KARAKTERISTIK PEMBAKARAN CHAR HASIL PYROLISIS SAMPAH KOTA TERSELEKSI SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memenuhi gelar Sarjana Teknik Oleh : WAHYU KARTIKO ADI NIM. I1412020 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2015
ii
iii
Abstrak KARAKTERISTIK PEMBAKARAN CHAR HASIL PYROLISIS SAMPAH KOTA TERSELEKSI Wahyu Kartiko Adi Pada Proses pembakaran yang dianalisa dengan termogravimetri, dapat diketahui 4 titik penting yaitu ITVM, ITFC, PT,BT. Dalam proses pembakaran terdapat tiga tahapan yaitu pengeringan, devolatilisasi, dan pembakaran char. Dari Keempat titik tersebut dapat diketahui karakteristik pembakaran dari bahan baku tersebut. Pada penelitian ini bahan baku yang digunakan adalah char hasil dari pirolisis sampah kota terseleksi yang terdiri dari bambu, limbah daun pisang, kemasan plastik, dan streofoam. Variasi komposisi yang digunakan adalah komposisi 60% organik ; 40 anorganik, komposisi 65% organik ; 35 anorganik, komposisi 70% organik ; 40 anorganik, komposisi 75% organik ; 25 anorganik, dan komposisi 80% organik ; 20 anorganik. Pirolisis dilakukan dengan sampel seberat 20 gram, dengan heating rate 15 0 C/menit. Temperatur akhir pirolisis 600 0 C dan holding time selama 10 menit. Proses pembakaran ini digunakan bahan baku berupa char dengan seberat 5 gram, dengan heating rate 10 0 C/menit. Dari penelitian ini diperoleh hasil bahwa char dengan komposisi organikanorganik 60-40 memiliki nilai kalor tertinggi. Burning Temperature (BT), Peak Temperature (PT), dan ITFC tertinggi juga dimiliki oleh komposisi organikanorganik 60-40. Penurunan massa terbesar dimiliki komposisi organik-anorganik 80-40 dengan volatile matter terbesar. Kata kunci : pembakaran, termogravimetri, pirolisis, char. iv
Abstract COMBUSTION CHARACTERISTICS OF CHAR PRODUCT FROM PYROLISIS OF MUNICIPAL SOLID WASTE Wahyu kartiko adi In combustion process were investigated using thermogravimetric analysis (TGA) can be known 4 point that are ITVM, ITFC, PT, BT. There are 3 steps in a combustion process that are drying, devolatilization, and char oxidation. Combustion characteristics of material can be known from that 4 point. In this research using char product from pyrolysis of MSW consist of bamboo, banana leaf waste, plastic, and streofoam. This research using some variation of composition they are 60% organic ; 40 anorganic, 65% organic ; 35 anorganic, 70% organic ; 40 anorganic, 75% organic ; 25 anorganic, and 80% organic ; 20 anorganic. Experiments were performed with heating rate 15 0 C/min. The weight of sample was 20 gram. Final temperature of 600 0 C and holding time as long as 10 minutes. Combustion process were performed heating rate 10 0 C/min and the weight of char was 5 gram. Result showed that composition with 60% organic - 40% anorganic has highest caloric value and also highest value of PT, Burning Temperature (BT), Peak Temperature (PT), and ITFC. Composition with 80% organic-20 anorganic has biggest mass reduction. Keywords: Combustion, thermogravimetric, pyrolisis, char. v
KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang selalu melimpahkan berkat dan karunia-nya, sehingga penulis bisa menyelesaikan penyusunan skripsi yang berjudul Pembakaran Char Hasil Pyrolisis Sampah Kota Terseleksi. Skripsi ini disusun untuk memenuhi persyaratan dalam memperoleh gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Penulis menyadari dalam penulisan skripsi ini tidak lepas dari dukungan dan bantuan dari berbagai pihak, sehingga pada kesempatan ini peneliti ingin menyampaikan terima kasih kepada: 1. Tuhan Yesus my savior yang selalu memberi perlindungan, karunia, dan berkat-nya setiap hari sehingga semua ini dapat berjalan dengan lancer dan selesai dengan baik. 2. Prof. Dr. Dwi Aries Himawanto, ST, MT selaku Dosen Pembimbing I serta D. Danardono, ST, MT, PhD selaku pembimbing II yang telah meluangkan waktu dan telah melakukan bimbingan serta dukungan kepada penulis sehingga skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik. 3. Bapak Dr. Eng Syamsul Hadi, S. T.,M. T selaku ketua jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret. 4. Seluruh dosen Teknik Mesin yang telah memberikan ilmu, motivasi dan nasehatnya selama menjalani proses perkuliahan. 5. Kedua Orang tua dan adiku yang tak henti-hentinya memberikan doa, semangat, dan motivasi. 6. Tim Riset (Adi, Yoha, Yulius, Bagus, Dinar) yang selalu kompak dalam berjuang bersama di riset ini. 7. Teman-teman seperjuangan Teknik mesin non-reguler angkatan 2012, salut buat kalian, jangan patah semangat terus berjuang wujudkan mimpi. 8. Shella orang yang special di hati yang selalu memberikan perhatian, semangat, doa, dukungan, motivasi, commit to dan user kebersamaannya. vi
9. Anak-anak band first moment, terima kasih untuk kebersamaanya selama ini maaf kalo belum bisa menjadi drummer yang baik. 10. Mas Andi terima kasih untuk kesediannya meminjamkan printer. 11. Serta semua pihak yang telah membantu terselesaikannya penulisan tugas akhir ini dari awal sampai akhir yang tidak disebutkan dalam tulisan ini Penulis menyadari bahwa penyusunan skripsi ini masih banyak kekurangan dan keterbatasan. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun. Akhir kata besar harapan penulis semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi sebagaimana mestinya. Surakarta, Juli 2015 Penulis Wahyu Kartiko Adi vii
DAFTAR ISI ABSTRAK... iv KATA PENGANTAR... vi DAFTAR ISI...vii DAFTAR GAMBAR... x DAFTAR TABEL... xi DAFTAR RUMUS...xii BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang... 1 1.2. Perumusan Masalah... 3 1.3. Batasan Masalah... 3 1.4. Tujuan Penelitian... 3 1.5. Manfaat Penelitian... 4 1.6. Sistematika Penulisan... 4 BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1. Tinjauan Pustaka...6 2.1.1 Pembakaran...6 2.2. Dasar Teori...13 2.2.1. Pirolisis...13 2.2.2. Pembakaran...13 2.2.3. Efek dari temperatur akhir pembakaran...15 2.2.4. Efek dari heating rate...16 2.2.5. Thermogravimetric Analysis (TGA)...16 2.2.6. Analisa Proximate...18 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Alat dan bahan...20 3.1.1. Pirolisis...20 3.1.2. Pembakaran...26 3.1.3. Peralatan pendukung...27 3.2. Jalan penelitian...27 3.2.1. Persiapan...39 3.2.2. Proses Pirolisis...30 3.2.3. Proses Pembakaran...31 BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1. Hasil Uji Proximate Char.33 4.2. Karakteristik Pembakaran Char hasil Pirolisis...34 4.2.1.Karakteristik pembakaran char hasil pirolisis dengan komposisi 60% organik dan 40% organic...34 4.2.2.Karakteristik pembakaran char hasil pirolisis dengan komposisi 65% organik dan 35% organik.....35 4.2.3.Karakteristik pembakaran char hasil pirolisis dengan komposisi 70% organik dan 30% organik.....37 viii
4.2.4.Karakteristik pembakaran char hasil pirolisis dengan komposisi 75% organik dan 25% organik.....38 4.2.5.Karakteristik pembakaran char hasil pirolisis dengan komposisi 80% organik dan 20% organik.....40 BAB V 4.3. Perbandingan karakteristik pembakaran char hasil pirolisis...41 4.3.1.Karakteristik laju penurunan massa.....41 4.3.2.Karakteristik perbandingan temperatur...43 4.3.3.Karakteristik perbandingan kurva DTG...44 4.3.4.Perbandingan nilai ITFC, PT, dan BT...44 PENUTUP 5.1. Kesimpulan...45 5.2. Saran...45 DAFTAR PUSTAKA...46 ix
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Kurva DTG untuk bahan tunggal... 8 Gambar 2.2 Kurva DTG untuk bahan campuran oil shale... 8 Gambar 2.3 Kurva DTG untuk variasi kadar oksigen... 9 Gambar 2.4 Kurva TGA briket batubara, LDPE dan campuran... 10 Gambar 2.5 Kurva TG single heating rate... 12 Gambar 2.6 Kurva TG metode Non isothermal multiple heating rate... 12 Gambar 2.7 Kurva penurunan massa terhadap waktu... 17 Gambar 2.8 Karakteristik kurva DTG dengan sampel batubara... 18 Gambar 3.1 Tungku piroliser dan silinder... 21 Gambar 3.2 silinder dan tutup silinder... 21 Gambar 3.3 Timbangan digital A&D GF-30... 23 Gambar 3.4 Thermocontroller... 24 Gambar 3.5 Rangka...25 Gambar 3.6 Skema alat uji pembakaran...27 Gambar 3.7 Diagram alir penelitian...28 Gambar 4.1 Grafik Karakteristik Pembakaran Briket Char Hasil Pirolisis Campuran Dengan Komposisi Organik-Anorganik 60-40...35 Gambar 4.2 Grafik Karakteristik Pembakaran Briket Char Hasil Pirolisis Campuran Dengan Komposisi Organik-Anorganik 65-35...36 Gambar 4.3 Grafik Karakteristik Pembakaran Briket Char Hasil Pirolisis Campuran Dengan Komposisi Organik-Anorganik 70-30...38 Gambar 4.4 Grafik Karakteristik Pembakaran Briket Char Hasil Pirolisis Campuran Dengan Komposisi Organik-Anorganik 75-25...39 Gambar 4.5 Grafik Karakteristik Pembakaran Briket Char Hasil Pirolisis Campuran Dengan Komposisi Organik-Anorganik 80-20...41 Gambar 4.6 Grafik Perbandingan laju pengurangan massa semua komposisi...42 Gambar 4.7 Grafik Perbandingan temperatur semua komposisi...43 Gambar 4.8 Grafik Perbandingan kurva DTG semua komposisi...43 x
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Data pembakaran beberapa komponen pada MSW... 6 Tabel 3.1 Analisa proximate dan nilai kalori dari plastik...... 7 Tabel 3.2 Hasil uji proximate biomassa dan oil shale... 7 Tabel 4.1 Hasil uji proximate sampel char batubara...11 Tabel 4.2 Spesifikasi timbangan digital...22 Tabel 4.3 Hasil uji proximate char...33 Tabel 4.4 Nilai ITFC, PT, dan BT pada char...44 xi
DAFTAR RUMUS Rumus 2.1 Reaksi oksidasi...15 Rumus 2.2 Reaksi reduksi...15 Rumus 2.3 Reaksi reduksi...15 Rumus 2.4 Kadar Moisture...18 Rumus 2.5 Kadar Volatille matter...19 Rumus 2.6 Kadar abu...19 xii