SEMINAR TUGAS AKHIR KAJIAN EKSPERIMENTAL TERHADAP KARAKTERISTIK PEMBAKARAN BRIKET LIMBAH AMPAS KOPI INSTAN DAN KULIT KOPI ( STUDI KASUS DI PUSAT PENELITIAN KOPI DAN KAKAO INDONESIA ) Oleh : Wahyu Kusuma A 2408100032 Pembimbing : Ir. Sarwono, MM Ir. Ronny Dwi Noriyati, M.Kes
Laboratorium Rekayasa Energi dan Pengkondisian Lingkungan Jurusan Teknik Fisika FTI-ITS Surabaya
2012
Latar Belakang (I) Energi alternatif terbarukan yang ramah lingkungan dan ekonomis
Potensi biomass limbah perkebunan
Kebutuhan energi meningkat
Kulit kopi memiliki nilai kalor yang tinggi sebesar 4.427 kal/gr dan ampas kopi mengandung minyak dengan 11-20% berat
Latar Belakang (II) Menurut Direktorat Jenderal Perkebunan- Kementerian Pertanian (2010), dalam 1 ha areal pertanaman kopi akan memproduksi limbah segar sekitar 1,8 ton. Sehingga untuk perkebunan kopi Kabupaten Jember tahun 2009-2011 seluas (5.608 ha), menghasilkan limbah 1.080 ton per tahunnya.
Antolin (1991)melakukan penelitian tentang pembakaran limbah kopi , menghasilkan kadar sulfur yang rendah dan keringnya kandungan dari limbah kopi dapat menaikkan nilai kalor. Saenger (2001) memperkuat hasil dengan menyatakan bahwa kulit kopi jenis Arabika yang tumbuh di Kenya memiliki kadar air sebesar 10-11%.
Rumusan Masalah 1. Bagaimana komposisi dan karakteristik briket dari limbah ampas kopi instan dan kulit kopi agar menghasilkan briket dengan heating value yang tinggi ? 2. Bagaimana pengaruh variasi komposisi terhadap karakteristik pembakaran briket ?
Batasan Masalah
Bahan briket adalah limbah ampas kopi instan dan kulit kopi. Jenis kopi adalah Arabika dan Robusta. Variasi komposisi ampas kopi instan dan kulit kopi dengan perbandingan prosentase 1:1 (A1K1); 2:3 (A2K3); 3:2 (A3K2); 1:4 (A1K4); 4:1 (A4K1). Ukuran partikel bahan briket adalah 100 mesh. Bahan perekat adalah lem kanji dengan prosentase tepung tapioka dengan air adalah 22 gr : 78ml. Tekanan pembriketan adalah 100 kg/cm2 dengan lama penekan 3 menit. Bentuk briket yang digunakan adalah silinder berongga. Proses pengeringan limbah ampas kopi instan menggunakan oven dengan suhu 104oC selama 3 jam. Parameter yang digunakan dalam pengujian mutu briket adalah : - Pengujian nilai kalor briket. Nilai kalor briket harus mencapai > 4000 kal/gr. - Uji proximate meliputi kadar air, kadar abu, fixed karbon dan volatile matter. - Uji eksperimental meliputi lama pembakaran dan laju pengurangan massa.
Tujuan 1. Mengetahui komposisi dan karakteristik briket dari limbah ampas kopi instan dan kulit kopi agar menghasilkan briket dengan heating value yang tinggi. 2. Mengetahui pengaruh variasi komposisi terhadap karakteristik pembakaran briket.
Manfaat 1. Sebagai alternatif bahan bakar energi terbarukan yang ekonomis dan ramah lingkungan. 2. Memberikan informasi ilmiah mengenai briket dari bahan baku limbah ampas kopi instan dan kulit kopi yang dapat dibuat dengan teknologi sederhana. 3. Dapat diketahuinya kualitas briket dari hasil penelitian ini sehingga nantinya dimanfaatkan untuk aplikasi pembuatan briket lebih lanjut.
Tinjauan Pustaka (I) PEMBAKARAN BAHAN BAKAR PADAT
Pembakaran bahan bakar padat terdiri dari tiga tahap yaitu : 1. Pengeringan 2. Devolatilisasi 3. Pembakaran Arang Faktor-faktor yang mempengaruhi pembakaran bahan bakar padat antara lain sebagai berikut : 1. Ukuran Partikel 2. Kecepatan Aliran Udara 3. Temperatur Pembakaran 4. Jenis Bahan Bakar
Tinjauan Pustaka (II) KARAKTERISTIK BRIKET ORGANIK
1. Nilai kalor (Heating value/calorific value)
ASTM D-2015
HHV = (T2 – T1 – Tkp) x cv (kj/kg) LHV = HHV – 3240 (kj/kg).
dimana, T1 T2 Tkp cv
= Suhu air pendingin sebelum dinyalakan (oC) = Suhu air pendingin sesudah dinyalakan (oC) = Kenaikan suhu kawat penyala = 0,05 (oC) = Panas jenis alat = 73.529,6 (oC)
2. Kadar Air (Moisture)
ASTM D-3173
dimana, W0 = berat sampel dan cawan sebelum dikeringkan (gr) W = berat sampel dan cawan sesudah dikeringkan (gr) WS0 = berat sampel awal (gr).
Tinjauan Pustaka (III)
3. Kadar Abu (Ash)
ASTM D-3174
dimana, W0 = berat sampel dan cawan sebelum pengabuan (gr) W = berat cawan + berat abu (gr) Wdso = berat sampel sebelum pengabuan (gr). 4. Volatile Matter
ASTM D-3175
dimana, W0 = berat sampel dan cawan awal (gr) W = berat cawan + berat abu setelah pemanasan (gr) Wdso = berat sampel awal (gr). 5. Fixed Carbon
ASTM D-3172
FC (%) = 100% – (%air + % abu + %VM)
Prinsip Kerja Bomb Calorimeter
Metodologi Penelitian (I) Mulai
Studi Literatur : sifat fisis dan kimia kulit kopi dan ampas kopi instan, pembakaran bahan bakar padat, karakteristik briket
Persiapan Penelitian
Pengeringan Limbah Ampas Kopi
Penggilingan dan Pengayakan
Variasi Komposisi
Uji Proximate
Tidak Nilai Kalor ≥ 4000 kal/gr Ya Analisa Data dan Pembahasan
Kesimpulan
Selesai
Uji Eksperimental
Metodologi Penelitian (II) Variasi Komposisi
Perbandingan Jenis Briket
Ampas Kopi Instan
Kulit Kopi
A1K1
1
1
A2K3
2
3
A3K2
3
3
A1K4
1
4
A4K1
4
1
Metodologi Penelitian (IV) PROSES PEMBUATAN BRIKET ampas kopi instan
kulit kopi
bentuk briket
Pengayakan 100 mesh
pengovenan suhu 60° selama ± 24 jam
Pencampuran komposisi
pencetakan briket
lem kanji
penyimpanan
Metodologi Penelitian (III) TAHAP ANALISA Uji Proximate
• nilai kalor • kadar air • kadar abu • fixed carbon • volatile matter
Uji Eksperimental
•laju pengurangan massa •lama pembakaran
Analisa Data dan Pembahasan ANALISIS BAHAN BAKU BRIKET
Sumber : Uji Laboratorium dan Perhitungan
ANALISIS PROXIMATE Analisa Moisture Content
BRIKET setiap penambahan komposisi ampas kopi instan maka akan terjadi kenaikan pada kadar airnya. pengaruh perekat.
Pengaruh kadar air : • Lamanya penyalaan awal briket • Waktu pengeringan lebih lama • Semakin rendah kadar air semakin tinggi nilai kalor
Analisa Volatile Matter
briket tanpa karbonasi masih mengandung kadar volatile matter yang cukup banyak
Pengaruh kadar zat terbang : • semakin tinggi volatile matter maka akan semakin mudah untuk terbakar dan laju pembakaran semakin cepat.
Analisa Ash Content
setiap penambahan komposisi kulit kopi maka akan terjadi kenaikan pada kadar abunya
Pengaruh kadar abu : •Kandungan abu yang tinggi sangat tidak menguntungkan karena akan membentuk kerak. • Semakin tinggi kadar abu dapat mempersulit penyalaan • Kadar abu tinggi dapat menurunkan nilai kalor briket.
Analisa Fixed Carbon
briket tanpa karbonasi masih mengandung kadar fixed carbon yang cukup rendah
Pengaruh fixed carbon : • kadarnya akan bernilai tinggi apabila kadar abu dan zat menguap rendah •semakin tinggi FC akan semakin tinggi nilai kalor.
Analisa Nilai Kalor
penambahan komposisi kulit kopi maka nilai kalor akan meningkat sedangkan penambahan komposisi ampas kopi instan menyebabkan penurunan nilai kalor
Standar Kualitas Briket
Sifat Briket
Permen ESDM No.47 2006
SNI No. 1/6235/2000
Jepang
Inggris
USA
Moisture (%)
≤ 15
≤8
6-8
3-4
6
10.76 – 11.85
Ash (%)
≤ 10
≤8
5-7
8 - 10
16
0.10 – 1.27
Volatile Matter (%)
sesuai bahan baku
≤15
15 - 30
16.4
19 - 28
80.77 – 83.04
Fixed Carbon (%)
sesuai bahan baku
≥ 77
60 - 80
75
60
5.67 – 6.89
4400
≥ 5000
5000 - 6000
5870
4000 - 6500
4425 - 4713
Nilai Kalor (kal/gr)
Hasil Penelitian
Hasil Penelitian a. Kadar air sesuai dengan SNI b. Kadar abu sesuai bahan baku c. Volatile matter memenuhi standar SNI / sesuai bahan baku d. Fixed carbon sesuai bahan baku e. Nilai kalor sesuai dengan PERMEN ESDM No.47 2006 dan USA
Uji Ultimate Sampel Briket
C
N
H
O
P
A1K1
54,50%
6,26%
6,54%
26,46%
0,43%
S
0,10%
semakin besar kandungan karbon dalam suatu bahan, makin baik fungsi bahan tersebut sebagai bahan bakar karena akan menghasilkan energi yang lebih besar.
Uji Eksperimental
Laju Pengurangan Massa
tapi
tbara
Laju Pengurangan Massa
Semakin lama waktu pembakaran maka semakin jelas adanya perbedaan pengurangan massa. Semakin tinggi prosentase kulit kopi dalam komposisi briket maka briket semakin banyak sisa pembakarannya atau abu yang terbentuk. Semakin tinggi prosentase ampas kopi instan maka akan semakin sedikit abu yang terbentuk.
Lama Pembakaran
Semakin tinggi kadar volatile matter briket maka semakin cepat waktu nyala briketnya dan kecepatan pembakaran lebih tinggi.
Proses Pengujian Briket untuk Pemanasan 1 liter air
Lima buah briket dapat mendidihkan satu liter air selama 7-18 menit. Rata-rata menyala briket (lima buah) sampai menjadi abu adalah 131 menit, sedangkan satu buah briket dapat menyala rata-rata selama 45 menit.
Perbandingan Hasil Proximate Briket dengan Penelitian Sebelumnya
*)Putri Eka Rizky,2009 **)Nurlela,2011 ***)Haris Purnawan,2011
****)Kharis Akbar,2012 *****)Enik Sri Widarti,2010
Analisis Biaya
Biaya Peralatan (alat press hidrolik)
Biaya Bahan Baku
Rp. 15.000.000
- Ampas Kopi Instan / kg
Rp.
200
- Kulit Kopi / kg
Rp.
400
- Tepung Kanji / kg
Rp.
5.000
- Bahan Bakar / liter
Rp.
8.000
Biaya Tenaga Kerja (Jam kerja dari 08.00 s/d 16.00)
Rp.
15.000
Biaya untuk 1 kali produksi dengan kapasitas mesin produksi 16 unit/3 menit dengan berat ± 0.011 kg maka dalam satu kali proses akan menghasilkan 0.176 kg biobriket. - Ampas Kopi Instan
50/100 x 23 kg = 11,5 kg x 200 = Rp. 2300
- Kulit Kopi
50/100 x 23 kg = 11,5 kg x 400 = Rp. 4600
- Tepung kanji
5 kg x Rp. 5000/kg = Rp. 25.000
Total bahan baku per hari = Rp. 31.900
Total biaya produksi per hari = Rp. 15.000 + Rp. 31.900 = Rp. 46.900 Maka untuk 1 kali produksi bisa menghasilkan 2560 unit atau setara dengan 28 kg bahan dengan berat 1 unit produk kering± 0.011 kg.
Harga Pokok Produksi Per Unit
Harga Pokok Produksi
Perbandingan Harga Bakar di Pasaran
Penghematan per kg atau per liter berdasarkan analisis biaya Rp. 1700/kg Rp 1.300 dibanding dg briket batubara Rp 9.300 per 1 liter minyak tanah Rp 10.200 per 3 kg LPG
Kesimpulan
Komposisi briket terbaik adalah A1K4 karena memiliki nilai kalor tertinggi 4713 kal/gram dengan kadar air terendah 10.76%.
Hasil dari uji proximate yaitu kadar air terkecil A1K4 sebesar 10.76% dan terbesar A1K1 11.85%, kadar volatile matter terkecil A1K1 sebesar 80.77% dan terbesar A4K1 83.04%, kadar abu terkecil A3K2 sebesar 0.10% dan terbesar A2K3 1.27%, kadar fixed carbon terkecil A4K1 sebesar 5.67% dan terbesar A1K4 6.89%, serta nilai kalor terbesar A1K4 sebesar 4713 kal/gr dan terkecil A4K1 sebesar 4425 kal/gr.
Semakin banyak komposisi ampas kopi instan maka kadar air yang terkandung semakin banyak menyebabkan penurunan nilai kalor.
Semakin tinggi prosentase kulit kopi maka semakin banyak massa sisa pembakaran atau abu yang terbentuk dan sebaliknya.
Komposisi briket A1K4 mempunyai pengurangan massa yang terendah yaitu sebesar 0,205 gram.
Komposisi briket A3K2 dengan kadar volatile matter rendah 82,17 % mempunyai lama pembakaran paling lama 72 menit.
Saran
Penelitian ini dapat dikembangkan dengan menggunakan simulasi software CFD.
Uji eksperimental mengenai laju pembakaran dan perubahan temperatur briket.
Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut tentang pembuatan briket dengan variasi tekanan, ukuran partikel, bentuk briket dan bahan baku briket yang lain agar nantinya dapat digunakan sebagai pembanding.
THANKS FOR YOUR ATTENTION ^….^
