View
49
Download
2
Category
Preview:
Citation preview
http://nalinsumarlin.blogspot.com
“Pengaruh Ukuran Partikel Sabut Kelapa Terhadap Proses Karbonisasi Manual Menggunakan Kaleng Silinder Dengan Jumlah Lubang dikonstankan”
OLEH :
SUMARLIN M.
FIBI 08 009
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS HALUOLEO
KENDARI
2010
http://nalinsumarlin.blogspot.com
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Beberapa tahun terakhir ini, energi merupakan persoalan yang krusial di dunia.
Peningkatan permintaan energi yang disebabkan oleh pertumbuhan populasi
penduduk dan menipisnya sumber cadangan minyak dunia serta permasalahan emisi
dari bahan bakar fosil memberikan tekanan kepada setiap Negara untuk segera
memproduksi dan menggunakan energi terbaharukan. Untuk mengurangi
ketergantungan terhadap bahan bakar minyak pemerintah telah menerbitkan
peraturan presiden Republik Indonesia nomor 5 tahun 2006 tentang kebijakan energi
nasional untuk mengembangkan sumber energi alternatif sebagai pengganti bahan
bakar minyak. Salah satu sumber energi alternatif adalah biogas.Gas ini berasal dari
berbagai macam limbah organik seperti sampah biomassa, kotoran manusia dan
kotoran hewan dapat dimanfaatkan menjadi energi melalui proses aerobik digestion
(Agung, 2008).
Biomassa adalah suatu limbah padat yang biasa dimanfaatkan sebagai sumber
bahan bakar. Energi biomassa dapat menjadi sumber energi alternatif pengganti
bahan bakar fosil karena tidak mengandung unsur sulfur hingga tidak menyebabkan
polusi udara dan dapat meningkatkan efisiensi pemanfaatan sumber daya hutan dan
pertanian (Syafi’I, 2003).
Biomassa yang berasal dari limbah hasil pertanian dan kehutanan merupakan
bahan yang tidak berguna. Salah satu ciri sektor pertanian adalah menghasilkan sisa
http://nalinsumarlin.blogspot.com
hasil panen atau sisa pemrosesan dalam jumlah sangat besar yang tidak mempunyai
nilai ekonomi. Jumlah sisa pemrosesan yang sangat besar ini akan menjadi masalah
jika tidak terserap, sehingga pada akhirnya hanya akan menjadi limbah yang tidak
berguna.
Sabut kelapa merupakan salah satu limbah bagian tanaman yang belum banyak
dimanfaatkan. Dengan demikian, limbah sabut kelapa akan terus meningkat
jumlahnya. Cara yang paling mudah dan bisa dilakukan petani untuk menangani
limbah tersebut adalah dengan membakarnya. Tentu saja ini akan menjadi masalah
baru bagi lingkungan, terutama karena pembakaran itu akan menimbulkan polusi
yang hebat dan juga membahayakan lingkungan. Sehingga salah satu solusi untuk
menanggapi permasalahan tersebut di masyarakat yaitu dengan melakukan suatu
proses karbonisasi dari limbah sabut kelapa sehingga bisa dijadikan sebagai salah
satu alternatif bahan bakar rumah tangga yang sangat produktif.
B. Batasan Masalah
Pada dasarnya, cakupan masalah dalam penelitian ini cukup luas, namun
penelitian ini hanya dibatasi pada proses produksi karbon dari bahan sabut kelapa
dengan menggunakan kaleng silinder dengan lubang yang dikonstankan.
http://nalinsumarlin.blogspot.com
C. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang diatas, maka dapat dirumuskan permasalahan yang
akan diteliti pada penelitian ini yaitu bagaimana pengaruh jumlah partikel sabut
kelapa terhadap proses karbonisasi manual dengan menggunakan kaleng silinder ?
D. Tujuan Penelitian
Berkaitan dengan rumusan masalah di atas, maka tujuan penelitian ini adalah
untuk mengetahui seberapa besar pengaruh ukuran partikel terhadap proses
karbonisasi yang menggunakan bahan dari sabut kelapa.
E. Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dalam penelitian ini adalah :
1) Memperkenalkan proses pembuatan karbon dari bahan sabut kelapa.
2) Memberi solusi bagi masyarakat terhadap melimpahnya limbah sabut kelapa
dan mengurangi polusi terhadap melimpahnya limbah sabut kelapa secara
lansung.
http://nalinsumarlin.blogspot.com
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
A. Sabut kelapa
Sabut kelapa merupakan bagian yang cukup besar dari buah kelapa, yaitu 35 % dari
berat keseluruhan buah. Sabut kelapa terdiri dari serat dan gabus yang
menghubungkan satu serat dengan serat lainnya. Serat adalah bagian yang berharga
dari sabut. Setiap butir kelapa mengandung serat 525 gram (75 % dari sabut), dan
gabus 175 gram (25 % dari sabut). (http://www.e-smartschool.com/).
Sabut kelapa merupakan bagian terluar buah kelapa yang membungkus tempurung
kelapa. Ketebalan sabut kelapa berkisar 5-6 cm yang terdiri atas lapisan terluar
(exocarpium) dan lapisan dalam (endocarpium). Endocarpium mengandung serat-
serat halus yang dapat digunakan sebagai bahan pembuat tali, karung, pulp, karpet,
sikat, keset, isolator panas dan suara, filter, bahan pengisi jok kursi/mobil dan papan
hardboard. Satu butir buah kelapa menghasilkan 0,4 kg sabut yang mengandung 30%
serat. Komposisi kimia sabut kelapa terdiri atas selulosa, lignin, pyroligneous acid,
gas, arang, ter, tannin, dan potasium (Rindengan et al., 1995)
B. Bioarang
Bioarang merupakan arang (salah satu jenis bahan bakar) yang dibuat dari
aneka macam bahan hayati atau biomassa, misalnya kayu, ranting, daun-daunan,
http://nalinsumarlin.blogspot.com
rumput, jerami, kertas, ataupun limbah pertanian lainnya yang dapat dikarbonasi.
Bioarang ini dapat digunakan melalui proses pengolahan, salah satunya menjadi
briket bioarang (Brades dan Tobing, 2008) dalam (Ndraha, 2009).
Kualitas dari bioarang ini tidak kalah dengan batu bara atau bahan bakar jenis
arang lainnya. Briquetting terhadap suatu material merupakan cara mendapatkan
bentuk dan ukuran yang dikehendaki agar dipergunakan untuk keperluan tertentu
(Josep dan Hislop, 1981). Kualitas briket bioarang ditentukan oleh bahan
pembuat/penyusunnya, sehingga mempengaruhi kualitas nilai kalor, kadar air, kadar
abu, kadar bahan menguap, dan kadar karbon terikat pada briket tersebut (Hartoyo,
1983) dalam (Ndraha, 2009).
Menurut Mujiono (2009) bahwa syarat-syarat briket yang baik yaitu :
1) Mudah dinyalakan dan tidak mengeluarkan asap yang berlebihan.
2) Gas hasil pembakaran tidak mengandung gas beracun yang berlebihan.
3) Secara fisik briket harus kuat atau tidak mudah pecah jika ditransportasikan.
4) Kedap air tidak berjamur atau degradasi jika disimpan dalam waktu yang
relative cukup lama.
5) Memiliki kandungan abu yang rendah
6) Menunjukan unjuk kerja pembakaran (lamanya, laju dan suhu puncak
pembakaran) yang baik dalam tungku pembakaran khusus.
7) Harga briket dapat bersaing dengan bahan bakar yang lainnya.
Sifat fisis dan kimia briket arang Jepang, Amerika, Inggris, dan Indonesia
dapat dilihat pada tabel berikut :
http://nalinsumarlin.blogspot.com
Tabel 2. Sifat fisis dan kimia briket arang Jepang, Amerika, Inggris, dan Indonesia (Mujiono, 2009). Sifat Jepang Amerika Inggris Indonesia Kadar air(%) 6-8 6.2 3.6 7.57 Kadar abu(%) 3-6 8.3 5.9 5.51 Kadar zat menguap (%) 15-30 19-28 16.4 16.14 Kadar karbon terikat (%) 60-80 60 75.3 78.35 Kerapatan(g/cm3) 1.0-1.2 1 0,48 0.4407 Keteguhan tekanan (kg/cm2) 60-65 62 12.7 - Nilai kalor (kal/g 6000-7000 6230 7289 6914.11
Sumber : badan penelitian dan pengembangan hutan 199
C. Pengarangan (karbonasi)
Karbon adalah suatu bahan padat yang berpori dan merupakan hasil
pembakaran tidak sempurna. Sebagian besar pori-pori masih tertutup oleh
hidrokarbon dan senyawa organik lainnya. Dalam istilah kimia, karbon adalah
karbon aktif yang mengandung 5 - 15% abu dan sisanya adalah karbon. Selain unsur
karbon yang tinggi, karbon juga mengandung unsur-unsur lain yang terikat secara
kimia seperti nitrogen, hidrogen, belerang, oksigen dan abu mineral organik yang
berasal dari bahan mentahnya. Karbon yang berbentuk amorf dicirikan dengan
porositas yang tinggi dan luas permukaan yang spesifik antara 300 - 2000 m2/g
(Suarya, 1999).
Menurut Jankowska (1991) karbonasi merupakan peristiwa pirolisis untuk
mengubah bahan dasar menjadi karbon. Dengan pirolisis, hampir semua unsur bukan
karbon lepas ke dalam bentuk gas, sedangkan karbon-karbon membentuk susunan
semacam kristal yang disebut sebagai kristalit grafitik.
http://nalinsumarlin.blogspot.com
Menurut Manocha Satish (2003), proses karbonisasi adalah proses perlakuan
panas pada kondisi oksigen yang sangat terbatas (pirolisis) terhadap bahan dasar
(bahan organik). Proses pemanasan tersebut menyebabkan terlepasnya komponen
yang mudah menguap dan karbon mulai membentuk struktur pori-pori. Dengan
demikian bahan dasar tersebut telah mimiliki luas permukaan tetapi penyerapannya
masih relatif kecil karena masih terdapat residu tar dan senyawa lain yang menutupi
pori-pori. Bahan dasar hasil karbonisasi adalah karbon atau arang. Proses karbonasi
dilakukan pada temperatur 400-500 oC sehingga material yang mudah menguap yang
terkandung pada bahan dasar akan hilang. Proses karbonisasi merupakan proses
pembakaran sempurna dari bahan-bahan organik dengan jumlah oksigen yang sangat
terbatas, yang menghasilkan arang serta menyebabkan penguraian senyawa organik
yang menyusun struktur bahan pembentuk uap air, methanol dan hidrokarbon. Proses
pengarangan dapat dibagi menjadi empat tahap yaitu penguapan air, penguraian
selulosa, penguraian senyawa lignin dan pembentukan gas hidrogen.
D. Pembuatan serbuk dan penyaringan
Menurut Ndraha (2009), arang yang hendak dicetak harus dihancurkan dahulu
dalam sebuah hammer mill. Kemudian arang tersebut diayak untuk mendapatkan
ukuran partikel arang yang seragam.
E. Analisis Kualitas Karbon
a. Kadar Air
Kandungan air merupakan salah satu komponen dari bahan bakar padat. Kadar
air bahan bakar padat ialah perbandingan berat air yang terkandung dalam bahan
http://nalinsumarlin.blogspot.com
bakar padat dengan berat kering bahan bakar padat tersebut. Kandungan air dalam
bahan bakar padat terdiri dari air internal/air higroskopis dan air eksternal/air
mekanikal. Kandungan air akan berpengaruh negatif terhadap nilai kalor dan
karakteristik pembakaran bahan bakar padat (Haygreen dkk., 1989) dalam Husada
(2009).
Hermawan (2007) dalam penelitiannya menemukan bahwa penambahan gel
amilum di dalam karbon yang terlalu banyak akan menyebabkan pori terlalu besar.
Besarnya pori pada ini memudahkan air yang terkandung untuk keluar, sehingga
dengan semakin besarnya komposisi gel amilum dalam briket akan menyebabkan
semakin banyak air keluar melalui pori. Namun di sisi lain, jumlah air tertambahkan
yang terikat di dalam struktur briket dipengaruhi pula oleh besarnya komposisi gel
amilum terhadap karbon yang dihasilkan. Semakin banyak komposisi gel amilum
mengakibatkan semakin banyak pula air yang turut terikat di dalam struktur dalam
karbon tersebut. Kedua hal yang kontradiktif tersebut menyebabkan proses
pengeringan alami berlangsung paling baik pada perbandingan optimum.
b. Kadar Abu
Semua produk karbonisasi mempunyai kandungan zat anorganik yang dapat
ditentukan jumlahnya sebagai berat yang ditinggal apabila briket yang dibakar secara
sempurna. Zat yang tertinggal disebut abu. Kandungan abu merupakan ukuran
kandungan material dan berbagai material anorganik didalam benda uji. Menurut
Earl (1974) dalam Husada (2008), abu adalah bahan yang tersisa misalnya pada
kayu, apabila kayu dipanaskan hingga berat konstan. Kadar abu ini sebanding dengan
http://nalinsumarlin.blogspot.com
kandungan bahan anorganik di dalam kayu. Salah satu unsur utama yang terkandung
dalam abu adalah silika dan pengaruhnya kurang baik terhadap nilai kalor yang
dihasilkan. Abu terdiri dari bahan mineral seperti lempung, silika, kalsium, serta
magnesium oksida dan lain – lain.
c. Nilai Kalor
Besarnya satuan kalor yang dilepaskan oleh pembakaran sempurna dari satu
satuan massa atau dari volume bahan bakar tertentu didefinisikan sebagai nilai kalor
bakar dari bahan bakar tersebut. Untuk bahan bakar padat seperti batubara, nilai
kalor bakarnya dapat diukur dengan menggunakan kalorimeter bomb (Kulshrestha,
1989). Kalorimeter bomb adalah suatu alat yang digunakan untuk menentukan panas
yang dibebaskan oleh suatu bahan bakar dan oksigen pada volume tetap. Alat
tersebut ditemukan oleh Prof. S. W. Parr pada tahun 1912, oleh sebab itu alat
tersebut sering disebut ”Parr Oxygen Bomb Calorimeter” (Husada, 2008). Nilai
kalor bakar atas suatu bahan bakar didapatkan dengan menggunakan kalorimeter
bomb, dimana hasil pembakaran didinginkan kembali sampai suhu awal, sehingga
uap air yang dihasilkan dalam pembakaran bahan bakar akan terkondensasi dan
panas laten uap air akan terbebas, dengan demikian nilai kalor bakar total
mengandung panas laten dari uap air (Kulshrestha, 1989). Nilai kalor bahan bakar
adalah jumlah panas yang dihasilkan atau ditimbulkan oleh suatu gram bahan bakar
dengan meningkatkan temperatur 1 gr air dari 3,5oC – 4,5 oC, dengan satuan kalori
(Koesoemadinata, 1980). Dengan kata lain nilai kalor adalah besarnya panas yang
diperoleh dari pembakaran suatu jumlah tertentu bahan bakar di dalam zat asam.
Makin tinggi berat jenis bahan bakar, makin tinggi nilai kalor yang diperolehnya.
http://nalinsumarlin.blogspot.com
Syachri (1983) menyatakan bahwa yang sangat mempengaruhi nilai kalor kayu
adalah zat karbon, lignin dan zat resin, sedangkan kandungan selulosa kayu tidak
begitu berpengaruh terhadap nilai kalor kayu.
F. Karakteristik Pembakaran Sabut Kelapa
Tahapan dalam pembakaran bahan bakar padat adalah sebagai berikut :
1) Pengeringan
Tahapan awal yang terjadi adalah pengeringan, dimana ketika sebuah partikel
dipanaskan dengan dikenai temperatur tinggi atau radiasi api, air dalam bentuk
moisture di permukaan bahan bakar akan menguap, sedangkan yang berada di dalam
akan mengalir keluar melalui pori-pori partikel dan menguap. Moisture dalam bahan
bakar padat terdapat dalam dua bentuk, yaitu sebagai air bebas (free water) yang
mengisi rongga pori-pori di dalam bahan bakar dan sebagai air terikat (bound water)
yang terserap di permukaan ruang dalam struktur bahan bakar (Borman dan Ragland,
1998). Waktu pengeringan adalah waktu yang diperlukan untuk memanaskan
partikel sampai ke titik penguapan dan melepaskan air tersebut. Kesetimbangan
energi pada partikel kecil menyatakan bahwa laju perubahan energi dalam partikel
sama dengan laju kalor untuk menguapkan air ditambah laju perpindahan kalor ke
partikel melalui konveksi dan radiasi (Borman dan Ragland, 1998).
2. Pembakaran Arang
http://nalinsumarlin.blogspot.com
Proses pengeringan dan pirolisis menyisakan arang (fix carbon) dan sedikit
abu, kemudian partikel bahan bakar mengalami tahapan oksidasi arang yang
memerlukan 70 - 80 % dari total waktu pembakaran. Laju pembakaran arang
tergantung pada konsentrasi oksigen, temperatur gas, bilangan Reynolds, ukuran, dan
porositas arang. Arang mempunyai porositas yang tinggi. Porositas arang kayu
berkisar 0,9 (Borman dan Ragland, 1998).
Faktor-faktor yang mempengaruhi pembakaran bahan bakar padat, antara lain
(Sulistyanto, 2006) :
1) Ukuran Partikel
Partikel yang lebih kecil ukurannya akan lebih cepat terbakar.
2) Kecepatan aliran udara
Laju pembakaran biobriket akan naik dengan adanya kenaikan kecepatan aliran
udara dan kenaikan temperatur.
3) Jenis bahan bakar
Jenis bahan bakar akan menentukan karakteristik bahan bakar. Karakteristik
tersebut antara lain kandungan volatile matter dan kandungan moisture.
4) Temperatur udara pembakaran
Kenaikan temperatur udara pembakaran menyebabkan semakin pendeknya
waktu pembakaran.
http://nalinsumarlin.blogspot.com
BAB III METODE PENELITIAN
A. Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Agustus 2010 sampai selesai,
bertempat :
1.) Laboratorium Fisika Material FMIPA Universitas Haluoleo Kendari, untuk
preparasi sampel.
2.) Untuk proses karbonisasi, dilaksanakan di rumah dengan menggunakan
tungku.
B. Jenis Penelitian
Penelitian ini merupakan penelitian dalam bidang material yang berjudul
“Pengaruh Ukuran Partikel Sabut Kelapa Terhadap Proses Karbonisasi
Manual Menggunakan Kaleng Silinder Dengan Jumlah Lubang Dikonstankan”
menggunakan metode Eksperimen.
http://nalinsumarlin.blogspot.com
C. Bahan Penelitian
Bahan yang di gunakan dalam Penelitian ini di sajikan dalam tabel berikut :
Tabel 1. Bahan Penelitian
No Bahan Fungsi
1 Sabut kelapa Sebagai bahan baku pembuatan karbon
2 Arang Untuk membakar sabut kelapa
D. Alat Penelitian
Alat yang di gunakan dalam Penelitian ini di sajikan dalam tabel berikut :
Tabel 2. Alat Penelitian
No Nama Alat Spesifikasi Kegunaan
1.
Kaleng slinder
d = 14.5 cm
n = 4 lubang
t = 15.5 cm
Wadah membakar sampel
2 Paku d = 0.4 mm Melubangi permukaan slinder
http://nalinsumarlin.blogspot.com
E. Prosedur Penelitian
Proses pengolahan bahan Serbuk Sabut Kelapa adalah sebagai berikut:
1. Membagi sabut kelapa menjadi beberapa bagian shingga membentuk persegi
2. Sabut kelapa di keringkan selama dua hari.
3. Memasukkan sabut kelapa sebanyak ଵସ dari volume kaleng, ଵ
ଶ volume kaleng,
ଷସ kaleng dan 1 kaleng.
4. Memanaskan kaleng yang berisi sabut kelapa yang sebelumya telah di beri
lubang sebanyak 4 lubang.
5. Mengaktifkan stopwatch untuk mengukur lamanya pembakaran berlangsung
6. Mematikan stopwat apa bila asap putih yang terbentuk telah habis.
7. Mencatat waktu yang di butuhkan untuk menjadi karbon.
Gambar 1. proses pengkarbonan sabut kelapa
http://nalinsumarlin.blogspot.com
F. Skema Penelitian
Diagram alir Penelitian dapat dilihat dari diagram alir berikut ini.
Sabut kelapa
Di keringkan
karbonisasikan
http://nalinsumarlin.blogspot.com
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Karbon sabut kelapa
Bahan yang di gunakan adalah sabut kelapa, yang di awali dengan proses
pengeringan selama 2 hari. Dimana kita ketahui sabut kelapa terdiri dari serat 525
gram (75 % dari sabut), dan gabus 175 gram (25 % dari sabut).
Gambar 2. karbon sabut kelapa
Di dalam proses pengkarbonan terlebih dahulu kami menyiapkan tungku
untuk pembakaran sabut kelapa, kemudian sabut kelapa itu kami simpan dalam
sebuah kaleng slinder yang telah di beri lubang konstan (4 buah lubang) sebelunya
dan di lakukan pengamatan terhadap sabut kelapa yang hendak di bentuk menjadi
sebuah arang murni, dengan melakukan percobaan yang sama sebanyak empat kali
tetapi dengan memfariasikan volume sabut kelapa pada kaleng tersebut, ada pun
bentuk dari fariasi volume sabut kelapa dalam kaleng tersebut dapat di tunjukan pada
data di bawah:
http://nalinsumarlin.blogspot.com
Table 3. laju pengkarbonan terhadap volume sabut kelapa dalam kaleng silinder
Gfarfik laju pembakaran arang
Dari garafik terlihat bahwa laju pembakaran itu bergantung pada volume sabut
kelapa yang digunakan dimana jika jumlah volumenya sedikit maka proses
pengkarbonan juga semakin cepat, hal ini tidak bertentangan dengan hukum hukum
termo dinamika. Dimana nampak bahwa jika kita memfariasikan jumlah sabut
0,25; 10,38
0,5; 17,44
0,75; 29,12
1; 37,09
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Series1
Volume
(dari ukuran kaleng)
Waktu (menit)
1/4 10.38
1/2 17.44
3/2 29.12
1 37.09
http://nalinsumarlin.blogspot.com
kelapa pada kaleng slinder memberikan pengaruh pada tekanan panas yang
dihaslikan oleh bana bakar untuk pembuatan arang pada proses karbonisasi ini.
http://nalinsumarlin.blogspot.com
BAB V
PENUTUP
Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat ditarik berdasarkan penelitian ini yaitu bahwa semakin
banyak ukuran partikel yang digunakan dalam proses karbonisasi, maka akan
semakin tinggi waktu yang dibutuhkan. Hal ini disebabkan karena semakin padatnya
ukuran partikel dalam kaleng silinder yang digunakan.
Saran
Metode produksi karbon dari bahan sabut kelapa menggunakan cara manual sangat
banyak kekurangannya, namun perlu di kaji lebih dalam karena potensi untuk
dijadikan salah satu bahan bakar sangatlah baik.
http://nalinsumarlin.blogspot.com
DAFTAR PUSTAKA
(http://www.e-smartschool.com/
Jankwoska,H., Swiatkowki, A., dan Choma.J., 1991. Activated Carbon. Ellis Horwood Limited. England.
Manocha, Satish. M, 2003, Porous Carbons, Sadhana volume 28 part 1&2 pp
335-348, India. Ndraha, N., 2009, Uji Komposisi Bahan Pembuat Briket Bioarang Tempurung
Kelapa Dan Serbuk Kayu Terhadap Mutu Yang Dihasilkan, Skripsi, Universits Sumatera Utara, Medan.
Rindengan et al., 1995
Syafi’i, W., 2003. Hutzn Sumber Energi Masa Depan. Harian Kompas 15 April 2003.
Recommended