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

(1)

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

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

(2)

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

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.

(3)

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

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

(4)

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

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

(5)

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

Dulong dan Petit 12

2.3.2 Menentukan Nilai Kalor Dengan Rumus

Pendekatan Mendeleyev 14

2.3.3 Menentukan Nilai Kalor Dengan Bomb Kalorimeter 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

3.5.1 Peralatan Yang Digunakan 31

3.5.2 Prosedur Pengujian 32

(6)

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

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

(7)

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

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 energialternatif 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

(8)

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

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

(9)

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

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 batasan-batasan pada ruang lingkup permasalahan yang meliputi :

(10)

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

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

teori-teori 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.

(11)

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

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.

(12)

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

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 unsur-unsur kimia yang paling penting adalah C, H dan S yaitu unsur-unsur-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

(13)

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

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

(14)

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

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

) . /( 380 . 110 2

2C+O2 → CO+ QC−CO QC−CO = kJ kgmolC

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 :

) .

/( 180 . 283 2

2 2

2 CO Q Q kJ kgmolCO

CO+ → + _C₋_CO _C₋_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

(15)

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

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

2H2 +O2→2H2O+2QH QH =286.470 kJ/(kg.molH2)

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 =296.774kJ/(kg.molS)

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 Ultimate Analisis HHV( kkal/kg )

Karbon Hidrogen Oksigen Nitrogen Sulfur Abu

Wood Peat Lignite Bituminous Coal Anthracite 48,5 58,0 66,0 81,0 91,0 6,0 6,3 5,0 5,0 3,0 43,5 30,5 20,0 8,0 2,5 0,5 0,9 1,0 1,5 0,5 - - 3,5 1,0 0,6 1,5 4,0 3,5 3,5 2,5 2500 3500 500 7500 8500 Sumber : Syamsir A. Muin” Pesawat-Pesawat Konversi Energi I (Ketel Uap)” hal : 154

(16)

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

Tabel 2.2 Komposisi Sekam Padi

Apparent density (kg/m³) 1,006

Bulk density (kg/m³) 620

Higher heating value (dry basis) (MJ/kg) 16,04 Lower heating value (dry basis) (MJ/kg) 14,63 Lower heating value (wet basis) (MJ/kg) 13,76

Proximate analysis

Moisture content (%) 5,93

Volatile matter (%) 61,02

Fixed carbon (%) 16,59

Ash, (%) 16,46

Sumber :

Tabel 2.3. Komposisi Kimia Serabut dan Cangkang Komposisi

Bahan bakar

Cangkang Serabut

Karbon (%) Hidrogen (%)

Nitrogen (%) Oksigen (%) Sulfur (%)

Abu (%)

50,70 6,15 1,71 34,70

0,19 6,50

53,30 6,39 0,77 35,60

0,08 3,81

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

(17)

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

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

(18)

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

= 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 )

(19)

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

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

-8

) + 9400 S kJ/kg ( 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

-8

(20)

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

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 -

. Jadi ini berati bahwa bahan bakar telah berkurang seberat 8

kg, oleh

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 -

) + 9400 S – 2400 (M + 9H2) kJ/kg ( 2.5 )

atau : LHV = 8100 C + 29900 (H2 -

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

(21)

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

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

(22)

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

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

HHVrata - rata =

1 i

iΣ= HHV

( kJ/kg ) ( 2.9 )

2.4 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.

(23)

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

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.

(24)

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

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 zat-zat 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 batubara. Makin kecil butiran-butiran bahan bakar, lapisan bahan bakar makin tipis.

(25)

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

Pada lapisan yang tipis dari bahan bakar yang sedikit mengandung gas-gas, 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 Chemical

Carmine Lithium Chloride Red Strontium Chloride

Orange Calcium Chloride (a bleaching powder) Yellow Sodium Chloride (table salt)

or Sodium Carbonate Yellowish Green Borax

Green Copper Sulfate Blue Copper Chloride

Violet 3 parts Potassium Sulfate

1 part Potassium Nitrate (saltpeter) Purple Potassium Chloride

White Magnesium Sulfate (Epsom salts)

(26)

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

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

(27)

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

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).

(28)

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

dr r ro

L Ti To

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 :

x T A q

∂ ∂

~ ( 2.10 )

Jika dimasukkan konstanta proposionalitas atau tetapan kesebandingan, maka :

x T kA

q _r

∂ ∂ −

= ( 2.11 )

Untuk bidang selinder seperti pipa digunakan persamaan Fourier. Luas bidang aliran kalor dalam sistem silinder menjadi

dr dT krL

q_r =−2π ( 2.12 )

(29)

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

kL ri ro R_th

2 ) / ln(

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

) / ln(

) (

i o

r r

T T kL

q=− π − ( 2.13 )

di mana :

k : konduktifitas panas pipa

L : panjang pipa

T_i : suhu permukaan dalam pipa

T_o : suhu permukaan luar pipa

r_o : jari-jari luar pipa

r_i : 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.

(30)

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

Dalam perhitungan pengeringan juga berlaku persamaan dasar perpindahan kalor yaitu perpindahan kalor per satuan volume pengering.

____

T hA

q= ∆ ( 2.14 )

di mana :

h = koefisien perpindahan panas V = luas perpindahan kalor

____

∆ = 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

(31)

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

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

(32)

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

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.

Pengumpulan Bahan Baku : Serabut, Cangkang Dan Sekam Padi

Permasalahan :

Kajian Eksperimental Pengaruh Pengurangan Kadar Air Terhadap Nilai

(33)

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

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 :

Pembuatan Alat Pengering

Melakukan Pengujian

Data Hasil Pengujian

Analisa Data

Selesai

(34)

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

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.

(35)

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

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

3.4.1 Peralatan Yang Digunakan

a. Tungku Pengering

(36)

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

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.

(37)

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

• 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 :

(38)

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

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.

(39)

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

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.

3.5.1 Peralatan Yang Digunakan

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.

(40)

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

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

(41)

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

Mulai

• Mengukur kadar air masing-masing bahan bakar sebelum dimasukkan kedalam pengering

• Mengukur nilai kalor masing- masing bahan bakar dengan bomb kalorimeter.

• 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, 40menit

• 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

Menganalisa data

(42)

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

Gambar 3.7 Diagram alir pengujian pengeringan

 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

Menghitung HHV bahan bakar : HHV = (T2 – T1 – Tkp) × Cv× 1000 ( J/kg )

Mencatat temperatur air pendingin T2 (

o C)

(43)

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

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

(ºC)

(ºC) 1 24,89 25,30 2 25,50 25,85 3 26,03 26,42 4 26,56 26,91 5 26,98 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

Selesai

(44)

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

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 27205,952

24558,8864 17,7 2 22794,176

3 25735,360 4 22794,176 5 24264,768

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

(ºC)

(ºC) 1 25,17 25,58 2 25,64 26,02 3 26,04 26,43 4 26,1 26,51 5 26,53 26,9

(45)

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

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

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)

HHV rata-rata

(kJ/kg)

Kadar air (%) 1 20588,288

25882,4192 23,4 2 17647,104

3 16176,512 4 20588,288 5 21323,584

Analisa Nilai Kalor Pada Sekam Padi

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

(46)

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

Tabel 4.5 Data temperatur air pendingin sebelum dan sesudah pengujian untuk sekam padi

No. Pengujian

(ºC)

1 26,89 27,21

2 27,16 27,44

3 27,45 27,71

4 27,65 27,97

5 27,89 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

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)

HHV rata-rata

(kJ/kg)

Kadar air (%) 1 27205,952

19264,7552 12,7 2 22794,176

3 25735,360 4 22794,176 5 24264,768

(47)

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

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 T1 (ºC)

T2 (ºC)

HHV (kJ/kg)

1 28,41 28,81 26470,656 2 _25,8 _26,23 _28676,544 3 26,41 26,84 28676,544 4 26,99 27,41 27941,248 5 _27,56 _27,96 _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

(48)

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

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

(ºC)

HHV (kJ/kg) 1 27,88 28,27 25770,36 2 25,48 25,92 29451,84

3 26 26,43 28715,544

4 26,52 26,92 26506,656 5 26,94 27,37 28715,544

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

(49)

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

(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

(ºC)

HHV (kJ/kg) 1 26,89 27,21 20588,29 2 27,16 27,44 17647,1 3 27,45 27,71 16176,51 4 27,65 27,97 20588,29 5 27,89 28,22 21323,58

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

(50)

rata-Daniel Romatua : Kajian Eksperimental Pengaruh Pengurangan Kadar Air Terhadap Nilai Kalor Pada Bahan Bakar Padat, 2007.

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 29558,9kJ/kg.

HHV vs kadar air

0 3500 7000 10500 14000 17500 21000 24500 28000 31500

0 2 4 6 8 10 12 14 16

kadar air (%)

(

kJ/

)

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.

(51)

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

• 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 30482,65kJ/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 30482,65kJ/kg.

HHV vs kadar air

0 4000 8000 12000 16000 20000 24000 28000 32000

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

kadar air (%)

(

kJ/

)

(52)

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

Hal ini disebabkan :

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

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 20441,23kJ/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 25441,24kJ/kg.

(53)

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

LHV vs kadar air

0 3500 7000 10500 14000 17500 21000 24500 28000

0 2 4 6 8 10

kadar air (%)

(

kJ/

)

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.

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

(54)

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

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 :

60 dn Vpipa π = = 60 2800 04 , 0 14 ,

3 × ×

= 5,86 m/s

Laju aliran udara di dalam kotak heater :

_pipa heater pipa heater V A A V =

di mana :

Apipa = luas penampang pipa

Aheater = luas penampang kotak heater

Maka : Vheater = 5,86

116 , 0 10 917 , 7 4 × × −

= 0,04 m/s

Sifat-sifat udara diukur pada suhu rata-rata = + = 2

90 30

T 60oC atau 333 K

(55)

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

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

D V_heater

Bilangan Reynold adalah

(

)

₇₀₆_,₅₁

10 0362 , 19 336232 , 0 04 , 0

Re ₆ =

× ×

= ₋ (yang berarti alirannya laminar)

Bilangan Nusselt adalah

Nu =

14 , 0 3 1 3 1 Re) (Pr 86 , 1           w h L D µµ

di mana :

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

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

Maka : Nu =

[

(

)(

)

]

14 , 0 5 5 3 1 3 1 10 075 , 2 10 9972 , 1 4 , 0 336232 , 0 51 , 706 70074 . 0 86 , 1     ××       − − = 13,8

Maka, koefisien konveksi adalah

hx = Nu

D k

= 13,8

33623 , 0 0287414 , 0 ×

= 1,18 W/m2oC

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)]

(56)

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

Maka : q=1,18×0,784×

(

90−30

)

= 55,5072 W

4.3.2 Laju Pindahan Panas Pada Tungku

Laju aliran udara di dalam tungku :

_pipa tungku pipa tungku V A A V =

di mana :

Apipa = luas penampang pipa

Aheater = luas penampang tungku

= 5,86

2 , 0 10 917 , 7 4 × × −

= 0,029 m/s

Sifat-sifat udara diukur pada suhu rata-rata = + = 2

50 90

T 70oC atau 343 K

(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

D V_tungku

Bilangan Reynold adalah

(

)

₅₇₈_,₅₄₇

10 0502 , 20 4 , 0 029 , 0

Re ₆ =

× ×

= ₋ (yang berarti alirannya laminar)

(57)

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

Nu =

14 , 0 3 1 3 1 Re) (Pr 86 , 1           w h L D µµ

di mana :

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

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

Maka : Nu =

[

(

)(

)

]

14 , 0 5 5 3 1 3 1 10 9288 , 1 10 0429 , 2 4 , 0 4 , 0 547 , 578 69854 , 0 86 , 1     ××       − − = 13,86

Maka, koefisien konveksi adalah

hx = Nu

D k

= 13,86

4 , 0 02949 , 0 ×

= 1,02 W/m2oC

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

(58)

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

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

(59)

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

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).

(60)

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

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.

(61)

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

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.

(62)

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

13.http://www.eprints.ums.ac.id

(63)

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

LAMPIRAN

LAMPIRAN 1 SERABUT KELAPA SAWIT

Data keseluruhan hasil pengujian serabut kelapa sawit untuk pengujian pertama

Waktu Pengujian

(menit)

(ºC)

HHV (kJ/kg)

HHV rata-rata (kJ/Kg)

Kadar air (%)

(64)

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

28.41 28.81 26470.656

27500.07 14,9 25.8 26.23 28676.544

26.41 26.83 27941.248 26.99 27.41 27941.248 27.56 27.96 26470.656

25.66 26.09 28676.544

27647.13

12,7 26.26 26.69 28676.544

26.84 27.22 25000.064 27.34 27.76 27941.248 27.84 28.26 27941.248

25.22 25.52 19117.696 27794.189

11,5 24.46 24.91 30147.136

25.11 25.56 30147.136 25.69 26.15 30882.432 26.26 26.69 28676.544

7,5

26.86 27.27 31617.728

28088,307 9,4 27.35 27.78 29411.84

27.8 28.21 30147.136 28.24 28.63 27941.248 24.93 25.4 28676.544

25.04 25.51 31617.728

29558.9 7,7 25.71 26.15 29411.84

26.31 26.76 30147.136 26.88 27.3 27941.248 27.37 27.8 28676.544

25.51 25.96 30147.136

28676,544 7,4 26.1 26.54 29411.84

26.65 27.08 28676.544 27.16 27.59 28676.544 27.64 28.04 26470.656

Waktu Pengujian (menit) T1 (ºC) T2 (ºC) HHV (kJ/kg) HHV rata-rata (kJ/Kg) Kadar air (%) 20

25.70 26.15 30147.136

26911,834 6,3 26.27 26.66 25735.36

26.74 27.15 27205.952 27.19 27.58 25735.36

(65)

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

26.69 27.03 22058.88

25441,242 5,7 26.04 26.44 26470.656

26.53 26.94 27205.952 26.96 27.35 25735.36 27.36 27.75 25735.36

24.42 24.79 24264.768

25294,182 5 24.89 25.28 25735.36

25.37 25.77 26470.656 25.83 26.21 25000.064 26.27 26.65 25000.064

Data keseluruhan hasil pengujian serabut kelapa sawit untuk pengujian kedua

Waktu Pengujian

(menit)

(ºC)

HHV (kJ/kg)

HHV rata-rata (kJ/Kg)

Kadar air (%) 1 26.42 26.81 25735.36 27353.0112 14,9

(66)

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

26.8 27.23 28676.54 27.41 27.84 28676.54 26.98 27.4 27941.25 27.56 27.95 25735.36

26.66 27.09 28676.54

27794.1888 12,7 27.26 27.69 28676.54

27.83 28.22 25735.36 24.34 24.76 27941.25 24.84 25.26 27941.25

26.23 26.52 18382.4

27794.1888 11,5 26.46 26.92 30882.43

27.11 27.55 29411.84 26.69 27.16 31617.73 28.26 28.69 28676.54

7,5

26.86 27.27 27205.95

28088.3072 9,4 27.35 27.78 28676.54

27.8 28.21 27205.95 28.24 28.63 25735.36 24.93 25.4 31617.73

26.04 26.5 30882.43

28970.6624 7,7 26.71 27.15 29411.84

27.31 27.75 29411.84 27.88 28.3 27941.25 28.37 28.78 27205.95

26.51 26.96 30147.14

27794.1888 7,4 27.1 27.49 25735.36

27.65 28.08 28676.54 25.16 25.59 28676.54 25.64 26.03 25735.36

Waktu Pengujian (menit) T1 (ºC) T2 (ºC) HHV (kJ/kg) HHV rata-rata (kJ/Kg) Kadar air (%) 20

25.70 26.15 30147.14

26911.8336 6,3 26.27 26.66 25735.36

26.74 27.15 27205.95 27.19 27.58 25735.36

(1)

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

(menit)

T1 (ºC)

T2 (ºC)

HHV (kJ/kg)

HHV rata-rata (kJ/Kg)

Kadar air (%)

26.56 26.89 21323.58

23529.472 6 26.85 27.19 22058.88

27.15 27.41 16176.51 27.36 27.68 20588.29 27.65 27.98 21323.58

27.10 27.41 19852.99

23382.413 4,7 25.5 25.81 19852.99

25.88 26.18 19117.7 26.23 26.52 18382.4 26.51 26.83 20588.29

24.72 25.02 19117.7

23235.354 4,3 25.13 25.38 15441.22

25.5 25.82 20588.29 25.88 26.19 19852.99 26.24 26.56 20588.29

(2)

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

Data keseluruhan hasil pengujian sekam padi

untuk pengujian kedua

Waktu Pengujian (menit) T1 (ºC) T2 (ºC) HHV (kJ/kg) HHV rata-rata (kJ/Kg) Kadar air (%) 1

26.88 27.21 21323.58

21029.466 8,5 27.16 27.46 19117.7

27.45 27.76 19852.99 27.64 27.98 22058.88 27.88 28.23 22794.18

25.62 25.93 19852.99

23676.531 7,9 25.92 26.25 21323.58

26.23 26.54 19852.99 26.51 26.81 19117.7 26.77 27.06 18382.4

24.95 25.29 22058.88

25294.182 7,7 25.47 25.8 21323.58

25.92 26.24 20588.29 26.41 26.74 21323.58 26.82 27.14 20588.29

7,5

26.19 26.52 21323.58

24411.827 7,4 26.57 26.88 19852.99

26.9 27.19 18382.4 27.19 27.48 18382.4 27.47 27.86 25735.36

25.46 25.78 20588.29

24853.005 6,7 25.83 26.19 23529.47

26.26 26.58 20588.29 26.57 26.88 19852.99 26.85 27.15 19117.7

25.83 26.12 18382.4

24117.709 6,5 26.19 26.49 19117.7

26.56 26.87 19852.99 26.92 27.23 19852.99 27.24 27.6 23529.47

(3)

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

(menit)

T1 (ºC)

T2 (ºC)

HHV (kJ/kg)

HHV rata-rata (kJ/Kg)

Kadar air (%)

27.56 27.89 21323.58

23235.354 6 28.9 29.23 21323.58

25.15 25.4 15441.22 25.42 25.72 19117.7 25.77 26.13 23529.47

27.10 27.41 19852.99

23382.413 4,7 25.5 25.81 19852.99

25.88 26.18 19117.7 26.23 26.52 18382.4 26.51 26.83 20588.29

24.72 25.02 19117.7

23235.354 4,3 25.13 25.38 15441.22

25.5 25.82 20588.29 25.88 26.19 19852.99 26.24 26.56 20588.29

(4)

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

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

(5)

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

B. Nilai Kalor Bahan Bakar Cair

Bahan bakar Berat Gravitasi Titik Nilai pembakaran Biaya relatif,

komersil molekul Jenis, nyala, atas, (HHV) Biaya/Satuan

API oF kJ/kg energi

Propana (LPG) 44 112,5 50.400 122

Butana 58 103,1 49.590 118

Gasolin 113 70,0 0 47.590 167

Gasolin 126 60,0 0 47.120 144

Alkohol (denatured) 48,0 170 29.770 Bahan bakar Jet aviasi 45,0 110 46.050 Bahan bakar Jet aviasi 50,0 46.010 Minyak tanah 154 40,0 130 45.940 116

Minyakdiesel (1-D) 170 30,2 100 44.750 Minyakdiesel (2-D) 184 22,2 125 44.450 Minyakdiesel (4-D) 198 15,8 130 43.800 B.b. minyak no.1 42,0 100 46.070 118

B.b. minyak no.2 34,0 100 45.260 100

B.b. minyak no.4 22,5 130 43.280 76

B.b. minyak no.5 18,0 130 47.170 60

(6)

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

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

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(

)

[

(

)(

)

]

(

)

(

)

[

(

)(

)

]

(

)

LAMPIRAN

LAMPIRAN 1 SERABUT KELAPA SAWIT

Data keseluruhan hasil pengujian sekam padi

untuk pengujian kedua

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

LAMPIRAN 5 KONDUKTIVITAS PANAS BERBAGAI

BAHAN PADA 0

C

Bahan

W/m

C

Btu/h.ft

F

Logam

Perak (murni)