TUGAS SARJANA MESIN KONVERSI ENERGI KAJIAN EKSPERIMENTAL PENGARUH PENGURANGAN KADAR AIR TERHADAP NILAI KALOR PADA BAHAN BAKAR PADAT

TUGAS SARJANA

MESIN KONVERSI ENERGI

KAJIAN EKSPERIMENTAL PENGARUH PENGURANGAN KADAR AIR TERHADAP NILAI KALOR PADA BAHAN BAKAR PADAT

Oleh :

DANIEL ROMATUA 03 0401 081

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2007 Daniel Romatua : Kajian Eksperimental Pengaruh Pengurangan Kadar Air Terhadap Nilai Kalor Pada Bahan Bakar Padat, 2007. USU Repository © 2009

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan atas karunia dan kasih-Nya yang diberikan kepada penulis sehingga skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik dan sesuai waktu yang diharapkan sebelumnya. Skripsi ini merupakan Tugas Sarjana yang harus diselesaikan oleh setiap mahasiswa di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara pada saat akan menyelesaikan masa studinya sebagai pelengkap salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik. Tulisan skripsi ini berjudul “Kajian Eksperimental Pengurangan Kadar Air Terhadap Nilai Kalor Pada Bahan Bakar Padat” dengan cara dikeringkan dengan menggunakan alat pengering fluidized bed drayer. Selama penyelesaian skripsi ini penulis banyak mendapatkan bantuan dari berbagai pihak dan melalui kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada : 1. Tulus Burhanuddin Sitorus, S.T, M.T selaku Sekertaris Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara dan Terang U.H.S.G., S.T, M.T yang dalam hal ini juga sebagai dosen pembimbing saya. 2. Ir. Alfian Hamsi, M.Sc selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. 3. Para staf pengajar di Departemen Teknik Mesin, Fakutas Teknik Universitas Sumatera Utara atas bimbingan dan ilmunya selama masa studi. Daniel Romatua : Kajian Eksperimental Pengaruh Pengurangan Kadar Air Terhadap Nilai Kalor Pada Bahan Bakar Padat, 2007. USU Repository © 2009

4. Para staf pegawai atas bantuan tertib administrasi selama masa studi. 5. Ayahanda Alm. B. Simanjuntak dan Ibunda H.N Siahaan, abang saya Fernando Simanjuntak, S.H dan adik saya Franky Simanjuntak dan semua keluarga yang ada di Bekasi dan di Medan yang selalu memberi kekuatan melalui doa dan selalu memberi nasehat dan semangat selama masa studi. 6. Seluruh teman-teman saya angkatan 2003, kelompok kecil EKLESIA, teman saya yang ada di Bekasi : Mande, Yosua, David, Adventus, Rico, dan teman-teman yang ada di kos 17+ dan teman-teman yang belum disebutkan saya ucapkan terimakasih atas dukungan dan semangatnya. Dan B’Paulus dan K’Ayu sebagai pemimpin kelompok kecil. Akhirnya penulis mengucapkan banyak terima kasih atas bantuan yang diberikan selama penyusunan skripsi ini. Untuk itu penulis menerima saran dan kritik dari teman-teman yang membaca skripsi ini guna untuk mendapatkan hasil yang lebih sempurna lagi. Semoga skripsi ini bermanfaat.

Medan, Oktober 2007 Penulis,

Daniel Romatua NIM : 03 0401 081

Daniel Romatua : Kajian Eksperimental Pengaruh Pengurangan Kadar Air Terhadap Nilai Kalor Pada Bahan Bakar Padat, 2007. USU Repository © 2009

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR

i

DAFTAR ISI

iii

DAFTAR GAMBAR

vi

DAFTAR TABEL

vii

DAFTAR NOTASI

viii

ABSTRAK

ix

BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

1

1.2 Tujuan dan Manfaat Pengujian

3

1.3 Batasan Masalah

3

1.4 Sistematika Penulisan

4

1.5 Metode Pengujian

5

1.6 Metode Pengumpulan Data

5

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Landasan Teori

6

2.2 Proses Pembakaran (Combustion Process)

7

2.3 Nilai Kalor (Heating Value)

10

2.3.1 Menentukan Nilai Kalor Dengan Rumus


Dulong dan Petit

12

2.3.2 Menentukan Nilai Kalor Dengan Rumus Pendekatan Mendeleyev 2.3.3 Menentukan Nilai Kalor Dengan Bomb Kalorimeter

14 14

2.4 Pembakaran Bahan Bakar Padat

15

2.5 Prinsip-Prinsip Pengeringan

19

2.5.1 Laju Pengeringan

20

2.5.2 Pola Suhu Di Dalam Pengering

20

2.5.3 Perpindahan Kalor Di Dalam Pengeringan

21

2.5.4 Perpindahan Massa Di Dalam Pengering

23

2.5.5 Efisiensi Pengeringan

23

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Kondisi dan Waktu Pengujian

25

3.2 Diagram Jaringan Kerja Penelitian

25

3.3 Pembuatan Alat Pengering

26

3.4 Pengujian Alat Pengering

27

3.4.1 Peralatan Yang Digunakan

28

3.4.2 Prosedur Pengujian Alat Pengering

30

3.4.3 Prosedur Penentuan Kadar air

31

3.5 Pengujian Nilai Kalor

31


31

3.5.2 Prosedur Pengujian

32

BAB 4 HASIL ANALISA PENGUJIAN Daniel Romatua : Kajian Eksperimental Pengaruh Pengurangan Kadar Air Terhadap Nilai Kalor Pada Bahan Bakar Padat, 2007. USU Repository © 2009

4.1 Analisa Nilai Kalor Bahan Bakar Sebelum Dikeringkan

35

4.2 Analisa Nilai Kalor Bahan Bakar Sesudah Dikeringkan

42

4.2.1 Analisa Nilai Kalor Pada Serabut Kelapa Sawit

42

4.2.2 Analisa Nilai Kalor Pada Cangkang Kelapa Sawit

43

4.2.3 Analisa Nilai Kalor Pada Sekam padi

44

4.3 Laju Pindahan Panas

49

4.3.1 Koefisien Konveksi Heater

49

4.3.2 Laju Pindahan Panas Pada Tungku Pengering

49

4.4 Kecepatan Aliran Udara dan Biaya Liatrik

50

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan

52

5.2 Saran

53

DAFTAR PUSTAKA

53

LAMPIRAN

54


BAB I PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang

Energi merupakan faktor pendukung dalam usaha meningkatkan taraf hidup masyarakat di dunia. Sekarang ini energi dapat diciptakan atau dihasilkan dengan mudah yaitu dengan memanfaatkan hasil dari limbah-limbah pabrik sebagai bahan bakar pengganti minyak bumi seperti hasil limbah padat pada pabrik kelapa sawit yaitu serabut dan cangkang yang digunakan sebagai bahan bakar ketel dan limbah hasil pertanian yaitu sekam padi dan masih banyak lagi yang dapat dijadikan sebagai bahan bakar alternatif. Jenis sumber energi alternatif yang bisa dikembangkan antara lain : energi matahari, energi angin, energi panas bumi, energi panas laut (OTEC) dan energi biomassa. Diantara sumber-sumber energi alternatif tersebut, energi biomass merupakan sumber energi alternatif yang perlu mendapat prioritas dalam pengembangannya dibandingkan dengan sumber energi yang lain. Di sisi lain, Indonesia sebagai negara agraris banyak menghasilkan limbah pertanian yang kurang termanfaatkan. Limbah pertanian yang merupakan biomass tersebut Daniel Romatua : Kajian Eksperimental Pengaruh Pengurangan Kadar Air Terhadap Nilai Kalor Pada Bahan Bakar Padat, 2007. USU Repository © 2009

merupakan sumber energi alternatif yang melimpah, dengan kandungan energi yang relatif besar. Limbah pertanian tersebut apabila diolah bersama-sama dengan batu bara dan zat pengikat polutan akan menjadi suatu bahan bakar padat buatan yang lebih luas penggunaannya sebagai bahan bakar alternatif yang di sebut biobriket. Batubara sebagai sumber energi dimanfaatkan untuk mengoperasikan ketel uap (steam boiler) pada industri-industri besar, kapal-kapal dagang maupun kapal perang, lokomotif uap dan PLTU. Selain batubara yang digunakan dalam pengoperasian ketel uap sebagai sumber energi, limbah padat pabrik minyak sawit juga dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi, yaitu sampah serabut, cangkang atau TBK, dapat dipakai sebagai bahan bakar ketel uap untuk memenuhi kebutuhan uap panas (steam) dan listrik dan juga limbah padat pada penggilingan padi yang jumlahnya mencapai 20 ÷ 23 % dari gabah yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar alternatif untuk warung atau rumah tangga. Bahan bakar yang umumnya dipakai untuk pabrik kelapa sawit adalah sampah serabut dengan penambahan cangkang sampai 15%. Dalam hal ini nilai kandungan air yang terkandung dalam bahan bakar padat terdiri dari kandungan air internal atau air kristal, yaitu air yang terikat secara kimiawi dan kandungan air eksternal atau air mekanikal, yaitu air yang menempel pada permukaan bahan dan terikat secara fisis atau mekanis. Air yang terkandung dalam bahan bakar meyebabkan penurunan mutu bahan bakar karena dapat menurunkan nilai kalor dan memerlukan sejumlah kalor untuk penguapan, menurunkan titik nyala, memperlambat proses pembakaran, dan Daniel Romatua : Kajian Eksperimental Pengaruh Pengurangan Kadar Air Terhadap Nilai Kalor Pada Bahan Bakar Padat, 2007. USU Repository © 2009

menambah volume gas buang. Oleh karena itu, keadaan tersebut dapat mengakibatkan pengurangan efisiensi ketel uap ataupun efisiensi motor bakar, penambahan biaya perawatan ketel, menambah biaya transportasi, dan merusak saluran bahan bakar cair (fuel line) dan ruang bakar. Untuk itu dilakukan percobaan atau eksperimental dengan cara mengeringkan serabut, cangkang dan sekam padi untuk mengurangi kadar air yang terdapat pada masing-masing bahan bakar sesudah melalui proses pengering yang mempunyai pengaruh terhadap nilai pembakaran atau nilai kalor pada serabut, cangkang dan sekam padi.

1.2 Tujuan dan Manfaat Penelitian

Tujuan yang diharapkan dapat dicapai sehubungan dengan penelitian ini adalah mengetahui perubahan nilai kalor sebagai pengaruh perubahan kadar air sehingga didapatlah nilai kalor optimum (tinggi) dari bahan bakar yang akan diuji. Manfaat dari penelitian adalah : 1. Untuk memperoleh kelebihan dan kekurangan dari masing-masing bahan bakar yang diuji. 2. Sebagai tambahan referensi bagi dunia pendidikan perguruan tinggi dan badan–badan / instansi terkait.

1.3 Batasan Masalah

Untuk lebih terarahnya proses penelitian dan pembahasan ini diberi batasanbatasan pada ruang lingkup permasalahan yang meliputi :


1. Analisa nilai kalor bahan bakar secara teoritis dan pengujian di laboratorium. 2. Pemilihan bahan bakar pada proses pengujian yaitu serabut, cangkang dan sekam padi. 3. Menentukan kadar air yang ada pada serabut, cangkang dan sekam padi untuk mengetahui nilai kalor sesudah melalui proses pengeringan. 4. Menggunakan alat pengeringan yang telah dirancang yaitu Fluidized Bed Dryer.

1.4 Sistematika Penulisan

Adapun sistematis penulisan tugas sarjana ini adalah sebagai berikut: Bab 1. Pendahuluan. Pada bab ini akan dibahas mengenai Latar Belakang, Tujuan dan Manfaat Pengujian, Sistematis Penulisan, Batasan Masalah dan Metode Pengujian. Bab 2. Tinjauan Pustaka. Pada bab ini akan dibahas mengenai teoriteori dasar tentang pembakaran bahan bakar padat, nilai kalor pada bahan bakar, prinsip pengeringan. Bab 3. Metodologi Penelitian. Pada bab ini memberikan informasi mengenai tempat dan waktu pelaksanaan pengujian, bahan dan peralatan yang dipakai serta tahapan dan prosedur pengujian. Bab 4. Hasil Analisa Pengujian. Bab ini membahas tentang hasil data yang diperoleh dari setiap pengujian melalui pembahasan perhitungan dan penganalisaan dengan memaparkan kedalam bentuk tabel dan grafik.


Bab 5. Kesimpulan dan Saran. Pada bab ini akan memaparkan kesimpulan dari analisa beberapa pengujian.

1.5

Metode Pengujian

Metode yang dilakukan dalam pengujian yaitu 1. Pengujian pengeringan serabut, cangkang dan sekam padi dengan alat yang telah dirancang yaitu fluidized bed dryer. 2. Penentuan kadar air bahan bakar yang akan diuji. 3. Pengujian nilai kalor bahan bakar dengan bom kalorimeter.

1.6

Metode Pengumpulan Data

Metode pengumpulan data yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut : a. Survei Lapangan Survei yang dilakukan disini, dilakukan dengan peninjauan pada sebuah pabrik pengolahan kelapa sawit yaitu pada PKS PTP. NUSANTARA IV DOLOK ILIR Sumatera Utara dan Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS). b. Studi Literatur Berupa studi kepustakaan, kajian-kajian dari buku-buku dan tulisan yang berkaitan dengan penelitian ini. Daniel Romatua : Kajian Eksperimental Pengaruh Pengurangan Kadar Air Terhadap Nilai Kalor Pada Bahan Bakar Padat, 2007. USU Repository © 2009

c. Diskusi Diskusi disini berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing, dosen pembanding yang telah ditunjuk oleh Departemen Teknik Mesin USU, mengenai masalah yang timbul selama penelitian dan penulisan tugas sarjana.

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1

Landasan Teori

Reaksi kimia eksotermis yang paling penting dalam produksi energi adalah reaksi pembakaran. Reaksi ini adalah sebuah reaksi oksidasi yang terdiri enam macam unsur yang dapat terbakar dan dapat dijumpai dalam beberapa bahan fosil, yaitu karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen, fosfor dan sulfur. Namun unsurunsur kimia yang paling penting adalah C, H dan S yaitu unsur-unsur yang jika terbakar menghasilkan kalor dan berturut-turut diubah menjadi karbon dioksida (CO2), uap air (H2O), dan sulfur dioksida (SO2). Pembakaran adalah reaksi kimia yang cepat antara oksigen dan bahan yang dapat terbakar, disertai timbulnya cahaya dan menghasilkan kalor. Oksigen yang dipakai biasanya dari udara yang terdiri dari 79% N2 + 21% O2. Pembakaran dapat dibedakan menjadi 3 tipe pembakaran yaitu :


a. Pembakaran sempurna (complete combustion) terjadi bila semua unsur C, H dan S yang terkandung dalam bahan bakar bereaksi membentuk CO2, H2O dan SO2. b. Pembakaran

parsial

(incomplete

parsial)

terjadi

bila

proses

pembakaran bahan bakar menghasilkan intermediate combustion product seperti CO, H2, aldehid, disamping CO2 dan H2O. c. Pembakaran spontan (spontaneous combustion) terjadi jika zat atau bahan mengalami oksidasi perlahan-lahan, kalor yang dihasilkan tidak dilepas, sehingga suhu bahan naik secara perlahan juga sampai suhu mencapai titik bakarnya (ignition point), maka bahan terbakar dan menyala. Beberapa cara meningkatkan pembakaran : 1.

Membuat aliran udara yang baik dalam api.

2.

Insulasi yang dibuat disekitar ruang bakar adalah untuk membantu mencegah panas terbuang keluar.

3.

Menghindarkan penggunaan bahan-bahan yang berat, material yang dingin atau yang bersifat basah.

2.2

Proses Pembakaran (Combustion Process)

Dalam ilmu kimia yang dimaksud dengan pembakaran adalah Oksidasi yang berlangsung pada temperatur tertentu, dengan kecepatan reaksi yang tinggi dan menghasilkan panas Dalam proses pembakaran ini unsur–unsur yang mempengaruhinya adalah Oksigen (O2), Hidrogen (H2O), dan Sulfur (S) dengan reaksi sebagai berikut : Daniel Romatua : Kajian Eksperimental Pengaruh Pengurangan Kadar Air Terhadap Nilai Kalor Pada Bahan Bakar Padat, 2007. USU Repository © 2009

Karbon + Oksigen

= Karbon dioksida + panas

Hidrogen + Oksigen = Uap air + panas Sulfur + Oksigen

= Sulfur dioksida + panas

Karbon merupakan salah satu unsur yang dapat terbakar yang paling penting dan menjadi bagian utama dari setiap senyawa hidrokarbon. Oksidasi karbon agak lambat dan lebih sulit bila dibandingkan dengan unsur hidrogen dan sulfur. Walaupun karbon mempunyai suhu pembakaran yang lebih rendah (407oC) dari zat cair, karbon adalah zat padat dengan temperatur tinggi dan pembakarannya relatif lambat. Akibatnya, dalam setiap proses pembakaran teoritis, akan dianggap bahwa sulfur dan hidrogen keduanya terbakar sempurna sebelum karbon terbakar. Selanjutnya ini akan diasumsikan bahwa semua karbon akan teroksidasi menjadi karbon monoksida sebelum semua bagian karbon itu diubah menjadi karbon dioksida. Reaksi kimianya adalah 2C + O2 → 2CO + 2QC −CO

QC −CO = 110.380 kJ /(kg.mol C )

pada reaksi ini, 2 mol karbon (24 kg) bereaksi dengan 1 mol oksigen (32 kg) menghasilkan 2 mol karbon monoksida (56 kg). apabila terdapat oksigen yang cukup memadai, karbon monoksida itu akan teroksidasi menjadi karbon dioksida dengan melepaskan energi tambahan : 2CO + O2 → 2CO2 + 2QC −CO 2

QC −CO 2 = 283.180 kJ /(kg.mol CO)

jadi, 2 mol karbon monoksida (56 kg) bereaksi dengna 1 mol oksigen (32 kg) menghasilkan 2 mol karbon dioksida (88 kg). dengan demikian, 64/24 atau 2.66 kg oksigen dibutuhkan untuk membakar sempurna 1 kg karbon. Hidrogen mempunyai temperatur penyalaan yang paling tinggi di antara ketiga unsur dapat terbakar tersebut (582oC atau 1080oF), tetapi karena ia berupa Daniel Romatua : Kajian Eksperimental Pengaruh Pengurangan Kadar Air Terhadap Nilai Kalor Pada Bahan Bakar Padat, 2007. USU Repository © 2009

gas, kinetika perubahan hirogen berlangsung sangat cepat. Akibatnya, bila terdapat udara yang cukup, hidrogen akan terbakar sempurna menjadi air. Persamaan reaksinya adalah :

2 H 2 + O2 → 2 H 2O + 2QH

QH = 286.470 kJ /(kg.mol H 2 )

2 mol hidrogen (4 kg) bereaksi dengan 1 mol oksigen (32 kg) menghasilkan 2 mol air (36 kg). jadi massa oksigen yang dibutuhkan untuk membakar sempurna satu satuan massa hidrogen adalah 32/4 atau 8 kg. Sulfur memiliki temperatur penyalaan 243oC atau 470oF, yang merupakan temperatur penyalaan terendah di antara ketiga unsur dapat terbakar tersebut. Sementara oksidasi sulfur melepaskan energi kimia dalam reaksi berikut. Persamaan reaksi adalah : 2S + O2 → SO2 + 2QS

QS = 296.774 kJ /(kg.mol S )

1 mol sulfur (32 kg) ditambah 1 mol oksigen (32 kg) menghasilkan 1 mol sulfur dioksida (64 kg). Jadi, 32/32 atau 1 kg oksigen yang dibutuhkan unutk membakar 1 kg sulfur. Dibawah ini adalah tabel komposisi bahan bakar padat yang mempunyai unsur-unsur kimia yang terdapat pada bahan bakar padat :

Tabel 2.1 Komposisi Bahan Bakar Padat Fuel

Wood Peat Lignite

Ultimate Analisis Oksigen Nitrogen

Karbon

Hidrogen

48,5 58,0 66,0

6,0 6,3 5,0

43,5 30,5 20,0

81,0 91,0

5,0 3,0

8,0 2,5

HHV( kkal/kg ) Sulfur

Abu

0,5 0,9 1,0

3,5

1,5 4,0 3,5

2500 3500 500

1,5 0,5

1,0 0,6

3,5 2,5

7500 8500

Bituminous

Coal Anthracite

Sumber : Syamsir A. Muin” Pesawat-Pesawat Konversi Energi I (Ketel Uap)” hal : 154 Daniel Romatua : Kajian Eksperimental Pengaruh Pengurangan Kadar Air Terhadap Nilai Kalor Pada Bahan Bakar Padat, 2007. USU Repository © 2009

Tabel 2.2 Komposisi Sekam Padi Apparent density (kg/m³) Bulk density (kg/m³) Higher heating value (dry basis) (MJ/kg)

1,006 620 16,04

Lower heating value (dry basis) (MJ/kg) Lower heating value (wet basis) (MJ/kg) Proximate analysis Moisture content (%) Volatile matter (%) Fixed carbon (%) Ash, (%)

14,63 13,76 5,93 61,02 16,59 16,46

Sumber : http://www.undp.org/seed/energy/policy/ch_5 .htm

Tabel 2.3. Komposisi Kimia Serabut dan Cangkang Komposisi Cangkang

Serabut

Karbon (%)

50,70

53,30

Hidrogen (%)

6,15

6,39

Nitrogen (%)

1,71

0,77

Oksigen (%)

34,70

35,60

Sulfur (%)

0,19

0,08

Abu (%)

6,50

3,81

Bahan bakar

Sumber : Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS), Medan

2.3 Nilai Kalor (Heating Value)

Kalor pembakaran adalah kalor yang dihasilkan dari pembakaran sempurna 1 satuan berat bahan bakar padat atau bahan bakar cair atau 1 satuan volume bahan bakar gas pada kondisi baku (kondisi baku : tekanan 1 atm, suhu 25 oC atau Daniel Romatua : Kajian Eksperimental Pengaruh Pengurangan Kadar Air Terhadap Nilai Kalor Pada Bahan Bakar Padat, 2007. USU Repository © 2009

60 oF atau 0 oC) atau nilai banyaknya energi panas yang diperoleh (dilepaskan) pada waktu terjadinya oksidasi unsur-unsur kimia yang terdapat dalam bahan bakar pada proses pembakaran 1 (satu) kilogram. Nilai kalor bahan bakar terbagi atas dua bagian yaitu : a. Nilai Kalor Atas (High Heating Value) Kalor yang dihasilkan oleh pembakaran sempurna satu satuan berat bahan bakar padat atau cair, atau satu satuan volume bahan bakar gas, pada tekanan tetap, suhu 25oC apabila semua air yang mula-mula berwujud cair setelah pembakaran mengembun menjadi cair kembali.

b. Nilai Kalor Bawah (Low Heating Value) Merupakan nilai kalor bahan bakar tanpa panas laten yang berasal dari pengembunan uap atau air yang besarnya sama dengan nilai kalor atas dikurangai kalor yang diperlukan oleh air yang terkandung dalam bahan bakar dan air yang terbentuk dari pembakaran. Umumnya kandungan hidrogen dalam bahan bakar berkisar 15 %, yang berarti bahwa setiap satu satuan bahan bakar 0,15 bagian merupakan hidrogen. Nilai kalor (Heating Value) atau (Calorific Value) dari unsur-unsur karbon, hidrogen, dan sulfur seperti disebutkan dalam persamaan kimia di atas adalah sebagai berikut : •

Nilai Panas Karbon

QC-CO = 1103810 kJ/kg.mol C = 9190,67 kJ/kg C Daniel Romatua : Kajian Eksperimental Pengaruh Pengurangan Kadar Air Terhadap Nilai Kalor Pada Bahan Bakar Padat, 2007. USU Repository © 2009

= 2194,73 kkal/kg

QCO-CO2 = 283180 kJ/kg.mol CO = 10109,96 kJ/kg CO = 2414,259 kkal/kg CO

Dalam hal ini nilai panas karbon tidak ada nilai tertinggi dan terendah, karena tidak ada kehilangan energi panas selama terjadinya reaksi kimia. •

Nilai Panas Hidrogen

QH = 286470 kJ/kg.mol H2 = 142098,21 kJ/kg H2 = 33933 kkal/kg H2 Nilai panas H2 sebelum dikurangi panas pembentuk uap disebut N. Nilai kalor kotor (tertinggi) atau (Gross Heating Value) adalah HHV = 143235 kJ/kg H2 LHV = 120067 kJ/kg H2 •

Nilai Kalor Sulfur

QS = 296774 kJ/kg.mol S = 9256,83 kJ/kg S = 2210,53 kkal/kg S Maka, dari pembakaran 1 kg bahan bakar yang terdiri dari senyawa kimia tersebut di atas akan dilepaskan energi panas sebesar : Q = 32769 C + 142097 H2 + 9257 S

kJ/kg

( 2.1 )

2.3.1 Menentukan Nilai Kalor Dengan Rumus Dulong dan Petit


Sebenarnya ada dua macam nilai pembakaran, yakni nilai pembakaran tinggi atau bruto dan nilai pembakaran rendah atau netto. Perbedaan antara kedua nilai pembakaran ini pada dasarnya sama dengan panas laten penguapan dari uap air yang terdapat dalam hasil gas buang ketika bahan bakar dibakar dengan udara kering. Selain berasal dari pembakaran hidrogen, uap air yang terbentuk pada proses pembakaran dapat berasal dari kandungan air yang memang sudah ada dalam bahan bakar (moisture). Panas laten pengkondensasian uap air pada tekanan parsial 20 kN/m2 (tekanan yang umum timbul pada gas buang motor bakar) adalah 2400 kJ/kg. HHV dan LHV merupakan panas laten dari sejumlah uap air yang terjadi dari hasil pembakaran bahan bakar bersangkutan, bila pembakaran memakai udara kering. Perbedaan anatra nilai pembakaran tinggi dan rendah dihitung dengan cara pendekatan berdasarkan rumus berikut ini yang dapat dipakai untuk sebarang bahan bakar dalam basis massa(1, hal : 46) Nilai HHV dapat ditentukan sebagai berikut : HHV = 33950 C + 144200 (H2 -

O2 ) + 9400 S kJ/kg 8

( 2.2 )

di mana : HHV : Nilai kalor atas C

: Persentase karbon dalam bahan bakar

H2

: Persentase hidrogen dalam bahan bakar

O2

: Persentase oksigen dalam bahan bakar

S

: Persentase sulfur dalam bahan bakar

Nilai (H2 -

O2 ) diperoleh dengan cara sebagai berikut : 8


Bila dalam bahan bakar terdapat H2 bagian berat Hidrogen dan O2 bagian berat Oksigen yang terdapat dalam bahan bakar habis bersenyawa dengan hidrogen, maka jumlah hidrogen yang diikat oleh oksigen sama dengan seperdelapan jumlah oksigen dari bahan bakar, jadi jumlah hidrogen yang tidak ikut bereaksi adalah : H2 -

O O2 . Jadi ini berati bahwa bahan bakar telah berkurang seberat 2 kg, oleh 8 8

sebab itulah HHV dihitung berdasarkan berat bahan bakar sebelum bereaksi dengan oksigen dari luar. Dan besar nilai kalor bawah (LHV) dapat ditentukan sebagai berikut, yaitu selisih antara HHV dengan panas laten yang terbentuk dari proses pembakaran. HHV – LHV = 2400 (M + 9H2)

kJ/kg

( 2.3 )

LHV = HHV – 2400 (M + 9H2)

kJ/kg

( 2.4 )

atau :LHV = 33950 C + 122600 (H2 -

atau : LHV = 8100 C + 29900 (H2 -

O2 ) + 9400 S – 2400 (M + 9H2) kJ/kg 8

O2 ) + 2500 S – 600 (M + 9H2) kkal/kg 8

( 2.5 ) ( 2.6 )

di mana : LHV : nilai kalor bawah (kJ/kg) M

: kandungan air dalam bahan bakar (moisture)

H2

: fraksi massa hidrogen bahan bakar

2.3.2 Menentukan Nilai Kalor Dengan Rumus Pendekatan Mendeleyev

Selain rumus Dulong dan Petit untuk menentukan nilai kalori pada bahan bakar padat yaitu batubara, persamaan Mendeleyev berlaku juga untuk semua jenis bahan bakar padat termasuk batubara(11, hal : 78). Daniel Romatua : Kajian Eksperimental Pengaruh Pengurangan Kadar Air Terhadap Nilai Kalor Pada Bahan Bakar Padat, 2007. USU Repository © 2009

QL = 81C + 246H + 26 (O-SV ) – 6W

( 2.7 )

di mana : QL

: NHV (net heating value) = LHV (low heating value) = nilai kalor bawah

C

: kandungan karbon

H

: kandungan hidrogen

SV : kandungan sulfur O

: kandungan oksigen

W

: kandungan air

2.3.3 Menentukan Nilai Kalor Dengan Bomb Kalorimeter

Pengujian menggunakan bomb kalorimeter dapat menentukan nilai kalor suatu bahan yang akan diuji. Data temperatur air pendingin sebelum dan sesudah penyalaan (T1 dan T2) yang telah diperoleh pada pengujian “Bomb Kalorimeter” selanjutnya digunakan untuk menghitung nilai kalor atas bahan bakar (HHV) dengan persamaan berikut(10, hal :12) : HHV = (T2 – T1 – Tkp) × Cv × 1000

( 2.8 )

dimana : HHV : Nilai kalor atas ( High Heating Value ) T1

: Temperatur air pendingin sebelum penyalaan

T2

: Temperatur air pendingin sesudah penyalaan

Cv

: Panas jenis bomb kalorimeter ( 73529,6 J/g. oC )

Tkp

: Kenaikan temperatur akibat kawat penyala ( 0,04 oC )


Selanjutnya untuk memperoleh harga nilai kalor rata–rata bahan bakar digunakan persamaan berikut ini : 5

HHVrata - rata =

2.4

Σ HHVi

i =1

5

( kJ/kg )

( 2.9 )

Pembakaran Bahan Bakar Padat

Bahan bakar padat yang sebagian besar terdiri dari karbon, hidrogen dan oksigen, pembakarannya berlangsung sebagai berikut: Mula-mula bahan bakar padat tersebut akan membentuk gas-gas atau yang biasa disebut menge-gas (= ontgassing), pada waktu berlangsung destilasi kering, dan gas-gas tersebut akan terurai lebih lanjut menjadi CO dan H2 (water gas) dan akan terbakar. Selanjutnya arang atau kokas yang tertinggal (yang semuanya terdiri dari karbon) akan menguap atau sublimasi terlebih dahulu, dan kemudian baru terbakar menjadi CO2 bila jumlah Oksigen yang tersedia mencukupinya. Udara pembakar, yang diperlukan untuk ”menge-gas”-kan (ontgassing) dari Karbon C, disebut udara primair, sedangkan udara pembakar yang digunakan untuk membakar gas-gas CO menjadi CO2 disebut udara sekundair. Dengan demikian maka pada waktu membakar bahan bakar padat, dapat dibagi menjadi dua periode, yaitu: a. Menge-gas (ontgassing) bahan bakar padat tadi menjadi gas-gas bermacam-macam susunannya.


b. Membakar lebih lanjut gas-gas yang terbentuk tadi menjadi CO dan yang untuk selanjutnya menjadi CO2. Faktor-faktor yang mempengaruhi pembakaran bahan bakar padat, antara lain : 1. Ukuran partikel Partikel yang lebih kecil ukurannya akan lebih cepat terbakar. 2. Kecepatan aliran udara Laju pembakaran biobriket akan naik dengan adanya kenaikan kecepatan aliran udara dan kenaikan temperatur 3. Jenis bahan bakar Jenis bahan bakar akan menentukan karakteristik bahan bakar. Karakteristik tersebut antara lain kandungan volatile matter dan kandungan moisture.

4. Temperatur udara pembakaran Kenaikan temperatur udara pembakaran menyebabkan semakin pendeknya waktu pembakaran. Beberapa masalah yang berhubungan dengan pembakaran serabut kelapa sawit dengan batubara antara lain : a. Kadar air Kandungan air yang tinggi menyulitkan penyalaan dan mengurangi temperatur pembakaran. b. Kadar kalori Semakin besar nilai kalor maka kecepatan pembakaran semakin lambat. Daniel Romatua : Kajian Eksperimental Pengaruh Pengurangan Kadar Air Terhadap Nilai Kalor Pada Bahan Bakar Padat, 2007. USU Repository © 2009

c. Kadar abu Kadar abu yang tinggi didalam batubara tidak mempengaruhi proses pembakaran. d. Volatile matter atau zat-zat yang mudah menguap Semakin banyak kandungan volatile matter pada biobriket maka semakin mudah biobriket untuk terbakar dan menyala. e. Bulk density Serabut kelapa mempunyai bulk density yang jauh lebih rendah bila dibandingkan dengan batubara. Penguraian dan oksidasi dari batubara berlangsung dimulai pada temperatur yang rendah. Temperatur penguraian dan Oksidasi ini makin rendah bila umur geologis bahan bakar makin muda, atau makin banyak kandungan zatzat penguapnya (volatile matter), dan kandungan-kandungan Oksigennya, serta bila susunan bahan bakar makin sulit. Untuk penguraian zat-zat, dibutuhkan sejumlah panas. Sebaliknya pada waktu oksidasi akan terbentuk panas. Bilamana panas yang terbentuk telah melebihi panas yang dibutuhkan, baik untuk penguraian zat-zat maupun untuk menaikkan temperatur bahan bakar sekelilingnya hingga mencapai temperatur penyalaan, maka proses akan berlangsung lebih cepat (atau makin dipercepat), sehingga bila pembakaran telah terjadi, maka bahan bakar akan terbakar terus. Berapa tebalnya lapisan batubara di atas rangka bakar yang seharusnya, adalah tergantung dari besarnya butiran-butiran batubara. Makin kecil butiranbutiran bahan bakar, lapisan bahan bakar makin tipis.


Pada lapisan yang tipis dari bahan bakar yang sedikit mengandung gasgas, terdapat cukup O2 di dalam gas asap di atasnya, yang mampu untuk membakar gas-gas yang dihasilkan dari destilasi kering bahan bakar. Untuk jenis batubara berupa gas coal dan cooking coal, bunga apinya agak pendek, temperatur penguraian gas dan panas pembakaran dari gas-gasnya adalah lebih tinggi, susunan gas-gasnya lebih banyak mengandung zat air-arang, sehingga dengan kecepatan perubahan dari C ke CO yang terbatas, menyebabkan bunga api menyala lebih terang dibandingkan dengan jenis-jenis batubara muda lainnya, namun pembentukan jelaganya juga lebih banyak. Kokas yang terbentuk agak sukar terbakar. Unsur-unsur api yang mungkin timbul di bahan bakar dapat menyebabkan banyak warna ketika pembakaran. Di samping ini, warna dari suatu nyala api adalah bergantung pada perbandingan bahan bakar dengan udara.

Tabel 2.4 Warna nyala api Color Carmine Red

Chemical Lithium Chloride Strontium Chloride

Orange

Calcium Chloride (a bleaching powder)

Sodium Chloride (table salt) or Sodium Carbonate Yellowish Green Borax Green Copper Sulfate Blue Copper Chloride 3 parts Potassium Sulfate Violet 1 part Potassium Nitrate (saltpeter) Purple Potassium Chloride White Magnesium Sulfate (Epsom salts) Sumber : http://zenstoves.net/">Zen Backpacking Stoves Yellow


Cahaya dari nyala hidrokarbon adalah dari energi yang dilepaskan oleh elektron dari yang rendah sampai batas yang tertinggi selama proses pembakaran. Energi yang dilepas bergantung pada frekuensi dari cahaya dan warna nyala api. Warna nyala merah menunjukan energi yang dihasilkan rendah dan frekuensi yang rendah. Warna nyala kuning menunjukan energi dan frekuensi yang dihasilkan sedang, sedangkan warna nyala hijau, orange, biru dan violet adalah energi dan frekuensi yang dihasilkan tinggi. Biasanya pembakaran bahan bakar padat selalu dihasilkan nyala api berwarna kuning.

2.5

Prinsip-Prinsip Pengeringan

Pada umumnya, pengering (drying) zat padat berarti pemisahan sejumlah kecil zat atau zat cair lain dari bahan padat, sehingga mengurangai kandungan sisa zat cair di dalam zat padat itu sampai suatu nilai rendah yang dapat diterima. Zat padat yang akan dikeringkan biasanya terdapat dalam berbagai bentuk serpih (flake), bijian (granule), kristal (crystal), serbuk (powder), lempeng (slab), atau lembaran senambung (continuous sheet) dengan sifat-sifat yang mungkin sangat berbeda satu sama lain. Beberapa hal yang harus dipertimbangkan dalam prinsip pengeringan diantaranya adalah laju pengeringan, pola suhu di dalam pengering, perpindahan kalor dalam pengering, perpindahan massa di dalam pengering, efisiensi pengeringan.

2.5.1 Laju Pengeringan Pada gambar dibawah ini menunjukan kurva laju pengeringan, tipikal “textbook”, yang menggambarkan perioda laju pengeringan tetap di awal, dimana Daniel Romatua : Kajian Eksperimental Pengaruh Pengurangan Kadar Air Terhadap Nilai Kalor Pada Bahan Bakar Padat, 2007. USU Repository © 2009

N = Nc = tetap. Perioda laju tetap ditentukan sepenuhnya oleh laju pindahan panas dan masssa eksternal karena suatu lapisan tipis air bebas selalu tersedia pada permukaan penguapan(2, hal : 10) .

Gambar 2.1 Laju pengeringan vs Kadar air (sumber : Sakamon Devahastin ”Panduan Praktis Mujumdar Untuk Pengeringan Industrial” hal : 13)

2.5.2 Pola Suhu Di Dalam Pengering

Gejala perubahan suhu di dalam pengering bergantung pada sifat bahan umpan dan kandungan zat cairnya, suhu medium pamanas, waktu pengeringan, serta suhu akhir yang diperbolehkan dalam pengeringan zat padat itu. Namun, pola itu ada kesamaannya antara satu pengering dengan pengering lain. Dalam pengering kontinu, setiap parikel atau elemen zat padat itu mengalami suatu siklus yang serupa dengan gambar dibawah ini., selama dalam proses dari masuk pengering sampai keluar. Dalam proses keadaan-stedi suhu pada setiap pengering titik di dalam pengering kontinu selalu konstan, tetapi berubah disepanjang pengering(6, hal : 252).


Gambar 2.2 Pola suhu di dalam pengering (sumber : Warren L.Mccabe ”Operasi Teknik Kimia” hal : 252)

2.5.3 Perpindahan Kalor Di Dalam Pengeringan

Jika pada suatu benda terdapat gradien suhu (Temperatur Gradient), maka menurut pengalaman akan terjadi perpindahan energi dari bagian bersuhu tinggi kebagian bersuhu rendah. Dapat dikatakan bahwa energi berpindah secara konduksi berbanding dengan gradien suhu normal : q ∂T ~ A ∂x

( 2.10 )

Jika dimasukkan konstanta proposionalitas atau tetapan kesebandingan, maka : q = −kAr

∂T ∂x

( 2.11 )

Untuk bidang selinder seperti pipa digunakan persamaan Fourier. Luas bidang aliran kalor dalam sistem silinder menjadi q r = −2πkrL

dT dr

( 2.12 )

di mana Ar = 2πrL

q

q

Daniel Romatua : Kajian Eksperimental Pengaruh Pengurangan Kadar Air Terhadap Nilai Kalor Pada Bahan Bakar Padat, 2007. USU Repository © 2009 dr r

ri ro

L

Ti

To

Rth =

ln(ro / ri ) 2πkL

Gambar 2.3 Aliran kalor satu-dimensi melalui silinder bolong dan analogi listriknya

atau Dengan kondisi batas T = Ti pada r = ri T = To pada r = ro Maka, persamaannya untuk bidang selinder menjadi

q=−

2πkL(To − Ti ) ln(ro / ri )

( 2.13 )

di mana : k

: konduktifitas panas pipa

L

: panjang pipa

Ti

: suhu permukaan dalam pipa

To

: suhu permukaan luar pipa

ro

: jari-jari luar pipa

ri

: jari-jari dalam pipa

Kalor yang diberikan kepada pengering dengan tujuan sebagai berikut : a. Memanaskan umpan ( zat padat dan zat cair ) sampai suhu penguapan. b. Menguapkan zat cair. c. Memanaskan zat padat sampai suhu akhirnya. d. Memanaskankan uap sampai suhu akhirnya.


Dalam

perhitungan

pengeringan

juga

berlaku

persamaan

dasar

perpindahan kalor yaitu perpindahan kalor per satuan volume pengering. ____

q = hA ∆T

( 2.14 )

di mana : h

= koefisien perpindahan panas

V

= luas perpindahan kalor

____

∆T

= beda suhu

Untuk menghitung koefisien konveksi yang ditimbulkan kotak heater sampai pada tungku diperlukan beberapa parameter yaitu Bilangan Reynold dan Bilangan Nusselt. Untuk menentukan parameter diatas harus diketahui dari sifat-sifat fluida dengan suhu rata-rata yang sudah ditentukan.

2.5.4 Perpindahan Massa Di Dalam Pengering

Dalam semua pengeringan di mana gas di alirkan atau melalui zat padat, perpindahan massa selalu terjadi dari permukaan zat padat ke dalam gas, dan kadang-kadang melalui saluran-saluran pedalaman yang terdapat di dalam zat padat.

2.5.5

Efisiensi Pengeringan

Efisiensi operasi pengeringan dapat ditentukan sebagai perbandingan panas yang secara teoritis dibutuhkan untuk menghasilkan panas laten penguapan air yang telah dikeringkan, dengan penggunaan panas yang sebenarnya di dalam alat pengeringan. Efisiensi keseluruhan termasuk juga kehilangan energi pada sisi Daniel Romatua : Kajian Eksperimental Pengaruh Pengurangan Kadar Air Terhadap Nilai Kalor Pada Bahan Bakar Padat, 2007. USU Repository © 2009

pemanasan dan oleh karena itu efisiensi ini didasarkan pada jumlah panas yang dapat diperoleh bahan bakar yang dibakar untuk menghasilkan panas.

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Kondisi dan Waktu Pengujian


Pengujian eksperimental ini dilaksanakan di Laboratorium Teknologi Mekanik Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Pengujian eksperimental ini dilakukan pada musim kemarau dengan kondisi suhu lingkungan yang berada pada Laboratorium Teknologi Mekanik Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara yaitu dengan suhu sekitar 30oC.

3.2

Diagram Jaringan Kerja

Diagram jaringan kerja penelitian dapat dilihat pada gambar 3.1. Secara terperinci diagram tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut : Pengumpulan Dan Pengolahan Bahan Baku 1. Bahan Penelitian - Serabut - Cangkang - Sekam padi 2. Pengolahan Pencacahan atau menghaluskan serabut, cangkang dan sekam padi menjadi serbuk setelah melalui proses pengeringan yang selanjutnya digunakan untuk menganalisa nilai kalor dengan menggunakan alat uji bomb kalorimeter.

Permasalahan : Kajian Eksperimental Pengaruh Pengurangan Kadar Air Terhadap Nilai Kalor Pada Bahan Bakar Padat

Pengumpulan Bahan Baku : Serabut, Cangkang Dan Sekam Padi Daniel Romatua : Kajian Eksperimental Pengaruh Pengurangan Kadar Air Terhadap Nilai Kalor Pada Bahan Bakar Padat, 2007. USU Repository © 2009

Pembuatan Alat Pengering

Melakukan Pengujian `

1. Pengeringan Bahan Bakar

2. Bomb Kalorimeter

Data Hasil Pengujian

Analisa Data

Selesai

Gambar 3.1 Diagram jaringan kerja penelitian

3.3

Pembuatan Alat Pengering Dalam pembuatan alat pengering yang digunakan untuk mengeringkan

bahan bakar serabut, cangkang dan sekam padi untuk mengeringkan bahan bakar. Dalam pembuatannya sederhana. Bahan yang digunakan dalam pembuatan alat pengering ini sangat mudah didapat di toko-toko besi. Bahan yang digunakan mencakup beberapa bahan antara lain :


a. Seng atau plat berbentuk lembaran yang akan dipotong-potong menjadi beberapa bagian. b. Kawat jaring yang sisi-sisinya diberi plat yang digunakan untuk alas serabut, cangkang dan sekam padi. c. Mesin las. d. Pipa besi untuk menyalurkan udara panas kedalam alat pengering yang ditempatkan pada sisi plat. e. Glasswool yang digunakan untuk mengisolasi permukaan pengering dan pipa.

3.4

Pengujian Alat Pengering

Dalam proses pengujian alat pengering ini yang digunakan untuk mengeringkan bahan bakar padat yaitu serabut, cangkang dan sekam padi yang memiliki kadar air. Maka, untuk mendapatkan nilai kalor yang optimum sebagai perubahan kadar air dalam pengujian ini, akan dilakukan pengeringan dengan menggunakan sistem pengering berjenis fluidized bed dryer untuk mengurangi kadar air yang terkandung pada serabut, cangkang dan sekam padi. Sebelum melakukan pengujian hal yang harus dikerjakan adalah 1. Mengumpulkan kurang lebih 15 kg untuk masing-masing bahan bakar serabut, cangkang kelapa sawit dan sekam padi. 2. Mempersiapkan alat-alat yang akan digunakan. 3. Mempersiapkan data sheet.


Gambar 3.2 Skematik alat pengujian

Keterangan : 1. Blower 2. Saluran Pipa Udara 3. Kotak Heater 4. Pipa Tempat Termokopel 5. Tungku Pengering 6. Termokopel tipe K 7. Kabel 8. Inverter 9. Termometer


a. Tungku Pengering Berfungsi sebagai tempat untuk mengeringkan bahan bakar.


b. Pemanas (heater) Berfungsi sebagai memanaskan udara. Spesifikasi pemanas : •

Tipe pemanas berbentuk sirip (finned heater).

•

Daya sebesar 1000 Watt.

c. Blower Berfungsi sebagai pendorong udara masuk ke dalam alat pengering. Spesifikasi blower : •

Daya : 370 Watt

•

Putaran : 2800/3500 rpm

d. Termometer

Berfungsi sebagai mengukur suhu udara panas pada titik yang sudah ditentukan. Spesifikasi Termometer : •

Range

: -50 sampai 350 oC (-58 sampai 662 oF)

•

Tipe sensor

: Termokopel tipe K (-50 oC sampai 1300 oC)

•

Resolution

: 0,1 derajat atau 1 derajat

•

Laser

: Laser merah, sebesar 1 mW, EN60825

e. Inverter Berfungsi sebagai pengatur kecepatan udara pada blower. g. Stopwatch Stopwatch digunakan untuk mencatat waktu yang dibutuhkan proses pengering. Daniel Romatua : Kajian Eksperimental Pengaruh Pengurangan Kadar Air Terhadap Nilai Kalor Pada Bahan Bakar Padat, 2007. USU Repository © 2009

Bahan •

Bahan bakar padat Bahan bakar padat yang akan diuji disini yaitu : a. Serabut kelapa sawit b. Cangkang kelapa sawit c. Sekam padi

Gambar 3.3 Cangkang kelapa sawit

Gambar 3.4 Serabut kelapa sawit

Gambar 3.5 Sekam padi

3.4.2 Prosedur Pengujian Pengeringan

Permulaan pengujian : 1. Mencatat temperatur udara. Daniel Romatua : Kajian Eksperimental Pengaruh Pengurangan Kadar Air Terhadap Nilai Kalor Pada Bahan Bakar Padat, 2007. USU Repository © 2009

2. Mengukur nilai kalor sebelum dikeringkan dengan bomb kalorimeter. Hal yang dikerjakan : 1. Mengatur waktu dengan menggunakan stopwatch

selama proses

pengeringan dengan waktu pengeringan 1, 3, 5, 7.5, 10, 15, 20, 30, 40 menit. 2. Untuk setiap waktu yang ditentukan, ulangi untuk menghitung kembali nilai kadar air dan nilai kalor dari masing-masing bahan bakar. Untuk percobaan ini dilakukan pengulangan sebanyak 2 kali tiap bahan bakar yang akan di uji. Pada gambar 3.7 menunjukan diagram alir dari pengujian alat pengering yang akan dilakukan.

3.4.3

Prosedur Penentuan Kadar air

Untuk masing-masing bahan bakar yang akan di uji sebelum dan sesudah pengeringan dilakukan penentuan kadar air sebagai berikut : Kadar Air (KA) = Mo - Mt di mana : Mo

= Berat kadar air total yang terkandung dalam 100 gram bahan.

Mt

= Berat kadar air yang terkandung dalam 100 gram bahan setelah dengan waktu pengeringan yang ditentukan. Untuk menentukan berat kadar air total yang terkandung dalam 100 gram

bahan atau Mo adalah 1. Berat contoh bahan yang akan diuji ditimbang untuk memperoleh berat awal.


2. Bahan dikeringkan sampai tidak mengandung air sehingga diperoleh berat tetap. 3.5

Pengujian Nilai Kalor

Pengujian nilai kalor ini dilakukan untuk mengetahui nilai kalori dari suatu bahan bahan bakar. Dalam pengujian ini dilakukan 5 kali pengujian untuk setiap bahan.


Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdapat di Laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin USU. •

Bomb Kalorimeter Berfungsi sebagai alat untuk mengukur nilai kalor dari bahan yang akan diuji.

•

Elektromotor yang dilengkapi pengaduk untuk mengaduk air pendingin.

•

Stop watch.

•

Timbangan untuk menimbang bahan bakar.


Gambar 3.6 Bomb calorimeter

Bahan •

Bahan bakar padat

Bahan bakar padat yang akan diuji disini yaitu : a. Serabut kelapa sawit b. Cangkang kelapa sawit c. Sekam padi •

Tabung gas yang berisi oksigen

3.5.2 Prosedur Pengujian Nilai Kalor

Diagram alir untuk pengujian nilai kalor bahan bakar yang dilakukan dalam percobaan ini dapat dilihat pada Gambar 3.8


Mulai a • •

Mengukur kadar air masing-masing bahan bakar sebelum dimasukkan kedalam pengering Mengukur nilai kalor masing- masing bahan bakar dengan bomb kalorimeter.

Menganalisa data

Selesai • •

•

Menghidupkan heater Menghidupkan blower dan mengatur kecepatan blower dengan inverter Mengatur suhu untuk proses pengering agar konstan 120oC

Pada saat suhu ruang konstan : Memasukkan bahan bakar serabut, cangkang dan sekam padi dengan waktu pengeringan 1, 3, 5, 7.5, 10, 15, 20, 30, 40 menit

•

•

Mengukur kembali kadar air masing-masing bahan bakar sesudah dimasukkan kedalam pengering. Mengukur kembali nilai kalor masing- masing bahan bakar sesudah dimasukkan kedalam pengering dengan bomb kalorimeter

Mengulangi percobaan untuk tiap-tiap bahan bakar yang akan diuji sebanyak 2 kali dengan waktu pengeringan yang sudah ditetapkan


a

Gambar 3.7 Diagram alir pengujian pengeringan

Mulai

 Berat sampel bahan bakar 0,20 gram  Volume air pendingin: 1250 ml  Tekanan oksigen 30 Bar

Melakukan pengadukan terhadap air pendingin selama 5 menit

Mencatat temperatur air pendingin T1 (oC)

Menyalakan bahan bakar

Melanjutkan pengadukan terhadap air pendingin selama 5 menit

Mencatat temperatur air pendingin T2 (oC)

Menghitung HHV bahan bakar :

Daniel Romatua : Kajian Eksperimental Pengaruh Pengurangan Kadar Air Terhadap Nilai Kalor Pada Bahan HHV = (T2 – T1 – Tkp) × Cv × 1000 ( J/kg ) Bakar Padat, 2007. USU Repository © 2009

Selesai Gambar 3.8 Diagram alir pengujian nilai kalor

BAB 4 HASIL ANALISA PENGUJIAN

4.1 Analisa Nilai Kalor Bahan Bakar Sebelum Dikeringkan Analisa Nilai Kalor Pada Serabut Kelapa Sawit

Data hasil pengujian nilai kalor bahan bakar sebelum dimasukkan ke dalam alat pengering adalah sebesar : Hasil Pengujian : Tabel 4.1 Data temperatur air pendingin sebelum dan sesudah pengujian untuk serabut kelapa sawit No. Pengujian 1 2 3 4 5

b

T1 (ºC) 24,89 25,50 26,03 26,56 26,98

T2 (ºC) 25,30 25,85 26,42 26,91 27,35

Analisa nilai kalor pada serabut dengan menggunakan persamaan 2.8 didapat nilai HHV : T1

= 24,89 ºC

T2

= 25,30 ºC

HHVserabut = 27205,952 kJ/kg Daniel Romatua : Kajian Eksperimental Pengaruh Pengurangan Kadar Air Terhadap Nilai Kalor Pada Bahan Bakar Padat, 2007. USU Repository © 2009

Dengan menggunakan metode yang sama, dilakukan untuk menghitung nilai kalor pada masing-masing bahan bakar pada pengujian kedua hingga kelima. Selanjutnya untuk memperoleh harga nilai kalor rata–rata bahan bakar digunakan persamaan 2.9 : HHVrata - rata = HHVpengujain = 24558,8864 kJ/kg Untuk nilai kalor pada pengujian pertama hingga kelima, nilai kalor rata–rata dan kadar air serabut kelapa sawit dapat dilihat pada Tabel 4.2 berikut ini

Tabel 4.2 Data serabut kelapa sawit sebelum dimasukkan ke dalam pengering No. Pengujian

HHV (kJ/kg)

HHV rata-rata (kJ/kg)

Kadar air (%)

1 2 3 4 5

27205,952 22794,176 25735,360 22794,176 24264,768

24558,8864

17,7

Analisa Nilai Kalor Pada Cangkang Kelapa Sawit

Data hasil pengujian nilai kalor bahan bakar sebelum dimasukkan ke dalam alat pengering adalah sebesar : Hasil Pengujian :

Tabel 4.3 Data temperatur air pendingin sebelum dan sesudah pengujian untuk cangkang kelapa sawit No. Pengujian 1 2 3 4 5

T1 (ºC) 25,17 25,64 26,04 26,1 26,53

T2 (ºC) 25,58 26,02 26,43 26,51 26,9


Analisa nilai kalor pada cangkang, dengan menggunakan persamaan 2.8 didapat nilai HHV : T1

= 25,17 ºC

T2

= 25,58 ºC

HHVcangkang = 27205,952 kJ/kg Dengan menggunakan metode yang sama, dilakukan untuk menghitung nilai kalor pada masing-masing bahan bakar pada pengujian kedua hingga kelima. Selanjutnya untuk memperoleh harga nilai kalor rata–rata bahan bakar digunakan persamaan 2.9 : HHVrata - rata = HHVpengujain = 25882,4192 kJ/kg untuk nilai kalor pada pengujian pertama hingga kelima, nilai kalor rata–rata dan kadar air cangkang kelapa sawit dapat dilihat pada Tabel 4.4 berikut ini.

Tabel 4.4 Data cangkang kelapa sawit sebelum dimasukkan ke dalam pengering No Pengujian

HHV (kJ/kg)


Kadar air (%)

1 2 3 4 5

20588,288 17647,104 16176,512 20588,288 21323,584

25882,4192

23,4

Analisa Nilai Kalor Pada Sekam Padi

Data hasil pengujian nilai kalor bahan bakar sebelum dimasukkan ke dalam alat pengering adalah sebesar :

Hasil Pengujian : Daniel Romatua : Kajian Eksperimental Pengaruh Pengurangan Kadar Air Terhadap Nilai Kalor Pada Bahan Bakar Padat, 2007. USU Repository © 2009

Tabel 4.5 Data temperatur air pendingin sebelum dan sesudah pengujian untuk sekam padi No. Pengujian 1 2 3 4 5

T1 (ºC) 26,89 27,16 27,45 27,65 27,89

T2 (ºC) 27,21 27,44 27,71 27,97 28,22

Analisa nilai kalor pada sekam padi, dengan menggunakan persamaan 2.8 didapat nilai HHV : T1

= 26,89 ºC

T2

= 27,21 ºC

HHVsekam padi = 20588,288 kJ/kg Dengan menggunakan metode yang sama, dilakukan untuk menghitung nilai kalor pada masing-masing bahan bakar pada pengujian kedua hingga kelima. Selanjutnya untuk memperoleh harga nilai kalor rata–rata bahan bakar digunakan persamaan 2.9 : HHVrata - rata = HHVpengujain = 19264,7552 kJ/kg Untuk nilai kalor pada pengujian pertama hingga kelima, nilai kalor rata–rata dan kadar air sekam padi dapat dilihat pada Tabel 4.6 berikut ini. Tabel 4.6 Data sekam padi sebelum dimasukkan ke dalam pengering No Pengujian

HHV (KJ/Kg)


Kadar air (%)

1 2 3 4 5

27205,952 22794,176 25735,360 22794,176 24264,768

19264,7552

12,7


4.2 Analisa Nilai Kalor Bahan Bakar Sesudah Dikeringkan

Analisa yang dilakukan setelah bahan bakar dikeringkan berdasarkan waktu interval yang diberikan dan suhu dalam tungku pengering sekitar 120 ºC maka, dilakukan pengukuran kembali pada masing-masing bahan bakar yang meliputi kadar air dan nilai kalor.

4.2.1 Analisa Nilai Kalor Pada Serabut Kelapa Sawit Perhitungan pada 1 (satu) menit untuk pengujian pertama dan kedua Analisa nilai kalor pada serabut kelapa sawit pada pengujian pertama, dengan menggunakan persamaan 2.8 : T1

= 28,81 ºC

T2

= 28,41 ºC

HHVserabut = 26470,656 kJ/kg Tabel 4.7 Data temperatur air pendingin sebelum dan sesudah pengujian untuk pengujian pertama No. pengujian

1 2 3 4 5

T1 (ºC)

T2 (ºC)

HHV (kJ/kg)

28,41 25,8 26,41 26,99 27,56

28,81 26,23 26,84 27,41 27,96

26470,656 28676,544 28676,544 27941,248 26470,656

Untuk pengujian kedua dapat digunakan cara yang sama untuk menentukan nilai kalor dari serabut kelapa sawit. Menghitung nilai kalor tinggi (HHV rata-rata) pada masing-masing bahan bakar pada pengujian pertama dan kedua digunakan persamaan 2.9 : Daniel Romatua : Kajian Eksperimental Pengaruh Pengurangan Kadar Air Terhadap Nilai Kalor Pada Bahan Bakar Padat, 2007. USU Repository © 2009

HHVrata - rata = 27647,13 kJ/kg Untuk nilai kalor pada pengujian pertama dan kedua dengan waktu pengeringan 1, 3, 5, 7.5, 10, 15, 20, 30, 40 menit, nilai kalor tinggi rata–rata (HHV rata-rata) dan kadar air serabut kelapa sawit dapat dilihat pada lampiran 1.

4.2.2 Analisa Nilai Kalor Pada Cangkang Kelapa Sawit Perhitungan pada 1 (satu) menit untuk pengujian pertama dan kedua Analisa nilai kalor pada cangkang kelapa sawit pada pengujian pertama, dengan menggunakan persamaan 2.8 didapat nilai HHV : T1

= 27,88 ºC

T2

= 28,27 ºC

HHVcangkang = 25770,3636 kJ/kg Tabel 4.8 Data temperatur air pendingin sebelum dan sesudah pengujian untuk pengujian pertama

No. pengujian

T1 (ºC)

T2 (ºC)

HHV (kJ/kg)

1 2 3 4 5

27,88 25,48 26 26,52 26,94

28,27 25,92 26,43 26,92 27,37

25770,36 29451,84 28715,544 26506,656 28715,544

Untuk pengujian kedua dapat digunakan cara yang sama untuk menentukan nilai kalor dari cangkang kelapa sawit. Menghitung nilai kalor tinggi


(HHV rata-rata) pada masing-masing bahan bakar pada pengujian pertama dan kedua digunakan persamaan 2.9 : HHVrata - rata = 27831,99 kJ/kg Untuk nilai kalor pada pengujian pertama dan kedua dengan waktu pengeringan 1, 3, 5, 7.5, 10, 15, 20, 30, 40 menit, nilai kalor tinggi rata–rata (HHV rata-rata) dan kadar air cangkang kelapa sawit dapat dilihat pada lampiran 2.

4.2.3 Analisa Nilai Kalor Pada Sekam Padi Perhitungan pada 1 (satu) menit untuk pengujian pertama dan kedua Analisa nilai kalor pada sekam padi pada pengujian pertama, dengan menggunakan persamaan 2.8 didapat nilai HHV : T1

= 26,89 ºC

T2

= 27,21 ºC

HHVsekam padi = 20588,29 kJ/kg

Tabel 4.9 Data temperatur air pendingin sebelum dan sesudah pengujian untuk pengujian pertama No. pengujian

T1 (ºC)

T2 (ºC)

HHV (kJ/kg)

1 2 3 4 5

26,89 27,16 27,45 27,65 27,89

27,21 27,44 27,71 27,97 28,22

20588,29 17647,1 16176,51 20588,29 21323,58

Untuk pengujian kedua dapat digunakan cara yang sama untuk menentukan nilai kalor dari sekam padi. Menghitung nilai kalor tinggi (HHV

rata-


rata)

pada masing-masing bahan bakar pada pengujian pertama dan kedua

digunakan persamaan 2.9 : HHVrata - rata = 19264,755 kJ/kg Untuk nilai kalor pada pengujian pertama dan kedua dengan waktu pengeringan 1, 3, 5, 7.5, 10, 15, 20, 30, 40 menit, nilai kalor tinggi rata–rata (HHV rata-rata) dan kadar air sekam padi dapat dilihat pada lampiran 3.

Analisa yang didapat dari gambar 4.1 adalah bahwa pada kadar air 14,9% pada menit ke-1 terlihat nilai kalor HHV sebesar 27500.07 kJ/kg dan akan terus naik sampai 29558,9 kJ/kg ini terjadi pada kadar air 7,7% menit ke-10. Disini dapat dilihat bahwa nilai kalor tertinggi terjadi pada kadar air 7,7% menit ke-10 dengan nilai kalor 29558,9 kJ/kg.

HHV (kJ/kg)

HHV vs kadar air 31500 28000 24500 21000 17500 14000 10500 7000 3500 0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

kadar air (%)

Gambar 4.1 Grafik pengeringan kadar air terhadap nilai kalor pada serabut Hal ini disebabkan : •

Lama waktu yang diberikan sehingga kadar air yang terkandung pada serabut sudah berkurang.


•

Bila secara teori kenaikan nilai kalor juga dipengaruhi oleh kandungan bahan yang mudah menguap (volatile matter) karena volatile matter mempengaruhi kesempurnaan pembakaran dan intensitas nyala api di dalam serabut. Selanjutnya pada kadar air 7,4% sampai 5% dapat dilihat pada gambar 4.1,

grafik mulai menurun sedangkan kadar air berkurang ini terjadi pada menit ke-15 sampai menit ke-40. Hal ini disebabkan pada saat pengujian pengujian pengering berlangsung gas-gas yang terkandung atau meterial yang terdapat didalamnya menguap bersama dengan udara, dan pada saat pengujian bomb kalorimeter unsur kimia yang terdapat pada serabut tidak terbakar secara sempurna sehingga menyebabkan nilai kalor menurun.

Analisa yang didapat dari gambar 4.2 bahwa kadar air 15,7% pada menit ke-1 terlihat nilai kalor HHV sebesar 27831,99 kJ/kg akan terus naik sampai 30482,65 kJ/kg ini terjadi pada kadar air 11,9% menit ke-7,5. Disini dapat dilihat bahwa nilai kalor tertinggi terjadi pada kadar air 11,9% menit ke-7,5 dengan nilai kalor 30482,65 kJ/kg.

HHV (kJ/kg)

HHV vs kadar air 32000 28000 24000 20000 16000 12000 8000 4000 0 0

2

4

6

8 10 12 kadar air (%)

14

16

18

Gambar 4.2 Grafik pengeringan kadar air terhadap nilai kalor pada cangkang Daniel Romatua : Kajian Eksperimental Pengaruh Pengurangan Kadar Air Terhadap Nilai Kalor Pada Bahan Bakar Padat, 2007. USU Repository © 2009

Hal ini disebabkan : •

Lama waktu yang diberikan sehingga kadar air yang terkandung pada cangkang sudah berkurang.

•

Bila secara teori kenaikan nilai kalor juga dipengaruhi oleh kandungan bahan yang mudah menguap (volatile matter) karena volatile matter mempengaruhi kesempurnaan pembakaran dan intensitas nyala api di dalam cangkang. Selanjutnya pada kadar air 11,4% sampai 2,4% dapat dilihat pada gambar

4.2, grafik mulai menurun sedangkan kadar air berkurang ini terjadi pada menit ke-10 sampai menit ke-40. Hal ini disebabkan pada saat pengujian pengujian pengering berlangsung gas-gas yang terkandung atau meterial yang terdapat didalamnya menguap bersama dengan udara, dan pada saat pengujian bomb kalorimeter unsur kimia yang terdapat pada serabut tidak terbakar secara sempurna sehingga menyebabkan nilai kalor menurun.

Analisa yang didapat dari gambar 4.3 bahwa pada kadar air 8,5% pada menit ke-1 terlihat nilai HHV sebesar 20441,23 kJ/kg dan akan terus naik sampai 25441,24 kJ/kg ini terjadi pada kadar air 7,7% menit ke-5. Disini dapat dilihat bahwa nilai kalor tertinggi terjadi pada kadar air 7,7% menit ke-10 dengan nilai kalor 25441,24 kJ/kg.


LHV vs kadar air

HHV (kJ/kg)

28000 24500 21000 17500 14000 10500 7000 3500 0 0

2

4 6 kadar air (%)

8

10

Gambar 4.3 Grafik pengeringan kadar air terhadap nilai kalor pada sekam padi Hal ini disebabkan : •

Lama waktu yang diberikan sehingga kadar air yang terkandung pada sekam padi sudah berkurang.

•

Bila secara teori kenaikan nilai kalor juga dipengaruhi oleh kandungan bahan yang mudah menguap (volatile matter) karena volatile matter mempengaruhi kesempurnaan pembakaran dan intensitas nyala api di dalam sekam padi. Selanjutnya pada kadar air 7,4% sampai 4,3% dapat dilihat pada gambar

4.6, grafik mulai menurun sedangkan kadar air berkurang ini terjadi pada menit ke-7,5 sampai menit ke-40. Hal ini disebabkan pada saat pengujian pengering berlangsung gas-gas yang terkandung atau meterial yang terdapat didalamnya menguap bersama dengan udara, dan pada saat pengujian bomb kalorimeter unsur kimia yang terdapat pada serabut tidak terbakar secara sempurna sehingga menyebabkan nilai kalor menurun

4.3 Laju Pindahan Panas


Pembahasan laju pindahan panas pada konstruksi alat pengering pada bahan bakar padat kotak heater dan tungku pengering. Pengukuran temperatur pada alat pengering bahan bakar padat dengan menggunakan termometer infrared. Termometer ini digunakan untuk mengukur temperatur dari bagian-bagian tungku pengering dan kotak heater. Besarnya koefisien konveksi yang ditimbulkan heater dapat dihitung dengan menentukan sifat-sifat fluida pada suhu rata-rata.

4.3.1 Laju Pindahan Panas Pada Kotak Heater Laju aliran udara didalam pipa : V pipa =

=

πdn 60

3,14 × 0,04 × 2800 60

= 5,86 m/s Laju aliran udara di dalam kotak heater : Vheater =

Apipa Aheater

V pipa

di mana : Apipa

= luas penampang pipa

Aheater = luas penampang kotak heater

7,917 × 10 −4 Maka : Vheater = × 5,86 0,116 = 0,04 m/s Sifat-sifat udara diukur pada suhu rata-rata T f =

30 + 90 = 60oC atau 333 K 2

(lampiran 5) dengan interpolasi didapat :


υ

= 19,0362 m2/ s

k

= 0,0287414 W/m2 oC

µ

= 1,9972 × 10-5 kg/m.s

Pr

= 0,70074

Terlebih dahulu menentukan bilangan Reynold yaitu Re =

Vheater D

υ

Bilangan Reynold adalah

Re =

(0,04 × 0,336232) = 706,51

(yang berarti alirannya laminar)

19,0362 × 10 −6

Bilangan Nusselt adalah 13

D  Nu = 1,86 (Pr Re)  h   L  13

 µ     µw 

0 ,14

di mana :

µ

= viskositas yang diukur pada suhu film ( Tf = 333 K )

µw

= viskositas yang diukur pada suhu dinding ( Tw = 77oC = 350 K )

Maka : Nu = 1,86 [ (0.70074)(706,51) ]

13

13

 0,336232     0,4 

 1,9972 × 10 −5    −5  2 , 075 10 ×  

0 ,14

= 13,8 Maka, koefisien konveksi adalah hx = =

k Nu D

0,0287414 × 13,8 0,33623

= 1,18 W/m2 oC laju pindahan panas berdasarkan persamaan 2.14 adalah : Dengan Aheater = luas permukaan heater = 2[(0,29 × 0,4) + (0,4 × 0,4) + (0,4 × 0,29)] = 0,784 m2 Daniel Romatua : Kajian Eksperimental Pengaruh Pengurangan Kadar Air Terhadap Nilai Kalor Pada Bahan Bakar Padat, 2007. USU Repository © 2009

q = 1,18 × 0,784 × (90 − 30 )

Maka :

= 55,5072 W

4.3.2 Laju Pindahan Panas Pada Tungku

Laju aliran udara di dalam tungku : Vtungku =

Apipa Atungku

V pipa

di mana : Apipa

= luas penampang pipa

Aheater = luas penampang tungku =

7,917 × 10 −4 × 5,86 0,2

= 0,029 m/s Sifat-sifat udara diukur pada suhu rata-rata T f =

90 + 50 = 70oC atau 343 K 2

(lampiran 5) dengan interpolasi didapat :

υ = 20,0502 × 10 -5 m2/s

k = 0,02949 W/m2 oC

Pr = 0,69854

µ = 2,0429 × 10-5 kg/m.s

Terlebih dahulu menentukan bilangan Reynold yaitu

Re =

Vtungku D

υ

Bilangan Reynold adalah

Re =

(0,029 × 0,4) 20,0502 × 10 −6

= 578,547

(yang berarti alirannya laminar)

Bilangan Nusselt adalah


13

D  Nu = 1,86 (Pr Re)  h   L  13

 µ     µw 

0 ,14

di mana :

µ

= viskositas yang diukur pada suhu film ( Tf = 343 K )

µw

= viskositas yang diukur pada suhu dinding ( Tw = 45oC = 318 K )

Maka : Nu = 1,86 [ (0,69854)(578,547 )]

13

13

 0,4     0,4 

 2,0429 × 10 −5    −5   1,9288 × 10 

0 ,14

= 13,86 Maka, koefisien konveksi adalah hx = =

k Nu D

0,02949 × 13,86 0,4

= 1,02 W/m2 oC laju pindahan panas berdasarkan persamaan 2.14 adalah Dengan Atungku = luas permukaan tungku = 2[(0,5 × 0,4) + (0,4 × 0,4) + (0,4 × 0,5)] = 1,12 m2 Maka : q = 1,02 × 1,12 × (90 − 50 ) = 45,696 W


BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

1. Untuk nilai kalor yang paling tinggi adalah cangkang kelapa sawit dengan Nilai Kalor Tinggi (HHV) adalah 30482,65 kJ/kg, kemudian diikuti dengan


serabut kelapa sawit dan sekam padi dengan masing-masing nilai kalor 29558,9 kJ/kg dan 25441,24 kJ/kg. 2. Pada cangkang kelapa sawit, peningkatan nilai kalor dimulai dari 27831,99 kJ/kg dengan pengurangan kadar air 7,7% dengan lama waktu pengeringan satu menit sampai dengan 30482,654 kJ/kg dengan pengurangan kadar air 9,9% dengan lama waktu pengeringan lima menit, ini merupakan nilai kalor tertinggi untuk cangkang kelapa sawit. 3. Pada serabut kelapa sawit, peningkatan nilai kalor dimulai dari 27500,07 kJ/kg dengan pengurangan kadar air 2,8% dengan waktu satu menit sampai dengan 29558,9 kJ/kg dengan pengurangan kadar air 10% dengan lama waktu pengeringan sepuluh menit, ini merupakan nilai kalor tertinggi untuk serabut kelapa sawit. 4. Pada sekam padi, peningkatan nilai kalor dimulai dari 20441,229 kJ/kg dengan pengurangan kadar air 4,2% dengan lama waktu pengeringan satu menit sampai dengan 25441,242 kJ/kg dengan pengurangan kadar air 5% dengan lama waktu pengeringan lima menit. ini merupakan nilai kalor tertinggi untuk serabut kelapa sawit. 5. Peningkatan nilai kalor yang terjadi pada bahan bakar disebabkan karena adanya proses pengeringan sehingga kadar air yang terkandung berkurang, kadungan kimia yang terdapat pada bahan bakar tersebut dan ukuran partikel dari bahan, kadar abu, dan zat-zat yang mudah menguap (valatile mattter).

5.2 Saran


1.

Alat yang digunakan dalam pengering ini masih sangat sederhana, karena alat yang dirancang hanya untuk melihat karakteristik atau perubahan kadar air bahan bakar yang diuji, oleh karena itu untuk mendapatkan hasil yang lebih baik dalam penelitian ini diharapkan alat yang digunakan lebih modern guna mendapatkan hasil yang bagus.

2.

Diharapkan bahan bakar padat yang digunakan lebih bervariasi jenisnya dan usahakan agar kondisinya basah untuk serabut dan cangakng agar mendapatkan perbandingan dengan bahan bakar lainnya.

DAFTAR PUSTAKA

1. Archie W. Culp, Jr., Prinsip-Prinsip Konversi Energi diterjemahkan oleh Darwin Sitompul, Erlangga, Jakarta, 1989.


2. Devahastin, Sakamon, Panduan Praktis Mujumdar untuk Pengeringan Industrial, diterjemahkan oleh Armansyah H. Tambunan, IPB PERS, Bogor, 2001. 3. Earle, R.L., Satuan Operasi Dalam Pengolahan Pangan, diterjemahkan oleh Zein Nasution, Sastra Hudaya, 1982. 4. Goodger, E.M., Combustion Calculation : Theory, Worked Examples & Problems. The Macmillan Press LTD, 1977. 5. Keey, R.B., Introduction to Industrial Draying Operations, Pergamon Press, 1978. 6. L. McCabe, Warren, Julian C. Smith, and Pater Harriot, Operasi Teknik Kimia jilid 2 ed. keempat diterjemahkan oleh E. Jasjfi, Erlangga, 1993. 7. Muin, Syamsiar A., Pesawat-pesawat Konversi Energi (Ketel uap), Rajawali Pers., Jakarta, 1988. 8. Mujumdar, Arun S., Hand Book of Industrial Draying, Second Edition vol. 1 dan 2, New York, 1995. 9. Holman,

J.P.,

Perpindahan

Kalor

cetakan

kedua

ed.

keenam,

diterjemahkan oleh E. Jasjfi, Erlangga, 1991. 10. Rangkuti,

Chalilullah,

Panduan

Praktikum

Bom

Kalorimeter,

Laboratorium Motor Bakar Teknik Mesin USU, Medan, 1996. 11. Sharma, S. P, Chander Mohan, Fuel and Combustion, McGraw-Hill, India, 1984. 12. Sukandarrumidi,

Batubara

dan

Pemanfaatanya

:

PENGANTAR

TEKNOLOGI BATUBARA MENUJU LINGKUNGAN BERSIH, Gajah Mada University Press, 2006. Daniel Romatua : Kajian Eksperimental Pengaruh Pengurangan Kadar Air Terhadap Nilai Kalor Pada Bahan Bakar Padat, 2007. USU Repository © 2009

13. http://www.eprints.ums.ac.id 14. http://www.chemeng.ui.ac.id


LAMPIRAN

LAMPIRAN 1 SERABUT KELAPA SAWIT Data keseluruhan hasil pengujian serabut kelapa sawit untuk pengujian pertama Waktu Pengujian (menit)

T1 (ºC)

T2 (ºC)

HHV (kJ/kg)

HHV ratarata (kJ/Kg)

Kadar air (%)


28.41 25.8 26.41 26.99 27.56 25.66 26.26 26.84 27.34 27.84 25.22 24.46 25.11 25.69 26.26 26.86 27.35 27.8 28.24 24.93 25.04 25.71 26.31 26.88 27.37 25.51 26.1 26.65 27.16 27.64

28.81 26.23 26.83 27.41 27.96 26.09 26.69 27.22 27.76 28.26 25.52 24.91 25.56 26.15 26.69 27.27 27.78 28.21 28.63 25.4 25.51 26.15 26.76 27.3 27.8 25.96 26.54 27.08 27.59 28.04

26470.656 28676.544 27941.248 27941.248 26470.656 28676.544 28676.544 25000.064 27941.248 27941.248 19117.696 30147.136 30147.136 30882.432 28676.544 31617.728 29411.84 30147.136 27941.248 28676.544 31617.728 29411.84 30147.136 27941.248 28676.544 30147.136 29411.84 28676.544 28676.544 26470.656

Waktu Pengujian (menit)

T1 (ºC)

T2 (ºC)

HHV (kJ/kg)


Kadar air (%)

20

25.70 26.27 26.74 27.19 27.61

26.15 26.66 27.15 27.58 28

30147.136 25735.36 27205.952 25735.36 25735.36

26911,834

6,3

1

3

5

7,5

10

15

27500.07

14,9

27647.13

12,7

27794.189

11,5

28088,307

9,4

29558.9

7,7

28676,544

7,4


30

40

26.69 26.04 26.53 26.96 27.36 24.42 24.89 25.37 25.83 26.27

27.03 26.44 26.94 27.35 27.75 24.79 25.28 25.77 26.21 26.65

22058.88 26470.656 27205.952 25735.36 25735.36 24264.768 25735.36 26470.656 25000.064 25000.064

25441,242

5,7

25294,182

5

Data keseluruhan hasil pengujian serabut kelapa sawit untuk pengujian kedua Waktu Pengujian (menit) 1

T1 (ºC)

T2 (ºC)

HHV (kJ/kg)

26.42

26.81

25735.36

HHV ratarata (kJ/Kg) 27353.0112

Kadar air (%) 14,9


26.8 27.41 26.98 27.56 26.66 27.26 27.83 24.34 24.84 26.23 26.46 27.11 26.69 28.26 26.86 27.35 27.8 28.24 24.93 26.04 26.71 27.31 27.88 28.37 26.51 27.1 27.65 25.16 25.64

27.23 27.84 27.4 27.95 27.09 27.69 28.22 24.76 25.26 26.52 26.92 27.55 27.16 28.69 27.27 27.78 28.21 28.63 25.4 26.5 27.15 27.75 28.3 28.78 26.96 27.49 28.08 25.59 26.03

28676.54 28676.54 27941.25 25735.36 28676.54 28676.54 25735.36 27941.25 27941.25 18382.4 30882.43 29411.84 31617.73 28676.54 27205.95 28676.54 27205.95 25735.36 31617.73 30882.43 29411.84 29411.84 27941.25 27205.95 30147.14 25735.36 28676.54 28676.54 25735.36


T1 (ºC)

T2 (ºC)

20

25.70 26.27 26.74 27.19 27.61

26.15 26.66 27.15 27.58 28

3

5

7,5

10

15

27794.1888

12,7

27794.1888

11,5

28088.3072

9,4

28970.6624

7,7

27794.1888

7,4

HHV (kJ/kg)


Kadar air (%)

30147.14 25735.36 27205.95 25735.36 25735.36

26911.8336

6,3


30

40

25.69 26.03 26.54 26.94 27.35 25.42 25.89 26.37 26.83 27.21

26.05 26.44 26.94 27.37 27.75 25.79 26.28 26.77 27.21 27.65

23529.47 27205.95 26470.66 28676.54 26470.66 24264.77 25735.36 26470.66 25000.06 29411.84

26470.656

5,7

26176.5376

5

LAMPIRAN 2 CANGKANG KELAPA SAWIT Data keseluruhan hasil pengujian cangkang kelapa sawit untuk pengujian pertama



HHV rata-rata (kJ/Kg)

Kadar air (%)

27831.989

15,7

28126.507

15,2

30482.654

13,5

30040.877

11,9

29746.358

11,4

29599.099

10,5

HHV (kJ/kg)


Kadar air (%)

31660.728 29451.84 29451.84

29451.84

9,9

T1 (ºC)

T2 (ºC)

HHV (kJ/kg)

27.88 25.48 26 26.52 26.94 26.71 27.18 27.61 27.99 28.36 27.37 25.4 25.99 26.52 27.02 25.19 25.8 26.37 26.89 27.36 26.38 26.84 27.24 27.66 27.99 26.42 26.86 26.77 27.17 27.53

28.27 25.92 26.43 26.92 27.37 27.15 27.61 28.02 28.41 28.77 27.81 25.87 26.45 26.97 27.47 25.67 26.24 26.82 27.33 27.79 26.84 27.28 27.69 28.09 28.43 26.89 27.29 27.22 27.6 27.96

25770.36 29451.84 28715.544 26506.656 28715.544 29451.84 28715.544 27242.952 27979.248 27242.952 29451.84 31660.728 30924.432 30188.136 30188.136 32397.024 29451.84 30188.136 29451.84 28715.544 30924.432 29451.84 30188.136 28715.544 29451.84 31660.728 28715.544 30188.136 28715.544 28715.544


T1 (ºC)

T2 (ºC)

20

24.74 25.35 25.92

25.21 25.79 26.36

1

3

5

7,5

10

15


30

40

26.44 26.9 24.60 24.19 24.9 25.42 25.92 25.23 25.79 25.09 25.58 26.02

26.85 27.34 25.06 24.62 25.33 25.86 26.36 25.7 26.26 25.53 25.99 26.42

27242.952 29451.84 30924.432 28715.544 28715.544 29451.84 29451.84 31660.728 31660.728 29451.84 27242.952 26506.656

29451.84

6,6

29304.581

2,4

Data keseluruhan hasil pengujian cangkang kelapa sawit untuk pengujian kedua



1

3

5

7,5

10

15


T1 (ºC)

T2 (ºC)

HHV (kJ/kg)

25.88 26.48 26.99 27.52 27.94 25.71 26.18 26.61 26.99 28.36 25.37 26.4 27 27.52 28.02 25.19 25.8 26.37 26.89 27.36 26.38 26.84 27.24 27.66 27.99 25.42 26.86 26.77 27.17 27.53

26.27 26.92 27.43 27.92 28.36 26.15 26.6 27.02 27.41 28.77 25.81 26.87 27.45 27.97 28.47 25.67 26.24 26.82 27.33 27.79 26.84 27.28 27.69 28.09 28.43 25.89 27.29 27.22 27.6 27.96

25770.36 29451.84 29451.84 26506.656 27979.248 29451.84 27979.248 27242.952 27979.248 27242.952 29451.84 31660.728 30188.136 30188.136 30188.136 32397.024 29451.84 30188.136 29451.84 28715.544 30924.432 29451.84 30188.136 28715.544 29451.84 31660.728 28715.544 30188.136 28715.544 28715.544

T1 (ºC)

T2 (ºC)

HHV (kJ/kg)


Kadar air (%)

27831.989

15,7

27979.248

15,2

30335.395

13,5

30040.877

11,9

29746.358

11,4

29599.099

10,5


Kadar air (%)


20

30

40

25.74 26.35 26.92 27.44 27.9 27.61 25.19 25.89 26.42 26.92 25.23 25.79 25.09 25.58 26.02

26.21 26.79 27.36 27.85 28.34 28.06 25.62 26.33 26.86 27.35 25.7 26.26 25.53 25.99 26.42

31660.728 29451.84 29451.84 27242.952 29451.84 30188.136 28715.544 29451.84 29451.84 28715.544 31660.728 31660.728 29451.84 27242.952 26506.656

29451.84

9,9

29304.581

6,6

29304.581

2,4

LAMPIRAN 3 SEKAM PADI Daniel Romatua : Kajian Eksperimental Pengaruh Pengurangan Kadar Air Terhadap Nilai Kalor Pada Bahan Bakar Padat, 2007. USU Repository © 2009

Data keseluruhan hasil pengujian sekam padi untuk pengujian pertama Waktu Pengujian (menit)

1

3

5

7,5

10

15

T1 (ºC)

T2 (ºC)

HHV (kJ/kg)

26.88 27.16 27.45 27.64 27.88 26.62 26.93 27.23 27.51 27.77 23.97 24.49 24.94 25.43 25.85 26.23 26.61 26.93 27.19 24.94 25.52 25.93 26.26 26.57 26.85 24.81 25.19 25.56 25.91 26.25

27.21 27.46 27.72 27.98 28.23 26.93 27.25 27.54 27.8 28.07 24.31 24.82 25.26 25.76 26.18 26.56 26.93 27.23 27.48 25.31 25.85 26.27 26.58 26.88 27.15 25.12 25.49 25.87 26.24 26.6

21323.58 19117.7 16911.81 22058.88 22794.18 19852.99 20588.29 19852.99 18382.4 19117.7 22058.88 21323.58 20588.29 21323.58 21323.58 21323.58 20588.29 19117.7 18382.4 24264.77 21323.58 22058.88 20588.29 19852.99 19117.7 19852.99 19117.7 19852.99 21323.58 22794.18


Kadar air (%)

20441.229

8,5

23529.472

7,9

25441.242

7,7

24558.886

7,4

24705.946

6,7

24558.886

6,5



20

30

40

T1 (ºC)

T2 (ºC)

HHV (kJ/kg)

26.56 26.85 27.15 27.36 27.65 27.10 25.5 25.88 26.23 26.51 24.72 25.13 25.5 25.88 26.24

26.89 27.19 27.41 27.68 27.98 27.41 25.81 26.18 26.52 26.83 25.02 25.38 25.82 26.19 26.56

21323.58 22058.88 16176.51 20588.29 21323.58 19852.99 19852.99 19117.7 18382.4 20588.29 19117.7 15441.22 20588.29 19852.99 20588.29


Kadar air (%)

23529.472

6

23382.413

4,7

23235.354

4,3


Data keseluruhan hasil pengujian sekam padi untuk pengujian kedua Waktu Pengujian (menit)

1

3

5

7,5

10

15

T1 (ºC)

T2 (ºC)

HHV (kJ/kg)

26.88 27.16 27.45 27.64 27.88 25.62 25.92 26.23 26.51 26.77 24.95 25.47 25.92 26.41 26.82 26.19 26.57 26.9 27.19 27.47 25.46 25.83 26.26 26.57 26.85 25.83 26.19 26.56 26.92 27.24

27.21 27.46 27.76 27.98 28.23 25.93 26.25 26.54 26.81 27.06 25.29 25.8 26.24 26.74 27.14 26.52 26.88 27.19 27.48 27.86 25.78 26.19 26.58 26.88 27.15 26.12 26.49 26.87 27.23 27.6

21323.58 19117.7 19852.99 22058.88 22794.18 19852.99 21323.58 19852.99 19117.7 18382.4 22058.88 21323.58 20588.29 21323.58 20588.29 21323.58 19852.99 18382.4 18382.4 25735.36 20588.29 23529.47 20588.29 19852.99 19117.7 18382.4 19117.7 19852.99 19852.99 23529.47


Kadar air (%)

21029.466

8,5

23676.531

7,9

25294.182

7,7

24411.827

7,4

24853.005

6,7

24117.709

6,5



20

30

40

T1 (ºC)

T2 (ºC)

HHV (kJ/kg)

27.56 28.9 25.15 25.42 25.77 27.10 25.5 25.88 26.23 26.51 24.72 25.13 25.5 25.88 26.24

27.89 29.23 25.4 25.72 26.13 27.41 25.81 26.18 26.52 26.83 25.02 25.38 25.82 26.19 26.56

21323.58 21323.58 15441.22 19117.7 23529.47 19852.99 19852.99 19117.7 18382.4 20588.29 19117.7 15441.22 20588.29 19852.99 20588.29


Kadar air (%)

23235.354

6

23382.413

4,7

23235.354

4,3


LAMPIRAN 4 NILAI KALOR BAHAN PADAT DAN CAIR A. Nilai Kalor Bahan Bakar Padat

Fuel

Higher Calorific Value (Gross Calorific Value - GCV) kJ/kg

Btu/lb

Anthracite

32.500 – 34.000

14.000 – 14.500

Bituminous coal

17.000 – 23.250

7.300 – 10.000

Charcoal

29.600

12.800

Coal

15.000 – 27.000

8.000 – 14.000

Coke

28.000 – 31.000

12.000 – 13.500

Lignite

16.300

7.000

Peat

13.800 – 20.500

5.500 – 8.800

Semi anthracite

26.700 – 32.500

11.500 – 14.000

Wood (dry)

14.400 – 17.400

6.200 – 7.500


B. Nilai Kalor Bahan Bakar Cair Bahan bakar komersil

Propana (LPG) Butana Gasolin Gasolin Alkohol (denatured) Bahan bakar Jet aviasi Bahan bakar Jet aviasi Minyak tanah Minyakdiesel (1-D) Minyakdiesel (2-D) Minyakdiesel (4-D) B.b. minyak no.1 B.b. minyak no.2 B.b. minyak no.4 B.b. minyak no.5 B.b. minyak no.6

Berat molekul

44 58 113 126

154 170 184 198

Gravitasi Jenis, o API

Titik Nilai pembakaran nyala, atas, (HHV) o F kJ/kg

112,5 103,1 70,0 60,0

0 0

50.400 49.590 47.590 47.120

48,0

170

29.770

45,0

110

46.050

50,0 40,0 30,2 22,2 15,8 42,0 34,0 22,5 18,0 14,5

130 100 125 130 100 100 130 130 150

46.010 45.940 44.750 44.450 43.800 46.070 45.260 43.280 47.170 42.330

Biaya relatif, Biaya/Satuan energi 122 118 167 144

116

118 100 76 60 51


LAMPIRAN 5 KONDUKTIVITAS PANAS BERBAGAI BAHAN PADA 0 oC Bahan

W/m2 oC

Btu/h.ft oF

410 385 202 93 73 43 35 16,3

237 223 117 54 42 25 20,3 9,4

41,6 4,15 2,08 – 2,94 1,83 0,78 0,17 0,059 0,038

24 2,4 1,2 – 1,7 1,06 0,45 0,096 0,034 0,022

Logam Perak (murni) Tembaga (murni) Aluminium (murni) Nikel (murni) Besi (murni) Baja karbon, 1% C Timbal (murni) Baja krom-nikel (18% Cr, 8% Ni) Bukan Logam Kuarsa (sejajar sumbu) Magnesit Marmar Batu pasir Kaca, jendela Kayu mapel atau ek Serbuk gergaji Wol kaca Zat Cair Air-raksa Air Amonia Minyak lumas, SAE 50 Freon 12, CCL2F2

8,21 0,556 0,540 0,147 0,073

4,74 0,327 0,312 0,085 0,042

Hidrogen Helium Udara Uap air (jenuh) Karbon dioksida

0,175 0,141 0,024 0,0206 0,0146

0,101 0,081 0,0139 0,0119 0,00844

Gas


TUGAS SARJANA MESIN KONVERSI ENERGI KAJIAN EKSPERIMENTAL PENGARUH PENGURANGAN KADAR AIR TERHADAP NILAI KALOR PADA BAHAN BAKAR PADAT

Recommend Documents