ANALISA THERMOGRAVIMETRY PADA PIROLISIS LIMBAH PERTANIAN DENGAN VARIASI KOMPOSISI

Transkripsi

1 ANALISA THERMOGRAVIMETRY PADA PIROLISIS LIMBAH PERTANIAN DENGAN VARIASI KOMPOSISI SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Oleh : BAGUS SETIAWAN NIM. I JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA commit 2015 to user

2 iii

3 ANALISA THERMOGRAVIMETRY PADA PIROLISIS LIMBAH PERTANIAN DENGAN VARIASI KOMPOSISI Bagus Setiawan Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta bagus.i @gmail.com ABSTRAK Analisa thermogravietry (TGA) digunakan dalam penelitian ini untuk meneliti karakteristik pirolisis limbah pertanian. Limbah pertanian yang diteliti adalah sekam-jerami, sekam-singkong, sekam-tongkol jagung, sekam-sebuk gergaji, jerami-singkong, jerami-tongkol jagung, jerami-sebuk gergaji, singkongtongkol jagung, singkong-serbuk gergaji, serbuk gergaji-tongkol jagung. Masing masing sampel ditimbang sebesar 20 gram dan kemudian dipirolisis di dalam tungku pembakaran mulai dari temperatur 30 o C, sampai 600 o C, dengan heating rate sebesar 15 o C/min, holding time 10 menit dan nitrogen mengalir 100 cm 3 /menit di dalam tungku. Hasil dari penelitian ini menunjukan bahwa, pada grafik thermogravimetry (TG) kadar air bahan baku berkisar 8-20%. Kadar air tertinggi terdapat pada campuran singkong-jerami yaitu sebesar 20%. Massa volatile matter campuran berkisar 44-64%. Massa volatile matter terendah pada singkong-jerami. Massa arang yang tersisa berkisar 20-30%. Massa arang tertinggi terdapat pada campuran sekam padi-singkong yaitu 30% dan yang terendah pada campuran singkong-jerami dan serbuk gergaji dan tongkol jagung yaitu 20%. proses pengeringan dengan temperatur terendah pada serbuk gergaji dan jerami yang terjadi sampai temperatur 144,7 o C. Temperatur pengeringan tertinggi pada campuran sekam padi dan tongkol jagung terjadi sampai 398,4 o C. Proses devolatilisasi paling awal terjadi pada campuran serbuk gergaji-jerami yang terjadi pada temperatur 144,7-419,7 o C. dari grafik DTG didapat serbuk gergaji dan jerami mempunyai puncak laju penurunan massa paling tinggi yaitu 14,4%. Kata Kunci: TGA, limbah pertanian, biomass, karakteristik pirolisis. iv

4 THERMOGRAVIMETRY ANALYSIS ON AGRICULTURAL WASTE PYROLYSIS WITH VARIATION OF COMPOSITION Bagus Setiawan Mechanical Engineering Sebelas Maret Universitiy Surakarta bagus.i @gmail.com ABSTRACT Analysis thermogravimetry ( TGA) used in this research to check the characteristic of pyrolysis of agriculture waste. accurate by Agriculture waste is rice husks - rice straw, rice husks - cassava peel, rice husks - corncob, rice husks - sawdust, rice straw - cassava peel, rice straw - corncob, rice straw - sawdust, cassava peel - corncob, cassava peel - sawdust, sawdust - corncob. Each sampel deliberated by equal to 20 gram and pyrolysis in reactor start from temperature 30 o C, until 600 o C, by heating rate 15 o C/min, holding time 10 minute and nitrogen flowing 100 cm 3 /minute in reactor. Results from this study showed that, on the graph Thermogravimetry (TG) of raw material moisture content ranging from 8-20%. The highest water content contained in the cassava-rice straw mixture is equal to 20%. mass of Volatile matter mixture gyrate 44-64%. mass of Volatile matter lowest at cassava peel-rice straw. Fix carbon mass remained gyrate 20-30%. highest Fix carbon mass there are at mixture lock up the rice husks-cassava peel that is 30% and which lowest at mixture of cassava peel-rice straw and sawdust and corncob that is 20%. draining process by temperature is low at sawdust and rice straw that happened until temperature o C. highest drying temperature in a mixture of rice husks and corn cobs happen to C. The earliest devolatilization process occurs in a mixture of sawdust-rice straw which occurs at a temperature of to C. DTG graphs obtained from sawdust and straw has a peak rate of decrease in mass highest of 14.4 %. Keywords: Thermogravimetry, agricultural waste, biomass, pyrolysis. v

5 KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur kehadirat Tuhan Yesus yang telah memberikan rahmat serta karunia-nya kepada penulis sehingga mampu menyelesaikan penyusunan skripsi dengan judul ANALISA THERMOGRAVIMETRY PADA PIROLISIS LIMBAH PERTANIAN DENGAN VARIASI KOMPOSISI. Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat untuk menyelasaikan jenjang pendidikan strata satu (S1) di jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih atas segala bantuan dan perhatian selama melaksanakan riset dan penyusunan skripsi. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: Tuhan Yesus atas kehendaknya telah menghendaki terselesaikannya skripsi ini. Orang tua dan seluruh anggota keluarga yang telah memberikan dukungan secara moral dan material. Bapak Eko Prasetya Budiana, S.T.,M.T selaku dosen pembimbing I yang telah memberikan inspirasi dan bimbingan dalam menyelesaikan penulisan skripsi ini. Bapak Prof. Dr. Dwi Himawanto, S.T.,M.T selaku dosen pembimbing II yang telah memberikan inspirasi dan bimbingan dalam menyelesaikan penulisan skripsi ini. Bapak Dr Eng. Syamsul Hadi, ST., MT, selaku ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Seluruh Dosen Teknik Mesin yang telah memberikan ilmu, inspirasi dan motivasi selama menjalani proses perkuliahan. Rekan seperjuangan, atas waktu, bantuan moral, materi dan motivasinya selama ini semoga Tuhan memberikan kesabaran dan kemudahan. Semua pihak yang telah membantu dalam proses pembuatan skripsi ini. Walaupun penulis tidak bisa menyebutkan satu persatu, tetapi kontribusi anda sekalian begitu berarti. vi

6 Penulis telah berusaha menampilkan apa yang terbaik dengan semampunya, dan berharap semoga skripsi ini bermanfaat dan dapat menambah wawasan bagi pembaca. Penulis menyadari masih terdapat banyak kekurangan, oleh karena itu saran dan kritik penulis harapkan untuk menghasilkan karya berikutnya yang lebih baik lagi. Surakarta, 10 Juli 2015 Bagus Setiawan vii

7 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... SURAT TUGAS... HALAMAN PENGESAHAN... ABSTRAK... KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR TABEL... i ii iii iv vi viii xi xiii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Batasan Masalah Manfaat Penelitian Tujuan dan Manfaat Penelitian Sistematika Penulisan... 3 BAB II KAJIAN PUSTAKA Tinjauan Pustaka Pirolsis Thermogravimetry Dasar Teori Pirolisis Analisa Thermogravimetry BAB III METODE PENELITIAN viii

8 3.1 Tempat Pelaksanaan Alat dan Bahan Bahan Alat Jalan Penelitian Persiapan Pengujian Bahan Thermogravimetry Pirolisis Diagram Penelitian BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Karakteristik Dasar Biomassa Mentah Karakteristik Pirolisis Campuran Limbah Pertanian Karakteristik Pirolisis Campuran Sekam Padi dan Jerami Karakteristik Pirolisis Campuran Sekam Padi dan Kulit Singkong Karakteristik Pirolisis Campuran Sekam Padi dan Serbuk Gergaji Karakteristik Pirolisis Campuran Sekam Padi dan Tongkol Jagung karakteristik pirolisis campuran kulit singkong dan jerami Karakteristik Pirolisis Campuran Serbuk Gergaji dan Jerami Karakteristik Pirolisis Campuran Tongkol Jagung dan Jerami Karakteristik Pirolisis Campuran Kulit Singkong dan Serbuk Gergaji Karakteristik Pirolisis Campuran Kulit Singkong dan Tongkol Jagung Karakteristik Pirolisis Campuran Serbuk Gergaji dan Tongkol Jagung Perbandingan Karakteristik Semua Variasi Campuran Komposisi Karakteristik penurunan massa ix

9 4.4 Karakteristik Laju Penurunan Massa BAB V PENUTUP Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN x

10 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Skema Alat Pirolisis... 5 Gambar 2.2 Kurva TGA Kulit Singkong... 6 Gambar 2.3 Pengurangan massa vs temperatur dari plastik (HDPE, LDPE, PP), batu bara (LVC) dan campuarannya pada proses pyrolysis... 7 Gambar 2.4 Kurva DTG LCV/Plastik dan campurannya a) Campuran b) pirolisis Tunggal... 8 Gambar 2.5 Kurva penurunan berat dan turunan penurunan berat terhadap temperatur... 9 Gambar 2.6 Hemiselulosa, Selulosa dan Lignin Gambar 2.7 Kurva Thermogravimetry Gambar 3.1. Mesin Pengancur Gambar 3.2. Tungku Furnice Gambar 3.3. Silinder Reaktor Gambar 3.4. Timbangan Analitik Gambar 3.5. Tabung Nitrogen Gambar 3.6. ADAM thermoreader Data akuisisi ADAM Gambar 3.7. Thermocontroller Gambar 3.8. Flow Meter Gambar 3.9. Wadah Bahan Gambar Rangka Gambar 4.1 Karakteristik Pirolisis Campuran Sekam Padi dan Jerami Gambar 4.2 Grafik DTG Campuran Sekam Padi dan Jerami xi

11 Gambar 4.3 Karakteristik Pirolisis Campuran Sekam Padi dan Kulit Singkong Gambar 4.4 Grafik DTG Campuran Sekam Padi dan Kulit Singkong Gambar 4.5 Karakteristik Pirolisis Campuran Sekam Padi dan Serbuk Gergaji Gambar 4.6 Grafik DTG Campuran Sekam Padi dan Serbuk Gergaji Gambar 4.7 Karakteristik Pirolisis Campuran Sekam Padi dan Tongkol Jagung.. 35 Gambar 4.8 Grafik DTG Campuran Sekam Padi dan Tongkol Jagung Gambar 4.9 karakteristik pirolisis campuran kulit singkong dan jerami Gambar 4.10 Grafik DTG Campuran kulit singkong dan jerami Gambar 4.11 Karakteristik Pirolisis Campuran Serbuk Gergaji dan Jerami Gambar 4.12 Grafik DTG Campuran Serbuk Gergaji dan Jerami Gambar 4.13 Karakteristik Pirolisis Campuran Tongkol Jagung dan Jerami Gambar 4.14 Grafik DTG Campuran Tongkol Jagung dan Jerami Gambar 4.15 Karakteristik Pirolisis Campuran Kulit Singkong dan Serbuk Gergaji Gambar 4.16 Grafik DTG Campuran Kulit Singkong dan Serbuk Gergaji Gambar 4.17 Karakteristik Pirolisis Campuran Kulit Singkong dan Tongkol Jagung Gambar 4.18 Grafik DTG Campuran Kulit Singkong dan Tongkol Jagung Gambar 4.19 Karakteristik Pirolisis Campuran Serbuk Gergaji dan Tongkol Jagung Gambar 4.20 Grafik DTG Campuran Serbuk Gergaji dan Tongkol Jagung Gambar 4.21 Penurunan massa pada semua komposisi Gambar 4.22 Laju penurunan massa semua variasi xii

12 DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Spesifikasi timbangan digital Tabel 3.2 Spesifikasi data akuisisi Tabel 3.3 Variasi bahan Tabel 4.1 Uji proksimat dan nilai kalor limbah pertanian Tabel 4.2 Perbandingan hasil karakteristik penurunan massa Tabel 4.3 Perbandingan hasil karakteristik temperatur Tabel 4.4 Perbandingan hasil karakteristik laju penurunan massa Tabel 4.5 Perbandingan hasil karakteristik waktu xiii