22 Produksi Gas dari Padatan
2.7 dimana
adalah perbandingan antara massa dari partikel rata- rata dan volumenya, termasuk volume kosong yang ada pori-pori
partikel. Nilai dari pada batu bara sekitar 1.100 kgm
3
sedangkan untuk kayu sebesar 700 kgm
3
. adalah
perbandingan antara massa dari partikel rata-rata dengan volumenya, tanpa melibatkan volume yang ditempati oleh pori-
pori di dalam partikel. Nilai untuk batu bara sekitar 2.200
dan untuk kayu adalah 1.400 kgm
3
Souza-Santos, 2004. Harga berbagai jenis partikel dapat dilihat pada Tabel 2.4.
Masih terdapat satu istilah lagi dari massa jenis yaitu
bulk
yang didefinisikan sebagai:
V m
p
bulk ,
2.8 Dimana m adalah massa total dari unggun partikel dan V adalah
volume unggun. Harga
bulk
berbagai jenis partikel dapat dilihat pada
real app
1
app
app
real
real
app
23 Bahan Bakar Padat
Tabel 2.5. Tabel 2.4. Harga
berbagai jenis partikel Souza-Santos, 2004
No Jenis partikel
Massa jenis semu kgm
3
1 Batu bara
700-2.000 2
Kayu 200-1.000
3 Arang batu bara
100-800 4
Batu kapur 2.000-3.200
5 Pasir
2.500-3.500
app
24 Produksi Gas dari Padatan
Tabel 2.5. Harga
bulk
berbagai jenis bahan bakar Reed and Das, 1988
No Jenis bahan
bakar Massa jenis
bulk kgm
3
Keterangan
1 Kayu sisa
gergajian 177
Gembur 2
Kayu sisa gergajian
555 Briket dengan panjang
100 mm x diameter 75 mm
3 Gambut
350-440 serbuk
4 Gambut 180-400
Potongan tangan 5
Kayu 330
Keras 6 Kayu
250 Lunak
7 Kayu
290 Campuran 50 kayu keras
dan 50 kayu lunak 8 Jerami
80 Serbuk
9 Jerami 320
Bal tumpukan
2.3. Analisis Komponen Bahan Bakar Padat
Untuk mengetahui komponen yang terdapat dalam bahan bakar padat dapat digunakan dua jenis analisis, yaitu analisis
proksimasi proksimasi analysis dan analisis ultimasi ultimasi analysis. Analisis proksimasi adalah analisis bahan bakar padat
yang menghasilkan fraksi massa dari karbon tetap fixed carbon = FC, zat volatil volatile matter=VM, kadar air moisture content =
MC, dan abu ash. Analisis ini dilakukan dengan menimbang, memanaskan, dan membakar sebuah sampel kecil satuan berat
bahan bakar Borman and Ragland, 1998. 1. Analisis kadar air MC
Sampel bahan bakar dibuat serbuk ± 2-10 g tergantung mode pengeringan, lalu dipanaskan dalam oven dengan
temperatur antara 105
o
C –110
o
C. Massa sampel akan berkurang dan akhirnya menjadi konstan. Terdapat dua jenis kadar air MC,
yaitu kadar air basis basah wb dan kadar air basis kering db.
25 Bahan Bakar Padat
Untuk menentukan kedua jenis kadar air tersebut dapat dilihat dari persamaan di bawah ini.
o f
o wb
m m
m MC
2.9
f f
o db
m m
m MC
2.10 Dimana m
= massa awal dari sampel.
m
m
f
= massa akhir sampel. 2. Analisis zat volatil VM
Setelah diperoleh kadar air sampel, kemudian sampel dipanaskan pada temperatur 900
o
C dalam oven yang kedap udara selama 7 menit. Umumnya penyebutan kadar volatil
didasarkan pada basis kering.
1 2
1 f
f f
db
m m
m VM
2.11 Dimana m
f1
= massa sampel yang sudah dikeringkan.
m
m
f2
adalah massa sampel setelah dipanaskan sampai temperatur 900
o
C dalam kondisi kedap udara. 3. Analisis kadar abu
Setelah fraksi zat volatil diketahui, sampel kemudian dipanaskan dalam oven yang berisi udara dengan temperatur ±
732
o
C hingga terbakar sempurna. Sisa pembakaran kemudian ditimbang. Kadar abu ash content = AC dapat dinyatakan
dengan:
1 3
f f
db
m m
AC
2.12 Dimana m
f1
= massa sampel yang sudah dikeringkan.
m
m
f3
adalah massa sampel setelah dibakar pada temperatur 732
o
C. 4. Fraksi massa karbon tetap fixed carbon = FC
Fraksi massa karbon tetap diperoleh dengan cara mengurangkan fraksi kadar air, volatil dan abu dari massa awal.
26 Produksi Gas dari Padatan
1 3
2 1
f f
f f
db
m m
m m
FC
2.13 atau
AC VM
FC
db
100
2.14 Analisis kedua yang juga dikenal adalah analisis ultimasi.
Analisis ultimasi ASTM D3176 merupakan analisis laboratorium yang memuat fraksi massa karbon C, hidrogen H, oksigen O,
sulfur S, dan nitrogen N dalam satu bahan bahan bakar atau lainnya.
5. Nilai Kalor Nilai kalor merupakan parameter penting dalam suatu
bahan bakar. Terdapat dua jenis nilai kalor yaitu nilai kalor rendah dan nilai kalor tinggi. Nilai kalor rendah LHV, Lower heating value
biomassa sekitar 15-20 MJkg lebih rendah dibanding nilai kalor batu bara yaitu sekitar 25-33 kJkg dan bahan bakar minyak
contohnya bensin sekitar 42,5 MJkg. Artinya untuk setiap kg biomassa hanya mampu menghasilkan energi 23 dari energi 1 kg
batu bara dan ½ dari energi 1 kg bensin
http:en.wikipedia.orgwikiLower_heating_value. Nilai kalor berhubungan langsung dengan kadar C dan H
yang dikandung oleh bahan bakar padat. Semakin besar kadar keduanya akan semakin besar nilai kalor yang dikandung.
Menariknya dengan proses charing pembuatan arang, nilai kalor arang yang dihasilkan akan meningkat cukup tajam. Sebagai
gambaran, dari hasil proses pembuatan arang batok kelapa pada temperatur 750
o
C dapat dihasilkan arang dengan nilai kalor atas HHV, higher heating value sekitar 31 MJkg. Nilai ini setara
dengan nilai kalor batu bara kelas menengah ke atas. Nilai kalor ini dapat dibandingkan dengan arang batu bara yang mempunyai
nilai kalor atas 35 MJkg.
Nilai kalor rendah LHV, lower heating value adalah jumlah energi yang dilepaskan dari proses pembakaran suatu bahan
bakar dimana kalor laten dari uap air tidak diperhitungkan, atau setelah terbakar, temperatur gas pembakaran dibuat 150
o
C. Jika
27 Bahan Bakar Padat
jumlah kalor laten uap air diperhitungkan atau setelah terbakar, temperatur gas pembakaran dibuat 25
o
C, maka akan diperoleh nilai kalor atas HHV, higher heating value.
Beberapa peneliti sudah membuat formula untuk menentukan nilai kalor bahan bakar padat. Yang perlu
diperhatikan adalah bahwa formula-formula di bawah ini tidak berlaku umum perhatikan kondisinya.
a. Formula Dulong. Formula Dulong dapat digunakan untuk
semua batu bara Nilai Kalor =
2.15 Dimana Nilai kalor dinyatakan dalam BTUlb. C, H, O, S adalah
fraksi massa karbon, hidrogen, oksigen, dan belerang. b. Formula untuk biomassa Gaur and Reed, 1998
HHV kJg = 0,3491C + 1,1783 H - 0,1034 O – 0,0211
A + 0,1005 S -0,0151 N 2.16
Dimana C, H, O, A, S, N adalah fraksi massa karbon, hidrogen, oksigen, abu, belerang, dan nitrogen.
2.4. Analisis Komponen Berbagai Jenis Bahan Bakar Padat 2.4.1 Sekam Padi.
Sekam padi adalah sebuah kulit luar dari biji tumbuhan padi, sejenis biji
– bijian yang biasa tumbuh di daerah tropis. Sekam padi ini biasa diambil dari biji padi yang telah dipanen, kemudian digiling
selep untuk memisahkan kulit dengan bijinya. Ciri fisik dari sekam padi ini berbentuk lonjong, pipih, kasar. Sekam padi mempunyai
warna kuning kecokelatan, dan mempunyai massa yang ringan.
Sekam padi ini mempunyai kandungan silika sekitar 20 dengan struktur utama membentuk lignin. Pada kenyataanya
sekitar 20 massa kering dari padi adalah sekam. Jika sekam padi ini dibakar maka sisa massa residu yang tidak terbakar adalah
sekitar 17 hingga 23 dari massa sekam padi itu sendiri. Abu yang dihasilkan dari pembakaran sekam padi itu sendiri sekitar 95
adalah silica murni Omatola and Onojah, 2009.
S O
H C
050 .
4 8
028 .
62 544
. 14
28 Produksi Gas dari Padatan
Analisis ultimasi digunakan untuk mengetahui fraksi massa karbon C, hidrogen H, oksigen O, sulfur S, nitrogen N dan
nilai kalor pembakaran dari bahan bakar khususnya bahan bakar padat. Hasil analisis ultimasi yang dilakukan untuk bahan sekam
padi dapat dilihat dalam Tabel 2.6.
Tabel 2.6. Analisis ultimasi sekam padi Jamradloedluk, Panomai et al..
C H
O N
Nilai Kalor MJkg
Kadar Abu
38,5 5,7
39,8 0,5
15,4 15,5
Tabel 2.7. Analisis proksimasi sekam padi Jamradloedluk, Panomai et al..
VM FC
Kadar Abu
62,7 17,4
20,0
2.4.2. Serbuk Gergaji Kayu Jati
Jati adalah sejenis pohon penghasil kayu bermutu tinggi. Pohon besar, berbatang lurus, dapat tumbuh mencapai tinggi 30-
40 m. Berdaun besar, yang luruh di musim kemarau. Jati dikenal dunia dengan nama teak bahasa Inggris. Nama ini berasal dari
kata thekku
dalam bahasa Malayalam, bahasa di negara bagian Kerala di India selatan. Nama ilmiah jati adalah Tectona grandis.
Serbuk gergaji kayu jati merupakan limbah dari pengolahan kayu yang berupa geram atau tatal. Analisis ultimasi
dari woodchip serbuk kayu digunakan untuk mengetahui fraksi massa karbon C, hidrogen H, oksigen O, sulfur S, nitrogen
N dan nilai kalor pembakaran HHV. Hasil analisis ultimasi yang dilakukan dapat dilihat dalam Tabel 2.8 berikut:
Tabel 2.8. Analisis ultimasi dan proksimasi kayu Souza-Santos, 2004.
C H
O N
S Abu
Nilai Kalor MJkg
48,4 6,31 44,23 0,21 0,03
0,82 18,6
