RANCANGAN FUNGSIONAL RANCANGAN STRUKTURAL

22 Kiln yang akan dirancang adalah alat pengarang tempurung kelapa tipe batch. Instalasi kiln venturi drum yang akan dirancang merupakan salah satu alat utama dalam sistem produksi arang aktif dari tempurung kelapa atau dapat menjadi salah satu sistem pengolahan limbah, seperti limbah kayu, bambu, ranting, cangkang biji yang keras, tulang, dan bahan limbah lainnya yang mengandung karbon dan dapat diarangkan. Proses pembakaran yang diharapkan merupakan proses pembakaran sempurna pada ruang pembakaran awal dan proses pirolisis pada ruang pengarangan. Alat yang dirancang diharapkan mempunyai banyak keuntungan yaitu, konstruksinya sederhana sehingga tidak terlalu sulit dalam membuatnya. Bahan konstruksinya mudah didapat sehingga penggantian komponen yang rusak atau aus lebih mudah dilakukan. Bentuk dan ukuran tidak memerlukan ruangan yang besar. Biaya relatif ringan dan meminimalisir dampak terhadap lingkungan.

E. RANCANGAN FUNGSIONAL

Dalam merancang kiln hal-hal yang perlu dipertimbangkan adalah jumlah udara yang diperlukan dalam pembakaran, sistem pembakaran awal, jumlah tempurung kelapa yang akan diarangkan, serta bagaimana pengelolaan asap yang dihasilkan oleh pembakaran. Pada prinsipnya model kiln yang dirancang dapat dibagi menjadi 6 bagian yaitu, tempat pembakaran awal bagian bawah, ruang pengarangan, kasa pemerata api, cerobong asap, lubang udara, dan kaki penyangga. Tabel 7. Rancangan Fungsional Kiln No Fungsi Nama Bagian 1 Tempat penyalaan api dengan sedikit membakar kepingan tempurung kelapa. Dirancang menyerupai laci. Tempat pembakaran awal bagian bawah laci pembakaran 2 Tempat terjadinya pembakaran yang dilengkapi dengan sistem pemasukan dan pengeluaran hasil pembakaran sistem loading - unloading Pemasukan dan pengeluaran hasil melalui bagian atas ruang pengarangan. Lantai dasarnya terdapat lubang-lubang untuk memasok suplai panas dari tempat pembakaran awal bagian bawah langsung ke ruang pengarangan. Ruang pengarangan 3 Tempat memasukan api agar terjadi pembakaran merata di dalam ruang pengarangan. Kasa pemerata api 4 Tempat pengeluaran asap selama proses pembakaran berlangsung. Dirancang terpisah dari ruang pembakaran agar tidak mengganggu pemasukan bahan yang akan diarangkan dan bahan padat yang terbawa asap dapat diendapkan terlebih dahulu. Bagian ini juga terdapat penutup ruang pengarangan yang berbentuk kerucut terpancung. Cerobong asap 5 Sebagai tempat masuknya udara yang dibutuhkan dalam pembakaran. Lubang udara terletak di bagian bawah ruang pembakaran dan terletak di dinding ruang pembakaran. Lubang udara 6 Menyangga seluruh tubuh kiln, menjadi sistem unloading arang yang dihasilkan dengan cara dijungkirkan dan mempermudah memindahkan kiln. Kaki penyangga 23

F. RANCANGAN STRUKTURAL

Gambar 27. Tampak Depan Rancangan Kiln skala 1:10 dalam satuan cm. Keterangan : a. Cerobong b. Tutup Kiln c. Kasa Pemerata Api d. Ruang Pembakaran e. Kaki Penyangga f. Ruang Pengarangan 24 Gambar 28. Tampak Kanan Rancangan Kiln skala 1:100 dalam satuan mm Berikut akan diuraikan rancangan struktural dari setiap bagian kiln, berupa dimensi dan material yang akan digunakan dalam pembuatan kiln. Kiln yang akan dirancang memiliki 6 bagian yaitu, tempat pembakaran awal bagian bawah, ruang pengarangan, kasa pemerata api, cerobong asap, lubang udara, dan kaki penyangga. D.1. Ruang Pengarangan Di kota besar produk sampah per kapita berkisar antara 600-830 gram per hari Mungkasa 2004 dalam Nisandi 2007. Menurut Dinas Kebersihan DKI Jakarta sampah tempurung kelapa sendiri banyaknya 10-15 dari sampah kota vivanews.com. Maka untuk industri arang tempurung kelapa yang biasanya memanfaatkan sampah tempurung kelapa di lingkungan sekitar rukun tentangga, jika diasumsikan dalam 1 RT terdapat 20 rumah dengan 4-5 orang, maka banyaknya tempurung kelapa yang berpotensi untuk diarangkan adalah sebesar : 100 orang × 0.83 kg kapita ⁄ hari ⁄ × 15 = 12.45 kg hari × 1 ℎ��� = 12.45 �� Massa jenis tempung kelapa dari hasil penelitian pendahuluan sebesar 68.5 kgm 3 maka volume ruang pengarangan dalam 1 kali proses diasumsikan sampah tempurung kelapa 1 hari untuk 1 kali proses adalah V = 12.45 kg 68.5 kgm 3 = 0.18 m 3 ditambah 23 ruang pengarangan untuk pengarangan optimum 0.18 m 3 x 1.67 = 0.3 m 3 25 Dari volume tersebut maka ukuran ruang pengarangan adalah • volume ruang pengarangan = 0.30 m 3 • Tinggi ruang pembakaran dan pangarangan = 0.90 m • Diameter atas ruang pengarangan 51 cm • Diameter bagian penyempitan 31 cm • Diameter bawah ruang pengarangan 60 cm • Sudut kemiringan sisi kerucut bagian atas tenggorokan = 14 o • Sudut kemiringan sisi kerucut bagian bawah = 26 o Dalam menentukan dimensi ruang pengarangan digunakan bantuan software desain, karena tidak terdapat rumus hubungan antara sudut kemiringan sisi kerucut dengan diameter lingkaran atas dan bawahnya secara langsung, kemudian disesuaikan dengan volume pengarangan menggunakan rumus kerucut terpancung. Energi yang diperlukan untuk mengarangkan tempurung kelapa seberat 12.45 kg adalah nilai kalor tempurung kelapa 4950 ������� Nurhayati T 1982 dalam Fonda 2002, nilai kalor jenis tempurung kelapa diasumsikan sama dengan nilai kalor jenis kayu-kayuan yaitu sekitar 2-2.9 kJkg o K www.toolbox.com � = � × � × ∆� � = 12.45 �� × 2.5 ���� � � × 573 − 300 P o K � = 8497.125 �� Menurut perhitungan kebutuhan energi untuk mengarangkan tempurung kelapa tersebut maka desain volume ruang pembakaran awal laci pembakaran harus disesuaikan berdasarkan kebutuhan energi tersebut setelah dikalikan efisiensi. D.2. Tempat Pembakaran Awal Bagian Bawah laci pembakaran Tempat pembakaran awal bagian bawah laci pembakaran, tempat penyalaan api, sebagai sumber panas untuk pengarangan, secara langsung api akan masuk ke ruang pengarangan, karena antara tempat pembakaran awal dan ruang pengarangan hanya disekat oleh plat baja berlubang. Ruang tempat pembakaran awal bagian bawah ini akan dimasukkan kepingan tempurung kelapa yang dipercikkan minyak tanah dan dibakar dengan korek api. Tempat pembakaran awal bagian bawah ini berbentuk tabung dengan diameter disesuaikan dengan diameter ruang pengarangan bagian bawah yaitu 60 cm dan tingginya 6 cm. Bahannya terbuat dari bahan yang sama dengan bahan dinding ruang pengarangan, yaitu plat besi dengan ketebalan 0.2 cm. Antara ruang pembakaran dan ruang pengarangan Kebutuhan energi untuk pengarangan 12.45 kg tempurung kelapa adalah 8497.125 �� dengan asumsi efisiensinya menyerupai efisiensi tungku yaitu 40, sehingga energi yang dibutuhkan menjadi 13595.4 kJ. Maka banyaknya tempurung kelapa yang harus dibakar di ruang pembakaran awal adalah nilai kalor tempurung kelapa 4950 ������� = 20691 kJkg 13595.4 �� = ����� × 20691 kJkg ����� = 0.66 �� Massa jenis tempurung kelapa 68.5 kgm 3 menurut hasil percobaaan pendahuluan, maka volume ruang pembakaran awal sekitar � = 0.66 �� 68.5 kgm 3 � = 0.0096 � 3 untuk pembakaran efektif ditambahkan 23 bagian � = 0.0096 � 3 × 1.67 = 0.016 � 3 Karena volume ruang pembakaran awal didisain menjadi laci, maka diperlukan landasan laci, sehingga tinggi ruang pembakaran bagian luar dibuat 10 cm diletakkan di bagian bawah dari ruang pembakaran dan dipisahkan dengan plat penyekat yang berlubang-lubang. 26 D.3. Kasa Pemerata Api Kasa penyulut api ini digunakan sebagai tempat peyulutan api pertama sehingga diharapkan pembakaran dapat terjadi dengan sempurna. Kasa penyulut api berdiameter 7.5 cm dan tinggi 60 cm. Hal tersebut diharapkan dapat menyebabkan penyebaran panas yang merata di setiap bagian dari ruang pembakaran. Kasa yang digunakan adalah kasa baja agar tidak mudah rusak pada suhu tinggi selama pembakaran. Kasa pembakaran ini berbentuk tabung dan diletakkan di tengah-tengah ruang pengarangan. Bahan yang akan diumpankan ke dalam kasa pemerata api adalah sabut kelapa dengan nilai kalor sebesar 15948.19 kJkg, setelah diujicobakan sabut kelapa yang dapat masuk ke dalam kasa maksimal adalah 0.3 kg maka panas yang dihasilkan adalah 4784.457 kJ. D.4. Cerobong Asap Cerobong asap sebagai tempat pengeluaran asap ini terpisah dari bagian ruang pembakaran. Di bagian bawah cerobong akan dipasang tutup ruang pengarangan berbentuk kerucut terpancung dimana diameter kerucut tersebut semakin mengecil, karena diharapkan adanya pengurangan volume akan menurunkan suhu udara panas yang lewat, agar asap sempat untuk berputar dan suhunya menjadi lebih dingin. Cerobong asap ini dirancang dengan diameter 15 cm dan tinggi 50 cm tinggi cerobong 30 cm dan tinggi tutup 20 cm. Tinggi total kiln dari kaki penyangga hingga cerobong adalah 180 cm. Cerobong asap dibuat dengan menggunakan plat besi dengan ketebalan 2 mm. Hal tersebut dilakukan agar asap yang keluar tidak mengganggu lingkungan sekitar. D.5. Lubang Udara Lubang udara sebagai tempat masuknya oksigen yang dibutuhkan untuk reaksi pembakaran pirolisis. Pirolisis merupakan penguraian biomassa dengan panas tanpa oksigen, sehingga karbon sangat sedikit diikat oleh oksigen dan menjadi arang murni kanbon solid, maka digunakan jumlah C yang terikat oksigen adalah batas bawah. Lubang udara ini dapat didekati dengan kebutuhan udara selama pembakaran yang dihitung dengan jumlah C sebesar 15-30 dan H sebesar 2-5 Pichtel 2005 dalam Pradipta 2011 Sesuai dengan persentase jumlah C 15-30 , persentase C yang terikat dengan oksigen diharapkan sedikit karena dalam pirolisis oksigen yang masuk ke dalam ruang pengarangan diusahakan seminimal mungkin, maka digunakan persentase C 15. � ��� = 100 21 × �1.96 × � + 5.85 × �� � ��� = 100 21 × �1.96 × 0.15 + 5.85 × 0.05� = 1.6925 � 3 �� ⁄ Laju pembakaran Bbt dapat dihitung melalui perbandingan bobot bakar yang akan dibakar m dengan waktu pembakaran t. ��� = � � = 12.45 4 = 3.1125 ����� Debit udara yang yang dibutuhkan untuk pembakaran dapat dihitung dengan mengalikan jumlah kebutuhan udara minimum dengan laju pembakaran. ��� = ���� × ��� = 1.6925 × 3.1125 = 5.268 � 3 ��� ⁄ = 0.0015 � 3 ����� ⁄ Menurut Abdullah et al. 1998 debit udara pada proses perancangan untuk pembakaran perlu ditambahkan kelebihan udara sebesar 40 dari total debit udara yang dibutuhkan secara teoritis. � = ��� × 1.4 = 0.0015 × 1.4 = 0.0021 � 3 ����� ⁄ 27 Dengan mengetahui kecepatan udara melalui pengukuran suhu di dalam dan luar cerobong, maka dapat diketahui kebutuhan luasan lubang. Menurut Pradipta 2011 kecepatan udara yang dibutuhkan sebesar 1.105 mdetik. � = � � = 0.0021 1.105 = 0.002 � 2 Kemudian diameter lubang udara ditentukan berdasarkan diameter baut yang ada di pasaran, sehingga dapat ditentukan jumlah lubang yang perlu dibuat. Ditentukan diameter lubang udara adalah 0.02 m, maka ruang pembakaran didisain memiliki jumlah lubang udara 7 buah. Lubang-lubang tersebut disebarkan di dinding ruang pembakaran awal dan ruang pengarangan di bagian kerucut dan tenggorokan bagian kerucut atas dengan sistem pengendalian aliran udara dengan buka tutup lubang udara. D.6. Kaki Penyangga Kaki penyangga kiln ini merupakan rangka persegi dengan ukuran 60 cm x 60 cm x 60 cm terbuat dari besi siku 3 cm x 3 cm dengan ketebalan 0.2 cm. Tabung kiln akan diletakkan kaki penyangga tersebut. 28

G. UJI KINERJA KILN VENTURI DRUM