OPTIMASI MUTU BRIKET ARANG CAMPURAN CANGKANG BINTARO (Cerbera odollam Gaertn) DAN TEMPURUNG KELAPA DENGAN METODE RESPON PERMUKAAN SUGIYONO

Transkripsi

1 OPTIMASI MUTU BRIKET ARANG CAMPURAN CANGKANG BINTARO (Cerbera odollam Gaertn) DAN TEMPURUNG KELAPA DENGAN METODE RESPON PERMUKAAN SUGIYONO DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2015

2

3 PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Optimasi Mutu Briket Arang Campuran Cangkang Bintaro (Cerbera odollam Gaertn) dan Tempurung Kelapa dengan Metode Respon Permukaan adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, Februari 2015 Sugiyono NIM F

4

5 ABSTRAK SUGIYONO. Optimasi Mutu Briket Arang Campuran Cangkang Bintaro (Cerbera odollam Gaertn) dan Tempurung Kelapa dengan Metode Respon Permukaan. Dibimbing oleh SAPTA RAHARJA dan GUSTAN PARI. Briket arang merupakan salah satu alternatif bahan bakar yang memiliki potensial besar untuk dikembangkan. Ketersediaan cangkang bintaro dan tempurung kelapa di lingkungan sangatlah melimpah bahkan seringkali tidak termanfaatkan dengan baik. Tujuan penelitian ini untuk menentukan kondisi optimal pembuatan briket arang campuran cangkang bintaro dan tempurung kelapa, menganalisis pengaruh antar faktor, dan menentukan harga pokok produksi briket arang. Variabel faktor yang dianalisis yaitu konsentrasi arang cangkang bintaro dalam campuran (X 1 ) 30, 40, dan 50%, suhu karbonisasi (X 2 ) 350, 400, dan C, dan konsentrasi perekat tapioka (X 3 ) 3, 4, dan 5%. Penelitian ini menggunakan Central Composite Design (CCD) dengan variabel respon yaitu kadar air, kadar zat menguap, kadar abu, dan nilai kalor. Pengujian tambahan yang dilakukan yaitu kerapatan, keteguhan tekan, dan kadar karbon terikat. Solusi optimum yang direkomendasikan oleh program Design Expert untuk keempat respon tersebut adalah konsentrasi arang cangkang bintaro 37.6%, suhu karbonisasi C, dan konsentrasi perekat tapioka 3.4% dengan nilai desirability Hasil yang diperoleh yaitu nilai kerapatan 0.55 g/cm 3, keteguhan tekan 2.28 kg/cm 2, kadar air 1.09%, kadar zat menguap 28.31%, kadar abu 5.87%, kadar karbon terikat 65.82%, dan nilai kalor 6835 kal/g. Harga pokok produksi briket arang adalah Rp per kg. Kata kunci: briket arang, cangkang bintaro, tempurung kelapa, metode respon permukaan

6 ABSTRACT SUGIYONO. Optimation of Quality Charcoal Briquette from Mixture (Cerbera odollam Gaertn) and Coconut Shells with Response Surface Method. Supervised by SAPTA RAHARJA and GUSTAN PARI. Charcoal briquette is an alternative fuel that has great potential to be developed. Availability of Cerbera odollam Gaertn and coconut shells are very abundant around and not utilized properly. The aims of the study was to determine the optimal conditions for charcoal briquette from two materials, analyse influence of factors, and determine main cost of production charcoal briquette. Variables factor that be examined are the concentration of charcoal Cerbera odollam Gaertn shells on mixture (X 1 ) 30, 40, and 50%, carbonization temperature (X 2 ) 350, 400, and C, and the concentration of starch adhesive (X 3 ) 3, 4, and 5%. The study use the Central Composite Design (CCD) with the response variable, namely moisture content, volatile matter, ash content, and calorific value. The additional tests, namely the density, compressive strenght, and fixed carbon content. Optimal solution that recommended by Design Expert program to fourth of variable response are concentration of charcoal Cerbera odollam Gaertn shells at 37.6%, carbonization temperature at C, and concentration of starch adhesive at 3.4% by desirability value. The results obtained by the density value 0.55 g/cm 3, compressive strength 2.28 kg/cm 2, moisture content 1.09%, volatile matter 28.31%, ash content 5.87%, fixed carbon content 65.82%, and calorific value 6835 cal/g. The main cost of production charcoal briquette was Rp /kg. Keywords: charcoal briquettes, Cerbera odollam Gaertn shells, coconut shells, response surface method

7 OPTIMASI MUTU BRIKET ARANG CAMPURAN CANGKANG BINTARO (Cerbera odollam Gaertn) DAN TEMPURUNG KELAPA DENGAN METODE RESPON PERMUKAAN SUGIYONO Skripsi Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian Pada Departemen Teknologi Industri Pertanian DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2015

8

9 Judul Skripsi : Optimasi Mutu Briket Arang Campuran Cangkang Bintaro (Cerbera odollam Gaertn) dan Tempurung Kelapa dengan Metode Respon Permukaan Nama : Sugiyono NIM : F Disetujui oleh Dr Ir Sapta Raharja, DEA Pembimbing I Prof (R) Dr Gustan Pari, M.Si Pembimbing II Diketahui oleh Prof Dr Ir Nastiti Siswi Indrasti Ketua Departemen Tanggal Lulus :

10 PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhannahu wa ta ala atas segala karunia-nya sehingga skripsi ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Agustus 2014 ini ialah briket arang, dengan judul Optimasi Mutu Briket Arang Campuran Cangkang Bintaro (Cerbera odollam Gaertn) dan Tempurung Kelapa dengan Metode Respon Permukaan. Terima kasih penulis ucapkan kepada Dr Ir Sapta Raharja, DEA dan Prof (R) Dr Gustan Pari, M.Si serta Alm. Prof Dr Ir Endang Gumbira Sa id, MA.Dev selaku pembimbing yang telah memberikan ilmu dan arahan selama penyusunan skripsi, Bapak Mahfudin teknisi di Laboratorium Kimia dan Energi, Pusat Penelitian dan Pengembangan Keteknikan Kehutanan dan Pengolahan Hasil Hutan Bogor atas kesediaannya dalam membantu penulis selama melaksanakan penelitian serta rekan-rekan seperjuangan Departemen Teknologi Industri Pertanian 47, Paguyuban KSE IPB, dan IKMP atas semangat dan bantuan yang diberikan selama penulis menempuh pendidikan. Di samping itu, penghargaan penulis sampaikan untuk Ayahanda Suwarno, Ibunda Sarmini, adik Suhartono, kakak Budiyono, kakak Mulyono sekeluarga, dan keluarga besar serta seluruh teman-teman di kampung halaman atas doa dan kasih sayangnya. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat. Bogor, Februari 2015 Sugiyono

11 DAFTAR ISI DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR DAFTAR LAMPIRAN PENDAHULUAN 1 Latar Belakang 1 Perumusan Masalah 2 Tujuan Penelitian 2 Manfaat Penelitian 2 Ruang Lingkup Penelitian 2 METODE 3 Bahan 3 Alat 3 Waktu dan Tempat Penelitian 3 Metode Penelitian 3 HASIL DAN PEMBAHASAN 6 Penelitian Pendahuluan 6 Rancangan Kombinasi Faktor dan Respon 8 Analisis Kombinasi Faktor dan Optimasi Respon Permukaan 9 Analisis Kombinasi Faktor Terhadap Respon Kadar Air 10 Analisis Kombinasi Faktor Terhadap Respon Kadar Zat Menguap 13 Analisis Kombinasi Faktor Terhadap Respon Kadar Abu 15 Analisis Kombinasi Faktor Terhadap Respon Nilai Kalor 18 Validasi Kondisi Optimum 21 Analisis Pengujian Kerapatan 22 Analisis Pengujian Keteguhan Tekan 23 Analisis Pengujian Kadar Karbon Terikat 24 Penentuan Harga Pokok Produksi Briket Arang 25 SIMPULAN DAN SARAN 25 Simpulan 25 Saran 26 DAFTAR PUSTAKA 27 LAMPIRAN 30 RIWAYAT HIDUP 40 i i i

12 DAFTAR TABEL 1 Rancangan desain rentang dan level variabel bebas 5 2 Desain matrik percobaan dan hasil respon 5 3 Data hasil karbonisasi bahan baku 7 4 Hasil analisis komposisi kimia arang bintaro dan tempurung kelapa 8 5 Perbandingan nilai respon prediksi solusi optimasi dengan nilai aktual 21 DAFTAR GAMBAR 1 Alat pirolisis, kempa hidrolik briket arang dan calorimeter parr Diagram alir tahapan penelitian 4 3 Arang cangkang bintaro (kiri) dan tempurung kelapa (kanan) 7 4 Nilai kalor optimum pada suhu karbonisasi C 8 5 Nilai kadar abu optimum pada konsentrasi arang bintaro 40% dalam campuran 9 6 Grafik kontur respon permukaan kadar air briket arang 11 7 Grafik 3D-surface respon permukaan kadar air briket arang 12 8 Grafik kontur respon permukaan kadar zat menguap briket arang 14 9 Grafik 3D-surface respon permukaan kadar zat menguap briket arang Grafik kontur respon permukaan kadar abu briket arang Grafik 3D-surface respon permukaan kadar abu briket arang Grafik kontur respon permukaan nilai kalor briket arang Grafik 3D-surface respon permukaan nilai kalor briket arang Plot histogram hasil pengujian kerapatan briket arang Plot histogram hasil pengujian keteguhan tekan briket arang Plot histogram hasil pengujian kadar karbon terikat briket arang 24 DAFTAR LAMPIRAN 1 Prosedur analisis kimia bahan baku dan mutu briket arang 30 2 Prosedur pembuatan briket arang 32 3 Data hasil penelitian 33 4 Hasil analisis ANOVA respon kadar air 34 5 Hasil analisis ANOVA respon kadar zat menguap 35 6 Hasil analisis ANOVA respon kadar abu 36 7 Hasil analisis ANOVA respon nilai kalor 37 8 Hasil pengujian kerapatan, keteguhan tekan, dan kadar karbon terikat briket arang 38 9 Data analisis perhitungan harga pokok produksi briket arang 39

13 PENDAHULUAN Latar Belakang Krisis energi merupakan salah satu isu yang saat ini merebak diberbagai belahan negara termasuk Indonesia. Ketidakseimbangan antara permintaan energi dengan ketersediannya di alam yang semakin menipis, menjadikan persoalan mengenai energi menjadi sektor yang sangat penting untuk dikembangkan. Kementerian ESDM dalam bukunya Indonesia Energi Outlook (2013), mengatakan bahwa permintaan energi yang harus dipenuhi berdasarkan sektornya yaitu BBM 34.6%, batubara 13.9%, gas atau LPG 15.2%, listrik 9.3%, dan biomassa 26.8%. Permintaan ini akan terus meningkat sejalan dengan pertumbuhan ekonomi, penduduk, dan kebijakan yang ditetapkan oleh pemerintah. Pertumbuhan rata-rata permintaan energi diperkirakan sebesar 4.7% per tahun selama tahun Masing-masing sektor energi tersebut memiliki kelebihan dan kelemahan dalam penggunaanya. Menurut Erwandi (2005) penggunaan energi dari bahan bakar fosil memiliki beberapa kelemahan yaitu merusak lingkungan, bersifat tidak terbarukan (nonrenewable) dan tidak berkelanjutan (unsuistainable). Apalagi harga bahan bakar fosil yang cenderung tidak stabil dan seringkali mengalami kenaikan. Oleh karena itu, perlu ditemukannya alternatif sumber bahan bakar yang bersifat tidak merusak lingkungan, terbarukan dan berkelanjutan, murah serta memiliki kualitas energi yang sama baiknnya dengan sumber bahan bakar fosil. Briket arang merupakan salah satu alternatif bahan bakar yang memiliki potensial besar untuk dikembangkan. Briket arang dapat dibuat dari berbagai macam jenis limbah biomassa agroindustri seperti produk samping pembuatan minyak kelapa sawit, produk samping pembuatan biodiesel jarak pagar dan bintaro, produk samping pengolahan kelapa dan limbah pertanian lainnya. Pada umumnya biomassa yang digunakan adalah biomassa yang memiliki nilai ekonomis rendah atau hasil ekstraksi produk primer (El Bassam dan Maegaard 2004). Pertumbuhan sektor agroindustri yang semakin meningkat dapat berpotensi meningkatkan limbah yang dihasilkan baik saat proses produksi bahan baku maupun proses pengolahannya. Melimpahnya limbah yang tidak termanfaatkan sangat erat kaitannya dengan potensi pencemaran lingkungan sehingga perlu dicari solusi dalam penanganan limbah tersebut. Pada industri pengolahan minyak biodiesel biji bintaro, limbah padat terbesar yang dihasilkan adalah cangkang buah bintaro. Buah bintaro terdiri atas kulit buah 24.08%, cangkang 58.81%, kulit biji 8.55%, dan biji 8.57% (Utami 2011). Keberadaan cangkang buah bintaro yang melimpah ini dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku untuk membuat briket arang. Sedangkan pada industri pengolahan kelapa maupun penjual kelapa di pasar tradisional, seringkali kita jumpai limbah padat berupa tempurung kelapa yang keberadaannya juga sangat melimpah dengan nilai ekonomis yang rendah. Menurut Agustina (2007), potensi limbah biomassa jenis tempurung kelapa di Indonesia sebesar 150 kg/ton kelapa yang dihasilkan. Penggunaan limbah tempurung kelapa dilakukan sebagai langkah dalam pemanfaatan dan peningkatan nilai ekonomis limbah padat yang banyak terdapat di pasar tradisional Bogor. Selain itu, pemberian tempurung kelapa pada variasi bahan baku briket arang diharapkan dapat menciptakan briket arang dengan nilai kalor

14 2 yang cukup tinggi dan kualitas yang baik. Untuk meningkatkan nilai kalor dari biomassa tersebut maka dilakukan proses karbonisasi terlebih dahulu. Briket arang yang dihasilkan diharapkan dapat menjadi substitusi penggunaan bahan bakar fosil. Pada penelitian ini briket arang dibuat dengan menganalisis pengaruh konsentrasi arang cangkang bintaro dalam campuran, suhu karbonisasi, dan konsentrasi perekat tapioka yang digunakan. Dalam rangka memaksimalkan mutu briket arang dengan kualitas baik, perlu dilakukan optimalisasi faktor-faktor yang berpengaruh. Kondisi operasi optimum dalam pembuatan briket arang dapat ditentukan dengan metode Respon Surface Methodology (RSM). Dengan metode ini dapat diketahui kombinasi kondisi proses yang cukup baik untuk menghasilkan mutu briket arang terbaik. Di samping itu, dalam metode RSM ini juga ditinjau pengaruh interaksi antar variabelnya (Giovanni1983 dalam Erawati 2013). Perumusan Masalah Masalah yang diteliti dalam penelitian ini adalah mengoptimasi kualitas briket arang campuran arang bintaro dan tempurung kelapa dengan RSM, menguji pengaruh dari variabel bebas (faktor) terhadap variabel respon, dan menguji kualitas briket arang hasil optimasi dengan mengacu pada SNI serta menentukan harga pokok produksi (HPP) briket arang secara sederhana. Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah untuk mengoptimasi kualitas briket arang campuran arang bintaro dan tempurung kelapa dengan RSM, menganalisis pengaruh variabel faktor terhadap variabel respon, dan menentukan harga pokok produksi briket arang secara sederhana. Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan dapat memberikan ilmu pengetahuan baru tentang optimasi mutu briket arang dari campuran cangkang bintaro dan tempurung kelapa terhadap pembaca. Memberikan informasi dan pengembangan mengenai pemanfaatan limbah cangkang bintaro dan tempurung kelapa serta analisis ekonomis sederhana briket arang. Bagi institusi hasil penelitian ini dapat dijadikan sebuah karya ilmiah dengan inovasi baru. Ruang Lingkup Penelitian Penelitian ini difokuskan untuk mengoptimasi kualitas briket arang yang dihasilkan, menganalisis pengaruh variabel faktor (konsentrasi arang cangkang bintaro, suhu karbonisasi, dan konsentrasi perekat tapioka) terhadap variabel respon (kadar air, kadar zat menguap, kadar abu, dan nilai kalor) yang mengacu pada SNI dengan dibantu program Design Expert (trial version) untuk analisis data statistika serta menentukan harga pokok produksi briket arang secara sederhana.

15 3 METODE Bahan Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah cangkang buah bintaro yang berasal dari sekitar kampus IPB Darmaga, tempurung kelapa yang berasal dari pasar tradisional Bogor, air, dan tepung tapioka yang berasal dari daerah Kabupaten Pati. Alat Alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain oven, gelas ukur, satu unit alat pengarangan atau pirolisis, timbangan, loyang, pengaduk, alat kempa hidrolik briket arang dengan tekanan 15 ton, tanur, alat disk mill, mortar, masker, sarung tangan, universal testing machine merek Gebruder Amsler, Calorimeter Parr 6400, jangka sorong, gegep, golok, cawan porselin, spidol, dan label. Beberapa alat dapat dilihat pada Gambar 1. (a) (b) Gambar 1 Alat pirolisis (a), kempa hidrolik briket arang (b) dan calorimeter parr 6400 (c) (c) Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian ini dilaksanakan selama empat bulan mulai dari Agustus 2014 sampai November Penelitian dilakukan di Laboratorium Kimia dan Energi, Pusat Penelitian dan Pengembangan Keteknikan Kehutanan dan Pengolahan Hasil Hutan Bogor. Metode Penelitian Penelitian ini dilakukan dalam dua tahap, yaitu penelitian pendahuluan dan penelitian utama. Penelitian pendahuluan terdiri atas persiapan bahan baku dan analisis komposisi kimia bahan baku. Penelitian utama meliputi penentuan titik-titik optimal dari berbagai jurnal maupun skripsi yang berkaitan, penentuan rancangan kombinasi dari faktor-faktor yang digunakan, analisis kombinasi faktor, optimasi permukaan, dan validasi kondisi optimal serta penentuan HPP briket arang. Diagram alir tahap penelitian dapat dilihat pada Gambar 2.

16 4 Mulai Penelitian Pendahuluan Rancangan Kombinasi dan Respon Analisis Kombinasi Faktor dan Optimasi Respon Permukaan Validasi Kondisi Optimum Penentuan HPP Briket Arang Selesai Penelitian Pendahuluan Gambar 2 Diagram alir tahapan penelitian Penelitian pendahuluan terdiri atas persiapan bahan baku dan analisis komposisi kimia bahan baku. Bahan yang digunakan ada dua jenis yaitu cangkang bintaro dan tempurung kelapa. Awalnya, kedua bahan tersebut diarangkan dengan alat pirolisis. Suhu pengarangan disesuaikan dengan rancangan percobaan yang digunakan. Arang dihaluskan dengan menggunakan mortar untuk jenis arang bintaro dan alat disk mill untuk arang tempurung kelapa. Kemudian dilakukan penyaringan dengan saringan 20 mesh. Selanjutnya dilakukan analisis komposisi kimia yang meliputi kadar air, kadar zat menguap, kadar abu, dan kadar karbon terikat. Prosedur analisis kimia bahan baku dan mutu briket arang disajikan pada Lampiran 1. Rancangan Kombinasi Variabel Faktor dan Respon Desain percobaan yang digunakan adalah Central Composite Design (CCD) dengan tiga variabel faktor, yaitu konsentrasi arang cangkang bintaro dalam campuran (X 1 ), suhu karbonisasi (X 2 ), dan konsentrasi perekat tapioka (X 3 ). Sedangkan variabel respon yang dianalisis adalah kadar air (Y 1 ), kadar zat menguap (Y 2 ), kadar abu (Y 3 ), dan nilai kalor (Y 4 ). Prosedur pembuatan briket arang dapat dilihat pada Lampiran 2. Dari ketiga variabel tersebut ditentukan nilai-nilai tiap level dan dibuat desain matriks untuk penentuan kondisi optimal setiap variabel faktor/bebas. Pada percobaan dilakukan pengamatan yang berjumlah 20 sampel, yang terdiri dari faktorial 2 3 ditambah dengan 6 titik pusat, dan 6 titik aksial. Nilai α

17 yang digunakan adalah Nilai ketiga variabel bebas telah diketahui dari hasil penelitian sebelumnya. Masing- masing peubah uji terdiri dari lima level dengan rentang tertentu pada nilai setiap levelnya, rancangan desain rentang dan level variabel bebas disajikan pada Tabel 1 sedangkan desain matriks percobaan dan hasil respon dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 1 Rancangan desain rentang dan level variabel bebas Faktor Kode Taraf Konsentrasi arang bintaro (% g) X Suhu karbonisasi ( 0 C) X Konsentrasi perekat tapioka (% g) X Tabel 2 Desain matriks percobaan dan hasil respon 5 Sampel ke- X 1 X 2 X 3 (% g) ( 0 C) (% g) Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y 20 Analisis Kombinasi Variabel Faktor dan Optimasi Respon Permukaan Pengolahan data dilakukan dengan Design Expert prosedurnya adalah sebagai berikut: 1. Data variabel faktor dimasukkan pada rancangan CCD. Pengulangan data dilakukan sebanyak enam kali untuk titik pusat. 2. Pendugaan awal model dilakukan dengan melihat bagian fit summary. Bagian ini akan menentukan model polinomial yang disarankan (suggested) oleh program. Y

18 6 3. Pada bagian analisis sidik ragam (ANOVA) dilihat kesesuaian model yang terpilih. Model berpengaruh jika nilai p-value kurang dari 0.05 (peluang kesalahan kurang dari 5%), sedangkan model bersifat tidak berpengaruh jika nilainya lebih dari 0.1 (peluang kesalahan lebih dari 10 %). Selain model, dianalisis juga p-value Prob > F pada lack of fit. 4. Selanjutnya dilakukan analisis R 2 untuk mengetahui kuadrat korelasi antara variabel yang digunakan sebagai predictor (X) dan variabel yang memberikan respon (Y), R 2 > 0.8 menunjukkan varian model bagus. 5. Setelah diperoleh model yang dianggap paling sesuai, program menampilkan dalam sebuah contour plot (grafik dua dimensi) atau 3Dsurface. 6. Kemudian dilanjutkan dengan pengoptimalan titik variabel faktor dengan melihat pada setiap varibel respon dan multi respon. Pada tahapan ini ditentukan goal yang ingin dicapai, batasan dari goal, dan bobot kepentingan. 7. Selanjutnya program menampilkan beberapa solusi optimasi dengan nilai desirability yang berbeda. Solusi optimasi yang memiliki nilai desirability mendekati 1 cenderung dipilih sebagai solusi terbaik. Validasi Kondisi Optimum Tahapan terakhir dalam penelitian ini yaitu validasi kondisi optimal pada respon kadar air, kadar zat menguap, kadar abu, dan nilai kalor yang direkomendasikan oleh program. Tahap validasi bertujuan untuk membuktikan nilai respon dari solusi kombinasi faktor yang direkomendasikan. Setelah dilakukan tahap pengujian kemudian hasil nilai respon aktual yang didapatkan dibandingkan dengan nilai respon prediksi yang dihasilkan oleh program. Analisis Ekonomi Sederhana HPP Briket Arang Tahapan ini dilakukan dengan menghitung semua biaya yang dikeluarkan untuk membuat briket arang dengan mutu briket optimal. Biaya yang dikeluarkan tersebut, dihitung hanya untuk sekali produksi briket arang. Banyaknya hasil briket arang yang dicetak dalam sekali produksi dihitung sebagai kapasitas produksi. Setelah itu, dilakukan perhitungan untuk mendapatkan HPP briket arang. Har a po o produ i ia a e ap bia a ida e ap apa i a produ i HASIL DAN PEMBAHASAN Penelitian Pendahuluan Pada awal penelitian dilakukan proses karbonisasi bahan baku menjadi arang. Karbonisasi adalah suatu proses pembakaran biomassa menggunakan alat pirolisis dengan oksigen terbatas. Sisa dari pirolisis adalah arang dan sedikit abu (Sulistyanto 2006). Bhattacharya et al. (1985) dalam Wijaya (2012) menambahkan

19 bahwa proses karbonisasi diawali dengan tahap pemanasan bahan organik yang akan mengering. Jika suhu dinaikkan, maka bahan organik akan membusuk, melepaskan beberapa bahan kimia organik, dan meninggalkan sisa yang terdiri dari karbon murni. Data hasil karbonisasi bahan baku dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3 Data hasil karbonisasi bahan baku Bahan baku arang Satuan Rendemen Cangkang bintaro % Tempurung kelapa % Ada tiga jenis proses pirolisis, yaitu ringan (Torefaksi), lambat (karbonisasi), dan pirolisis cepat. Menurut Hardianto et al. (2011), torefaksi adalah proses perlakuan panas pada temperatur C dan tekanan atmosfer tanpa kehadiran oksigen. Proses tersebut dilakukan untuk menaikkan nilai kalor biomassa menjadi setara batubara tingkat sub-bituminous C. Proses karbonisasi dilakukan pada suhu C dengan hasil berbentuk arang sedangkan pirolisis cepat dilakukan pada suhu diatas C dengan hasil berbentuk arang, bio-oil, gas (H 2, CH 4, CO, dan CO 2 ), dan asap cair. Proses karbonisasi dilakukan dengan lima level suhu yang berbeda-beda, yaitu suhu 316, 350, 400, 450, dan C. Proses karbonisasi cangkang bintaro pada suhu C menghasilkan rendemen arang 44.64% sedangkan pada suhu C menghasilkan rendemen arang yang lebih sedikit, yaitu 20.18%. Hasil serupa juga didapatkan dari proses karbonisasi tempurung kelapa, karbonisasi pada suhu C menghasilkan rendemen arang 48.88% sedangkan pada suhu C menghasilkan rendemen 31.07%. Berdasarkan hasil tersebut, dapat dikatakan bahwa kenaikan suhu karbonisasi berbanding terbalik dengan rendemen arang yang dihasilkan. Tirono dan Sabit (2011), mengatakan bahwa semakin tinggi suhu karbonisasi maka rendemen arang yang dihasilkan semakin rendah dan begitu pula sebaliknya. Hal tersebut juga selaras dengan hasil penelitian Liliana (2010), proses karbonisasi bungkil jarak menghasilkan arang dengan rendemen yang berbanding terbalik terhadap suhu karbonisasinya. Semakin tinggi suhu karbonisasi maka sebagian arang akan berubah menjadi abu dan gas-gas yang mudah menguap, sehingga rendemennnya cenderung menurun (Bergman dan Zebre 2004). Arang hasil karbonisasi ditunjukkan pada Gambar 3 dibawah ini. 7 Gambar 3 Arang cangkang bintaro (kiri) dan tempurung kelapa (kanan) Analisis komposisi kimia dilakukan untuk mengetahui kondisi awal arang sebelum dilakukannya penelitian utama. Selain itu, analisis ini juga dapat dijadikan

20 8 sebagai acuan dalam pembahasan data hasil penelitian utama. Analisis komposisi kimia arang yang dilakukan meliputi nilai kadar air, kadar zat menguap, kadar abu, dan kadar karbon terikat (Tabel 4). Berdasarkan hasil analisis komposisi kimia kedua jenis arang tersebut, dapat dikatakan bahwa nilai kadar air, kadar zat menguap, kadar abu, dan kadar karbon terikat memiliki trend yang sama seiring dengan kenaikan suhu karbonisasi. Semakin tinggi suhu karbonisasi nilai kadar air, kadar zat menguap dan kadar abu semakin menurun sedangkan nilai karbon terikat sebaliknya. Nilai kadar air, kadar zat menguap, dan kadar abu arang cangkang bintaro lebih tinggi daripada nilai kadar air arang tempurung kelapa. Sedangkan nilai karbon terikat arang cangkang bintaro lebih rendah daripada nilai karbon terikat tempurung kelapa. Tingginya kadar karbon terikat pada tempurung kelapa dapat mengindikasikan bahwa nilai kalor yang akan dihasilkan juga lebih tinggi. Tabel 4 Hasil analisis komposisi kimia arang bintaro dan tempurung kelapa Komposisi kimia Cangkang bintaro Tempurung kelapa Kadar air (%) Kadar zat menguap (%) Kadar abu (%) Kadar karbon terikat (%) Rancangan Kombinasi Faktor dan Respon Titik-titik pusat variabel faktor yang digunakan mengacu dari hasil optimal penelitian sebelumnya. Kemudian dilakukan rancangan kombinasi dari masingmasing variabel faktor. Penentuan titik pusat variabel faktor X 1 dan X 2 mengacu dari penelitian Suryani et al. tahun 2012 mengenai briket arang campuran bintaro dan tempurung kelapa. Berdasarkan penelitian tersebut, diperoleh nilai kalor briket arang yang optimum pada suhu karbonisasi C (Gambar 4) dan nilai kadar abu yang optimum pada konsentrasi arang bintaro 40% (Gambar 5). Nilai Kalor (Kal/g) Suhu ( 0 C) Gambar 4 Nilai kalor optimum pada suhu karbonisasi C (Suryani et al. 2012)

21 9 Nilai Kadar Abu (%) Konsentrasi (%) Gambar 5 Nilai kadar abu optimum pada konsentrasi arang bintaro 40% dalam campuran (Suryani et al. 2012) Sementara penentuan titik pusat konsentrasi perekat tapioka dilakukan dengan mengacu pada penelitian briket arang yang dilakukan oleh beberapa peneliti sebelumnya. Semakin tinggi konsentrasi perekat tapioka maka semakin tinggi juga kadar air, kadar abu dan kadar zat menguap. Sedangkan nilai kalor semakin tinggi apabila konsentrasi perekat tapioka yang digunakan semakin rendah. Achmad (1991) dalam Tampubolon (2001), menyatakan bahwa untuk setiap 1 kg serbuk arang cukup dicampurkan dengan perekat yang terdiri dari 30 gram tepung tapioka (3% dari berat serbuk arang). Selanjutnya, Hendra (2000) dalam Tampubolon (2001) menyatakan bahwa presentase perekat yang baik digunakan sekitar 3-4% dari berat serbuk arang dan jumlah air yang ditambahkan untuk memasak perekat tidak melebihi 70% dari serbuk arang. Hartoyo dan Roliandi (1978) dalam Wahyuni (2008), menambahkan bahwa kadar perekat tapioka yang digunakan untuk briket arang umumnya tidak lebih dari 5%. Berdasarkan beberapa penelitian tersebut, penulis menduga bahwa konsentrasi perekat tapioka optimum pada kisaran 3-5%. Respon optimum akan berbeda-beda sesuai dengan variabel respon yang akan dikaji. Optimum pada respon nilai kadar abu belum tentu baik terhadap nilai kalor, sehingga untuk titik pusat digunakan konsentrasi perekat tapioka 4%. Selanjutnya dilakukan penentuan taraf rendah (-1) dan taraf tinggi (1). Menurut Montgomery (1991) dalam Dewi et al. (2013), metode respon permukaan digunakan untuk mencari taraf-taraf peubah bebas yang dapat mengoptimalkan respon. Nuryanti dan Salimy (2008), metode RSM tidak memerlukan data yang banyak, sehingga kondisi optimum respon dapat diperoleh dengan waktu yang tidak terlalu lama dan biaya yang minimum. Pengkodean variabel penelitian ini dihitung dengan menggunakan persamaan berikut ini: on en ra i aran bin aro on en ra i pere a apio a Su u arboni a i Analisis Kombinasi Faktor dan Optimasi Respon Permukaan Pada tahapan ini diketahui pengaruh masing-masing faktor terhadap variabel respon yang diamati. Data hasil pengujian dianalisis dengan Design Expert 7.0.0

22 10 untuk menghasilkan persamaan matematis dan model polinomial yang sesuai dengan hasil penelitian (Lampiran 3). Menurut Puspitojati dan Santoso (2012), ada empat tipe model polinomial yaitu mean (pangkat 0), linear (pangkat 1), quadratic (pangkat 2), dan cubic (pangkat 3). Masing-masing variabel respon akan menghasilkan satu tipe model yang disarankan oleh program. Kelayakan dari model polinomial ditunjukkan oleh determinasi koefisien R 2 dan signifikasi dari nilai F- hitung masing-masing variabel faktor (Aktas et al. 2006). Awalnya, penentuan tipe model polinomial dilakukan dengan mengacu dari kriteria yang disarankan oleh bagian Sequential Model of Squareds (SMSS), lack of fit, nilai R 2 dan adjusted-r 2. Kemudian dilanjutkan analisis terhadap keragaman (ANOVA), model yang baik memiliki nilai yang signifikan terhadap respon, dan nilai yang tidak signifikan terhadap lack of fit, nilai R 2 dan R 2 prediksi yang mendukung. Selain itu, pada analisis keragaman juga dapat diketahui pengaruh kombinasi terhadap faktor yaitu dengan melihat nilai F-hitung. Semakin besar nilai F-hitung maka pengaruhnya semakin nyata. Pengaruh variabel faktor yang signifikan terhadap respon ditandai dengan p-value Prob>F an lebi ecil dari Pada bagian diagnostics, dapat dilihat penyebaran titik-titik data terhadap garis kenormalan melalui plot kenormalan residual. Solusi titik optimum variabel faktor diperoleh dengan melihat persamaan regresi dan analisis respon permukaan dari grafik konturnya (Chowdhury dan Saha 2011). Variabel respon yang dianalisis adalah kadar air, kadar zat menguap, kadar abu, dan nilai kalor kemudian dibandingkan dengan SNI Analisis Kombinasi Faktor Terhadap Respon Kadar Air Kadar air merupakan salah satu parameter penentu kualitas briket arang yang dihasilkan. Nilai kadar air briket arang yang dihasilkan, berkisar antara %. Hal ini menunjukkan bahwa briket arang yang dihasilkan memiliki mutu yang baik karena masih memenuhi standar kualitas briket arang menurut SNI dimana kadar air maksimum 8%. Selanjutnya, dilakukan pengolahan data dengan program Design Expert dan direkomendasikan model polinomial, yaitu quadratic. Nilai rata-rata respon kadar air adalah Pada analisis keragaman (ANOVA) menunjukkan bahwa model yang dihasilkan signifikan dengan p-value Prob>F lebih kecil dari 0.05 (0.0344) dan pada uji lack of fit diperoleh p-value Prob>F an lebih besar dari 0.05 (0.1440) berarti tidak ada lack of fit (not significant). Nilai lack of fit yang not significant menunjukkan bahwa adanya kesesuaian data respon kadar air dengan model. Pada analisis keragaman (ANOVA) dapat dilihat pengaruh masing-masing faktor terhadap respon kadar air. Dari ketiga faktor yang digunakan, faktor yang berpengaruh terhadap respon kadar air adalah konsentrasi perekat tapioka dengan F-hitung = Faktor tersebut berpengaruh signifikan terhadap respon kadar air ditandai dengan p-value Prob>F an lebi ecil dari. (.0051). Sementara untuk kombinasi dari ketiga faktor tersebut, tidak didapatkan kombinasi faktor yang berpengaruh signifikan terhadap respon kadar air karena p-value Prob>F lebi besar dari Hasil analisis ANOVA respon kadar air disajikan pada Lampiran 4. Nilai R 2 untuk model respon kadar air sebesar yang mempunyai arti bahwa pengaruh variabel X 1, X 2, dan X 3 terhadap perubahan variabel respon adalah 75.47% sedangkan sisanya 24.53% dipengaruhi oleh variabel-variabel lain yang tidak diketahui. Nilai R 2 menunjukkan kontribusi faktor regresi terhadap respon

23 yang dihasilkan (Lina 2013). Persamaan model polinomial respon kadar air dalam bentuk kode level: adar air ( ) Keterangan: X 1 = Konsentrasi arang cangkang bintaro X 2 = Suhu karbonisasi X 3 = Konsentrasi perekat tapioka Berdasarkan persamaan polinomial tersebut dapat dilihat bahwa kadar air akan menurun seiring dengan peningkatan konsentrasi arang cangkang bintaro, suhu karbonisasi, interaksi konsentrasi arang cangkang bintaro dan suhu karbonisasi, dan kuadrat dari suhu karbonisasi. Hal tersebut ditunjukkan dengan konstanta yang bernilai negatif. Kadar air akan mengalami peningkatan dengan meningkatnya konsentrasi perekat tapioka, interaksi konsentrasi arang cangkang bintaro dan perekat tapioka, interaksi suhu karbonisasi dan konsentrasi perekat tapioka, kuadrat dari konsentrasi arang cangkang bintaro dan perekat tapioka. Grafik kontur dan 3D-surface respon permukaan kadar air briket arang disajikan pada Gambar 6 dan Design-Expert Software Kadar air Design Points X1 = A: Konsentrasi arang bintaro X2 = C: Konsentrasi perekat tapioka Actual Factor B: Suhu karbonisasi = C: Konsentrasi perekat tapioka Kadar air A: Konsentrasi arang bintaro Gambar 6 Grafik kontur respon permukaan kadar air briket arang Pada Gambar 6 terlihat garis-garis kontur melingkar dengan titik merah di lingkaran terdalam. Garis kontur melingkar yang terdalam itu menunjukkan daerah nilai respon yang terbaik. Sebanyak enam titik merah pada gambar merupakan enam titik pusat dari penelitian yang dilakukan. Pada variabel respon kadar air, yang dicari adalah briket arang dengan nilai kadar air yang paling minimum (biru). Berdasarkan grafik kontur, terlihat bahwa enam titik pusat tidak terletak tepat pada tengah- tengah lingkaran terdalam, melainkan berada disebelah kiri atas dari pusat lingkaran terdalam. Kondisi tersebut menunjukkan bahwa nilai respon terbaik akan

24 12 diperoleh dengan mengkondisikan faktor-faktor tidak pada titik- titik pusat, tetapi sedikit bergeser ke arah kanan bawah. Gambar 7 Grafik 3D- surface respon permukaan kadar air briket arang Kadar air akan berpengaruh besar terhadap panas yang dihasilkan. Menurut Sriharti dan Salim (2011), tingginya kadar air dalam briket arang akan menyebabkan kesulitan dalam penyalaan, keluarnya asap, dan berkurangnya panas yang dihasilkan. Kadar air yang tinggi dapat disebabkan oleh sifat partikel arang yang bersifat higroskopis terhadap air dari udara disekelilingnya. Selain itu, bahan baku briket arang yang mempunyai berat jenis rendah dapat lebih mudah menyerap udara yang lembab dari sekelilingya (Hendra 2007). Menurut Suryani et al. (2012) kadar air briket arang akan semakin tinggi seiring dengan meningkatnya konsentrasi arang bintaro dalam briket arang. Hal ini didukung dengan data kadar air pada penelitian pendahuluan yang menyatakan bahwa kadar air arang bintaro lebih tinggi daripada arang tempurung kelapa. Selain itu, semakin tinggi suhu karbonisasi akan menyebabkan kadar air briket arang semakin rendah. Namun, dalam penelitian ini pengaruh faktor konsentrasi arang cangkang bintaro terhadap respon kadar air berkebalikan dengan hasil penelitian Suryani et al. Kadar air semakin menurun seiring dengan meningkatnya konsentrasi arang bintaro. Hal tersebut dimungkinkan terjadi karena arang cangkang bintaro yang memiliki kandungan air lebih tinggi sebelum dilakukannya pencampuran dengan perekat, sehingga setelah dilakukannya pencampuran arang cangkang bintaro sudah tidak mampu untuk menyimpan air dari perekat tapioka. Kadar air juga dipengaruhi oleh konsentrasi perekat tapioka. Menurut Sudrajat (1983) dalam Wijaya (2012), jenis perekat yang digunakan dalam pembuatan briket arang berpengaruh terhadap kerapatan, keteguhan tekan, nilai kalor bakar, kadar air dan kadar abu. Berdasarkan hasil penelitian, faktor yang

25 paling berpengaruh terhadap respon kadar air adalah konsentrasi perekat tapioka. Perekat tapioka memiliki sifat higroskopis yang mudah menyerap air dari lingkungan sekitar sehingga dapat meningkatkan kadar air briket arang itu sendiri. Solusi optimasi yang direkomendasikan program Design Expert untuk respon tunggal kadar air, yaitu X 1 = 50%, X 2 = C, dan X 3 = 3.4%. Analisis Kombinasi Faktor Terhadap Respon Kadar Zat Menguap Nilai kadar zat menguap briket arang yang dihasilkan, berkisar antara %. Model polinomial yang disarankan program, yaitu reduced quadratic. Nilai rata-rata respon kadar zat menguap adalah Pada analisis keragaman (ANOVA), didapatkan hasil model yang menunjukkan signifikan dengan p-value Prob>F lebih kecil dari 0.05 (0.0008) dan pada uji lack of fit didapatkan nilai yang signifikan. Hal ini terjadi karena p-value Prob>F <.0001 atau lebih kecil dari α = Nilai lack of fit yang signifikan menunjukkan bahwa tidak adanya kesesuaian data respon kadar zat menguap dengan model. Hasil analisis ANOVA menunjukkan bahwa model yang didapatkan adalah signifikan dengan nilai lack of fit yang signifikan juga, sehingga memerlukan analisis pada nilai koefisien korelasi atau yang dikenal sebagai R-squared (R 2 ). Menurut Asro (2009), nilai R 2 >0.8 menunjukkan varian model bagus. Nilai R 2 untuk model respon kadar zat menguap sebesar yang memiliki arti bahwa pengaruh variabel X 1, X 2, dan X 3 terhadap perubahan variabel respon adalah 86.57% sedangkan sisanya 13.43% dipengaruhi oleh variabel-variabel lain yang tidak diketahui. Hasil analisis ANOVA respon kadar zat menguap disajikan pada Lampiran 5. Nilai lack of fit yang signifikan akan mempengaruhi model yang dihasilkan, sehingga untuk mendapatkan model yang cocok berdasarkan rekomendasi dari program diperlukan adanya reduksi secara manual. Model direduksi secara manual dengan menghilangkan interaksi kombinasi faktor yang tidak begitu berpengaruh dalam model. Interaksi kombinasi faktor yang direduksi yaitu X 1 X 3 (interaksi konsentrasi arang bintaro dan perekat tapioka). Persamaan model polinomial untuk respon kadar zat menguap dalam bentuk kode level: Keterangan: adar a men uap ( ) X 1 = Konsentrasi arang cangkang bintaro X 2 = Suhu karbonisasi X 3 = Konsentrasi perekat tapioka Berdasarkan persamaan model tersebut, diketahui bahwa respon kadar zat menguap akan meningkat seiring dengan peningkatan konsentrasi arang cangkang bintaro, interaksi suhu karbonisasi dan konsentrasi perekat tapioka, kuadrat dari konsentrasi arang cangkang bintaro, dan kuadrat suhu karbonisasi. Hal tersebut ditunjukkan dengan konstanta yang bernilai positif. Kadar zat menguap akan menurun seiring dengan peningkatan suhu karbonisasi, konsentrasi perekat tapioka, interaksi konsentrasi arang cangkang bintaro dan suhu karbonisasi serta kuadrat dari konsentrasi perekat yang ditandai dengan konstanta yang bernilai negatif. Grafik kontur dan 3D-surface respon permukaan kadar zat menguap briket arang disajikan pada Gambar 8 dan 9. 13

26 14 Design-Expert Software Kadar zat menguap Design Points Kadar zat menguap B: Suhu karbonisasi X1 = A: Konsentrasi arang bintaro X2 = B: Suhu karbonisasi Actual Factor C: Konsentrasi perekat tapioka = A: Konsentrasi arang bintaro Gambar 8 Grafik kontur respon permukaan kadar zat menguap briket arang Gambar 9 Grafik 3D-surface respon permukaan kadar zat menguap briket arang Berdasarkan Gambar 8 terlihat garis-garis kontur melingkar dengan titik merah di tepi lingkaran terdalam. Garis kontur melingkar yang terdalam itu menunjukkan daerah nilai respon yang terbaik. Pada variabel respon kadar zat menguap, briket arang yang baik adalah briket arang yang mempunyai nilai kadar zat menguap minimum (biru). Berdasarkan grafik kontur terlihat bahwa enam titik

27 pusat tidak terletak tepat pada tengah- tengah lingkaran terdalam, melainkan berada di tepi garis dari pusat lingkaran terdalam. Kondisi tersebut menunjukkan bahwa nilai respon terbaik akan diperoleh dengan mengkondisikan faktor-faktor tidak pada titik- titik pusat, tetapi sedikit bergeser ke arah kanan atas. Respon kadar zat menguap akan optimum pada konsentrasi arang cangkang bintaro yang semakin menurun dan suhu karbonisasi yang semakin meningkat. Kadar zat menguap dapat dijadikan sebagai parameter untuk mengukur banyaknya asap yang dihasilkan pada saat pembakaran. Semakin tinggi jumlah kadar zat menguap dari suatu bahan maka jumlah asap yang dihasilkan semakin tinggi. Kadar zat menguap merupakan zat yang menguap sebagai hasil dekomposisi senyawa-senyawa yang masih terdapat di dalam arang selain air (Hendra dan Pari 2000). Nilai kadar zat menguap briket arang yang dihasilkan berbanding lurus dengan konsentrasi arang bintaro yang digunakan. Hal ini selaras dengan penelitian Suryani et al. (2012), yang mengatakan bahwa nilai kadar zat menguap briket arang campuran bintaro dan tempurung kelapa akan semakin meningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi arang bintaro yang digunakan. Sementara itu, nilai kadar zat menguap berbanding terbalik dengan suhu karbonisasi yang digunakan. Semakin tinggi suhu karbonisasi maka nilai kadar zat menguap yang dihasilkan akan semakin rendah. Tingginya konsentrasi perekat tapioka yang digunakan berpengaruh pada menurunnya kadar zat menguap briket arang. Namun, pengaruh yang diberikan terhadap respon kadar zat menguap sangatlah rendah. Berdasarkan hasil penelitian didapatkan nilai kadar zat menguap yang melebihi batas maksimum SNI. Idealnya nilai kadar zat menguap briket arang berdasarkan SNI adalah maksimum 15% (BSN 2000). Faktor yang paling berpengaruh terhadap respon kadar zat menguap adalah suhu karbonisasi dengan nilai F-hitung = Faktor tersebut berpengaruh sangat signifikan terhadap respon kadar zat menguap ditandai dengan p-value Prob>F an lebi ecil dari. (.0001). Hal tersebut terjadi karena respon kadar zat menguap berhubungan dengan senyawa-senyawa volatile yang dikeluarkan bahan ketika dilakukannya pembakaran dalam keadaan tertutup. Sementara untuk kombinasi dari ketiga faktor tersebut, tidak didapatkan kombinasi faktor yang berpengaruh signifikan terhadap respon kadar zat menguap karena p- value Prob>F lebi be ar dari.05. Solusi optimasi yang direkomendasikan program Design Expert untuk respon tunggal kadar zat menguap, yaitu X 1 = 44%, X 2 = C, dan X 3 = 3%. Analisis Kombinasi Faktor Terhadap Respon Kadar Abu Setiap jenis bahan briket arang akan menghasilkan nilai kadar abu yang berbeda-beda. Hal ini terjadi karena setiap bahan baku memiliki komposisi kimia dan jumlah mineral yang berbeda-beda (Hendra dan Winarni 2003). Unsur utama yang terkandung dalam abu adalah silika. Ohman (2009) menambahkan bahwa keberadaan kadar abu dalam suatu biomassa tidak diharapkan karena dapat mempengaruhi kualitas bahan bakar. Selain itu, adanya abu juga akan menyebabkan timbulnya kerak dalam alat pembakaran ketika abu itu mencair. Nilai kadar abu briket arang yang dihasilkan, berkisar antara %. Model polinomial yang disarankan program adalah reduced quadratic. Nilai ratarata respon kadar abu adalah 6.0. Pada analisis keragaman (ANOVA), didapatkan hasil model yang menunjukkan signifikan dengan p-value Prob>F lebi ecil dari 15

28 (0.0091) dan pada uji lack of fit didapatkan nilai yang signifikan. Hal ini terjadi karena p-value Prob>F <.0004 atau lebih kecil dari α = Nilai lack of fit yang signifikan menunjukkan bahwa tidak adanya kesesuaian data respon kadar abu dengan model. Hasil analisis ANOVA respon kadar abu disajikan pada Lampiran 6. Hasil Analisis ANOVA menunjukkan bahwa model yang didapatkan adalah signifikan dengan nilai lack of fit yang signifikan juga, sehingga memerlukan analisis pada nilai R 2. Nilai R 2 untuk model respon kadar abu sebesar yang memiliki arti bahwa pengaruh variabel X 1, X 2, dan X 3 terhadap perubahan variabel respon adalah 77.98% sedangkan sisanya 22.02% dipengaruhi oleh variabelvariabel lain yang tidak diketahui. Nilai lack of fit yang signifikan akan mempengaruhi model yang dihasilkan, sehingga untuk mendapatkan model yang cocok berdasarkan rekomendasi dari program diperlukan adanya reduksi secara manual. Model direduksi secara manual dengan menghilangkan interaksi kombinasi faktor yang tidak begitu berpengaruh dalam model. Interaksi kombinasi faktor yang dihilangkan yaitu X 1 X 3 (interaksi konsentrasi arang bintaro dan perekat tapioka). Persamaan model polinomial untuk respon kadar abu dalam bentuk kode level: adar abu ( ) Keterangan: X 1 = Konsentrasi arang cangkang bintaro X 2 = Suhu karbonisasi X 3 = Konsentrasi perekat tapioka Berdasarkan persamaan model tersebut, diketahui bahwa respon kadar abu akan meningkat seiring dengan peningkatan konsentrasi arang cangkang bintaro, konsentrasi perekat tapioka, interaksi suhu karbonisasi dan konsentrasi perekat tapioka, kuadrat dari konsentrasi arang bintaro, dan kuadrat suhu karbonisasi. Hal tersebut ditunjukkan dengan konstanta yang bernilai positif. Nilai kadar abu akan menurun seiring dengan peningkatan suhu karbonisasi, interaksi konsentrasi arang cangkang bintaro dan suhu karbonisasi serta kuadrat dari konsentrasi perekat tapioka yang ditandai dengan konstanta yang bernilai negatif. Grafik kontur dan 3D-surface respon permukaan kadar abu briket disajikan pada Gambar 10 dan 11. Berdasarkan Gambar 10 terlihat garis-garis kontur melingkar dengan titik merah di lingkaran terdalam. Pada variabel respon kadar abu, briket arang yang baik adalah briket arang yang mempunyai nilai kadar abu minimum (biru). Enam titik pusat tidak terletak tepat pada tengah- tengah lingkaran terdalam, melainkan berada disebelah kanan dari pusat lingkaran terdalam. Kondisi tersebut menunjukkan bahwa nilai respon terbaik akan diperoleh dengan mengkondisikan faktor-faktor tidak pada titik- titik pusat, tetapi sedikit bergeser ke arah kiri bawah. Respon kadar abu akan optimum pada konsentrasi arang cangkang bintaro yang menurun dan suhu karbonisasi yang sedikit menurun.

29 17 Design-Expert Software Kadar abu Design Points Kadar abu B: Suhu karbonisasi X1 = A: Konsentrasi arang bintaro X2 = B: Suhu karbonisasi Actual Factor C: Konsentrasi perekat tapioka = A: Konsentrasi arang bintaro Gambar 10 Grafik kontur respon permukaan kadar abu briket arang Gambar 11 Grafik 3D-surface respon permukaan kadar abu briket Komponen inorganik yang tersisa setelah dilakukannya pembakaran secara sempurna briket arang disebut kadar abu (Tahir et al. 2012). Idelanya kadar abu briket arang tidak melebih batas maksimum SNI briket arang kayu, yaitu 8%. Berdasarkan hasil penelitian ini diperoleh kadar abu yang pada umumnya kurang dari 8%, sehingga dapat dikatakan briket arang yang dihasilkan memiliki kualitas

30 18 yang baik. Adanya beberapa briket arang yang memiliki kadar abu tinggi dapat disebabkan oleh proses karbonisasi yang belum optimal (Martirena 2002 dalam Mangkau et al. 2011). Suryani et al. (2012) menambahkan bahwa semakin tinggi konsentrasi arang bintaro dan suhu karbonisasi akan menyebabkan kadar abu briket arang semakin tinggi. Hasil tersebut didukung dengan data penelitian pendahuluan yang dilakukan oleh penulis sebelumnya. Pada penelitian ini diperoleh hasil yang berbeda dengan penelitian Suryani et al. untuk pengaruh suhu karbonisasi yaitu semakin tinggi suhu karbonisasi menyebabkan kadar abu yang semakin menurun. Namun, pengaruh faktor tersebut terhadap perubahan nilai respon kadar abu sangatlah kecil. Selain itu, semakin tinggi konsentrasi perekat tapioka menyebabkan semakin tinggi kadar abu yang dihasilkan. Hasil tersebut selaras dengan penelitian Riseanggara (2008) bahwa tingginya kadar perekat tapioka yang digunakan akan menyebabkan nilai kadar abu semakin tinggi pula. Faktor yang paling berpengaruh terhadap respon kadar abu adalah konsentrasi arang cangkang bintaro dengan nilai F-hitung = Faktor tersebut berpengaruh signifikan terhadap respon kadar abu yang ditandai dengan p-value Prob>F an lebi ecil dari. (.0095). Karakteristik arang cangkang bintaro yang memiliki berat jenis bahan yang lebih ringan dan mudah terbakar akan menghasilkan kadar abu yang lebih tinggi ketika dilakukannya pembakaran sempurna. Sementara untuk kombinasi dari ketiga faktor tersebut, tidak didapatkan kombinasi faktor yang berpengaruh signifikan terhadap respon kadar abu karena p-value Prob>F lebi be ar dari.05. Solusi optimasi yang direkomendasikan program Design Expert untuk respon tunggal kadar abu, yaitu X 1 = 35%, X 2 = C, dan X 3 = 3.15%. Analisis Kombinasi Faktor Terhadap Respon Nilai Kalor Menurut Grover et al. (2002) dalam Zamirza (2009), parameter utama pengukuran kualitas bahan bakar biomassa dihitung dari nilai kalor yang dimilikinya. Nilai kalor biomassa sangat bervariasi dan akan meningkat seiring dengan meningkatnya kandungan karbon didalamnya. Palz (1985) dalam Wijaya (2012) menambahkan bahwa nilai kalor suatu bahan bakar menandakan energi yang secara kimia terikat dibahan bakar dengan lingkungan standar. Standar tersebut berupa temperatur, keadaan air (uap atau cair) dan hasil pembakaran (CO 2, H 2 O dan lain-lain). Perhitungan nilai kalor bahan bakar dilakukan dengan menghitung jumlah panas yang dihasilkan dari 1 g bahan bakar untuk meningkatkan temperatur 1 g air dari suhu C. Nilai kalor briket arang yang dihasilkan, berkisar antara kal/g. Model polinomial yang disarankan program adalah reduced quadratic. Nilai ratarata respon nilai kalor adalah kal/g. Pada analisis keragaman (ANOVA), didapatkan hasil model yang menunjukkan signifikan dengan p-value Prob>F lebih kecil dari 0.05 (0.001) dan pada uji lack of fit didapatkan nilai yang signifikan. Hal ini terjadi karena p-value Prob>F < atau lebih kecil dari α=0.05. Nilai lack of fit yang signifikan menunjukkan bahwa tidak adanya kesesuaian data respon nilai kalor dengan model. Hasil analisis ANOVA respon nilai kalor disajikan dalam Lampiran 7. Hasil analisis ANOVA menunjukkan bahwa model yang didapatkan adalah signifikan dengan nilai lack of fit yang signifikan juga, sehingga memerlukan analisis pada nilai R 2. Nilai R 2 untuk model respon nilai kalor sebesar yang

31 memiliki arti bahwa pengaruh variabel X 1, X 2, dan X 3 terhadap perubahan variabel respon adalah 82.42% sedangkan sisanya 17.58% dipengaruhi oleh variabelvariabel lain yang tidak diketahui. Nilai lack of fit yang signifikan akan mempengaruhi model yang dihasilkan, sehingga untuk mendapatkan model yang cocok berdasarkan rekomendasi dari program Design Expert diperlukan adanya reduksi secara manual. Model direduksi secara manual dengan menghilangkan interaksi kombinasi faktor yang tidak begitu berpengaruh dalam model. Interaksi kombinasi faktor yang dihilangkan yaitu X 1 X 2 (interaksi konsentrasi arang bintaro dengan suhu karbonisasi) dan X 2 X 3 (interaksi suhu karbonisasi dan konsentrasi perekat tapioka). Persamaan model polinomial untuk respon nilai kalor dalam bentuk kode level: ilai alor ( al Keterangan: X 1 = Konsentrasi arang cangkang bintaro X 2 = Suhu karbonisasi X 3 = Konsentrasi perekat tapioka Berdasarkan persamaan model tersebut, nilai kalor akan meningkat seiring dengan peningkatan suhu karbonisasi dan kuadrat dari konsentrasi perekat tapioka. Hal tersebut ditunjukkan dengan konstanta yang bernilai positif. Nilai kalor akan menurun seiring dengan peningkatan konsentrasi arang cangkang bintaro, konsentrasi perekat tapioka, interaksi konsentrasi arang cangkang bintaro dan konsentrasi perekat tapioka, kuadrat dari konsentrasi arang cangkang bintaro, dan kuadrat dari suhu karbonisasi yang ditandai dengan konstanta yang bernilai negatif. Grafik kontur dan 3D-surface respon permukaan nilai kalor briket arang disajikan pada Gambar 12 dan Design-Expert Software Nilai kalor Design Points Nilai kalor B: Suhu karbonisasi X1 = A: Konsentrasi arang bintaro X2 = B: Suhu karbonisasi Actual Factor C: Konsentrasi perekat tapioka = A: Konsentrasi arang bintaro Gambar 12 Grafik kontur respon permukaan nilai kalor briket arang

32 20 Gambar 13 Grafik 3D-surface respon permukaan nilai kalor briket arang Berdasarkan Gambar 12 terlihat garis-garis kontur melingkar dengan titik merah di lingkaran terdalam yang kedua. Garis kontur melingkar yang terdalam itu menunjukkan daerah nilai respon yang terbaik. Pada variabel respon nilai kalor, briket arang yang baik adalah briket arang yang mempunyai nilai kalor maksimum (merah). Enam titik pusat tidak terletak tepat pada tengah-tengah lingkaran terdalam, melainkan berada di dalam area lingkaran yang kedua. Kondisi tersebut menunjukkan bahwa nilai respon terbaik pada penelitian ini akan diperoleh dengan mengkondisikan faktor-faktor tidak pada titik- titik pusat, tetapi bergeser ke arah kiri atas. Respon nilai kalor akan optimum pada konsentrasi arang cangkang bintaro yang semakin menurun dan suhu karbonisasi yang semakin meningkat. Tingginya nilai kalor dipengaruhi oleh beberapa respon, yaitu kadar air, zat menguap, abu, dan kadar karbon terikat. Kadar air yang tinggi berpengaruh pada menurunnya nilai kalor briket arang. Penurunan nilai kalor tersebut dikarenakan panas yang dihasilkan digunakan untuk menguapkan kandungan air yang terdapat dalam briket arang. Nilai kadar zat menguap yang dihasilkan tidak berpengaruh terhadap nilai kalor briket arang. Kadar zat menguap hanya berpengaruh pada jumlah asap yang dihasilkan. Budiman et al. (2011) menambahkan adanya kandungan abu pada briket arang berpengaruh kurang baik terhadap nilai kalor yang dihasilkan. Semakin tinggi kadar abu maka nilai kalor yang dihasilkan semakin menurun. Hal tersebut terjadi karena tingginya kandungan abu mengindikasikan bahwa kandungan silikat pada briket semakin tinggi. Sementara silikat termasuk logam yang sulit terbakar sehingga keberadaanya dalam briket arang cenderung akan menurunkan nilai kalornya. Besarnya nilai kalor berbanding lurus dengan besarnya kadar karbon terikat pada briket arang. Kadar karbon terikat

33 mengindikasikan besarnya kandungan karbon dalam briket sehingga semakin tinggi kandungan karbon maka nilai kalor yang dihasilkan semakin tinggi. Berdasarkan hasil penelitian didapatkan nilai kalor yang melebihi batas minimum SNI, yaitu kal/g. Batas minimum nilai kalor menurut SNI adalah 5000 kal/g. Faktor yang paling berpengaruh terhadap respon nilai kalor adalah suhu karbonisasi dengan nilai F-hitung = dan konsentrasi arang cangkang bintaro dengan F-hitung = Faktor tersebut berpengaruh sangat signifikan terhadap respon nilai kalor ditandai dengan p-value Prob>F an lebi kecil dari 0.05 (<0.0001) dan (0.0231). Sementara untuk kombinasi dari ketiga faktor tersebut, tidak didapatkan kombinasi faktor yang berpengaruh signifikan terhadap respon nilai kalor karena p-value Prob>F lebi be ar dari.05. Titik optimum untuk respon nilai kalor bergeser jauh dari pendugaan awal. Hal tersebut dikarenakan karakterikstik dan kandungan lignin kedua bahan berbeda sehingga suhu optimal karbonisasi kedua bahan seharusnya juga berbeda. Kandungan lignin tempurung kelapa lebih tinggi daripada cangkang bintaro. Untuk mendapatkan briket arang yang memiliki nilai kalor tinggi maka seharusnya proses karbonisasinya dibedakan berdasarkan masing-masing suhu optimal karbonisasi bahannya. Solusi optimasi yang direkomendasikan program Design Expert untuk respon tunggal nilai kalor, yaitu X 1 = 40%, X 2 = C, dan X 3 = 4.28%. Validasi Kondisi Optimum Berdasarkan analisis dari tiga variabel faktor dan empat variabel respon yang ada serta dengan penentuan range yang telah disesuaikan, program Design Expert merekomendasikan solusi optimasi penelitian ini, yaitu konsentrasi arang cangkang bintaro 37.6%, suhu karbonisasi C, dan konsentrasi perekat tapioka 3.4% dengan nilai desirability sebesar Model akan dinilai baik dan memadai apabila nilai prediksi respon yang dihasilkan mendekati nilai verifikasi dalam kondisi aktual (Madamba 2005) Pada tahapan ini, nilai respon aktual akan dibandingkan dengan nilai respon prediksi yang diberikan program dan SNI briket arang. Program memberikan nilai respon prediksi yang diikuti dengan selang prediksinya 95%. Selang prediksi atau PI (Prediction Interval) dibagi menjadi dua yaitu 95% PI low dan 95% PI high. PI low adalah nilai terendah dari interval yang diprediksikan sedangakan PI high adalah nilai tertinggi dari interval yang diprediksi. Definisi 95% pada PI menunjukkan nilai kepercayaan dari pengamatan individual sebesar 95%. Nilai pada kolom aktual didapatkan dari hasil pengamatan laboratorium sedangkan nilai pada kolom prediksi dan 95% PI (Prediction Interval) didapatkan dari hasil pengolahan program Design Expert Perbandingan nilai respon prediksi solusi optimasi program dengan nilai hasil aktual dan SNI dapat dilihat pada Tabel 5. Tabel 5 Perbandingan nilai respon prediksi solusi optimasi dengan nilai aktual Respon Aktual SNI Prediksi 95 % PI Rendah Tinggi Kadar air (%) Kadar zat menguap (%) Kadar abu (%) Nilai Kalor (kal/g) 6835 Min

34 22 Setelah dilakukannya validasi, didapatkan briket arang yang memiliki nilai kadar air 1.09 %, kadar zat menguap 28.31%, kadar abu 5.87%, dan nilai kalor 6835 kal/g. Apabila dibandingkan dengan SNI maka briket arang yang dihasilkan memenuhi beberapa kriteria respon, kecuali respon kadar zat menguap yang melebihi batas ketentuan SNI sehingga pada respon ini dapat disimpulkan kurang baik. Sedangkan apabila dibandingkan dengan nilai respon prediksi yang diberikan oleh program, nilai respon hasil validasi tidak berbeda jauh dengan nilai respon prediksi. Semua nilai respon yang didapatkan masih didalam selang nilai respon prediksi. Berdasarkan hasil tersebut dapat disimpulkan bahwa solusi optimasi yang direkomendasikan oleh program adalah baik. Analisis Pengujian Kerapatan Kerapatan merupakan salah satu parameter mutu briket arang secara fisik, dimana nilai ini dinyatakan dalam perbandingan berat dan volume. Nilai kerapatan akan semakin baik apabila ukuran dari partikel arang semakin kecil. Hal tersebut terjadi karena dengan semakin kecil partikel arang yang digunakan maka semakin kompak briket arang yang dihasilkan. Nurhayati (1983) dalam Sani (2009), menyatakan bahwa semakin tinggi keseragaman ukuran serbuk arang maka akan menghasilkan briket arang dengan kerapatan dan keteguhan tekan yang semakin tinggi pula. Besar kecilnya kerapatan dan keteguhan tekan dipengaruhi oleh kehomogenan arang penyusun briket arang tersebut. Semakin homogen dan semakin halus partikel penyusun briket maka semakin meningkat kerapatannya. Hendra (2012) menambahkan bahwa kerapatan yang terlalu tinggi akan mengakibatkan bahan bakar pelet atau briket sulit terbakar akan tetapi nilai kalor bakar dan keteguhan tekan akan meningkat. Hasil pengujian kerapatan briket arang dapat disajikan pada Lampiran 8, sedangkan plot histogram hasil pengujian kerapatan briket arang disajikan pada Gambar Nilai kerapatan (g/cm 3 ) Sampel ke- Gambar 14 Plot histogram hasil pengujian kerapatan briket arang Nilai kerapatan briket arang berkisar antara 0.472±0.012 sampai 0.601±0.006 g/cm 3. Nilai kerapatan briket arang akan semakin berkurang seiring dengan semakin tingginya konsentrasi arang cangkang bintaro yang digunakan. Hal

35 tersebut terjadi karena berat jenis arang cangkang bintaro yang lebih kecil daripada arang tempurung kelapa. Nilai kerapatan yang dihasilkan lebih rendah dibandingkan dengan nilai kerapatan briket arang buatan jepang ( g/cm 3 ), Amerika (1.0 g/cm 3 ), dan Inggris (0.84 g/cm 3 ). Namun, nilai kerapatan briket arang yang dihasilkan lebih tinggi dibandingkan dengan nilai kerapatan briket arang buatan Indonesia ( g/cm 3 ). Semakin tinggi suhu karbonisasi juga menyebabkan nilai kerapatan briket arang meningkat. Namun, berbeda dengan pengaruh konsentrasi perekat tapioka, dimana semakin tinggi konsentrasi perekat tapioka akan menyebabkan semakin menurunnya nilai kerapatan. Analisis Pengujian Keteguhan Tekan Setiap jenis bahan baku akan mempengaruhi sifat keteguhan tekan briket arang yang dihasilkan karena setiap bahan baku memiliki kerapatan berbeda-beda sehingga mengakibatkan nilai keteguhan tekan yang berbeda-beda untuk tiap jenis bahan baku briket arang yang digunakan. Nilai keteguhan yang tinggi disebabkan karena ukuran serbuk kayu yang cenderung lebih seragam. Permukaan yang seragam lebih memudahkan serbuk kayu menempel dan saling mengisi ruang-ruang kosong. Semakin kecil ukuran serbuk maka nilai keteguhan tekannya akan semakin besar (Hendra dan Darmawan 2000). Hasil pengujian keteguhan tekan briket arang disajikan pada Lampiran 8, sedangkan plot histogram hasil pengujian keteguhan tekan briket arang disajikan pada Gambar Nilai keteguhan tekan (kg/cm 2 ) Sampel ke- Gambar 15 Plot histogram hasil pengujian keteguhan tekan briket arang Nilai keteguhan tekan briket arang berkisar antara 1.22±0.069 sampai 4.27±0.063 kg/cm 2. Pada umumnya semakin meningkat konsentrasi arang bintaro akan menyebabkan nilai keteguhan tekan menurun kecuali, pada perlakuan konsentrasi arang bintaro sebesar 50%, suhu karbonisasi C dan konsentrasi perekat yang digunakan sebesar 5% yang menghasilkan nilai keteguhan paling tinggi yaitu 4.27±0.063 kg/cm 2. Tingginya nilai keteguhan tersebut diduga karena serbuk-serbuk arang dan perekat yang digunakan berinteraksi secara sempurna. Nilai keteguhan tekan yang dihasilkan lebih rendah dibandingkan dengan keteguhan tekan briket arang buatan Jepang (60 kg/cm 2 ), Amerika (62 kg/cm 2 ),

36 24 Inggris (12.7 kg/cm 2 ). Namun, keteguhan tekan yang dihasilkan lebih tinggi dari nilai keteguhan tekan briket arang buatan Indonesia (0.46 kg/cm 2 ). Kenaikan suhu karbonisasi belum menunjukkan signifikasi yang baik karena hasil yang diperoleh cenderung meningkat dan menurun. Pada umumnya konsentrasi perekat tapioka memiliki pengaruh yaitu semakin tinggi konsentrasi perekat yang digunakan akan menyebabkan semakin tinggi keteguhan tekan yang dihasilkan. Analisis Pengujian Kadar Karbon Terikat Kadar karbon terikat adalah besarnya fraksi karbon dalam arang selain fraksi abu dan zat mudah menguap (Sahwalita et al. 2003). Semakin tinggi kadar karbon terikat semakin tinggi pula arangnya. Hal ini disebabkan didalam proses pembakaran membutuhkan karbon yang bereaksi dengan oksigen untuk menghasilkan kalor. Tahir et al. (2012) menambahkan bahwa karbon adalah salah satu komponen dalam briket arang yang tidak menimbulkan gas ketika dibakar. Pari dan Hendra (2000) dalam Tampubolon (2001) menambahkan mengenai standar mutu nilai kadar karbon terikat briket arang dari beberapa negara, yaitu Jepang (60-80%), Inggris (75.3%), Amerika (58%), dan Indonesia (78.53 %). Hasil pengujian kadar karbon terikat briket arang disajikan pada Lampiran 8, sedangkan plot histogram hasil pengujian kadar karbon terikat disajikan pada Gambar Nilai kadar karbon terikat (%) Sampel ke- Gambar 16 Plot histogram hasil pengujian kadar karbon terikat briket arang Kadar karbon terikat briket arang berkisar antara 43±0.14 sampai 69.86±0.07%. Nilai ini lebih rendah dari kadar karbon terikat briket arang buatan Inggris dan Indonesia. Namun, beberapa kadar karbon terikat yang dihasilkan memenuhi standar mutu kadar karbon terikat buatan Jepang dan Amerika. Kadar karbon terikat dipengaruhi oleh kadar zat menguap dan kadar abu. Semakin rendah kadar zat menguap dan kadar abu akan menyebabkan semakin besar kadar karbon terikatnya dan begitu pula sebaliknya. Berdasarkan hasil penelitian, kadar karbon terikat yang dihasilkan berbanding terbalik dengan konsentrasi arang cangkang bintaro. Semakin tinggi konsentrasi arang cangkang bintaro akan menyebabkan semakin rendah kadar karbon terikatnya. Sementara itu, semakin tinggi suhu karbonisasi akan menyebabkan kadar karbon terikat semakin tinggi. Hal ini sesuai

37 dengan pendapat Hudaya dan Hartoyo (1990) dalam Tampubolon (2001), menyatakan bahwa kadar karbon terikat dapat ditingkatkan apabila suhu maksimal karbonisasi dinaikkan atau lamanya proses karbonisasi diperpanjang. Kadar karbon terikat juga dipengaruhi oleh konsentrasi perekat, semakin besar konsentrasi perekat maka kadar zat menguap dan kadar abu semakin meningkat sedangkan kadar karbon terikat semakin menurun. Pari et al. (1990) dalam Tampubolon (2001), menambahkan bahwa penambahan kadar perekat yang semakin tinggi, ada kecenderungan menyebabkan semakin menurunnya kadar karbon terikat. Penentuan Harga Pokok Produksi per Satuan Briket Semua biaya-biaya yang dikeluarkan untuk menghasilkan suatu produk akan menjadi penentu dalam perhitungan harga pokok produksi (Setiadi et al. 2014). Analisis ekonomi sederhana ini dilakukan untuk menentukan HPP per kg briket arang yang dihasilkan. Dalam analisis ini digunakan beberapa asumsi untuk memperkirakan harga jual briket arang ditingkat konsumen. Perhitungan dilakukan dengan sistem periode, dimana dalam satu periode adalah satu tahun. Biaya dihitung dalam rupiah per November Data analisis perhitungan harga pokok produksi briket arang disajikan pada Lampiran 9. Berdasarkan perhitungan dengan asumsi tersebut didapatkan harga pokok produksi briket arang adalah Rp per kg. Harga per kg briket arang yang dihasilkan masih relatif lebih tinggi dari harga gas elpiji dipasaran. Hal tersebut terjadi dikarenakan biaya karbonisasi bahan baku yang tinggi, sementara kapasitas bahan yang diarangkan sangat kecil. Namun, seiring dengan harga bahan bakar fosil yang terus meningkat dan penemuan teknologi karbonisasi yang lebih hemat, prospek industri briket arang campuran cangkang bintaro dan tempurung kelapa akan prospektif beberapa tahun mendatang. 25 SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Berdasarkan hasil dari penelitian, kombinasi variabel faktor-faktor akan menghasilkan respon yang optimum pada konsentrasi arang cangkang bintaro dalam campuran (X 1 ) 37.6%, suhu karbonisasi (X 2 ) C, dan konsentrasi perekat tapioka (X 3 ) 3.4% dengan nilai desirability sebesar Masing-masing variabel respon briket arang yang optimum didapat dari masing-masing perlakuan dengan mengikuti model polinomial berikut ini: adar air ( ) adar a men uap ( ) adar abu ( ) ilai alor ( al

38 26 Hasil validasi menunjukkan briket arang pada kondisi optimum menghasilkan kadar air 1.09%, kadar zat menguap 28.31%, kadar abu 5.87%, dan nilai kalor 6835 kal/g. Pada pengujian tambahan briket arang didapatkan nilai kerapatan 0.55 g/cm 3, keteguhan tekan 2.28 kg/cm 2, dan kadar karbon terikat 65.82%. Harga pokok produksi briket arang campuran cangkang bintaro dan tempurung kelapa adalah Rp per kg. Saran Dalam aplikasinya pembuatan briket arang campuran cangkang bintaro dan tempurung kelapa akan optimal pada kombinasi variabel faktor yang direkomendasikan oleh program Design Expert untuk multi respon. Perlu dilakukan proses karbonisasi yang terpisah antara cangkang bintaro dan tempurung kelapa karena suhu optimal masing-masing bahan berbeda. Selain itu, perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mencari faktor-faktor lain yang berpengaruh terhadap mutu briket arang, misalnya pengaruh tekanan kempa dan ukuran partikel serbuk arang agar diperoleh titik yang optimal.

39 27 DAFTAR PUSTAKA [BSN] Badan Standarisasi Nasional SNI Briket Arang. Jakarta: Standar Nasional Indonesia SNI Briket Arang Kayu. Jakarta: Standar Nasional Indonesia. Agustina SE Prospek pengembangan dan bisnis bio-diesel sebagai energi alternatif. Makalah Workshop Bio-diesel. B2TE-Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi, Jakarta. Aktas N, Boyaci HI, Mutlu M, Tanyolac A Optimation of lactose utilization in deproteinated whey by Kluyveromyces marxians using response surface methodology. Bioresource Technology. 97: Asro Penggunaan fungsi regresi excel untuk pemodelan dan inferential [internet]. [diunduh 2014 Agustus 6]. Tersedia pada : Bergman R, Zebre J Primer on wood biomass for energy. USDA Forest Service, State and Private Forestry Technology Marketing Unit Forest Product Laboratory. Madison, Wisconsin. Budiman S, Sukrido, Harliana A Pembuatan biobriket dari campuran bungkil biji jarak pagar (Jatropha curcas L.) dengan sekam sebagai bahan bakar alternatif. Seminar Rekayasa Kimia dan Proses, Semarang. Chowdhury S, Saha PD Scale-up of a dye adsorption process using chemically modified rice husk: optimization using response surface methodology. Journal Desalination and Water Treatment. 37: Dewi AK, Sumarjaya IW, Srinadi IGA Penerapan metode permukaan respon dalam masalah optimalisasi. E-Jurnal Matematika. 8(2): El Bassam N, P Maegaard Integrated renewable energy or rural communities. Planning guidelines. Technologies and Applications. Elsevier. Amsterdam. Erawati SF Optimasi rendemen dan mutu agar-agar dari rumput laut (Gracilaria verrucosa) dengan metode respon permukaan [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Erwandi Sumber energi arus: alternatif pengganti BBM, ramah lingkungan, dan terbarukan [internet]. [diunduh 2014 Juni 6]. Tersedia pada: Hardianto T, Suwono A, Pasek AD, Amrul Balance energi pada proses torefaksi sampah kota menjadi bahan bakar padat ramah lingkungan setara batubara untuk memperhitungkan tingkat kelayakan. Di dalam: Surya YI, Wahyudi S, Pratikto, Wardhana, Murdani A, Prawara B, editor. Optimalisasi Peran Teknik Mesin dalam Meningkatkan Ketahanan Energi dan Seminar Nasional Teknik Mesin X; 2011 Nov 2-3; Malang, Indonesia. Malang (ID): Universitas Brawijaya. Hlm Hendra D, Pari G Penyempurnaan teknologi pengolahan arang. Laporan Hasil Penelitian Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan. Bogor (ID): Balai Penelitian dan Pengembangan Kehutanan. Hendra D, Darmawan S Pembuatan arang dari serbuk Gergajian kayu dengan penambahan tempurung kelapa. Buletin Penelitian Hasil Hutan. 18(1):1-9.

40 28 Hendra D, Winarni I Sifat fisis dan kimia briket arang campuran limbah kayu gergajian dan sabetan kayu. Buletin Penelitian Hasil Hutan. 21(3): Bogor (ID): Pusat penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan. Hendra D Pembuatan briket arang dari campuran kayu, bambu, sabut kelapa, dan tempurung kelapa sebagai sumber energi alternatif. Jurnal Penelitian Hasil Hutan. 86: Rekayasa pembuatan mesin pelet kayu dan pengujian hasilnya. Jurnal Penelitian Hasil Hutan. 30(2): Kementerian ESDM Indonesia energy outlook. Jakarta (ID): Pusat Teknologi Pengembangan Sumberdaya Energi, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi. Liliana W Peningkatan kualitas biopelet bungkil jarak pagar sebagai bahan bakar melalui teknik karbonisasi [tesis]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Lina AD Optimasi proses transformasi biji jarak menjadi biodiesel dengan metode transesterifikasi in situ [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Madamba PS Determination of optimum intermittent drying condition for rough rice (Oryza sativa L.). Lebensm, Wiss. u-technol 38: Mangkau A, Rahman A, Bintaro G Penelitian nilai kalor briket tongkol jagung dengan berbagai perbandingan sekam padi. Jurnal Fakultas Teknik. 5:1-10. Nuryanti, Salimy D Metode respon permukaan dan aplikasinya pada optimal eksperimen kimia. Risalah Lokakarya Komputasi dalam Sains dan Teknologi Nuklir. Hlm Ohman M, Nystrom I, Gilbe C Slag formation during combustion of biomassa fuels. International Conference on Solid Biofuels, Beijing. Puspitojati E, Santoso H Optimasi fermentasi pada pembuatan ekstrak temulawak sebagai bahan baku es krim. Jurnal Ilmu-Ilmu Pertanian. 16(2): Riseanggara RR Optimasi kadar perekat pada briket limbah biomassa [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Sahwalita, Sanjaya H, Nuryana Karakteristik briket arang dari limbah pembalakan kayu Eucalyptus grandis. Jurnal Fakultas Kehutanan. 11(1): Sani HR Pembuatan briket arang dari campuran kulit kacang, cabang dan ranting pohon sengon serta sebetan bambu [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Setiadi P, Saerang DPE, Runtu T Perhitungan harga pokok produksi dalam penentuan harga jual pada CV. Minahasa Mantap Perkasa. Jurnal Berkala Ilmiah Efisiensi. 14(2): Sriharti, Salim T Pengaruh komposisi bahan terhadap karakterisasi briket limbah biji jarak pagar (Jathropha Curcas L.). Jurnal Teknologi Indonesia. 34: Sulistyanto A Karakteristik pembakaran biobriket campuran batubara dan sabut kelapa. Jurnal Media Mesin. 7(2): Suryani I, Permana MY, Dahlan MH Pembuatan briket arang campuran buah bintaro dan tempurung kelapa menggunakan perekat amilum. Jurnal Teknik Kimia. 1(18):24-29.

41 Tahir D, Gareso PL, Suriamiharja DA, Subar S, Inzana N, Palentek N Physical properties of briquettes based on charcoal from selected biomass. International Conference on Sustainable Energy Engineering and Application, Yogyakarta. Tampubolon D Pembuatan briket arang dari kotoran sapi perah dengan penambahan tempurung kelapa [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Tirono M, Sabit A Efek suhu pada proses pengarangan terhadap nilai kalor arang tempurung kelapa (Coconut Shell Cahrcoal). Jurnal Neutrino. 3(2): Utami AR Kajian proses produksi biodiesel dari minyak biji bintaro (Cerbera manghas) dengan metode transesterifikasi [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Wahyuni AT Pemanfaatan bungkil biji jarak pagar (Jathropa curcas L.) sebagai bahan bakar biomassa (briket) menggunakan perekat tapioka dan gaplek. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Wijaya P Analisis pemanfaatan limbah kulit singkong sebagai bahan bakar alternatif biobriket [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Zamirza F Pembuatan biopellet dari bungkil jarak pagar (Jathropa curcas L.) dengan penambahan sludge dan perekat tapioka [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. 29

42 30 Lampiran 1 Prosedur uji analisis kimia bahan baku dan mutu briket arang Kerapatan (SNI ) Kerapatan pada umumnya dinyatakan dalam perbandingan berat dan volume, yaitu dengan cara menimbang dan mengukur volume dalam keadaan kering udara. Kerapatan briket dapat dihitung dengan menggunakan persamaan : Keterangan: m = Bobot briket (g) V = Volume (cm 3 ) erapa an ( cm m Keteguhan Tekan (SNI ) Prinsip pengujian keteguhan tekan adalah mengukur kekuatan tekan briket dengan memberikan penekanan sampai briket pecah. Penentuan keteguhan tekan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan : Keterangan: G = Beban penekanan (kg) A = Luas permukaan (cm 2 ) e e u an e an ( cm G A Kadar Air (SNI ) Cawan kosong ditimbang hingga konstan, kemudian dimasukkan sampel kedalam cawan sebanyak 2 g, Sampel diratakan dan dimasukkan kedalam oven pada suhu C selama 4 jam dan didinginkan dalam desikator. Selanjutnya ditimbang sampai bobotnya konstan. Penentuan kadar air dilakukan sebanyak 2 kali ulangan (duplo). Kadar air dihitung dengan menggunakan persamaan : adar air ( (A Keterangan: A = Bobot sebelum pengeringan oven C (g) B = Bobot setelah pengeringan oven C (g) Kadar Zat Menguap (SNI ) Prinsip penetapan kadar zat menguap adalah menguapkan bahan tanpa oksigen pada suhu C. Selisih berat dihitung sebagai zat yang hilang atau menguap. Penetapan kadar zat menguap dilakukan dengan meletakkan sampel ke dalam cawan porselin bertutup yang diketahui bobotnya. Sampel yang diisikan berasal dari perhitungan kadar air sebelumnya dan ditempatkan dalam tanur. Panaskan dalam tanur dengan suhu C selama 7 menit, kemudian didinginkan dalam desikator dan selanjutnya ditimbang. Kadar zat menguap dihitung berdasarkan persamaan : adar a men uap (

43 31 Keterangan : W 1 = Bobot sampel setelah dikeringkan pada suhu C (g) W 2 = Bobot sampel setelah dipanaskan pada suhu C (g) Kadar Abu (SNI ) Timbang cawan porselin tanpa tutup dengan sampel yang berasal dari pengujian kadar zat mudah menguap, tempatkan dalam tanur dan dipanaskan dalam suhu C selama 5 jam. Pindahkan porselin dari tanur, didinginkan dalam desikator dan timbang segera. Penentuan kadar abu dilakukan sebanyak 2 kali ulangan (duplo). Kadar abu dihitung berdasarkan persamaan : adar abu ( Keterangan: A = Bobot abu (g) B = Bobot sampel setelah dipanaskan pada suhu C (g) Kadar Karbon Terikat Briket (SNI ) Karbon terikat adalah fraksi karbon (C) dalam briket, selain fraksi zat mudah menguap dan abu. Kadar karbon terikat dihitung dengan menggunakan persamaan : A adar arbon eri a ( - ( A) Keterangan: V = Kadar zat mudah menguap (%) A = Kadar abu (%) Nilai Kalor Briket (SNI ) Prinsip penentuan nilai kalor yaitu dengan membakar sejumlah sampel uji dengan pengendalian kondisi dalam Oxygen Bomb Calorimeter. Sampel uji sebanyak ± 1 g dihaluskan. Kemudian diukur 10 cm fuse wire dan hubungkan pada masing-masing elektroda serta singgungkan dengan sampel dalam bomb. Isi bucket dengan air suling 1,5 liter. Letakkan bucket kedalam calorimeter kemudian tutup dan tunggu suhu air suling sampai konstan. Kemudian catat perubahan suhu yang terjadi setelah menekan ignition unit. Setelah itu buka calorimeter, ukur sisa fuse wire yang tidak terbakar. Titrasi air dari bucket dengan larutan Na 2 CO 3 dengan menggunakan indikator merah metil. Nilai kalor dapat dihitung dengan persamaan: w I I I ilai alor ( al M Keterangan: t = Kenaikan temperatur pada termometer w = 2426 kal/ 0 C I 1 = ml Natrium karbonat yang terpakai untuk titrasi I 2 = 13,7 1,02 berat contoh I 3 = 2,3 x panjang fuse wire yang terbakar m = berat contoh g

44 32 Lampiran 2 Prosedur pembuatan briket arang Tempurung Kelapa Cangkang bintaro Tepung tapioka Karbonisasi Karbonisasi Ditambah air Arang tempurung kelapa Arang cangkang bintaro Pemanasan Penghalusan dan pengayakan Penghalusan dan pengayakan Serbuk arang Serbuk arang Perekat tapioka Campuran 3 bahan Penncetakan dan pengeringan Briket arang Uji analisis kimia dan fisika briket arang Selesai

45 33 Lampiran 3 Data hasil penelitian Sampel X 1 X 2 X 3 Y 1 Y 2 Y 3 Y 4 ke- (% g) ( 0 C) (% g) (%) (%) (%) (kal/g) Keterangan: Y 1 = Kadar air Y 2 = Kadar zat menguap Y 3 = Kadar abu Y 4 = Nilai kalor

46 34 Lampiran 4 Hasil analisis respon kadar air menggunakan Design Expert a. Nilai parameter-parameter optimasi untuk respon kadar air Parameter SMSS Lack of Fit Adjusted Keterangan Prob>F Prob>F R 2 R 2 Linier FI Kuadratik Cocok Kubik b. Analisis ANOVA respon kadar air

47 Lampiran 5 Hasil analisis respon kadar zat menguap menggunakan Design Expert a. Nilai parameter-parameter optimasi untuk respon kadar zat menguap Parameter SMSS Lack of Fit Adjusted Keterangan Prob>F Prob>F R 2 R 2 Linier < FI < Kuadratik < Cocok Kubik < b. Analisis ANOVA respon kadar zat menguap 35

48 36 Lampiran 6 Hasil analisis respon kadar abu menggunakan Design Expert a. Nilai parameter-parameter optimasi untuk respon kadar abu Parameter SMSS Lack of Fit Adjusted Keterangan Prob>F Prob>F R 2 R 2 Linier < FI < Kuadratik Cocok Kubik b. Analisis ANOVA respon kadar abu

49 37 Lampiran 7 Hasil analisis respon nilai kalor menggunakan Design Expert a. Nilai parameter-parameter optimasi untuk respon nilai kalor Parameter SMSS Lack of Fit Adjusted Keterangan Prob>F Prob>F R 2 R 2 Linier FI Kuadratik Cocok Kubik b. Analisis ANOVA respon nilai kalor