UJI KUALITAS FISIK DAN UJI KINETIKA REAKSI BRIKET JERAMI PADI DENGAN PENAMBAHAN KAYU KALIMANTAN MERBAU

UJI KUALITAS FISIK DAN UJI KINETIKA REAKSI BRIKET JERAMI PADI DENGAN PENAMBAHAN KAYU KALIMANTAN MERBAU SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat

untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

Oleh: ZAKI

NIM : I 0405011

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2010

UJI KUALITAS FISIK DAN UJI KINETIKA REAKSI BRIKET JERAMI PADI DENGAN PENAMBAHAN KAYU KALIMANTAN MERBAU

Disusun oleh :

Zaki

NIM. I0405011

Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II

Suyitno, S.T., M.T., Dr. Tech. Tri Istanto, S.T., M.T. . NIP. 19740902 200112 1002

NIP.19730820 200012 1001

Telah dipertahankan di hadapan Tim Dosen Penguji pada hari Rabu tanggal

31 Maret 2010

1. Ir. Augustinus Sujono, M.T. ………………………… NIP. 19511001 198503 1001

2. Muh. Nizam, S.T., M.T., Dr. ………………………… NIP. 19700720 199903 1001

3. Eko Prasetya Budiyana, S.T., M.T. ………………………… NIP. 19710926 199903 1002

Mengetahui:

Ketua Jurusan Teknik Mesin Koordinator Tugas Akhir

. Dody Ariawan, S.T., M.T. . Syamsul Hadi, S.T., M.T. . NIP. 19730804 199903 1003

NIP. 19710615 199802 1002

Karya ini dipersembahkan untuk: — Ayahanda, Abubakar Alaydrus, yang tak pernah bosan mengajak putra- putranya untuk berdiskusi dan berdialog. — Ibunda, Hadijah Baraja, yang senantiasa mengajarkan mengenai keadilan dan kepedulian terhadap sesama. — Nenek Asiyah yang selalu bersemangat dalam hidupnya. — Kakak-kakak penulis (Taufik, Zainal, Ayib, Dani, Jamalulail, dan Ubaidillah) yang telah memberi banyak inspirasi. — Paman Umar yang mengajarkan pada penulis untuk selalu berpikir bebas. — Bapak Suyitno dan Bapak Tri Istanto yang telah memberikan bimbingan dan arahan dalam pengerjaan tugas akhir. — Orang-orang yang penulis cintai dalam hidup ini.

MOTTO

Hanya kepada Tuhan, kami mengabdikan diri kami,

dan hanya kepada Tuhan,

kami memohon segala sesuatu.

(Terinspirasi dari ayat-ayat suci)

Tests on Physical Properties and Reaction Kinetics of Rice Straw Briquette with Kalimantan-Merbau Wood Addition

Zaki

Mechanical Engineering Department Sebelas Maret University Surakarta, Indonesia email : jq_aidrus@yahoo.com

Abstract

This research was conducted to investigate the effect of Kalimantan-merbau wood addition on physical properties of rice straw briquette. Rice straw briquette had a high axial compressive strength value. However, it had a low durability and water resistance. Kalimantan-merbau sawdust was added to improve briquette’s physical properties because Kalimantan-merbau wood briquette has a higher durability and water resistance. Briquettes were made in two compositions (weight percentage), i.e., 80% rice straw with 20% Kalimantan-merbau wood and 60% rice straw with 40% Kalimantan-merbau wood. Briquetting process was

2 done with four briquetting pressure, that was 400 2 kg/cm , 600 kg/cm ,

2 800 kg/cm 2 , and 1000 kg/cm . Physical properties, such as initial and relaxed density, relaxation, durability, axial compressive strength, as well as water

resistance, was tested from each briquette. From physical properties testing result was used to determine the briquetting pressure which produces the optimum briquette for each composition. The reaction kinetics testing was done on the optimum briquette with two-different air velocities which entering the reactor, that is 0.05 m/s and 2 m/s. The result of the physical properties testing showed that Kalimantan-merbau wood addition could make an increment on briquette’s density and durability. The optimum briquette for 80% rice straw with 20% Kalimantan-merbau wood composition was gained from the briquetting pressure

of 800 kg/cm 2 . While, the optimum briquette for 60% rice straw with 40% Kalimantan-merbau wood composition was gained from the briquetting pressure

of 1000 kg/cm 2 . Activation energy values of 80% rice straw with 20% Kalimantan-merbau wood briquette were 11.11 kJ/mol and 13.54 kJ/mol, for 0.05

m/s and 2 m/s air velocity respectively. Activation energy of 60% rice straw with 40% Kalimantan-merbau wood briquette was 11.43 kJ/mol and 14.09 kJ/mol.

Keywords: briquette, rice straw, Kalimantan-merbau wood, density, activation energy

Uji Sifat Fisik dan Kinetika Reaksi Briket Jerami Padi dengan Penambahan Kayu Kalimantan Merbau

Zaki

Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta, Indonesia email : jq_aidrus@yahoo.com

Abstrak

Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh penambahan kayu kalimantan merbau pada sifat fisik briket jerami padi. Briket jerami padi memiliki nilai kuat tekan aksial yang tinggi. Namun, briket jerami padi memiliki ketahanan dan ketahanan terhadap air yang rendah. Serbuk gergajian kayu Kalimantan merbau ditambahkan dengan tujuan memperbaiki sifat fisik briket karena briket kayu Kalimantan merbau memiliki nilai ketahanan dan ketahanan air yang lebih baik. Briket dibuat dengan 2 variasi komposisi (persentase berat), yakni 80% jerami padi ditambah 20% kayu Kalimantan merbau dan 60% jerami padi ditambah 40% kayu Kalimantan merbau. Proses pembriketan dilakukan dengan

2 2 4 variasi tekanan pembriketan, yaitu 400 kg/cm 2 , 600 kg/cm , 800 kg/cm , dan 1000 kg/cm 2 . Sifat fisik yang diuji dari masing-masing briket adalah densitas awal

dan densitas relaksasi, relaksasi, ketahanan, kuat tekan aksial, serta ketahanan terhadap air. Dari hasil pengujian sifat fisik digunakan untuki menentukan tekanan pembriketan yang menghasilkan briket optimum untuk masing-masing komposisi. Uji kinetika reaksi dilakukan terhadap briket optimum dengan 2 variasi kecepatan udara memasuki reaktor yaitu 0,05 m/s dan 2 m/s. Hasil pengujian sifat fisik menunjukkan bahwa penambahan kayu Kalimantan merbau dapat meningkatkan densitas dan ketahanan briket. Briket optimum untuk komposisi 80% jerami padi

ditambah 20% kayu Kalimantan merbau diperoleh pada tekanan 800 kg/cm 2 . Sedangkan, untuk komposisi 60% jerami padi ditambah 40% kayu Kalimantan

merbau diperoleh pada tekanan 1000 kg/cm 2 . Nilai energi aktivasi untuk briket 80% jerami padi ditambah 20% kayu Kalimantan merbau adalah 11,11 kJ/mol dan

13,54 kJ/mol, masing-masing untuk kecepatan udara 0,05 m/s dan 2 m/s. Sedangkan energi aktivasi untuk briket 60% jerami padi ditambah 40% kayu Kalimantan merbau adalah 11,43 kJ/mol dan 14,09 kJ/mol.

Kata kunci: briket, jerami padi, kayu Kalimantan merbau, densitas, energi aktivasi

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat melaksanakan dan menyelesaikan Skripsi dengan judul “Uji Kualitas Fisik dan Uji Kinetika Reaksi Briket Jerami Padi dengan Penambahan Kayu Kalimantan Merbau”. Skripsi ini disusun guna memenuhi persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Skripsi ini tidak mungkin dapat terselesaikan tanpa bantuan dari berbagai pihak, baik secara langsung maupun tidak. Oleh karena itu, penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan skripsi ini, terutama kepada:

1. Bapak Dody Ariawan, S.T., M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin UNS Surakarta.

2. Bapak Suyitno, S.T., M.T., Dr.Tech. selaku pembimbing pertama atas bimbingannya hingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini.

3. Bapak Tri Istanto, S.T., M.T., selaku pembimbing kedua yang telah turut serta memberikan bimbingan yang berharga bagi penulis.

4. Bapak Syamsul Hadi, S.T., M.T., selaku pembimbing akademis yang telah berperan sebagai orang tua selama penulis melaksanakan studi di Universitas Sebelas Maret.

5. Seluruh pengajar, staf administrasi, dan laboran di Jurusan Teknik Mesin UNS, yang telah turut mendidik penulis hingga menyelesaikan studi S1.

6. Ayah, Bunda, Nenek dan Kakak-Kakak penulis yang telah memberikan dorongan dan dukungan kepada penulis dalam menempuh pendidikan di Universitas Sebelas Maret.

7. Rekan penulis dalam mengerjakan tugas akhir mengenai briket biomassa, Nuzul Wahyudi, atas bantuan dan kerjasamanya.

8. Teman-teman di Laboratorium Konversi Energi (Gama, Yusno, Topan, Indri, Dwi S., Ahmad, Tinneke, Teddy, Fendi, Thoha, dan Efril) yang telah menemani dalam pembuatan alat dan pengambilan data. Terima kasih yang tak terkira atas bantuan kalian semua.

9. Semua rekan di jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan bantuan dan semangat kepada penulis.

10. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah membantu pelaksanaan dan penyusunan skripsi ini.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan Skripsi ini masih jauh dari sempurna, maka penulis mengharap kritik dan saran dari berbagai pihak untuk kesempurnaan skripsi ini. Akhir kata, semoga skripsi ini dapat berguna bagi ilmu pengetahuan dan kita semua.

Surakarta, 11 Maret 2010

Penulis

Tabel 4.13. Indeks ketahanan air (water resistance index) briket biomasa.......

44 Tabel 4.14. Faktor dan level pemilihan optimum ............................................. 45 Tabel 4.15. Nilai β briket 80% jerami padi + 20% kayu kalimantan merbau...

46 Tabel 4.16. Nilai β briket 60% jerami padi + 40% kayu kalimantan merbau...

46 Tabel 4.17. Nilai desirability briket 80% jerami padi ditambah 20% kayu

47 Tabel 4.18. Nilai desirability briket 60% jerami padi ditambah 40% kayu

kalimantan merbau .........................................................................

47 Tabel

kalimantan merbau .........................................................................

4.19. Peak Temperature untuk masing-masing spesimen briket biomassa......................................................................................... 50 Tabel 4.20. Nilai energi aktivasi dan faktor pre-eksponensial briket 80%

53 Tabel 4.21. Nilai energi aktivasi dan faktor pre-eksponensial briket 60%

jerami padi ditambah 20% kayu kalimantan merbau.....................

53

jerami padi ditambah 40% kayu kalimantan merbau.....................

xii

Gambar 4.8. Pertambahan volume pada tiap variasi tekanan untuk briket 60% jerami padi dan 40% kayu kalimantan merbau...................

34 Gambar 4.9. Hubungan durability rating dengan tekanan pembriketan ..........

39 Gambar 4.10. Relaksasi panjang berbagai briket untuk berbagai tekanan. .......

40 Gambar 4.11. Nilai kuat tekan aksial briket biomasa ........................................

42 Gambar 4.12. Briket biomasa yang tersisa dan masih berwujud briket.............

45 Gambar 4.13. Hubungan antara fraksi massa (Y) dan turunannya (-dY/dt) terhadap temperatur briket 80% jerami padi ditambah 20% kayu kalimantan merbau pada kecepatan udara 0,05 m/s ...........

48 Gambar 4.14. Hubungan antara fraksi massa (Y) dan turunannya (-dY/dt) terhadap temperatur briket 80% jerami padi ditambah 20% kayu kalimantan merbau pada kecepatan udara 2 m/s ................

49 Gambar 4.15. Hubungan antara fraksi massa (Y) dan turunannya (-dY/dt) terhadap temperatur briket 60% jerami padi ditambah 40% kayu kalimantan merbau pada kecepatan udara 0,05 m/s ...........

49 Gambar 4.16. Hubungan antara fraksi massa (Y) dan turunannya (-dY/dt) terhadap temperatur briket 60% jerami padi ditambah 40% kayu kalimantan merbau pada kecepatan udara 2 m/s ................

50 Gambar 4.17. Hubungan ln(-dY/dt) terhadap 1/Tsolid briket 80% jerami padi ditambah 20% kayu Kalimantan merbau dengan kecepatan udara 0,05 m/s .............................................................................

51 Gambar 4.18. Hubungan ln(-dY/dt) terhadap 1/Tsolid briket 80% jerami padi ditambah 20% kayu Kalimantan merbau dengan kecepatan udara 2 m/s .................................................................................

52 Gambar 4.19. Hubungan ln(-dY/dt) terhadap 1/Tsolid briket 60% jerami padi ditambah 40% kayu Kalimantan merbau dengan kecepatan udara 0,05 m/s .............................................................................

52 Gambar 4.20. Hubungan ln(-dY/dt) terhadap 1/Tsolid briket 60% jerami padi ditambah 40% kayu Kalimantan merbau dengan kecepatan udara 2 m/s ..................................................................................

xiv

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Kebutuhan akan sumber energi terbarukan menjadi semakin besar akhir-akhir ini. Hal ini didasarkan pada kesadaran manusia yang kian tinggi mengenai keterbatasan sumber energi fosil yang selama ini menjadi sumber energi utama. Di sisi lain, permasalahan pemanasan global dan perubahan iklim mendorong berbagai pihak termasuk akademisi untuk mencari cara guna mengurangi emisi karbon dan gas asam dalam kehidupan manusia sehari-hari. Salah satu alternatif pemecahan masalah tersebut adalah dengan meningkatkan penggunaan sumber-sumber energi terbarukan yang menghasilkan lebih sedikit emisi karbon dan gas asam daripada sumber energi fosil.

Biomasa adalah istilah untuk semua jenis material organik yang dihasilkan dari proses fotosintesis. Biomasa sebagai salah satu sumber energi terbarukan banyak mendapat perhatian para peneliti karena biomasa memiliki kandungan energi yang cukup tinggi dan banyak tersedia di alam. Namun, sampah biomasa tidak dapat dimanfaatkan secara langsung karena memiliki kandungan air yang tinggi, densitas yang rendah, dan nilai kalor per satuan volume yang rendah. Solusi terhadap masalah ini adalah dengan melakukan densifikasi atau pembriketan biomasa. Pembriketan pada biomasa dapat meningkatkan nilai kalor volumetrik, memudahkan proses pengepakan, serta mengurangi biaya transportasi dan penyimpanan. Parameter- parameter yang menentukan dalam pembuatan briket biomasa antara lain adalah tekanan pembriketan, waktu penahanan (holding time), ukuran partikel serbuk, jenis bahan pengikat, temperatur pembriketan, dan kandungan air (moisture content) (Tamami, 2005).

Dua material biomasa yang dipilih sebagai objek penelitian ini adalah jerami padi dan limbah gergajian kayu Kalimantan merbau. Pemilihan jerami padi dikarenakan material tersebut memiliki nilai kuat tekan yang tinggi setelah dibriket. Namun, di sisi lain, briket jerami memiliki kekurangan yaitu nilai ketahanan (durability) dan ketahanan air (water resistance) yang rendah. Oleh karena itu, Dua material biomasa yang dipilih sebagai objek penelitian ini adalah jerami padi dan limbah gergajian kayu Kalimantan merbau. Pemilihan jerami padi dikarenakan material tersebut memiliki nilai kuat tekan yang tinggi setelah dibriket. Namun, di sisi lain, briket jerami memiliki kekurangan yaitu nilai ketahanan (durability) dan ketahanan air (water resistance) yang rendah. Oleh karena itu,

Tabel 1.1 Sifat-sifat fisik briket jerami padi dan kayu Kalimantan merbau dengan pengikat tetes tebu 10% wb (Syafiq, 2009 dan Riyanto, 2009) Tekanan

WRI (%) pembriketan jerami kayu kaliman- Jerami kayu kaliman-

Kuat tekan aksial (kgf/cm 2 ) Durability rating (%)

Jerami kayu kaliman- (kg/cm 2 )

tan merbau 200 0,68 0 1,96 * * 400 5,79 12,28 76,10 * * 600 25,19 > 99,9 47,18 94,75 * 24 800 40,74 55,57 95,17 * 46

padi

tan merbau

Padi

tan merbau

Padi

keterangan : WRI = water resistance index *

= sampel sudah tidak berbentuk briket (hancur)

Padi merupakan komoditas pertanian yang terbesar di Indonesia. Data dari BPS menyebutkan bahwa produksi beras nasional pada tahun 2006 kurang lebih sebanyak 54,7 juta ton dari 11,9 juta hektar sawah. Moiorella (1985) menyebutkan bahwa setiap kilogram panen beras dapat menghasilkan antara 1 hingga 1,5 kg jerami. Berdasarkan data tersebut, maka jumlah jerami diperkirakan mencapai 54,7 sampai 82,1 juta ton. Jumlah jerami yang sangat besar tersebut, saat ini belum banyak dimanfaatkan, hanya sebatas dibakar langsung di sawah atau dijadikan pakan ternak.

Indonesia merupakan negara pengkonsumsi kayu dalam jumlah yang relatif besar, antara lain untuk industri penggergajian, kertas, dan kayu lapis. Sebagian limbah biomasa dari industri tersebut dimanfaatkan kembali dalam proses pengolahannya, sebagian digunakan sebagai bahan bakar dalam industri kayu lapis dan kertas. Sisanya hanya ditumpuk di lapangan, dibuang ke aliran sungai, atau dibakar secara langsung yang mana bisa merusak lingkungan. Produksi kayu

gergajian (Sawntimber) di Indonesia mencapai 1,4 juta m 3 /tahun (Direktorat Jenderal Bina Produksi tahun 2005).

Dalam standar nasional Indonesia (SNI) mencantumkan standar briket hanya sebatas sifat fisik. Dalam standar nasional Indonesia, disebutkan briket yang baik

harus memiliki kuat tekan > 60 kg/cm 2 . Belum ada ketentuan tentang standar untuk sifat fisik lainnya yang berpengaruh dalam proses penyimpanan dan pengangkutan

seperti ketahanan (durability), dan ketahanan terhadap air (water resistance). Serta belum adanya ketentuan tentang standar kinetika reaksi dari briket biomasa sehingga mendorong adanya penelitian ini.

Dalam penelitian ini, akan diteliti kualitas fisik briket jerami padi dengan penambahan serbuk gergajian kayu Kalimantan merbau. Pengaruh tekanan pembriketan dan persentase komposisi bahan bakar terhadap briket yang dihasilkan, kemudian diuji sifat-sifat fisiknya untuk memperoleh briket campuran jerami padi dan serbuk gergajian kayu Kalimantan yang optimum. Briket yang terpilih selanjutnya diuji kinetika reaksi untuk mendapatkan nilai laju pembakarannya (combustion rate).

1.2. Perumusan Masalah

1. Bagaimana pengaruh penambahan kayu Kalimantan merbau terhadap sifat-sifat fisik briket jerami padi.

2. Bagaimana pengaruh variasi tekanan pembriketan terhadap sifat fisik yang optimum pada briket campuran jerami padi dan kayu Kalimantan.

3. Bagaimana kinetika reaksi yang terjadi pada briket yang optimum tersebut.

1.3. Batasan Masalah

Dalam penelitian ini permasalahan dibatasi pada:

1. Bahan briket biomasa yang diuji adalah limbah pertanian jerami padi dengan campuran limbah gergajian kayu Kalimantan jenis merbau dengan ukuran partikel masing-masing bahan adalah 50 mesh.

2. Kadar air awal jerami adalah sekitar 20% dari berat jerami dan kadar air awal serbuk gergajian kayu adalah 15% dari berat serbuk gergajian tersebut.

3. Bahan pengikat (binder) adalah tetes tebu (molasses) dengan komposisi 10% berat briket.

4. Mesin pembriketan adalah tipe piston die pressure yang digerakkan secara manual.

5. Cetakan briket (die) berbentuk silinder dengan diameter dalam 50 mm dan poros penekan berdiameter 49,5 mm.

6. Briket biomasa berbentuk silinder dengan diameter 50 mm dan tinggi 50 mm (standar SNI).

7. Lama penahanan proses pembriketan (holding time) sekitar 40 detik.

8. Pembriketan dilakukan dengan komposisi sebagai berikut:

a. Limbah jerami padi sebesar 80% berat campuran bahan bakar dan limbah gergajian kayu Kalimantan sebesar 20% berat campuran bahan bakar.

b. Limbah jerami padi sebesar 60% berat campuran bahan bakar dan limbah gergajian kayu Kalimantan sebesar 40% berat campuran bahan bakar.

9. Pembriketan dilakukan dengan variasi tekanan pembriketan : 400 kg/cm², 600 kg/cm², 800 kg/cm², dan 1000 kg/cm² untuk masing-masing komposisi.

10. Sifat-sifat fisik yang diteliti:

a. Densitas awal (initial density) dan densitas setelah mengalami relaksasi selama satu minggu (relaxed density) dengan menggunakan standar pengujian ASAE 269.2 Dec 96.

b. Sifat relaksasi briket dengan menggunakan standar pengujian ASAE 269.2 Dec 96

c. Kuat tekan aksial (axial compressive strength).

d. Ketahanan briket (durability) dengan menggunakan standar pengujian ASAE 269.2 Dec 96.

e. Ketahanan terhadap air (water resistance).

11. Uji kinetika reaksi dilakukan terhadap briket optimum dari masing-masing komposisi.

12. Uji kinetika reaksi dilakukan dengan alat thermogravimetric analyzer (TGA) menggunakan pemanas listrik berkapasitas 1.000 Watt.

13. Uji kinetika reaksi dilakukan pada temperatur ruang bakar 400°C dan tekanan

1 atm, dengan dua variasi kecepatan udara memasuki ruang bakar, yaitu 0,05 m/s dan 2 m/s

1.4. Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk:

1. Memperbaiki sifat-sifat fisik briket jerami padi khususnya sifat durability dan ketahanan terhadap air dengan menambahkan kayu Kalimantan merbau.

2. Memperoleh data-data yang menunjukkan karakteristik briket jerami padi yang dicampur 20% dan 40% serbuk gergajian kayu Kalimantan merbau.

3. Menyelidiki pengaruh tekanan densifikasi pada sifat fisik briket jerami padi yang ditambah 20% dan 40% serbuk gergajian kayu Kalimantan merbau.

4. Menyelidiki kinetika reaksi briket jerami padi yang ditambah 20% dan 40% serbuk gergajian kayu Kalimantan merbau.

Hasil penelitian ini diharapkan mampu memberi manfaat sebagai berikut:

1. Meningkatkan nilai ekonomis limbah pertanian jerami padi dan serbuk gergajian kayu Kalimantan merbau dengan mengubahnya menjadi produk yang lebih berguna.

2. Memberi alternatif bahan bakar biomasa dengan biaya produksi yang murah dan sifat fisik yang optimum.

1.5. Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut : BAB I : Pendahuluan, menjelaskan tentang latar belakang masalah, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat penelitian, serta sistematika penulisan.

BAB II : Dasar teori, berisi tinjauan pustaka yang berkaitan dengan pengujian sifat fisik dan sifat kinetika reaksi pembakaran briket biomasa dengan dan tanpa menggunakan pengikat (binder), teori tentang biomasa, briket, serta teori tentang kinetika reaksi pembakaran briket biomasa.

BAB III : Metodologi penelitian, menjelaskan peralatan yang digunakan, tempat dan pelaksanaan penelitian, langkah-langkah percobaan dan pengambilan data.

BAB IV : Data dan analisa, menjelaskan data hasil pengujian, perhitungan data hasil pengujian serta analisa hasil dari perhitungan. BAB V : Penutup, berisi tentang kesimpulan dan saran.

BAB II LANDASAN TEORI

2.1. Tinjauan Pustaka

Richards, S.R (1989) telah melakukan penelitian untuk mengetahui indek ketahanan briket terhadap air dengan cara merendam briket ke dalam air selama 30 menit kemudian massa briket ditimbang. Dan nilai indek ketahanan air (Water Resistant Indeks (WRI)) diperoleh dengan cara:

WRI = 100 % − % penyerapan air

(2.1)

Wakumonya dan Jenkins (1994) melakukan penelitian pada briket biomasa campuran gergajian kayu dan batang gandum. Pada penelitian ini divariasikan campuran antara gergajian kayu dan batang gandum yaitu 1:1 dan 3:1 untuk mendapatkan briket dengan ketahanan terbaik. Hasil penelitian menyatakan bahwa pertambahan panjang lebih tinggi terjadi pada campuran 1:1 sedangkan pada pengujian ketahanan didapatkan index ketahanan campuran 1:1 sebesar 51,5 sedangkan harga index ketahanan campuran 3:1 sebesar 67,6. Kandungan air material mentah yang optimum untuk menghasilkan briket terbaik terletak antara 12- 20% basis basah (w.b.)

A. Demirbas (1997) melakukan penelitian pada pembriketan sampah kertas dan jerami gandum pada tekanan 300-800 MPa dengan bentuk briket silinder, variasi kandungan air 7%, 10%, 13%, 15% dan 18%. Diketahui bahwa densitas sampah kertas dan batang gandum meningkat seiring dengan kenaikan kandungan air (moisture content) dan kenaikan tekanan pembriketan. Setelah 1 minggu pengukuran relaksasi digunakan untuk menentukan kestabilan briket. Relaxed density dipengaruhi oleh perbedaan nilai tekanan pembriketan sehingga dapat dibuat sebuah persamaan D = a Ln P + b, dimana relaxed density, D dalam kg/m³ dan tekanan pembriketan, P dalam kg/cm², nilai a dan b adalah suatu konstanta. Pengujian kuat tekan pada batang gandum menunjukkan bahwa semakin tinggi kandungan air biomasa maka kuat tekan akan meningkat. Kuat tekan tertinggi pada tekanan 800 MPa dengan kandungan air 22 % sebesar 23 MPa.

Othman, N. F., Shamsuddin, A. H. (2003) telah melakukan penelitian tentang pembakaran batubara dengan menggunakan termogravimetri analisis. Penelitian ini dititikberatkan untuk mempelajari reaktifitas batubara menggunakan profil pembakaran DTG. Parameter kinetik dari batubara untuk profil pembakaran dipelajari dengan menggunakan persamaan Arrhenius. Pada penelitian ini diasumsikan bahwa proses pembakaran bisa didiskripsikan dengan persamaan Arrhenius orde satu. Analisis DTG telah dilakukan dengan laju pemanasan konstan dan penambahan udara pada bahan uji. Dari kurva DTG dapat diperoleh nilai ITVM, ITFC, peak temperature, dan burnout temperature. Secara teori, pembakaran akan mulai ketika bahan bakar terkena oksigen, namun temperatur, komposisi dari bahan bakar, dan oksigen juga menjadi faktor penentu pada reaksi. Nilai energi aktivasi yang diperoleh dari masing-masing sampel batubara (Blair Athol, Merit Pila, Tanito Harum) adalah 5,2 kJ/mol, 6,6 kJ/mol, dan 7,3 kJ/mol.

Suyitno, dkk (2005) telah melakukan penelitian tentang pengaruh ukuran partikel terhadap karakteristik pembakaran biomasa yang berasal dari jerami dan serbuk gergajian kayu glugu. Dimana sampel dijadikan serbuk dengan variasi ukuran partikelnya adalah 20, 40, dan 80 mesh, kemudian dibriket berbentuk silinder

berdiameter 3 cm. Briket dihasilkan dengan tekanan 500 kg/cm 2 . Dari penelitian didapatkan laju pembakaran dan profil pembakarannya. Setelah diuji diketahui

bahwa untuk ukuran partikel yang besar mempunyai laju pembakaran yang tinggi sehingga bahan bakar cepat habis. Tetapi dengan ukuran partikel besar, puncak temperatur, ITVM, dan waktu tinggalnya rendah.

Jamradloedluk, J. et al (2006) melakukan penelitian mengenai briket campuran ampas tebu dan jerami padi serta briket campuran sekam padi dan getah bunga bakung. Masing-masing briket dicampur dengan variasi komposisi 20:80, 40:60, 60:40, dan 80:20. Hasil penelitian pada briket campuran sekam padi dan getah bunga bakung menunjukkan bahwa kandungan getah bunga bakung yang semakin tinggi akan meningkatkan densitas dan kuat tekan briket. Sedangkan, pada briket campuran ampas tebu dan jerami padi, densitas dan kuat tekan tertinggi diperoleh pada campuran 40% ampas tebu ditambah 60% jerami padi. Densitas briket

campuran yang dihasilkan berkisar antara 185-223 kg/m 3 .

Tri Istanto, dkk (2006) meneliti pengaruh ukuran partikel, kadar air awal dan temperatur pembriketan terhadap sifat fisik briket biomasa. Penelitian dilakukan dengan menggunakan biomasa yang berasal dari jerami padi, limbah gergajian glugu, limbah gergajian kayu jati dan serbuk batu bara. Sampel dibuat serbuk dengan variasi ukuran 20 mesh (0,85 mm), 40 mesh (0,42 mm), dan 80 mesh (0,18 mm) dan variasi kadar air awal ( 10%, 15%, 20% dan 25%) dan variasi temperatur pembriketan (60ºC, 80ºC, 100ºC dan 120ºC) serta dengan pengikat kanji 5%. Dari penelitian diperoleh hasil bahwa untuk biomasa jerami semakin kecil ukuran partikel mengakibatkan densitas meningkat tetapi kuat tekan aksial menurun. Semakin besar kadar air awal menyebabkan penurunan densitas dan kuat tekan aksial.

2.2. Dasar Teori

2.2.1. Biomasa

Biomasa merupakan istilah yang digunakan untuk menggambarkan semua jenis material organik yang dihasilkan dari proses fotosintesis (Anonim, 2004). Biomasa dapat dikategorikan sebagai biomasa kayu dan biomasa non kayu. Biomasa kayu dapat dibagi lagi menjadi kayu keras dan kayu lunak. Biomasa non kayu yang dapat digunakan sebagai bahan bakar meliputi limbah hasil pertanian seperti limbah pengolahan industri gula pasir (bagasse), sekam padi, rerantingan (stalks), jerami, biji-bijian, termasuk pula kotoran hewan dapat juga digunakan sebagai bahan bakar. Bahan bakar kayu meliputi gelondongan kayu (cord wood), ranting pohon, tatal kayu, kayu sejenis cemara (bark), gergajian kayu, sisa hasil hutan, arang kayu, limbah ampas (ampas tebu), dan lain-lain.

Tabel 2.1. Sifat kimia bahan bakar (Tri Istanto, 2006)

Bahan

Nilai Kalor bakar

Kadar air

(kcal/g) Jerami 8,12 52,68 13,80 25,40 3111,99 Glugu 10,43 77,36 11,07 1,14 4210,81

Jati 10,53 77,2 11,17 1,10 4411,81 Batubara 11,57

Tabel 2.2. Ultimate analisys jerami padi (Okasha, 2007)

Ultimate Analysis

Oxygen 39,00 Sulphur 0,64

Tabel 2.3. Proximate Analysis dan Ultimate Analysis kayu (Hughes, 1997)

Parameter

Proximate Analysis (persentase berat) Zat volatil

Fixed Carbon

Abu 1,11 % Moisture

Ultimate Analysis (persentase berat) Karbon 27,02 % Hidrogen 3,09 % Oksigen 21,98 % Nitrogen 0,05 % Sulfur 0,03 % Klorin

---

Abu 1,11 % Moisture

Nilai Kalor Atas (Btu/lb)

2.2.2. Pemadatan (Densification)

Salah satu cara yang dikembangkan untuk meningkatkan sifat fisis dan pembakaran biomasa adalah pemadatan untuk menghasilkan biobriket. Pemadatan merupakan salah satu langkah dalam rangkaian proses penanganan limbah yang meliputi pengumpulan, penyimpanan, dan pengangkutan, juga termasuk penyortiran, penggilingan dan pengeringan. Prinsip pemadatan yaitu pemberian tekanan pada suatu material untuk menghilangkan kekosongan (void) inter dan antar partikel.

Proses pemadatan biomasa dapat dijelaskan sebagai berikut, selama awal proses kompresi, partikel menyusun kembali bentuknya mendekati densitas massa Proses pemadatan biomasa dapat dijelaskan sebagai berikut, selama awal proses kompresi, partikel menyusun kembali bentuknya mendekati densitas massa

Teknik pemadatan yang biasa digunakan adalah balling, briquetting, dan pelleting. Dalam penelitian ini proses pemadatan biomasa yang digunakan adalah proses pembriketan (briquetting). Proses pembuatan biobriket yang utama meliputi pemilihan material biomasa, penggilingan, dan pembriketan

Pada dasarnya semua jenis limbah biomasa dapat dipadatkan, berdasarkan tekanan kompaksi proses pembriketan dapat dibagi menjadi tiga (Sumaryono, 1995) yaitu:

1. Kompaksi tekanan rendah (300-1000 kg/cm²)

2. Kompaksi tekanan sedang (1000-2500 kg/cm²)

3. Kompaksi tekanan tinggi ( ≥ 2500 kg/cm²) Dalam kompaksi dengan tekanan tinggi dan sedang, biasanya tidak diperlukan bahan pengikat. Proses kompaksi dengan tekanan tinggi dan sedang biasanya menggunakan teknologi screw press dan piston press.

2.2.3. Bahan Pengikat (Binder)

Pembriketan pada tekanan rendah membutuhkan bahan pengikat (binder) untuk membantu pembentukan ikatan di antara partikel biomasa. Penambahan pengikat dapat meningkatkan kekuatan briket. Ada beberapa macam bahan pengikat yang digunakan dalam pembriketan yaitu pengikat organik (tetes tebu, coal tar, bitumen, kanji, resin) dan pengikat anorganik (tanah liat, semen, lime, sulphite liquior). Menurut Hinkle dan Rosenthal, ada beberapa kriteria yang harus Pembriketan pada tekanan rendah membutuhkan bahan pengikat (binder) untuk membantu pembentukan ikatan di antara partikel biomasa. Penambahan pengikat dapat meningkatkan kekuatan briket. Ada beberapa macam bahan pengikat yang digunakan dalam pembriketan yaitu pengikat organik (tetes tebu, coal tar, bitumen, kanji, resin) dan pengikat anorganik (tanah liat, semen, lime, sulphite liquior). Menurut Hinkle dan Rosenthal, ada beberapa kriteria yang harus

1. Kesesuaian antara pengikat dengan bahan yang akan diikat.

2. Kemampuan pengikat untuk dapat meningkatkan sifat-sifat briket.

3. Kemudahan untuk memperolehnya.

4. Harga pengikat. Bahan pengikat yang digunakan dalam penelitian ini dipilih dari bahan organik yaitu tetes tebu. Tetes tebu merupakan salah satu produk utama setelah gula pasir, yang dihasilkan dari bermacam-macam tingkat pengolahan dari tebu menjadi gula. Tetes tebu masih mengandung gula dalam jumlah yang cukup banyak (sekitar 50-60%) dan sejumlah asam amino serta mineral. Tetes tebu sendiri masih dapat diolah menjadi beberapa produk lain seperti gula cair, penyedap makanan (MSG), alkohol dan dry yeast untuk roti, protein tunggal, pakan ternak, asam citric, dan acetic acid alcohol.

2.2.4. Pemilihan Briket Optimum

Menurut Guillermo (2004) pemilihan proses optimum dilakukan dengan metode sebagai berikut:

1. Mengubah faktor X k (k = 1,2,3,..n) kedalam bentuk variabel tanpa dimensi x 1 ,x 2 ,x 3 ,..x n dengan persamaan berikut:

x k = [ X k − X km ] / C m

(2.2) Dimana: X k = faktor k

X km = nilai tengah desain

C m = konstanta Dari persamaan diatas akan dihasilkan 4 level yang simetri yaitu -1, 0, 1 dan 2. Dalam penelitian ini faktor k adalah tekanan pembriketan.

Tabel 2.4. Faktor dan level

level Faktor

-1 0 1 2 X 1 Tekanan (kg/cm 2 ) 400 600 800 1000

2. Membentuk model regresi untuk masing-masing respon yaitu y 1 : density, y 2 : durability, y 3 : kuat tekan, dan y 4 : water resistance ke dalam persamaan quadratic model sebagai berikut:

p = β p 0 + ∑ β ip x i + ∑ β pi x i + ∑∑ β β i j p x i x j

(2.3) dimana

= 1,2,3 ( model respon ) β p = koefisien yang tidak diketahui

3. Dengan metode statistik mencari nilai β p untuk setiap respon sehingga

diperoleh persamaan y 1 (x), y 2 (x), y 3 (x), dan y 4 (x).

4. Mencari nilai desirability untuk setiap respon d i (x) dengan persamaan

if y no min al ≤ y i ( x ) ≤ y max ⎪ y no min al − y max ⎪ 0 if y min < y i ( x ) atau y i ( x ) > y max

(2.4) dimana: y nominal = Nilai nominal di antara maksimum dan minimum y min = Nilai minimum

y max

= Nilai maksimum

d i (x) berkisar antara 0 sampai 1.

5. Mencari nilai total desirability (D) dengan persamaan:

D = ( d 1 . d 2 . d 3 .... d n )

(2.5) dimana nilai total desirability yang dapat diterima berkisar antara 0,7 dan 0,9. Proses optimum diperoleh untuk nilai total desirability yang mendekati 1

2.2.5. Pembakaran

Pembakaran adalah reaksi kimia yang cepat antara oksigen dan bahan yang dapat terbakar, disertai timbulnya cahaya dan menghasilkan kalor. Pembakaran spontan adalah pembakaran dimana bahan mengalami oksidasi perlahan-lahan sehingga kalor yang dihasilkan tidak dilepaskan, akan tetapi dipakai untuk menaikkan suhu bahan secara pelan-pelan sampai mencapai suhu nyala. Pembakaran sempurna adalah pembakaran dimana semua konstituen yang dapat terbakar di dalam Pembakaran adalah reaksi kimia yang cepat antara oksigen dan bahan yang dapat terbakar, disertai timbulnya cahaya dan menghasilkan kalor. Pembakaran spontan adalah pembakaran dimana bahan mengalami oksidasi perlahan-lahan sehingga kalor yang dihasilkan tidak dilepaskan, akan tetapi dipakai untuk menaikkan suhu bahan secara pelan-pelan sampai mencapai suhu nyala. Pembakaran sempurna adalah pembakaran dimana semua konstituen yang dapat terbakar di dalam

Karakterisitik utama pembakaran adalah temperatur puncak dimana laju pengurangan massa maksimum. Temperatur puncak (peak temperature, PT) yang tinggi menunjukkan bahan bakar memiliki reaktifitas yang rendah (Kastanaki,E., 2003). Temperatur lain yang penting adalah ITVM (Initial Temperature Volatile Matter) dan BT (Burnout Temperature). ITVM adalah temperatur awal pertama dimana massa mulai turun. ITFC (fixed Carbon initiation temperature) adalah temperatur awal kedua dimana laju pengurangan massa dipercepat akibat onset pembakaran. Karakterisitik tersebut dapat dilihat dari kurva TG (Thermogravimetry) dan DTG (Differential Thermogravimetry).

Gambar 2.1. Profil pembakaran batubara bituminus (Othman, N. F., 2003).

Waktu selama berlangsungnya pembakaran disebut Residence Time (RT) (waktu tinggal bahan bakar di ruang bakar). Nilai residence time dipengaruhi oleh berbagai faktor, diantaranya kadar volatile, temperatur pembakaran, massa bahan bakar, kecepatan udara pembakaran dan lain sebagainya.

2.2.6. Thermogravimetric Analysis (TGA)

Thermogravimetric Analysis (TGA) adalah salah satu metode analisis termal yang dapat digunakan untuk berbagai jenis material. Metode TGA dilakukan dengan mengukur besar dan laju perubahan massa benda uji sebagai fungsi dari temperatur atau waktu pada kondisi lingkungan yang dijaga konstan. Metode ini terutama digunakan untuk mengetahui stabilitas termal dan oksidasi material tertentu.

Metode ini secara luas digunakan dalam berbagai penelitian dan dipakai untuk menentukan sifat-sifat termal dari berbagai bahan seperti polimer, batu bara, bebatuan mineral, karet, kokas, resin, material superkonduktor, bahan tahan api, dan lain-lain (Kamruddin, 2002).

Grafik fungsi perubahan massa yang dihasilkan melalui metode TGA untuk berbagai material memiliki bentuk yang hampir sama, sehingga perlu diubah terlebih dahulu sebelum dianalisa. Grafik fungsi diferensial perubahan massa dapat memberi informasi mengenai temperatur di mana terjadi perubahan massa yang paling cepat (peak temperature).

2.2.7. Kinetika Pembakaran

Kinetika pembakaran bahan bakar padat sangatlah kompleks, tetapi dengan membuat generalisasi yang luas, beberapa informasi berguna dapat diturunkan. Yang paling penting, asumsi dibuat bahwa proses pembakaran dapat dinyatakan oleh kinetik orde pertama.

Untuk menganalisis kinetik pembakaran, model mengasumsikan bahwa laju pengurangan massa dari sampel total adalah hanya bergantung pada laju konstan dari massa sampel sisa dan temperatur dengan orde reaksi satu. Penggunaan metode ini adalah mudah dan cepat. Sehingga persamaan Arrhenius dapat dinyatakan dengan bentuk sebagai berikut:

dY = penurunan fraksi massa dt = perubahan waktu

A = faktor pre-eksponensial A = faktor pre-eksponensial

E = energi aktivasi bahan (J/mol) R = konstanta gas (8,31 J/mol K) T solid = temperatur pada briket (K) Persamaan (2.6) kemudian diubah menjadi:

(2.7) Data hasil penelitian yang diperoleh pertama kali adalah dY/dt. Dengan mencari nilai

dt

RT solid

logaritma natural dari dY/dt maka akan didapat ln (dY/dt). Hasil dari ln (dY/dt) kemudian dibuat grafik hubungan antara ln (dY/dt) dengan 1/T solid . Grafik yang terbentuk kemudian dicari persamaan garis lurusnya melalui regresi linear seperti pada Gambar 2.2 .

1 T solid

Gambar 2.2. Grafik ln penurunan fraksi massa terhadap kenaikan temperatur padatan

Grafik ln penurunan fraksi massa terhadap kenaikan temperatur padatan (solid) akan menghasilkan persamaan linear. Persamaan linear yang dihasilkan kemudian dimasukkan ke dalam persamaan (2.7).

(2.8) Sehingga didapat:

dt

RT solid

y = ln

dY

dt

RT solid

c = ln A (2.11) dari persamaan (2.10) karena 1/T solid adalah nilai variabel maka bisa ditulis:

(2.14) Nilai faktor preeksponensial (A) akan ditemukan pada saat grafik y = ax + c

memotong sumbu y atau (1/T solid = 0), sehingga dari persamaan (2.8) diperoleh:

dY

ln

=A ln − 0

dt dY

ln

= ln A

dt dY

dt 1

solid

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Waktu dan Lokasi Penelitian

Penelitian dilakukan di Laboratorium Perpindahan Panas dan Termodinamika Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta pada bulan September- Desember 2009

3.2. Bahan Penelitian Pada penelitian ini, bahan yang digunakan adalah:

1. Jerami padi Jerami padi diperoleh dari lahan pertanian di daerah Sukoharjo.

2. Serbuk gergajian kayu Kalimantan merbau serbuk gergajian kayu Kalimantan jenis merbau ini diperoleh dari PT. Indojati di wilayah Colomadu.

3. Tetes tebu (molasses) Tetes tebu (molasses) yang digunakan sebagai bahan pengikat (binder) diperoleh dari pabrik Tebu Tasikmadu

Gambar 3.1. Tetes tebu ( molases)

3.3. Alat Penelitian

Peralatan yang digunakan dalam penelitian:

1. Mesin pembriketan tipe piston (hand pressed). Peralatan yang digunakan untuk pembriketan serbuk biomasa, terdiri dari : rangka, dongkrak hidrolik 6 ton, alat cetak (silinder dan plunger), pressure gauge, mesin penekan, corong, dan gelas ukur.

Mesin pembriket

Poros penekan

Die Pressure

Gauge

Gambar 3.2. Alat pembriket

2. Ayakan 50 mesh

Gambar 3.3. Ayakan 50 mesh

3. Mixer

4. Alat uji ketahanan (durability test) standar ASAE S269.3

Gambar 3.4. Alat uji ketahanan

Alat ini terdiri dari rangka, alat uji ketahanan, transmisi daya dan motor penggerak. Alat ini berbentuk balok dengan dimensi 300 x 300 x 460 mm, Alat ini terdiri dari rangka, alat uji ketahanan, transmisi daya dan motor penggerak. Alat ini berbentuk balok dengan dimensi 300 x 300 x 460 mm,

5. Moisture analyzer

6. Timbangan digital

7. Jangka Sorong

(a) (b) (c) Gambar 3.5. (a) Moisture analyzer, (b) timbangan digital, dan (c) jangka sorong

8. Stopwatch

9. Anemometer

Gambar 3.6. Anemometer

10. Alat Uji Tekan Universal Testing Machine

Gambar 3.7. Alat uji Tekan Universal Testing Machine

11. Reaktor TGA (Thermogravimetry Analyzer) dengan pemanas listrik

Keterangan: 1. Adaptor ADAM

6. Saluran pemanas udara 2. Data Acquisition Module (ADAM)

7. Kipas angin 3. Timbangan digital

8. Reaktor pembakaran 4. T ermokopel Tipe-K

9. Regulator tegangan 5. Panel Listrik (Thermocontroller dan MCB)

10. Reostat

Gambar 3.8. Skema Alat TGA berpemanas listrik

3.4. Pelaksanaan Penelitian

3.4.1. Tahap Persiapan

Dalam tahap persiapan meliputi proses pengumpulan jerami padi, pengeringan, pemotongan, penggilingan, pengayakan dan pengkondisian kadar air awal. Untuk gergajian kayu Kalimantan, yang merupakan sampah dari industri dapat langsung dijemur, diayak, dan dikondisikan kadar air awalnya (initial moisture content ).

3.4.2. Tahap Pembriketan

Pembriketan dilakukan dengan cara memasukkan campuran serbuk jerami padi dan gergajian kayu Kalimantan dengan prosentase komposisi divariasi 80%:20% dan 60%:40% (persentase berat) yang telah diberi pengikat ke dalam cetakan kemudian ditekan dengan dengan menggunakan alat pembriketan dengan

variasi tekanan 400, 600, 800, dan 1000 kg/cm 2 . Pembriketan setiap variasi prosentase komposisi bahan bakar dan tekanan pembriketan dilakukan dengan variasi tekanan 400, 600, 800, dan 1000 kg/cm 2 . Pembriketan setiap variasi prosentase komposisi bahan bakar dan tekanan pembriketan dilakukan dengan

Sebelum proses pembriketan dilaksanakan, harus dicari terlebih dahulu massa bahan bakar yang tepat guna menghasilkan ukuran briket yang telah ditentukan sebelumnya, yaitu diameter 50 mm dan tinggi 50 mm. Massa bahan bakar tiap briket berbeda untuk masing-masing variasi komposisi dan tekanan pembriketan.

Massa bahan bakar untuk masing-masing variasi dicari dengan metode trial and error . Hal ini dapat diterangkan sebagai berikut, massa bahan bakar untuk komposisi dan tekanan pembriketan tertentu diperkirakan terlebih dahulu. Setelah itu, briket dibuat dengan massa perkiraan tersebut. Kemudian, briket diukur tinggi dan diameternya. Apabila ukurannya belum sesuai dengan ukuran yang diinginkan, massa perkiraan ditambah atau dikurangi hingga diperoleh ukuran yang tepat.

3.4.3. Tahap Uji Sifat Fisik

Uji sifat fisik yang dilakukan dalam penelitian ini meliputi:

1. Uji Relaksasi (Relaxation Test) Pengujian sifat relaksasi mengadopsi pengujian menurut standar ASAE S269.2 DEC 96 yakni menggunakan metode pengukuran langsung dengan alat jangka sorong digital (caliper digital). Prosedur pengujiannya yaitu:

a. Mengukur spesimen (diameter dan panjang mula-mula) menggunakan jangka sorong setelah keluar dari cetakan.

b. Mengukur spesimen pada interval waktu 1 menit, 10 menit, 30 menit, 1 jam, 2 jam, 1 hari, dan 1 minggu, menggunakan jangka sorong.

Pengukuran dilakukan paling sedikit 3 spesimen kemudian dirata-rata

2. Initial dan relaxed density Pengujian densitas spesimen ada 2 macam yaitu; densitas awal setelah keluar dari cetakan (initial density) dan densitas setelah mengalami relaksasi selama satu minggu (relaxed density). Pengujian dilakukan menurut standar ASAE S269.2 DEC 96 menggunakan metode pengukuran langsung dengan alat jangka sorong digital (calliper digital). Prosedur pengujiannya yaitu : 2. Initial dan relaxed density Pengujian densitas spesimen ada 2 macam yaitu; densitas awal setelah keluar dari cetakan (initial density) dan densitas setelah mengalami relaksasi selama satu minggu (relaxed density). Pengujian dilakukan menurut standar ASAE S269.2 DEC 96 menggunakan metode pengukuran langsung dengan alat jangka sorong digital (calliper digital). Prosedur pengujiannya yaitu :

b. Menimbang spesimen setelah keluar dari cetakan dan dicatat sebagai massa awal spesimen briket.

c. Densitas awal (initial density) dihitung sebagai perbandingan antara massa awal spesimen briket dengan volume awal spesimen briket.

d. Menyimpan spesimen briket selama 1 minggu.

e. Mengukur spesimen briket (diameter dan panjang akhir) menggunakan jangka sorong setelah 1 minggu untuk menghitung volume akhir spesimen briket.

f. Menimbang spesimen briket setelah 1 minggu dan dicatat sebagai massa akhir spesimen briket.

g. Relaxed density dihitung sebagai perbandingan antara massa akhir spesimen briket dengan volume akhir spesimen briket.

Pengukuran dilakukan paling sedikit 3 spesimen kemudian dirata-rata.

3. Uji Ketahanan Air (Water resistance test) Pengujian ketahanan air (water resistant) dilakukan dengan mengadopsi prosedur penelitian yang telah dilakukan oleh Ricards, S.R (1989). Prosedur pengujiannya yaitu:

a. Menimbang massa awal briket

b. Merendam briket di dalam air selama 30 menit

c. Menimbang massa akhir briket setelah 30 menit.

d. Mencatat perubahan massa briket Perhitungan index ketahanan air (water resistant indeks) briket dapat dihitung dengan menggunakan persamaan dibawah ini:

WRI = 100 % − % penyerapan air

m a (3.2)

Dimana: Dimana:

4. Uji Ketahanan (Durability Test) Sifat ketahanan briket biomasa diuji menurut standar internasional ASAE S269.2 dengan prosedur sebagai berikut:

a. Spesimen uji sebanyak 10 buah dimana toleransi massa tiap 1 buah spesimen sebesar ± 10% dari massa spesimen rata - rata, diputar dalam alat uji ketahanan selama 3 menit pada putaran 40 rpm. Spesimen yang digunakan pada pengujian ini adalah spesimen yang telah dilakukan uji

relaxed density .

b. Setelah diputar maka massa briket biomasa yang telah pecah menjadi beberapa bagian ditimbang.

c. Massa pecahan briket biomasa setelah diputar dikelompokkan dengan acuan massa rata - rata sebelum diputar yakni masing - masing 20%, 40%, 60%, 80%, dan 100%.

d. Harga index ketahanan briket biomasa dicari dengan memberikan bobot pada masing - masing kelompok. Pada kelompok 100% harga bobot adalah 4, 80% harga bobot adalah 3, 60% harga bobot adalah 2, 40% harga bobot adalah 1, sedangkan kelompok 20% harga bobot adalah 0. Kemudian akumulasi dari harga bobot adalah index distribusi ukuran briket biomasa.

e. Harga tingkat ketahanan briket biomasa adalah akumulasi jumlah massa briket yang lebih besar dari 20% massa awal rata - rata kemudian dibagi dengan jumlah total massa briket sebelum diputar.

5. Uji Kuat Tekan Aksial (Axial Compressive Strength Test) Pengujian sifat mekanik kuat tekan dilakukan di Laboratorium Bahan Teknik Sipil Universitas Sebelas Maret. Alat uji tekan yang digunakan dalam penelitian ini adalah tipe Universal Testing Machine (UTM). Kuat tekan yang diuji adalah kuat tekan arah aksial (Axial Compressive Strength). Adapun prosedur penelitian uji karakteristik kuat tekan adalah sebagai berikut: 5. Uji Kuat Tekan Aksial (Axial Compressive Strength Test) Pengujian sifat mekanik kuat tekan dilakukan di Laboratorium Bahan Teknik Sipil Universitas Sebelas Maret. Alat uji tekan yang digunakan dalam penelitian ini adalah tipe Universal Testing Machine (UTM). Kuat tekan yang diuji adalah kuat tekan arah aksial (Axial Compressive Strength). Adapun prosedur penelitian uji karakteristik kuat tekan adalah sebagai berikut:

b. Menyeting pembebanan sebesar 5 ton dan menyeting setiap kenaikan strip skala ukur 5 kg.

c. Menurunkan pembebanan secara vertikal dengan kecepatan yang diatur oleh operator melalui kontroler hingga briket pecah karena penekanan.

d. Mencatat nilai gaya tekan yang ditunjukkan oleh jarum pada skala ukur yang terdapat pada alat uji.

e. Menaikkan pembebanan ke posisi semula dan membersihkan landasan uji kuat tekan untuk uji selanjutnya.

Perhitungan kekuatan tekan aksial briket dapat dihitung dengan menggunakan persamaan dibawah ini:

A (3.3)

Dimana: P = kuat tekan aksial briket (kg/cm²)

F = gaya tekan aksial (kg)

A = luas penampang briket (cm²)

3.4.4. Tahap Uji Kinetika Reaksi

Uji kinetika reaksi pembakaran dilakukan dengan menggunakan briket optimum dari hasil pengujian sifat fisik masing-masing komposisi briket dan tekanan pembriketan. Langkah pengujian uji kinetika adalah sebagai berikut:

1. Persiapan alat termogravimetri yang akan digunakan untuk pengambilan data. Persiapan ini meliputi pengecekan reaktor TGA, pemasangan data akusisi, pengukuran kecepatan angin pada fan, penyiapan komputer yang dipakai untuk mencatat temperatur briket.

2. Melakukan pengambilan data dengan uji pembakaran briket 80% jerami padi ditambah 20% kayu Kalimantan merbau dan 60% jerami padi ditambah 40% kayu Kalimantan merbau. Briket dari masing-masing komposisi yang diuji kinetika reaksinya merupakan briket dengan tekanan pembriketan yang memberikan sifat fisik optimum.

3. o Selama pengujian temperatur dinding reaktor dijaga konstan (T wall ) pada 400 C.

4. Udara dialirkan ke dalam ruang bakar menggunakan fan dengan 2 variasi kecepatan udara yaitu 0,05 . m/s dan 2 . m/s. Pengukuran kecepatan udara dilakukan pada ujung keluar saluran pemanas udara. Kecepatan udara diukur pada kondisi temperatur dan tekanan ruangan atau sebelum proses pembakaran dilakukan.

3.5. Metode Analisis Data

Data-data yang diperoleh dari hasil serangkaian uji fisik yang telah dilaksanakan, kemudian dianalisa dengan metode statistika yang diusulkan oleh Guillermo (2004). Hasil analisa secara statistik ini akan memberikan briket dengan tekanan pembriketan yang menghasilkan sifat fisik optimum.

Dua buah briket yang memiliki sifat fisik optimum, masing-masing untuk komposisi 80% jerami padi ditambah 20% kayu Kalimantan merbau dan 60% jerami padi ditambah 40% kayu Kalimantan merbau, diuji kinetika reaksinya. Dari uji kinetika reaksi inilah, akan diperoleh gambaran mengenai laju pembakaran masing- masing briket. Selain itu, energi aktivasi (E) dan faktor pre-eksponensial (A) masing- masing komposisi briket juga dapat dihitung dari hasil uji kinetika reaksi.

3.6. Diagram Alir penelitian

Mulai Briket optimum

Masing-masing komposisi

Menggiling

Menjemur

jerami padi

gergajian kayu

Kalimantan

Uji kinetika

merbau

Persiapan: Reaktor TGA, termokopel,

Ayakan 50 mesh. Kadar air awal termokopel reader, dan Ayakan 50 mesh jerami padi 20% dan kadar air awal

timbangan digital. kayu Kalimantan merbau 15%

Set v (m/s) = 0,05 ; 2 Pada T dinding = 400ºC Komposisi 1:

Komposisi 2:

80% Jerami padi

60% jerami padi

dan 20% kayu dan 40%kayu

Pengambilan data :

kalimantan

Penurunan massa briket(dm), merbau

kalimantan

merbau

kenaikan temperatur (dT),

perubahan waktu (dt)

Menambahkan pengikat: 10% tetes tebu