Rancang Bangun Kiln untuk Pengarangan Cangkang Kelapa Sawit

RANCANG BANGUN KILN UNTUK PENGARANGAN
CANGKANG KELAPA SAWIT

FIKA RAHIMAH

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

RANCANG BANGUN KILN UNTUK PENGARANGAN
CANGKANG KELAPA SAWIT

FIKA RAHIMAH

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

PERNYATAAN MENGENASI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI
SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Saya sebagai penulis menyatakan bahwa skripsi berjudul Rancang Bangun Kiln
untuk Pengarangan Cangkang Kelapa Sawit ini adalah benar hasil karya saya sendiri
dengan arahan dan bimbingan dari pembimbing akademik, dan belum diajukan dalam
bentuk apapun pada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau
dikutip dari karya yang diterbitkan maupun yang 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, Juli 2014

Fika Rahimah
F14100020

ABSTRAK
FIKA RAHIMAH. Rancang Bangun Kiln untuk Pengarangan Cangkang Kelapa Sawit.
Dibimbing oleh SRI ENDAH AGUSTINA.
Peningkatan produksi crude palm oil (CPO) di Indonesia berimbas kepada
peningkatan produksi limbah, salah satunya adalah cangkang kelapa sawit yang berpotensi
untuk menjadi salah satu sumber energi terbarukan karena karakteristiknya yang mirip
kayu-kayuan, sama halnya dengan tempurung kelapa sawit. Pirolisis (karbonisasi)
merupakan salah satu teknologi yang dapat digunakan dalam meningkatkan kualitas dari
cangkang kelapa sawit sebagai bahan bakar biomassa, antara lain untuk meningkatkan nilai
kalor dan memperpanjang umur simpan dengan mengurangi kadar air dan zat-zat volatil.
Kiln, media pengarangan yang telah banyak digunakan oleh masyarakat pada umumnya
merupakan kiln yang ditujukan untuk pengarangan kayu-kayuan dan tempurung kelapa.
Penelitian ini bertujuan untuk merancang kiln berskala rumah tangga untuk pengarangan
cangkang kelapa sawit, terutama untuk digunakan oleh masyarakat sekitar pabrik kelapa
sawit (PKS) sekaligus meningkatkan taraf kehidupan ekonomi mereka. Kapasitas optimum
dari kiln hasil perancangan ini berkisar antara 10-10.5 kg dengan laju pengarangan 0.0380.077 kg/menit (2.28-4.62 kg/jam), menghasilkan 3.0-3.5 kg arang cangkang kelapa sawit.
Lama proses pengarangan berkisar antara 130-280 menit, dengan suhu capaian rata-rata

318.74-518.82°C, dan suhu tertinggi yang dicapai 424-682°C. Penelitian lebih lanjut
mengenai modifikasi dari kiln dalam pemanfaatan asap hasil pirolisis perlu dilakukan
dalam hal kondensasi asap hasil pirolisis menjadi asap cair.
Kata kunci: arang cangkang kelapa sawit, perancangan kiln, pirolisis, pengarangan

ABSTRACT
FIKA RAHIMAH. Design of for Oil Palm Shell Carbonization. Supervised by SRI
ENDAH AGUSTINA.
The increase of crude palm oil (CPO) production in Indonesia leads to the increased
production of waste, one of which is oil palm shell that has the potential to be one of
renewable energy resources due to its woody characteristics, as good as coconut shell.
Pyrolysis (carbonization) is one of the technologies that can be used to improve the quality
of oil palm shell as energy resources, such as increasing its heating value and extend its
shelf life by decreasing the water content and volatile matters. Kiln, the widely used media
to carbonize biomass fuels, has mostly been designed for woods and coconut shell. This
study aimed to design household-scaled kiln for oil palm shell carbonization, specifically
to be used by residents around palm oil factory to also improve their economy. The
optimum capacity of kiln designed ranged between 10-10.5 kg with carbonization rate of
0.038-0.077 kg/minute (2.28-4.62 kg/hour), resulting in 3.0-3.5 kg oil palm shell charcoal.
The carbonization (pyrolysis) process took between 130-280 minutes, with the temperature

rate of 318.74-518.82°C, and the maximum temperature of 424-682°C. Further research
for improvements shall be done due to the use of pyrolysis smoke, to be condensed into
liquid smoke.
Key words: carbonization, kiln design, oil palm shell charcoal, pyrolysis

Judul Skripsi
Nama
NIM

: Rancang Bangun Kiln untuk Pengarangan Cangkang
Kelapa Sawit
: Fika Rahimah
: F14100020

Disetujui oleh:

Ir. Sri Endah Agustina, MS
Pembimbing Akademik

Diketahui oleh:

Dr. Ir. Desrial, M. Eng
Ketua Departemen

Tanggal Lulus:

PRAKATA
Puji dan syukur dipanjatkan atas kehadirat Allah SWT, atas limpahan dan
karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Penelitian berjudul
“Rancang Bangun Kiln untuk Pengarangan Cangkang Kelapa Sawit” ini telah
dilaksanakan sejak bulan Februari 2014 dan selesai pada bulan Mei 2014.
Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada semua pihak yang telah
banyak memberikan bantuan dan dukungan selama kegiatan penelitian dan
penulisan skripsi ini, yaitu:
1. Ir. Sri Endah Agustina, MS selaku dosen pembimbing atas segala bentuk
bimbingan, arahan, dan juga dukungannya yang telah diberikan kepada
penulis selama penelitian dan penulisan skripsi berlangsung.
2. Ibu Susilawati Abidin, selaku Ibu tercinta yang telah mengerahkan segala
dukungan serta kesabaran dalam mengarahkan penulis selama kegiatan
penelitian dan penulisan skripsi.

3. Bapak Harto selaku Teknisi Laboratorium Teknik Energi Terbarukan, yang
telah memberikan banyak bantuan dan masukan kepada penulis selama
kegiatan penelitian berlangsung.
4. Para sahabat tercinta Teknik Mesin dan Biosistem 2010 (TMB 47) yang
telah memberikan banyak bantuan kepada penulis selama kegiatan
penelitian dan penulisan skripsi, terutama Andyka Setio Aprianto, Elgy
Muhammad Rizqya, Eris Astari Putra, Candra Viki, Oldga Agusta, Adhika
Rozi, Deny Saputro, Rizki Agung, Herwin Wardhana, Febri Aditya, Aulia
Muthmainnah, dan Rosma Wardhani.
5. Keluarga Griya Insan Cendekia tercinta, terutama Annisyia Zarina, Karina
Mako, Citra Dewi, Fikra Sufi, dan Venny Maulina, atas segala kesabaran
dan dukungan moril kepada penulis.
6. Mas Dhiradharana, Fiera, Arrum, Irfan, Adit, Femmy, Meinyda, Lala,
Chika, dan Restio, selaku sahabat yang tak lekang oleh waktu atas seluruh
dukungan yang diberikan kepada penulis selama penelitian dan penulisan
skripsi berjalan.
7. Seluruh dosen, staff dan teknisi Departemen Teknik Mesin dan Biosistem
yang tak dapat disebutkan namanya satu persatu, yang telah berjasa dalam
pelaksanaan penelitian dan penulisan skripsi ini.
8. Seluruh keluarga besar penulis yang telah berkontribusi dan memberikan

dukungan dalam segala bentuk, materiil maupun moril kepada penulis
sehingga skripsi ini berhasil diselesaikan.
Ucapan terima kasih juga penulis haturkan kepada seluruh pihak yang tak
dapat disebutkan satu-persatu, tanpa mengurangi rasa hormat penulis, atas seluru
dukungan, bantuan, dan juga arahannya kepada penulis. Adapun masukan kritik
dan saran atas penulisan skripsi apabila sekiranya dianggap masih banyak memiliki
kekurangan, sangat diharapkan oleh penulis bagi penyempurnaan dan perbaikan
dari skripsi ini.
Akhir kata, penulis berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi seluruh
pihak yang membaca.
Bogor, Juli 2014.
Fika Rahimah

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Fika Rahimah, lahir di Tangerang pada 24 April
1993, merupakan anak tunggal dari Ayah Taufik Bayasut
(Alm) dan Ibu Susilawati Abidin. Berhasil menamatkan
SMA pada tahun 2010 dari SMU Negeri 34 Jakarta, dan
diterima menjadi mahasiswi IPB melalui jalur USMI

(Undangan Seleksi Masuk Institut Pertanian Bogor)
dengan program studi Teknik Mesin dan Biosistem,
Fakultas Teknologi Pertanian. Penulis pernah menjabat
sebagai salah satu pengurus UKM Lises Gentra Kaheman
pada tahun 2010-2012, Himpunan Mahasiswa Teknik
Pertanian (HIMATETA) pada tahun 2011-2012.
Merupakan salah satu panitia kesekretariatan penyelenggaraan The 19th TriUniversity International Joint Seminar and Symposium, yang diselenggarakan di
Institut Pertanian Bogor pada tahun 2012, dan menjadi salah satu delegasi
mahasiswa pada ajang The 20th Tri-University International Joint Seminar and
Symposium, yang diselenggarakan di Mie University, Jepang, pada tahun 2013.
Mendapatkan penghargaan “Mahasiswa Berprestasi dalam Bidang Ekstrakulikuler
pada Tahun 2013” yang diberikan oleh Rektorat Institut Pertanian Bogor.
Mendapatkan kesempatan mengikuti program sinergi “fast track” program sarjana
dan pasca sarjana pada Departemen Teknik Mesin dan Biosistem pada tahun 2013,
dengan program studi pascasarjana Teknik Mesin Pertanian dan Pangan.

DAFTAR ISI
DAFTAR LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR

DAFTAR SIMBOL
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan
TINJAUAN PUSTAKA
Cangkang Kelapa Sawit
Proses Pirolisis Primer Lambat (Karbonisasi)
Kiln
Prinsip Kerja Venturimeter
Teori Pindah Panas
METODOLOGI
Tahapan Penelitian
Pendekatan Rancangan
Waktu dan Tempat Pelaksanaan
Alat dan Bahan
Uji Kinerja Hasil Perancangan
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Perancangan Kiln
Hasil Pengujian Kinerja Kiln

SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN

1
1
2
2
3
3
4
6
7
8
9
9
11
12

12
12
16
16
28
39
39
39
40
42

DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5

Rangkaian rancangan kiln
Perhitungan lubang udara dan cerobong asap
Grafik hubungan waktu terhadap suhu pengujian kinerja inti kiln
Perhitungan panas yang terbuang pada kiln
Data sebaran suhu pengujian kinerja inti kiln

42
47
48
52
53

DAFTAR TABEL
1
2
3
4
5
6

Karakteristik cangkang kelapa sawit dan tempurung kelapa
Persyaratan arang aktif
Bagian-bagian kiln dan fungsinya masing-masing
Hasil pengujian pendahuluan kinerja kiln
Hasil pengujian inti kinerja kiln
Hubungan antara beberapa karakteristik proses dan nilai kalor
arang

3
5
17
30
30
37

DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30

Konstruksi Venturimeter
Tahapan penelitian
Penampang nozzle (A) dan diffuser (B)
Timbangan pegas
Titik-titik pengukuran suhu pada kiln
Alat-alat pengukuran suhu
Tampak depan (kiri) dan tampak samping (kanan) (skala 1:20)
rancangan kiln
Kiln hasil perancangan
Pintu loading
Ruang pengarangan
Tiga buah kassa pemerata dalam ruang pengarangan
Bagian dasar kiln dengan gagang penarik
Pintu unloading pada kaki penyangga kiln
Kaki penyangga
Cerobong asap
Pelapisan pintu loading menggunakan sealer gasket
Kiln saat pengujian pendahuluan (kiri) dan pengujian inti
(kanan)
Cangkang kelapa sawit memenuji 2/3 ruang pengarangan
Nyala api pada proses pembakaran bahan bakar pemantik
Grafik hubungan antara parameter-parameter pengukuran
Grafik hubungan ukuran kepingan cangkang dengan laju
pengarangan
Grafik hubungan antara waktu dengan suhu selama proses
Asap tebal pada awal proses (kiri) dan asap tipis pada akhir
proses (kanan)
Grafik hubungan waktu dengan suhu uji kinerja inti 1
Grafik hubungan waktu dengan suhu uji kinerja inti 2
Grafik hubungan waktu dengan suhu uji kinerja inti 3
Grafik hubungan waktu dengan suhu uji kinerja inti 4
Grafik hubungan waktu dengan suhu uji kinerja inti 5
Grafik hubungan waktu dengan suhu uji kinerja inti 6
Grafik hubungan waktu dengan suhu uji kinerja inti 7

7
10
11
14
15
15
18
19
20
24
25
25
26
26
27
28
29
31
32
34
36
36
37
48
49
49
50
50
51
51

DAFTAR SIMBOL
β

Rasio diameter leher tenggorokan venturimeter
terhadap diameter pipa

ɛ

Emisivitas sifat radiasi pada permukaan

σ

Konstanta Stefan-Boltzman (5.67 * 10-08)

A

Luas penampang aliran

(m2)

A1

Luas penampang aliran sebelum penyempitan
tenggorokan pipa

(m2)

A2

Luas penampang aliran setelah penyempitan
tenggorokan pipa

(m2)

Bbt

Laju pembakaran

Cp

Panas spefisik fluida

(kJ/kg.K)

g

Gaya gravitasi (9.81)

(m/s2)

h

Koefisien perpindahan panas konveksi

(W/m2)

Entalpi fluida sebelum penyempitan tenggorokan
pipa

(kJ/kg)

Entalpi fluida setelah penyempitan tenggorokan
pipa

(kJ/kg)

ℎ
ℎ

(m/m)

(W/m2.K4)

(kg/jam)

hL

Kerugian tekanan sepanjang pipa (headloss)

Hu

Net heating value; energi bersih per unit
biomassa selama proses pembakaran

(MJ/kg)

HUTS

(MJ/kg)

k

Nilai pemanasan (heating value) dari bahan
kering biomassa
Konduktivitas termal bahan

m

Massa bahan bakar

�̇

(m)

(W/m.K)
(kg)

Laju massa bahan bakar

(kg/s)

Nkl

Nilai kalor dari bahan bakar

(J/kg)

p1

Tekanan aliran dalam pipa sebelum penyempitan
tenggorokan pipa

atm

p2

Tekanan aliran dalam pipa setelah penyempitan
tenggorokan pipa

atm

q

Energi panas

(kJ)

�̇

Laju energi panas

(J/s) atau
(W)

Qideal

Debit ideal aliran fluida dalam pipa

(m3/s)

Qud

Debit udara yang dibutuhkan untuk pembakaran

(m3/s)

�

Suhu fluida sebelum penyempitan tenggorokan
pipa

(K)

�

Suhu fluida setelah penyempitan tenggorokan
pipa

(K)

�∞

Suhu fluida sekitar yang mengalir

(K)

�s

Suhu plat

(K)

��

Suhu absolut permukaan

(K)

�

Kecepatan aliran fluida sebelum penyempitan
tenggorokan pipa

(m/s)

�

Kecepatan aliran fluida setelah penyempitan
tenggorokan pipa

(m/s)

V

Volume ruang

Wmin

Kebutuhan udara minimum pembakaran

(cm3) atau
(m3)
(m3 udara/kg
bahan bakar)

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Terkait dengan menipisnya cadangan minyak dan gas bumi dunia, beberapa
penelitian telah menunjukkan bahwa penggunaan sumber energi fossil dapat
dikurangi melalui manajemen penggunaannya dan juga dengan menggunakan
sumber energi alternatif (OECD 1982). Biofuel merupakan salah satu sumber energi
alternatif dan terbarukan (renewable) yang ditargetkan dapat menggantikan
sebagian penggunaan BBM fosil (Agustina 2007). Definisi pengertian biofuel
adalah bahan bakar yang berasal dari biomassa. Biomassa sendiri didefiniskan
sebagai bahan organik yang dihasilkan melalui proses fotosintesis, berupa produk,
buangan, ataupun hasil ekskresi. Merujuk kepada Agustina (2007), penggunaan
biofuel di masyarakat dan pemasarannya secara umum sudah mulai dilakukan sejak
tahun 2006. Biofuel yang digunakan dan dipasarkan tersebut adalah campuran
(blending) 5% biodiesel dengan 95% minyak solar, yang disebut dengan B5, serta
campuran 5% bioethanol dengan 95% premium, yang disebut dengan E5.
Crude Palm Oil (CPO) merupakan kandidat bahan baku biodiesel yang
potensial di Indonesia, karena Indonesia adalah produsen CPO kedua terbesar di
dunia setelah Malaysia. Menurut Departemen Pertanian (2012), produksi kelapa
sawit di Indonesia yang membuahkan hasil produksi CPO meningkat dari 17 juta
ton pada tahun 2008 menjadi 23 juta ton pada tahun 2012. Peningkatan produksi
CPO berimbas kepada meningkatnya limbah yang merupakan hasil sampingan dari
proses pengolahan kelapa sawit menjadi minyak kelapa sawit (CPO). Limbah yang
dihasilkan antara lain adalah cangkang kelapa sawit, yang porsinya dapat mencapai
6% dari tiap tandan buah segar (TBS) yang diolah.
Cangkang kelapa sawit biasanya digunakan sebagai bahan bakar tambahan
boiler yang digunakan sebagai pemasok uap (steam) yang digunakan dalam proses
produksi CPO di pabrik kelapa sawit (PKS). Selain pemanfaatannya sebagai bahan
bakar boiler, cangkang kelapa sawit juga dapat digunakan sebagai bahan baku
arang, yang dapat dimanfaatkan dalam bentuk arang aktif, biocharcoal, dan juga
bahan bakar arang (briket arang).
Produksi arang membutuhkan alat sebagai sarana terjadinya proses
pengarangan atau karbonisasi melalui pirolisis, yaitu tanur (kiln). Telah banyak kiln
yang dirancang dan dibangun dan sebagian besar merupakan kiln yang bersifat
umum untuk berbagai jenis bahan baku, mulai dari tempurung kelapa, sekam, dan
juga kayu kering. Dengan mempertimbangkan sifat-sifat fisik dan sifat thermal dari
cangkang kelapa sawit, perlu dirancang kiln yang bersifat khusus untuk
pengarangan cangkang kelapa sawit guna meningkatkan kinerja serta efisiensi dan
efektivitas dari pengarangan cangkang kelapa sawit. Kiln hasil perancangan ini juga
diharapkan dapat digunakan sebagai pengembangan dan pemberdayaan masyarakat
sekitar pabrik kelapa sawit (PKS) dalam kegiatan usaha rumahan (home industry)
untuk memproduksi arang.

2
Perumusan Masalah
Proses konversi cangkang kelapa sawit menjadi arang berkaitan dengan
peningkatan kualitas dari suatu bahan bakar biomassa dapat digunakan melalui
proses pirolisis (pengarangan), dilakukan pada kondisi pembakaran dengan oksigen
yang terbatas, untuk mencegah terjadinya pembakaran sempurna yang nantinya
justru akan membakar habis cangkang sawit yang akan diarangkan. Pirolisis
dilakukan didalam kiln, yaitu ruang bakar dengan asupan oksigen terbatas sebagai
tempat terjadinya penguraian bahan bakar yang berada di dalamnya oleh panas
berasal dari pantikan api pada awal proses pembakaran. Kiln yang telah banyak
diproduksi dan digunakan oleh masyarakat pada umumnya digunakan untuk
pengarangan tempurung kelapa dan juga limbah kayu-kayuan.
Dikarenakan belum beredarnya kiln yang spesifik digunakan untuk
pengarangan cangkang kelapa sawit, dengan memerhatikan karakteristik cangkang
sawit dari segi sifat fisik dan thermalnya, akan dirancang kiln yang cocok untuk
menghasilkan arang berbahan baku cangkang kelapa sawit (palm shell). Kiln yang
akan dirancang direncanakan memiliki kapasitas untuk skala industri rumah tangga,
yaitu 10 kg. Kapasitas tersebut direncanakan berdasarkan pertimbangan dari
banyaknya cangkang kelapa sawit yang tidak terpakai yaitu berupa sisa dari
cangkang kelapa sawit total limbah produksi CPO dikurangi dengan cangkang
kelapa sawit yang digunakan sebagai bahan tambahan bahan bakar boiler, dan juga
cangkang kelapa sawit yang terus dijual untuk keperluan industri lainnya, serta agar
kiln hasil perancangan ini juga dapat digunakan oleh masyarakat sekitar pabrik
kelapa sawit (PKS). Dengan demikian selain dapat memanfaatkan arang yang
dihasilkan tersebut untuk bahan bakar memasak skala rumah tangga, juga dapat
dikembangkan industri rumah tangga yang memproduksi arang tersebut sebagai
bahan baku arang aktif ataupun biocharcoal.
Sasaran utama dari perancangan kiln ini adalah untuk mempelajari
karakteristik dari proses pengarangan cangkang kelapa sawit, dengan menerapkan
prinsip kerja aliran udara dalam pipa venturi. Penerapan prinsip aliran udara dalam
pipa venturi pada kiln ini diharapkan dapat menghasilkan kinerja kiln yang
optimum.
Tujuan
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk merancang dan membangun kiln
dengan kapasitas 10 kg bahan baku untuk pengarangan cangkang kelapa sawit
dengan tingkat suhu serta sebaran suhu yang optimum dan rendemen yang cukup
tinggi. Diharapkan melalui penelitian ini akan didapatkan produk arang dengan
keseragaman kematangan yang merata, dan kiln hasil perancangan yang dapat
diaplikasikan di masyarakat.

3

TINJAUAN PUSTAKA
Cangkang Kelapa Sawit
Hasil pengolahan kelapa sawit merupakan salah satu komoditas ekspor
penyumbang devisa terbesar bagi negara. Menurut Departemen Pertanian (2012),
produksi kelapa sawit pada tahun 2012 mencapai 23 juta ton, dan menurut
Kementrian Perindustrian (2012), nilai ekspor tertinggi dialami oleh kelompok
industri Pengolahan Kelapa/Kelapa Sawit yang mencapai US$ 21.57 miliar. Selain
menghasilkan produk utama yaitu crude palm oil (CPO), pengolahan kelapa sawit
juga menghasilkan limbah, salah satunya yaitu cangkang kelapa sawit.
Potensi energi yang dapat dihasilkan dari produk samping sawit bisa dilihat
dari nilai energi panas. Nilai energi panas untuk cangkang dapat mencapai 20,093
kJ/kg (BATAN 2012). Cangkang kelapa sawit pada umumnya digunakan sebagai
bahan bakar boiler, untuk memenuhi kebutuhan energi dalam pabrik kelapa sawit
(PKS). Cangkang digunakan sebagai bahan bakar boiler unutuk memenuhi
kebutuhan steam (uap panas) dan listrik.
Cangkang kelapa sawit mengandung lignin dan selulosa yang merupakan
unsur karbon penyusun bahan baku yang dapat dijadikan arang. Bahan organik
yang mengandung lignin, hemiselulosa, dan selulosa dapat dimanfaatkan sebagai
bahan baku pembuatan arang aktif karena sangat efektif mengadsorpsi limbah cair
(Pope 1999). Massa jenis kelapa sawit dapat mencapai 1.4 g/mL, yang lebih besar
daripada massa jenis kayu. Semakin besar massa jenis bahan baku, daya serap arang
aktif yang dihasilkan akan semakin besar sehingga baik untuk dijadikan arang aktif
(Nurmala & Hartoyo 1990).
Menurut BATAN (2012), presentasi cangkang kelapa sawit dapat mencapai
6% dari tandan buah segar (TBS) yang diolah, dengan kandungan abu rata-rata
0.6%. Syarat utama dari bahan baku yang akan dijadikan arang adalah kadar
karbonnya yang cukup tinggi. Dalam basis kering, cangkang kelapa sawit
mengandung 49.70% karbon (C), 5.70% hidrogen (H), dan 0.40% nitrogen (N).
Cangkang kelapa sawit merupakan bahan berkayu yang karakteristiknya mirip
dengan tempurung kelapa. Tempurung kelapa merupakan komoditas terbesar yang
telah banyak diarangkan. Perbandingan antara karakteristik tempurung kelapa
(Lailun Najib dan Sudjud Darsopuspito 2012) dan cangkang kelapa sawit (BATAN
2012) dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1 Karakteristik cangkang kelapa sawit dan tempurung kelapa
Cangkang Kelapa
Kandungan
Tempurung Kelapa
Sawit
Nilai Kalor (kJ/kg)
20,093
20,980
Selulosa (%)
26.6
35.00
Abu (%)
2.77
0.60
Air (%)
7.36
8.00
Karbon (%)
49.70
47.89
Hidrogen (%)
5.70
6.09
Nitrogen (%)
0.40
0.11
Sumber: BATAN 2012 dan Najib dan Darsopuspito 2012

4
Proses Pirolisis Primer Lambat (Karbonisasi)
Terdapat banyak metode yang dapat digunakan untuk memanfaatkan residu
kayu-kayuan sebagai bahan bakar secara lebih bersih dan juga lebih mudah,
termasuk juga untuk kemudahan transportasinya (El Bassam dan Maegaard 2004).
Produksi arang (charcoal) merupakan hal yang paling sering digunakan.
Pirolisis adalah proses pengubahan suatu material yang mengandung karbon,
dalam kondisi udara dan oksigen terbatas. Pirolisis primer adalah pirolisis yang
terjadi pada bahan baku, sedangkan pirolisis sekunder adalah pirolisis yang terjadi
di atas partikel dan gas/uap hasil pirolisis primer. Suhu 350-800°C merupakan suhu
yang umum digunakan untuk proses pirolisis. Pirolisis primer terjadi pada suhu
kurang dari 600°C dan hasil penguraian yang utama adalah karbon (arang).
Berdasarkan tingkat kecepatan reaksi pada saat proses berlangsung, pirolisis primer
dibedakan atas pirolisis primer lambat dan pirolisis primer cepat. Pirolisis primer
lambat terjadi pada proses pembuatan arang, dan merupakan teknologi yang telah
dipraktekkan sejak lama.
Pada laju pemanasan lambat pada suhu 150-300°C, reaksi utama yang terjadi
adalah dehidrasi (kehilangan kandungan air). Hasil reaksi keseluruhan adalah
karbon padatan (C = arang), air (H2O), karbon monoksida (CO) dan karbon
dioksida (CO2). Semakin lambat proses, umumnya menghasilkan mutu arang
semakin baik. oleh karena itu untuk memproduksi arang dalam jumlah besar dan
bermutu baik dibutuhkan waktu berhari-hari bahkan beberapa minggu.
Gas, cairan, dan juga padatan (arang/charcoal) merupakan produk dari
proses pirolisis, namun jumlah masing-masing dari produk tersebut dapat dikontrol
melalui temperatur proses dan juga waktu penahanan (retention time). Pada proses
pirolisis akan terjadi proses pengeringan yaitu menguapnya kadar air (moisture
content) dan devolatilisasi yaitu zat yang menguap (volatile matter) keluar dari
dalam bahan Produk pirolisis berupa arang (charcoal) yang berwujud padatan, tar
yang berwujud cairan, dan gas. (Setiawan 2010). Proses penghilangan kandungan
air dari material akan menghasilkan nilai kalor spesifik dari material yang lebih
tinggi dari sebelumnya. Penurunan kadar air juga dapat memperpanjang umur
simpan dari material, karena hal tersebut akan menurunkan aktivitas
mikroorganisme yang didukung oleh banyaknya kadar air pada material.
Produk yang diharapkan dapat didapatkan dengan memaksimumkan dengan
hati-hati kontrol dari kondisi proses. Rendemen maksimum sebesar 35% dari
proses pirolisis dapat dihasilkan melalui proses yang memakan waktu proses lama
dengan suhu rendah (350°C).
Penyediaan energi panas untuk pirolisis dapat dilakukan melalui beberapa
alternatif yaitu energi yang berasal dari luar sistem, energi dengan membakar
sebagian umpan dari bahan baku, dan juga dengan membakar sebagian dari
produksi (biasanya tar atau gas yang dihasilkan). Menurut El Bassam dan Maegaard
(2004), perhitungan energi bersih (net energy) per unit biomassa selama proses
pembakaran disebut dengan net heating value (Hu) atau nilai pemanasan. Nilai
pemanasan dari biomassa bergantung kepada nilai pemanasan spesifik dari bahan
kering (dry matter), bahan kering organik (organic dry matter), dan juga bagian (1x) dari total massanya, serta bergantung kepada penguapan spesifik dari air yang
dikandungnya.
= −
−
.
/

5
Dimana HUTS merupakan nilai pemanasan (heating value) dari bahan kering
biomassa, x adalah kandungan air, dan 2.441 MJ/kg adalah
energi
pada
temperatur awal 25°C. Dan biasanya laju energi panas hasil pembakaran tersebut
dapat dicari melalui persamaan berikut:
̇ = ̇

Dimana m merupakan laju massa bahan bakar (kg/s), dan Nkl merupakan
nilai kalor dari bahan bakar (J/kg).
Dalam pembakaran, oksigen biasanya didapat dari udara bebas. Oksigen yang
terkandung di dalam udara adalah 21% dari total udara bebas. Kebutuhan udara
minimum untuk proses pembakaran dapat dihitung melalui persamaan berikut
(Perry dan Chilton 1973):
=

.

+

.

Dimana Wmin adalah kebutuhan udara minimum (m3/kg bahan bakar), C
adalah kandungan karbon dalam bahan bakar (%), dan H adalah kandungan
hidrogen dalam bahan bakar (%).
Beberapa faktor yang mempengaruhi proses pirolisis dan arang hasil produksi
adalah komposisi bahan baku, sifat bahan baku (densitas, konduktivitas panas,
kapasitas panas, permeabilitas bahan), ukuran partikel bahan baku, temperatur dan
juga laju pemanasan secara proses. Suhu dan laju pemanasan sangat mempengaruhi
laju konversi dan komposisi hasil pirolisis. Makin tinggi laju pemanasan, makin
rendah rendemen arang yang dihasilkan. Makin rendah suhu pemanasan, makin
besar rendemen yang dihasilkan.
Arang hasil pirolisis yang baik memiliki ciri-ciri sifat fisiknya yang liat,
memiliki warna hitam pekat serta bila dipatahkan warna patahannya mengkilap.
Arang yang baik akan memiliki bunyi berdenting bila dijatuhkan. Arang yang tepat
untuk digunakan sebagai bahan baku arang aktif memiliki persyaratan seperti pada
Tabel 2 menurut Standar Industri Indonesia (SII) No. 0258-97.
Tabel 2 Persyaratan arang aktif
Jenis Uji
Bagian yang hilang pada pemanasan 950°
Kadar air
Kadar abu
Bagian yang tidak mengarang
Daya sarutan terhadap larutan I2

Satuan
%
%
%
%
%

Persyaratan
Maksimum 15
Maksimum 10
Maksimum 2.5
Maksium 20

sumber: http://dekindo.com

Manfaat dan kegunaan arang antara lain adalah sebagai bahan bakar
alternatif, zat penghilang bau, pengontrol kelembaban yang efektif, sebagai industri
rumah tangga, dan juga pemanasan di industri peternakan.
Pembuatan arang dapat dilakukan dengan menggunakan proses tradisional
yaitu penimbunan dengan tanah, atau di dalam ruangan yang terbuat dari dinding
bata, beton, dan juga besi, dengan retort ataupun tanur (kiln). Tanur yang telah
banyak digunakan masyarakat pada umumnya ditujukan untuk pengarangan

6
serpihan kayu, kulit kayu, dan juga limbah industri perkayuan. Sedangkan untuk
limbah hasil pertanian yang pada umumnya berukuran kecil, media
pengarangannya umumnya juga memiliki ukuran yang kecil dan disesuaikan
dengan karakteristik bahan bakunya seperti arang sekam, tempurung kelapa, serbuk
gergaji, dan lain sebagainya. Proses pembuatan arang terdiri dari empat tahap
(Ditjen PPHP DEPTAN 2006) yaitu:
1. Pada suhu 100-120°C terjadi penguapan air sampai suhu 270°C mulai terjadi
penguraian selulosa. Desilat mengandung asam organik dan sedikit metanol.
Asam cuka terbentuk pada suhu 220-270°C.
2. Pada suhu 270-310°C reaksi eksotermik berlangsung yaitu penguraian selulosa
secara intensif menjadi larutan pirolginat, gas kayu, dan sedikit tar. Asam
pirolginat merupakan asam organik dengan titik didih rendah, sedangkan gas
kayu terdiri dari CO dan CO2.
3. Pada suhu 310-500°C terjadi penguraian lignin, dihasilkan lebih banyak tar,
sedangkan larutan pirolginat menurun. Gas CO2 menurun sedangkan gas CO,
CH4, dan H2 meningkat.
4. Pada suhu 500-1000°C merupakan tahap pemurnian arang atau peningkatan
kadar karbon. Teknik pembakaran pertama-tama, lubang udara, lubang asap
dan cerobong dibuka. Bahan dimasukkan ke dalam alat, lalu setelah terlihat
bahan terbakar sepenuhnya, pembakaran bahan umpan dihentikan. Selanjutnya
lubang pembakaran ditutup sebagian, dan ditinggalkan sedikit terbuka sekitar
5 cm x 5 cm. Lubang udara yang berdekatan dengan cerobong asap ditutup
sampai bara api kelihatan pada lubang udara yang berdekatan dengan lubang
pembakaran. Apabila terlihat asap hitam tebal, lubang penguapan ditutup agar
seluruh asap keluar melalui cerobong asap. Selanjutnya dilakukan pengaturan
lubang udara berdasarkan pengamatan terbakarnya bahan melalui lubang
udara. Salah satu cara untuk mengetahui proses pembakaran berlangsung
sempurna yaitu dengan mengambil sampel asap dan dimasukkan ke dalam
kantung plastik tembus pandang. Jika pada waktu 10 menit asap tidak
mengembun, maka proses pembakaran telah sempurna. Tahap berikutnya
adalah menutup seluruh lubang udara, lubang pembakaran, dan cerobong asap
agar proses pengarangan berlangsung sempurna. Setelah selesai, arang
dikeluarkan dari alat (tanur) dan segera diberi sedikit percikan air agar tidak
terbakar.
Kiln
Secara umum ada dua tipe alat produksi arang yang dibedakan berdasarkan
pada perbedaan pemberian energi panas yaitu tipe kiln dan tipe retort. Pada tipe
kiln, energi panas diperoleh dari pembakaran sebagian bahan baku, sedangkan pada
tipe retort energi panas diberikan dari luar sistem.
Kiln atau tanur merupakan wadah tertutup dengan lubang udara terbatas yang
mendukung terjadinya proses pirolisis. Proses di dalam kiln hanya membutuhkan
oksigen yang terbatas agar terjadi proses pengarangan (bukan pembakaran
sempurna) dan menyisakan bagian dari bahan baku yang berupa karbon (arang).
Kiln tradisional yang mula-mula digunakan merupakan kiln yang berupa
ground pit, atau lubang di dalam tanah. Tanah liat dibentuk seperti tungku yang
kemudian diisi oleh bahan baku, dan kemudian pembakaran bahan baku dipantik

7
oleh bahan bakar dan dibakar sebelum nantinya ditutup lagi oleh lapisan tanah.
Seiring dengan perkembangan teknologi, kiln kemudian banyak dirancang dengan
menggunakan logam, yang bisa dengan menggunakan drum bekas yang dilubangi
dan juga plat logam yang dibentuk silinder.
Prinsip Kerja Venturimeter
Venturi meter adalah salah satu dari tiga jenis alat ukur yang umum digunakan
untuk mengukur laju aliran pipa sesaat, yaitu dua lainnya adalah orifice meter dan
nozzle meter. Masing-masing dari alat pengukur ini bekerja berdasarkan prinsip
bahwa pengurangan luas aliran dalam sebuah pipa menyebabkan peningkatan
kecepatan yang disertai dengan penurunan tekanan (Munson et al. 2005).
Adanya perbedaan dengan kecepatan memberikan cara untuk pengukuran
laju aliran dalam pipa, dengan asumsi tanpa adanya pengaruh dari viskositas fluida.
Penerapan persamaan Bernoulli digunakan pada titik sebelum (1) dan sesudah (2)
perubahan luas aliran pada pipa adalah sebagai berikut:

�

�

=

∗

∗√

=

�

−
−�

Dimana β = D2/D1. Dan dengan mengantisipasi adanya kerugian head
(headloss) antara titik (1) dan titik (2), persamaan pengaturnya menjadi:
=

dan,
�

+

∗
=

=
�

+

∗
+ ℎ�

Dimana v1 = kecepatan aliran fluida sebelum penyempitan pipa (m/s), v2 =
kecepatan aliran fluida setelah penyempitan pipa (m/s), p1 = tekanan aliran fluida
sebelum penyempitan pipa (atm), p2 = tekanan aliran fluida setelah penyempitan
pipa (atm), ρ = densitas fluida (kg/m3), g = gaya gravitasi (9.81 m/s2), dan hL =
headloss (m).

Gambar 1 Konstruksi Venturi meter

8
Alat ukur yang paling teliti dan paling mahal di antara ketiga jenis alat ukur
aliran jenis penghalang (obstruction-type flow meter) adalah Venturi meter.
Meskipun prinsip pengoperasian dari alat ini sama seperti pada orifis atau nossel
meter, geometri dari Venturi meter dirancang untuk mengurangi kerugian-kerugian
head sekecil-kecilnya.
Kebanyakan kerugian head yang terjadi dalam Venturi meter yang dirancang
dengan baik lebih disebabkan oleh kerugian gesek sepanjang dinding dibandingkan
dengan kerugian akibat dari separasi aliran dan gerakan percampuran yang tidak
efisien yang menyertai aliran seperti itu. Hal ini disebabkan oleh suati pengecilan
yang relatif mulus mengikuti arus (yang menghilangkan separasi pada bagian yang
mengalami perlambatan).
Jadi, laju aliran yang melalui sebuah Venturi meter dapat dinyatakan sebagai
berikut:
=

∗

�

�

=

√

∗

�

−
−�

Dimana AT = πd2/4 adalah luas leher Venturi, Cv adalah kisaran dari harga
discharge coefficient, dan β = d/D adalah rasio diameter leher terhadap pipa.
Teori Pindah Panas
Konduksi
Konduksi merupakan perpindahan panas dari tempat yang bertemperatur
tinggi ke tempat yang bertemperatur rendah di dalam medium yang bersinggungan
langsung. Jika pada suatu benda terdapat gradient suhu, maka akan terjadi
perpindahan panas serta energi dari bagian yang bersuhu tinggi ke bagian yang
bersuhu rendah, sehingga dapat dikatakan bahwa energi akan berpindah secara
konduksi, laju perpindahan kalornya dinyatakan sebagai berikut (Moran dan
Shapiro 2006):

Dimana: ̇
�

��

k
A

̇ =−

�

= laju perpindahan kalor konduksi (W)
= gradien suhu perpindahan kalor
= konduktivitas termal bahan (W/mK)
= luas penampang (m2)

Konveksi
Konveksi merupakan perpindahan panas antara permukaan solid dan
berdekatan dengan fluida yang bergerak atau mengalir dan itu melibatkan pengaruh
konduksi dan aliran fluida. Laju perpindahan kalor secara konveksi dapat
dinyatakan sebagai berikut (Moran dan Shapiro 2006):
ℎ̇

=ℎ

� − �∞

9
Dimana: ̇ ℎ
h
A
Ts
T∞

= laju perpindahan kalor konveksi (W)
= koefisien perpindahan panas konveksi (W/m2)
= luas penampang (m2)
= temperatur plat (K)
= temperatur fluida yang mengalir dekat permukaan (K)

Radiasi
Radiasi, merupakan perpindahan energi karena emisi gelombang
elektromagnetik (atau foton). Laju perpindahan kalor secara radiasi dapat
dinyatakan sebagai berikut (Moran dan Shapiro 2006):

Dimana: ̇

A
�
�
�

̇ =

� � −�

= laju perpindahan kalor radiasi (W)
= emisivitas sifat radiasi pada permukaan
= luas permukaan (m2)
= konstanta Stefan-Boltzman (5.67 x 10-8 W/m2K4)
= temperatur absolut sekitar (K4)
= temperatur absolut permukaan (K4)

METODOLOGI
Tahapan Penelitian

Penelitian ini berawal dari pengumpulan informasi yang berkaitan dengan
sifat fisik cangkang kelapa sawit dan karakteristrik proses pirolisis, kemudian
dilanjutkan dengan proses perancangan kiln menggunakan perangkat lunak
SolidWorks Premium 2012, dan kemudian proses pabrikasi dan pengujian kinerja
kiln. Parameter-parameter perancangan ditentukan berdasarkan informasi yang
telah diperoleh mengenai cangkang kelapa sawit dan juga proses pirolisis lambat
guna menghasilkan arang cangkang kelapa sawit.
Suhu harapan yang dicapai melalui proses pengarangan menggunakan kiln ini
adalah 500°C, dengan menghasilkan rendemen arang sebanyak 30% dari massa
bahan baku yang diarangkan. Tingkat suhu serta sebaran suhu pada proses
pengarangan menggunakan kiln ini juga akan diukur untuk mengetahui seberapa
merata aliran udara yang dihasilkan pada proses pengarangan. Nilai kalor dari
produk arang akan diukur setelah proses pengarangan selesai.
Setelah kiln selesai dipabrikasi, uji kinerja pendahuluan dilakukan untuk
mengetahui kapasitas optimum, kinerja serta produk yang dihasilkan melalui proses
pengarangan. Kapasitas yang direncanakan dalam proses perancangan adalah untuk
bahan baku sebanyak 10 kg cangkang kelapa sawit dengan bulk density 400 kg/m3,
namun kapasitas riil dari kiln kemudian ditentukan dengan bulk density dari
cangkang kelapa sawit yang digunakan pada penelitian ini. Tahapan penelitian yang
dilakukan dijelaskan pada Gambar 2.

10
Mulai

Pengumpulan informasi

Identifikasi masalah

Penentuan tujuan utama perancangan

Penentuan parameter-parameter
perancangan
Pendekatan rancangan

Perancangan fungsional

Perancangan struktural
Pembuatan gambar teknik dan gambar kerja
Fabrikasi
Uji fungsional dan kinerja (rendemen, kualitas
produk, tingkat suhu dan sebarannya, serta
keseragaman kematangan arang)
Tidak
sukses

Analisis data pengujian

Sukses

Penulisan laporan

Selesai

Gambar 2 Tahapan penelitian

11
Pendekatan Rancangan
Kiln hasil perancangan ini diadaptasi dari kiln hasil perancangan Hasanah
(2013) yang juga menggunakan prinsip venturimeter. Pengadaptasian prinsip
venturimeter ini diharapkan dapat menghasilkan proses pengarangan yang juga
optimum pada cangkang kelapa sawit.
Gas merupakan gas mampu mampat yang berarti memiliki kemampuan untuk
dimampatkan pada volume yang lebih kecil dengan massa yang sama. Tekanan
pada suatu titik dalam suati fluida yang berada dalam kesetimbangan (tidak
bergerak) akan memiliki nilai sama ke semua arah, namun untuk gas yang memiliki
pergerakan relatif tekanan dapat berubah menurut arah pada suatu titik.
B

A

Gambar 3 Penampang nozzle (A) dan diffuser (B)
Pertimbangan mengenai kemampuan mampu mampat dari gas, maka prinsip
kerja venturimeter yang merupakan gabungan mekanisme dari nozzle dan diffuser
digunakan pada penelitian ini. Menurut Potter dan Somerton (2011), nozzle adalah
suatu alat yang digunakan untuk menaikkan kecepatan aliran fluida, ini dilakukan
dengan cara mengurangi tekanan. Sedangkan diffuser adalah suatu alat yang
menaikkan tekanan aliran fluida, dengan cara mengurangi kecepatannya. Jika lebih
lanjut diasumsikan bahwa perubahan energi internal dan energi potensial dapat
diabaikan, persamaan energi akan menjadi:
=

−

+ℎ −ℎ

→

+

�

∗� =

+

�

∗�

Dimana v adalah kecepatan aliran, Cp adalah panas spesifik fluida, dan T
adalah suhu fluida. Indeks 1 dan 2 adalah masing-masing untuk aliran fluida yang
masuk melalui nozzle dan keluar melalui diffuser.
Venturimeter memiliki jenis aliran subsonik, dimana nozzle memiliki luas
yang makin mengecil searah dengan aliran dan diffuser memiliki luas yang makin
membesar searah dengan aliran. Tekanan yang meningkat pada sisi sempit
venturimeter akan memampatkan aliran udara yang lewat dan kecepatannya
berkurang, dan ketika udara melewati pelebaran diameter dari diffuser, kecepatan
aliran akan meningkat dan udara akan menyebar dengan kecepatan yang menurun.
Teori-teori diatas kemudian dijadikan dasar perancangan dari kiln untuk
pengarangan cangkang kelapa sawit ini. Bentuk dari kiln dibuat menyerupai bentuk
dari venturimeter dengan perbandingan diameter dasar, tenggorokan, dan atas kiln
adalah 2:1:2 dengan masing-masing ukuran 40 cm, 20 cm, dan 40 cm. Diharapkan
dengan bentuk kiln yang menerapkan prinsip venturimeter ini, aliran udara panas
yang pada mulanya merupakan hasil pembakaran bahan bakar awal pada dasar kiln
akan mengalir menuju bagian atas kiln dengan mengikuti pola aliran pada
venturimeter sehingga didapatkan sebaran udara dan suhu yang baik serta
kematangan arang yang merata. Distribusi udara di dalam kiln juga dibantu dengan
adanya kassa pemerata yang bersifat portable, sebagai cadangan udara pada ruang
pengarangan. Kassa pemerata akan diletakkan di dalam ruang pengarangan
sebelum bahan baku dimasukkan, dan akan dikeluarkan setelah proses pengarangan
selesai sebelum arang dikeluarkan.

12
Waktu dan Tempat Pelaksanaan
Proses perancangan kiln dilakukan mulai dari awal Februari hingga
pertengahan Maret 2014, dan pabrikasi dari kiln hasil perancangan dimulai dari
pertengahan Maret dan selesai pada akhir April 2014. Uji kinerja kiln dilakukan
pada akhir April dan selesai pada akhir Mei 2014 (29 April-19 Mei 2014).
Kegiatan pabrikasi dari kiln dilakukan di kawasan Citereup dan
Cangkurawok, Bogor, dan seluruh kegiatan uji kinerja dilakukan di Laboratorium
Teknik Energi Terbarukan, Laboratorium Lapangan Bersama Siswadhi Soepardjo,
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem Fakultas Teknologi Pertanian, Institut
Pertanian Bogor.
Alat dan Bahan
Seperangkat peralatan perbengkelan digunakan dalam proses perakitan kiln,
dan peralatan-peralatan ukur digunakan pada pengujian kinerja dari kiln hasil
perancangan. Peralatan ukur yang digunakan dalam pengujian kinerja kiln adalah
termokopel batang tipe K untuk suhu dalam ruang pengarangan, termokopel tipe
CA untuk suhu dinding ruang pengarangan serta cerobong asap, serta recorder
untuk display dari suhu-suhu pengukuran. Anemometer digunakan untuk
pengukuran suhu lingkungan serta kecepatan angin, timbangan untuk pengukuran
massa bahan baku cangkang kelapa sawit awal yang akan diarangkan serta massa
rendemen arang yang dihasilkan.
Bahan yang digunakan adalah plat besi dengan ketebalan 3 mm serta 5 mm
untuk perakitan kiln, cangkang kelapa sawit sebagai bahan baku utama untuk
diarangkan dan bonggol jagung serta serabut kelapa sawit sebagai bahan bakar
awal. Cangkang dan serabut kelapa sawit yang digunakan diperoleh dari Pabrik
Kelapa Sawit Kertajaya, PT Perkebunan Nusantara VIII, Lebak, Banten.
Uji Kinerja Hasil Perancangan
Setelah kiln selesai dipabrikasi dan siap uji, pengujian kinerja dari kiln dan
penentuan titik-titik pengukuran serta parameter dari kiln ditentukan dan dijelaskan
sebagaimana di bawah berikut.
Penentuan Parameter Pengujian
Parameter-parameter pengujian dari kiln ditentukan sebagaimana dianggap
bahwa hasil pengukuran dari pengujian kiln dapat mewakili kinerja dari performa
fungsional dan struktural dari kiln tersebut. Parameter pengujian kinerja dari kiln
ini antara lain kapasitas optimum dari kiln, tingkat suhu yang dihasilkan selama
proses, sebaran suhu dalam ruang pengarangan serta bagian luar dari kiln selama
proses, banyaknya rendemen arang dari keseluruhan jumlah bahan baku cangkang
kelapa sawit yang terarangkan, mutu arang yang dihasilkan, dan juga waktu proses
secara keseluruhan dimulai dari pembakaran pertama bahan bakar pemantik sampai
dengan produk akhir arang siap untuk dikeluarkan dari kiln melalui pintu
unloading.

13
a. Kapasitas Optimum Kiln
Kapasitas optimum dari kiln dilihat dari seberapa banyak massa cangkang
kelapa sawit yang dapat ditampung oleh ruang pengarangan dengan menyisakan
2/3 ruang kosong sebagai pasokan cadangan oksigen untuk proses pirolisis.
Banyaknya cangkang kelapa sawit yang dapat ditampung oleh ruang pengarangan
akan bergantung kepada bulk density dan bentuk kepingan dari cangkang kelapa
sawit itu sendiri. Semakin kecil kepingan dari cangkang kelapa sawit, akan semakin
sedikit rongga yang diberikan antar kepingan sehingga massa yang ditampung akan
lebih besar daripada apabila kepingan yang masuk adalah kepingan-kepingan
dengan ukuran yang lebih besar.
Komposisi dari cangkang kelapa sawit itu sendiri menentukan banyaknya
massa yang tertampung. Semakin banyak kadar serabut tertinggal pada cangkang
kelapa sawit yang digunakan sebagai bahan baku, akan semakin ringan pula massa
yang masuk ke dalam ruang pengarangan.
b. Tingkat Suhu dan Penyebarannya Selama Proses Pirolisis Berlangsung
Tingkat suhu merupakan parameter utama apakan panas yang dihasilkan pada
awal proses melalui pembakaran bahan bakar pemantik berhasil mengalami
peningkatan dan penyebaran yang baik saat kiln beroperasi. Suhu pada ruang
pengarangan, dinding, dan cerobong asap akan diukur dengan menggunakan
termokopel. Penyebaran suhu dalam ruang pengarangan dapat menjadi acuan
merata atau tidaknya kematangan arang yang akan dihasilkan nantinya.
c. Rendemen Arang
Rendemen produk arang yang dihasilkan akan menentukan efisiensi dari
proses pengarangan yang dilakukan dengan menggunakan kiln ini. Rendemen arang
akan berupa presentase banyaknya produk arang yang dihasilkan dari keseluruhan
bahan baku cangkang kelapa sawit yang terarangkan.
d. Mutu Arang
Mutu arang yang dihasilkan dapat terwakilkan dengan kandungan nilai kalor
yang dimiliki oleh arang tersebut, namun juga dapat diisyaratkan oleh penampilan
fisiknya. Arang dengan kualitas baik akan memiliki warna hitam pekat, bila
dipatahkan akan memiliki warna mengkilap pada bagian patahannya, bunyi
berdenting bila bersentuhan maupun terjatuh
e. Waktu Proses
Waktu yang dibutuhkan dari mulai keseluruhan bahan baku cangkang kelapa
sawit dimasukkan ke dalam ruang pengarangan dan penyalaan bahan bakar
pemantik yang berupa bonggol jagung dan serabut kelapa sawit hingga produk
akhir arang siap untuk dikeluarkan melalui pintu unloading, terhitung sebagai
waktu proses. Diasumsikan bahwa cepatnya proses merepresentasikan bahwa
kinerja dari kiln ini cukup bagus, semakin sedikit waktu yang dibutuhkan untuk
melakukan proses pengarangan maka akan semakin bagus performa dari kiln ini.
Namun hal tersebut juga akan bergantung terhadap kualitas arang yang
dihasilkan. Akan dilihat pada pengujian kinerja kiln, apakah ada korelasi antara
waktu proses dengan mutu arang yang dihasilkan terhadap kinerja dari kiln.

14
Metoda Pengujian dan Pengambilan Data
Total pengujan kiln dilakukan sebanyak 9 kali, yaitu 2 kali pengujian
pendahuluan dan 7 kali pengujian inti. Sebanyak 2 kali pengujian pendahuluan
dilakukan untuk mengetahui kapasits optimum dari kiln. Pengujian inti dilakukan
sebanyak 7 kali dengan rentang massa yang dianggap optimum bagi kinerja kiln.
Kapasitas optimum dari kiln diukur menggunakan timbangan pegas untuk
mengukur massa yang dapat masuk ke dalam ruang pengarangan. Bulk density dari
bahan baku cangkang kelapa sawit juga diukur dengan cara memasukkan sejumlah
cangkang kelapa sawit ke dalam suatu wadah (yang digunakan adalah ember), dan
kemudian menimbang massa yang ada dalam wadah tersebut, kemudian
membaginya dengan volume wadah yang terisi oleh cangkang kelapa sawit. Alat
ukur massa yang digunakan ditunjukkan pada Gambar 4.

Gambar 4 Timbangan pegas
Pengujian sebaran dan tingkat suhu pada kiln dilakukan dengan melakukan
pengukuran suhu pada 6 buah titik ukur, yaitu dinding bagian bawah ruang
pengarangan, dinding bagian tengah ruang pengarangan, dinding bagian atas ruang
pengarangan, bagian dalam ruang pengarangan bawah, bagian dalam ruang
pengarangan atas, dan juga cerobong asap. Titik-titik pengukuran suhu ditunjukkan
pada Gambar 5.
Selain sebaran suhu pada kiln, terdapat satu lagi titik pengukuran suhu yaitu
suhu lingkungan dekat kiln pada jarak sekitar 1 meter dari posisi dimana kiln
beroperasi, yang merupakan titik pengukuran suhu lingkungan dan juga kecepatan
angin. Pengukuran tingkat suhu dan sebarannya pada kiln dilakukan dengan
menggunakan termokopel K batang untuk suhu di dalam ruang pengarangan atas
dan bawah, serta termokopel tipe CA untuk suhu dinding dan cerobong asap. Alat
pengukuran suhu mulai dari termokopel K batang, termokopel CA, dan rekorder
secara berurutan ditunjukkan pada Gambar 6.
Suhu yang terukur kemudian ditampilkan pada recorder autonics dan
pencatatan suhu dilakukan tiap 5 menit sekali. Pencatatan suhu dilakukan setelah
bahan bakar pemantik dibakar selama 10 hingga 15 menit dan kemudian pintu
loading ditutup dan dilapisi sealer gasket. Pelapisan sealer gasket pada bagian pintu
loading kiln ditujukan untuk mencegah kebocoran asap yang ada pada ruang
pengarangan.

15

Suhu cerobong
asap

Suhu dalam ruang
pengarangan atas

Suhu dinding ruang
pengarangan atas

Suhu dinding ruang
pengarangan tengah
Suhu dinding ruang
pengarangan bawah

Suhu dalam ruang
pengarangan bawah

Gambar 5 Titik-titik pengukuran suhu pada kiln

Gambar 6 Alat-alat pengukuran suhu
Prosedur Pengujian Kinerja Kiln
Secara keseluruhan, prosedur operasional pengujian kinerja kiln adalah
sebagai berikut:
1. Memasang alat ukur suhu pada semua titik yang telah ditentukan
2. Menimbang cangkang kelapa sawit yang telah disiapkan untuk
diarangkan

16
3. Memasang kassa pemerata api di tengah ruang pengarangan
4. Membuka penuh semua lubang udara
5. Memasukkan seluruh cangkang kelapa sawit hingga menyisakan
kurang lebih 1/3 dari ruang pengarangan kosong
6. Memberikan bahan bakar solar pada beberapa bonggol jagung (sekitar
5-7 buah) dan segenggam serabut kelapa sawit
7. Membakar bahan bakar pemantik yaitu bonggol jagung dan serabut
kelapa sawit terlebih dahulu dan memasukkannya sedikit demi sedikit
ke dalam kassa pemerata api secara merata, dan memastikan bahwa
api dalam kassa pemerata tetap menyala
8. Membiarkan api dalam kassa pemerata menyala selama kurang lebih
10-15 menit untuk memberikan nyala api kepada cangkang kelapa
sawit terutama yang berada pada ruang pengarangan bagian bawah
9. Ketika nyala api sudah mulai merata dan membesar, tutup pintu
loading dan lapisi menggunakan sealer gasket untuk mencegah
kebocoran asap.
10. Menyalakan recorder untuk mengukur dan mencatat suhu selama
proses pengarangan berlangsung setiap interval 5 menit
11. Mengamati kenaikan suhu di semua titik pengukuran, terutama di
bagian dalam ruang pengarangan bawah dan atas
12. Mengamati asap yang keluar dari cerobong, jika telah menipis maka
berarti proses pirolisis akan berakhir
13. Menarik bagian dasar ruang pengarangan untuk menjatuhkan seluruh
produk arang ke bawah, lalu buka pintu loading
14. Biarkan asap keluar terlebih dahulu, ketika telah menipis, keluarkan
kassa pemerata melalui pintu loading
15. Buka pintu unloading, dan arang telah siap untuk dikeluarkan.

HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Perancangan Kiln
Rancangan Fungsional
Secara keseluruhan, kiln hasil perancangan ini terdiri dari ruang pengarangan,
kassa pemerata, pintu loading dan unloading, cerobong asap, dan kaki penyangga.
Penjelasan fungsi bagian-bagian kiln dapat dilihat pada Tabel 3.
Rancangan fungsional dihasilkan dari beberapa pertimbangan yaitu fungsi
utama dari kiln sebagai media pengarangan, yang membutuhkan ruang pengarangan
sebagai tempat dimana proses pirolisis terjadi. Proses pirolisis yang berlangsung di
dalam ruang pengarangan membutuhkan kemerataan aliran udara yang baik yang
dapat disokong oleh penyediaan rongga udara yang diberikan oleh kassa pemerata.
Bahan baku cangkang kelapa sawit yang digunakan akan dimasukkan melalui
sebuah pintu yaitu pintu loading, dan produk hasil pengarangan yang berupa arang
harus dapat dibongkarmuat melalui sebuah pintu yaitu pint