, Wise River Ranger District, Montana (FAO 2008)

Gambar 12. Earth Pit Kiln (Haris dan Krisna 2005)

11

(a)

(b)

(c) (d) Gambar 13. Proses Pengoperasian Earth pit-kiln (Haris dan Krisna 2005) Keterangan gambar 13: (a) Penyusunan kayu yang akan diarangkan (b) Pemasangan cerobong (c) Menutup susunan kayu dengan serasah, ranting kayu kering di bagian bawah dan daun basah di bagian atas, kemudian tutup dengan tanah (d) Pembakaran ranting kayu yang dimasukkan ke dalam earth pit kiln sebagai pembakaran awal hingga keluar asap dari cerobong

Gambar 14. Alat Pirolisis Sederhana (Flat Kiln) (http://indonetwork.co.id/Colourtec/1744010/alat-pirolisis-sederhana.htm)

Gambar 15. Drum-Kiln (Haris dan Krisna 2005)

12

Gambar 16. Drum Kiln yang Terdapat di Lab. Teknik Energi Terbarukan TMB IPB (Isriyanto 1993) Drum kiln ini telah banyak digunakan oleh masyarakat pengrajin arang tempurung kelapa, karena sangat mudah dan murah untuk dibuat. Contohnya seperti di Desa Cihideung Udik, Bogor, terdapat pabrik arang CV Wulung Prima milik Bapak Mamat, yang menggunakan beberapa drum kiln yang dimodifikasi oleh Sucahyo (2010) dimana di bagian cerobongnya dipasangkan alat untuk mengondensasi asap menjadi cair (wood vinegar atau liquid smoke) untuk mengarangkan 2,4 ton tempurung kelapa setiap harinya (Jawa Pos 2010 dalam http://rumahpengetahuan.web.id oleh Lucky Nur Hidayat 2010).

Gambar 17. Drum Kiln di Pabrik Arang CV Wulung Prima(kaskus.co.id 2011)

Gambar 18. Missouri Kiln (Source: EPA, Emission Factor Documentation for AP-42, Section 10.7 Charcoal dalam FAO 2008)

13

Gambar 19. Modifikasi Kiln Arang New Hampshire oleh Hanry Baldwin 1950 (http://iron.wlu.edu/reports/Radtke_Charcoal_Kiln.htm)

Gambar 20. Rotary Kiln Desain

14

Gambar 21. A Continuous Multiple Hearth Kiln for Charcoal Production (Sumber :EPA, Emission Factor Documentation for AP-42, Section 10.7 Charcoal. EPA,Washington, 1995 dalam FAO 2008) Berbagai perkembangan teknologi kiln ini dibutuhkan pemahaman mendasar tentang pembakaran biomassa yang merupakan dasar proses piroblisis. Penjelasan tentang pembakaran biomassa adalah seperti sub bab D berikut.

D. PEMBAKARAN BIOMASSA Menurut Pichtel (2005) dalam Pradipta (2011) reaksi pembakaran biomassa secara umum adalah sebagai berikut: aCO2 +b/2H2O+dNO...............................(1) C a H b O c N d + (a+b/4-(c-d)/2 O 2 Kebutuhan oksigen untuk proses pembakaran dipengaruhi oleh presentase kandungan karbon dan hidrogen dalam bahan bakar. Volume O 2 yang dibutuhkan untuk pembakaran 1 kg karbon adalah 1.96 m3 sedangkan O 2 yang dibutuhkan untuk membakar 1 kg hidrogen adalah 5.85 m3 (Perry dan Chilton 1973 dalam pradipta 2011) Dalam pembakaran, oksigen biasanya didapat dari udara bebas. Oksigen yang terkandung di dalam udara adalah 21 % dari total udara bebas. Kebutuhan udara minimum untuk proses pembakaran dapat dihitung melalui persamaan berikut: 100 × �(1.96 × 𝐶) + 5.85 × 𝐻� … … … … … … … … . (2) 𝑊𝑚𝑖𝑛 = 21 Wmin = Kebutuhan udara minimum (m3/kg bahan bakar) C = Kandungan karbon dalam bahan bakar (%) H = Kandungan hydrogen dalam bahan bakar (%) Menurut Abdullah et al. (1998) debit udara pada proses perancangan untuk pembakaran perlu ditambahkan kelebihan udara sebesar 40% dari total debit udara yang dibutuhkan secara teoritis. Q = Qud (1+40%) .......................................................................(3) Q = Debit udara perancangan (m3/detik)

15

Proses pembakaran biomassa memerlukan energi panas dengan jumlah tertentu. Perlu dijabarkan secara detail juga bagaiamana menghitung banyaknya energi panas yang dibutuhkan pada proses pembakaran biomassa. Beberapa cara menghitung energi panas yang dibutuhkan untuk proses pembakaran biomassa dijabarkan pada subbab E.

E. PANAS PEMBAKARAN Energi bersih per satuan massa material yang dibebaskan selama pembakaran disebut net heating value (H u ). Untuk biomassa kebutuhan panas pembakaran tergantung pada nilai bersih panas spesifik dari material keringnya, material organik kering yang terkandung, dan kadar air dari total massa. Juga tergantung pada panas spesifik evaporasi dari air.(Nasir dan Preben 2004) 𝐻𝑢 = (1 − 𝑋)𝐻𝑢𝑡𝑠 − 𝑥2.441𝑀𝐽/𝑘𝑔 (MJ/kg)…………………….(4) Huts = nilai kalor bimassa X = kadar air 2.441 MJ/kg = energi awal untuk pembakaran awal pada suhu 25 oC Setelah dikalikan dengan banyaknya biomassa yang akan dibakar dan efisiensi pembakarannya, maka didapatkan nilai panas yang dibutuhkan untuk pemanasan. Pendekatan energi panas yang dihasilkan oleh suatu proses pembakaran adalah melalui nilai kalor yang dikandung oleh bahan bakar. Besarnya energi panas hasil pembakaran tersebut dapat dicari melalui persamaan berikut: ̇ ̇ 𝑞 = 𝑚 × 𝑁𝑘𝑙 × 𝑒𝑓𝚤𝑠𝚤𝑒𝑛𝑠𝚤 𝑝𝑒𝑚𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟𝑎𝑛 (J)………………….(5)

𝑚̇ Nkl

= laju massa bahan bakar (kg/s) = Nilai kalor bahan bakar (J/kg) Pada proses perancangan kiln, harus dipilih salah satu dari 2 rumus di atas, tidak dapat digunakan keduanya karena akan menghasilkan angka yang berbeda. Pemilihan rumus dapat mempertimbangkan kondisi bahan baku atau lingkungan. Salah satu hal yang harus dilakukan dalam pembakaran biomassa adalah penanganan gas buang, sehingga dirancang juga bagaimana system penanganan gas buang tersebut, seperti yang dijabarkan dalam subbab F.

F. PENANGANAN GAS BUANG Menurut Porges dan Porges (1979) di dalam Budiman (2001) luas cerobong asap dapat didekati dengan persamaan berikut: 𝑄𝑐 𝐴= … … … … … … … … … … … … … . (6) 𝑉 A = Luas Lubang Cerobong (m2) Qc = Debit gas hasil pembakaran pada cerobong (m3/detik) V = Kecepatan gas (m/detik) Sedangkan tinggi cerobong dapat dihitung dengan persamaan berikut: 1 1 ℎ𝑑 = 354𝐻𝑐 � − � … … … … … … . (7) 𝑇1 𝑇2 hd = Tekanan udara dalam ruang pembakaran (mm.air) Hc = Tinggi cerobong (m) T1 = Suhu diluar cerobong (oK) Rancangan kiln ini diilhami oleh bentuk venturi meter sehingga perlu dijelaskan tentang venturi meter sebagai berikut.

16

G. VENTURI METER Dalam venturi meter fluida dipercepat melalui kerucut konvergen sudut 15-20o dan perbedaan tekanan antara sisi hulu kerucut dan tenggorokan diukur dan memberikan sinyal untuk laju aliran.

Gambar 22. Venturi Meter Fluida melambat dalam kerucut karena sudut saluran yang lebih kecil (5 - 7o) di mana sebagian besar energi kinetik diubah kembali menjadi energi tekanan, karena kerucut dan pengurangan diameter bertahap di daerah tersebut tidak ada “vena contracta” (perubahan diameter pipa secara tibatiba) (engineeringtoolbox.com 2012). Penjelasan efek venturi dapat dijelaskan dengan persamaan Bernoulli. Persamaan Bernoulli bisa diterapkan pada kasus khusus yakni ketika fluida mengalir dalam bagian pipa yang ketinggiannya hampir sama (perbedaan ketinggian kecil). Untuk memahami penjelasan ini, amati gambar di bawah.

Gambar 23. Pipa dengan Penyempitan Saluran Pada gambar di atas tampak bahwa ketinggian pipa, baik bagian pipa yang penampangnya besar maupun bagian pipa yang penampangnya kecil, hampir sama sehingga dianggap ketinggian (h) sama. Jika diterapkan pada kasus ini, maka persamaan Bernoulli berubah menjadi :

Ketika fluida melewati bagian pipa yang penampangnya kecil (A 2 ), maka laju fluida bertambah (sesuai persamaan kontinuitas A 1 x v 1 = A 2 x v 2 ). Menurut prinsip Bernoulli, jika kelajuan fluida bertambah, maka tekanan fluida tersebut menjadi kecil. Jadi tekanan fluida di bagian pipa yang sempit lebih kecil tetapi laju aliran fluida lebih besar. Ini dikenal dengan julukan efek Venturi dan menujukkan secara kuantitatif bahwa jika laju aliran fluida tinggi, maka tekanan fluida menjadi kecil. Demikian pula sebaliknya, jika laju aliran fluida rendah maka tekanan fluida menjadi besar (Sabrina 2011). Gas di udara yang menjadi sumber oksigen untuk pembakaran. Gas di udara tersebut bisa termampatkan sehingga memenuhi persamaan Gay Lussac – Avogadro : P.V = n.R.T (fisikaasyik.com). Sesuai dengan rumus PV = nRT, hipotesisnya perubahan suhu dapat terjadi di dalam ruang pengarangan karena adanya perubahan volume, hanya akan terjadi jika tekanan udara rata-rata relatif stabil. Kajian tekanan udara untuk wilayah tropis kurang mendapat perhatian karena nilai kisaran di wilayah ini relatif stabil, sehingga jarang sekali ada pengukuran di stasiun – stasiun meteorologi dan klimatologi (R Larasati 2012). Tekanan udara rata-rata di daerah Dramaga, Bogor pada ketinggian 248 dpl adalah sekitar 990 milibar (data tekanan udara sepanjang tahun 2010 langsung dari stasiun BMKG Dramaga Bogor). Karena tekanan udara relatif stabil, maka diasumsikan dengan adanya perubahan volume akan terjadi perubahan suhu. Rancangan kiln juga menggunakan efek chimney yang merupakan dasar bergeraknya udara terpanaskan dalam kiln. Penjelasan tentang efek chimney adalah sebagai berikut.

17

H. EFEK CHIMNEY Perbedaan suhu antara udara luar dan dalam akan membuat "draft alami" memaksa udara mengalir melalui bagian atas gedung. Arah aliran tergantung pada suhu. Jika suhu di dalam gedung lebih tinggi dari suhu luar, di dalam gedung kerapatan udara lebih kecil dari kerapatan udara luar, dan di dalam gedung udara akan mengalir dan keluar dari bagian atas bangunan. Udara luar dingin akan mengalir ke bagian bawah gedung. Jika suhu di luar lebih tinggi daripada di dalam suhu udara aliran udara akan berada dalam arah yang berlawanan (engineeringtoolbox.com 2012). Gaya penggerak pada pergerakan udara di dalam cerobong adalah daya apung (buoyancy), efek chimney, dan pergerakan angin. Udara yang bergerak pada lubang udara akan memberi tingkat ventilasi yang cukup. Efek chimney dihasilkan dari adanya perbedaan temperatur di dalam dan di luar cerobong. Udara akan bergerak naik melalui cerobong, jika suhu rata-rata di dalam lebih tinggi dari suhu di luar. Hal ini ditunjukkan dengan baik, bahwa tekanan udara yang mengalir dalam gedung tinggi tersebut dapat mencapai 300 Pa9–12 selama musim dingin di Korea dan China bagian selatan (Chow dan Zhao 2011). Tekanan udara dalam keseluruhan cerobong lebih rendah daripada tekanan udara di luar saat vent A dibuka. Terdapat tekanan negatif dalam sepanjang model cerobong. Udara tertekan melalui vent A karena kanaikan suhu udara panas. Kemiringan kurva tekanan udara dalam cerobong lebih besar dari kurva tekanan udara di luar cerobong, sebagaimana udara panas memiliki densitas yang lebih kecil dari udara dingin (Chow dan Zhao 2011). Terlihat pada kurva bahwa sepanjang cerobong, tekanan udara panas dalam cerobong cenderung konstan atau tidak terdapat perbedaan tekanan yang nyata antara tekanan pada ketinggian 0 dan 2 m.

Gambar 24. Grafik Perubahan Tekanan Sepanjang Ketinggian Cerobong (Chow dan Zhao 2011). Oleh karena itu, tingkat ventilasi yang cukup dapat tersedia jika efek chimney dapat berfungsi dengan baik pada beberapa desain gedung yang sehat. Desain gedung yang sehat menggunakan efek chimney untuk menyediakan ventilasi alami, tidak akan memberikan efek kurang baik pada lingkungan sekitarnya. Sistem pemadam kebakaran adalah konsep lain dalam gedung tinggi yang memiliki konsep gedung sehat. Efek chimney adalah kunci gaya penggerak pada aliran asap dalam cerobong yang tinggi. Asap dari kebakaran akan mengalir ke atas dengan mudah dan masuk dalam cerobong (Chow dan Zhao 2011).

18

III.

METODE PENELITIAN

A. TEMPAT DAN JADWAL PELAKSANAAN Rancangan alat dilakukan pada bulan Februari 2012 sampai April 2012, pembuatan alat dilaksanakan pada bulan Mei 2012 sampai bulan Juni 2012, perbaikan desain pada bulan Juli 2012 sampai bulan Agustus 2012, dan uji kinerja kiln ini dilaksanakan bulan September 2012. Seluruh kegiatan penelitian ini dilakukan di Laboraturium Energi dan Elektrifikasi Pertanian Laboraturium Energi Terbarukan dan Bengkel Departemen Teknik Mesin dan Biosistem Leuwikopo, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.

B. ALAT DAN BAHAN 1.

Alat Peralatan yang digunakan untuk membuat alat adalah peralatan perbengkelan yang menunjang modifikasi alat. Sedangkan peralatan yang digunakan dalam uji kinerja alat adalah termokopel batang tipe K untuk suhu pengarangan, termokopel tipe CA. Recorder, timbangan 5 kg, timbangan 50 kg, timbangan digital, anemometer, oven, bomb calorimeter, dan peralatan pelengkap lainnya. 2.

Bahan Bahan yang digunakan dalam desain alat adalah plat besi tebal 2 mm, plat baja berlubanglubang tebal 2 mm, dan besi siku. Bahan yang digunakan dalam pengujian kiln adalah tempurung kelapa dan sebagai umpan bakar digunakan sabut kelapa yang di dapatkan dari pedagangpedagang kelapa parut di Pasar Ciampea dan Pasar Cibeureum.

19

C. TAHAPAN PENELITIAN Pada penelitian ini akan dirancang kiln tipe batch (tetap), kemudian akan dilakukan perancangan fungsional dan struktural sebelum dibuat prototipenya. Bagan alirnya sebagai berikut:

Pendekatan Rancangan Penentuan parameter perancangan dan penelitian pendahuluan untuk mendapatkan nilai parameter rancangan Perancangan fungsional dan struktural Pembuatan Alat

Perhitungan dan penelitian pendahuluan untuk penentuan parameter pengujian

Pengujian pendahuluan

Pengujian untuk kinerja alat

Analisa hasil kinerja dan rekomendasi

Selesai Gambar 25. Bagan Alir Penelitian

D. PENDEKATAN RANCANGAN B.1. Penentuan Kapasitas Kiln Diharapkan kiln ini, di dalam ruang pengarangan, mampu memanaskan bahan yang akan diarangkan hingga mencapai suhu sekitar 300oC dengan jumlah oksigen sangat sedikit sehingga terjadi proses pirolisis. Pembakaran sempurna juga diharapkan terjadi pada tempat pembakaran awal bagian bawah, hal ini berkaitan dengan jumlah oksigen yang masuk ke dalam ruang pembakaran serta ketepatan dalam melakukan pembakaran pertama. Perancangan diawali dengan menentukan parameter-parameter perancangan. Parameter yang harus diketahui yaitu volume ruang pembakaran awal dan ruang pengarangan, jumlah udara yang dibutuhkan dalam pembakaran, jenis bahan yang akan diarangkan, serta jumlah bahan yang akan diarangkan. Perhitungan mengenai kapasitas kiln lebih detail akan dijabarkan pada rancangan struktural.

20

B.2. Penentuan Tipe Kiln dan Prinsip Kerja Rancangan ini diilhami oleh rancangan metal drum kiln (Isriyanto 1992 dan Fonda 2002). Terilhami pula oleh prinsip perubahan volume dalam saluran venturi meter karena adanya perubahan diameter saluran secara bertahap yang mengakibatkan perubahan suhu (hipotesis ini akan diujikan juga dalam uji kinerja kiln), juga terjadinya efek Chimney. Dengan memanfaatkan efek Chimney, bahwa udara panas akan cenderung bergerak ke atas, karena massa jenis udara terpanaskan menjadi lebih kecil, volumenya memuai atau menjadi lebih besar, maka udara dingin di luar kiln akan mengalir masuk ke dalam kiln, sedangkan udara panas dalam kiln akan bergerak ke atas dan keluar melalui cerobong. Sebelum udara panas keluar melalui cerobong, udara panas tersebut melalui ruangan yang didisain menyerupai bentuk venturi meter, maka diharapkan suhu udara meningkat seiring bertambahnya diameter kiln. Kemudian efek diffuser, yaitu tersebarnya udara panas secara merata ke segala arah dalam ruangan kiln, akan terjadi pada bagian saluran yang melebar perlahan, di daerah tersebut, sehingga udara panas akan disebarkan secara merata, dan menurunkan suhunya seiring melebarnya diameter kiln dan siap dibuang melalui cerobong. Laju kenaikan suhu hingga mencapai suhu optimum untuk proses pirolisis yang cepat merupakan hipotesis yang ingin dicapai dengan memodifikasi drum menjadi menyerupai venturi. Pada udara bebas di atas permukaan bumi dengan tekanan udara rata-rata di bawah 2 atm maka berlaku rumus gas ideal P x V = n x R x T. Jika ada 2 kondisi yang terjadi pada gas yang sama maka berlaku P1 x V1 / T1 = P2 x V2 / T2 sedangkan nilai n dan R merupakan konstanta gas dan tekanan udara rata-rata di daerah tropis relatif stabil, maka hubungan yang berlaku dalam persamaan tersebut hanya hubungan antara V (volum) dan T (suhu). Diameter yang mengecil pada ruang pengarangan bawah sehingga volume ruang semakin kecil, akan menimbulkan penurunan suhu sepanjang berkurangnya diameter ruang pengarangan. Kemudian diameter bagian tengah dibuat tetap dan di bagian atas diameter ruang pengarangan membesar dan menimbulkan kenaikan suhu sehingga diharapkan suhu di ruang pengarangan bagian bawah dan atas relatif sama dan terjaga konstan. Hipotesis ini akan diujikan dalam uji kinerja kiln.

Gambar 26. Metal Drum Kiln,Venturimeter, dan Efek Chimney Prinsip kiln ini adalah dengan menempatkan bahan yang akan diarangkan pada ruang pengarangan, kemudian pembakaran awal dimulai dengan menyulut api dengan sabut kelapa dan memasukkannya ke dalam kasa pemerata panas. Kemudian menyulut api dengan kepingan tempurung kelapa yang telah dipercikkan minyak tanah pada tempat pembakaran awal bagian bawah. Kebutuhan udara selama pembakaran akan dipenuhi dengan masuknya udara melalui lubang udara yang telah disesuaikan dengan kebutuhan. Diharapkan proses pengarangan yang merupakan proses pirolisis cepat yaitu penguraian bahan organik dengan pemanasan, dimana pemanasan ini tidak hanya menghasilkan CO 2 , tetapi juga bahan lainnya seperti CO, CH 4 , gas hidrokarbon, dan bahan volatil lainnya.

21

Kiln yang akan dirancang adalah alat pengarang tempurung kelapa tipe batch. Instalasi kiln venturi drum yang akan dirancang merupakan salah satu alat utama dalam sistem produksi arang aktif dari tempurung kelapa atau dapat menjadi salah satu sistem pengolahan limbah, seperti limbah kayu, bambu, ranting, cangkang biji yang keras, tulang, dan bahan limbah lainnya yang mengandung karbon dan dapat diarangkan. Proses pembakaran yang diharapkan merupakan proses pembakaran sempurna pada ruang pembakaran awal dan proses pirolisis pada ruang pengarangan. Alat yang dirancang diharapkan mempunyai banyak keuntungan yaitu, konstruksinya sederhana sehingga tidak terlalu sulit dalam membuatnya. Bahan konstruksinya mudah didapat sehingga penggantian komponen yang rusak atau aus lebih mudah dilakukan. Bentuk dan ukuran tidak memerlukan ruangan yang besar. Biaya relatif ringan dan meminimalisir dampak terhadap lingkungan.

E. RANCANGAN FUNGSIONAL Dalam merancang kiln hal-hal yang perlu dipertimbangkan adalah jumlah udara yang diperlukan dalam pembakaran, sistem pembakaran awal, jumlah tempurung kelapa yang akan diarangkan, serta bagaimana pengelolaan asap yang dihasilkan oleh pembakaran. Pada prinsipnya model kiln yang dirancang dapat dibagi menjadi 6 bagian yaitu, tempat pembakaran awal bagian bawah, ruang pengarangan, kasa pemerata api, cerobong asap, lubang udara, dan kaki penyangga. Tabel 7. Rancangan Fungsional Kiln No

Fungsi

Nama Bagian

1

Tempat penyalaan api dengan sedikit membakar kepingan tempurung kelapa. Dirancang menyerupai laci.

Tempat pembakaran awal bagian bawah (laci pembakaran)

2

Tempat terjadinya pembakaran yang dilengkapi dengan sistem pemasukan dan pengeluaran hasil pembakaran (sistem loading - unloading) Pemasukan dan pengeluaran hasil melalui bagian atas ruang pengarangan. Lantai dasarnya terdapat lubang-lubang untuk memasok suplai panas dari tempat pembakaran awal bagian bawah langsung ke ruang pengarangan.

Ruang pengarangan

3

Tempat memasukan pembakaran merata pengarangan.

4

Tempat pengeluaran asap selama proses pembakaran berlangsung. Dirancang terpisah dari ruang pembakaran agar tidak mengganggu pemasukan bahan yang akan diarangkan dan bahan padat yang terbawa asap dapat diendapkan terlebih dahulu. Bagian ini juga terdapat penutup ruang pengarangan yang berbentuk kerucut terpancung.

Cerobong asap

5

Sebagai tempat masuknya udara yang dibutuhkan dalam pembakaran. Lubang udara terletak di bagian bawah ruang pembakaran dan terletak di dinding ruang pembakaran.

Lubang udara

6

Menyangga seluruh tubuh kiln, menjadi sistem unloading arang yang dihasilkan dengan cara dijungkirkan dan mempermudah memindahkan kiln.

Kaki penyangga

api agar terjadi di dalam ruang

Kasa pemerata api

22

F. RANCANGAN STRUKTURAL

Keterangan : a. b. c. d. e. f.

Cerobong Tutup Kiln Kasa Pemerata Api Ruang Pembakaran Kaki Penyangga Ruang Pengarangan

Gambar 27. Tampak Depan Rancangan Kiln (skala 1:10) dalam satuan cm.

23

Gambar 28. Tampak Kanan Rancangan Kiln (skala 1:100) dalam satuan mm Berikut akan diuraikan rancangan struktural dari setiap bagian kiln, berupa dimensi dan material yang akan digunakan dalam pembuatan kiln. Kiln yang akan dirancang memiliki 6 bagian yaitu, tempat pembakaran awal bagian bawah, ruang pengarangan, kasa pemerata api, cerobong asap, lubang udara, dan kaki penyangga. D.1. Ruang Pengarangan Di kota besar produk sampah per kapita berkisar antara 600-830 gram per hari (Mungkasa 2004 dalam Nisandi 2007). Menurut Dinas Kebersihan DKI Jakarta sampah tempurung kelapa sendiri banyaknya 10%-15% dari sampah kota (vivanews.com). Maka untuk industri arang tempurung kelapa yang biasanya memanfaatkan sampah tempurung kelapa di lingkungan sekitar rukun tentangga, jika diasumsikan dalam 1 RT terdapat 20 rumah dengan 4-5 orang, maka banyaknya tempurung kelapa yang berpotensi untuk diarangkan adalah sebesar : 100 orang × 0.83 kg⁄kapita⁄hari × 15% kg = 12.45 × 1 ℎ𝑎𝑟𝑖 = 12.45 𝑘𝑔 hari

Massa jenis tempung kelapa dari hasil penelitian pendahuluan sebesar 68.5 kg/m3 maka volume ruang pengarangan dalam 1 kali proses (diasumsikan sampah tempurung kelapa 1 hari untuk 1 kali proses) adalah V = 12.45 kg /68.5 kg/m3 = 0.18 m3 (ditambah 2/3 ruang pengarangan untuk pengarangan optimum) 0.18 m3 x 1.67 = 0.3 m3

24

Dari volume tersebut maka ukuran ruang pengarangan adalah • • • • • • •

volume ruang pengarangan = 0.30 m3 Tinggi ruang pembakaran dan pangarangan = 0.90 m Diameter atas ruang pengarangan 51 cm Diameter bagian penyempitan 31 cm Diameter bawah ruang pengarangan 60 cm Sudut kemiringan sisi kerucut bagian atas (tenggorokan) = 14o Sudut kemiringan sisi kerucut bagian bawah = 26o

Dalam menentukan dimensi ruang pengarangan digunakan bantuan software desain, karena tidak terdapat rumus hubungan antara sudut kemiringan sisi kerucut dengan diameter lingkaran atas dan bawahnya secara langsung, kemudian disesuaikan dengan volume pengarangan menggunakan rumus kerucut terpancung. Energi yang diperlukan untuk mengarangkan tempurung kelapa seberat 12.45 kg adalah (nilai kalor tempurung kelapa 4950 𝑘𝑎𝑙/𝑔𝑟𝑎𝑚 (Nurhayati T (1982) dalam Fonda (2002)), nilai kalor jenis tempurung kelapa diasumsikan sama dengan nilai kalor jenis kayu-kayuan yaitu sekitar 2-2.9 kJ/kgoK (www.toolbox.com) 𝑄 = 𝑚 × 𝐶 × ∆𝑡 𝑄 = 12.45 𝑘𝑔 × 2.5 𝑘𝐽/𝑘𝑔 𝑜𝐾 × (573 − 300) oK P

𝑄 = 8497.125 𝑘𝐽 Menurut perhitungan kebutuhan energi untuk mengarangkan tempurung kelapa tersebut maka desain volume ruang pembakaran awal (laci pembakaran) harus disesuaikan berdasarkan kebutuhan energi tersebut setelah dikalikan efisiensi.

D.2. Tempat Pembakaran Awal Bagian Bawah (laci pembakaran) Tempat pembakaran awal bagian bawah (laci pembakaran), tempat penyalaan api, sebagai sumber panas untuk pengarangan, secara langsung api akan masuk ke ruang pengarangan, karena antara tempat pembakaran awal dan ruang pengarangan hanya disekat oleh plat baja berlubang. Ruang tempat pembakaran awal bagian bawah ini akan dimasukkan kepingan tempurung kelapa yang dipercikkan minyak tanah dan dibakar dengan korek api. Tempat pembakaran awal bagian bawah ini berbentuk tabung dengan diameter disesuaikan dengan diameter ruang pengarangan bagian bawah yaitu 60 cm dan tingginya 6 cm. Bahannya terbuat dari bahan yang sama dengan bahan dinding ruang pengarangan, yaitu plat besi dengan ketebalan 0.2 cm. Antara ruang pembakaran dan ruang pengarangan Kebutuhan energi untuk pengarangan 12.45 kg tempurung kelapa adalah 8497.125 𝑘𝐽 dengan asumsi efisiensinya menyerupai efisiensi tungku yaitu 40%, sehingga energi yang dibutuhkan menjadi 13595.4 kJ. Maka banyaknya tempurung kelapa yang harus dibakar di ruang pembakaran awal adalah (nilai kalor tempurung kelapa 4950 𝑘𝑎𝑙/𝑔𝑟𝑎𝑚 = 20691 kJ/kg) 13595.4 𝑘𝐽 = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 × 20691 kJ/kg 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 = 0.66 𝑘𝑔 Massa jenis tempurung kelapa 68.5 kg/m3 menurut hasil percobaaan pendahuluan, maka volume ruang pembakaran awal sekitar 0.66 𝑘𝑔 𝑣= 68.5 kg/m3 𝑣 = 0.0096 𝑚3 (untuk pembakaran efektif ditambahkan 2/3 bagian) 𝑣 = 0.0096 𝑚3 × 1.67 = 0.016 𝑚3 Karena volume ruang pembakaran awal didisain menjadi laci, maka diperlukan landasan laci, sehingga tinggi ruang pembakaran bagian luar dibuat 10 cm diletakkan di bagian bawah dari ruang pembakaran dan dipisahkan dengan plat penyekat yang berlubang-lubang.

25

D.3. Kasa Pemerata Api Kasa penyulut api ini digunakan sebagai tempat peyulutan api pertama sehingga diharapkan pembakaran dapat terjadi dengan sempurna. Kasa penyulut api berdiameter 7.5 cm dan tinggi 60 cm. Hal tersebut diharapkan dapat menyebabkan penyebaran panas yang merata di setiap bagian dari ruang pembakaran. Kasa yang digunakan adalah kasa baja agar tidak mudah rusak pada suhu tinggi selama pembakaran. Kasa pembakaran ini berbentuk tabung dan diletakkan di tengah-tengah ruang pengarangan. Bahan yang akan diumpankan ke dalam kasa pemerata api adalah sabut kelapa dengan nilai kalor sebesar 15948.19 kJ/kg, setelah diujicobakan sabut kelapa yang dapat masuk ke dalam kasa maksimal adalah 0.3 kg maka panas yang dihasilkan adalah 4784.457 kJ. D.4. Cerobong Asap Cerobong asap sebagai tempat pengeluaran asap ini terpisah dari bagian ruang pembakaran. Di bagian bawah cerobong akan dipasang tutup ruang pengarangan berbentuk kerucut terpancung dimana diameter kerucut tersebut semakin mengecil, karena diharapkan adanya pengurangan volume akan menurunkan suhu udara panas yang lewat, agar asap sempat untuk berputar dan suhunya menjadi lebih dingin. Cerobong asap ini dirancang dengan diameter 15 cm dan tinggi 50 cm (tinggi cerobong 30 cm dan tinggi tutup 20 cm). Tinggi total kiln dari kaki penyangga hingga cerobong adalah 180 cm. Cerobong asap dibuat dengan menggunakan plat besi dengan ketebalan 2 mm. Hal tersebut dilakukan agar asap yang keluar tidak mengganggu lingkungan sekitar. D.5. Lubang Udara Lubang udara sebagai tempat masuknya oksigen yang dibutuhkan untuk reaksi pembakaran pirolisis. Pirolisis merupakan penguraian biomassa dengan panas tanpa oksigen, sehingga karbon sangat sedikit diikat oleh oksigen dan menjadi arang (murni kanbon solid), maka digunakan jumlah C yang terikat oksigen adalah batas bawah. Lubang udara ini dapat didekati dengan kebutuhan udara selama pembakaran yang dihitung dengan jumlah C sebesar 15-30 % dan H sebesar 2-5 % (Pichtel 2005 dalam Pradipta 2011) Sesuai dengan persentase jumlah C 15-30 %, persentase C yang terikat dengan oksigen diharapkan sedikit karena dalam pirolisis oksigen yang masuk ke dalam ruang pengarangan diusahakan seminimal mungkin, maka digunakan persentase C 15%. 100 × �(1.96 × 𝐶) + (5.85 × 𝐻)� 𝑊𝑚𝑖𝑛 = 21 100 𝑊𝑚𝑖𝑛 = × �(1.96 × 0.15) + (5.85 × 0.05)� = 1.6925 𝑚3 ⁄𝑘𝑔 21 Laju pembakaran (Bbt) dapat dihitung melalui perbandingan bobot bakar yang akan dibakar (m) dengan waktu pembakaran (t). 𝑚 12.45 = 3.1125 𝑘𝑔/𝑗𝑎𝑚 𝐵𝑏𝑡 = = 4 𝑡 Debit udara yang yang dibutuhkan untuk pembakaran dapat dihitung dengan mengalikan jumlah kebutuhan udara minimum dengan laju pembakaran. 𝑄𝑢𝑑 = 𝑊𝑚𝑖𝑛 × 𝐵𝑏𝑡 = 1.6925 × 3.1125 = 5.268 𝑚3 ⁄𝑗𝑎𝑚 = 0.0015 𝑚3 ⁄𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘

Menurut Abdullah et al. (1998) debit udara pada proses perancangan untuk pembakaran perlu ditambahkan kelebihan udara sebesar 40% dari total debit udara yang dibutuhkan secara teoritis. 𝑄 = 𝑄𝑢𝑑 × 1.4 = 0.0015 × 1.4 = 0.0021 𝑚3 ⁄𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘

26

Dengan mengetahui kecepatan udara melalui pengukuran suhu di dalam dan luar cerobong, maka dapat diketahui kebutuhan luasan lubang. Menurut Pradipta (2011) kecepatan udara yang dibutuhkan sebesar 1.105 m/detik. 𝑄 0.0021 = 0.002 𝑚2 𝐴= = 1.105 𝑣

Kemudian diameter lubang udara ditentukan berdasarkan diameter baut yang ada di pasaran, sehingga dapat ditentukan jumlah lubang yang perlu dibuat. Ditentukan diameter lubang udara adalah 0.02 m, maka ruang pembakaran didisain memiliki jumlah lubang udara 7 buah. Lubang-lubang tersebut disebarkan di dinding ruang pembakaran awal dan ruang pengarangan di bagian kerucut dan tenggorokan (bagian kerucut atas) dengan sistem pengendalian aliran udara dengan buka tutup lubang udara. D.6. Kaki Penyangga Kaki penyangga kiln ini merupakan rangka persegi dengan ukuran 60 cm x 60 cm x 60 cm terbuat dari besi siku 3 cm x 3 cm dengan ketebalan 0.2 cm. Tabung kiln akan diletakkan kaki penyangga tersebut.

27

G. UJI KINERJA KILN VENTURI DRUM Pengujian kinerja kiln venturi drum meliputi penentuan parameter kerja kiln dan pengujian kiln.

1.

Penentuan Paramater Kinerja Kiln

Parameter-parameter kinerja kiln yang diukur dalam uji kinerja alat berdasarkan analisa kapasitas optimum, tingkat suhu dan penyebarannya selama proses pirolisis berlangsung, waktu pengarangan, rendemen yang dihasilkan, dan mutu arang yang dihasilkan. a.

Kapasitas riil/optimum Kapasitas riil atau optimum ini menunjukkan berapa banyak tempurung kelapa yang dapat diarangkan secara optimal. Variabel yang diukur untuk mendapatkan kapasitas riil adalah berat tempurung kelapa yang dapat memenuhi ruang pengarangan dengan menyisakan 2/3 ruang kosong dari ruang pengarangan. Untuk parameter ini juga perlu diperhatikan bentuk tempurung kelapa, jika kepingannya semakin besar maka semakin ringan atau sedikit tempurung kelapa yang dapat masuk ke dalam ruang pengarangan.

b.

Tingkat suhu dan penyebarannya selama proses pirolisis berlangsung Tingkat suhu menunjukkan apakah kiln dapat mencapai suhu pirolisis yang seharusnya dan penyebaran suhu selama proses pirolisis berlangsung menunjukkan proses pengarangan terjadi secara merata atau tidak. Parameter yang diukur dalam analisa tingkat suhu dan penyebarannya selama proses pirolisis berlangsung adalah suhu di dinding dan bagian tengah ruang pengarangan bawah, dinding dan bagian tengah ruang pengarangan tengah, dinding ruang pengarangan atas, dalam cerobong, serta luar cerobong.

c.

Waktu pengarangan Waktu pengarangan menunjukkan lamanya proses pengarangan yang diukur sejak menyalakan api di tempat pembakaran awal bagian bawah, hingga arang dikeluarkan dari ruang pengarangan.

d.

Rendemen yang dihasilkan Variabel yang diukur untuk mendapatkan rendemen yang dihasilkan adalah berat tempurung kelapa yang diarangkan dan berat arang yang dihasilkan. Rendemen yang dihasilkan menunjukkan berapa banyak arang yang dihasilkan dari berat tempurung kelapa awal, juga menunjukkan efisiensi proses pengarangan.

e.

Mutu arang yang dihasilkan Kualitas arang yang baik dapat diketahui melalui warna hitam merata, mengkilap bagian dalamnya, dan suara denting arang saat dipatahkan, cukup keras atau getas saat dipatahkan. Syarat mutu arang tempurung kelapa menurut SNI 01-1682-1996 adalah bagian yang hilang pada pemanasan 900 oC maks 15%, kadar air (b/b%) maks 6%, kadar abu (%) maks 3%, dan warna hitam merata.

28

2.

Pengujian Kiln

Sebelum dilakukan pengujian dengan melakukan proses pengarangan dengan kiln, ada beberapa uji pendahuluan yang perlu dilakukan untuk mendapatkan parameter rancangan, seperti uji massa jenis tempurung kelapa untuk mengetahui berapa massa tempurung kelapa yang dapat masuk ke ruang pengarangan jika tidak ada perlakuan awal apapun seperti pencacahan, penjemuran, sortir kotoran pada tempurung kelapa maupun tidak adanya penyusunan kepingan tempurung kelapa dalam ruang pengarangan. Dengan uji ini dapat diketahui berapa besar massa jenis tempurung kelapa yang akan digunakan. Uji pendahuluan berikutnya adalah penentuan nilai kalor sabut kelapa dan kadar air tempurung kelapa yang akan diarangkan. Pengujian kinerja kiln dilakukan dengan melakukan proses pengarangan pada kiln. Proses pengarangan dilakukan sebanyak 7 kali, 2 kali pengarangan awal adalah uji pendahuluan untuk mengetahui prosedur terbaik mana yang menghasilkan proses pengarangan optimum. Lima kali pengarangan berikutnya menggunakan prosedur tersebut disesuaikan dengan capaian tingkat suhu pirolisisnya. Bahan yang akan diarangkan adalah tempurung kelapa. Umpan yang digunakan berupa sabut kelapa pada kasa pemerata panas dan sebagian dari tempurung kelapa pada tempat pembakaran awal bagian bawah. a.

Metoda Pengambilan Data Pengambilan data dilakukan dengan menempatkan alat pengukur suhu (termokopel) pada 5 titik pengukuran dan 1 titik pengukuran menggunakan anemometer digital yang sekaligus mengukur kecepatan udara. Titik-titik pengukuran yaitu di dinding dan tengah ruang pengarangan tepat persis di atas tempat pembakaran awal bagian bawah, dinding dan tengah bagian ruang pengarangan tengah, dinding ruang pengarangan atas, cerobong asap, dan suhu lingkungan di dekat cerobong. Hal tersebut dilakukan untuk mengetahui sebaran suhu yang dihasilkan selama proses pengarangan. Pada ruang pengarangan terdapat 3 titik pengukuran hal tersebut dilakukan agar dapat dilihat perbedaan temperatur pada ruang pengarangan bagian bawah, tengah, dan atas dibagian dinding kilnnya. Tabel 8. Titik Pengukuran Suhu Data No.

Bagian

Rencana Jumlah Titik Pengukuran

1

Dinding ruang pengarangan bawah

1

2

Dinding ruang pengarangan tengah

1

3

Dinding ruang pengarangan atas

1

4

Dalam ruang pengarangan bawah

1

5

Dalam ruang pengarangan tengah

1

6

Dalam cerobong asap

1

7

Suhu lingkungan luar cerobong asap

1

29

6

7

3 2 1

Gambar 29. Titik Pengukuran b.

Prosedur Pengujian 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

9. 10. 11.

12. 13.

Memasang alat ukur suhu pada semua titik yang telah ditentukan. Menimbang tempurung kelapa yang telah disiapkan untuk diarangkan. Mengukur kadar air sampel tempurung kelapa yang akan dimasukkan ke dalam kiln dan tempurung kelapa yang akan di arangkan. Pasang kasa pemerata api di tengah ruang pengarangan. Buka penuh semua keran udara. Masukkan tempurung kelapa ke dalam ruang pengarangan hingga tersisa 2/3 ruang kosong bagian atas. Bakar sedikit sabut kelapa dan masukkan api tersebut ke dalam kasa pemerata api, pastikan api masuk hanya sampai di tengah ruang pengarangan. Timbang dan masukkan tempurung kelapa ke dalam tempat pembakaran awal bagian bawah, setelah api membakar semua tempurung kelapa, tutup laci pembakaran ini dan ikat dengan sealer gasket. Kemudian mulai menyalakan recorder. Jika asap dari kasa pemerata api sudah terasa panas, pasang tutup ruang pengarangan dan ikat dengan sealer gasket Amati kenaikan suhu di semua titik pengukuran, terutama di bagian dalam ruang pengarangan bawah, jika suhunya telah mencapai 300 oC maka tutup 7 keran menjadi ½ bukaan. Tutup penuh semua keran 30 menit setelah bukaan ½. Amati asap yang keluar dari cerobong, jika telah menipis maka arang dapat dikeluarkan.

30

IV.

HASIL PERANCANGAN

Kiln yang telah dirancang adalah kiln dengan ruang pengarangan penyerupai venturi berukuran diameter bawah 60 cm, diameter tengah 31 cm, diameter atas 51 cm dengan kapasitas 12.45 kg sampai 15 kg. Seluruh bagian kiln dibuat dengan plat besi dengan tebal 2 mm, kecuali komponen kasa pemerata api dan sekat antara ruang pemkaran awal bagian bawah dan ruang pengarangan. Komponen ini terbuat dari plat baja berlubang-lubang dengan tebal 2 mm. Bahan ini dipilih dengan pertimbangan suhu di ruang pengarangan bawah akan mencapai suhu di atas 500 oC. Untuk memasukkan tempurung kelapa yang akan diarangkan dan mengeluarkan arang yang telah dihasilkan dapat dilakukan melalui lubang di atas ruang pengarangan hanya dengan membuka tutupnya yang menyatu dengan cerobong. Mekanisme loading-unloanding ini dipilih karena pembuatan pintu keluaran arang yang dihasilkan di bagian bawah ruang pengarangan akan menambah kemungkinan terjadinya kebocoran udara yang mengakibatkan adanya pemanasan yang tidak terkontrol karena debit udara masuk tidak dapat diperkiraan lewat kebocoran tersebut. Di dalam ruang pengarangan juga terdapat kasa pemerata panas yang dapat di lepaskan saat proses pengeluaran arang.

Gambar 30. Kiln Venturi Drum Hasil Rancangan Kiln venturi drum ini juga memiliki laci pembakaran yang merupakan tempat pembakaran awal sebagai suplai panas utama. Laci ini diletakkan di bagian bawah ruang pengarangan untuk memanfaatkan efek Chimney dan Buoyansi yang mengakibatkan udara panas akan bergerak ke atas. Di bagian atas ruang pengarangan terdapat tutup ruang pengarangan yang menyatu dengan cerobong berfungsi sebagai ruang kosong penampung gas hasil pembakaran dan pengarangan, sebagai cyclone yang menyempatkan udara berputar, menjatuhkan zat padat pada asap, menurunkan suhu gas buang, dan dikeluarkan melalui cerobong. Tinggi total kiln sampai ke cerobongnya adalah 180 cm, agar asap tidak mengganggu aktivitas di lingkungan sekitarnya.

31

Laci Pembakaran

Tutup Ruang Pengarangan dan Cerobong

Lubang Udara

Kasa Pemerata Api

Ruang Pengarangan

Kaki Penyangga

Bagian Dalam Ruang Pengarangan

Bagian Dalam Cerobong Gambar 31. Bagian-bagian Kiln.

32

V.

HASIL UJI KINERJA

Uji kinerja dilakukan sebanyak 7 kali dengan 2 kali uji pendahuluan di awal untuk menentukan cara terbaik mengoperasikan kiln venturi drum ini. Uji kinerja pendahuluan pertama, cara pengoperasian awal kilnnya adalah dengan membakar 0.66 kg tempurung kelapa di dalam laci pembakaran awal. Hal ini mengakibatkan asap dari laci pembakaran awal keluar dengan cepat melalui kasa pemerata api, sehingga setiap kali memasukkan sabut kelapa yang telah dibakar ke dalam kasa pemerata, dengan segera api itu padam. Oleh karena itu diputuskan untuk terlebih dahulu memasukkan sabut kelapa yang telah dibakar ke dalam kasa pemerata api, berselang sekitar 5 menit kemudian membakar 0.66 kg tempurung kelapa di dalam laci pembakaran awal. Saat penyalaan api pertama ini semua lubang udara dalam keadaan terbuka. Kemudian saat asap yang keluar dari kasa penyulut api cukup panas dilakukan pemasangan tutup ruang pengarangan dan cerobong. Setelah berlangsung 30 menit proses pengarangan semua lubang udara ditutup, 30 menit setelah penutupan semua lubang udara ternyata proses pengarangan telah selesai dengan ditandai menipisnya asap yang keluar dari cerobong, arang yang masih membara segera dikeluarkan dari ruang pengarangan dan dipercikan air.

Gambar 32. Kiln yang Sedang Diuji Kinerja Pada uji kinerja pendahuluan kedua cara pengoperasiannya masih sama dengan uji kinerja pendahuluan pertama, hanya saja penutupan lubang udara dilakukan secara bertahap. Setelah 30 menit proses pengarangan berlangsung, dilakukan penutupan lubang udara ½ bukaan, 30 menit setelah lubang udara ditutup ½, kemudian lubang udara ditutup penuh. Setelah asap menipis arang dapat dikeluar dari ruang pengarangan. Setelah dilakukan 2 kali uji kinerja pendahuluan, kemudian dilakukan 5 kali uji kinerja dengan menerapkan cara pengoperasian yang telah ditentukan pada uji kinerja pendahuluan. Hasil 2 kali uji kinerja pendahuluan tertera pada tabel 9 dan hasil 5 kali uji kinerja kiln tertera pada Tabel 10.

33

Tabel 9. Hasil Uji Kinerja Pendahuluan Proses Pengarangan

Bahan Baku (Tempurung Kelapa) Uji ke-

Produk Arang

Massa (kg)

Kadar Air (%)

Bentuk Tempurung

Lama Waktu (menit)

Suhu Ratarata(oC)

Suhu Tertinggi(oC)

Massa (kg)

Rendemen (%)

Kualitas Fisik

Kerataan matang

Uji ke 1

12.45

13.41

Kecil-kecil

60

261.27

441.50

1.23

10

Hitam mengkilap dan berdenting

merata

Uji ke 2

12.45

12.85

Besar hampir bulat

90

427.93

541.07

2.25

18

Hitam mengkilap dan berdenting

merata

Tabel 10. Hasil Uji Kinerja dengan Metode Tutup Keran per 30 Menit Proses Pengarangan

Bahan Baku (Tempurung Kelapa)

Produk Arang

Massa (kg)

Kadar Air (%)

Bentuk Tempurung

Lama Waktu (menit)

Suhu Ratarata(oC)

Suhu Tertinggi (oC)

Massa (kg)

Rendemen (%)

Kualitas Fisik

Kerataan matang

Uji ke 1

12.45

12.64

Kecil-kecil

65

270.71

551.73

3.25

26

Hitam mengkilap dan berdenting

Merata

Uji ke 2

12.45

13.03

Besar hampir bulat

90

386.42

541.07

3.40

27

Hitam mengkilap dan berdenting

5 keping tidak merata

Uji ke 3

12.45

12.84

Kecil-kecil

65

554.39

989..42

2.75

22

Hitam mengkilap dan berdenting

Merata

Uji ke 4

12.45

13.41

Kecil-kecil

70

484.95

908.56

3.00

24

Hitam mengkilap dan berdenting

3 keping tidak merata

Uji ke 5

12.45

13.41

Kecil-kecil

60

558.04

976.76

2.50

20

Hitam mengkilap dan berdenting

Merata

Uji ke-

34

KAPASITAS KILN Kapasitas kiln adalah 12.45 kg sampai 15 kg tempurung kelapa. Dalam uji coba pengarangan, massa tempurung kelapa yang diarangkan dibuat tetap 12.45 kg dengan bentuk kepingan tempurung kelapa yang berbeda-beda (tanpa ada perlakuan awal, seperti melakukan pencacahan) maka saat dimasukkan ke dalam ruang pengarangan, ruang pengarangan penuh jika kepingan besar hampir bulat, dan akan berkurang jika kepingannya kecil-kecil. Dengan kepingan tempurung kelapa yang lebih kecil maka semakin banyak tumpurung kelapa yang dapat dimasukkan ke dalam ruang pengarangan. Saat dicobakan maksimal dapat masuk 15 kg dengan tetap menyisakan 2/3 ruang kosong. Bentuk kepingan tempurung kelapa juga berpengaruh pada kualitas arang yang dihasilkan juga pada lama waktu pengarangan. Hasil pengarangan kepingan tempurung kelapa yang lebih kecil juga lebih merata pengarangannya karena luas permukaan kontak reaksi pengarangan menjadi semakin besar. Grafik hubungan antara sebaran suhu dan kemerataan matang arang dapat dilihat pada gambar 34.

Suhu rata-rata dalam ruang pengarangan

(a) (b) Gambar 33. (a) 12.45 kg Tempurung Kelapa Besar Hampir Bulat Memenuhi Ruang Pengarangan (b) 12.45 kg Tempurung Kelapa Kepingan Kecil Tidak Memenuhi Ruang Pengarangan

600 500 400 300 200 100

100

100

100

50

100

50

100

0

Keterangan untuk kemerataan matang : 50 = terdapat 3-5 keping arang kurang merata terarangkan 100 = seluruh arang merata terarangkan suhu rata-rata dalam ruang pengarangan (oC)

kemerataan matang

Gambar 34. Grafik Hubungan antara Sebaran Suhu dan Kemerataan Matang.

35

1000

40000

900

35000

800

30000

700 600

25000

500

20000

400

15000

300

10000

200 100

Nilai Kalor

Tingkat Suhu dan Rendemen

CAPAIAN SUHU PENGARANGAN

10

18

26

27

22

24

20

0

5000 0

tingkat suhu (oC)

rendemen (%)

Nilai kalor arang (kJ/kg)

Gambar 35. Grafik Hubungan antara Tingkat Suhu, Rendemen dan Mutu Arang (Nilai Kalor Arang) Sesuai dengan Grafik gambar 34, pada kenaikan suhu pengarangan sekitar 440 oC hingga 550oC rendemen arang cenderung meningkat dan kualitas arang yang dihasilkan dilihat dari nilai kalornya cenderung menurun, tetapi pada kenaikan suhu pengarangan dari sekitar 900 oC hingga 980 oC rendemen arang cenderung menurun dan nilai kalor arangnya cenderung meningkat. Suhu yang dibutuhkan untuk proses pirolisis adalah sekitar 350 oC sampai 1000 oC dengan suhu optimum adalah 400 oC hingga 600 oC (Purwanto 2011). Dapat disimpulkan dari Grafik tersebut bahwa, kenaikan suhu yang terjadi pada sekitar suhu 440 oC hingga 550oC (masuk dalam daerah suhu pengarangan optimum) rendemen arang yang dihasilkan akan semakin meningkat tetapi nilai kalor semakin rendah. Jika kenaikan suhu terjadi pada suhu sekitar 900 oC hingga 980 oC rendemen arang yang dihasilkan semakin rendah tetapi memiliki nilai kalor yang semakin tinggi. Parameter terpenting yang menunjukkan kinerja kiln sudah baik atau belum adalah rendemen arang yang dihasilkan dan mutu arang yang dihasilkan. Namun, rendemen dan mutu arang sangat dipengaruhi oleh tingkat suhu pengarangan dan sebaran suhu dalam kiln. Semakin tinggi tingkat suhu pengarangan maka rendemen arang akan menurun tetapi kualitas arang dilihat dari nilai kalor arangnya, semakin meningkat. Jika pengarangan terjadi hanya sampai suhu pirolisis sekitar 400-500 oC maka rendemen arangya besar tetapi memiliki nilai kalor yang rendah. Hal ini memberikan pilihan kepada pihak yang membutuhkan arang untuk memilih, apakah lebih memerlukan banyaknya arang yang dihasilkan walaupun dengan kualitas arang yang rendah atau lebih memerlukan kualitas arang yang tinggi walaupun rendemennya tidak banyak. Contoh kasus dimana arang digunakan untuk memperbaiki kualitas tanah lahan pertanian, dimana posisi arang berfungsi sebagai kondisioner tanah (Ogawa 1994 dalam Haris dan Krisna 2005), meningkatkan daya simpan dan ketersediaan hara, meningkatkan kapasitas tukar kation (Glaser et. al., 2002 dalam Haris dan Krisna, 2005), meningkatkan bahan organik tanah dan kesuburan tanah juga memperbaiki pH tanah (Kishimoto et. al. 1985; Siregar 2002 dalam Haris dan Krisna 2005) untuk

36

mempercepat pertumbuhan tanaman, maka arang yang dibutuhkan di sini adalah arang dalam jumlah banyak dan tidak perlu memiliki kualitas dan nilai kalor yang tinggi. Sedangkan pada kasus dimana arang diaplikasikan sebagai bahan bakar atau sumber energi yang dibutuhkan energi panasnya, juga pada industri makanan dan minuman dimana dibutuhkan arang dengan daya serap tinggi terhadap kotorankotoran sehingga dihasilkan makanan dan minuman yang bersih dan aman konsumsi. Daya serap ditentukan oleh luas permukaan partikel dan kemampuan ini dapat menjadi lebih tinggi jika terhadap arang tersebut dilakukan aktifasi dengan aktif faktor bahan-bahan kimia ataupun dengan pemanasan pada temperatur tinggi (Mailita dan Tuti 2003). Maka pada kasus ini dibutuhkan arang yang memiliki kualitas dan nilai kalor yang tinggi walaupun rendemen arangnya rendah. Dari Grafik data hasil pengukuran suhu pengarangan terlihat bahwa suhu pengarangan terjadi sekitar 441.5-989.42 oC. Pada semua pengujian, suhu di dalam maupun dinding ruang pengarangan bagian bawah, tepat persis di atas laci pembakaran awal suhunya sangat tinggi bahkan mencapai sekitar 1000 oC pada uji pendahuluan ke 2, pengujian ke 1, ke 4, dan ke 5. 40000 35000

25,00

30000 20,00

25000 20000

15,00

15000

10,00

Nilai Kalor

Laju Pengarangan dan Rendemen

30,00

10000 5,00

5000 0

0,00

laju pengarangan (kg/jam)

rendemen (%)

Nilai kalor arang (kJ/kg)

Gambar 36. Grafik Hubungan antara Laju Pengarangan, Rendemen dan Mutu Arang (Nilai Kalor Arang) Lama waktu pengarangan yang cenderung stabil pada 60-90 menit untuk mengarangkan 12.45 kg tempurung kelapa ini, tidak memperlihatkan kecenderungan mempengaruhi rendemen dan mutu arang dilihat dari nilai kalor arangnya. Terlihat dari Grafik hubungan antara laju pengarangan, rendemen dan nilai kalor di atas, kinerja optimum dari kiln jika dilihat dari tingginya nilai kalor arang yang dihasilkan adalah pada lama waktu pengarangan 65 menit dengan rendemen 24 % dan nilai kalor arangnya 36151.64 kg/kJ walaupun ada 3 keping arang yang tidak merata terarangkan. Capaian suhu pengarangan pada uji pendahuluan 1, uji pendahuluan 2, uji ke 1, dan uji ke 2 masih masuk dalam batas suhu pengarangan optimum dan sesuai dengan Agustina (2012) termasuk dalam proses pirolisis primer cepat. Sedangkan pada uji ke 3-5 suhu pengarangan mencapai suhu sekitar 900 oC. Suhu ini masuk dalam batas proses pirolisis cepat dengan suhu tinggi (fast secondary pyrolysis) menurut FAO

37

(2008) atau disebut juga proses gasifikasi, dimana pada suhu ini produk yang dihasilkan 70% adalah gas (menurut Agustina (2012) adalah gas mampu bakar) dan arang hanya kurang dari 20%. Dari grafik suhu pengarangan diketahui bahwa suhu mengalami kenaikan drastis pada 15- 30 menit pertama proses pembakaran, kemudian suhu stabil hingga proses pengarangan diakhiri. Grafik suhu pengarangan dapat dilihat pada Gambar 37. Grafik suhu pengarangan pada uji kinerja ke 2 terdapat satu titik pengukuran dimana suhu pengarangan tiba-tiba turun kemudian naik kembali, hal ini terjadi karena kabel termokopel tersenggol sehingga tidak stabil dan menunjukkan angka suhu yang lebih rendah dari seharusnya.

Suhu Pengarangan 1200,00 1000,00 Uji Pendahuluan 1

Suhu (oC)

800,00

Uji Pendahuluan 2 Uji 1

600,00

Uji 2 400,00

Uji 3 Uji 4

200,00

Uji 5 0,00 0

20

40

60

80

100

Waktu Pengarangan (menit) Gambar 37. Grafik Suhu Pengarangan Pada suhu di bawah 650 oC dan dengan pendinginan yang cepat, akan menghasilkan cairan yang merupakan produk antara dari pirolisis, pada suhu ini dilakukan pendinginan untuk mengondensasinya sebelum reaksi panas memutus molekulnya menjadi gas. Laju reaksi yang tinggi juga menurunkan pembentukan arang dan pada kondisi tertentu tidak ada arang yang terbentuk. Pada suhu maksimum sekitar 900 oC produk utamanya adalah gas. Pirolisis pada laju reaksi yang tinggi ini disebut pirolisis cepat berdasarkan laju reaksi dan lamanya pembakaran tetapi sebenarnya batasan suhunya tidak pasti. (FAO, 2008). Pada uji pendahuluan pertama suhu cerobong mencapai suhu sekitar 800 oC karena terdapat api yang keluar dari cerobong. Hal ini terjadi karena kebocoran udara pada laci pembakaran awal dan tutup ruang pengarangan yang disebabkan adanya celah-celah kecil yang tidak tertutup rapat, dan saat pengujian awal itu belum digunakan gasket untuk menutup celah-celah tersebut dan mengurangi kebocoran udaranya. Udara yang masuk melalui celah-celah tersebut tidak dapat dikendalikan sehingga menyebabkan kelebihan panas. Untuk memperbaiki kebocoran ini, maka kiln diperbaiki kembali di bengkel untuk merapatkan tutup ruang pengarangan dan merapatkan laci pembakaran awal saat ditutup, serta memasang gasket untuk semakin meminimalisasi kebocoran udara. Namun, pada uji pendahuluan ke 2, saat gasket sudah digunakan dan saat semua keran udara ditutup, masih tedapat aliran udara ditandai dengan adanya udara yang keluar lewat cerobong. Setelah dilakukan pengecekan, apakah ada udara yang tetap masuk pada keran udara yang telah tertutup penuh dan ternyata tidak ada, maka dapat dipastikan masih terdapat kebocoran udara pada laci pembakaran dan tutup ruang pengarangan walaupun sudah diperbaiki dan

38

dipasang gasket. Karena besarnya kemungkinan kebocoran udara maka diameter lubang udara yang dirancang 2 cm dikurangi menjadi 1 cm saja dengan menggunakan keran berdiameter lubang 1 cm.

(a) (b) Gambar 38. (a) Kebocoroan yang Terjadi pada Laci Pembakaran Awal (b) Kebocoran pada Tutup Ruang Pengarangan Saat Uji Pendahuluan Awal

Gambar 39. (a) Pemasangan Gasket pada Laci Pembakaran Awal (b) Pemasangan Gasket pada Tutup Ruang Pengarangan (c) Saat Pengujian Diikat Kembali dengan Gasket di Bagian Luarnya. Kebocoran udara ini juga yang menjadi bahan pertimbangan mengapa pintu pengeluaran arang tidak dibuat. Awalnya pintu pengeluaran ini dirancang akan dibuat di bagian bawah ruang pengarangan, tetapi mempertimbangkan sulitnya mengendalikan kebocoran udara yang pasti terjadi pada pintu pengeluaran arang yang berada pada ruang pengarangan bawah yang terlalu panas, sehingga tidak dimungkinkan dibuat pintu di sana. Arang dikeluarkan melalui bagian atas ruang pengarangan, sama dengan tempat memasukkan tempurung kelapa yang akan diarangkan. Hukum termodinamika 1 dalam sistem terbuka pada tekanan konstan menyatakan persamaan kekekalan energi sebagai berikut : dq = du+p dv sedangkan hubungan antara entalpi dengan energi dalam, tekanan dan volume adalah sebagai berikut : h = u+pv atau dh = du+p dv+ v dp dari kedua persamaan di atas, maka didapat hubungan sebagai berikut : dq = dh-v dp

39

Hukum 1 termodinamika untuk sistem terbuka adalah dq = dh + d(EK) + d(EP) jika tidak ada perubahan energi kinetik dan potensial, maka δw = -v dp atau w = -m ∫ 𝑣 𝑑𝑝 Pada sistem terbuka, proses yang terjadi pada tekanan tetap, maka kerjanya akan sama dengan nol apabila tidak ada perubahan energi kinetik dan potensial. Perpindahan panas yang terjadi akan sama dengan perubahan entalpinya (Syarief dan Suroso 1990). Dari persamaan tersebut dapat diketahui bahwa perubahan volume tidak mengubah suhu, sedangkan perbedaan suhu yang terjadi adalah perlakuan yang diberikan, bukan merupakan akibat dari adanya perbedaan volume, sehingga hipotesis tidak terpenuhi. Sesuai data suhu ruang pengarangan yang terukur, suhu ruang pengarangan bagian atas tidak sama dengan suhu ruang pengarangan bagian bawah. Hal ini semakin menguatkan bahwa perubahan volume udara yang terpanaskan tidak menyebabkan perubahan suhu. Selain itu, efek chimney yang ada memberi efek pendinginan udara di dalam kiln. Sedangkan kenaikan suhu yang terjadi dalam ruang pengarangan bagian bawah, hanya diakibatkan oleh udara yang masuk melalui lubang udara di bagian bawah ruang pembakaran juga memalui celah kebocoran pada laci pembakaran awal dan membakar tempurung kelapa yang telah membara, sehingga suhunya naik secara drastis. Oleh karena itu, penempatan lubang-lubang udara tidak perlu disebarkan di ruang pengarangan, tetapi cukup di bagian bawah dengan tujuan untuk pembakaran dan lubang udara di 2/3 bagian atas ruang pengarangan untuk mendinginkan dan mengeluarkan asap yang dihasilkan. WAKTU PENGARANGAN 100 Lama Pengarangan (menit)

90 80 70 60 50 40 30 20 10

5

10

5

10

5

5

5

0

Bentuk Tempurung : 5 = kecil-kecil 10 = besar hampir bulat bentuk tempurung

lama pengarangan (menit)

Gambar 40. Grafik Lama Pengarangan dengan Bentuk Tempurung

40

Waktu pengarangan bergantung pada luas permukaan reaksi pada tempurung kelapa yang akan diarangkan. Seperti yang terlihat pada Gambar 40 grafik hubungan antara lama pengarangan dan bentuk tempurung, tempurung kelapa yang besar hampir bulat akan lebih lama diarangkan dan kurang merata, masih ada bagian yang belum menjadi arang, sedangkan kepingan tempurung kelapa yang lebih kecil lebih cepat diarangkan dan lebih merata. Grafik hubungan antara tingkat suhu dan kemerataan matang arang dapat dilihat pada gambar 30. Kebanyakan konsumen lebih menyukai bentuk kepingan arang yang besar, sehingga seharusnya desain dapat menjawab permintaan konsumen. Jika bentuk tempurung kelapa besar hampir bulat, maka dapat dilakukan penyusunan tempurung dalam kiln, diusahakan serapat mungkin, agar panas dapat merata membakar tempurung menjadi arang. Pada uji pendahuluan ke 2 dan uji ke 2 lama pengarangan 90 menit dengan rendemen 18 % dan 27 %. Waktu pengarangan lebih lama karena tempurung kelapa yang diarangkan besar-besar hampir bulat. Sedangkan pada pengujian lainnya waktu pengarangan sekitar 60-70 menit dengan rendemen 10-26 %. Kinerja kiln terbaik adalah pada uji ke 1 dengan waktu pengarangan 65 menit, rendemen 26% dan kadar air arang 10.47%. Kadar air arang sekitar 10-15%, hanya saja pada uji ke 3 setelah arang ditimbang untuk mengetahui rendemennya, arangnya masih terus diberi air, sehingga saat diuji kadar air, kadar airnya mencapai 25%. RENDEMEN Parameter terpenting seperti, yang telah disebutkan di atas, yang menunjukkan kinerja kiln sudah baik atau belum adalah rendemen dan mutu arang. Rendemen yang dihasilkan rata-rata adalah 23.8 % dari 5 kali pengujian. Pada uji pendahuluan awal arang yang dihasilkan sangat sedikit yaitu 10% karena kebocoran udara pada laci pembakaran awal dan tutup ruang pengarangan sehingga debit udara yang masuk ke dalam kiln tidak terkendali dan mengakibatkan semakin banyak karbon yang terikat oleh oksigen menjadi gas CO 2 atau CO dan terbuang cepat melalui cerobong. Selain itu rendemen juga dipengaruhi oleh suhu pengarangan. Semakin tinggi suhu pengarangan rendemennya semakin sedikit. Waktu pengarangan juga mempengaruhi rendemen, semakin lama waktu pengarangan akan semakin banyak karbon yang terikat oleh oksigen. Di sisi lain, waktu pengarangan juga dipengaruhi langsung juga oleh kecepatan angin yang masuk ke dalam kiln, semakin cepat anginnya, suplai oksigen untuk rekasi pengarangan juga akan semakin banyak sehingga pengarangan akan semakin cepat. Selain itu, bukaan tutup cerobong juga mempengaruhi kecepatan pengarangan, dengan bukaan yang besar, semakin banyak gas buang yang keluar, semakin cepat waktu pengarangan. Tetapi debit udara yang masuk ke dalam kiln dan bukaan cerobong harus dikontrol karena bukaan tutup cerobong yang terlalu besar akan menambah kadar karbon yang terbuang karena menjadi CO 2 . Diameter cerobong yang ditentukan sebesar 15 cm (pendekatan pada diameter cerobong incinerator Pradipta 2011) ternyata terlalu besar, sehingga waktu pengarangan menjadi sangat cepat. Jika disesuaikan dengan kecepatan rata-rata angin yang terukur saat pengujian sebesar 0.24 m/s maka diameter cerobong yang sesuai adalah 11 cm saja. Tinggi cerobong asap masih belum memadai karena asap masih dapat mengganggu kehidupan di sekitarnya. Hal ini diakibatkan oleh arah angin yang dapat berubah sewaktuwaktu sehingga asap terkadang bukan membumbung ke atas tetapi menyebar ke sekitar badan kiln. Cara mengontrol debit udara yang masuk ke dalam kiln adalah dengan buka tutup 7 keran udara yang tersebar di ruang pengarangan. Prosedur terbaik untuk mengontrol debit udara yang diketahui dari hasil pengujian adalah membuka penuh semua keran udara saat memulai pembakaran awal pada laci pembakaran, 5-10 menit kemudian pasang tutup ruang pengaramgan, 25-30 menit kemudian tutup ½ semua keran udara, dan tahap terakhir 30 menit setelah penutupan ½, tutup penuh semua keran udara. Selesainya proses pengarangan ditandai dengan menipisnya asap yang keluar melalui cerobong. Jika sudah menipis asapnya, maka arang dapat langsung dikeluarkan, jika belum tunggu sekitar 10-15 menit sampai asap menipis, sehingga total keseluruhan waktu yang dibutuhkan untuk pengarangan adalah 60-90 menit. Maka laju pengarangan kiln ini adalah sekitar 8.3 kg/jam sampai 12.45 kg/jam.

41

Gambar 41. Berkurangnya Ketebalan Asap sebagai Indikator Selesainya Proses Pengarangan. MUTU ARANG YANG DIHASILKAN Mutu arang merupakan salah satu parameter terpenting dalam menentukan kinerja kiln. Mutu arang yang dihasilkan dikatakan baik jika dilihat dari penampilan luar yang hitam merata, arang akan mengeluarkan suara denting yang khas jika bersentuhan satu sama lain atau dipatahkan dan saat dipatahkan terasa agak keras atau getas, dan bagian dalam arang tampak hitam mengkilap.

Gambar 42. (a) Arang Hitam Merata (b) Arang Setelah dipatahkan Mengkilap Bagian Dalamnya.

42

(a) (b) Gambar 43. (a) Arang yang Tidak Merata Terarangkan (b) Arang yang Rata Terarangkan Secara fisik tampak bahwa arang yang dihasilkan berkualitas baik, namun jika mengacu pada SNI 011682-1996 untuk syarat mutu arang tempurung kelapa kadar air yang terkandung maksimal adala 6 %, sedangkan kadar air arang yang dihasilkan adalah sekitar 10-25%, karena terlalu banyak dipercikan air saat memadamkan bara api, sehingga perlu adanya desain cara pendinginan yang lebih baik atau dilakukan penjemuran kembali pada arang tempurung kelapa yang telah didinginkan. Tabel 11. Nilai Kalor Arang yang Dihasilkan Uji ke Nilai kalor (kJ/kg) 29 390 Uji pendahuluan 1 26 010 Uji pendahuluan 2 23 685 Uji kinerja 1 21 582 Uji kinerja 2 27 645 Uji kinerja 3 36 152 Uji kinerja 4 30 251 Uji kinerja 5 Nilai kalor arang tempurung kelapa 30240 kJ/kg menurut Paddon & Parker (1979) dalam Banzon (1980). Nilai kalor arang tempurung kelapa yang mendekati nilai ini adalah arang hasil uji kinerja ke 5 yaitu sebesar 30250.84 kJ/kg. Namun terdapat arang dengan nilai kalor yang lebih besar dari itu dan terdapat pula arang dengan nilai kalor lebih kecil. Hal ini terjadi karena nilai kalor arang cenderung naik dengan meningkatnya suhu pengarangan. Grafik hubungan antara tingkat suhu, rendemen dan mutu arang atau nilai kalornya dapat dilihat pada Gambar 35.

43

PERBANDINGAN PERMORMA DENGAN KILN LAIN Kiln venturi drum dibandingkan dengan kiln hasil rancangan sebelumnya yaitu kiln rancangan Isriyanto 1993 dan Fonda 2002. Deskripsi dan dimensi kiln metal rancangan Fonda 2002 : Terbuat dari drum bekas dengan diameter ruang pengarangan 57 cm dan tingginya 90 cm, diameter cerobong asap 10 cm, tingginya 30 cm terbuat dari plat dengan dengan ketebalan 2 mm. Jumlah lubang udara seluruhnya ada 20 lubang berdiameter 20 mm. Kasa penyulut api terbuat dari besi bulat berdiameter 10 cm dan tingginya 600 mm. Di bagian bawah ruang pengarangan terdapat sarangan berdiameter 55 cm. Pintu pengeluaran berdimensi 20x50 cm. Pengarangan optimum dicapai pada pengisian serbuk 10 kg untuk masing-masing jenis serbuk yang digunakan (kayu sengon, kayu kamper, dan campuran). Hasil yang diperoleh dari pembakaran ketiga jenis serbuk tersebut, 1. Sengon : rendemen 34.8% dengan jumlah lubang udara 14, lama pengarangan 3 jam 25 menit, suhu pengarangan 485.2 oC (dengan suhu rata-rata 399.67 oC). 2. Kamper : Rendemen 31.9% dengan jumlah lubang udara 14 lama pengarangan 4 jam, suhu 476.4 oC (suhu rata-rata 394.87 oC). 3. Campuran : rendemen 24.10% dengan jumlah lubang udara 14, lama pengarangan 3 jam 45 menit, suhu pengarangan 440.7 oC (suhu rata-rata 372.37 oC) Deskripsi kiln yang dirancang oleh Isriyanto 1992 : • Kiln Metal A : terdiri dari 3 cerobong yang dipasang secara radial di dasar kiln • Kiln Metal B : terdiri dari 1 cerobong yang berada di bagian tengah atas Keduanya terdiri dari 5 bagian utama : 1. Ruang pengarangan silinder dengan diameter 440 mm, dan tinggi 750 mm serta 150 mm di bagian atas berbentuk konis 2. Kasa penyulut api berdiameter 100 mm dan tinggi 600 mm 3. Cerobong 4. Sembilan lubang pemasukan udara berdiameter 25.4 mm 5. Pipa pengeluaran tar diameter 5 mm Pengarangan optimum dicapai pada kapasitas 2/3 volume ruang pengarangan yaitu 11 kg. Pada kiln metal A dengan bahan baku tempurung rendemen rata-rata tertinggi 31.97% diperoleh pada perlakuan 9 lubang pemasukkan udara, waktu pengrangan rata-rata 4 jam 17 menit, kadar air arang 10.78%. Untuk bahan baku kayu karet, rendemen rata-rata tertinggi 14.23% dicapai pada perlakuan 7 lubang, waktu pengarangan rata-rata 9 jam 12 menit, kadar air arang 3.10%. Kiln Metal B dengan bahan baku tempurung rendemen tertinggi 26.36%, 2 lubang udara, waktu pengarangan rata-rata 1 jam 47 menit, kadar air rata-rata 9.33% . Untuk bahan baku kayu karet rendemen tertinggi 16.67%, pada perlakuan 3 lubang, waktu pengarangan rata-rata 4 jam 46 menit, kadar air ratarata 2.54%.

44

Tabel 12. Perbandingan Performansi Kiln Venturi Drum dengan Kiln Isriyanto (1993) dan Fonda (2002) Kiln Kiln Metal A Kiln Metal B Parameter venturi Kiln metal Fonda (2002) Isriyanto (1993) Isriyanto (1993) Perbandingan drum Bahan yang Tempur Tempuru Temp Kayu Kayu Serbuk Serbuk Serbuk diarangkan ung ng urung karet karet sengon kamper campuran kelapa kelapa kelapa Kapasitas 12.45 11 kg 11 kg 10 kg optimum kg Lama 1 jam 1 jam 4 jam 3 jam 4 jam 17 9 jam 12 3 jam 45 pengarangan 10 47 46 25 4 jam menit menit menit menit menit menit menit Rendemen 24 % 31.97% 14.23% 26.36% 16.67% 34.8% 31.9% 24.1% Suhu 908.56 401.80 397.90 362.40 385.40 485.20 476.40 440.70 pengarangan (oC) Nilai kalor 36151.6 29899.8 32172 30397.3 29469.9 28870.6 arang (kJ/kg) Keterangan : Performansi yang dibandingkan adalah satu kondisi paling optimum kiln saat uji kinerja Jika dibandingkan dengan 2 desain kiln sebelumnya seperti terlihat pada tabel 12, maka kiln venturi drum yang dirancang kali ini lebih baik dalam hal lama waktu pengarangan yang lebih singkat dengan rendemen yang lebih besar karena kapasitas optimum kiln lebih besar juga mutu arang dilihat dari nilai kalornya juga lebih besar karena capaian suhu pengarangannya tinggi. Dari Grafik hubungan antara tingkat suhu pengarangan, rendemen dan nilai kalor pada gambar 31 terlihat kecenderungan bahwa semakin tinggi suhu pengarangan nilai kalor arang cenderung meningkat tetapi rendemennya cenderung menurun. Oleh karena itu perlu dilakukan perbaikan desain untuk meningkatkan rendemen pada suhu pengarangan tinggi.

45

VI.

SIMPULAN DAN SARAN

A. SIMPULAN 1.

2.

3.

4.

5. 6.

Kiln venturi drum yang dirancang memiliki 6 bagian yaitu, tempat pembakaran awal bagian bawah (laci pembakaran awal), ruang pengarangan, kasa pemerata api, cerobong asap, lubang udara, dan kaki penyangga. Berdasarkan hasil uji kinerja kapasitas optimum kiln ini 12.45 kg – 15 kg dengan laju pengarangan 8.3-12.45 kg/jam. Lama pengarangan sekitar 60-90 menit. Capaian suhu pirolisis 300-600 oC, suhu tertinggi sekitar 1000 oC namun hanya dalam beberapa saat. Tingginya laju kenaikan suhu karena efek dari bentuk venturi drum berpengaruh pada proses pirolisis juga dipengaruhi oleh faktor lain, seperti masih adanya kebocoran udara. Perubahan suhu tidak terjadi karena adanya perubahan volume udara panas dalam kiln. Kenaikan suhu yang drastis karena adanya kebocoran udara pada laci pembakaran awal. Efek chimney mendinginkan udara panas dalam kiln, sehingga suhu udara panas dalam ruang pengarangan atas lebih dingin daripada suhu udara dalam ruang pengarangan bawah. Jadi dapat disimpulkan bahwa hipotesis yang diajukan tidak terlaku. Prosedur terbaik untuk mengontrol debit udara yang diketahui dari hasil pengujian adalah membuka penuh semua keran udara saat memulai pembakaran awal pada laci pembakaran, 5-10 menit kemudian pasang tutup ruang pengarangan, 25-30 menit kemudian tutup ½ semua keran udara, dan tahap terakhir 30 menit setelah penutupan ½, tutup penuh semua keran udara. Selesainya proses pengarangan ditandai dengan menipisnya asap yang keluar melalui cerobong. Jika sudah menipis asapnya, maka arang dapat langsung dikeluarkan, jika belum tunggu sekitar 10-15 menit samapai asap menipis, sehingga total keseluruhan waktu yang dibutuhkan untuk pengarangan adalah 60-90 menit. Hasil pengujian terbaik diperoleh pada percobaan ke 4 yang menghasilkan rendemen 24% pada tingkat suhu operasi 908.56 oC dan waktu pengarangan 70 menit. Setelah dibandingkan dengan kiln hasil rancangan Fonda (2002) dan Isriyanto (1992), dapat disimpulkan bahwa kiln venturi drum yang dirancang kali ini lebih baik dalam hal lama waktu pengarangan yang lebih singkat yaitu 70 menit dengan rendemen yang lebih besar karena kapasitas optimum kiln lebih besar, yaitu 24% dari kapasitas optimum 12.45 kg, juga mutu arang dilihat dari nilai kalornya lebih besar, yaitu sebesar 36151.6 kJ/kg, karena capaian suhu pengarangannya tinggi mencapai 908.56 oC.

B. SARAN 1.

2. 3.

4. 5.

Berdasarkan hasil rancangan dan hasil uji kinerja kiln, terdapat beberapa saran sebagai berikut : Disarankan untuk mendesain pintu pengeluaran arang dengan desain yang dapat meminimalisasikan kebocoran udara. Pintu pengeluaran dapat dibuat di bagian bawah ruang pengarangan atau dengan memodifikasi sekat antara ruang pengarangan dan laci pembakaran awal sehingga dapat berfungsi juga sebagai pintu pengeluaran. Memilih jenis sealer yang baik untuk mengurangi kebocoran pada laci pembakaran awal dan tutup ruang pengarangan. Mendesain tutup cerobong atau sistem penangkapan asap yang dapat mengalirkan kembali tar ke dalam ruang pengarangan karena tar dapat membantu proses pengarangan dan dapat mengurangi polusi udara juga dimungkinkan dapat mengondensasikan asap menjadi asap cair yang dapat dimanfaatkan lebih lanjut. Pengujian pada penelitian lebih lanjut untuk simulasi panas kiln dengan memperbesar kapasitas kiln menggunakan aplikasi CFD pada software solidwork. Perlu dilakukan penanganan awal pada bahan yang akan diarangkan seperti penjemuran untuk menurunkan kadar air, pencacahan tempurung kelapa, dan memisahkan kotoran, karena semua hal tersebut mempengaruhi lamanya proses pengarangan.

46

DAFTAR PUSTAKA Afrianti Desy, Aquina Dwifantya. 2011. Puasa Volume Sampah DKI Diprediksi Naik 15%. http://m.vivanews.com/news/read/231562-puasa--volume-sampah-dki-diprediksi-naik-15-[7 Februari 2012] Abdullah et al. 1998. Energi dan Listrik Pertanian. JICA. Bogor Agustina Sri Endah. 2012. Pyrolysis. Slide mata kuliah Energi dan Elektrifikasi Pertanian, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Anonymous. 2011. Teknologi Asap Cair, Ubah Polutan Jadi Manfaat http://www.kaskus.co.id/showthread.php?t=10123354. [6 Februari 2012] Anonymous. 2012. Natural Draught Ventilation. http://www.engineeringtoolbox.com/natural-draughtventilation-d_122.html [7 Februari 2012] Anonymous. 2012. Venturi meter.http://www.engineeringtoolbox.com/orifice-nozzle-venturi-d_590.html [6 Januari 2012] Anshari Deddi. 2009. Impregnasi Asap Cair Tempurung Kelapa Poliester Tak Jenuh Yukalac 157 Bqtn-Ex Dan Toluena Diisosianat Terhadap Kayu Kelapa Sawit. Medan : Tesis USU Badan Standarisari Nasional. 1996. Arang Kayu. BSN; (SNI 01-1682-1996). Jakarta. Banzon A Julian. 1980. The Coconut as A Renewable Energy Source. Philippine Journal of Coconut Studies. Bisnisbali.com. 2012. Tanah Lot Kewalahan Hadapi Sampah. http://www.bisnisbali.com/2012/02/07/news/pariwisata/nm.html [15 Februari 2012] Bisnisukm.com. 2009. Usaha Kerajinan Tempurung Kelapa Tembus Pasar Mancanegara. http://bisnisukm.com/usaha-kerajinan-tempurung-kelapa-tembus-pasar-mancanegara.html [30 Januari 2012 Budiman Arif. 2001. Modifikasi Desain dan Uji Unjuk Kerja Alat Pembakar Sampah (Incenerator) Tipe Batch. Skripsi. Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, IPB. Chow W.K, Zhao J.H. 2011. Scale Modeling Studies on Stack Effect in Tall Vertical Shafts. Journal of Fire Sciences 29(6): 531-542 Direktorat Jenderal Bina Produksi Perkebunan. 2007. Roadmap Komoditi Kelapa. Departemen Pertanian, Direktorat Jenderal Bina Produksi Perkebunan, Jakarta [FAO]. Food and Agriculture Organization. 2008. Industrial Charcoal Production. www.drveniugljen.hr [26 Januari 2012] Ferry Santoso. 2011. Arang Tempurung Kelapa Beromzet Miliaran. http://m.kompas.com/news/read/2009/11/02/08263735/Arang.Tempurung.Kelapa.Beromzet [15 Februari 2012] Gaunt John. 2012. Biochar Production. http://biocharfarms.org/biochar_production_energy/ [ 20 Januari 2012] Green Bussiness Merangkai Laba Ikat Pinggang Tempurung Kelapa. (sumber : Harian Kontan) http://ukmindonesiasukses.blogspot.com/2011/11/green-business-merangkai-laba-ikat.html Hadi Rustan. 2011. Sosialisasi Teknik Pembuatan Arang Tempurung Kelapa dengan Pembakaran Sistem Suplai Udara Terkendali. Buletin Teknik Pertanian 16 (2): 77-80 Hidayat Lucky Nur. 2010. Lilis Sucahyo; Menangkap Asap, Berbuah Penghargaan Menambah Pendapatan. http://rumahpengetahuan.web.id/lilis-sucahyo-menangkap-asap-berbuah-penghargaanmenambah-pendapatan/. [11 Januari 2013] Iskandar Haris dan Santoso Dwi Kresna. 2005. Cara Pembuatan Arang Kayu Alternatif Pemanfaatan Limbah Kayu oleh Masyarakat. Center for International Forestry Research: Bogor.

47

Isriyanto. 1992. Modifikasi dan Uji kinerja alat Pengarangan Kiln Metal Sederhana[skripsi]. Bogor: Program Sarjana, Institut Pertanian Bogor. [LIPI]. Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia. 1999. Arang Aktif Dari Tempurung Kelapa.http://www.dekindo.com/content/teknologi/Pembuatan%20Arang%20Aktif%20%20Dari%20Tempurung%20Kelapa.htm [30 Januari 2012] [Litbang Deptan]. Penelitian dan Pengembangan Departemen Pertanian. 2007. Prospek dan Arah Pengembangan Agribisnis. http://perkebunan.litbang.deptan.go.id/upload.files/File/publikasi/perspektif/PVol6_2_2007/perkebunan_perspektif%206%282%292007-4-JP%20bambangP.pdf [26 Juli 2012] Mensy Sally Fonda. 2002. Rancangan dan Uji kinerja Kiln Metal tipe Single Drum untuk Pengarangan Serbuk Gergajian[skripsi]. Bogor: Program Sarjana, Institut Pertanian Bogor. News.unpad.ac.id. Lydia Okva Anjelia. 2011. Wisata Pantai Selatan Jabar Tak Tergarap Optimal, Lulusan Doktor Pariwisata Diharapkan Jadi Konseptor. http://www.news.unpad.ac.id/archives/39322 [15 Februari 2012] Nisandi. 2007. Pengolahan dan Pemanfaatan Sampah Organik Menjadi Briket Arang dan Asap Cair. http://depokbebassampah.wordpress.com/acuan/briket-arang/ [7 Februari 2012] Nasir dan Preben. 2004. Integrated Renewable Energy for Rural Communities : Planning Guidelines, Technologies, and Applications. The Natherlands : Elsevier B V Poskotanews.com. 2012. Pembakaran Tempurung Kelapa di Cipinang Mengganggu. http://www.poskotanews.com/2012/09/12/pembakaran-tempurung-kelapa-di-cipinangmengganggu/ [12 September 2012] Pradipta Adia NG. 2011. Desain dan Uji Kinerja Alat Pembakar Sampah (Incenerator) Tipe Batch untuk Perkotaan Dilengkapi dengan Pemanas Air [skripsi]. Bogor: Program Sarjana, Institut Pertanian Bogor. Purwanto Djoko. 2011. Arang dari Limbah Tempurung Kelapa Sawit. http://www.fordamof.org/files/06.%20Djoko%20Purwanto.pdf. [26 Juli 2012]. Balai Riset dan Standarisasi Industri. R. Larasati. 2012. Peubah-Peubah Meterologi : Tekanan Udara dan Evapotranspirasi.http://rlarasati.wordpress.com/2012/05/10/peubah-peubah-meteorologi-tekananudara-dan-evapotranspirasi/ [2 November 2012] Sabrina Rossanti. 2011. Penerapan Prinsip Bernoulli dalam Kehidupan Sehari-hari. http://fluidadinamis.blogspot.com/ [30 Januari 2012] Satriya Nugraha. 2010. Gerakan Olah Sampah Organik Pasar Tradisional dan Modern.http://www.mediaindonesia.com/webtorial/klh/?ar_id=NzEwMQ== [15 Februari 2012] Sembiring T Meilita, Sinaga S Tuti, 2003. Arang Aktif (Pengenalan dan Proses Pembuatannya.http://cyberia.blog.uns.ac.id/files/2010/05/industrimeilita.pdf.[30 januari 2012] Setiabudi Prawira. 2011. Volume Sampah Ramadhan Naik 35% http://waspada.co.id/index.php?option=com_content&view=article&id=211244:volume-sampahramadhan-naik-35&catid=13:aceh&Itemid=26 [7 Februari 2012] Setiadi Adi. 2011. Pembuatan Briket Arang. Pelatihan Pembuatan Briket Arang Masyarakat Sekitar Hutan Pendidikan Gunung Walat. http://bogoragriculturaluniversity.academia.edu/adisetiadi/Talks/50350/Pelatihan_Briket_Arang_M asyarakat_Sekitar_Hutan_Pendidikan_Gunung_Walat_Sukabumi [ 16 Febriari 2012] Sulaiman Slamet. 2012 Bahan Biomassa di Sekitar Sebagai Feedstock Gasifier. http://www.authorstream.com/Presentation/ss170952-290772-pelatihan-gasifikasi-bahan-biomasaenergy-science-technology-ppt-powerpoint/ [7 Februari 2012] Syarief M. Atjeng dan Suroso. 1990. Bahan Ajar Termodinamika dan Pindah Panas. Laboraturium Rekayasa Proses Pangan, Pusat Antar Universitas Pangan dan Gizi, IPB : Bogor.

48

Lampiran 1. Pencapaian Tingkat Suhu Pirolisis Dan Penyebarannya

Suhu (oC)

Uji Pendahuluan ke 1 Tgl 3 Agustus 900,00 850,00 800,00 750,00 700,00 650,00 600,00 550,00 500,00 450,00 400,00 350,00 300,00 250,00 200,00 150,00 100,00 50,00 0,00 10:19

Tatas (oC) Ttengah(oC) Tbawah(oC) Tcerobong (oC) Tdalam-tengah (oC) UP 1 Tdalam-bawah (oC) 10:33

10:48

11:02

11:16

11:31

Waktu Pengujian Gambar 43. Grafik Sebaran Suhu Kiln Saat Uji Pendahuluan 1

Suhu (oC)

Uji Pendahuluan ke 2 Tgl 18 September 1250,00 1200,00 1150,00 1100,00 1050,00 1000,00 950,00 900,00 850,00 800,00 750,00 700,00 650,00 600,00 550,00 500,00 450,00 400,00 350,00 300,00 250,00 200,00 150,00 100,00 50,00 0,00 13:55 14:09 14:24 14:38 14:52 15:07 15:21

Tatas (oC) Ttengah(oC) Tbawah(oC) Tcerobong (oC) Tdalam-tengah (oC) UP 2 Tdalam-bawah (oC)

Waktu Pengujian

49

Gambar 44. Grafik Sebaran Suhu Kiln Saat Uji Pendahuluan 2

Suhu (oC)

Pengujian ke 1 Tgl 19 September 1450,00 1400,00 1350,00 1300,00 1250,00 1200,00 1150,00 1100,00 1050,00 1000,00 950,00 900,00 850,00 800,00 750,00 700,00 650,00 600,00 550,00 500,00 450,00 400,00 350,00 300,00 250,00 200,00 150,00 100,00 50,00 0,00

Tatas (oC) Ttengah(oC) Tbawah(oC) Tcerobong (oC) Tdalam-tengah (oC) Uji 1 Tdalam-bawah (oC)

8:38

8:52

9:07

9:21

9:36

9:50

10:04

Waktu Pengujian Gambar 45. Grafik Sebaran Suhu Kiln Saat Uji Kinerja 1

Suhu (oC)

Pengujian ke 2 Tgl 24 September 600,00 550,00 500,00 450,00 400,00 350,00 300,00 250,00 200,00 150,00 100,00 50,00 0,00 13:55

Tatas (oC) Ttengah(oC) Tbawah(oC) Tcerobong (oC) Tdalam-tengah (oC) Uji 2 Tdalam-bawah (oC)

14:24

14:52

15:21

15:50

Waktu Pengujian Gambar 46. Grafik Sebaran Suhu Kiln Saat Uji Kinerja 2

50

Suhu (oC)

Pengujian ke 3 Tgl 25 September 1050 1000 950 900 850 800 750 700 650 600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0

Tatas (oC) Ttengah(oC) Tbawah(oC) Tcerobong (oC) Tdalam-tengah (oC) Uji 3 Tdalam-bawah (oC)

7:26

7:40

7:55

8:09

8:24

8:38

8:52

Waktu Pengujian Gambar 47. Grafik Sebaran Suhu Kiln Saat Uji Kinerja 3

Suhu (oC)

Pengujian ke 4 Tgl 26 September 1100,00 1050,00 1000,00 950,00 900,00 850,00 800,00 750,00 700,00 650,00 600,00 550,00 500,00 450,00 400,00 350,00 300,00 250,00 200,00 150,00 100,00 50,00 0,00

Tatas (oC) Ttengah(oC) Tbawah(oC) Tcerobong (oC) Tdalam-tengah (oC) Uji 4 Tdalam-bawah (oC)

7:55

8:09

8:24

8:38

8:52

9:07

9:21

Waktu Pengujian Gambar 48. Grafik Sebaran Suhu Kiln Saat Uji Kinerja 4

51

Suhu (oC)

Pengujian ke 5 Tgl 27 September 1050,00 1000,00 950,00 900,00 850,00 800,00 750,00 700,00 650,00 600,00 550,00 500,00 450,00 400,00 350,00 300,00 250,00 200,00 150,00 100,00 50,00 0,00

Tatas (oC) Ttengah(oC) Tbawah(oC) Tcerobong (oC) Tdalam-tengah (oC) Uji 5 Tdalam-bawah (oC)

7:12

7:26

7:40

7:55

8:09

8:24

8:38

8:52

Waktu Pengujian Gambar 49. Grafik Sebaran Suhu Kiln Saat Uji Kinerja 5 Lampiran 2. Perhitungan Diameter Cerobong Kecepatan udara rata-rata terendah saat pengujian adalah sebesar 0.24 m/detik dan dengan rumus desain cerobong, 𝑄𝑐 𝐴= 𝑉 0.0021 𝐴= 0.24 𝐴 = 0.009 𝑚2 1/4𝜋𝑑 2 = 0.009 𝑚2 1/4𝜋𝑑 2 = 90 𝑐𝑚2 𝑑𝑐𝑒𝑟𝑜𝑏𝑜𝑛𝑔 = 10.71 𝑐𝑚 ≈ 11 𝑐𝑚

maka dapat ditentukan berapa diameter cerobong yang sesuai. Dengan debit udara yang dibutuhkan saat perancangan 0.0021 m3/s dan kecepatan angin rata-rata 0.24 m/detik maka didapatkan diameter cerobong 11 cm.

52

Lampiran 3. Perhitungan Panas yang Terbuang dari Kiln Panas yang hilang karena radiasi dari laci pembakaran • A (luas permukaan dinding luar laci pembakaran dan ruang pengarangan bawah) = 2πrt + πr2 + (π x (r1 + r2) x s) = (2 x π x 30 cm x 10 cm) + (π x (30 cm)2) + (π x (30 + 15.5) x 33) = (1884 + • • • •

2826 + 4714.71) cm2 = 9424.71 cm2 Eb (emisivitas bahan) = 0.61 (engineeringtoolbox.com) 𝜎 = 1.355 x 10-12 cal/det. cm2.K4 T dinding tertinggi = 452.09 oK T luar = 298.70 oK 𝑄 = 𝐸 × 𝜎 × 𝐴 × (𝑇𝑑𝑖𝑛𝑑𝑖𝑛𝑔4 − 𝑇𝑙𝑢𝑎𝑟 4 ) 𝑄 = 0.61 × 1.355 × 10−12 × 9424.71 × (452.094 − 298.704 ) 𝑄 = 263.4 𝑐𝑎𝑙/𝑑𝑒𝑡 ≫≫≫ 𝑄𝑖𝑛 =12068.52 𝑐𝑎𝑙/𝑑𝑒𝑡 𝑄 = 2.2 % 𝑑𝑎𝑟𝑖 𝑄𝑖𝑛

Panas yang hilang karena konveksi dari ruang pengarangan • A (luas penampang ruang pengarangan bawah) = (π x (r1 + r2) x s) = (π x (30 + 15.5) x 33) = • • • • • •

0.47 m2 Vu = 0.53 m/s (terukur) = 1170 m/jam ρ udara = 1.255 kg/m3 Cp udara = 0.24 kcal/kg.oC T udara masuk = 452.09 oC T udara keluar = 368.64 oC Wu berat udara yang masuk = 𝑉𝑢 × 𝐴 × 𝜌 𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 𝑊𝑢 = 𝑉𝑢 × 𝐴 × 𝜌 𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎

𝑊𝑢 = 1170 × 0.47 × 1.255 𝑊𝑢 =1190.08 𝑘𝑔/𝑗𝑎𝑚

𝑄𝑢 = 𝑊𝑢 × 𝐶𝑝 × (𝑇𝑢𝑜 − 𝑇𝑢𝑖)

𝑄𝑢 = 23834

𝑄𝑢 =1190.08 × 0.24 × (368.64 − 452.09)

𝑘𝑐𝑎𝑙 = 6111.5 𝑐𝑎𝑙/𝑑𝑒𝑡 ≫≫≫ 𝑄𝑖𝑛 = 12068.52 𝑐𝑎𝑙/𝑑𝑒𝑡 𝑗𝑎𝑚 𝑄𝑢 = 50.6 % 𝑑𝑎𝑟𝑖 𝑄𝑖𝑛

53

6

5

4

3

2

1

4 60

D

51

564

D

C

314

B

100

100

A

200

10

300

100

B

109

401

1563

200

C

10

300

51 4

Designed by

NURUL HASANAH

564 6

5

4

Checked by

Approved by

Date

Date

22/07/2012

DEPT. TEKNIK MESIN & KILN METAL VENTURY DRUM BIOSISTEM Scale Sheet INSTITUT PERTANIAN BOGOR Rangkaian Kiln 1 /1 1:10 3 2 1

A

6

5

4

3

2

1

D

D

C

C 150

512

B

900

B

314

75 605

A

Designed by

NURUL HASANAH

6

5

4

Checked by

Approved by

Date

Date

29/01/2013

DEPT. TEKNIK MESIN & KILN METAL VENTURY DRUM BIOSISTEM INSTITUT PERTANIAN Scale Sheet Rangkaian Kiln BOGOR 1 /1 1:10 3 2 1

A