Optimasi Mutu Briket Arang Campuran Cangkang Bintaro (Cerbera Odollam Gaertn) Dan Tempurung Kelapa Dengan Metode Respon Permukaan.

OPTIMASI MUTU BRIKET ARANG CAMPURAN
CANGKANG BINTARO (Cerbera odollam Gaertn) DAN
TEMPURUNG KELAPA DENGAN METODE RESPON
PERMUKAAN

SUGIYONO

DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER
INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Optimasi Mutu Briket
Arang Campuran Cangkang Bintaro (Cerbera odollam Gaertn) dan Tempurung
Kelapa dengan Metode Respon Permukaan adalah benar karya saya dengan
arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada
perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya
yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam

teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada
Institut Pertanian Bogor.
Bogor,

Februari 2015

Sugiyono
NIM F34100136

ABSTRAK
SUGIYONO. Optimasi Mutu Briket Arang Campuran Cangkang Bintaro
(Cerbera odollam Gaertn) dan Tempurung Kelapa dengan Metode Respon
Permukaan. Dibimbing oleh SAPTA RAHARJA dan GUSTAN PARI.
Briket arang merupakan salah satu alternatif bahan bakar yang memiliki
potensial besar untuk dikembangkan. Ketersediaan cangkang bintaro dan
tempurung kelapa di lingkungan sangatlah melimpah bahkan seringkali tidak
termanfaatkan dengan baik. Tujuan penelitian ini untuk menentukan kondisi
optimal pembuatan briket arang campuran cangkang bintaro dan tempurung
kelapa, menganalisis pengaruh antar faktor, dan menentukan harga pokok

produksi briket arang. Variabel faktor yang dianalisis yaitu konsentrasi arang
cangkang bintaro dalam campuran (X1) 30, 40, dan 50% , suhu karbonisasi (X2)
350, 400, dan 450 0C , dan konsentrasi perekat tapioka (X3) 3, 4, dan 5%.
Penelitian ini menggunakan Central Composite Design (CCD) dengan variabel
respon yaitu kadar air, kadar zat menguap, kadar abu, dan nilai kalor. Pengujian
tambahan yang dilakukan yaitu kerapatan, keteguhan tekan, dan kadar karbon
terikat. Solusi optimum yang direkomendasikan oleh program Design Expert 7.0.0
untuk keempat respon tersebut adalah konsentrasi arang cangkang bintaro 37.6%,
suhu karbonisasi 430 0C, dan konsentrasi perekat tapioka 3.4% dengan nilai
desirability 0.924. Hasil yang diperoleh yaitu nilai kerapatan 0.55 g/cm3,
keteguhan tekan 2.28 kg/cm2, kadar air 1.09%, kadar zat menguap 28.31%, kadar
abu 5.87%, kadar karbon terikat 65.82%, dan nilai kalor 6835 kal/g. Harga pokok
produksi briket arang adalah Rp 27 923 per kg.
Kata kunci: briket arang, cangkang bintaro, tempurung kelapa, metode respon
permukaan

ABSTRACT
SUGIYONO. Optimation of Quality Charcoal Briquette from Mixture (Cerbera
odollam Gaertn) and Coconut Shells with Response Surface Method. Supervised
by SAPTA RAHARJA and GUSTAN PARI.

Charcoal briquette is an alternative fuel that has great potential to be
developed. Availability of Cerbera odollam Gaertn and coconut shells are very
abundant around and not utilized properly. The aims of the study was to determine
the optimal conditions for charcoal briquette from two materials, analyse
influence of factors, and determine main cost of production charcoal briquette.
Variables factor that be examined are the concentration of charcoal Cerbera
odollam Gaertn shells on mixture (X1) 30, 40, and 50%, carbonization
temperature (X2) 350, 400, and 450 0C, and the concentration of starch adhesive
(X3) 3, 4, and 5%. The study use the Central Composite Design (CCD) with the
response variable, namely moisture content, volatile matter, ash content, and
calorific value. The additional tests, namely the density, compressive strenght, and
fixed carbon content. Optimal solution that recommended by Design Expert 7.0.0
program to fourth of variable response are concentration of charcoal Cerbera
odollam Gaertn shells at 37.6%, carbonization temperature at 430 0C, and
concentration of starch adhesive at 3.4% by 0.924 desirability value. The results
obtained by the density value 0.55 g/cm3, compressive strength 2.28 kg/cm2,
moisture content 1.09%, volatile matter 28.31%, ash content 5.87%, fixed carbon
content 65.82%, and calorific value 6835 cal/g. The main cost of production
charcoal briquette was Rp 27 923 /kg.
Keywords: charcoal briquettes, Cerbera odollam Gaertn shells, coconut shells,

response surface method

OPTIMASI MUTU BRIKET ARANG CAMPURAN
CANGKANG BINTARO (Cerbera odollam Gaertn) DAN
TEMPURUNG KELAPA DENGAN METODE RESPON
PERMUKAAN

SUGIYONO

Skripsi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknologi Pertanian
Pada
Departemen Teknologi Industri Pertanian

DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015

Judul Skripsi : Optimasi Mutu Briket Arang Campuran Cangkang Bintaro
(Cerbera odollam Gaertn) dan Tempurung Kelapa dengan Metode
Respon Permukaan
Nama
: Sugiyono
NIM
: F34100136

Disetujui oleh

Dr Ir Sapta Raharja, DEA
Pembimbing I

Prof (R) Dr Gustan Pari, M.Si
Pembimbing II

Diketahui oleh

Prof Dr Ir Nastiti Siswi Indrasti

Ketua Departemen

Tanggal Lulus

:

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhannahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga skripsi ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih
dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Agustus 2014 ini ialah briket
arang, dengan judul Optimasi Mutu Briket Arang Campuran Cangkang Bintaro
(Cerbera odollam Gaertn) dan Tempurung Kelapa dengan Metode Respon
Permukaan.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Dr Ir Sapta Raharja, DEA dan Prof
(R) Dr Gustan Pari, M.Si serta Alm. Prof Dr Ir Endang Gumbira Sa’id, MA.Dev
selaku pembimbing yang telah memberikan ilmu dan arahan selama penyusunan
skripsi, Bapak Mahfudin teknisi di Laboratorium Kimia dan Energi, Pusat
Penelitian dan Pengembangan Keteknikan Kehutanan dan Pengolahan Hasil
Hutan Bogor atas kesediaannya dalam membantu penulis selama melaksanakan

penelitian serta rekan-rekan seperjuangan Departemen Teknologi Industri
Pertanian 47, Paguyuban KSE IPB, dan IKMP atas semangat dan bantuan yang
diberikan selama penulis menempuh pendidikan. Di samping itu, penghargaan
penulis sampaikan untuk Ayahanda Suwarno, Ibunda Sarmini, adik Suhartono,
kakak Budiyono, kakak Mulyono sekeluarga, dan keluarga besar serta seluruh
teman-teman di kampung halaman atas doa dan kasih sayangnya.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.

Bogor, Februari 2015

Sugiyono

DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL

i

DAFTAR GAMBAR

i

DAFTAR LAMPIRAN

i

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan Penelitian
Manfaat Penelitian
Ruang Lingkup Penelitian

1
1
2
2
2
2

METODE

Bahan
Alat
Waktu dan Tempat Penelitian
Metode Penelitian

3
3
3
3
3

HASIL DAN PEMBAHASAN
Penelitian Pendahuluan
Rancangan Kombinasi Faktor dan Respon
Analisis Kombinasi Faktor dan Optimasi Respon Permukaan
Analisis Kombinasi Faktor Terhadap Respon Kadar Air
Analisis Kombinasi Faktor Terhadap Respon Kadar Zat Menguap
Analisis Kombinasi Faktor Terhadap Respon Kadar Abu
Analisis Kombinasi Faktor Terhadap Respon Nilai Kalor
Validasi Kondisi Optimum

Analisis Pengujian Kerapatan
Analisis Pengujian Keteguhan Tekan
Analisis Pengujian Kadar Karbon Terikat
Penentuan Harga Pokok Produksi Briket Arang

6
6
8
9
10
13
15
18
21
22
23
24
25

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan
Saran

25
25
26

DAFTAR PUSTAKA

27

LAMPIRAN

30

RIWAYAT HIDUP

40

DAFTAR TABEL
1
2
3
4
5

Rancangan desain rentang dan level variabel bebas
Desain matrik percobaan dan hasil respon
Data hasil karbonisasi bahan baku
Hasil analisis komposisi kimia arang bintaro dan tempurung kelapa
Perbandingan nilai respon prediksi solusi optimasi dengan nilai aktual

5
5
7
8
21

DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

Alat pirolisis, kempa hidrolik briket arang dan calorimeter parr 6400
Diagram alir tahapan penelitian
Arang cangkang bintaro (kiri) dan tempurung kelapa (kanan)
Nilai kalor optimum pada suhu karbonisasi 400 0C
Nilai kadar abu optimum pada konsentrasi arang bintaro 40% dalam
campuran
Grafik kontur respon permukaan kadar air briket arang
Grafik 3D-surface respon permukaan kadar air briket arang
Grafik kontur respon permukaan kadar zat menguap briket arang
Grafik 3D-surface respon permukaan kadar zat menguap briket arang
Grafik kontur respon permukaan kadar abu briket arang
Grafik 3D-surface respon permukaan kadar abu briket arang
Grafik kontur respon permukaan nilai kalor briket arang
Grafik 3D-surface respon permukaan nilai kalor briket arang
Plot histogram hasil pengujian kerapatan briket arang
Plot histogram hasil pengujian keteguhan tekan briket arang
Plot histogram hasil pengujian kadar karbon terikat briket arang

3
4
7
8
9
11
12
14
14
17
17
19
20
22
23
24

DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
7
8

Prosedur analisis kimia bahan baku dan mutu briket arang
Prosedur pembuatan briket arang
Data hasil penelitian
Hasil analisis ANOVA respon kadar air
Hasil analisis ANOVA respon kadar zat menguap
Hasil analisis ANOVA respon kadar abu
Hasil analisis ANOVA respon nilai kalor
Hasil pengujian kerapatan, keteguhan tekan, dan kadar karbon terikat
briket arang
9 Data analisis perhitungan harga pokok produksi briket arang

30
32
33
34
35
36
37
38
39

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Krisis energi merupakan salah satu isu yang saat ini merebak diberbagai
belahan negara termasuk Indonesia. Ketidakseimbangan antara permintaan energi
dengan ketersediannya di alam yang semakin menipis, menjadikan persoalan
mengenai energi menjadi sektor yang sangat penting untuk dikembangkan.
Kementerian ESDM dalam bukunya Indonesia Energi Outlook (2013), mengatakan
bahwa permintaan energi yang harus dipenuhi berdasarkan sektornya yaitu BBM
34.6%, batubara 13.9%, gas atau LPG 15.2%, listrik 9.3%, dan biomassa 26.8%.
Permintaan ini akan terus meningkat sejalan dengan pertumbuhan ekonomi,
penduduk, dan kebijakan yang ditetapkan oleh pemerintah. Pertumbuhan rata-rata
permintaan energi diperkirakan sebesar 4.7% per tahun selama tahun 2011-2030.
Masing-masing sektor energi tersebut memiliki kelebihan dan kelemahan dalam
penggunaanya.
Menurut Erwandi (2005) penggunaan energi dari bahan bakar fosil memiliki
beberapa kelemahan yaitu merusak lingkungan, bersifat tidak terbarukan
(nonrenewable) dan tidak berkelanjutan (unsuistainable). Apalagi harga bahan
bakar fosil yang cenderung tidak stabil dan seringkali mengalami kenaikan. Oleh
karena itu, perlu ditemukannya alternatif sumber bahan bakar yang bersifat tidak
merusak lingkungan, terbarukan dan berkelanjutan, murah serta memiliki kualitas
energi yang sama baiknnya dengan sumber bahan bakar fosil.
Briket arang merupakan salah satu alternatif bahan bakar yang memiliki
potensial besar untuk dikembangkan. Briket arang dapat dibuat dari berbagai
macam jenis limbah biomassa agroindustri seperti produk samping pembuatan
minyak kelapa sawit, produk samping pembuatan biodiesel jarak pagar dan
bintaro, produk samping pengolahan kelapa dan limbah pertanian lainnya. Pada
umumnya biomassa yang digunakan adalah biomassa yang memiliki nilai
ekonomis rendah atau hasil ekstraksi produk primer (El Bassam dan Maegaard
2004). Pertumbuhan sektor agroindustri yang semakin meningkat dapat berpotensi
meningkatkan limbah yang dihasilkan baik saat proses produksi bahan baku
maupun proses pengolahannya. Melimpahnya limbah yang tidak termanfaatkan
sangat erat kaitannya dengan potensi pencemaran lingkungan sehingga perlu dicari
solusi dalam penanganan limbah tersebut.
Pada industri pengolahan minyak biodiesel biji bintaro, limbah padat terbesar
yang dihasilkan adalah cangkang buah bintaro. Buah bintaro terdiri atas kulit buah
24.08%, cangkang 58.81%, kulit biji 8.55%, dan biji 8.57% (Utami 2011).
Keberadaan cangkang buah bintaro yang melimpah ini dapat dimanfaatkan sebagai
bahan baku untuk membuat briket arang. Sedangkan pada industri pengolahan
kelapa maupun penjual kelapa di pasar tradisional, seringkali kita jumpai limbah
padat berupa tempurung kelapa yang keberadaannya juga sangat melimpah dengan
nilai ekonomis yang rendah. Menurut Agustina (2007), potensi limbah biomassa
jenis tempurung kelapa di Indonesia sebesar 150 kg/ton kelapa yang dihasilkan.
Penggunaan limbah tempurung kelapa dilakukan sebagai langkah dalam
pemanfaatan dan peningkatan nilai ekonomis limbah padat yang banyak terdapat di
pasar tradisional Bogor. Selain itu, pemberian tempurung kelapa pada variasi bahan
baku briket arang diharapkan dapat menciptakan briket arang dengan nilai kalor

2
yang cukup tinggi dan kualitas yang baik. Untuk meningkatkan nilai kalor dari
biomassa tersebut maka dilakukan proses karbonisasi terlebih dahulu.
Briket arang yang dihasilkan diharapkan dapat menjadi substitusi penggunaan
bahan bakar fosil. Pada penelitian ini briket arang dibuat dengan menganalisis
pengaruh konsentrasi arang cangkang bintaro dalam campuran, suhu karbonisasi,
dan konsentrasi perekat tapioka yang digunakan. Dalam rangka memaksimalkan
mutu briket arang dengan kualitas baik, perlu dilakukan optimalisasi faktor-faktor
yang berpengaruh. Kondisi operasi optimum dalam pembuatan briket arang dapat
ditentukan dengan metode Respon Surface Methodology (RSM). Dengan metode
ini dapat diketahui kombinasi kondisi proses yang cukup baik untuk menghasilkan
mutu briket arang terbaik. Di samping itu, dalam metode RSM ini juga ditinjau
pengaruh interaksi antar variabelnya (Giovanni1983 dalam Erawati 2013).

Perumusan Masalah
Masalah yang diteliti dalam penelitian ini adalah mengoptimasi kualitas
briket arang campuran arang bintaro dan tempurung kelapa dengan RSM, menguji
pengaruh dari variabel bebas (faktor) terhadap variabel respon, dan menguji
kualitas briket arang hasil optimasi dengan mengacu pada SNI 01-6235-2000 serta
menentukan harga pokok produksi (HPP) briket arang secara sederhana.

Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengoptimasi kualitas briket arang
campuran arang bintaro dan tempurung kelapa dengan RSM, menganalisis
pengaruh variabel faktor terhadap variabel respon, dan menentukan harga pokok
produksi briket arang secara sederhana.

Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan ilmu pengetahuan baru tentang
optimasi mutu briket arang dari campuran cangkang bintaro dan tempurung kelapa
terhadap pembaca. Memberikan informasi dan pengembangan mengenai
pemanfaatan limbah cangkang bintaro dan tempurung kelapa serta analisis
ekonomis sederhana briket arang. Bagi institusi hasil penelitian ini dapat dijadikan
sebuah karya ilmiah dengan inovasi baru.

Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini difokuskan untuk mengoptimasi kualitas briket arang yang
dihasilkan, menganalisis pengaruh variabel faktor (konsentrasi arang cangkang
bintaro, suhu karbonisasi, dan konsentrasi perekat tapioka) terhadap variabel respon
(kadar air, kadar zat menguap, kadar abu, dan nilai kalor) yang mengacu pada SNI
01-6235-2000 dengan dibantu program Design Expert 7.0.0 (trial version) untuk
analisis data statistika serta menentukan harga pokok produksi briket arang secara
sederhana.

3

METODE
Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah cangkang buah bintaro
yang berasal dari sekitar kampus IPB Darmaga, tempurung kelapa yang berasal dari
pasar tradisional Bogor, air, dan tepung tapioka yang berasal dari daerah Kabupaten
Pati.
Alat
Alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain oven, gelas ukur, satu
unit alat pengarangan atau pirolisis, timbangan, loyang, pengaduk, alat kempa
hidrolik briket arang dengan tekanan 15 ton, tanur, alat disk mill, mortar, masker,
sarung tangan, universal testing machine merek Gebruder Amsler, Calorimeter
Parr 6400, jangka sorong, gegep, golok, cawan porselin, spidol, dan label.
Beberapa alat dapat dilihat pada Gambar 1.

(a)

(b)

(c)

Gambar 1 Alat pirolisis (a), kempa hidrolik briket arang (b) dan calorimeter
parr 6400 (c)
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan selama empat bulan mulai dari Agustus 2014
sampai November 2014. Penelitian dilakukan di Laboratorium Kimia dan Energi,
Pusat Penelitian dan Pengembangan Keteknikan Kehutanan dan Pengolahan Hasil
Hutan Bogor.
Metode Penelitian
Penelitian ini dilakukan dalam dua tahap, yaitu penelitian pendahuluan dan
penelitian utama. Penelitian pendahuluan terdiri atas persiapan bahan baku dan
analisis komposisi kimia bahan baku. Penelitian utama meliputi penentuan titik-titik
optimal dari berbagai jurnal maupun skripsi yang berkaitan, penentuan rancangan
kombinasi dari faktor-faktor yang digunakan, analisis kombinasi faktor, optimasi
permukaan, dan validasi kondisi optimal serta penentuan HPP briket arang.
Diagram alir tahap penelitian dapat dilihat pada Gambar 2.

4
Mulai

Penelitian Pendahuluan

Rancangan Kombinasi dan Respon

Analisis Kombinasi Faktor dan Optimasi Respon Permukaan

Validasi Kondisi Optimum

Penentuan HPP Briket Arang

Selesai
Gambar 2 Diagram alir tahapan penelitian
Penelitian Pendahuluan
Penelitian pendahuluan terdiri atas persiapan bahan baku dan analisis
komposisi kimia bahan baku. Bahan yang digunakan ada dua jenis yaitu cangkang
bintaro dan tempurung kelapa. Awalnya, kedua bahan tersebut diarangkan dengan
alat pirolisis. Suhu pengarangan disesuaikan dengan rancangan percobaan yang
digunakan. Arang dihaluskan dengan menggunakan mortar untuk jenis arang
bintaro dan alat disk mill untuk arang tempurung kelapa. Kemudian dilakukan
penyaringan dengan saringan 20 mesh. Selanjutnya dilakukan analisis komposisi
kimia yang meliputi kadar air, kadar zat menguap, kadar abu, dan kadar karbon
terikat. Prosedur analisis kimia bahan baku dan mutu briket arang disajikan pada
Lampiran 1.
Rancangan Kombinasi Variabel Faktor dan Respon
Desain percobaan yang digunakan adalah Central Composite Design (CCD)
dengan tiga variabel faktor, yaitu konsentrasi arang cangkang bintaro dalam
campuran (X1), suhu karbonisasi (X2), dan konsentrasi perekat tapioka (X3).
Sedangkan variabel respon yang dianalisis adalah kadar air (Y1), kadar zat menguap
(Y2), kadar abu (Y3), dan nilai kalor (Y4). Prosedur pembuatan briket arang dapat
dilihat pada Lampiran 2. Dari ketiga variabel tersebut ditentukan nilai-nilai tiap
level dan dibuat desain matriks untuk penentuan kondisi optimal setiap variabel
faktor/bebas. Pada percobaan dilakukan pengamatan yang berjumlah 20 sampel,
yang terdiri dari faktorial 23 ditambah dengan 6 titik pusat, dan 6 titik aksial. Nilai α

5
yang digunakan adalah 1.682. Nilai ketiga variabel bebas telah diketahui dari hasil
penelitian sebelumnya. Masing- masing peubah uji terdiri dari lima level dengan
rentang tertentu pada nilai setiap levelnya, rancangan desain rentang dan level
variabel bebas disajikan pada Tabel 1 sedangkan desain matriks percobaan dan
hasil respon dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 1 Rancangan desain rentang dan level variabel bebas
Faktor

Kode

Konsentrasi arang bintaro (% g)
Suhu karbonisasi (0C)
Konsentrasi perekat tapioka (% g)

X1
X2
X3

-1.682
23
316
2.3

Taraf
-1
0
1 +1.682
30
40
50
57
350 400 450
484
3
4
5
5.6

Tabel 2 Desain matriks percobaan dan hasil respon
Sampel
ke1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

X1
(% g)
0
0
0
0
-1
1.682
1
-1
1
0
0
0
1
0
-1
1
0
0
-1
-1.682

X2
(0C)
-1.682
0
0
1.682
-1
0
1
-1
-1
0
0
0
1
0
1
-1
0
0
1
0

X3
(% g)
0
-1.682
1.682
0
-1
0
1
1
1
0
0
0
-1
0
-1
-1
0
0
1
0

Y
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
Y8
Y9
Y10
Y11
Y12
Y13
Y14
Y15
Y16
Y17
Y18
Y19
Y20

Analisis Kombinasi Variabel Faktor dan Optimasi Respon Permukaan
Pengolahan data dilakukan dengan Design Expert 7.0.0 prosedurnya adalah
sebagai berikut:
1. Data variabel faktor dimasukkan pada rancangan CCD. Pengulangan data
dilakukan sebanyak enam kali untuk titik pusat.
2. Pendugaan awal model dilakukan dengan melihat bagian fit summary.
Bagian ini akan menentukan model polinomial yang disarankan (suggested)
oleh program.

6
3. Pada bagian analisis sidik ragam (ANOVA) dilihat kesesuaian model yang
terpilih. Model berpengaruh jika nilai p-value kurang dari 0.05 (peluang
kesalahan kurang dari 5%), sedangkan model bersifat tidak berpengaruh jika
nilainya lebih dari 0.1 (peluang kesalahan lebih dari 10 %). Selain model,
dianalisis juga p-value “Prob > F” pada lack of fit.
4. Selanjutnya dilakukan analisis R2 untuk mengetahui kuadrat korelasi antara
variabel yang digunakan sebagai predictor (X) dan variabel yang
memberikan respon (Y), R2 > 0.8 menunjukkan varian model bagus.
5. Setelah diperoleh model yang dianggap paling sesuai, program
menampilkan dalam sebuah contour plot (grafik dua dimensi) atau 3Dsurface.
6. Kemudian dilanjutkan dengan pengoptimalan titik variabel faktor dengan
melihat pada setiap varibel respon dan multi respon. Pada tahapan ini
ditentukan goal yang ingin dicapai, batasan dari goal, dan bobot
kepentingan.
7. Selanjutnya program menampilkan beberapa solusi optimasi dengan nilai
desirability yang berbeda. Solusi optimasi yang memiliki nilai desirability
mendekati 1 cenderung dipilih sebagai solusi terbaik.
Validasi Kondisi Optimum
Tahapan terakhir dalam penelitian ini yaitu validasi kondisi optimal pada
respon kadar air, kadar zat menguap, kadar abu, dan nilai kalor yang
direkomendasikan oleh program. Tahap validasi bertujuan untuk membuktikan nilai
respon dari solusi kombinasi faktor yang direkomendasikan. Setelah dilakukan
tahap pengujian kemudian hasil nilai respon aktual yang didapatkan dibandingkan
dengan nilai respon prediksi yang dihasilkan oleh program.
Analisis Ekonomi Sederhana HPP Briket Arang
Tahapan ini dilakukan dengan menghitung semua biaya yang dikeluarkan
untuk membuat briket arang dengan mutu briket optimal. Biaya yang dikeluarkan
tersebut, dihitung hanya untuk sekali produksi briket arang. Banyaknya hasil briket
arang yang dicetak dalam sekali produksi dihitung sebagai kapasitas produksi.
Setelah itu, dilakukan perhitungan untuk mendapatkan HPP briket arang.
Har a po o produ i

ia a e ap bia a ida e ap
apa i a produ i

HASIL DAN PEMBAHASAN
Penelitian Pendahuluan
Pada awal penelitian dilakukan proses karbonisasi bahan baku menjadi
arang. Karbonisasi adalah suatu proses pembakaran biomassa menggunakan alat
pirolisis dengan oksigen terbatas. Sisa dari pirolisis adalah arang dan sedikit abu
(Sulistyanto 2006). Bhattacharya et al. (1985) dalam Wijaya (2012) menambahkan

7
bahwa proses karbonisasi diawali dengan tahap pemanasan bahan organik yang
akan mengering. Jika suhu dinaikkan, maka bahan organik akan membusuk,
melepaskan beberapa bahan kimia organik, dan meninggalkan sisa yang terdiri dari
karbon murni. Data hasil karbonisasi bahan baku dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3 Data hasil karbonisasi bahan baku
Bahan baku arang

Satuan

Rendemen

Cangkang bintaro
Tempurung kelapa

%
%

20.18 – 44.64
31.07 – 48.88

Ada tiga jenis proses pirolisis, yaitu ringan (Torefaksi), lambat (karbonisasi),
dan pirolisis cepat. Menurut Hardianto et al. (2011), torefaksi adalah proses
perlakuan panas pada temperatur 200-300 0C dan tekanan atmosfer tanpa kehadiran
oksigen. Proses tersebut dilakukan untuk menaikkan nilai kalor biomassa menjadi
setara batubara tingkat sub-bituminous C. Proses karbonisasi dilakukan pada suhu
300-500 0C dengan hasil berbentuk arang sedangkan pirolisis cepat dilakukan pada
suhu diatas 500 0C dengan hasil berbentuk arang, bio-oil, gas (H2, CH4, CO, dan
CO2), dan asap cair.
Proses karbonisasi dilakukan dengan lima level suhu yang berbeda-beda,
yaitu suhu 316, 350, 400, 450, dan 484 0C. Proses karbonisasi cangkang bintaro
pada suhu 316 0C menghasilkan rendemen arang 44.64% sedangkan pada suhu 484
0
C menghasilkan rendemen arang yang lebih sedikit, yaitu 20.18%. Hasil serupa
juga didapatkan dari proses karbonisasi tempurung kelapa, karbonisasi pada suhu
316 0C menghasilkan rendemen arang 48.88% sedangkan pada suhu 484 0C
menghasilkan rendemen 31.07%. Berdasarkan hasil tersebut, dapat dikatakan
bahwa kenaikan suhu karbonisasi berbanding terbalik dengan rendemen arang yang
dihasilkan. Tirono dan Sabit (2011), mengatakan bahwa semakin tinggi suhu
karbonisasi maka rendemen arang yang dihasilkan semakin rendah dan begitu pula
sebaliknya. Hal tersebut juga selaras dengan hasil penelitian Liliana (2010), proses
karbonisasi bungkil jarak menghasilkan arang dengan rendemen yang berbanding
terbalik terhadap suhu karbonisasinya. Semakin tinggi suhu karbonisasi maka
sebagian arang akan berubah menjadi abu dan gas-gas yang mudah menguap,
sehingga rendemennnya cenderung menurun (Bergman dan Zebre 2004). Arang
hasil karbonisasi ditunjukkan pada Gambar 3 dibawah ini.

Gambar 3 Arang cangkang bintaro (kiri) dan tempurung kelapa (kanan)
Analisis komposisi kimia dilakukan untuk mengetahui kondisi awal arang
sebelum dilakukannya penelitian utama. Selain itu, analisis ini juga dapat dijadikan

8
sebagai acuan dalam pembahasan data hasil penelitian utama. Analisis komposisi
kimia arang yang dilakukan meliputi nilai kadar air, kadar zat menguap, kadar abu,
dan kadar karbon terikat (Tabel 4). Berdasarkan hasil analisis komposisi kimia
kedua jenis arang tersebut, dapat dikatakan bahwa nilai kadar air, kadar zat
menguap, kadar abu, dan kadar karbon terikat memiliki trend yang sama seiring
dengan kenaikan suhu karbonisasi. Semakin tinggi suhu karbonisasi nilai kadar air,
kadar zat menguap dan kadar abu semakin menurun sedangkan nilai karbon terikat
sebaliknya. Nilai kadar air, kadar zat menguap, dan kadar abu arang cangkang
bintaro lebih tinggi daripada nilai kadar air arang tempurung kelapa. Sedangkan
nilai karbon terikat arang cangkang bintaro lebih rendah daripada nilai karbon
terikat tempurung kelapa. Tingginya kadar karbon terikat pada tempurung kelapa
dapat mengindikasikan bahwa nilai kalor yang akan dihasilkan juga lebih tinggi.
Tabel 4 Hasil analisis komposisi kimia arang bintaro dan tempurung kelapa
Komposisi kimia
Kadar air (%)
Kadar zat menguap (%)
Kadar abu (%)
Kadar karbon terikat (%)

Cangkang bintaro
1.14 – 3.77
12.92 – 53.4
11.54 – 13.77
32.83 – 75.54

Tempurung kelapa
1.41 – 2.92
14.69 – 48.16
0.96 – 1.29
50.88 – 84.02

Rancangan Kombinasi Faktor dan Respon

Nilai Kalor (Kal/g)

Titik-titik pusat variabel faktor yang digunakan mengacu dari hasil optimal
penelitian sebelumnya. Kemudian dilakukan rancangan kombinasi dari masingmasing variabel faktor. Penentuan titik pusat variabel faktor X1 dan X2 mengacu
dari penelitian Suryani et al. tahun 2012 mengenai briket arang campuran bintaro
dan tempurung kelapa. Berdasarkan penelitian tersebut, diperoleh nilai kalor briket
arang yang optimum pada suhu karbonisasi 400 0C (Gambar 4) dan nilai kadar abu
yang optimum pada konsentrasi arang bintaro 40% (Gambar 5).
7050
7000
6950
6900
6850
6800
6750
6700
6650
350

400
Suhu (0 C)

450

Gambar 4 Nilai kalor optimum pada suhu karbonisasi 400 0C (Suryani et al. 2012)

Nilai Kadar Abu (%)

9
4.5
4
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
30

40
Konsentrasi (%)

50

Gambar 5 Nilai kadar abu optimum pada konsentrasi arang bintaro 40% dalam
campuran (Suryani et al. 2012)
Sementara penentuan titik pusat konsentrasi perekat tapioka dilakukan
dengan mengacu pada penelitian briket arang yang dilakukan oleh beberapa peneliti
sebelumnya. Semakin tinggi konsentrasi perekat tapioka maka semakin tinggi juga
kadar air, kadar abu dan kadar zat menguap. Sedangkan nilai kalor semakin tinggi
apabila konsentrasi perekat tapioka yang digunakan semakin rendah. Achmad
(1991) dalam Tampubolon (2001), menyatakan bahwa untuk setiap 1 kg serbuk
arang cukup dicampurkan dengan perekat yang terdiri dari 30 gram tepung tapioka
(3% dari berat serbuk arang). Selanjutnya, Hendra (2000) dalam Tampubolon
(2001) menyatakan bahwa presentase perekat yang baik digunakan sekitar 3-4%
dari berat serbuk arang dan jumlah air yang ditambahkan untuk memasak perekat
tidak melebihi 70% dari serbuk arang. Hartoyo dan Roliandi (1978) dalam
Wahyuni (2008), menambahkan bahwa kadar perekat tapioka yang digunakan
untuk briket arang umumnya tidak lebih dari 5%. Berdasarkan beberapa penelitian
tersebut, penulis menduga bahwa konsentrasi perekat tapioka optimum pada kisaran
3-5%. Respon optimum akan berbeda-beda sesuai dengan variabel respon yang
akan dikaji. Optimum pada respon nilai kadar abu belum tentu baik terhadap nilai
kalor, sehingga untuk titik pusat digunakan konsentrasi perekat tapioka 4%.
Selanjutnya dilakukan penentuan taraf rendah (-1) dan taraf tinggi (1).
Menurut Montgomery (1991) dalam Dewi et al. (2013), metode respon permukaan
digunakan untuk mencari taraf-taraf peubah bebas yang dapat mengoptimalkan
respon. Nuryanti dan Salimy (2008), metode RSM tidak memerlukan data yang
banyak, sehingga kondisi optimum respon dapat diperoleh dengan waktu yang tidak
terlalu lama dan biaya yang minimum. Pengkodean variabel penelitian ini dihitung
dengan menggunakan persamaan berikut ini:
on en ra i aran bin aro

Su u arboni a i

on en ra i pere a apio a
Analisis Kombinasi Faktor dan Optimasi Respon Permukaan
Pada tahapan ini diketahui pengaruh masing-masing faktor terhadap variabel
respon yang diamati. Data hasil pengujian dianalisis dengan Design Expert 7.0.0

10
untuk menghasilkan persamaan matematis dan model polinomial yang sesuai
dengan hasil penelitian (Lampiran 3). Menurut Puspitojati dan Santoso (2012), ada
empat tipe model polinomial yaitu mean (pangkat 0), linear (pangkat 1), quadratic
(pangkat 2), dan cubic (pangkat 3). Masing-masing variabel respon akan
menghasilkan satu tipe model yang disarankan oleh program. Kelayakan dari model
polinomial ditunjukkan oleh determinasi koefisien R2 dan signifikasi dari nilai Fhitung masing-masing variabel faktor (Aktas et al. 2006).
Awalnya, penentuan tipe model polinomial dilakukan dengan mengacu dari
kriteria yang disarankan oleh bagian Sequential Model of Squareds (SMSS), lack of
fit, nilai R2 dan adjusted-R2. Kemudian dilanjutkan analisis terhadap keragaman
(ANOVA), model yang baik memiliki nilai yang signifikan terhadap respon, dan
nilai yang tidak signifikan terhadap lack of fit, nilai R2 dan R2 prediksi yang
mendukung. Selain itu, pada analisis keragaman juga dapat diketahui pengaruh
kombinasi terhadap faktor yaitu dengan melihat nilai F-hitung. Semakin besar nilai
F-hitung maka pengaruhnya semakin nyata. Pengaruh variabel faktor yang
signifikan terhadap respon ditandai dengan p-value “Prob>F” an lebi ecil dari
0.05. Pada bagian diagnostics, dapat dilihat penyebaran titik-titik data terhadap
garis kenormalan melalui plot kenormalan residual. Solusi titik optimum variabel
faktor diperoleh dengan melihat persamaan regresi dan analisis respon permukaan
dari grafik konturnya (Chowdhury dan Saha 2011). Variabel respon yang dianalisis
adalah kadar air, kadar zat menguap, kadar abu, dan nilai kalor kemudian
dibandingkan dengan SNI 01-6235-2000.
Analisis Kombinasi Faktor Terhadap Respon Kadar Air
Kadar air merupakan salah satu parameter penentu kualitas briket arang yang
dihasilkan. Nilai kadar air briket arang yang dihasilkan, berkisar antara 1.45-4.98%.
Hal ini menunjukkan bahwa briket arang yang dihasilkan memiliki mutu yang baik
karena masih memenuhi standar kualitas briket arang menurut SNI 01-6235-2000
dimana kadar air maksimum 8%. Selanjutnya, dilakukan pengolahan data dengan
program Design Expert 7.0.0 dan direkomendasikan model polinomial, yaitu
quadratic. Nilai rata-rata respon kadar air adalah 2.78. Pada analisis keragaman
(ANOVA) menunjukkan bahwa model yang dihasilkan signifikan dengan p-value
“Prob>F“ lebih kecil dari 0.05 (0.0344) dan pada uji lack of fit diperoleh p-value
“Prob>F” an lebih besar dari 0.05 (0.1440) berarti tidak ada lack of fit (not
significant). Nilai lack of fit yang not significant menunjukkan bahwa adanya
kesesuaian data respon kadar air dengan model.
Pada analisis keragaman (ANOVA) dapat dilihat pengaruh masing-masing
faktor terhadap respon kadar air. Dari ketiga faktor yang digunakan, faktor yang
berpengaruh terhadap respon kadar air adalah konsentrasi perekat tapioka dengan
F-hitung = 12.74. Faktor tersebut berpengaruh signifikan terhadap respon kadar air
ditandai dengan p-value “Prob>F“ an lebi ecil dari . ( .0051). Sementara
untuk kombinasi dari ketiga faktor tersebut, tidak didapatkan kombinasi faktor yang
berpengaruh signifikan terhadap respon kadar air karena p-value “Prob>F” lebi
besar dari 0.05. Hasil analisis ANOVA respon kadar air disajikan pada Lampiran 4.
Nilai R2 untuk model respon kadar air sebesar 0.7547 yang mempunyai arti bahwa
pengaruh variabel X1, X2, dan X3 terhadap perubahan variabel respon adalah
75.47% sedangkan sisanya 24.53% dipengaruhi oleh variabel-variabel lain yang
tidak diketahui. Nilai R2 menunjukkan kontribusi faktor regresi terhadap respon

11
yang dihasilkan (Lina 2013). Persamaan model polinomial respon kadar air dalam
bentuk kode level:
adar air
Keterangan:

.
.

.

.

.

.

.

.

.

.

X1 = Konsentrasi arang cangkang bintaro
X2 = Suhu karbonisasi
X3 = Konsentrasi perekat tapioka

Berdasarkan persamaan polinomial tersebut dapat dilihat bahwa kadar air
akan menurun seiring dengan peningkatan konsentrasi arang cangkang bintaro,
suhu karbonisasi, interaksi konsentrasi arang cangkang bintaro dan suhu
karbonisasi, dan kuadrat dari suhu karbonisasi. Hal tersebut ditunjukkan dengan
konstanta yang bernilai negatif. Kadar air akan mengalami peningkatan dengan
meningkatnya konsentrasi perekat tapioka, interaksi konsentrasi arang cangkang
bintaro dan perekat tapioka, interaksi suhu karbonisasi dan konsentrasi perekat
tapioka, kuadrat dari konsentrasi arang cangkang bintaro dan perekat tapioka.
Grafik kontur dan 3D-surface respon permukaan kadar air briket arang disajikan
pada Gambar 6 dan 7.
Kadar air

Design-Expert® Software
5.00

3.61714

Kadar air
Design Points
4.98

3.26375

C: Konsentrasi perekat tapioka

2.91037

1.45

4.50

2.55698

X1 = A: Konsentrasi arang bintaro
X2 = C: Konsentrasi perekat tapioka
Actual Factor
B: Suhu karbonisasi = 400.00

2.20359

6

4.00

3.50

2.20359

3.00
30.00

35.00

40.00

45.00

50.00

A: Konsentrasi arang bintaro

Gambar 6 Grafik kontur respon permukaan kadar air briket arang
Pada Gambar 6 terlihat garis-garis kontur melingkar dengan titik merah di
lingkaran terdalam. Garis kontur melingkar yang terdalam itu menunjukkan daerah
nilai respon yang terbaik. Sebanyak enam titik merah pada gambar merupakan
enam titik pusat dari penelitian yang dilakukan. Pada variabel respon kadar air,
yang dicari adalah briket arang dengan nilai kadar air yang paling minimum (biru).
Berdasarkan grafik kontur, terlihat bahwa enam titik pusat tidak terletak tepat pada
tengah- tengah lingkaran terdalam, melainkan berada disebelah kiri atas dari pusat
lingkaran terdalam. Kondisi tersebut menunjukkan bahwa nilai respon terbaik akan

12
diperoleh dengan mengkondisikan faktor-faktor tidak pada titik- titik pusat, tetapi
sedikit bergeser ke arah kanan bawah.

Gambar 7 Grafik 3D- surface respon permukaan kadar air briket arang
Kadar air akan berpengaruh besar terhadap panas yang dihasilkan. Menurut
Sriharti dan Salim (2011), tingginya kadar air dalam briket arang akan
menyebabkan kesulitan dalam penyalaan, keluarnya asap, dan berkurangnya panas
yang dihasilkan. Kadar air yang tinggi dapat disebabkan oleh sifat partikel arang
yang bersifat higroskopis terhadap air dari udara disekelilingnya. Selain itu, bahan
baku briket arang yang mempunyai berat jenis rendah dapat lebih mudah menyerap
udara yang lembab dari sekelilingya (Hendra 2007).
Menurut Suryani et al. (2012) kadar air briket arang akan semakin tinggi
seiring dengan meningkatnya konsentrasi arang bintaro dalam briket arang. Hal ini
didukung dengan data kadar air pada penelitian pendahuluan yang menyatakan
bahwa kadar air arang bintaro lebih tinggi daripada arang tempurung kelapa. Selain
itu, semakin tinggi suhu karbonisasi akan menyebabkan kadar air briket arang
semakin rendah. Namun, dalam penelitian ini pengaruh faktor konsentrasi arang
cangkang bintaro terhadap respon kadar air berkebalikan dengan hasil penelitian
Suryani et al. Kadar air semakin menurun seiring dengan meningkatnya konsentrasi
arang bintaro. Hal tersebut dimungkinkan terjadi karena arang cangkang bintaro
yang memiliki kandungan air lebih tinggi sebelum dilakukannya pencampuran
dengan perekat, sehingga setelah dilakukannya pencampuran arang cangkang
bintaro sudah tidak mampu untuk menyimpan air dari perekat tapioka.
Kadar air juga dipengaruhi oleh konsentrasi perekat tapioka. Menurut
Sudrajat (1983) dalam Wijaya (2012), jenis perekat yang digunakan dalam
pembuatan briket arang berpengaruh terhadap kerapatan, keteguhan tekan, nilai
kalor bakar, kadar air dan kadar abu. Berdasarkan hasil penelitian, faktor yang

13
paling berpengaruh terhadap respon kadar air adalah konsentrasi perekat tapioka.
Perekat tapioka memiliki sifat higroskopis yang mudah menyerap air dari
lingkungan sekitar sehingga dapat meningkatkan kadar air briket arang itu sendiri.
Solusi optimasi yang direkomendasikan program Design Expert 7.0.0 untuk respon
tunggal kadar air, yaitu X1 = 50%, X2 = 450 0C, dan X3 = 3.4%.
Analisis Kombinasi Faktor Terhadap Respon Kadar Zat Menguap
Nilai kadar zat menguap briket arang yang dihasilkan, berkisar antara 24.3448.97%. Model polinomial yang disarankan program, yaitu reduced quadratic.
Nilai rata-rata respon kadar zat menguap adalah 30.53. Pada analisis keragaman
(ANOVA), didapatkan hasil model yang menunjukkan signifikan dengan p-value
“Prob>F” lebih kecil dari 0.05 (0.0008) dan pada uji lack of fit didapatkan nilai
yang signifikan. Hal ini terjadi karena p-value “Prob>F” < .0001 atau lebih kecil
dari α = 0.05. Nilai lack of fit yang signifikan menunjukkan bahwa tidak adanya
kesesuaian data respon kadar zat menguap dengan model.
Hasil analisis ANOVA menunjukkan bahwa model yang didapatkan adalah
signifikan dengan nilai lack of fit yang signifikan juga, sehingga memerlukan
analisis pada nilai koefisien korelasi atau yang dikenal sebagai R-squared (R2).
Menurut Asro (2009), nilai R2>0.8 menunjukkan varian model bagus. Nilai R2
untuk model respon kadar zat menguap sebesar 0.8657 yang memiliki arti bahwa
pengaruh variabel X1, X2, dan X3 terhadap perubahan variabel respon adalah
86.57% sedangkan sisanya 13.43% dipengaruhi oleh variabel-variabel lain yang
tidak diketahui. Hasil analisis ANOVA respon kadar zat menguap disajikan pada
Lampiran 5.
Nilai lack of fit yang signifikan akan mempengaruhi model yang dihasilkan,
sehingga untuk mendapatkan model yang cocok berdasarkan rekomendasi dari
program diperlukan adanya reduksi secara manual. Model direduksi secara manual
dengan menghilangkan interaksi kombinasi faktor yang tidak begitu berpengaruh
dalam model. Interaksi kombinasi faktor yang direduksi yaitu X1X3 (interaksi
konsentrasi arang bintaro dan perekat tapioka). Persamaan model polinomial untuk
respon kadar zat menguap dalam bentuk kode level:
adar a men uap
Keterangan:

.

.

.

.

.

.

.

.

.

X1 = Konsentrasi arang cangkang bintaro
X2 = Suhu karbonisasi
X3 = Konsentrasi perekat tapioka

Berdasarkan persamaan model tersebut, diketahui bahwa respon kadar zat
menguap akan meningkat seiring dengan peningkatan konsentrasi arang cangkang
bintaro, interaksi suhu karbonisasi dan konsentrasi perekat tapioka, kuadrat dari
konsentrasi arang cangkang bintaro, dan kuadrat suhu karbonisasi. Hal tersebut
ditunjukkan dengan konstanta yang bernilai positif. Kadar zat menguap akan
menurun seiring dengan peningkatan suhu karbonisasi, konsentrasi perekat tapioka,
interaksi konsentrasi arang cangkang bintaro dan suhu karbonisasi serta kuadrat
dari konsentrasi perekat yang ditandai dengan konstanta yang bernilai negatif.
Grafik kontur dan 3D-surface respon permukaan kadar zat menguap briket arang
disajikan pada Gambar 8 dan 9.

14
Kadar zat menguap

Design-Expert® Software
450.00

Kadar zat menguap
Design Points
48.97
24.34

B: Suhu karbonisasi

425.00

X1 = A: Konsentrasi arang bintaro
X2 = B: Suhu karbonisasi
28.1935
6

Actual Factor
400.00
C: Konsentrasi perekat tapioka = 4.00

30.5285
375.00

32.8635
35.1984
37.5334
350.00
30.00

35.00

40.00

45.00

50.00

A: Konsentrasi arang bintaro

Gambar 8 Grafik kontur respon permukaan kadar zat menguap briket arang

Gambar 9 Grafik 3D-surface respon permukaan kadar zat menguap briket arang
Berdasarkan Gambar 8 terlihat garis-garis kontur melingkar dengan titik
merah di tepi lingkaran terdalam. Garis kontur melingkar yang terdalam itu
menunjukkan daerah nilai respon yang terbaik. Pada variabel respon kadar zat
menguap, briket arang yang baik adalah briket arang yang mempunyai nilai kadar
zat menguap minimum (biru). Berdasarkan grafik kontur terlihat bahwa enam titik

15
pusat tidak terletak tepat pada tengah- tengah lingkaran terdalam, melainkan berada
di tepi garis dari pusat lingkaran terdalam. Kondisi tersebut menunjukkan bahwa
nilai respon terbaik akan diperoleh dengan mengkondisikan faktor-faktor tidak pada
titik- titik pusat, tetapi sedikit bergeser ke arah kanan atas. Respon kadar zat
menguap akan optimum pada konsentrasi arang cangkang bintaro yang semakin
menurun dan suhu karbonisasi yang semakin meningkat.
Kadar zat menguap dapat dijadikan sebagai parameter untuk mengukur
banyaknya asap yang dihasilkan pada saat pembakaran. Semakin tinggi jumlah
kadar zat menguap dari suatu bahan maka jumlah asap yang dihasilkan semakin
tinggi. Kadar zat menguap merupakan zat yang menguap sebagai hasil dekomposisi
senyawa-senyawa yang masih terdapat di dalam arang selain air (Hendra dan Pari
2000). Nilai kadar zat menguap briket arang yang dihasilkan berbanding lurus
dengan konsentrasi arang bintaro yang digunakan. Hal ini selaras dengan penelitian
Suryani et al. (2012), yang mengatakan bahwa nilai kadar zat menguap briket arang
campuran bintaro dan tempurung kelapa akan semakin meningkat seiring dengan
meningkatnya konsentrasi arang bintaro yang digunakan. Sementara itu, nilai kadar
zat menguap berbanding terbalik dengan suhu karbonisasi yang digunakan.
Semakin tinggi suhu karbonisasi maka nilai kadar zat menguap yang dihasilkan
akan semakin rendah.
Tingginya konsentrasi perekat tapioka yang digunakan berpengaruh pada
menurunnya kadar zat menguap briket arang. Namun, pengaruh yang diberikan
terhadap respon kadar zat menguap sangatlah rendah. Berdasarkan hasil penelitian
didapatkan nilai kadar zat menguap yang melebihi batas maksimum SNI. Idealnya
nilai kadar zat menguap briket arang berdasarkan SNI 01-6235-2000 adalah
maksimum 15% (BSN 2000). Faktor yang paling berpengaruh terhadap respon
kadar zat menguap adalah suhu karbonisasi dengan nilai F-hitung = 44.09. Faktor
tersebut berpengaruh sangat signifikan terhadap respon kadar zat menguap ditandai
dengan p-value “Prob>F“ an lebi ecil dari . ( .0001). Hal tersebut terjadi
karena respon kadar zat menguap berhubungan dengan senyawa-senyawa volatile
yang dikeluarkan bahan ketika dilakukannya pembakaran dalam keadaan tertutup.
Sementara untuk kombinasi dari ketiga faktor tersebut, tidak didapatkan kombinasi
faktor yang berpengaruh signifikan terhadap respon kadar zat menguap karena pvalue “Prob>F” lebi be ar dari .05. Solusi optimasi yang direkomendasikan
program Design Expert 7.0.0 untuk respon tunggal kadar zat menguap, yaitu X1 =
44%, X2 = 450 0C, dan X3 = 3%.
Analisis Kombinasi Faktor Terhadap Respon Kadar Abu
Setiap jenis bahan briket arang akan menghasilkan nilai kadar abu yang
berbeda-beda. Hal ini terjadi karena setiap bahan baku memiliki komposisi kimia
dan jumlah mineral yang berbeda-beda (Hendra dan Winarni 2003). Unsur utama
yang terkandung dalam abu adalah silika. Ohman (2009) menambahkan bahwa
keberadaan kadar abu dalam suatu biomassa tidak diharapkan karena dapat
mempengaruhi kualitas bahan bakar. Selain itu, adanya abu juga akan
menyebabkan timbulnya kerak dalam alat pembakaran ketika abu itu mencair.
Nilai kadar abu briket arang yang dihasilkan, berkisar antara 4.78-9.69%.
Model polinomial yang disarankan program adalah reduced quadratic. Nilai ratarata respon kadar abu adalah 6.0. Pada analisis keragaman (ANOVA), didapatkan
hasil model yang menunjukkan signifikan dengan p-value “Prob>F” lebi ecil dari

16
0.05 (0.0091) dan pada uji lack of fit didapatkan nilai yang signifikan. Hal ini
terjadi karena p-value “Prob>F” < .0004 atau lebih kecil dari α = 0.05. Nilai lack
of fit yang signifikan menunjukkan bahwa tidak adanya kesesuaian data respon
kadar abu dengan model. Hasil analisis ANOVA respon kadar abu disajikan pada
Lampiran 6.
Hasil Analisis ANOVA menunjukkan bahwa model yang didapatkan adalah
signifikan dengan nilai lack of fit yang signifikan juga, sehingga memerlukan
analisis pada nilai R2. Nilai R2 untuk model respon kadar abu sebesar 0.7798 yang
memiliki arti bahwa pengaruh variabel X1, X2, dan X3 terhadap perubahan variabel
respon adalah 77.98% sedangkan sisanya 22.02% dipengaruhi oleh variabelvariabel lain yang tidak diketahui.
Nilai lack of fit yang signifikan akan mempengaruhi model yang dihasilkan,
sehingga untuk mendapatkan model yang cocok berdasarkan rekomendasi dari
program diperlukan adanya reduksi secara manual. Model direduksi secara manual
dengan menghilangkan interaksi kombinasi faktor yang tidak begitu berpengaruh
dalam model. Interaksi kombinasi faktor yang dihilangkan yaitu X1X3 (interaksi
konsentrasi arang bintaro dan perekat tapioka). Persamaan model polinomial untuk
respon kadar abu dalam bentuk kode level:
adar abu
Keterangan:

.
.

.

.

.

.

.

.

.

X1 = Konsentrasi arang cangkang bintaro
X2 = Suhu karbonisasi
X3 = Konsentrasi perekat tapioka

Berdasarkan persamaan model tersebut, diketahui bahwa respon kadar abu
akan meningkat seiring dengan peningkatan konsentrasi arang cangkang bintaro,
konsentrasi perekat tapioka, interaksi suhu karbonisasi dan konsentrasi perekat
tapioka, kuadrat dari konsentrasi arang bintaro, dan kuadrat suhu karbonisasi. Hal
tersebut ditunjukkan dengan konstanta yang bernilai positif. Nilai kadar abu akan
menurun seiring dengan peningkatan suhu karbonisasi, interaksi konsentrasi arang
cangkang bintaro dan suhu karbonisasi serta kuadrat dari konsentrasi perekat
tapioka yang ditandai dengan konstanta yang bernilai negatif. Grafik kontur dan
3D-surface respon permukaan kadar abu briket disajikan pada Gambar 10 dan 11.
Berdasarkan Gambar 10 terlihat garis-garis kontur melingkar dengan titik
merah di lingkaran terdalam. Pada variabel respon kadar abu, briket arang yang
baik adalah briket arang yang mempunyai nilai kadar abu minimum (biru). Enam
titik pusat tidak terletak tepat pada tengah- tengah lingkaran terdalam, melainkan
berada disebelah kanan dari pusat lingkaran terdalam. Kondisi tersebut
menunjukkan bahwa nilai respon terbaik akan diperoleh dengan mengkondisikan
faktor-faktor tidak pada titik- titik pusat, tetapi sedikit bergeser ke arah kiri bawah.
Respon kadar abu akan optimum pada konsentrasi arang cangkang bintaro yang
menurun dan suhu karbonisasi yang sedikit menurun.

17
Kadar abu

Design-Expert® Software
450.00

Kadar abu
Design Points
9.69

6.33223

4.78

425.00

B: Suhu karbonisasi

5.8195

X1 = A: Konsentrasi arang bintaro
X2 = B: Suhu karbonisasi
5.30677

Actual Factor
400.00
C: Konsentrasi perekat tapioka = 4.00

6

375.00

6.33223
6.84496
7.35769

350.00
30.00

35.00

40.00

45.00

50.00

A: Konsentrasi arang bintaro

Gambar 10 Grafik kontur respon permukaan kadar abu briket arang

Gambar 11 Grafik 3D-surface respon permukaan kadar abu briket
Komponen inorganik yang tersisa setelah dilakukannya pembakaran secara
sempurna briket arang disebut kadar abu (Tahir et al. 2012). Idelanya kadar abu
briket arang tidak melebih batas maksimum SNI briket arang kayu, yaitu 8%.
Berdasarkan hasil penelitian ini diperoleh kadar abu yang pada umumnya kurang
dari 8%, sehingga dapat dikatakan briket arang yang dihasilkan memiliki kualitas

18
yang baik. Adanya beberapa briket arang yang memiliki kadar abu tinggi dapat
disebabkan oleh proses karbonisasi yang belum optimal (Martirena 2002 dalam
Mangkau et al. 2011). Suryani et al. (2012) menambahkan bahwa semakin tinggi
konsentrasi arang bintaro dan suhu karbonisasi akan menyebabkan kadar abu briket
arang semakin tinggi. Hasil tersebut didukung dengan data penelitian pendahuluan
yang dilakukan oleh penulis sebelumnya. Pada penelitian ini diperoleh hasil yang
berbeda dengan penelitian Suryani et al. untuk pengaruh suhu karbonisasi yaitu
semakin tinggi suhu karbonisasi menyebabkan kadar abu yang semakin menurun.
Namun, pengaruh faktor tersebut terhadap perubahan nilai respon kadar abu
sangatlah kecil.
Selain itu, semakin tinggi konsentrasi perekat tapioka menyebabkan semakin
tinggi kadar abu yang dihasilkan. Hasil tersebut selaras dengan penelitian
Riseanggara (2008) bahwa tingginya kadar perekat tapioka yang digunakan akan
menyebabkan nilai kadar abu semakin tinggi pula. Faktor yang paling berpengaruh
terhadap respon kadar abu adalah konsentrasi arang cangkang bintaro dengan nilai
F-hitung = 9.83. Faktor tersebut berpengaruh signifikan terhadap respon kadar abu
yang ditandai dengan p-value “Prob>F“ an lebi
ecil dari .
( .0095).
Karakteristik arang cangkang bintaro yang memiliki berat jenis bahan yang lebih
ringan dan mudah terbakar akan menghasilkan kadar abu yang lebih tinggi ketika
dilakukannya pembakaran sempurna. Sementara untuk kombinasi dari ketiga faktor
tersebut, tidak didapatkan kombinasi faktor yang berpengaruh signifikan terhadap
respon kadar abu karena p-value “Prob>F” lebi be ar dari .05. Solusi optimasi
yang direkomendasikan program Design Expert 7.0.0 untuk respon tunggal kadar
abu, yaitu X1 = 35%, X2 = 407 0C, dan X3 = 3.15%.
Analisis Kombinasi Faktor Terhadap Respon Nilai Kalor
Menurut Grover et al. (2002) dalam Zamirza (2009), parameter utama
pengukuran kualitas bahan bakar biomassa dihitung dari nilai kalor yang
dimilikinya. Nilai kalor biomassa sangat bervariasi dan akan meningkat seiring
dengan meningkatnya kandungan karbon didalamnya. Palz (1985) dalam Wijaya
(2012) menambahkan bahwa nilai kalor suatu bahan bakar menandakan energi yang
secara kimia terikat dibahan bakar dengan lingkungan standar. Standar tersebut
berupa temperatur, keadaan air (uap atau cair) dan hasil pembakaran (