Karakteristik Pembakaran Briket Kokas Lokal dengan Variasi Waktu Karbonasi 90 Menit, 120 Menit dan 135 Menit

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR Karakteristik Pembakaran Briket Kokas Lokal dengan Variasi Waktu Karbonasi 90 Menit, 120 Menit dan 135 Menit Tugas Akhir ini Disusun Guna Memenuhi Sebagian Syarat Memperoleh Derajat Sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Disusun : AGUS YUDI ANTORO NIM : D NIRM : JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA Juli 2009

2 PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul : Karakteristik Pembakaran Briket Kokas Lokal dengan Variasi Waktu Karbonasi 90 Menit, 120 Menit dan 135 Menit yang dibuat untuk memenuhi sebagian syarat memperoleh derajat sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan/atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Muhammadiyah Surakarta atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya saya cantumkan sebagaimana mestinya. Surakarta, 1 Juli 2009 Yang menyatakan, Agus Yudi Antoro ii

3 HALAMAN PERSETUJUAN Tugas Akhir berjudul Karakteristik Pembakaran Briket Kokas Lokal dengan Variasi Waktu Karbonasi 90 Menit, 120 Menit dan 135 Menit, telah disetujui oleh Pembimbing dan diterima untuk memenuhi sebagian persyaratan memperoleh derajat sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Dipersiapkan oleh : Nama : AGUS YUDI ANTORO NIM : D Disetujui pada Hari : Tanggal : Pembimbing Utama Pembimbing Pendamping Ir. Subroto, MT Ir. Sartono Putro, MT iii

4 HALAMAN PENGESAHAN Tugas Akhir berjudul Karakteristik Pembakaran Briket Kokas Lokal dengan Variasi Waktu Karbonasi 90 Menit, 120 Menit dan 135 Menit, telah dipertahankan di hadapan Tim Penguji dan telah dinyatakan sah untuk memenuhi sebagian syarat memperoleh derajat sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Dipersiapkan oleh : Nama : AGUS YUDI ANTORO NIM : D Disetujui pada Hari : Tanggal : Tim Penguji : Ketua : Ir. Subroto, MT ( ) Anggota 1 : Ir. Sartono Putro, MT ( ) Anggota 2 : Ir. Tri Tjahjono, MT ( ) Dekan, Ketua Jurusan, Ir. H. Sri Widodo, MT Marwan Effendy,ST, MT iv

5 LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR v

6 MOTTO Sesungguhnya Allah tidak mengubah keadaan suatu kaum, sehingga mereka mengubah keadaan yang ada pada diri mereka sendiri (Q. S. Ar Raa d : 11) Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan, maka apabila kamu telah selesai (dari suatu urusan) kerjakanlah dengan sungguh-sungguh (urut) yang lain dan hanya kepada Tuhanlah hendaknya kamu berharap (Q. S. Alam Nasyrah : 6-8) Kegagalan adalah sukses yang tertunda, terus berkarya untuk menjadi yang lebih baik dari hari kemarin vi

7 ABSTRAKSI Salah satu urutan proses pembuatan briket kokas batubara adalah melalui proses karbonasi untuk mengurangi zat terbangnya (volatile matter). Proses karbonasi dilakukan dengan memanaskan briket pada oven dengan suhu 275 ºC selama waktu tertentu. Tujuan penelitian ini untuk mengetahui karakteristik pembakaran briket kokas lokal dengan variasi waktu karbonasi 90 menit, 120 menit, dan 135 menit. Bahan yang diuji pada penelitian ini adalah kokas paduan breeze coke 60% dan green coke 40%, dicampur perekat aspal 10% dari beratnya, dengan tekanan pembriketan 350 kg/cm 2. Variasi yang digunakan pada percobaan adalah waktu karbonasi yaitu, 90 menit, 120 menit, dan 135 menit. Alat uji utama yang digunakan pada penelitian adalah tungku pembakaran dengan alat termokopel dan timbangan digital untuk mengetahui perubahan suhu dan massa briket selama proses pembakaran. Dari hasil pengujian diketahui bahwa bahan kokas dengan waktu karbonasi 135 menit memiliki karakteristik pembakaran yang lebih baik dibandingkan dengan yang lainnya. Untuk kokas karbonasi 90 menit memiliki karakteristik pembakaran yang lambat (setelah 13 menit), waktu pembakaran jadi abu 76 menit dengan sisa abu 0,82 gram, dengan suhu kalori bervariasi ºC. Pada kokas karbonasi 120 menit juga memiliki karakteristik pembakaran yang lambat (setelah 10 menit), waktu pembakaran jadi abu 60 menit dengan sisa abu 1,91 gram, dengan suhu kalori bervariasi ºC. Sedangkan kokas karbonasi 135 menit memiliki karakteristik pembakaran yang cepat (sejak menit pertama), waktu pembakaran jadi abu 104 menit dengan sisa abu 0,36 gram, dengan suhu kalori bervariasi ºC. Kata kunci : briket kokas, waktu karbonasi, uji pembakaran vii

8 KATA PENGANTAR Assalamu alaikum Wr. Wb. Syukur Alhamdulillah, segala puji syukur kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat, taufik dan hidayah-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Shalawat dan salam mudah-mudahan tetap pada junjungan kita Rosulullah Muhammad SAW, keluarga serta sahabatsahabatnya. Tugas Akhir berjudul Karakteristik Pembakaran Briket Kokas Lokal dengan Variasi Waktu Karbonasi 90 Menit, 120 Menit dan 135 Menit, dapat terselesaikan atas dukungan dari beberapa pihak. Untuk itu pada kesempatan ini, penulis dengan segala ketulusan dan keikhlasan hati ingin menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada : 1. Ir H. Sri Widodo, MT., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 2. Marwan Effendy, ST, MT., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin. 3. Ir. Bibit Sugito, MT., selaku Pembimbing Akademik. 4. Ir. Subroto, MT., selaku Pembimbing Utama Tugas Akhir ini. 5. Ir. Sartono Putro, MT., selaku Pembimbing Pendamping Tugas Akhir ini. 6. Dwi Aries Himawanto, ST, MT., selaku Pembimbing lapangan selama dalam penelitian. viii

9 7. Ibu dan Bapak yang selalu memberikan dukungan moril maupun materiil, serta doanya. 8. Istriku, Mega Martha Silvana yang dengan sabar dan tulus memberikan dukungan cinta dan doa. 9. Mbak Ifa, Mas Teguh, dan Defri adikku, terima kasih atas dukungan semangat yang selalu kau berikan. 10. Teman-teman kontrakan Si Doel, Gembir, Paijo, Yudit, Didot, Ompong, dan Senthun salam jengkengan, serta teman-teman seperjuangan TA Kokas, Komeng (Mulyoto), Hanif, Dian, Jarot, semoga selalu tetap rukun, kompak dan lancar. Semoga Allah SWT membalas kebaikanmu dengan balasan yang lebih baik. Amin. Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca akan penulis terima dengan senang hati. Wassalamu alaikum Wr. Wb. Surakarta, 1 Juli 2009 Penulis ix

10 DAFTAR ISI Hal Halaman Judul... Pernyataan Keaslian Skripsi... Halaman Persetujuan... Halaman Pengesahan... Lembar Soal Tugas Akhir... Motto... Abstraksi... Kata Pengantar... Daftar Isi... Daftar Gambar... Daftar Tabel... Daftar Simbol... Daftar Lampiran... i ii iii iv v vi vii viii x xiii xv xvi xvii BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Perumusan Masalah Pembatasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Sistematika Penulisan... 4 x

11 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Kajian Pustaka Dasar Teori Batubara Faktor-faktor yang Mempengaruhi Pembakaran... Batubara Pembakaran Bahan Bakar Padat Briket Batubara Kokas Bahan perekat BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Diagram Alir Penelitian Pengumpulan dan Pengolahan Bahan Baku Persiapan Alat Kerja Penghalusan Bahan Baku Analisis Proximate Pembuatan Briket Proses Karbonasi Proses Pembakaran BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Karakteristik Dasar Bahan Baku Pengaruh Variasi Waktu terhadap Karakteristik Pem-... bakaran Pembahasan Karakteristik Pembakaran xi

12 BAB V PENUTUP 5.1. Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xii

13 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Tekanan pada permukaan benda Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian Gambar 3.2. Green Coke Gambar 3.3. Breeze Coke Gambar 3.4. Aspal Gambar 3.5. Timbangan Digital Gambar 3.6. Rangka / gawang Gambar 3.7. Cetakan Gambar 3.8. Dongkrak Hidrolik Gambar 3.9. Tungku Pembakaran Gambar Komponen Tungku Pembakaran Gambar Thermocouple Reader Gambar Mesin Penghalus (Crasher) Gambar Briket kokas hasil pengepresan Gambar 4.1. Pengurangan Massa Briket untuk Waktu Karbonasi Menit Gambar 4.2. Perubahan Temperatur Kokas Selama Proses Pem-... bakaran untuk Waktu Karbonasi 90 menit Gambar 4.3. Pengurangan Massa Briket untuk Waktu Karbonasi Menit Gambar 4.4. Perubahan Temperatur Kokas selama Proses Pem-... bakaran untuk Waktu Karbonasi 120 Menit xiii

14 Gambar 4.5. Pengurangan Massa Briket untuk Waktu Karbonasi Menit Gambar 4.6. Perubahan Temperatur Kokas Selama Proses Pem-... bakaran untuk Waktu Karbonasi 135 Menit Gambar 4.7. Perbandingan Pengurangan Massa Briket untuk Waktu Karbonasi 90 menit, 120 menit, dan 135 menit xiv

15 DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Perbandingan Sifat Batubara... 9 Tabel 2.2. Lokasi dan cadangan batubara di Indonesia... 9 Tabel 4.1. Karakteristik dasar bahan baku kokas xv

16 DAFTAR SIMBOL Q = Jumlah kalor yang dipindahkan (W) h = Koefisien perpindahan panas konveksi (W/(m 2. 0 C)) A = Luas dinding yang mengeluarkan atau menerima panas (m 2 ) Tw = Temperatur dinding ( o C) T~ = Temperatur aliran bebas ( o C) P = Tekanan (N/m 2 ) F = Gaya (N) A = Luas penampang (m 2 )? = Kerapatan (kg/m 3 ) m = Massa (kg) V = Volume (m 3 ) Abs = Penyerapan (%) BB = Berat basah (gram) BK = Berat kering (gram) C O S CO CO 2 H = Karbon = Oksigen = Sulfur = Karbonmonoksida = karbondioksida = Hidrogen xvi

17 DAFTAR TABEL Lampiran 1. Tabel Data Uji Pembakaran ( Waktu 90 Menit ) Lampiran 2. Tabel Data Uji Pembakaran ( Waktu 90 Menit - lanjutan ) Lampiran 3. Tabel Data Uji Pembakaran ( Waktu 90 Menit ) Lampiran 4. Tabel Data Uji Pembakaran ( Waktu 90 Menit - lanjutan) Lampiran 5. Tabel Data Uji Pembakaran ( Waktu 90 Menit ) Lampiran 6. Tabel Data Uji Pembakaran ( Waktu 90 Menit - lanjutan) Lampiran 7. Tabel Data Uji Pembakaran ( Waktu 90 Menit - lanjutan) xvii

18 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Sektor industri logam merupakan sektor yang cukup besar menyumbangkan pendapatan asli daerah Jawa Tengah, serta membawa keterkaitan yang cukup tinggi dengan sektor yang lain, sehingga kondisi sektor ini akan mempengaruhi kondisi sektor yang lain. Produk dari sentra industri ini beragam, mulai dari alat pertanian sampai dengan alat-alat otomotif dan industri berat. Sentra industri ini terletak di Kabupaten Klaten tepatnya di daerah Kecamatan Ceper Kabupaten Klaten. Beberapa tahun terakhir ini, kondisi sentra ini terpukul oleh beberapa permasalahan, mulai dari mahal dan langkanya bahan baku berupa besi bekas, kemudian disusul makin mahalnya bahan bakar berupa briket kokas, serta munculnya pesaing berat dari Republik Rakyat Cina, (harian kompas tanggal 26 dan 27 April 2004.) Khusus untuk masalah bahan bakar industri pengecoran, sebenarnya para pengusaha di Ceper telah cocok menggunakan briket impor yang didatangkan dari negeri Cina, namun sayangnya karena kebijakan Pemerintah Cina yang membatasi ekspor briket kokasnya, maka harga briket kokas impor makin mahal dan menyebabkan biaya produksi juga menjadi mahal. Seperti yang telah diketahui dari 350 pengusaha cor logam di Batur, 50 persen di antaranya sedang mengalami kesulitan, bahkan 20 persen 1

19 lainnya sekarat. Hal ini diungkapkan oleh manajer Koperasi Batur Jaya (KBJ) Affan Susanto. Menurut Affan, jika disurvei dengan teliti, hanya tinggal sekitar 30 persen pengusaha industri cor logam ceper yang mampu bertahan. "Itu pun sulit sekali," kata Affan. Terpuruknya industri cor logam Ceper tersebut, dipicu tingginya harga bahan bakar impor berupa kokas yang diikuti tingginya bahan baku cor berupa skrap. Sejak Agustus lalu harga kedua bahan tersebut melambung tidak terkendali. Harga skrap yang tadinya hanya per kilogram naik menjadi Rp hingga Rp per kilogram. Sedangkan kokas impor dari Cina yang semula dari Rp per kilogram, naik menjadi Rp per kilogram, bahkan pernah melambung hingga Rp per kilogram. Untuk menyiasati hal tersebut, maka beberapa pengusaha lokal di Ceper telah berusaha membuat briket kokas lokal, namun briket kokas lokal masih mempunyai kekurangan antara lain, karakteristik pembakaran yang belum bagus serta kekuatan mekanik yang rendah sehingga pada saat briket dibakar akan cepat hancur dan ini akan mempengaruhi mutu coran. Adanya kekurangan tersebut dipengaruhi oleh temperatur dan lama proses karbonasi serta beban penekanan yang selama ini digunakan terkait dengan sifat kokas batubara yang digunakan, dan selama ini para pengrajin belum memperhatikan hal tersebut. Berangkat dari hal tersebut, maka muncul beberapa pemikiran untuk melakukan sebuah penelitian mengenai pengaruh waktu karbonasi terhadap sifat pembakaran briket kokas lokal. 2

20 1.2. Perumusan Masalah Perumusan masalah yang mendasari penelitian ini adalah Bagaimanakah karakteristik pembakaran briket kokas lokal dengan karbonasi 275 C pada variasi waktu 90, 120, 135 menit ditinjau dari kemudahan terbakar, lama pembakaran, laju pembakaran, perubahan temperatur yang dihasilkan, dan sisa abu pembakaran? 1.3. Pembatasan Masalah Dalam penelitian ini terdapat batasan-batasan masalah antara lain : 1. Bahan dasar yang digunakan adalah kokas jenis breeze coke dan green coke. 2. Bahan dasar kokas adalah dari CV Multi Guna Ceper. 3. Dalam penelitian ini pengujian yang dilakukan hanya untuk menganalisa karakteristik pembakaran briket. 4. Briket dipres manual dengan dongkrak hidrolik dengan tekanan maksimal pada pembacaan pressure gauge 350 kg/cm Suhu ruang tungku karbonasi yang digunakan adalah 275 o C, dengan variasi waktu yang digunakan adalah 90 menit, 120 menit, 135 menit. 6. Untuk uji pembakaran digunakan briket berdiameter 2,8 cm, tinggi 1,5 cm dan berat 5 gram, dengan suhu 500 o C. 7. Komposisi bahan yang digunakan adalah 60% breeze coke : 40% green coke, kemudian dicampur dengan perekat aspal cair sebanyak 10% dari beratnya. 3

21 1.4. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian yang dilakukan ini adalah untuk mengetahui karakteristik pembakaran briket kokas terhadap variasi waktu karbonasi, yang ditinjau dari : 1. Waktu dan laju pembakaran briket atau pengurangan massa briket tiap menit. 2. Temperatur selama pembakaran briket kokas untuk waktu karbonasi 90, 120, dan 135 menit Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini yaitu terciptanya sebuah briket yang tersusun dari campuran breeze coke dan green coke yang diharapkan dapat menjadi bahan bakar untuk kebutuhan pengecoran logam di Indonesia yang saat ini briket lokal memiliki karakteristik yang kurang berkualitas dibanding produk impor Sistematika Penulisan Tugas Akhir ini disusun dengan sistematika penulisan yang terdiri dari 5 bab dengan perincian sebagai berikut : BAB I PENDAHULUAN Meliputi latar belakang, perumusan masalah, pembatasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan. BAB II TINJAUAN PUSTAKA Berisi kesimpulan dari beberapa hasil penelitian yang telah dilakukan sebelumnya, dan dasar teori yang berhubungan dengan 4

22 batubara, briket, green coke, breeze coke, aspal, tekanan dan kerapatan (density). BAB III METODOLOGI PENELITIAN Meliputi diagram alir penelitian, pengumpulan dan pengolahan bahan baku, persiapan alat kerja, penghalusan bahan baku, analisis proximate dan ultimate bahan baku, pembuatan briket, pengujian karakteristik pembakaran, BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Meliputi hasil uji proximate dan analisisnya, hasil uji karakteristik pembakaran, dan pembahasan mengenai karakteristik uji pembakaran dari briket dengan variasi waktu karbonasi. BAB V PENUTUP Meliputi kesimpulan dan saran. 5