PENGARUH TEKANAN PEMBRIKETAN DAN HOLDING TIME TERHADAP KARAKTERISTIK RELAKSASI BRIKET BIOMASA

Transkripsi

1 94 PENGARUH TEKANAN PEMBRIKETAN DAN HOLDING TIME TERHADAP KARAKTERISTIK RELAKSASI BRIKET BIOMASA Tri Isano 1, Wibawa Endra J 1 1 Saf Pengajar - Jurusan Teknik Mesin - Fakulas Teknik UNS Keywords : Sawdus Biomass Briquee Briqueing Pressure Holding Time Relaxaion Absrac : This research was conduced o know he effec of briqueing pressure and holding ime on relaxaion characerisic of biomass briquee. Relaxaion characerisic from briquee evaluaed was he percenage of elongaion in lengh and he percenage increase in volume. Biomass used was Kalimanan s wood sawdus. Briquee was conduced by using a hydraulic machine press and briquee die is in form of cylinder wih he inner diameer of 3 cm. Binder used was 10 % molasses and paricle size of biomass sawdus 50 mesh. The variaion of briqueing pressure used was 200 kg/cm 2, 400 kg/cm 2, 600 kg/cm 2, 800 kg/cm 2, and 1000 kg/cm 2, whereas variaion of holding ime used was 5 s, 10 s, 20 s, 40 s, and 60 s. The esing of relaxaion characerisic used he direc mehod based on sandard of ASAE S269.2 DEC 96. From resul of relaxaion esing was founded ha increased briqueing pressure and exended of holding ime could decrease elongaion and relaxed volume of briquee biomass. PENDAHULUAN Penggunaan biomasa sebagai sumber energi alernaif yang dapa diperbaharui elah menjadi perhaian dunia saa ini, karena sifanya yang ramah lingkungan dan idak mahal. Beberapa keunungan menggunakan energi biomasa anara lain; sumber energi ini dapa dimanfaakan secara lesari karena sifanya yang renewable resources, sumber energi ini relaif idak mengandung sulfur sehingga idak menyebabkan polusi udara sebagaimana yang biasa erjadi pada bahan bakar fosil, dan pemanfaaan energi biomasa juga dapa meningkakan efisiensi pemanfaaan sumber daya huan. Di beberapa negara berkembang energi dari biomasa menjadi sumber energi uama, meskipun kebanyakan masih berbenuk radisional. Di Indonesia ada iga macam indusri kayu yang secara dominan mengkonsumsi kayu dalam jumlah relaif besar, yaiu: indusri penggergajian, vinir/kayu lapis, dan pulp/keras. Sebagian limbah biomasa dari indusri ersebu elah dimanfaakan kembali dalam proses pengolahannya sebagai bahan bakar guna melengkapi kebuuhan energi indusri kayu lapis dan keras. Sebagian lagi menimbulkan masalah lingkungan, dimana limbah penggergajian hanya diumpuk, sebagian dibuang ke aliran sungai (pencemaran air), aau dibakar secara langsung (menambah emisi karbon ke amosfir). Produksi oal kayu gergajian Indonesia mencapai 2,6 jua m 3 per ahun [Foresry Saisics of Indonesia 1997/1998]. Dengan asumsi bahwa jumlah limbah yang erbenuk 54,24 % dari produksi oal, maka dihasilkan limbah penggergajian sebanyak 1,4 jua m 3 per ahun; angka ini cukup besar karena mencapai sekiar separuh dari produksi kayu gergajian. Unuk serbuk gergajian dapa mencapai 15 % dari produksi oal kayu gergajian (Gusan Pari, 2002). Unuk memanfaakan energi pada biomasa khususnya serbuk gergajian kayu, eknologi pembakaran dalam benuk serbuk (pulverized combusion) banyak menemukan masalah dalam hal penanganan bahan bakarnya. Karena densias serbuk gergajian yang rendah, sehingga memerlukan invesasi lebih unuk ransporasi, enaga kerja, dan empa penyimpanannya. Unuk mengaasi masalah diaas, salah sau cara adalah dengan proses densifikasi aau pembrikean. Proses ini unuk memudahkan penyimpanan, mengurangi biaya ransporasi, dan menaikkan nilai kalor volumerik dari serbuk gergajian ersebu. Parameer - parameer yang menenukan dalam pembuaan brike biomasa anara lain adalah; ekanan pembrikean (briqueing pressure), waku penahanan ekanan pembrikean (holding ime), ukuran buir serbuk, jenis bahan pengika (binder), emperaur pembrikean, dan kandungan air (moisure conen) (Chin Chin,O., 2000). Saa ini pembrikean biomasa juga masih menjumpai beberapa kendala anara lain ; mudah rusak, pecah, dan melar (mengalami relaksasi) dalam proses penyimpanan maupun saa proses ransporasi. Dalam peneliian ini mencari karakerisik relaksasi brike biomasa. Pengeahuan enang karakerisik relaksasi ersebu diharapkan dapa dijadikan dasar unuk melakukan opimasi dalam produksi brike biomasa. TINJAUAN PUSTAKA Wakumonya dan Jenkins (1994) melakukan peneliian pada brike biomasa campuran gergajian kayu dan jerami gandum. Pada peneliian ini riis_meuns2000@yahoo.com

2 95 divariasikan campuran anara gergajian kayu dan jerami gandum yaiu 1:1 dan 3:1 unuk mengeahui sifa relaksasi dan keahanan brike. Hasil peneliian menyaakan perambahan panjang lebih inggi erjadi pada campuran 1:1. Chin dan Siddiqui (2000), melakukan peneliian pada berbagai jenis biomasa yaiu kuli kacang, serabu kelapa, sekam padi. Brike biomasa diuji unuk mengeahui sifa relaksasi, kekuaan mekanik, dan karakerisik pembakarannya. Pada pengujian ini digunakan variasi ekanan pembrikean 0,5-7 MPa. Hasil peneliian adalah diemukan relaksasi maksimum erjadi pada 10 meni perama seelah brike keluar dari ceakan dan relaksasi semakin mengecil pada ekanan inggi. Wilaipon, P. (2002) melakukan peneliian enang pengaruh ekanan medium pada brike ongkol jagung. Ceakan yang digunakan berupa silinder dengan diameer dalam 38 mm dan inggi 100 mm. Diekan dengan mesin press hidrolik yang dilengkapi dengan pressure conrol. Bahan yang digunakan sebanyak 100 gram dengan komposisi 73 % ongkol jagung dan 23% molases yang berfungsi sebagai pengika. Baas aas ekanan pembrikean adalah 15 MPa dan ekanan yang digunakan 7 MPa, 10 MPa, dan 13 MPa. Wilaipon menyaakan bahwa panjang relaksasi maksimum dan peningkaan volume akan diemukan 15 meni perama seelah brike keluar dari ceakan dan seelah 96 jam dibiarkan erbuka pada ekanan amosfir di laboraorium, panjang relaksasi brike kurang dari 18 % dan peningkaan volume brike kurang dari 28 %. Ndiema (2002) melakukan peneliian unuk mencari pengaruh ekanan pembrikean pada karakerisik brike khususnya sifa relaksasi brike. Dimana sifa relaksasi brike dicari lewa perambahan panjang dan jumlah rongga udara erjebak dari brike. Pengambilan daa dilakukan di laboraorium dengan kelembaban udara relaif sebesar 50-60%, panjang brike diukur seelah 10 deik dan 24 jam seelah brike dikeluarkan dari ceakan. Hasil dari peneliian dapa disimpulkan bahwa perambahan panjang minimum (relaksasi erkecil) erjadi pada pembrikean ekanan 80 MPa, hal ini dikarenakan jumlah rongga udara erjebak minimum pada ekanan 80 MPa. METODOLOGI PENELITIAN Karakerisik relaksasi brike biomasa dielii dengan bahan biomasa dari limbah gergajian kayu Kalimanan jenis Merani, dimana sifa bahan bakar diuji kadar air, kadar abu, kadar fixed carbon, kadar volaile, nilai kalor (heaing value) dengan analisis proximae (ASTM D3172). Hasilnya dapa diliha pada Tabel 1. Tabel 1. Properi bahan uji. Properi Kayu Kalimanan Kadar Air (%) 13,12 Volaile maer (%) 68,316 Fixed carbon (%) 17,264 Kandungan abu (%) 1,3 Nilai kalor (kkal/kg) 4230,572 Kandungan lignin (%) 37,865 Limbah gergajian kayu ersebu diuji ayak sandar ASTM sebesar 50 mesh unuk mengonrol ukuran parikel, kemudian bahan dengan massa 35 gram dibua brike berbenuk silinder berdiameer 3 cm, dengan menggunakan bahan pengika (binder) berupa ees ebu (molases) sebesar 10%. Pembrikean dilakukan dengan variasi ekanan pembrikean sebesar 200, 400, 600, 800, dan 1000 kg/cm 2 dan variasi holding ime sebesar 5, 10, 20, 40, dan 60 deik. Pengujian sifa relaksasi mengadopsi pengujian menuru sandar ASAE S269.2 DEC 96 yakni menggunakan meode pengukuran langsung dengan ala jangka sorong (caliper digial). Prosedur pengujiannya yaiu; brike yang baru dihasilkan kemudian diukur dimensinya melipui panjang awal (L 0 ) dan diameer awal (D 0 ) unuk menghiung volume awal (V 0 ) kemudian disimpan. Dilakukan pengukuran kembali pada dimensi brike (L dan D ) dengan variasi waku penyimpanan sebesar 1 meni, 10 meni, 30 meni, 1 jam, 2 jam, 1 hari, dan 1 minggu unuk seiap variasi ekanan pembrikean dan holding ime. Analisa daa unuk mendapakan persenase perambahan panjang (% elongaion) dan persenase perambahan volume (% relaxed volume) dengan menggunakan rumus sebagai beriku : L L % L = 0 x100% (1) L0 dimana : % L = perambahan panjang. L = panjang brike seelah keluar ceakan pada meni (mm) L = panjang brike mula mula (mm) 0 V V % V = 0 x100% (2) V0 dimana : % V = perambahan volume V = volume brike seelah keluar ceakan pada meni (mm 3 ) V = volume brike mula mula (mm 3 ) 0

3 96 HASIL DAN PEMBAHASAN a. Pengaruh Tekanan Pembrikean erhadap Sifa Relaksasi Gambar 1 merupakan hasil dari uji relaksasi berdasarkan variasi ekanan pembrikean pada holding ime konsan (5 deik). Pada gambar erliha benuk kurva yang hampir sama pada iap variasi, hal ini menunjukkan bahwa perambahan panjang erjadi pada iap variasi ekanan pembrikean. Pada gambar 1 dapa diliha perambahan panjang erbesar erjadi pada 600 deik seelah brike biomasa keluar dari ceakan dan selanjunya perambahan panjang semakin berkurang. Hal ini sesuai dengan peneliian Wilaipon (2002). Gambar 1. Perambahan panjang pada iap variasi ekanan pembrikean pada waku penahanan konsan. Pada gambar 1 juga erliha hubungan anara perambahan panjang dengan ekanan pembrikean. Perambahan panjang erbesar erjadi pada ekanan pembrikean 200 kg/cm 2 dan erkecil pada ekanan pembrikean 1000 kg/cm 2. Hubungan anara perambahan panjang berdasarkan variasi ekanan pembrikean adalah bahwa semakin inggi ekanan pembrikean maka perambahan panjang dari brike biomasa semakin mengecil. Hal ini erjadi karena semakin inggi ekanan pembrikean maka dapa menyebabkan ikaan anar parikel biomasa semakin kua. Semakin inggi ekanan pembrikean yang diberikan pada parikel biomasa juga mengakibakan deformasi plasik yang erjadi selama proses pembrikean semakin besar. Seperi yang umum dikeahui, pada suau maerial apabila diberi pembebanan maka akan erjadi deformasi elasis dan deformasi plasis. Deformasi elasis adalah perubahan benuk yang erjadi bila suau maerial diberi beban eapi akan kembali ke benuk semula bila beban ersebu hilang. Di lain pihak, deformasi plasis adalah perubahan benuk yang permanen meskipun bebannya dihilangkan. Oleh karena kedua hal ersebu diaas maka menyebabkan brike biomasa idak mudah mengalami relaksasi (Ndiema, C.K.W., 2002). Gambar 2. Perambahan volume pada iap variasi ekanan pembrikean pada waku penahanan konsan. Gambar 2 menunjukkan perambahan volume (% relaxed volume) pada iap variasi ekanan pembrikean pada waku penahanan konsan (5 deik). Benuk kurva pada iap - iap variasi hampir sama dengan benuk kurva pada Gambar 1 dan besar perambahan volume bila dibandingkan dengan besar perambahan panjang juga idak berbeda jauh (raa - raa perbedaan unuk iap variasi hanya 9 %). Hal ini menunjukkan bahwa perambahan panjang (arah aksial) yang erjadi pada brike lebih signifikan menyebabkan perambahan volume pada brike daripada perambahan diameer (arah radial) brike biomasa. Sehingga pengaruh ekanan pembrikean erhadap perambahan volume juga sama dengan pengaruh ekanan pembrikean erhadap perambahan panjang yaiu perambahan volume erbesar pada 600 deik seelah brike biomasa keluar ceakan. b. Pengaruh Waku Penahanan (Holding Time) erhadap Sifa Relaksasi Hubungan anara waku penahanan erhadap sifa relaksasi brike biomasa dapa diliha pada Gambar 3. Daa pada Gambar 3 diambil berdasarkan pada ekanan pembrikean konsan (1000 kg/cm 2 ). Disini dapa diliha bahwa erdapa kecenderungan waku penahanan yang semakin lama maka perambahan panjang dari brike biomasa semakin kecil. Hal ini dapa dijelaskan oleh sifa biomasa yang ermasuk sebagai maerial hidrokarbon yang memiliki sifa viskoelasis. Umumnya kelakuan melar (creep) dapa digambarkan oleh model Voig sedangkan relaksasi egangan oleh model Maxwell. Model Maxwell menjelaskan proses relaksasi egangan pada bahan yang dideformasi. Kalau bahan dengan cepa dideformasikan dan diahan, egangan idak berubah dan apabila gaya deformasi dihilangkan maka erjadi relaksasi egangan secara eksponen. Hal inilah yang erjadi pada brike biomasa sehingga pada variasi waku penahanan yang lama maka menyebabkan adanya relaksasi egangan yang semakin lama sehingga menahan perambahan panjang brike biomasa.

4 97 Gambar 3. Perambahan panjang iap variasi waku penahanan pada ekanan pembrikean konsan. Pada Gambar 3 jarak anar kurva hanya menunjukkan perbedaan yang kecil (1,13 % unuk waku penahanan 60 deik dan waku penahanan 5 deik) sehingga pengaruh waku penahanan erhadap perambahan panjang idak erlalu signifikan. Hal ini memang dapa dierima sebab waku penahanan memiliki pengaruh yang lebih besar pada ekanan pembrikean yang rendah daripada pembrikean dengan ekanan inggi (Li dan Liu, 2000). Unuk mengeahui perbedaan pengaruh dari waku penahanan erhadap sifa relaksasi pada ekanan pembrikean rendah dengan ekanan pembrikean inggi maka dapa diliha pada Gambar 4 (a) dan 4 (b) sebagai beriku: perambahan panjang pada iap variasi waku penahanan. Semakin lama waku penahanan dapa menurunkan perambahan panjang dari brike biomasa (13,87 % unuk waku penahanan 60 deik). Hal ini idak erliha pada Gambar 4 (b) yang merupakan pembrikean pada ekanan 1000 kg/cm 2, pada ekanan ini perambahan panjang brike dari 1 meni seelah keluar ceakan sampai 1 minggu seelah keluar ceakan unuk semua variasi waku penahanan bernilai hampir sama aau mendekai konsan. KESIMPULAN Dalam peneliian ini dapa diambil kesimpulan sebagai beriku: semakin inggi ekanan pembrikean maka perambahan panjang brike biomasa semakin kecil. Perubahan panjang (arah aksial) yang erjadi pada brike lebih signifikan, menyebabkan perambahan volume pada brike, daripada perambahan diameer (arah radial). Pengaruh ekanan pembrikean erhadap perambahan volume juga sama dengan pengaruh ekanan pembrikean erhadap perambahan panjang. Semakin lama waku penahanan, maka perambahan panjang brike biomasa semakin kecil. Waku penahanan memiliki pengaruh yang lebih signifikan pada ekanan pembrikean yang rendah daripada pembrikean dengan ekanan inggi. UCAPAN TERIMA KASIH Penelii mengucapkan erima kasih kepada DP3M DIKTI yang elah mendukung peneliian ini melalui Program Peneliian Dosen Muda 2008 dengan konrak NO : 017/SP2H/PP/III/2008. (a) DAFTAR PUSTAKA ASAE S269.4 Dec 96, 1998, Cubes, Pelle, Crumbles-Definiions and Mehods for Deermining Densiy, Durabiliy, and Moisure Conen, ASAE Sandards. ASTM D3172, Pracice for Proximae Analysis of Coal and Coke, ASTM Sandards. (b) Gambar 4. Perambahan panjang pada iap variasi waku penahanan (a) ekanan 200 kg/cm 2 (b) ekanan 1000 kg/cm 2. Dari kedua Gambar 4 (a) dan 4 (b) erjadi perbedaan yang signifikan dalam hal perambahan panjang dari brike biomasa pada waku 1 meni seelah keluar ceakan dan 1 minggu kemudian. Pada Gambar 4 (a) yang merupakan pembrikean pada ekanan 200 kg/cm 2 erliha adanya perbedaan Chin Chin, O., and Siddiqui, Kamal M., 2000, Characerisic of Some Biomass Briquees Prepared under Modes Die Pressures, Biomass and Bioenergy, Vol.18, pp Li, Y., Liu, H., 2000, High - Pressure Densificaion of Wood Residues o Form An Upgraded Fuel, Biomass and Bioenergy, Vol.19, pp Ndiema, C.K.W, Manga, P.N., Ruoh, C.R., 2002, Influence of Die Pressure on Relaxaion Characerisics of Briqueed Biomass, Energy Conversion and Managemen, Vol. 43, pp

5 98 Pari, Gusan, 2002, Teknologi Alernaif Pemanfaaan Limbah Indusri Pengolahan Kayu, Insiu Peranian Bogor. Wamukonya, L., Jenkins, B., 1995, Durabiliy and Relaxaion of Sawdus and Whea - Sraw Briquees as Possible Fuels for Kenya, Biomass and Bioenergy, Vol. 8, No 3, pp Wilaipon, P., 2002, The Effecs of Moderae Die Pressure on Maize Cob Briquees : A Case Sudy in Phisanulok, Thailand, Mechanical Engineering Deparemen, Engineering Faculy Naresua Universiy, Phisanulok.