STUDI PEMBUATAN BIO-BRIKET DAN UJI KARAKTERISTIK SIFAT MEKANIK PADA POFA (PALM OIL FLY ASH) TERHADAP VARIASI TEKANAN
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
FIKRI TAHER NIM.100401113
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2016
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik kimia dan kandungan/komposisi Palm Oil Fly Ash (POFA) serta bagaimana pengaruh tekanan pengepresan terhadap sifit fisis dan mekanis POFA yang diubah menjadi bentuk briket dengan menggunakan perekat organik yaitu tepung kanji dengan metode kompaksi metalurgi. Bahan yang digunakan dalam penilitian ini adalah serbuk abu pembakaran kelapa sawit atau disebut Palm Oil Fly Ash (POFA) yang diperoleh di industri pabrik kelapa sawit (PKS) yang berada di kecamatan Teluk Panji. Pembuatan briket diawali dengan penggilingan POFA kemudian diayak dengan lolos mesh 0.175, dibakar dengan suhu 450 oC, diendapkan didalam air selama 24 jam dan dijemur hingga kadar air sedikit. Pembriketan dilakukan dengan cara pencampuran bahan baku, bahan perekat dan air sebanyak 480:400 dan diberikan variasi tekanan 85 kg, 90 kg, 95 kg, 100 kg, 105 kg dengan suhu pengeringan briket 150oC. Hasil penelitian menunjukkan bahwa senyawa kimia SI-O yang terdapat pada POFA cukup besar yaitu 33% dan segaris lurus dengan hasil gugus fungsi FTIR yang hasil serapannya cukup kuat. Densitas tertinggi terdapat pada tekanan 105 kg sebesar 0,978 g/cm 3. Hasil penelitian menunjukkan bahwa spesimen dengan pengaruh variasi tekanan yang paling baik yaitu dimiliki spesimen dengan variasi tekanan 105 kg, hal itu dikarenakan hasil tekan sebesar 19,32 N/cm2, kekerasan sebesar 0,95 kg/cm2 dan juga pada makrostruktur tekanan 105 kg mengalami porositas yang sangat sedikit. Bahan baku Palm Oil Fly Ash sangat berpengaruh pada hasil sifat mekanik dikarenakan semakin tinggi kandungan nilai senyawa kimia SI-O yang terdapat pada POFA semakin baik juga hasil yang didapat pada sifat mekanik. Kata kunci : Briket, Palm Oil Fly Ash, variasi tekanan
i Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT This study aims to determine the chemical characteristics and properties / composition Palm Oil Fly Ash (POFA) and how the influence of the pressing pressure against the physical and mechanical sifit Pofa converted into the form of briquettes using organic adhesive is starch with metallurgical compacting methods. The materials used in this research is the oil palm ash powder or called Palm Oil Fly Ash (POFA) obtained in industrial palm oil mill (PKS) located in the district of Teluk Panji. Briquetting begins with milling Pofa sieved to pass the 0,175 mesh, was burned at a temperature of 450oC, precipitated in water for 24 hours and dried until the water content slightly. Briquetting is done by mixing raw materials, adhesives and water as much as 480: 400 and given variations in pressure of 85 kg, 90 kg, 95 kg, 100 kg, 105 kg with a drying temperature of 150oC briquettes. The results showed that the SI-O chemical compounds contained in Pofa large enough that 33% and a straight line with the results of the functional groups FTIR absorption results are strong enough. The highest density of 105 kg contained at a pressure of 0.978 g/cm3. The results showed that the specimens with the influence of pressure variation of the nicest is owned specimens with 105 kg of pressure variations, it is because the press the results of 19.32 N/cm2, hardness of 0.95 kg/cm2 and also the pressure of 105 kg experienced makrostruktur very little porosity. Raw materials Palm Oil Fly Ash is very influential on the outcome of the mechanical properties due to the higher value content SI-O chemical compounds contained in Pofa the better the results obtained on the mechanical properties. Keywords: Briquette, Palm Oil Fly Ash, pressure variation
ii Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat ALLAH Subhanahuwata’ala yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya. Shalawat dan salam kepada Rasulullah Muhammad SAW sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian skripsi ini. Skripsi ini adalah salah satu syarat mahasiswa untuk dapat lulus menjadi Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul skripsi yang dipilih diambil dari mata kuliah Proses Produksi Non-Logam, yaitu “STUDI PEMBUATAN BIO-BRIKET DAN UJI KARAKTERISTIK SIFAT MEKANIK
PADA POFA (PALM
OIL FLY ASH) TERHADAP VARIASI TEKANAN”. Di dalam penulisan skripsi ini penulis banyak mendapatkan bantuan dari berbagai pihak yang telah memberikan bantuan dan motivasi sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini serta penulis banyak mengucapkan banyak terima kasih Bapak Ir.Tugiman.MT sebagai Dosen Pembimbing yang telah memberikan arahan dan bimbingan kepada penulis. Pada kesempatan ini penulis tidak lupa mengucapkan banyak terima kasih sedalam-dalamnya kepada: 1. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri dan Ir.Syahril Gultom, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU. Bapak Suprianto, ST.MT selaku Koordinator Skripsi. 2. Bapak Ir.Tugiman.MT sebagai Dosen Pembimbing Skripsi yang banyak memberi arahan, bimbingan, motivasi, nasehat, dan pelajaran yang sangat berharga selama proses penyelesaian Skripsi ini. 3. Seluruh Staf Pengajar DTM FT USU yang telah memberikan bekal pengetahuan kepada penulis hingga akhir studi selesai, dan seluruh pegawai administrasi DTM FT USU, juga kepada staf Fakultas Teknik. 4. Kedua orang tua tercinta dan tersayang, Ayahanda H. Ir. Haditiwarman dan Ibunda Hj. Ridha Wahyuni. 5. Kakak dan adik tersayang, Hj. dr. Ayu Riza Hani dan Arief Fadillah atas doa dan motivasinya yang tiada hentinya untuk memberikan semangat kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan skripsi ini.
iii Universitas Sumatera Utara
6. Teman seperjuangan teuku sabri albana, lingga, sapril dan tito hadiguna yang telah membantu, memberikan masukan dan saran kepada penulis. 7. Seluruh kawan-kawan stambuk 2010 yang telah memberikan dukungan baik berupa tenaga dan motivasi kepada penulis. 8. Putri dwiastuti yang telah memberikan dukungan dan semangat kepada penulis. 9. Teman-teman yang telah banyak memberikan bantuan dan suport kepada penulis khususnya yolo, onggek, putra, yos, fajar, mejid, ali, aisa, sherly, fatih, nelsi, wulan, devi, ica baker, arep muhtadin, mak tia, dan sakral. 10. Pihak-pihak lain yang telah membantu menyelesaikan skripsi ini yang tidak dapat disebutkan namanya satu persatu karena keterbatasan penulis namun tidak mengurangi rasa hormat dan terima kasih penulis.
Semoga skripsi ini dapat memberikan ilmu tambahan bagi pembaca serta dapat bermanfaat bagi orang lain. Penulis menyadari akan kekurangan skripsi ini sehingga penulis mengharapkan masukan dan kritikan yang bersifat membangun dalam penyempurnaan skripsi. Penulis mengucapkan banyak terima kasih atas kerjasamanya.
Medan,
29 Agustus 2016
FIKRI TAHER NIM.100401113
iv Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK ...................................................................................................... ABSTRACT ..................................................................................................... KATA PENGANTAR .................................................................................... DAFTAR ISI ................................................................................................... DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... DAFTAR TABEL .......................................................................................... DAFTAR NOTASI .........................................................................................
i ii iii v vii x xi
BAB I
PENDAHULUAN .......................................................................... 1.1 Latar Belakang ....................................................................... 1.2 Perumusan Masalah ............................................................... 1.3 Tujuan Penelitian ................................................................... 1.4 Manfaat Penelitian ................................................................. 1.5 Batasan Masalah..................................................................... 1.6 Sistematika Penulisan.............................................................
1 1 2 3 3 3 4
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA ................................................................ 2.1 Kelapa Sawit .......................................................................... 2.2 Abu Pembakaran .................................................................... 2.2.1 Fly Ash Batu Bara ...................................................... 2.2.2 Fly Ash Kelapa Sawit ................................................. 2.2.3 Sifat-Sifat Fly Ash ...................................................... 2.2.4 Pemanfaatan Abu Terbang ......................................... 2.3 Briket .................................................................................... 2.4 Bahan Perekat......................................................................... 2.5 Komposit ................................................................................ 2.6 Metalurgi Serbuk.................................................................... 2.7 Prosedur Pengujian Bahan Baku ............................................ 2.7.1 Komposisi Kimia ........................................................ 2.7.2 Ukuran Butiran ........................................................... 2.7.3 Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) ..... 2.7.4 Kuat Tekan dan Kekerasan......................................... 2.7.5 Densitas ...................................................................... 2.7.6 Makrostruktur .............................................................
5 5 5 6 6 7 8 10 12 14 18 19 19 19 20 20 21 21
BAB III METEDOLOGI PENILITIAN .................................................... 3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian ................................................. 3.2 Bahan dan Peralatan ............................................................... 3.2.1 Bahan .......................................................................... 3.2.2 Peralatan ..................................................................... 3.3 Diagram Alir Penelitian ......................................................... 3.3.1 Flowchart Treatment Palm Oil Fly Ash (POFA) ....... 3.3.2 Flowchart Pembuatan Briket Palm Oil Fly Ash (POFA) ....................................................................... 3.4 Prosedur Penelitian.................................................................
22 22 23 23 25 35 37 38 39
v Universitas Sumatera Utara
3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4 3.4.5 3.4.6 3.4.7 3.4.8
Proses Pengerjaan POFA ........................................... Proses Pembuatan Briket ............................................ Pengujian FTIR .......................................................... Pengujian Tekan dan Kekerasan ................................ Pengujian Densitas ..................................................... Pengujian Makrostruktur ............................................ Pengujian ANOVA .................................................... Pengujian Komposisi ..................................................
39 39 40 41 42 42 42 43
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ...................................................... 4.1 Hasil Uji Karakteristik Palm Oil Fly Ash (POFA)................. 4.1.1 Karakteristik FTIR (Fourier Transform Infra Red) Palm Oil Fly Ash (POFA) .......................................... 4.1.2 Karakteristik Komposisi Kimia Palm Oil Fly Ash (POFA) ....................................................................... 4.1.3 Ukuran Butiran Palm Oil Fly Ash (POFA) ................ 4.2 Pengaruh Tekanan Pengepresan terhadap Makrostruktur Komposit ................................................................................ 4.3 Pengaruh Tekanan Pengepresan terhadap Sifat Fisis dan Mekanis Komposit .................................................................. 4.3.1 Uji Densitas ............................................................... 4.3.2 Uji Kuat Tekan dan Kekerasan ................................. 4.4 Hubungan Bahan Baku POFA Terhadap Bahan Perekat ....... 4.4.1 Pengujian ANOVA ...................................................
44 44
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN ...................................................... 5.1 Kesimpulan ............................................................................ 5.2 Saran ....................................................................................
61 61 61
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................
62
44 46 49 50 52 52 53 58 58
LAMPIRAN
vi Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Diagram Alir Proses Pembuatan Briket Batubara Tanpa Karbonisasi ................................................................................
12
Diagram Alir Proses Pembuatan Briket Batubara Terkarbonisasi ..........................................................................
12
Gambar 3.1
Palm Oil Fly Ash .......................................................................
23
Gambar 3.2
Tepung kanji (tapioka) ..............................................................
23
Gambar 3.3
Kalium Bromid ..........................................................................
24
Gambar 3.4
Minyak tanah .............................................................................
24
Gambar 3.5
Air ..............................................................................................
24
Gambar 3.6
Mangkuk Plastik ........................................................................
25
Gambar 3.7
Mangkuk Alumunium ...............................................................
25
Gambar 3.8
Sendok .......................................................................................
25
Gambar 3.9
Timbangan Digital.....................................................................
26
Gambar 3.10 Stopwatch ..................................................................................
26
Gambar 3.11 Digital pocket scale ...................................................................
26
Gambar 3.12 Termometer ...............................................................................
27
Gambar 3.13 Termokopel Type-K ..................................................................
27
Gambar 3.14 Kompor Komposit .....................................................................
28
Gambar 3.15 Penggilingan POFA ..................................................................
28
Gambar 3.16 Pengayakan POFA .....................................................................
28
Gambar 3.17 Crucible .....................................................................................
29
Gambar 3.18 Tungku Pembakaran ..................................................................
29
Gambar 3.19 Blower .......................................................................................
30
Gambar 3.20 Oven Kirin KBO 190 RAW ......................................................
30
Gambar 2.2
vii Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.21 Alat Press Komposit..................................................................
30
Gambar 3.22 Alat press komposit uji tekan dan kekerasan ............................
31
Gambar 3.23 Microcomputer screen display hydraulic universal testing machine......................................................................................
32
Gambar 3.24 Spektroskopi FTIR ....................................................................
32
Gambar 3.25 Sieve Shaker (Ayakan Logam) ..................................................
33
Gambar 3.26 Camera Handphone dan Lensa Pembesar .................................
34
Gambar 3.27 Diagram Alir Penelitian .............................................................
35
Gambar 3.28 Flowchart Treatment POFA ......................................................
37
Gambar 3.29 Flowchart Pembuatan Briket POFA ..........................................
38
Gambar 4.1
Karakteristik FTIR Palm Oil Fly Ash (POFA) ..........................
44
Gambar 4.2
Sieve Shaker dan Butiran Fly Ash .............................................
49
Gambar 4.3
Tekanan 85 kg ...........................................................................
50
Gambar 4.4
Tekanan 90 kg ...........................................................................
50
Gambar 4.5
Tekanan 95 kg ...........................................................................
50
Gambar 4.6
Tekanan 100 kg .........................................................................
51
Gambar 4.7
Tekanan 105 kg .........................................................................
51
Gambar 4.8
Pengaruh Tekanan Pengepresan Terhadap Densitas .................
52
Gambar 4.9
Sampel (Briket) Pengujian Tekan dan Kekerasan .....................
54
Gambar 4.10 Hasil Keseluruhan Uji Tekan dan Kekerasan Tekanan 85 Kg ..
54
Gambar 4.11 Hasil Keseluruhan Uji Tekan dan Kekerasan Tekanan 90 Kg ..
55
Gambar 4.12 Hasil Keseluruhan Uji Tekan dan Kekerasan Tekanan 95 Kg ..
55
Gambar 4.13 Hasil Keseluruhan Uji Tekan dan Kekerasan Tekanan 100 Kg
56
Gambar 4.14 Hasil Keseluruhan Uji Tekan dan Kekerasan Tekanan 105 Kg
56
viii Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.15 Pengaruh Tekanan Pengepresan Terhadap Kuat Tekan Densitas .....................................................................................
57
Gambar 4.16 Pengaruh Tekanan Pengepresan Terhadap Kekerasan ..............
57
ix Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1.
Komposisi Abu Pembakaran Batu Bara ......................................
6
Tabel 2.2
Komposisi Fly ash dan Palm Oil Fuel Ash ..................................
7
Tabel 3.1
Tempat dan Waktu Penelitian ......................................................
22
Tabel 3.2
Metode Pengujian Komposisi ......................................................
33
Tabel 4.1
Analisi FTIR ................................................................................
45
Tabel 4.2
Karakteristik Gelombang ZSM-5 ................................................
45
Tabel 4.3
Komposisi Senyawa Kimia POFA ..............................................
46
Tabel 4.4
Perbandingan Komposisi Kimia POFA .......................................
47
Tabel 4.5
Hasil Pengujian Densitas .............................................................
52
Table 4.6
Klasifikasi Fiberboard Panel .....................................................
53
Tabel 4.7
Hasil Pengujian ANOVA terhadap POFA dengan Bahan Perekat .........................................................................................
59
x Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI Simbol
Keterangan
Satuan
F
Gaya
N
A
Luas penampang
cm2
F
Gaya
kg
σ
Kekerasan
kg/cm2
ρ
Massa jenis
gram/cm3
m
Jarak Lengan Pengayun
m
υ
Volume
cm3
xi Universitas Sumatera Utara
