Jurnal Kompetensi Teknik Vol. 1, No. 1, November 2009 15 Karakteristik Pembakaran Briket Arang Tongkol Jagung Danang Dwi Saputro Jurusan Teknik Mesin, Universitas Negeri Semarang Abstrak : Potensi biomass sebagai sumber energi alternatif sedemikian melimpah, namun belum terolah sepenuhnya. Tujuan penelitian ini adalah menguji temperatur pembakaran briket arang tongkol jagung dengan kecepatan udara 0,2 m/s, 0,4 m/s, 0,6 m/s dan 0,8 m/s. Penelitian awal dilakukan dengan pengujian proximate bahan baku meliputi kadar air, nilai kalor, kadar abu, volatile matter dan kadar karbon. Hasil penelitian karakteristik pembakaran arang briket tongkol jagung dengan variasi laju aliran massa udara adalah sebagai berikut : perubahan temperatur pembakaran dari temperatur awal 200 C sampai temperatur puncak berkisar antara 286 C -292 C, laju pengurangan massa berkisar selama 21 menit-30 menit, laju pembakaran mencapai puncak berkisar antara 0,3 gr/s-0,41 gr/s. Dari hasil penelitian didapatkan untuk membakar 5 gr arang briket tongkol jagung dibutuhkan udara kering 20,15 gr. Stoikiometris didapatkan perbandingan antara bahan bakar dengan udara 4:1. Aliran massa udara yang dapat memenuhi kebutuhan udara kering tersebut adalah 0,6 m/s. Pembakaran pada aliran massa udara 0,6 m/s merupakan pembakaran dengan pencapaian temperatur tertinggi yaitu 292 C, dengan laju pembakaran selama 21 menit. Kata Kunci: briket arang, tongkol jagung, pembakaran 1. Pendahuluan Tingkat pemakaian bahan bakar terutama bahan bakar fosil di dunia semakin meningkat seiring dengan semakin bertambahnya populasi manusia dan meningkatnya laju industrialisasi di berbagai negara di dunia. Hal tersebut menimbulkan kekhawatiran terjadinya krisis bahan bakar. Di samping itu kepedulian manusia terhadap lingkungannya memunculkan pemikiran penggunaan energi alternatif yang bersih. Sektor agraris umumnya menghasilkan limbah pertanian yang kurang termanfaatkan. Limbah pertanian yang merupakan biomass tersebut merupakan sumber energi alternatif yang melimpah, dengan kandungan energi yang relatif besar. Limbah pertanian tersebut apabila diolah akan menjadi suatu bahan bakar padat buatan yang lebih luas penggunaannya sebagai bahan bakar alternatif. Di samping itu sumber energi biomassa mempunyai keuntungan pemanfaatan antara lain: dapat dimanfaatkan secara lestari karena sifatnya yang renewable resources, tidak mengandung unsur sulfur yang menyebabkan polusi udara pada pengunaan bahan bakar fosil, dan meningkatkan efisiensi pemanfaatan limbah pertanian. Penelitian telah banyak dilakukan untuk mempelajari potensi energi dalam bentuk padat dari berbagai limbah pertanian dengan mengkonversinya ke bentuk briket seperti: briket ampas tebu (Apolinario et al 1997), briket sekam padi (Estela 2002), briket batang gandum dan rumput (Mani et al 2002), briket batang jagung (Bix, 2007; Afifi, 2007). Hasil penelitian tersebut berupa: 1) berbagai parameter proses produksi briket biomassa dan 2) briket itu sendiri. Hasil berupa briket ini dapat digunakan untuk proses pembakaran yang sesungguhnya, namun untuk mendapatkan pembakaran yang efisien diperlukan tungku yang sesuai dengan karakter briket. Tungku yang efisien dapat menyediakan pasokan udara pembakaran yang tepat sehingga pembakaran briket berlangsung sempurna. Dengan adanya tungku yang sesuai maka briket yang dihasilkan dapat digunakan untuk aplikasi yang sesungguhnya.
Jurnal Kompetensi Teknik Vol. 1, No. 1, November 2009 16 2. Tinjauan Pustaka Konsep Udara Berlebih Untuk pembakaran yang optimum, jumlah udara pembakaran yang sesungguhnya harus lebih besar daripada yang dibutuhkan secara teoritis. Bagian dari gas buang mengandung udara murni yaitu udara berlebih yang ikut dipanaskan hingga mencapai suhu gas buang dan meninggalkan boiler melalui cerobong. Analisis kimia gasgas merupakan metode objektif yang dapat membantu untuk mengontrol udara dengan lebih baik. Dengan mengukur CO 2 atau O 2 dalam gas buang (menggunakan peralatan pencatat kontinyu atau peralatan Orsat ataubeberapa peralatan portable yang murah) kandungan udara berlebih dan kehilangan dicerobong dapat diperkirakan. Udara berlebih yang dibutuhkan tergantung pada jenis bahanbakar dan sistim pembakaran-nya. Cara yang lebih cepat untuk menghitung udara berlebih adalah dengan menggunakan gambar 2 dan 3, setelah persen CO 2 atau O 2 dalam gas buang diukur. Adapun tahapan dalam pembakaran bahan bakar padat adalah sebagai berikut : 1. Pengeringan Dalam proses ini bahan bakar pengalami proses kenaikan temperatur yang akan mengakibatkan menguapnya kadar air yang berada pada permukaan bahan bakar tersebut, sedangkan untuk kadar air yang berada di dalam akan menguap melalui pori-pori bahan bakar padat. 2. Devolatilisasi yaitu proses bahan bakar mulai mengalami dekomposisi setelah terjadi pengeringan. 3. Pembakaran Arang, sisa dari pirolisis adalah arang (fix carbon) dan sedikit abu, kemudian partikel bahan bakar mengalami tahapan oksidasi arang yang memerlukan 70%-80% dari total waktu pembakaran. Himawanto (2005), meneliti laju pembakaran briket yang terbuat dari sampah pengergajian kayu, sekam padi, kulit kacang tanah, serat kulit kelapa dan serat kulit kelapa sawit. Briket dibuat dengan metode piston-press dengan bahan perekat starch dan molasse. Briket yang dibuat diuji karakteristik pembakarannya. Peneliti menyimpulkan (1)laju pembakaran naik seiring dengan kenaikan dwell time dan prosentase perekat. (2) briket dari limbah pengergajian kayu mempuyai sifat paling baik dibandingkan dengan bahan yang lain. Secara umum disimpulkan bahwa briket dari biomassa mempunyai potensi untuk dijadikan bahan bakar, tetapi setiap material mempunyai karakteristik optimum yang berbeda-beda. Subroto (2006) meneliti karakteristik pembakaran briket campuran batubara, ampas tebu dan jerami dengan bahan perekat tepung pati. Komposisi yang di uji adalah biobriket dengan perbandingan prosentase batubara : biomass (ampas tebu dan jerami); 10% :90% ; 33,3% : 66,6% ; 50% : 50%, briket dibuat dengan metode cetak tekan pada tekanan 100 kg/cm2. Pengujian pembakaran dilakukan untuk mengetahui besarnya laju pengurangan massa dengan laju kecepatan udara konstan(0,3 m/s), kemudian dilanjutkan dengan pengujian emisi polutan Berdasarkan percobaan dan parameter yang telah di uji, penambahan biomass menyebabkan naiknya volatile matter sehingga lebih cepat terbakar dan laju pembakaran lebih cepat. Penambahan biomass juga dapat menurunkan emisi polutan yang dihasilkan pada saat pembakaran. Komposisi biobriket terbaik yang dapat digunakan untuk kebutuhan sehari-hari adalah komposisi batubara 10% : biomass 90% karena lebih cepat terbakar, suhu yang dicapai dapat optimal dan lebih ramah lingkungan. Sulistyanto (2006), telah menguji karakteristik pembakaran biobriket campuran batubara dengan sabut kelapa dengan perbandingan batubara : biomass : 10% : 90%, 20% : 80%, 30% : 70% dengan kecepatan udara konstan. Briket dibuat dengan metode Piston Press pada tekanan kompaksi sebesar 100 kg/cm2 dan bahan perekat pati. Berdasarkan percobaan dan parameter yang telah di uji, penambahan biomass menyebabkan naiknya volatile matter sehingga lebih
Jurnal Kompetensi Teknik Vol. 1, No. 1, November 2009 17 cepat terbakar dan laju pembakaran lebih cepat. Penambahan biomass juga dapat menurunkan emisi polutan yang dihasilkan pada saat pembakaran. Komposisi biobriket terbaik yang dapat digunakan untuk kebutuhan sehari-hari adalah komposisi batubara : biomass = 10% : 90% karena lebih cepat terbakar dan lebih ramah lingkungan, sedangkan untuk kebutuhan industri, komposisi terbaik dengan pencapaian temperatur tertinggi adalah komposisi batubara : biomass = 30% : 70%. Himawanto (2005), menguji pengaruh temperatur karbonisasi terhadap karakteristik pembakaran briket sampah kota. Briket terbuat dari sampah kota dengan bahan pengikat molasses dan batu kapur. Peneliti menyimpulkan (1) proses karbonisasi mempengaruhi karakteristik pembakaran briket, semakin tinggi temperatur karbonisasi mempunyai pengaruh signifikan terhadap karakteristik pembakaran (2) karakteristik pembakaran pembakaan terbaik dicapai pada komposisi bahan organik dan perekat sebesar 90% : 10% pada temperatur karbonisasi 120 0 C. Pada komposisi campuran ini temperatur mulai terbakar pada 176,3 0 C dengan peak temperatur yang dicapai sebesar 448,8 0 C 3. Metode Penelitian Tongkol jagung diambil dari daerah pertanian jagung di penggilingan jagung, desa Muntal, Gunungpati. Sebagai bahan buangan kadar airnya bervariasi sehinga diperlukan pengeringan untuk mendapatkan kadar air yang seragam. Pengeringan memakai Oven sampai kadar air bahan baku mencapai 12% dari berat kering. Berikut ini adalah sifat bahan baku yang dipakai dalam pembuatan briket (Tabel 1). Bahan baku yang telah kering dihancurkan menggunakan alat penghancur. Agar didapat ukuran partikel bahan baku sebesar 0,6 mm dilakukan pengayakan. 4. Hasil Penelitian dan Pembahasan Pengujian temparatur pembakaran Gambar 1. Alat uji pembakaran Pada grafik di atas menunjukkan temperatur pembakaran pada masingmasing kecepatan aliran udara. Temperatur tertinggi pada kecepatan udara pembakaran 0,6 m/s yaitu 292 C, hal ini dipengaruhi oleh massa udara yang dialirkan pada saat pembakaran. Udara akan mengurangi atau memperlambat pencapaian temperatur maksimum. Sehingga semakin kecil kecepatan aliran udara yang diberikan semakin tinggi temperatur yang dicapai pada
Jurnal Kompetensi Teknik Vol. 1, No. 1, November 2009 18 pembakaran. Temperatur tertinggi pada aliran 0,6 m/s dicapai selama 10 menit, hal ini berbeda pada aliran udara 0,8 m/s dan 1,0 m/s masing-masing mencapai temperatur tertinggi pada menit ke 13 dan 15 10, sedangkan aliran 0,8 m/s dan 1,0 m/s mengalami penurunan drastis masingmasing pada menit ke 13 dan 15. Gambar 2. Grafik Temperatur Pembakaran Pembakaran arang briket di atas temperatur awal pembakaran atau temperatur ruang tungku (pre heat) dikondisikan 200 C (lihat Gambar 1 dan 2). Temperatur secara cepat mengalami kenaikan, dikarenakan briket tanpa melalui proses devolatilisasi atau proses dekomposisi. Pembakaran briket hanya mengalami proses pengeringan kadar air kemudian langsung porses pembakaran arang. Setelah mencapai temperatur tertinggi, pada umumnya suatu pembakaran akan mengalami penurunan temperatur seiring dengan menyusutnya massa briket. Pengujian Laju pengurangan Massa Pembakaran Pengurangan massa pada pembakaran briket berbanding lurus dengan temperatur (Gambar 3). Dimana semakin tinggi temparatur yang dicapai maka semakin cepat pula pengurangan massa pembakaran. Terbukti pada grafik pengurangan massa di atas, pembakaran paling cepat pada aliran massa udara 0,6 m/s yaitu membutuhkan waktu 21 menit sampai briket habis terbakar. (Subroto, 2006), Kenaikan temperatur udara pembakaran menyebabkan semakin pendeknya waktu pembakaran. Pengurangan massa pada masing-masing aliran udara mengalami penurunan yang signifikan pada menit-menit pertengahan pembakaran. Hal ini sesuai dengan kenaikan temperatur pembakaran yang mencapai titik puncak pada menit-menit pertengahan. Aliran 0,6 m/s mengalami penurunan drastis pada menit ke Gambar 3. Grafik Pengurangan Massa Pembakaran Pengujian laju Pembakaran Gambar 4. Grafik Laju Pembakar Pengujian di Gambar 4 menunjukkan laju pembakaran paling cepat adalah pada aliran massa udara 0,6 m/s. Laju pembakaran dipengaruhi oleh temperatur, dimana semakin tinggi temparatur maka semakin singkat waktu yang dibutuhkan dalam pembakaran. Tingginya temperatur juga berpengaruh pada pencapaian titik puncak dalam laju pembakaran. Grafik menunjukkan titik puncak tertinggi dicapai oleh aliran massa udara 0,6 m/s, yaitu 0,41 gr/mnt. Karakteristik bahan bakar berpengaruh dalam pembakaran, diantaranya adalah volatile matter. (Subroto, 2006), Dalam penelitiannya semakin banyak kandungan volatile matter pada biobriket maka semakin mudah biobriket untuk terbakar dan
Jurnal Kompetensi Teknik Vol. 1, No. 1, November 2009 19 menyala. Hal ini terbukti, laju pembakaran biobriket campuran ampas tebu dan jerami dengan massa awal 5 gr membutuhkan waktu 12 menit sampai biobriket habis terbakar. Berbeda dengan laju pembakaran arang briket yang paling cepat membutuhkan waktu 21 menit. 5. Kesimpulan Berdasarkan hasil analisis data penelitian mengenai pengaruh variasi kecepatan aliran massa udara terhadap karakteristik pembakaran arang briket tongkol jagung dengan campuran perekat kanji, diperoleh kesimpulan sebagai berikut : 1. Laju pembakaran tercepat dicapai pada kecepatan pembakaran 0,6 m/s, hal ini dipengaruhi oleh jumlah udara yang dipakai untuk pembakaran lebih sedikit sehingga proses pembakaran menjadi lebih cepat. 2. Temperatur tertinggi dicapai pada kecepatan aliran udara 0,6 m/s dan bahan bakar lebih cepat habis, dikarenakan jumlah massa udara yang sedikit akan mempermudah pencapaian temperatur tinggi. 6. Daftar Pustaka Anonim. 2007. Bahan Bakar dan Pembakaran. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia www.energyefficiencyasia.org. Anonim. 2007. Bahan Bakar Nabati. Panebar Swadaya. Jakarta. Himawanto D.A. 2005. Pengaruh Temperatur Karbonisasi Terhadap Karakteristik Pembakaran Briket Sampah Kota. Media Mesin. Vol. 6. No.2. pp. 84-91. Klass D.L.. 1998. Biomass for Renewable Energy, Fuels, and Chemical. Academic Press. - Mani S., Lope G., Sokhansany S. 2004. Grinding Performance an physical properties of weat and barley straws, corn stover and switchgrass. Biomass & Bioenergy. Vol. 27. pp. 339-352. Saputro D.D., Widayat W. 2007. Biomassa sebagai Sumber Energi Alternatif Terbarukan di Indonesia. Jurnal Profesional. Vol 5. No.2. pp. 705-716. Subroto. 2006. Karakteristik Pembakaran Biobriket Campuran Batubara, Ampas Tebu dan Jerami. Media Mesin. Vol 7. No.2. pp. 47-54. Sulistyanto A. 2006. Karakteristik Pembakaran Biobriket Campuran Batubara dan Sabut Kelapa. Vol 7. No.2. pp. 77-84.
Jurnal Kompetensi Teknik Vol. 1, No. 1, November 2009 20