ANALISA THERMOGRAVIMETRY PROSES PEMBAKARAN LIMBAH PERTANIAN SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Oleh : DINAR PRAMADYA PUTERA NIM. I1412005 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2015
iii
ANALISA THERMOGRAVIMETRY PROSES PEMBAKARAN LIMBAH PERTANIAN Dinar Pramadya Putera Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta E-mail : dinarpramadya@gmail.com Abstrak Analisa thermogravietry (TGA) digunakan dalam penelitian ini untuk meneliti karakteristik pembakaran limbah pertanian. Limbah pertanian yang diteliti adalah corncob, sisa gergaji kayu jati, sekam padi, jerami dan kulit singkong. Masing-masing sampel ditimbang sebesar 10 gram dan kemudian dipanaskan di dalam tungku pembakaran mulai dari temperatur ruangan, sampai tidak terdapat penurunan massa atau hingga penurunan massa konstan, dengan heating rate sebesar 10 o C/min dan diasumsikan laju aliran massa udara di dalam tungku sebelum terjadi proses pembakaran adalah 0 m/s atau tidak ada udara yang mengalir di dalam tungku. Hasil dari penelitian ini menunjukan bahwa, ITVM (Volatile Matter Initiation Temperature) terendah dimiliki oleh corncob dengan temperatur 204,2 o C dan yang tertinggi adalah sisa gergaji kayu jati yaitu sebesar 247 o C. ITFC (Fixed Carbon Initiation Temperature) dari jerami adalah yang terendah dan ITFC dari sekam adalah yang tertinggi dengan temperatur masing-masing sebesar 261,2 o C untuk jerami dan 354,2 o C untuk sekam. Sekam pada penelitian ini mempunyai PT (Peak Temperature) yang paling tinggi, yaitu sebesar 740,2 o C sementara yang terendah adalah jerami dengan temperatur sebesar 647,8 o C. BT (Burning Temperature) yang tertingi adalah milik jerami dengan temperatur 445,8 o C sedangkan sisa gergaji kayu jati memiliki BT terendah yaitu sebesar 383,8 o C. Kata Kunci : Analisa thermogravietry, pembakaran, biomass, limbah pertanian iv
THERMOGRAVIMETRY ANALYSIS OF THE COMBUSTION OF AGRICULTURAL WASTE Dinar Pramadya Putera Mechanical Engineering Sebelas Maret University Surakarta E-mail : dinarpramadya@gmail.com Abstract Thermogravimetry Analysis (TGA) was used to investigate the combustion characteristics of agricultural waste. Agricultural waste biomass sampel such as corncobs, teak wood saw dust, rice husk, straw and cassava peel were used in this study. Each sample was weighed by 10 gram and then heated in a furnace from room temperature, until there is no mass loss or until constant mass reduction, with a heating rate of 10 C/min and assumed the mass flow rate of air in the furnace before the burning process is 0 m/s or no air flow in the furnace. Results from this study showed that, corncobs has lowest ITVM (Volatile Matter Initiation Temperature) with 204.2 o C temperature and the highest ITVM was teak wood saw dust with 247 o C temperature. The lowest ITFC (Fixed Carbon Initiation Temperature) owned by straw for 261.2 o C and the highest ITFC owned by rice husk for 354.2 o C. Rice husk in this study has the highest PT (Peak Temperature) for 740.2 o C while the lowest was straw with 647.8 o C temperature. The highest BT (Burning Temperature) owned by straw with 445.8 o C temperature while teak wood saw dust have the lowest BT for 383.8 o C. Keywords : Thermogravimetry Analysis, combustion, biomass, agricultural waste v
KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat serta karunia-nya kepada penulis sehingga mampu menyelesaikan penyusunan skripsi dengan judul ANALISA THERMOGRAVIMETRY PROSES PEMBAKARAN LIMBAH PERTANIAN. 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: Allah SWT yang atas kehendak-nya telah menghendaki terselesaikannya skripsi ini. Orang tua dan seluruh anggota keluarga yang telah memberikan dukungan secara moral dan material. Bapak Eko Prasetyo Budiana, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing I yang telah memberikan inspirasi dan bimbingan dalam menyelesaikan penulisan skripsi ini. Bapak Prof. Dr. Dwi Aries 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, S.T., M.T., selaku ketua program studi Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret. Bapak D. Danardono, S.T., M.T., Phd., selaku ketua program studi S1 Non Reguler jurusan 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 Allah memberikan kesabaran dan kemudahan. Dara Uswatun Hasanah, atas dukungan moral, motivasi, dan semangat semoga Allah selalu memberikan kelancaran dan kemudahan. vi
Semua pihak yang telah membantu dalam proses pembuatan skripsi ini. Walaupun penulis tidak bisa menyebutkan satu persatu, tetapi kontribusi anda sekalian begitu berarti. Penulis telah berusaha menampilkan apa yang terbaik dengan semampunya, dan penulis berharap semoga skripsi ini bermanfaat dan dapat menambah wawasan bagi yang membacanya. Penulis menyadari masih terdapat banyak kekurangan, oleh karena itu saran dan kritik penulis harapkan untuk menghasilkan karya berikutnya yang lebih baik lagi. Surakarta, Juli 2015 Dinar Pramadya Putera vii
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i SURAT TUGAS... ii HALAMAN PENGESAHAN... iii ABSTRAK... iv ABSTRACT... v KATA PENGANTAR... vi DAFTAR ISI... viii DAFTAR GAMBAR... x DAFTAR TABEL... xi BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Perumusan Masalah... 2 1.3 Batasan Masalah... 3 1.4 Tujuan dan Manfaat Penelitian... 3 1.5 Sistematika Penulisan... 4 BAB II KAJIAN PUSTAKA... 5 2.1 Tinjauan Pustaka... 5 2.1.1. Pembakaran... 5 2.2 Dasar Teori... 11 2.2.1. Pengujian Sifat Bahan Bakar Padat... 11 2.2.2. Mekanisme Pembakaran Bahan Bakar Padat... 13 2.2.3. Analisa Thermogravimetry... 15 BAB III METODE PENELITIAN... 17 3.1 Tempat Pelaksanaan... 17 3.2 Alat dan Bahan... 17 3.2.1. Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian... 17 3.2.2. Alat-alat yang digunakan dalam penelitian... 19 3.3 Jalan Penelitian... 24 3.3.1. Persiapan... 24 3.3.2. Pengujian Bahan... 25 3.3.3. Pembakaran... 26 3.4 Diagram Penelitian... 27 BAB IV DATA DAN ANALISA... 29 4.1 Hasil Uji Proximate Bahan Mentah... 29 4.2 Karakteristik Pembakaran... 30 4.2.1. Karakteristik pembakaran corncob... 30 4.2.2. Karakteristik pembakaran sisa gergaji kayu jati... 31 4.2.3. Karakteristik pembakaran sekam padi... 33 4.2.4. Karakteristik pembakaran jerami... 35 4.2.5. Karakteristik pembakaran kulit singkong... 36 4.3 Perbandingan Karakteristik Pembakaran Limbah Pertanian... 38 4.3.1. Karakteristik penurunan massa pembakaran... 38 4.3.2. Karakteristik temperatur pembakaran... 39 4.3.3. Karakteristik laju penurunan massa pembakaran... 41 viii
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 43 5.1 Kesimpulan... 43 5.2 Saran... 44 DAFTAR PUSTAKA... 45 LAMPIRAN... 47 ix
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Kurva TG pembakaran corncob... 5 Gambar 2.2. Kurva TG pembakaran partikel kayu jati dan kotoran sapi... 6 Gambar 2.3. Kurva TG-DTG beberapa sampel dengan heating rate 10 o C/min... 7 Gambar 2.4. Grafik laju penurunan massa biomassa mentah dan semi-kokas... 8 Gambar 2.5. Grafik TG pembakaran jerami pada heating rate berbeda... 9 Gambar 2.6. Grafik DTG pembakaran bamboo mentah dan bamboo dengan perlakuan panas... 10 Gambar 2.7. Penampang melintang pembakaran bahan bakar padat... 13 Gambar 2.8. Grafik thermogravimetry... 15 Gambar 2.9. Grafik proses pembakaran... 16 Gambar 3.1. Corncob... 17 Gambar 3.2. Sisa gergaji kayu jati... 17 Gambar 3.3. Sekam padi... 18 Gambar 3.4. Jerami... 18 Gambar 3.5. Kulit Singkong... 18 Gambar 3.6. Furnace... 19 Gambar 3.7. Tungku Pembakaran... 19 Gambar 3.8. Timbangan digital AND GF-300... 20 Gambar 3.9. Data akuisisi ADAM 4018... 21 Gambar 3.10. Wadah... 23 Gambar 3.11. Rangka... 23 Gambar 3.12. Skema thermobalance... 25 Gambar 3.13. Diagram penelitian... 27 Gambar 3.13. Diagram penelitian... 28 Gambar 4.1. Karakteristik pembakaran corncob... 30 Gambar 4.2. Karakteristik pembakaran sisa gergaji kayu jati... 32 Gambar 4.3. Karakteristik pembakaran sekam padi... 33 Gambar 4.4. Karakteristik pembakaran jerami... 35 Gambar 4.5. Karakteristik pembakaran kulit singkong... 36 Gambar 4.6. Perbandingan karakteristik penurunan massa pembakaran... 38 Gambar 4.7. Perbandingan karakteristik temperatur pembakaran... 39 Gambar 4.8. Perbandingan karakteristik laju penurunan massa pembakaran... 41 x
DAFTAR TABEL Tabel 1.1. Konsumsi BBM dan non BBM di Indonesia... 1 Tabel 1.2. Produksi minyak bumi di Indonesia... 2 Tabel 2.1. Daerah reaksi beberapa sampel biomassa pada heating rate 10 o C/min... 7 Tabel 2.2. ITVM, ITFC, PT, BT bambu mentah, bambu dengan perlakuan panas... 10 Tabel 3.1 Spesifikasi timbangan digital... 20 Tabel 3.2 Spesifikasi data akuisisi... 21 Tabel 4.1. Uji proximate limbah pertanian... 29 Tabel 4.2. Perbandingan karakteristik pembakaran... 42 xi