BAB I PENDAHULUAN - BAB I V

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Aceh Barat adalah salah satu daerah yang memiliki potensi Sumber Daya Alam (SDA) tambang batu bara. Menurut Dinas Pertambangan dan Energi Pemerintah Kabupaten Aceh Barat Provinsi Aceh. Batu bara deperkirakan mencapai 3 juta ton. Batu bara tersebut digunakan sebagai bahan bakar pada suatu perusahaan Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) yang ada di Kabupaten Nagan Raya.

Disamping batu bara, Aceh Barat juga memiliki biomassa dari limbah kayu berupa serbuk gergaji kayu, sekam padi, ampas jagung, tempurung kelapa, dan lain – lain. Menurut data dari dinas kehutanan Aceh Barat pada tahun 2013. Luas areal hutan di Aceh Barat berdasarkan komposisi perencanaan penggunaan lahan, luas areal hutan 298,344 Ha (Dinas Kehutanan Aceh Barat 20 Juni 2013).

Kita ketahui bahwa bahan bakar minyak (BBM) dari tahun ke tahun semakin meningkat dan semakin langka mengingat bahan bakar fosil juga merupakan bahan bakar yang tidak dapat diperbaharui. Oleh karena itu maka perlu dicarikan solusi alternatif lain sebagai pengganti bahan bakar minyak (BBM) salah satunya adalah dengan membuat briket batu bara campuran biomassa ( arang serbuk gergaji kayu). Briket yang berasal dari serbuk gergaji kayu dapat dimanfaatkan. Pemanfaatan limbah serbuk gergaji kayu menjadi briket sangat menguntungkan bagi industri dan masyarakat lain umumnya.

Penelitian ini telah dilakukan Samsul Bahri pada tahun 2007. Nilai kadar karbon terkait penelitian ini tertinggi di hasilkan pada perlakuan 10% arang serbuk gergaji kayu + 90% arang limbah potongan kayu BJ tinggi dengan rata-rata besar 84,13% dan perlakuan ini juga menghasilkan nilai kalor rata-rata tertinggi pula sebesar 73499,85kal/gr. Sedangkan Penelitian yang saya lakukan ini menunjukkan campuran antara batu bara dengan serbuk gergaji kayu yang semakin tinggi dalam briket batu bara maka semakin tinggi pula nilai kalor briket batu bara tersebut.

1.2. RumusanMasalah

Mengingat banyaknya potensi batu bara dan biomassa yang ada di Aceh Barat yang dapat dimanfaatkan menjadi bahan bakar alternatif, maka yang menjadi pertanyaannya adalah : Apakah hasil dari proses pengujian nilai kalor briket campuran batu bara dengan bioarang Serbuk gergaji kayu ini dapat digunakan sebagai bahan bakar alternative.

1.3. Batasan Masalah

Pada penelitian dibatasi pada:

1. Batu bara yang digunakan berjenis sub-bituminous dengan komposisi percampuran 50,60,70%.

2. Serbuk gergaji kayu dengan komposisi percampuran 20,30,40%.

3. Bahan perekat yang digunakan berupa tepung kanji dengan komposisi 10% untuk masing-masing percampuran.

4. Tekanan yang diberikan setiap percetakan briket yaitu : 80, 100, dan 120 lb/in

1.4. Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut : Untuk mengetahui nilai kalor briket batu bara campur bioarang serbuk gergaji kayu dan bahan perekat (tepung kanji).

1.5. Manfaat Penelitian

1. Mencari solusi dalam memanfaatkan limbah berupa serbuk kayu sebagai bahan bakar alternatif.

2. Memberikan informasi kepada masyarakat bahwa hasil samping dari limbah serbuk gergaji kayu dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi yang memiliki nilai ekonomis.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Energi

Menurut Kamus Besar Bahasa Indonesia (KBBI), Energi adalah tenaga atau

gaya untuk berbuat sesuatu. Defenisi ini merupakan perumusan yang lebih luas

dari pada pengertian-pengertian mengenai energi pada umumnya dianut di dunia

ilmu pengetahuan. Dalam pengertian sehari-hari energi dapat didefenisikan

sebagai kemampuan untuk melakukan sesuatu pekerjaan. (Kadir, 1995).

Energi merupakan sektor utama dalam perkonomian Indonesia dewasa ini

dan akan mengambil peranan yang lebih besar diwaktu yang akan datang baik

dalam rangka penyediaan devisa, penyerapan tenaga kerja, pelestarian sumber

daya energi, pembangunan nasional serta pembangunan daerah. Situasi energi di

indonesia tidak terlepas dari situasi energi dunia. Konsumsi energi dunia yang

makin meningkat menimbulkan kesempatan bagi Indonesia untuk mencari sumber

energi alternatif untuk memenuhi kebutuhannya sendiri. Untuk itu perlu untuk

mengidentifikasi sektor mana yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber daya

energi alternatif.(Abdullah, 1980).

2.1.1. Sumber energi

Sumber - sumber energi utama dan digolongkan menjadi dua kelompok besar yaitu energi konvensional dan energi terbarukan. Pieter de vries, Mark

Conners dkk. Contained Energi Indonesia.

Energi konvensional adalah energi yang di ambil dari sumber yang hanya  tersedia dalam jumlah terbatas dibumi dan tidak dapat diregerasikan. Sumber

sumber energi ini akan berakhir cepat atau lambat dan berbahaya bagi lingkungan. Energi terbarukan adalah energi yang dihasilkan dari sumber alam seperti  matahari, angin dan air. sumber energi ini akan selalu tersedia dan tak merugikan lingkungan.

2.2. Bahan bakar Bahan bakar adalah suatu materi apapun yang bisa diubah menjadi energi.

Biasanya bahan bakar mengandung energi panas yang dapat dilepaskan dan

dimanipulasi. Kebanyakan bahan bakar digunakan manusia melalui proses

pembakaran (reaksi redoks) dimana bahan bakar tersebut akan melepaskan panas

setelah direaksikan dengan oksigen di udara. Proses lain untuk melepaskan energi

dari bahan bakar adalah melalui reaksi eksotermal dan reaksi nuklir (seperti Fisi

nuklir atau Fusi nuklir). Hidrokarbon (termasuk di dalamnya bensin dan solar)

sejauh ini merupakan jenis bahan bakar yang paling sering digunakan manusia.

Bahan bakar lainnya yang bisa dipakai adalah logam radioaktif.

2.2.1. Jenis - jenis bahan bakar

Bahan bakar dibedakan menjadi tiga menurut wujudnya, yakni cair, padat: dan gas. Jenis - jenis Bahan bakar.

1. Bahan bakar cair Minyak (petroleum) berasal dari kata-kata: Petro = rock (batu) dan leaum =

oil (minyak) Minyak dan gas sebagian besar terdiri dari campuran molekul carbon

dan hydrogen yang disebut dengan hydrocarbons. Minyak dan gas terbentuk dari

siklus alami yang dimulai dari sedimentasi sisa-sisa tumbuhan dan binatang yang

terperangkap selama jutaan tahun. Pada umumnya terjadi jauh dibawah dasar

lautan. Material-material organik tersebut berubah menjadi minyak dan gas akibat

efek combinasi temperatur dan tekanan di dalam kerak bumi. Kumpulan dari

minyak dan gas tersebut membentuk reservoir-reservoir minyak dan gas.

BBM terdiri dari berbagai jenis hydrocarbons yang berasal dari minyak

bumi, dan sering pula terdiri dari campuran-campuran lain. Sifat mudah menguap

di dalam mesin menentukan jenis hydrocarbons dan campuran yang digunakan

pada BBM. Sifat mudah menguap tersebut disebut dengan volatility. Karena

minyak bumi mentah mempunyai kadar volatility yang lebih rendah dan tinggi

dari BBM, maka BBM harus dipisahkan dari minyak bumi mentah melalui proses

destilasi, namun karena dengan proses tersebut jumlah BBM yang diperoleh

sangat sedikit maka minyak bumi mentah harus melalui proses penyulingan yang

lebih komplek. Penyulingan minyak bumi mentah tersebut akan mengubah kadar

volatility hydrocarbons yang lebih rendah atau lebih tinggi dari BBM menjadi

sama dengan BBM.BBM yang dihasilkan merupakan campuran dari hydrocarbon-

hydrocarbon dengan kadar volatility yang sama.

2. Bahan bakar padat Bahan bakar padat adalah suatu materi padat yang dapat diubah menjadi energy. Bahan bakar padat adalah berupa batubara,dan kayu.

Batu bara merupakan salah satu bahan bakar fosil yang dapat terbakar dan berbentuk dari endapan organik yang tertimbun selama ratusan tahun. Batu bara terdiri dari unsu-unsur utamanya antara lain karbon hidrogen dan oksigen, batu bara juga merupakan batuan organik yang memiliki sifat-sifat fisika dan kimia yang komplek dapat ditemui dalam berbagai bentuk.

3. Bahan bakar gas Bahan bakar gas ada dua jenis, yakni Compressed Natural Gas dan

Liquid Petroleum Gas . CNG pada dasarnya terdiri dari metana, sedangkan

LPG adalah campuran dari propana, butane, dan bahan kimia lainnya. LPG yang digunakan untuk kompor rumah tangga, sama dengan bahan bakar gas yang biasa digunakan untuk sebagian kendaraan bermotor.

2.3. Batu bara

Batubara adalah suatu batu endapan organik. pembentukan batu bara memerlukan kondisi-kondisi tertentu dan hanya terjadi pada era-era tertentu sepanjang sejarah geologi. Proses perubahan sisa-sisa tanaman menjadi gambut hingga batu bara disebut dengan istilah pembatu baraan (coalification). Secara ringkas ada 2 tahap proses yang terjadi, yakni: a. Tahap Diagenetik atau Biokimia, dimulai pada saat material tanaman terdeposisi hingga lignit terbentuk. Agen utama yang berperan dalam proses perubahan ini adalah kadar air, tingkat oksidasi dan gangguan biologis yang dapat menyebabkan proses pembusukan (dekomposisi) dan kompaksi material organik serta membentuk gambut.

b. Tahap Malihan atau Geokimia, meliputi proses perubahan dari lignit menjadi bituminus dan akhirnya antrasit Batu bara juga adalah batuan organik yang memiliki sifat-sifat fisika dan kimia yang kompleks yang dapat ditemui dalam berbagai bentuk. Analisa unsur memberikan rumus formula empiris seperti C137H97O9NS untuk bituminus dan C240H90O4NS untuk antrasit. Jaman Karbon, kira-kira 340 juta tahun yang lalu (jtl), adalah masa pembentukan batu bara yang paling produktif dimana hampir seluruh deposit batu bara (black coal) yang ekonomis di belahan bumi bagian utara terbentuk.

Pada Jaman Permian, kira-kira 270 jtl, juga terbentuk endapan-endapan batu bara yang ekonomis di belahan bumi bagian selatan, seperti Australia, dan berlangsung terus hingga ke Zaman Tersier (70 - 13 jtl) di berbagai belahan bumi lain.

2.3.1. Kelas dan jenis batu bara

Berdasarkan tingkat proses pembentukannya yang dikontrol oleh tekanan, panas dan waktu, batu bara umumnya dibagi dalam lima kelas: antrasit, a. Antrasit adalah kelas batu bara tertinggi, dengan warna hitam berkilauan (luster) metalik, mengandung antara 86% - 98% unsur karbon (C) dengan kadar air kurang dari 8%.

b. Bituminus mengandung 68 - 86% unsur karbon (C) dan berkadar air 8-10% dari beratnya.

c. Sub-bituminus mengandung sedikit karbon dan banyak air, dan oleh karenanya menjadi sumber panas yang kurang efisien dibandingkan dengan bituminus.

d. Lignit atau batu bara coklat adalah batu bara yang sangat lunak yang mengandung air 35-75% dari beratnya.

e. Gambut, berpori dan memiliki kadar air di atas 75% serta nilai kalori yang paling rendah.

Berdasarkan perkiraan secara teori, Indonesia memiliki cadangan batu bara sekitar 38,8 milyar ton, terukur 11,5 milyar ton dan telah terbukti sekitar 27,3 milyar ton, sebagian besar tersebar di pulau Sumatera dan Kalimantan, sebagaimana ditunjukkan dalam Tabel 2.1 berikut: (Dinas Pertambangan dan

Energi, 1999).

Tabel. 2.1 Cadangan Batu bara Indonesia

Cadangan(Juta ton) Sumber daya(Juta ton) Propinsi HasilTambang Terukur Terbukti Total %

Aceh 0,0 64,14 1.763,35 1.827,49 4,46

Riau 18,93 289,0 1.157,52 1.446,52 4,24

Jambi 0,0 222,17 566,48 788,65 2,07

Bengkulu 19,02 68,98 566,48 166,41 0,36

Sumatera Barat 142,2 158,02 97,43 379,56 0,81

Sumatera Selatan 2.683,0 4.099,72 8.792,96 12.892,68 32,20

Jawa 0,0 0,63 4,86 5,49 0,02

Kalimantan Barat 0,0 1,0 185,12 186,12 0,68

Kalimantan Timur 2.077,16 4.054,11 9.699,57 1.753,68 35,52

Kalimantan Tengah 40,60 206,70 706,36 913,06 2,59

Kalimantan Selatan 387,27 2.377,64 3.981,97 6.359,61 14,58

Sulawesi Selatan 0,0 21,20 96,13 177,33 0,35

Papua 0,0 0,0 25,53 25,53 0,09

Lain-lain 0,0 5,42 7,31 12,73 0,03

Total 5.368,18 11.568,73 27.306,13 38.874,86 100,0

Total produksi 1937-1999 440,02 0,0 0,0 0,0 0,0

Total keseluruhan 4.928888,16 11.568,73 27.306,13 38.874,86 100,0

Sumber. Pertambangan dan Energi, 1999

2.4. Biomassa

Biomassa adalah suatu limbah benda padat yang bisa dimanfaatkan lagi sebagai sumber bahan bakar. Biomassa meliputi limbah kayu, limbah pertanian, limbah perkebunan, limbah hutan, komponen organik dari industri dan rumah tangga. Biomassa dikelompokkan menjadi dua yaitu, biomassa basah dan biomassa kering. Contoh dari biomassa basah adalah sisa sayuran, sampah organik rumah tangga, sampah pasar tradisional, kotoran hewan, dan kotoran manusia. Sedangkan contoh biomassa kering adalah serbuk gergaji kayu. kulit kacang tanah, jerami, ranting, rumput, kayu, dan limbah pertanian daun-daunan. fosil (minyak bumi) karena beberapa sifatnya yang menguntungkan yaitu sumber energi ini dapat dimanfaatkan secara lestari karena sifatnya yang dapat diperbaharui (renewable resources), sumber energi ini relatif tidak mengandung unsur sulfur sehingga tidak menyebabkan polusi udara dan juga dapat meningkatkan efisiensi pemanfaatan sumber daya hutan dan pertanian. (Pari G.

2002).

Oleh karena itu, maka dapat dikatakan bahwa energi biomassa ini berbeda dengan energi yang berasal dari fosil (batu bara, minyak bumi, dan gas alam), dimana terbentuk dalam jutaan tahun, sedangkan energi biomassa dapat dianggap merupakan sumber energi yang dapat diperbaharui, karena tumbuh-tumbuhannya dapat tumbuh kembali dan bertambah setiap tahun.

2.4.1. Keunggulan dan Kekurangan Biomassa

Keunggulan maupun kekurangan yang dimiliki biomassa adalah sebagai berikut : a. Keunggulan Selain karena ketersediaannya yang terjamin, keunggulan lain yang terdapat dalam pemanfaatan biomassa adalah :

Mengurangi adanya efek gas rumah kaca. Penggunaan biomassa akan - membuat sampah organik yang dapat menghasilkan gas metana yang menyebabkan terbentuknya gas rumah kaca dapat diminimalisir. Contohnya dari sampah organik tersebut adalah kotoran hewan, tandan kelapa sawit, tongkal jagung, dan sekam padi. Selain itu, penggunaan biomassa akan mengurangi penggunaan energi fosil yang menyumbang gas-gas rumah kaca terbesar saat ini.

Melindungi kebersihan air dan tanah. Pemanfaatan biomassa akan - memanfaatkan sampah yang berbahaya bagi lingkungan karena akan mencemari lingkungan sekitar seperti air dan tanah. Sampah yang tertimbun akan mengeluarkan cairan yang berbahaya dan diserap oleh tanah dan mencemari air tanah, sedangkan air tanah ini digunakan oleh masyarakat untuk konsumsi dan kebutuhan lainnya. Sehingga dengan memanfaatkan biomassa sampah sebagai bahan bakar, kerusakan air dan tanah dapat diminimalisir.

Mengurangi sampah organik. Sama halnya seperti melindungi kebersihan air - dan tanah, pemanfaatan biomassa akan mengurangi limbah organik karena sampah hasil olahan pabrik dapat dimanfaatkan untuk bahanbakar. Mengurangi polusi udara. Biomassa merupakan bahan bakar yang ramah - lingkungan sehingga polusi udara dapat diminimalisir.

Meningkatkan pemanfaatan lahan. Penggunaan biomassa ini akan membuat - semakin dimanfaatkannya lahan kosong untuk menanam tumbuh-tumbuhan penghasil biodiesel seperti kelapa sawit dan jarak pagar.

b. Kekurangan Sedangkan, kekurangan yang dimiliki oleh biomassa dalam kaitannya sebagai sumber energi adalah :

Kandungan kelembapan yang tinggi. Dalam kandungan biomassa, terdapat - kandungan air yang cukup tinggi. Hal ini dapat dilihat dari proses reaksi yang terjadi pada proses fotosintesis, dimana pada hasil reaksinya terdapat air (H2O).

Nilai kalor yang dikandung relatif cukup rendah. - Ketersediaan bahan baku musiman. - Mempunyai densitas yang cukup rendah. -

Biomassa mempunyai densitas yang cukup rendah. Untuk menghasilkan energi yang setara dengan bahan bakar fosil, contohnya batubara, dibutuhkan jumlah biomassa yang banyak. Selain itu, sulit untuk mendistribusikannya karena terdapat kesulitan dalam mengemasnya. Contohnya adalah biomassa dari Serbuk gergaji kayu yang sulit dikemas dalam bentuk briket dibandingkan dengan batu bara.

Pembersihan atau penguraian. Dikarenakan biomassa juga berasal dari limbah, - sulit untuk menguraikan bahan-bahan yang dibutuhkan sebagai sumber energi dengan bahan-bahan yang memang tidak diperlukan. Membutuhkan biaya yang cukup tinggi. Walaupun bahan biomassa cukup - mudah untuk didapatkan, tetapi teknologi untuk mengolahnya masih cukup sulit didapatkan. Kalaupun ada, harga yang harus dikeluarkan cukup tinggi sehingga biaya operasional dari pengolahan biomassa ini masih tergolong mahal.

2.4.2. Karakteristik Biomassa

Karakteristik dari bahan bakar biasanya meliputi analisa proximate, analisa ultimate, dan nilai kalor, yang memberikan indikasi tentang kualitas dari suatu bahan bakar dan kelayakannya. Analisa proximate adalah analisa yang mengidentifikasi kandungan air (moisture), volatile matter, fixed carbon, dan abu yang dimiliki. Sedangkan analisa ultimate adalah analisa yang mengidentifikasi komposisi karbon, hydrogen, nitrogen, belerang, dan oksigen.

Pada biomassa yang berasal dari limbah, terdapat kenaikan kandungan bahan lingkungan sekitar, sehingga analisa tentang kandungan konsentrasi logam juga semakin perlu untuk diperhatikan. Selain itu, massa jenis dari bahan bakar juga perlu diperhatikan (NurrahmanZeily, 2006).

2.4.3. Serbuk Gergaji Kayu

Serbuk gergaji kayu sebenarnya memiliki sifat yang sama dengan kayu,

hanya saja wujudnya yang berbeda. Kayu adalah sesuatu bahan yang diperoleh

dari hasil limbah industri perabotan.

Iriawan (1993) menjelaskan bahwa limbah kayu adalah sisa-sisa kayu atau bagian kayu yang dianggap tidak bernilai ekonomi lagi dalam proses tertentu, pada waktu tertentu dan tempat tertentu yang mungkin masih dimanfaatkan pada proses dan waktu yang berbeda.

DiIndonesia ada tiga macam industri kayu yang secara dominan

mengkonsumsi kayu dalam jumlah yang relatif besar, yaitu : penggergajian,

vinir atau kayu lapis, dan pulp atau kertas. Sejauh ini, limbah biomassa dari

industri tersebut telah dimanfaatkan kembali dalam proses pengolahannya sebagai

bahan bakar guna melengkapi kebutuhan energinya. Kenyataannya, saat ini masih

ada limbah penggergajian kayu yang ditimbun dan sebagian dibuang ke aliran

sungai (pencemaran air), atau dibakar secara langsung (ikut menambah emisi

karbon di atmosfir ). Produksi total kayu gergajian Indonesia mencapai 2,6

juta per tahun, dengan asumsi bahwa jumlah limbah yang terbentuk 54,24

persen dari produksi total. Oleh karena itu, maka dihasilkan limbah

penggergajian kayu sebanyak 1,4 juta per tahun dan angka ini cukup besar

karena mencapai sekitar separuh dari produksi kayu gergajian (Gustan Pari,

2002).

2.4.3.1. Gambaran umum kualitas arang limbah kayu

persyaratan kualitas arang berbeda menurut kegunaanya, secara umum mengatakan bahwa arang kayu yang baik untuk bahan bakar mempunyai sifat- sifat sebagai berikut: (iriawan, 1993) a. Warna hitam dengan nyala kebiru-biruan.

b. Mengkilap pada pecahannya

c. Tidak mengotori tangan

d. Terbakar dengan tidak banyak asap

e. Dapat menyala terus tanpa dikipasi

f. Tidak terlalu cepat terbakar

g. Berdeting seperti logam Penilaian kualitas arang kayu dilakukan berdasarkan ukuran dan sifat fisik, warna, bunyi nyala, kekerasan, berat jenis, nilai kalor, analisa kadar air, kadar abu, karbon terikat dan kadar zat mudah menguap. menurut holil (1980) pada kondisi pengarangan yang sama,kayu dengan berat jenis lebih tinggi akan menghasilkan arang kayu yang labih keras dan lebih berat pada setiap satuan volume dari pada kayu dengan berat jenis yang lebih rendah.

Disamping itu dalam kondisi pengarangan yang sama kemampuan memberi panas dari kayu bakar kering uap tiap satuan volume sebanding dengan berat jenisnya, semakin berat kayu semakin tinggi pula nilai kalor bakarnya.

Pada proses pembuatan arang kayu sebagai bahan baku untuk briket arang diperlukan kayu yang memenuhi persyaratan-persyaratan tertentu. Jenis kayu daun lebar yang mempunyai berat jenis, kepadatan dan kekerasan tinggi lebih di sukai karena akan menghasilkan arangkayu yang lebih baik.

Untuk proses pengarangan kayu biasa secara singkat Griffioen (1950) digambarkan sebagai berikut:

150 ᵒC sampai 200ᵒC :air di dalam bahan baku dilepaskan bersama dengan gas

CO dan CO2 dalam jumlah kecil.bahan baku kayu baru mengandung 50% karbon.

200ᶜ sampai 300ᶜ: pembentukan gas CO dan CO2 serta penyulingan terhadap asam asetat,asam format,dan methanol dimulai. Arang mulai berwarna coklat tua dan kandungan karbon mencapai 70%.
300ᵒC sampai 400ᵒC : disamping bon pembentukan gas dijumpai sejumlah kecil senyawa dari hidro karbon reaksi berjalan secara exothermic. Penyulingan asam asetat dan methanol terus terjadi sudah mulai terpisah TER

yang berwarna coklat. Arang mulai keras dan berwarna hitam dengan kandungan karbon mencapai 80%.

400 ᵒC sampai 500 ᵒC : gas terbentuk dalam jumlah besar, terutama terdiri dari senyawa hidrokarbon dengan melokul CO dan CO2 juga terpisah suatu TER yang berwarna gelap destilat lain hampil tidak terbentuk lagi. Kandungan karbon mencapai 85% dan arang sudah mulai berwarna hitam pekat agak keras.
Diatas 500 ᵒC : pembentukan TER terus dilakukan. Gas hidrogen semakin bertambah, terbentuknya kadar karbon mencapai 90%.
Diatas 700 ᵒC : secara praktis hanyalah terbentuk gas hidrogen.

Disamping itu pula pengaruh berat jenis, kekeringan (kadar air bahan) dan suhu akhir pengarangan dapat menentukan hasil dan kualitas arang yang di peroleh.

Kayu yang mempunyai berat jenis tinggi memerlukan waktu pengarangan yang lebih lama dibanding dengan waktu pengarangan kayu yang mempunyai berat jenis lebih rendah. Ada pun yang dimaksud dengan kayu yang mempunyai beratjenis tinggi yaitu kayu yang mempunyai berat jenis > 0,6. Tabel.2.2Pengelompokan jenis kayu tersebut dapat dilihat dalam tabel berikut.

No Jenis Kayu Nama Botani Berat Jenis

1 Meranti batu (parashorea aptera V.SI) BJ>0,6

2 Kruing (Dipterocarpus convertus) BJ>0,6

3 Semantok (Dipterocarpus sp) BJ>0,6

4 Kapur (Dryobalanops sp V. SI) BJ>0,6

5 Terentang (Compnosperma macrophylla Hook.f) BJ>0,6

6 Rengas burung (melanorhoea wallichii hook.f) BJ>0,6

7 Pulai (Alstonia pneumatophora Back) BJ>0,6

8 Meranti kunyit (Shorea macroptera Dyer) BJ>0,6 Sumber : departemen kehutanan,1992

Menurut garis besarnya ada 4 cara pembuatan arang kayu yaitu: (sudrajat, 1983)

1. Proses karbonasi dengan memasukan udara dalam kayu

2. Proses karbonasi dengan sirkulasi gas api terhadap massa kayu

3. Proses karbonasi dengan permanasan diluar tempat pembakaran arang kayu

4. Proses karbonasi dalam tempat ter tutup rapat dan kayu dimasukkan secara teratur kedalam ruang pemanasan.

Pembuatan arang kayu dengan cara pertama dan kedua umumnya disebut cara klin yang menghasilkan arang kayu sebagai hasil utamanya, sedangkan cara ketiga dan keempat umumnya disebut retort atau oven yang hasil utamanya berupa ter, alkohol, asam dan senyawa-senyawa organik lainnya, sedangkan arang kayu sebagai hasil sampingan. Untuk memproduksi arang kayu biasanya dipergunakan suhu akhir diatas 500 ᵒC. bahwa perbandingan antara berat kayu yang dipergunakan sebagai bahan baku dan arang kayu yang di hasilkan bervariasi antara 4:1 sampai 8,5:1. Hal ini tergantung pada beberapa faktor yaitu: cara karbonasi,kadar air kayu, tujuan penggunaan dari arang kayu serta presentase kulit yang terdapat dalam kayu.

2.5. Bioarang

Arang adalah salah satu sumber energi biomassa yang memiliki sifat lebih baik dari pada kayu bakar. Arang sendiri merupakan suatu bahan padat berpori hasil pembakaran bahan yang mengandung unsur karbon. Sebagian besar pori- porinya masih tertutup senyawa hidrokarbon dan senyawa organik lainnya.

Komponen arang terdiri dari karbon, abu, air, dan sulfur. Sedangkan bioarang merupakan arang (salah satu jenis bahan bakar) yang dibuat dari aneka macam bahan hayati atau biomassa, misalnya kayu, ranting, rumput, jerami, ataupun limbah pertanian lainnya yang dapat dikarbonisasi.

Proses pengarangan (pyrolisa) adalah penguraian biomassa (lysis) menjadi panas (pyro) pada suhu lebih dari 150° C. Pada proses pyrolisa terdapat berbagai tingkatan proses yaitu Pyrolisa primer adalah pyrolisa yang terjadi pada bahan baku (umpan), sedangkan pyrolisa sekunder adalah pyrolisa yang terjadi diatas partikel dan gas/uap hasil pyrolisa primer. (Abdullah, K., 1991).

Selama proses pengarangan dengan alur konveksi pyrolisa perlu diperhatikan asap yang ditimbulkan selama proses tersebut :

1. Jika terjadi asap tebal dan putih, berarti bahan sedang mengering.

2. Jika asap tebal dan kuning, berarti pengkarbonan sedang berlangsung.

3. Jika asap semakin menipis dan berwarna biru, berarti peng-arangan selesai.

Perekat adalah suatu zat atau bahan yang memiliki kemampuan untuk mengikat dua benda melalui ikatan permukaan. Bahan perekat dapat dibedakan menjadi 2 jenis yaitu :

1. Perekat Anorganik Perekat anorganik dapat menjaga ketahanan briket selama proses pembakaran sehingga dasar permeabilitas bahan tidak terganggu. Perekat anorganik ini mempunyai kelemahan yaitu adanya tambahan abu yang berasal dari bahan baku sehingga dapat menghambat pembakaran dan menurunkan nilai kalor. Contoh dari pengikat anorganik antara lain adalah semen, dan natrium silikat.

2. Perekat organik Perekat organik menghasilkan abu yang relatif sedikit setelah pembakaran briket dan umumnya merupakan bahan perekat yang efektif. Bahan-bahan yang biasanya digunakan sebagai bahan baku perekat organik ini adalah :

2.6.1. Tepung Kanji

Bahan perakat yang di gunakan berupa tepung kanji atau biasa juga disebut

tepung tapioka, tepung aci atau dalam bahasa Inggrisnya disebut cassava flouratau

tapioca starch adalah tepung yang diperoleh dari sari patisingkong atau ketela

pohon yang nama latinnya adalah Manihot Utilissima.

Dalam kehidupan sehari-hari kegunaan akan tepung kanji bisa disebut vital karena berbagai makanan banyak yang menggunakannya sebagai bahan utama baik itu skala kecil maupun skala industri.

Tabel 2.3 Analisa bahan perekat

Jenis tepung Air Abu Lemak Protein Serat Karbon (%) (%) (%) (%) (%) (%) Tepung kanji

9.84

0.36

1.50

2.21

0.69

85.20 Anonimous, 1989.

Keunggulan tepung kanji antara lain :

1. Tidak mengganggu kesehatan

2. Mempunyai kekuatan perekatan yang baik

3. Mudah didapat dipasaran dan harganya murah

Pembuatan briket dengan penggunaan bahan perekat akan lebih baik

hasilnya jika dibandingkan tanpa bahan perekat. Disamping meningkatkan nilai

bakar dari bioarang, kekuatan briket arang dari tekanan luar juga lebih baik (tidak

mudah pecah), ( Sudrajat , R.,1983).

2.7. Pembriketan

Pembriketan adalah proses menggumpalkan partikel-partikel kecil dengan atau tanpa bahan pengikat kedalam bentuk dan ukuran tertentu dengan sifat-sifat kimia dan fisika tertentu pula yang bertujuan untuk meningkatkan mutu dan daya guna sebagai bahan bakar dan mudah dipakai. Karena jenis ikatan dalam briket adalah jenis ikatan kohesi antar molekul, maka peranan tekanan sangat penting. Karena untuk ikatan jenis ini kontak antar partikel sangat diperlukan supaya jumlah kontak maksimum.

Proses pembuatan briket sangat mudah dan dapat menggunakan teknologi yang sederhana, proses terbsebut meliputi empat tahap yaitu, pengeringan,

Gambar 2.1 berikut ini adalah diagram proses pembuatan briket.

Biomassa Pengeringan Penggerusan Bahanpengikat

Pencampuran Pembriketan Tekanan tinggi Biobriket

Gambar 2.1 Diagram alir proses pembuatan briket

Sumber: Hambali 2006

Peralatan dalam pembuatan briket berupa alat pencetak briket memanfaatkan kerja dari sistem hidraulik berupa tekanan. Dimana Prinsip dasar sistem hidrolik berasal dari hukum pascal, dimana tekanan dalam fluida statis harus mempunyai sifat-sifat sebagai berikut :

1. Tekanan bekerja tegak lurus pada permukaan bidang.

2. Tekanan disetiap titik sama untuk semua arah.

3. Tekanan yang diberikan kesebagian fluida dalam tempat tertutup, merambat secara seragam ke bagian lain fluida.

8 3-6 5-30 60-80 1-2

5 0,84 12,7 6500

62 7000 7,75 5,51

Gambar 2.2 Prinsip kerja Sistem Hidraulik

60 0000-7000 3-4 8-10

Indonesia Kadar air (%) Kadar abu (%) Kadar zat menguap (%) Kadar karbon terikat (%) Kerapatan (g/cm³) Keteguhan Tekan (kg/cm²) Nilai kalori (kal/g)

Sifat Briket Jepang Kualifikasi

Inggris

Briket Amerika

Tabel 2.3. Nilai Standar Mutu Briket Batu Bara

Tekanan diberikan untuk menciptakan kontak antara permukaan bahan yang direkat dengan bahan perekat. Setelah bahan perekat dicampurkan dan tekanan mulai diberikan maka perekat yang masih dalam keadaan cair akan mulai mengalir membagi diri kepermukaan bahan. Pada saat yang bersamaan dengan terjadinya aliran maka perekat juga mengalami perpindahan dari permukaan yang diberi perekat kepermukaan yang belum terkena perekat semakin tinggi tekanan yang diberikan akan menghasilkan briket arang dengan kerapatan dan keteguhan tekan yang semakin tinggi. (Agussalim, A.M., 2006).

Sumber: Triatmodjo, B, 1996

16,14 78,35 0,44007 0,4 6814,11 Sumber: (Hendra. 1999)

2.7.1. Pengukuran Tekanan

Perilaku suatu fluida biasanya didapat dideduksi dari pengukuran aliran

atau tekanan. Transduser atau transmitter aliran harus dipatri, berderet, dalam

sebuah pipa, sementara transmitter tekanan dapat ditambahkan tanpa paksa

sebagai cabang kesisi pipa. Maka, alat penemu kesalahan dasar pada sistem

pneumatik atau hidrolik adalah gauge tekanan. Kerapkali gauge tekanan ini

adalah alat ukur sederhana yang dapat dilekatkan pada berbagai bagian sistem,

lewat hubungan yang fleksibel.

Alat ukur tekanan uji ini secara tetap mengukur tekanan gauge dengan alat

ukur tekanan bourdon yang ditunjukkan digambar 2.3. alat ini terdiri dari tabung

berbentuk C yang dipipihkan dan di set permanen pada satu ujung, yang di

tunjukkan di gambar 2.3a. bila tekanan pada tabung, maka tekanan tersebut

cenderung menjadi lurus, dengan ujung bebas bergerak naik dan kekanan. Untuk

jangkauan tekanan yang rendah, sebuah tabung spiral digunakan untuk menaikkan

sensitivitas. ( Andrew Parr, 1998).

Gambar 2.3. Alat Ukur Bourdon

2.8. Pembakaran bahan bakar padat

Pembakaran adalah suatu reaksi dimana suatu unsure atau senyawa bergabung dengan oksigen membentuk senyawa yang mengandung oksigen

CO H O SO sederhana, misalnya : , , dan (Suminar, 1996).

Mekanisme pembakaran bahan bakar padat tidak sama dan jauh lebih

rumit dibandingkan dengan pembakaran bahan bakar cair dan gas, karena jika bahan bakar padat dibakar, bahan bakar padat tidak langsung habis terbakar melainkan terbakar sedikit demi sedikit dalam waktu relatif lama. Ada banyak faktor yang berperan dalam pembakaran bahan bakar padat dan dari banyak faktor tersebut ada tiga proses yang mempunyai peranan penting dalam pembakaran bahan bakar padat yaitu :

1. Kenetika reaksi, yaitu laju perubahan reaktan dalam hal ini zat-zat yang dapat terbakar dalam bahan bakar dan oksigen dalam udara menjadi produk pembakaran .

2. Kondisi panas, untuk dapat terbakar maka bahan bakar harus mencapai titik nyala, pada bahan bakar pencapaian titik nyala ini tidak merata pada seluruh bagian yang terbakar dan yang belum terbakar, hal ini erat kaitannya dengan konduksi pada bagian-bagian bahan bakar tersebut.

3. Difusi, setelah bahan bakar terbakar maka akan dihasilkan produk-produk pembakaran yang berupa gas dan abu, gas dan abu akan menghalangi oksigen untuk masuk ke dalam bagian yang sedang terbakar sehingga oksigen harus berdifusi perlahan-lahan untuk mencapai bagian yang terbakar dan sebaliknya gas-gas buang tidak dapat dengan bebas meninggalkan bahan bakar karena terhalang oleh oksigen dan abu serta nitrogen dari udara.

Dari tiga proses diatas dapat diketahui betapa kompleknya pembakaran bahan bakar padat.

2.9. Pembakaran Batu Bara

Pembakaran batu bara berlangsung dalam dua tahap (Djokosetyardjo,

1989). Tahapan pertama terdiri dari penguapan, oksidasi penyalaan kandungan zat

mudah terbakar batu bara tersebut. Kemudian diajukan dengan tahap kedua yaitu penyalaan karbon padat yang sudah berkurang kadungan zat mudah terbakarnya atau sudah tidak mengandung zat mudah terbakar lagi (char/arang). Jumlah kandungan zat mudah terbakar berpengaruh terhadap stabilitas api temperatur penyalaan batu bara. Mekanisme tahap pertama cukup mudah untuk dipahami karena sama dengan pembakaran bahan bakar gas lainnya. Tapi mekanisme tahapan kedua rumit karena merupakan bahan bakar padat.

2.10. Pembakaran Serbuk Gergaji Kayu

Pada proses pembakaran biomassa memiliki penguapan yang lebih besar dan temperetur penyalaan lebih rendah dibandingkan dengan batu bara tingkat rendah. Semakin banyak penguapan maka pori-pori semakin besar, sehingga diffuse oksigen menjadi lebih mudah dalam pembakaran. Hal ini dapat biomassa memiliki nyala yang lebih kuat, laju pembakaranya tinggi dan efisiensi panasnya baik.

2.11. Reaksi Pembakaran

Pembakaran adalah oksidasi pada temperatur tinggi dari elemen-elemen yang mampu terbakar pada bahan bakar yang melepas panas. Elemen-elemen tersebut seperti : karbon, hydrogen, dan sulfur.

Mekanisme pembakaran bahan bakar padat tidak sama dibandingkan dengan bahan bakar cair atau gas, karena bahan bakar padat tidak langsung habis terbakar melainkan terbakar sedikit demi sedikit dalam waktu relatif lama. Media pemanas untuk proses pembakaran biobriket dapat juga dimnfaatkan dari udara.

Dalam hal ini udara adalah campuran dari kira-kira 3,76 mol nitrogen untuk setiap mol oksigen. Dalam persamaan reaksinya nitrogen tidak bergabung secara kimia terhadap unsur lain (Warner, 1985). Persamaannya sebagai berikut :

C O 3,76 N CO 3,76 N

₍

2 H 1 /2 O2 _{( g ) ( g )} H O ………………………………..(2.2) +

2 S O SO

………………………………..(2.3)

2) gas nitrogen(N ¿¿ ¿ . Pada proses pemanasan pirolisis ini, seperti yang telah ditunjukkan pada persamaan reaksi diatas bahwa nitrogen tidak akan beraksi dengan unsur lain. Pirolisis adalah proses memanaskan bahan bakar secara bebas udara (tanpa oksigen), sehingga tidak oksidasi, pemanasnya dilaksanakan dalam sebuah bejana tertutup dengan temperatur antara 500 °C dan 1000 °C. atau dengan kata lain pirolisis bertujuan untuk mengeluarkan zat-zat yang mudah terbakar dengan menggunakan gas atau unsur-unsur yang tidak bereaksi misalnya, gas nitrogen ( N ¿¿ 2) ¿ dan gas argon (Ar) pada suhu antara 700-1000 °C. (Lu et al, 1997).

Proses pirolisis dan pembakaran adalah sebuah pipa reaktor yang dialiri panas yang berasal dari elemen pemanas listrik dan media pembakar yang digunakan adalah gas nitrogen (N ) dan udara. Selengkapnya alat uji pirolisis dan

2 pembakaran dapat di tunjukkan pada gambar 2.4 dibawah.

KETERANGAN ALAT UJI BRIKET

1. Pipa reaktor

7.Kompresor

2. Timbangan digital

8.Trafo ( penaik tegangan )

3. Stopwacth

9.Alat ukur termokopel

4. Tabung nitrogen ( N )

10.Sekering

2 Berdasarkan keterangan gambar dapat diuraikan pada masing-masing komponen yang terdapat pada alat eksperimen yaitu :

1. Pipa Reactor Pipa reactor terbuat dari stainless berfungsi sebagai ruang bakar. Pipa reactor memiliki panjang satu meter dengan ujung pipa yang satu untuk memasukkan gas N

₂ atau udara, dan ujung yang satunya lagi mempunyai tutup berfungsi untuk memasukkan sampel.

2. Timbangan Digital Timbangan yang digunakan pada penelitian ini merupakan alat ukur digital bersatuan gram, mempunyai berat maksimum 2 kilogram.

3. Stopwatch Stopwatch berfungsi untuk mengamati waktu setelah (t) menit selama pembakaran.

4. Tabung gas nitrogen (N ₂) Didalam tabung gas tersebut terdapat gas nitrogen N ₂.

5. Sampel (pellet) Sampel yang digunakan berupa batu bara, tempurung kelapa dan bahan perekat berupa tepung kanji.

6. Termokopel Termokopel berfungsi sebagai alat ukur temperatur, yang terdiri dari dua buah kawat chromium yang dibungkus oleh keramik yang tahan temperatur dibawah 1700 °C.

7. Kompresor Kompresor berfungsi untuk menghasilkan udara sebagai media pembakar pada proses pembakaran. Dimana udara ini adalah campuran dari kira-kira 3,78 mol nitrogen untuk setiap mol oksigen.

8. Trafo (penaik tegangan) Untuk menyalurkan energi listrik ketegangan rendah maupun tegangan tinggi.

9. Alat ukur termokopel Berfungsi untuk membaca suhu pada termokopel

10. Sekering Untuk mencengah arus terlalu besar mengalir melalui suatu pengantar bila terjadi hubungan singkat.

11. Flow meter Untuk mengukur aliran pada sebuah pipa yang terpasang.

BAB III METODE PENELITIAN

3.1. Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan selama 6 (enam) bulan dari bulan Februari 2015 sampai dengan Juli 2015. Untuk mencapai target yang ditentukan yang diawali dengan studi literatur dan pekerjaan persiapan bahan serta segala sesuatu yang menyangkut teknis pelaksanaan dilakukan di Laboratorium/Workshop Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universitas Teuku Umar Meulaboh Aceh Barat.

3.2. Bahan dan Alat

3.2.1. Bahan

Bahan – bahan yang digunakan pada penelitian ini antara lain :  Batubara jenis Sub-bituminous yang diambil dari Desa Reudeup Kecamatan Meureubo Kabupaten Aceh Barat.

 Serbuk gergaji kayu yang diambil dari salah satu perabot didesa meunasah gantung Kecamatan Kaway XVI Kabupaten Aceh Barat.

 Bahan perekat berupa tepung kanji yang tersedia dipasaran.  Air.

Sebelum melakukan proses kompresi, pada penelitian ini terlebih dahulu direncanakan komposisi campuran bahan baku dan tekanan yang berbeda-beda yaitu dapat dilihat pada tabel 3.1 dibawah ini :

No Batubara % Serbuk gergaji Perekat kanji % Tekanan Lb

31 ₂

kayu % / in

3.2.1.1.Sampel Uji

Sampel uji berupa briket batubara dicampur dengan Serbuk gergaji kayu dan perekat kanji. Kompresi sampel uji briket dilakukan dengan menggunakan Mesin Press Hydraulik semimanual yang terdapat pada laboratarium Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Teuku Umar dengan tekanan kapasitas 2 ton

( 63,69 Mpa ) dan Definisi Sampel uji ini dapat ditunjukkan pada gambar 3.1 dibawah ini.

2 cm

5 cm

Sumber : Hasil penelitian

3.2.1.2.Proses Pengolahan dan Pembuatan Bahan Baku

Setelah bahan baku tersedia proses selanjutnya adalah pengolahan dan pembuatan bahan baku dengan langkah-langkah sebagai berikut:

1. Pengolahan batu bara Penghalusan batu bara - Pertama-tama batu bara dicacah kemudian ditumbuk menjadi serbuk dan selanjutnya diayak untuk memperoleh butiran dengan ukuran yang halus.

Pengeringan batu bara - Setelah batu bara halus dipeoleh selanjutnya dijemur secara manual diatas bawah sinar matahari dengan suhu berkisar 29 C (BMKG), untuk mengurangi kadar air yang terkandung dalam batu bara.

2. Pengolahan Serbuk gergaji kayu

Pengolahan Serbuk gergaji kayu

Serbuk gergaji kayu di sangrai selama 20 menit sampai berubah warna menjadi kecoklat - coklatan.

Penghalusan arang Serbuk gergaji

Dalam proses penghalusan arang Serbuk gergaji kayu dilakukan dengan cara ditumbuk dan diayak untuk memperoleh butiran dengan ukuran yang halus.

3. Pembuatan bahan perekat (lem) Mencampurkan tepung kanji dengan air, lalu dididihkan diatas kompor.

Selama pemanasan tepung diaduk terus-menerus agar tidak menggumpal. Warna tepung yang semula putih akan berubah menjadi transparan setelah beberapa menit dipanaskan dan terasa lengket di tangan.

BAB I PENDAHULUAN - BAB I V