Modifikasi dan Uji Kinerja Kiln Metal Tipe Drum Venturi Untuk Pengarangan Limbah Pertanian

MODIFIKASI DAN UJI KINERJA KILN METAL TIPE DRUM
VENTURI UNTUK PENGARANGAN LIMBAH PERTANIAN

ERIS ASTARI PUTRA

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Modifikasi dan Uji
Kinerja Kiln Metal Tipe Drum Venturi Untuk Pengarangan Limbah Pertanian
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, November 2014
Eris Astari Putra
NIM F14100144

ABSTRAK
ERIS ASTARI PUTRA. Modifikasi dan Uji Kinerja Kiln Metal Tipe Drum Venturi Untuk
Pengarangan Limbah Pertanian. Dibimbing oleh SRI ENDAH AGUSTINA.

Hasanah (2012) telah merancang kiln untuk pengarangan tempurung kelapa dengan
prinsip kerja pemanfaatan ventury effect yang bertujuan agar diperoleh proses pengarangan
yang lebih baik. Agar penggunaan kiln tersebut lebih optimum, perlu dilakukan kajian
terhadap penggunaan kiln tersebut untuk pengarangan bahan selain tempurung kelapa.
Tujuan dari penelitian ini yaitu untuk menguji kinerja kiln tersebut dengan bahan limbah
cangkang sawit dan limbah cangkang kemiri serta melakukan modifikasi desain dan cara
pengoperasian kiln sehingga mampu menghasilkan kinerja yang optimal. Pada pengujian
dengan menggunakan bahan limbah tempurung kelapa, kapasitas optimum kiln sebesar
12.45 kg dengan rata-rata suhu dan waktu pengarangan sebesar 420 oC dalam waktu 71
menit dan rendemen yang dihasilkan yaitu sebesar 21 %. Kapasitas optimum kiln setelah
modifikasi untuk bahan cangkang kemiri yaitu sebesar 30.93 kg dan cangkang sawit sebesar

28.03 kg. Kisaran suhu dan waktu pengarangan rata-rata setelah modifikasi untuk limbah
cangkang kemiri yaitu sebesar 321.17 oC selama 310 menit dan untuk limbah cangkang
sawit sebesar 240.72 oC selama 280 menit. Hasil rendemen rata-rata setelah modifikasi kiln
untuk arang cangkang kemiri dan arang cangkang sawit meningkat menjadi 26.65 % dan
23.21 %. Nilai kalor arang cangkang kemiri sebesar 6477 kalori/gram dan arang cangkang
sawit sebesar 7083 kalori/gram. Dianjurkan untuk mengeringkan dan melakukan sortasi
bahan sebelum proses pengarangan dilakukan.
Kata kunci: kiln metal tipe venturi, pengarangan, limbah pertanian, arang, modifikasi.
ABSTRACT
ERIS ASTARI PUTRA. Modification and Performance Test of Venture Drum-type Metal Kiln
for Agricultural Waste Carbonization. Supervised by SRI ENDAH AGUSTINA.

Hasanah (2012) had designed a portable kiln with venture effect to improve
carbonization process. The kiln was designed specifically for coconut shell carbonization.
This study aimed to conduct performance test of the kiln by using palm shell and candlenut
shell as material feeding. In order to get optimum performance, modification of kiln design
and operation procedure has been done as well. The performance test by using coconut shell
waste, the average optimum capacity of kiln reached 12.45 kg with average carbonization
temperatures and time was 420 oC along 71 minutes and resulted yield of charcoal was 21%.
Performance test showed that optimum kiln capacity for candlenut shell waste was 30.93 kg

and palm shell was 28.03 kg. The average temperature and time range for candlenut shell
waste was at 321.17 oC along 310 minutes and for palm shell waste was 240.72 °C along
280 minutes after the modification. The yield of candlenut shell charcoal and palm shell
charcoal increased becoming 26.65 % and 23.21 % after the modification. The heating value
of candlenut shell charcoal was 6477 calorie/gram and palm shell charcoal was 7083
calorie/gram. Drying and sorting before carbonization were recommended in order to help
initial process running well.
Keyword: venture drum-type metal kiln, carbonization, agricultural waste, charcoal,
modification.

MODIFIKASI DAN UJI KINERJA KILN METAL TIPE DRUM
VENTURI UNTUK PENGARANGAN LIMBAH PERTANIAN

ERIS ASTARI PUTRA

Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
pada
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014

Judul Skripsi : Modifikasi dan Uji Kinerja Kiln Metal Tipe Drum Venturi Untuk
Pengarangan Limbah Pertanian
Nama
: Eris Astari Putra
NIM
: F14100144

Disetujui oleh

Ir. Sri Endah Agustina, MS
Dosen Pembimbing

Diketahui oleh

Dr. Ir. Desrial, M.Eng
Ketua Departemen

Tanggal Lulus:

PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala
karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam
penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Maret 2014 ini ialah pemanfaatan limbah
pertanian dengan judul Modifikasi dan Uji Kinerja Kiln Metal Tipe Drum Venturi
Untuk Pengarangan Limbah Pertanian.
Terimakasih penulis diucapkan kepada Ibu Ir. Sri Endah Agustina, MS sebagai
pembimbing skripsi atas bimbingan dan dukungannya dalam pelaksanaan dan dalam hal
pendanaan selama penelitian ini dilaksanakan. Terimakasih juga penulis sampaikan
kepada dosen penguji skripsi yaitu Bapak Ir. Agus Sutejo M.Si dan Dr. Ir. Eddy
Hartulistiyoso M.Sc serta Dr. Lenny Saulia, S.TP selaku dosen pembimbing akademik
selama tingkat pertama sampai tingkat kedua masa studi. Terimakasih juga kepada
semua rekan terdekat saya Mustika Aminta, Rizki Agung Prandita, Hamdani Rachman,
Amri Maulana, Febri Aditya S, Herwin Wardhana, Candra Viki Arnanda, Malindo

Ananda dan Tri Rahmawati beserta rekan lainnya yang telah banyak membantu selama
penelitian ini berlangsung dan juga kepada Bapak Suharto sebagai staf teknisi pada Lab.
Energi dan Elektrifikasi Pertanian yang telah banyak memberikan bantuan dalam
penelitian ini. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada kedua orangtua atas
segala dukungan moril dan material selama proses penelitian ini dilaksanakan dan
selama masa studi penulis di kampus ini hingga selesai.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, November 2014
Eris Astari Putra

DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL

i

DAFTAR GAMBAR

ii

DAFTAR LAMPIRAN

iii

PENDAHULUAN

1

Latar Belakang

1

Tujuan Penelitian

2

Manfaat Penelitian

2

TINJAUAN PUSTAKA

2

METODOLOGI

15

Waktu dan Tempat

15

Alat dan Bahan

15

Tahapan Penelitian

15

Metode Pengujian Kiln Terhadap Limbah Pertanian

16

HASIL DAN PEMBAHASAN

21

Pengujian Pendahuluan

21

Modifikasi Kiln

29

Perbandingan Kinerja Kiln Pra dan Pasca Modifikasi

32

Kualitas Arang

37

PENUTUP

39

Kesimpulan

39

Saran

40

DAFTAR PUSTAKA

40

LAMPIRAN

42

DAFTAR TABEL
1 Tabel pirolisis berdasarkan suhu dan rendemennya
2 Proses pirolisis berdasarkan teknologinya
3 Spesifikasi kiln metal tipe drum venturi bahan tempurung kelapa
4 Komposisi zat penyusun cangkang kemiri
5 Komposisi bahan baku cangkang kemiri sebelum pengarangan
6 Produksi kemiri Indonesia tahun 2012
Karakteristik fisik dan mekanik cangkang kelapa sawit (PKS)

3
3
9
11
11
11
12

7 Produksi kelapa sawit Indonesia tahun 2012
8 Syarat Arang Kayu (SNI-01-6235-2000)
9 Rencana titik pengukuran suhu pada kiln
10 Benchmark tingkat kegetasan arang
11 Performa kiln rata-rata tiap parameter pada pengujian pendahuluan
12 Rata-rata kapasitas kiln dan bulk density pada pengujian pendahuluan
13 Rata-rata waktu pengarangan bahan pengujian pendahuluan
14 Rata-rata rendemen arang pengujian pendahuluan
15 Perbandingan kinerja kiln bahan cangkang sawit pra & pasca modifikasi
16 Perbandingan kinerja kiln bahan cangkang kemiri pra & pasca modifikasi
Perbandingan kinerja kiln bahan tempurung kelapa
Rata-rata nilai kadar air (KA) bahan sebelum pengarangan
17 Rata-rata nilai kualitas arang hasil uji proksimat

13
14
19
20
21
22
23
25
32
34
36
37
37

DAFTAR GAMBAR
1 Metode pembuatan arang tradisional (Anonim 2013)
2 Proses pembuatan lubang tanah
3 Proses pemotongan kayu
4 Proses pemasangan ganjalan pada lubang tanah
5 Proses penyusunan kayu yang akan diarangkan
6 Proses peletakan ranting atau dahan kering untuk pembakaran awal
7 Proses pelapisan tungku dengan daun basah
8 Proses pengarangan bahan sedang berlangsung
9 Proses penambahan lapisan tanah
10 Proses pengarangan telah selesai
11 Proses pembongkaran tungku bawah tanah
12 Arang kayu hasil pengarangan siap digunakan
13 Kiln metal tipe drum venturi
14 Laci pembakaran
15 Kasa pemerata api
Limbah tempurung kemiri sebagai sumber energi biomassa
Limbah cangkang sawit sebagai sumber energi biomassa
16 Tahapan penelitian
17 Lokasi titik pengukuran
18 Grafik kapasitas optimum kiln dan bulk density bahan
19 Grafik waktu pengarangan bahan dan waktu pengarangan total bahan
20 Grafik besaran rendemen arang yang dihasilkan
21 Arang cangkang sawit dan arang cangkang kemiri

4
5
5
5
6
6
6
7
7
7
8
8
9
10
10
12
12
16
19
22
24
25
25

22 Grafik sebaran suhu uji pendahuluan pengarangan cangkang sawit
23 Grafik sebaran suhu uji pendahuluan pengarangan cangkang kemiri
24 Bagian penambahan lubang udara dan kasa pada kiln yang dimodifikasi
Grafik perbandingan sebaran suhu pengarangan cangkang sawit
Grafik perbandingan sebaran suhu pengarangan cangkang kemiri

27
28
31
33
35

DAFTAR LAMPIRAN
1 Gambar teknik kiln tipe drum venturi rancangan Hasanah (2012)
Alat-alat yang digunakan dalam proses pengarangan
Data dan hasil pengujian kinerja kiln pendahuluan dan modifikasi
Kegiatan pada proses pengujian kinerja kiln (pengarangan)
Gambar teknik kiln tipe drum venturi hasil modifikasi

42
43
44
54
56

RIWAYAT HIDUP

Eris Astari Putra, lahir pada tanggal 19 April 1992 di
Sukabumi, dari Ayah Erwin Dalim dan Ibu Iis Siti Aisyah
yang merupakan anak pertama dari 4 bersaudara. Penulis
menamatkan Sekolah Menengah Atas (SMA) pada tahun
2010 di SMAN 1 Cibadak. Kemudian melanjutkan studinya
ke Institut Pertanian Bogor pada tahun yang sama melalui
jalur SNMPTN (Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi
Negeri) Pada tahun 2010 dengan mengambil Departemen
Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian.
Selama masa studinya tersebut, penulis juga aktif dalam mengikuti beberapa organisasi
kemahasiswaan diantaranya pada tahun 2011 menjadi staf di Badan Eksekutif
Mahasiswa Keluarga Mahasiswa (BEM KM IPB) di Kementrian Budaya, Olahraga dan
Seni (BOS) dan menjabat sebagai kepala divisi medis dan staf di divisi acara pada
Olimpiade Mahasiswa IPB 2011 dan 2012 serta menjadi kepala divisi logistik dan
transportasi pada Gebyar Nusantara (GENUS IPB) pada tahun 2011. Setahun
berikutnya penulis bergabung dengan organisasi himpunan mahasiswa jurusan menjadi
staf Human Resource Development (HRD) di Himpunan Mahasiswa Teknik Pertanian
(HIMATETA IPB). Selain itu, penulis juga sempat menorehkan beberapa prestasi baik
akademik dan non-akademik diantaranya adalah penulis terpilih sebagai salah satu
delegasi dari IPB untuk menjadi peserta pada seminar internasional “The 19th TRIUniversity Joint International Seminar dan Symposium 2012“ di Bogor, Indonesia yang
diikuti oleh 6 Negara di Asia. Pada tahun berikutnya, penulis dipilih kembali menjadi
delegasi dari IPB untuk menjadi peserta pada program “The Good Practice Program”
yang diadakan di Universitas Niigata, di kota Niigata, Jepang pada Februari 2013 yang
diikuti oleh 4 Negara di Asia. Selain itu, penulis juga seorang penerima beasiswa
pendidikan Sobat Bumi Pertamina Foundation dari yayasan PT Pertamina sejak tahun
2012 sampai pertengahan tahun 2014. Kemudian pada pertengahan tahun 2013 terpilih
menjadi salah satu mahasiswa berprestasi IPB sepanjang Agustus 2012 s.d Mei 2013 di
bidang ekstrakurikuler yang diberikan oleh Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan
Institut Pertanian Bogor. Penulis juga sempat melaksanakan praktik lapang di PT
Navigat Organic Energy Indonesia di Bekasi, Jawa Barat pada pertengahan tahun 2013.

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Limbah-limbah dari komoditas pertanian seperti kemiri, jagung dan kelapa sawit
menghasilkan limbah yang sangat besar terutama limbah cangkang kulit pembungkus
buah dan tongkolnya. Perkebunan kelapa sawit misalnya, memiliki potensi limbah
cangkang sawit sebesar 420 kg/ton CPO (Agustina 2012). Khusus untuk kemiri,
memiliki potensi yang cukup besar yaitu dengan potensi limbah sebesar 350 kg/ton
kemiri. Tempurung kemiri sangat keras dan tersusun oleh unsur lignin sebesar 54 %
sehingga strukturnya menyerupai tempurung kelapa yang tersusun atas unsur lignin
sebesar 29 % sama dengan unsur penyusun cangkang kelapa sawit yang memiliki unsur
lignin yang sama sebesar 29 %.
Belum meratanya pasokan energi pada tiap-tiap daerah yang ada di Indonesia
untuk kebutuhan masyarakat membuat perlu adanya pemanfaatan sumber energi baru
dalam bentuk biomassa agar dapat menjadi energi alternatif khususnya untuk
masyarakat pedesaan skala rumah tangga. Jumlah biomassa yang sangat besar dan
melimpah yang banyak terdapat di daerah membuat proses pemanfaatan ini akan lebih
mudah diaplikasikan dengan baik untuk pemenuhan kebutuhan energi alternatif atau
tambahan bagi masyarakat pedesaan agar dapat mengurangi ketergantungan pasokan
energi yang berpusat pada pemerintah.
Limbah tempurung kemiri dan cangkang sawit memiliki potensi untuk
memenuhi kebutuhan skala energi rumah tangga maupun untuk kebutuhan industri.
Melalui konversi menjadi arang aktif, arang bahan bakar juga dapat menghasilkan
biocharcoal dengan menggunakan teknologi pirolisis atau karbonasi. Melalui teknologi
pirolisis ini, limbah-limbah pertanian tersebut dapat menjadi sumber penghasilan baru
bagi masyarakat atau petani dan juga dapat menjadi bahan edukasi untuk masyarakat
luas tentang pemanfaatan limbah hasil pertanian.
Teknologi pirolisis atau karbonasi merupakan cara untuk mengkonversi
biomassa atau limbah pertanian menjadi arang atau biocharcoal. Teknologi karbonasi
sendiri merupakan suatu proses dekomposisi atau penguraian dengan bantuan panas
>150 oC dan ditambah dengan sedikitnya asupan oksigen yang juga akan menghasikan
gas karbondioksia (CO2), karbon monoksida (CO), metana (CH4), tar, uap air (H2O) dan
juga zat lainnya (Hasanah 2012).
Kiln merupakan perangkat alat yang umum digunakan untuk pembuatan arang
untuk tujuan komersial. Portable kiln yang biasa digunakan di masyarakat biasanya
terbuat dari drum bekas dengan desain alat yang sederhana sehingga kinerjanya pun
kurang efisien dan kurang produktif.
Hasanah (2012) telah merancang sebuah portable kiln dengan prinsip kerja yaitu
memanfaatkan ventury effect yang bertujuan agar mendapatkan proses pengarangan
dengan kinerja yang jauh lebih baik. Latar belakang pembuatan kiln tersebut didesain
dengan tujuan untuk pengarangan limbah tempurung kelapa karena limbah tersebut
banyak ditemukan di seluruh wilayah Indonesia khususnya di lingkungan masyarakat
rumah tangga. Sampai saat ini, pemanfaatan limbah tersebut masih belum optimal.
Hanya sebagian kecil dari limbah tersebut dimanfaatkan untuk bahan farmasi, kosmetik,
pengolahan pangan, kerajinan dll.
Hasil uji kinerja kiln venturi ini pun menunjukkan suatu hasil kinerja yang
sangat baik dibandingkan dengan portable kiln lain yang biasa digunakan di masyarakat

pada umumnya. Dengan kiln ini, waktu proses pengarangan menjadi lebih singkat
sehingga waktu pengarangan lebih efisien. Selain itu juga, hasil dari proses
pengarangan dengan menggunakan kiln ini menghasilkan rendemen arang yang lebih
besar dengan kualitas arang yang jauh lebih baik.
Agar implementasi portable kiln tipe venturi tersebut lebih optimal dan
produktif dalam penggunaanya di masyarakat secara luas, perlu dilakukan uji kinerja
dengan bahan limbah dari hasil pertanian lainnya seperti limbah cangkang sawit dan
limbah cangkang kemiri atau bahkan limbah lain yang memiliki potensi yang besar
untuk dikonversi menjadi arang. Hasil dari pengujian tersebut diharapkan, dapat
menghasilkan rekomendasi tentang pengoperasian dan modifikasi desain yang
dibutuhkan jika kiln tersebut digunakan untuk pemanfaatan limbah selain limbah
tempurung kelapa.
Tujuan
Tujuan dari penelitian ini adalah menguji kinerja alat pengarangan (kiln) metal
tipe drum venturi hasil rancangan Hasanah (2012) yang didesain untuk pengarangan
tempurung kelapa, dengan menggunakan bahan limbah pertanian tempurung kemiri dan
cangkang sawit serta melakukan modifikasi desain dan cara pengoperasian kiln
sehingga mampu menghasilkan kinerja yang optimal.
Manfaat
Manfaat dari penelitian ini adalah aplikasi ataupun penerapan dalam
penggunaan kiln metal tipe drum venturi yang dirancang oleh Hasanah (2012) untuk
pengarangan berbagai limbah pertanian khususnya cangkang sawit dan cangkang kemiri
dengan tingkat kinerja yang optimal.

TINJAUAN PUSTAKA
Pirolisis
Pirolisis adalah proses penguraian (lysis) biomassa oleh energi panas (pyro)
pada suhu lebih dari 150 oC. Sedangkan pirolisis primer adalah pirolisis yang terjadi
pada bahan baku (umpan) pada suhu 150 – 300 oC dengan hasil penguraian yang utama
adalah karbon (arang) (Agustina SE dan Isriyanto 1992). Berdasarkan tingkat
penyebaran panasnya, proses pirolisis terbagi atas 2 jenis, yang pertama adalah pirolisis
primer yaitu proses pemanasan biomassa dengan tingkat penyebaran panas yang sangat
rendah (5-7 oC/menit). Biasanya pirolisis lambat memproduksi lebih sedikit cairan (3050 %) daripada arang (25-35 %) dari pirolisis cepat. Pirolisis cepat merupakan proses
pemanasan yang cepat dengan tingkat penyebaran panas yang tinggi (lebih dari 300
o
C/menit). Pirolisis cepat biasanya digunakan untuk proses produksi bio-oil (WSDE
2011).
Pirolisis primer atau pirolisis lambat sering disebut juga dengan proses
karbonasi. Proses karbonasi adalah suatu proses yang bertujuan untuk meningkatkan
nilai kalor, karena pelepasan kandungan air, juga pembentukan tar yang dapat berfungsi
sebagai coating film yang mencegah penyerapan kembali kandungan air. Dalam sebuah
dokumen FAO yang berjudul Industri Pembuatan Arang, mendefinisikan karbonisasi
sebagai proses dimana zat karbon yang kompleks, seperti kayu atau residu pertanian,
dipecah menjadi karbon dan senyawa kimia unsur dengan pemanasan. Karbonisasi

(pirolisis lambat) terjadi ketika kayu dipanaskan dalam wadah tertutup, jauh dari
oksigen dari udara yang dinyatakan akan memungkinkan untuk menyalakan dan
membakar diri menjadi abu. Tanpa oksigen, kayu terurai menghasilkan berbagai unsur,
yang utama menjadi arang yang sebagian besar terdiri dari unsur karbon.
Tabel 1 Proses pirolisis berdasarkan suhu dan rendemennya
Parameter
Kisaran
Umumnya
Kisaran
Waktu
Umumnya
Kisaran
Rendemen Arang (%)
Umumnya
Kisaran
Cairan (%)
Umumnya
Kisaran
Gas (%)
Umumnya
Sumber: (Brownsort 2009)
Suhu (oC)

Pirolisis lambat
250-750
350-400
berhari-hari
2-30 menit
2-60
25-35
0-60
20-50
0-60
20-50

Pirolisis sedang
320-500
350-450
1-15 menit
4 menit
19-73
30-40
18-60
35-45
9-32
20-30

Pirolisis cepat
400-750
450-550
detik
1-5 detik
0-50
10-25
10-80
50-70
5-60
10-30

Pirolisis lambat digunakan untuk memaksimalkan produk arang. Contoh
implementasi dari tahap pirolisis primer ini adalah pengarangan dengan menggunakan
alat pengarangan seperti retort dan kiln.
Tabel 2 Proses termokimia, waktu peluruhan partikel dan produk utama
Proses
Kisaran suhu
Laju
Waktu
Tekanan
Produk
o
termokimia
( C)
pengarangan
proses
Pirolisis lambat
350-800
rendah
atmosfer berhariarang
hari
Torrefaction
200-300
rendah
atmosfer menitarang
jam
getas
Pirolisis cepat
400-600
sangat tinggi
vakum
detik
bio-oil
Pirolisis kilat
300-800
tinggi
atmosfer
menit
biokarbon
tinggi
Gasifikasi
700-1500
sangat tinggi
atmosfer
detikgas,
tinggi
menit
material
kimia
Sumber: (Brewer 2012)
Dari Tabel 2 di atas terlihat bahwa, perbedaan teknologi yang digunakan untuk
proses pirolisis mempengaruhi hasil yang ingin dicapai pada proses pirolisis tersebut.
Semakin tinggi suhu yang dapat dicapai akan semakin sedikit waktu yang diperlukan
untuk proses pirolisis. Dari Tabel 2 tersebut, pada kisaran suhu 350-800 oC dengan laju
pembakaran yang lambat atau sangat lambat yang akan dihasilkan yaitu produk berupa
arang (charcoal). Namun khusus untuk proses pirolisis untuk merubah biomassa
menjadi arang, yang dibutuhkan adalah pengontrolan dalam laju pembakaran (heating
rate) yang harus rendah dan waktu pengarangan yang lebih lama.
Kiln

Sejarah Perkembangan Kiln
Kiln merupakan alat yang biasanya digunakan untuk menghasilkan arang
(charcoal) yang dihasilkan dari bahan biomassa. Berdasarkan jenisnya, secara umum
ada dua tipe alat produksi arang yang dibedakan berdasarkan pada perbedaan pemberian
energi panasnya. Kedua tipe tersebut adalah tipe kiln dan tipe retort. Namun
perbedaannya, pada tipe kiln, energi panas diperoleh dari pembakaran sebagian bahan
baku, sedangkan pada tipe retort energi panas diberikan dari luar sistem.

Gambar 1 Metode pembuatan arang tradisional (Anonim 2013)
Proses pengarangan dengan menggunakan kiln ini bertujuan untuk
menghasilkan arang bahan bakar atau arang aktif yang merupakan upaya untuk
meningkatkan nilai ekonomis dari biomassa tersebut, karena arang aktif merupakan
bahan industri yang cukup mahal. Kiln yang dirancang pada proses pengarangan
biasanya didesain dengan asupan udara atau oksigen yang lebih sedikit agar suhu yang
dapat dikontrol pada kiln berkisar antara 150-350 oC, dengan kisaran waktu
pengarangan selama 4-5 jam bergantung pada kapasitas yang ditetapkan dan jenis bahan
yang digunakan.
Proses Pengarangan dengan Kiln
Pengarangan kayu biasanya dilakukan dengan banyak metode. Namun yang
umumnya dilakukan oleh para petani arang di Indonesia yaitu menggunakan metode
tradisional (Gambar 1), misalnya pembuatan arang kayu dengan metode eart-pit kiln
atau metode tungku dalam lubang tanah. Langkah-langkah pembuatan arang menurut
Iskandar H dan Santosa KD (2005) dengan metode lubang tanah yaitu sebagai berikut:
1. Persiapkan lubang di dalam tanah yang akan berfungsi sebagai tempat
pengarangan kayu yang akan dilakukan (Gambar 2).

Gambar 2 Proses pembuatan lubang tanah
2. Ukuran kayu dibentuk dengan cara memotong kayu dengan ukuran panjang 50
cm dan diameter 10 cm (Gambar 3).

Gambar 3 Proses pemotongan kayu
3. Sebelum bahan baku kayu disusun, pada dasar lubang terlebih dahulu diberi
ganjal batang kayu berukuran sedang yang diletakkan secara membujur dari
bagian atas lubang ke bagian bawah. Tujuan pemberian ganjal kayu untuk
menjaga sirkulasi udara di dalam lubang, sehingga proses pengarangan dapat
berjalan baik (Gambar 4).

Gambar 4 Proses pemasangan ganjalan pada lubang tanah
4. Pada batas bawah lubang, disediakan lubang yang cukup untuk serasah dan
daun-daun kering sebagai umpan awal pembakaran. Pada batas atas lubang,
disediakan tempat untuk meletakan cerobong asap sebelum tumpukan kayu
ditutup dengan serasah, daun, ranting kering dan tanah (Gambar 5)

Gambar 5 Proses penyusunan kayu yang akan diarangkan
5. Sebelum dilakukan pembakaran, pertama masukkan ranting atau dahan kering
ke dalam lubang tempat pembakaran awal. Kemudian beri sedikit minyak tanah
untuk memudahkan penyalaan. Setelah api dinyalakan, jaga agar bara tetap
menyala dan merembet ke dalam lubang (Gambar 6).

Gambar 6 Proses peletakan ranting atau dahan kering untuk pembakaran awal
6. Setelah bahan kayu disusun memenuhi lubang, sebelum lubang ditutup dengan
tanah, terlebih dahulu dilapisi daun basah yang disusun saling menyilang untuk
mengurangi suhu panas yang keluar. Barulah penutupan tanah dilakukan
(Gambar 7).

Gambar 7 Proses pelapisan tungku dengan daun basah
7. Apabila dari cerobong sudah keluar asap, berarti di dalam lubang sudah ada
proses pembakaran ranting dan daun. Selanjutnya ditunggu sampai asap yang
keluar berwarna putih tebal. Selama proses pembakaran, perlu ada penambahan
lapisan tanah agar tidak ada kebocoran lubang udara (Gambar 8).

Gambar 8 Proses pengarangan bahan sedang berlangsung
8. Setelah proses pembakaran di dalam lubang sudah berjalan sempurna, kira-kira
5 sampai 6 jam - ditandai dengan asap putih tebal dari cerobong, maka lubang
udara di bagian depan perlu ditutup sebagian untuk membatasi suplai udara ke
dalam tungku. Pada saat penutupan lubang udara, lapisan tanah penutup harus
selalu ditambah pada bagian-bagian yang sudah mulai turun karena kayu di
dalam tungku lubang sudah mulai terbakar (Gambar 9).

Gambar 9 Proses penambahan lapisan tanah
9. Setelah 5 sampai 6 hari proses pembakaran, asap dari cerobong mulai terlihat
menipis dan berwarna tipis kebiru-biruan. Hal ini menunjukkan bahwa proses
pengarangan sudah hampir selesai. Apabila permukaan lapisan tanah penutup
terlihat kering, maka proses pendinginan bisa dilakukan (Gambar 10).

Gambar 10 Proses pengarangan telah selesai
10. Setelah 1 sampai 2 hari proses pendinginan berjalan dan suhu permukaan tanah
tidak panas, lubang bisa dibongkar untuk mengeluarkan arang kayu.
Pembongkaran harus dilakukan hati-hati, agar arang kayu tidak hancur dan
dapat diambil dalam kondisi utuh. Setelah selesai, lubang tungku bisa digunakan
untuk pembuatan arang kembali (Gambar 11).

Gambar 11 Proses pembongkaran tungku pengarangan dalam tanah
11. Contoh arang hasil pembuatan dengan memanfaatkan kayu limbah pembukaan
ladang dan pembalakan oleh peserta pelatihan di Stasiun Penelitian CIFOR di
Seturan, siap untuk digunakan (Gambar 12).

Gambar 12 Arang kayu hasil pengarangan siap digunakan.
Metal Kiln Tipe Drum Venturi Rancangan Hasanah (2012)
Prinsip kerja kiln ini menggunakan prinsip venturi yaitu dengan pengecilan
tabung kiln sehingga asupan panas yang bersumber pada ruang pembakaran dapat
tersalurkan secara cepat dan merata (Gambar 13) (Lampiran 1). Kiln ini juga
memanfaatkan prinsip chimney effect yaitu sebuah keadaan dimana udara panas
akan membuat bobot udara itu menjadi lebih ringan sehingga dapat mengalir ke
bagian atas silinder dan dapat membuat proses pirolisis menjadi lebih panas dan
lebih cepat.

Gambar 13 Kiln metal tipe drum venturi (Hasanah 2012)

Kiln ini diuji untuk pengarangan limbah biomassa tempurung kelapa
sehingga dapat meningkatkan nilai kalor tempurung kelapa dan dapat menjadikan
nilai limbah tersebut menjadi lebih ekonomis. Kiln venturi ini memiliki kapasitas
sebesar 12.45 kg bahan tempurung kelapa dengan potongan besar, dan dapat diisi
sampai 15 kg tempurung kelapa jika tempurung dipotong kecil-kecil. Panas yang
dapat dihasilkan dari kiln drum venturi ini dari uji coba yang dilakukan dapat
mencapai suhu pembakaran hampir mencapai 1000 oC ketika pada proses awal
pembakaran dan dengan suhu rata-rata pengarangan yaitu sekitar 300-500 oC (Tabel
3).
Tabel 3 Spesifikasi kiln metal tipe venturi bahan biomassa tempurung kelapa
Keterangan
Kapasitas kiln (kg)
Tinggi total (cm)
Diameter kiln (cm)
Diameter penyempitan kiln (cm)
Diameter ruang pemerata api (cm)
Jumlah lubang udara (buah)
Diameter lubang udara (cm)
Tinggi cerobong (cm)
Diameter cerobong (cm)
Tinggi kaki penyangga (cm)
Jumlah lubang udara (buah)
Berat kosong kiln (kg)
Capaian suhu rata-rata (oC)
Rendemen rata-rata (%)

Nilai
12.45-15
148
51.2
31.4
7.5
6
2
30
15
23
7
26.75
260-560
20-27

Sumber : (Hasanah 2012)
Proses pengarangan dengan menggunakan kiln tipe venturi ini sedikit
berbeda dengan kiln metal lainnya. Kiln venturi memiliki laci pembakaran yang
terletak di bagian bawah kiln venturi yang berfungsi untuk mengawali proses
pembakaran dengan membakar beberapa tempurung kelapa untuk mengawali proses
pembakaran (Gambar 14). Pasang kasa pemerata api (Gambar 15) di tengah ruang
pengarangan. Kemudian setelah itu, buka penuh semua keran udara yang ada.
Dalam kiln venturi ini terdapat 7 lubang udara yang dapat diatur dengan
pembukaan kran udara secara manual. Pada tahap awal pembakaran lubang udara
harus dalam keadaan terbuka. Kemudian, tempurung kelapa dimasukan ke dalam
ruang pengarangan hingga tersisa 2/3 ruang kosong bagian atas dan bakar sedikit
sabut kelapa dan masukkan api tersebut ke dalam kasa pemerata api. Pastikan api
masuk hanya sampai di tengah ruang pengarangan. Setelah api membakar semua
tempurung kelapa, tutup laci pembakaran ini dan ikat dengan sealer gasket.
Kemudian, tunggu hingga proses pengarangan selesai dengan dicirikan dengan
menipisnya asap.

Gambar 14 Laci pembakaran

Gambar 15 Kasa pemerata
Potensi Limbah

Tempurung Kemiri
Pohon kemiri merupakan jenis pohon serbaguna. Hampir seluruh bagiannya
dapat dimanfaatkan dengan produk utama kemiri isi. Pohon kemiri (Aleurites
mollucana L, Willd) merupakan jenis yang mudah ditanam, cepat tumbuh dan tidak
begitu banyak menuntut persyaratan tempat tumbuh (Sunanto 1994) dan
berdasarkan pengelompokkannya kemiri termasuk dalam minyak lemak (Kataren
1986). Berat tempurung kemiri mencapai 2/3 dari berat biji kemiri utuh dan sisa
sepertiganya adalah inti (kernel) dari buah kemiri. Pada umumnya, masyarakat
menjadikan tempurung kemiri sebagai limbah dan hanya sebagian kecil saja yang
memanfaatkannya sebagai bahan campuran untuk pengeras jalan dan lantai rumah.
Tempurung kemiri sebenarnya mempunyai prospek sebagai bahan baku pada
pembuatan arang aktif, biocharcoal, juga untuk arang bahan bakar (charcoal)
(Tabel 5). Karakteristik tempurung kemiri sangat mirip dengan tempurung kelapa
karena struktur tempurung kemiri sangat keras karena mengandung banyak lignin
(Tabel 4) sebagai penyusun kulit buahnya dan memiliki nilai kalor biomassa sebesar
4060 kal/gram (Nadir 2011).
Tabel 4 Komposisi zat penyusun cangkang kemiri
Kandungan
Holoselulosa
(polisakarida)
Pentosan
Lignin
Ekstraktif :
-Larut air dingin
-Larut air panas
-Larut
alkoholbenzena (1:2)
-Larut NaOH 1 %
Debu
Sumber: (Anonim 2009)

Jumlah (%)
49.22
14.55
54.46
1.96
6.18
2.69
17.14
8.73

Tabel 5 Komposisi cangkang kemiri sebelum pengarangan
Kandungan
Kadar air
Zat terbang
Kadar abu
Total karbon
Nilai kalor
Sumber: (Nadir 2011)

Jumlah (%)
5.89
46.28
19.11
34.56
4060

Kemiri masuk ke Indonesia antara tahun 1930-1933 yaitu jenis A. Montana dan
A. fordii. Jenis ini tersebar di Pulau Jawa dan Sumatra. Kemiri yang banyak terdapat di
Indonesia saat ini adalah jenis A. moluccana. Jenis A. moluccana berasal dari Malaysia.
Tanaman kemiri banyak ditanam di Indonesia, yaitu provinsi Aceh, Sumatra Utara,
Sumatra Barat, Bengkulu, Sumatra Selatan, Lampung, Jawa Barat, Kalimantan Selatan,
Kalimantan Timur Kalimantan Barat, Bali, Nusa Tenggara Barat, Nusa Tenggara Timur,
Sulawesi dan Maluku merupakan daerah-daerah dimana kemiri ditanam.
Tabel 6 Produksi kemiri Indonesia sampai tahun 2012
Tahun
Produksi (ribu ton)
2008
110.2
2009
102
2010
100.6
2011
99.5
2012
105.6
Sumber: (BPS 2012)
Di Indonesia sendiri, daerah yang paling banyak pertanaman kemirinya adalah
provinsi Nusa Tenggara Timur (luas area 84.941 hektar dan produksi 1.390 ton) Secara
keseluruhan luas areal tanaman kemiri di Indonesia 205.532 hektar dengan produksi
74.319 ton. Perkembangan luas areal kemiri dari tahun ketahun terus meningkat (Tabel
6). Jika melihat potensi tempurung kemiri yang memiliki berat 2/3 dari buah kemiri,
berarti pada tahun 2012 setidaknya memiliki potensi tempurung kemiri sebesar kurang
lebih 35 ribu ton tempurung kemiri yang dapat dimanfaatkan untuk menjadi bahan
bakar atau untuk kegiatan lainnya (Gambar 6).

Gambar 16 Limbah cangkang kemiri sebagai sumber energi biomassa
Kelapa Sawit
Kelapa sawit merupakan komoditas yang paling besar dalam jumlah produksi
dan ekspor ke negara lain karena kelapa sawit memiliki potensi minyak nabati yang
besar dan sangat diminati oleh negara lain untuk tujuan konsumsi pangan

masyarakatnya dan juga dijadikan biodiesel (Tabel 7). Proses produksi CPO dari kelapa
sawit tidak hanya menghasilkan minyak, akan tetapi juga dapat menghasilkan produk
sampingan juga seperti limbah hasil pengepresan kelapa sawit yaitu berupa cangkang
kelapa sawit atau palm kernel shell (PKS). Nilai energi panas untuk cangkang dapat
mencapai 20.093 kJ/kg. Persentase cangkang dapat mencapai 6 % dari tandan buah
segar (TBS) yang diolah dengan kandungan abu rata-rata 6.10 % (Prihandana dan
Hendroko 2008) (Tabel 8).
Limbah kelapa sawit yaitu seperti cangkang kelapa sawit misalnya, sering
dimanfaatkan sebagai digunakan sebagai bahan bakar tambahan untuk boiler, untuk
memenuhi kebutuhan energi dalam pabrik kelapa sawit (Gambar 17). Cangkang
digunakan sebagai bahan bakar boiler unutuk memenuhi kebutuhan steam (uap panas)
dan listrik.

Gambar 17 Cangkang sawit sebagai sumber energi biomassa
Tabel 7 Produksi kelapa sawit di Indonesia sampai tahun 2012
Tahun
2008
2009
2010
2011
2012

Produksi (ribu ton)
6923.0
7517.7
8458.7
8797.9
8973.9

Sumber: (BPS 2012)
Tabel 8 Karakteristik fisik dan mekanik cangkang kelapa sawit (PKS)

S/No

Karakteristik
PKS

1

2
3
4

Nilai
HTKS

DPKS

Karakteristik dimensi
Panjang, P (mm)
Lebar, L (mm)
Ketebalan, t (mm)
Kebulatan (mm)
Volume (m3)
Massa (g)
Densitas
Porositas rata-rata (%)
Koefisien gesek statik
Kekuatan keretakan
Gaya maksimum sepanjang ketebalan (N)

28.56
19.71
16.39
0.7415
4.4547
4.9196
1.1248
10.98
0.41

43.65
20.69
38.22
0.9455
39.179
30.254
0.277
31.27
0.4

75.72
78.32
51.94
0.892
244.768
70.883
0.286
43.76
0.46

3270.59

3721.71

Gaya maksimum sepanjang lebar (N)

3884.61

12468.3
5
12061.0
8
17421.6

19.85
3.54

61.54
6.95

67.3
9.23

6.845
2.33

34.76
2.54

60.67
4.83

7.8325
1.254
1.1248
1099.23

12.14
1.09
1.09
1243.9

11.32
1.19
1.19
1216.47

Gaya maksimum sepanjang panjang (N)
5
Pengujian perendaman pada minyak dan
oli
Penyerapan air dalam 24 jam (%)
Ketebalan serapan dalam air selama 24
jam (%)
Penyerapan minyak dalam 24 jam (%)
Ketebalan serapan dalam minyak selama
24 jam (%)
Kadar air (%)
6
Densitas sebenarnya (g/m3)
7
Gravitasi spesifik
8
Kapasitas panas spesifik (J/kg.K)
Sumber: (Dagwa et al. 2005)

7071.36
4987.34

Arang (Charcoal)
Arang adalah produk solid hasil konversi termokimia dari biomassa yang terjadi
pada suhu di atas 300 oC tanpa adanya oksigen, yang dikenal sebagai pirolisis (Hensley
et al. 2011). Proses pirolisis terjadi pada suhu minimal 200 oC namun tingginya suhu
yang akan dicapai sangat tergantung dari tujuan produk yang akan dihasilkan dari
proses pirolisis. Arang memiliki fungsi yang sangat beragam, dapat untuk bahan bakar
juga dalam bidang pertanian, arang dapat juga digunakan sebagai media tanam.
Biasanya, arang selain digunakan sebagai bahan bakar, juga dapat digunakan sebagai
penyerap. Daya serap ditentukan oleh luas permukaan partikel dan kemampuan ini
dapat menjadi lebih tinggi jika terhadap arang tersebut dilakukan aktifasi dengan aktif
faktor bahan-bahan kimia ataupun dengan pemanasan pada temperatur tinggi. Bahkan
sekarang ini, arang juga diperlukan sebagai bahan baku arang aktif. Arang aktif bersifat
absorptif terhadap partikel-partikel padat maupun ion-ion tertentu, sehingga arang aktif
banyak digunakan sebagai filter penangkap partikel-partikel pengotor yang terkandung

dalam cairan atau udara. Selain itu, arang dapat membantu untuk meningkatkan sumber
daya tanah dengan meningkatkan hasil panen dan produktivitas dengan mengurangi
keasaman tanah dan mengurangi kebutuhan akan bahan kimia dan pupuk (Odessola et
al. 2010).
Kualitas arang yang dihasilkan juga sangat dipengaruhi oleh jenis bahan baku
yang akan diarangkan yaitu arang sekam, arang bambu, arang tempurung kelapa, arang
kayu, arang serasah, bonggol jagung, arang kulit buah mahoni atau karet, arang serbuk
gergaji, tempurung kemiri bahkan dapat juga dengan kulit durian atau bahan-bahan
lainnya. Namun, biasanya semua bahan yang tersusun atas struktur yang keras dan
mengandung lignin yang tinggi, bahan tersebut dapat dikonversi menjadi arang dengan
proses pirolisis. Arang berdasarkan pengolahannya terbagi dalam beberapa proses
tertentu, misalkan menggunakan bahan kimia ataupun pemanasan dapat dihasilkan
arang aktif, pengolahan dengan penambahan zat perekat dan proses pengempaan maka
dihasilkan arang briket. Bahan baku arang secara umum adalah bahan organik berkayu
seperti sekam padi, serbuk gergaji, limbah tempurung kelapa, sabetan kayu, daun dan
ranting pohon, ampas tebu dan lain-lain. Bahan baku yang digunakan sebaiknya
dikelompokkan menurut jenis dan bentuknya sehingga memudahkan dalam proses
pembuatan arang. Selain itu sebaiknya bahan berada pada kondisi kering dan siap bakar
sehingga tidak mengeluarkan asap yang terlalu banyak dan mempersingkat waktu
pengarangan (Setiadi 2011).
Khusus untuk di Indonesia, penggunaan arang sejauh ini banyak digunakan
untuk kebutuhan skala rumah tangga seperti untuk memasak, pedagang kecil, atau
untuk kegiatan komersil lainnya. Arang yang tersedia di pasaran di wilayah Indonesia
pada umumnya merupakan arang yang dihasilkan dari proses karbonasi akar kayu atau
kayu yang sengaja dijadikan arang oleh para petani arang yang ada di pelosok-pelosok
desa di Indonesia. Karena itulah sebenarnya sejak dari zaman dahulu, penggunaan arang
sudah sangat lekat sekali dengan masyarakat Indonesia untuk memenuhi kebutuhan
memasak mereka sehari-hari dengan cara yang konvensional.
Arang yang akan diproduksi harus memiliki acuan sebagai dasar tujuan
pembuatan arang biomassa agar memenuhi standar arang bahan bakar yang ditetapkan.
Arang sebagai bahan bakar memiliki standar ketentuan yang sudah ditetapkan oleh
lembaga pemerintah yaitu Badan Standarisasi Nasional yang dilabeli dengan label SNI
(Standar Nasional Indonesia) untuk produk yang sudah terstandarisasi oleh lembaga
tersebut. Sejauh ini SNI yang ditetapkan untuk arang masih terbantas hanya untuk arang
biomassa arang kayu, karena arang tersebut masih yang paling banyak dimanfaatkan
menjadi bahan bakar alternatif yang digunakan oleh masyarakat luas di Indonesia
(Tabel 9).
Tabel 9 Syarat arang kayu (SNI-01-6235-2000)
Karakteristik
Kadar air (KA)
Bagian yang hilang saat pemanasan 950 oC
Kadar abu
Nilai kalor
Sumber: (http://sisni.bsn.go.id)

Syarat
Maksimal 8 % b/b
Maksimal 15 %
Maksimal 8 %
Minimal 5000 kalori/gram

Dari data-data pada tabel 9 diatas mengenai standar arang kayu, umumnya
standar untuk arang kayu yang dihasilkan dari biomassa kayu memiliki standar kadar air
(KA) Antara 8 % kadar abu sebesar 8 % dan penyusutan pada suhu yang dikenakan

sebesar 15 % dengan nilai kalor yang didapatkan yaitu minimum sebesar 5000
kalori/gram. Namun, semua nilai sangat bergantung sekali dari bahan yang akan
diarangkan. Semakin keras bahan yang akan diarangkan, maka abu (ash) yang akan
dihasilkan juga akan semakin sedikit serta sebaliknya. Standar untuk arang biomassa
dengan bahan yang lain memang sampai saat ini belum tersedia, namun standar SNI
untuk arang diatas dapat dijadikan acuan untuk pembuatan arang biomassa dari bahan
limbah yang lain.

METODOLOGI
Waktu dan Tempat Pelaksanaan
Penelitian ini dilakukan pada periode bulan Januari s.d. April 2014. Penelitian
ini dilaksanakan di Laboratorium Energi dan Elektrifikasi Pertanian, Laboratorium
Energi Terbarukan, dan Bengkel Metanium Departemen Teknik Mesin dan Biosistem
Leuwikopo, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
Alat dan Bahan
Alat
Peralatan yang digunakan dalam uji kinerja kiln adalah termokopel batang tipe
K untuk suhu pengarangan, termokopel tipe CA. rekorder tipe Autonic, timbangan
digital, anemometer, oven, bomb calorimeter, dan peralatan pelengkap lainnya
(Lampiran 2).
Bahan
Bahan yang digunakan pada penelitian ini yakni bahan biomassa limbah
pertanian. Pada uji kinerja kiln ini digunakan 2 jenis bahan limbah antara lain cangkang
sawit dan tempurung kemiri. Bahan limbah tempurung kemiri yang digunakan untuk
kegiatan pengujian kiln ini diperoleh dari supplier yang berada di kota Surabaya dan
untuk bahan cangkang sawit untuk pengujian kiln diperoleh dari perkebunan kelapa
sawit PTPN VII yang terletak di Cikasungka, kecamatan Cigudeg, Kabupaten Bogor,
Jawa Barat.
Tahapan Penelitian
Secara keseluruhan, pengujian kiln dilakukan terdiri dari 2 tahap yaitu tahap
pengujian pendahuluan lalu dilakukan tahap modifikasi serta pengujian kiln hasil
modifikasi. Pengujian pendahuluan dilakukan agar dapat melihat performa kiln untuk
pengarangan dengan bahan limbah yang berbeda dengan penelitian sebelumnya.
Analisis dilakukan setelah itu untuk tahap modifikasi pada kiln agar dapat
meningkatkan kinerja kiln. Pada pengujian pendahuluan ini dilakukan sebanyak 8 kali
pengujian yang terdiri dari 4 kali pengujian pada 1 bahan yang diarangkan. Bahan yang
diarangkan terdiri dari limbah pertanian berupa limbah cangkang sawit dan cangkang
kemiri. Pada Gambar 18 dijelaskan mengenai tahapan secara keseluruhan penelitian
yang dilakukan.

Gambar 18 Tahapan penelitian
Metode Pengujian Kiln Terhadap Pengarangan Limbah Pertanian
Berikut merupakan penjabaran terkait metode yang digunakan untuk pengujian
kinerja kiln tipe drum venturi ini yang terdiri dari parameter pengujian, cara pengujian
serta metode pengambilan data pada saat penelitian berlangsung.
Penentuan Paramater Kinerja Kiln dan Data yang Dibutuhkan
Parameter-parameter kinerja kiln yang telah dilakukan oleh Hasanah (2012)
adalah kapasitas optimum, tingkat suhu dan penyebarannya selama proses pirolisis
berlangsung, waktu pengarangan, rendemen yang dihasilkan, dan mutu arang yang

dihasilkan. Pada pengujian kali ini juga masih digunakan parameter pengujian yang
sama dengan penelitian sebelumnya.
a) Kapasitas Optimum
Kapasitas optimum ini menunjukkan berapa besar kapasitas bahan biomassa
yang dapat diujikan. Data yang dibutuhkan untuk mendapatkan nilai dari parameter ini
yaitu berapa kilogram (kg) massa bahan yang memenuhi 2/3 kapasitas kiln tersebut.
b) Tingkat dan Penyebarannya Suhu
Tingkat suhu menunjukkan penyebaran suhu selama proses pengarangan serta
untuk dapat melihat apakah kiln dapat mencapai suhu pirolisis atau tidak untuk
menghasilkan arang bahan bakar yaitu pada kisaran suhu (300 oC - 400 oC). Data yang
dibutuhkan untuk pengukuran parameter ini adalah data suhu yang terukur dalam
rekorder dan dianalisis tingkat suhu dan penyebarannya.
c) Waktu Pengarangan
Waktu pengarangan menunjukkan lamanya proses pengarangan yang diukur
sejak menyalakan api di tempat pembakaran awal bagian bawah, hingga proses
pengarangan selesai. Data yang diperlukan untuk mengukur parameter ini adalah data
waktu selama proses pengarangan.
d) Rendemen Arang
Rendemen arang merupakan jumlah total biomassa yang dapat terarangkan oleh
proses pirolisis. Data yang dibutuhkan untuk menghitung berapa besar rendemen yang
dihasilkan yaitu berapa massa (kg) bahan awal biomassa sebelum pengarangan dan data
berapa massa (kg) arang yang dihasilkan sebelum pengarangan. Pada saat pengarangan
mungkin saja dihasilkan kepingan arang yang tidak terarangkan sempurna. Dalam
penelitian ini, arang tersebut tidak termasuk dalam rendemen arang yang dihasilkan.
e) Mutu Arang
Mutu arang yang baik ditentukan oleh beberapa hal. Untuk menentukan
parameter mutu arang, diperlukan data nilai kalor (kadar C) arang, data kadar air arang,
data kadar abu dan data tingkat kekerasannya yang tinggi atau sangat getas (mudah
pecah). Mutu arang kayu menurut Standar Nasional Indonesia (SNI-01-6235-2000)
untuk arang biomassa kayu harus memiliki kadar air 8 %, kadar abu 8 % serta memiliki
nilai kalor minimal 5000 kalori/gram (Tabel 9).
Pengujian Kiln dan Metode Pengambilan Data
Pengujian kinerja pengarangan dilakukan untuk pengarangan limbah pertanian
lainnya seperti tempurung kemiri dan cangkang sawit dikarenakan bahan limbah ini
memiliki potensi yang besar untuk dijadikan bahan bakar terutama adanya persamaan
sifat termalnya yang terletak pada nilai kalor yang dikandung dari bahan yang masih
dapat ditingkatkan untuk alternatif sebagai bahan bakar. Pengujian pendahuluan ini
akan dilakukan sebanyak 8 kali pengujian, kemudian dilakukan pengujian kiln hasil
modifikasi yang dilakukan sebanyak 1 kali pada masing-masing bahan, serta 1
pengujian tambahan dengan menggunakan bahan tempurung kelapa pada kiln setelah
modifikasi.
Pengujian diawali dengan uji pendahuluan dan verifikasi data dengan
menggunakan bahan baku tempurung kelapa untuk mengetahui sekaligus melakukan
percobaan tentang bagaimana cara pengoperasian alat pengarangan. Analisis awal
dilakukan kemudian untuk menentukan modifikasi alat untuk dapat meningkatkan

kinerja alat. Setelah itu dilakukan pengujian hasil modifikasi kiln dengan bahan baku
tempurung kemiri dan cangkang sawit dan tempurung kelapa. Analisis data rendemen
dan suhu selama proses pengarangan kemudian dilanjutkan dengan penulisan laporan
hasil pengujian kiln venturi tersebut. Berikut merupakan penjelasan tentang metode
pengambilan data pada tiap-tiap parameter yang digunakan.
a) Kapasitas Optimum Kiln
Penentuan data kapasitas optimum bahan yang diarangkan dapat diperoleh
dengan cara memasukan bahan yang ada kedalam kiln sampai memenuhi 2/3 volume
kiln sebelum dilakukan pengujian kinerja, lalu dilakukan pengukuran berat yang
berkurang pada total bahan yang ada dengan menggunakan timbangan digital, sehingga
dapat dihitung berapa kilogram kapasitas optimum kiln tersebut.
b) Waktu Pengarangan Bahan
Data untuk waktu pengarangan dibagi menjadi 2 yaitu pengarangan total dan
pengarangan bahan. Waktu total merupakan penjumlahan waktu pembakaran awal
ditambah waktu pengarangan bahan yaitu ketika bahan pertama kali dimasukan ke
dalam kiln dan dimulainya proses pengarangan bahan. Data-data tersebut didapatkan
ketika operator mulai menyalakan timer tepat pada saat dimulainya proses pembakaran
kemudian timer dihentikan ketika proses pengarangan selesai.
c) Data Suhu Pengarangan
Pada pengambilan data suhu proses pengarangan pada semua titik yang diukur
dilakukan pada tiap interval 10 menit. Pencatatan data dilakukan secara manual pada
form yang telah disiapkan, karena rekorder yang digunakan tidak memiliki kemampuan
untuk merekam data. Data yang dicatat dalam selang waktu tersebut berasal dari 6 titik
pengukuran pada kiln dan 1 titik pengukuran menggunakan anemometer digital yang
sekaligus mengukur kecepatan udara dan suhu lingkungan. Pada Tabel 10 dan Gambar
19 dapat dilihat titik-titik pengukuran suhu selama pengujian, yaitu terletak pada
dinding ruang pengarangan bawah (1), dinding ruang pengarangan tengah (2), dinding
ruang pengarangan atas (3), di bagian dalam ruang pengarangan tengah (4), bagian
dalam ruang pengarangan bawah (5), dan dalam cerobong asap (6). Satu titik
pengukuran lain yaitu untuk mengukur keadaan suhu dan kecepatan pada lingkungan
(7). Alat yang digunakan untuk mengukur suhu selama proses pengarangan ini
menggunakan termokopel tipe CA dan rekorder Autonics untuk membaca suhu yang
terbaca saat proses pengarangan. Data sebaran suhu yang tersaji dalam bentuk kurva
dua dimensi (sumbu x dan y).

Tabel 11 Benchmark tingkat kegetasan arang
Keterangan
Tidak getas
Kurang getas
Getas
Sangat getas

Nilai
1
2
3
4

Prosedur Pengujian
Prosedur pengujian yang dilakukan pada penelitian ini kurang atau lebih masih
sama untuk pengujian pendahuluan ini dengan prosedur pengujian arang dengan bahan
tempurung kelapa sebelum dilihat apakah diperlukan modifikasi secara operasional
ketika hasil analisis sudah didapatkan untuk bahan yang diujikan. Prosedur pengarangan
yang dilakukan ialah sebagai berikut:
1. Pengukuran massa bahan dilakukan untuk bahan limbah biomassa yang
digunakan sebagai bahan baku (feeding).
2. Kiln venturi disiapkan dan dipasang termokopel pada bagian dinding ruang
pengarangan bawah, dinding ruang pengarangan tengah, dinding ruang
pengarangan atas, dalam ruang pengarangan tengah, ruang pengarangan bawah
dan di dalam cerobong asap untuk mendapatkan data suhu yang dicapai yang
nantinya akan terlihat pada recorder.
3. Sebagian bahan yang diarangkan dibakar pada laci pembakaran untuk
mengawali proses pembakaran bahan. Setelah bahan yang dibakar sudah cukup
menyala dicirikan dengan sudah terbentuknya bara api, letakan kasa pemerata
api ditengah kiln, kemudian isi kiln dengan bahan yang diarangkan sampai 2/3
volume kiln.
4. Kiln ditutup dengan penutupnya kemudian ikat dengan sealer gasket pada sekat
antara laci pembakaran dan badan kiln serta pada bagian penutup dan badan kiln
jika asap sudah terasa panas pada kisaran suhu 100-130 oC dan asap mulai
menebal agar udara yang masuk dapat diminimalisir.
5. Pengamatan suhu selama pembakaran dilakukan kemudian. Ketika suhu sudah
mulai mengalami kenaikan mencapai 400 oC, keran suplai udara hingga
setengahnya mulai tutup.
6. Proses pengarangan telah selesai dengan indikasi asap yang dihasilkan terlihat
sudah menipis.
7. Proses unloading bahan dilakukan dengan cara membuka laci pembakaran.
8. Bahan yang sudah terarangkan dipilih secara acak untuk pengukuran rendemen
arang yang dihasilkan.
9. Penyimpanan sampel pada tempat kedap udara dilakukan untuk persiapan
pengujian lab. Pengujian lab yang dilakukan adalah kadar air bahan (KA), kadar
karbon, kadar abu serta kandungan zat terbang dan nilai kalor setelah proses
pirolisis.

HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian Pendahuluan
Secara keseluruhan, hasil pengujian kinerja yang telah dilakukan pada 2 bahan
tersebut kurang mandapatkan hasil yang optimal yang disebabkan oleh beberapa faktor
yang mempengaruhi proses pengarangan. Dari beberapa parameter yang diujikan, hasil
yang didapat tidak menunjukan hasil sebaik ketika kiln ini diuji oleh Hasanah (2012)
pada pengujian sebelumnya dengan menggunakan bahan limbah tempurung kelapa.
Hasil dari parameter-parameter yang diujikan menunjukan hasil yang berbeda-beda.
Tabel 12 menjelaskan secara keseluruhan hasil dari pengujian pendahuluan yang telah
dilakukan untuk 2 bahan yang digunakan selama proses pengujian pendahuluan ini.
Dalam Tabel 12 tersebut, dapat terlihat beberapa perbedaan yang dihasilkan pada tiap
bahan yang diujikan baik secara kapasitas optimum kiln, sebaran suhu yang terjadi
selama proses pengarangan, besarnya rendemen yang dihasilkan serta waktu total yang
dihabiskan selama proses pengarangan.
Tabel 12 Performa kiln rata-rata untuk tiap parameter pengujian pendahuluan
No

Parameter

Cangkang sawit

1

Kapasitas optimum (kg)
Bulk density (kg/m3)
Waktu pengarangan :
-Pengarangan
bahan
(menit)
-Pengarangan
total
(menit)
Sebaran suhu :
-Suhu pengaran