tugas eksperimen 3

http://nalinsumarlin.blogspot.com

“Pengaruh Ukuran Partikel Sabut Kelapa Terhadap Proses Karbonisasi Manual Menggunakan Kaleng Silinder Dengan Jumlah Lubang dikonstankan”

OLEH :

SUMARLIN M.

FIBI 08 009

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS HALUOLEO

KENDARI

2010


BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Beberapa tahun terakhir ini, energi merupakan persoalan yang krusial di dunia.

Peningkatan permintaan energi yang disebabkan oleh pertumbuhan populasi

penduduk dan menipisnya sumber cadangan minyak dunia serta permasalahan emisi

dari bahan bakar fosil memberikan tekanan kepada setiap Negara untuk segera

memproduksi dan menggunakan energi terbaharukan. Untuk mengurangi

ketergantungan terhadap bahan bakar minyak pemerintah telah menerbitkan

peraturan presiden Republik Indonesia nomor 5 tahun 2006 tentang kebijakan energi

nasional untuk mengembangkan sumber energi alternatif sebagai pengganti bahan

bakar minyak. Salah satu sumber energi alternatif adalah biogas.Gas ini berasal dari

berbagai macam limbah organik seperti sampah biomassa, kotoran manusia dan

kotoran hewan dapat dimanfaatkan menjadi energi melalui proses aerobik digestion

(Agung, 2008).

Biomassa adalah suatu limbah padat yang biasa dimanfaatkan sebagai sumber

bahan bakar. Energi biomassa dapat menjadi sumber energi alternatif pengganti

bahan bakar fosil karena tidak mengandung unsur sulfur hingga tidak menyebabkan

polusi udara dan dapat meningkatkan efisiensi pemanfaatan sumber daya hutan dan

pertanian (Syafi’I, 2003).

Biomassa yang berasal dari limbah hasil pertanian dan kehutanan merupakan

bahan yang tidak berguna. Salah satu ciri sektor pertanian adalah menghasilkan sisa


hasil panen atau sisa pemrosesan dalam jumlah sangat besar yang tidak mempunyai

nilai ekonomi. Jumlah sisa pemrosesan yang sangat besar ini akan menjadi masalah

jika tidak terserap, sehingga pada akhirnya hanya akan menjadi limbah yang tidak

berguna.

Sabut kelapa merupakan salah satu limbah bagian tanaman yang belum banyak

dimanfaatkan. Dengan demikian, limbah sabut kelapa akan terus meningkat

jumlahnya. Cara yang paling mudah dan bisa dilakukan petani untuk menangani

limbah tersebut adalah dengan membakarnya. Tentu saja ini akan menjadi masalah

baru bagi lingkungan, terutama karena pembakaran itu akan menimbulkan polusi

yang hebat dan juga membahayakan lingkungan. Sehingga salah satu solusi untuk

menanggapi permasalahan tersebut di masyarakat yaitu dengan melakukan suatu

proses karbonisasi dari limbah sabut kelapa sehingga bisa dijadikan sebagai salah

satu alternatif bahan bakar rumah tangga yang sangat produktif.

B. Batasan Masalah

Pada dasarnya, cakupan masalah dalam penelitian ini cukup luas, namun

penelitian ini hanya dibatasi pada proses produksi karbon dari bahan sabut kelapa

dengan menggunakan kaleng silinder dengan lubang yang dikonstankan.


C. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang diatas, maka dapat dirumuskan permasalahan yang

akan diteliti pada penelitian ini yaitu bagaimana pengaruh jumlah partikel sabut

kelapa terhadap proses karbonisasi manual dengan menggunakan kaleng silinder ?

D. Tujuan Penelitian

Berkaitan dengan rumusan masalah di atas, maka tujuan penelitian ini adalah

untuk mengetahui seberapa besar pengaruh ukuran partikel terhadap proses

karbonisasi yang menggunakan bahan dari sabut kelapa.

E. Manfaat Penelitian

Manfaat yang diharapkan dalam penelitian ini adalah :

1) Memperkenalkan proses pembuatan karbon dari bahan sabut kelapa.

2) Memberi solusi bagi masyarakat terhadap melimpahnya limbah sabut kelapa

dan mengurangi polusi terhadap melimpahnya limbah sabut kelapa secara

lansung.


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

A. Sabut kelapa

Sabut kelapa merupakan bagian yang cukup besar dari buah kelapa, yaitu 35 % dari

berat keseluruhan buah. Sabut kelapa terdiri dari serat dan gabus yang

menghubungkan satu serat dengan serat lainnya. Serat adalah bagian yang berharga

dari sabut. Setiap butir kelapa mengandung serat 525 gram (75 % dari sabut), dan

gabus 175 gram (25 % dari sabut). (http://www.e-smartschool.com/).

Sabut kelapa merupakan bagian terluar buah kelapa yang membungkus tempurung

kelapa. Ketebalan sabut kelapa berkisar 5-6 cm yang terdiri atas lapisan terluar

(exocarpium) dan lapisan dalam (endocarpium). Endocarpium mengandung serat-

serat halus yang dapat digunakan sebagai bahan pembuat tali, karung, pulp, karpet,

sikat, keset, isolator panas dan suara, filter, bahan pengisi jok kursi/mobil dan papan

hardboard. Satu butir buah kelapa menghasilkan 0,4 kg sabut yang mengandung 30%

serat. Komposisi kimia sabut kelapa terdiri atas selulosa, lignin, pyroligneous acid,

gas, arang, ter, tannin, dan potasium (Rindengan et al., 1995)

B. Bioarang

Bioarang merupakan arang (salah satu jenis bahan bakar) yang dibuat dari

aneka macam bahan hayati atau biomassa, misalnya kayu, ranting, daun-daunan,


rumput, jerami, kertas, ataupun limbah pertanian lainnya yang dapat dikarbonasi.

Bioarang ini dapat digunakan melalui proses pengolahan, salah satunya menjadi

briket bioarang (Brades dan Tobing, 2008) dalam (Ndraha, 2009).

Kualitas dari bioarang ini tidak kalah dengan batu bara atau bahan bakar jenis

arang lainnya. Briquetting terhadap suatu material merupakan cara mendapatkan

bentuk dan ukuran yang dikehendaki agar dipergunakan untuk keperluan tertentu

(Josep dan Hislop, 1981). Kualitas briket bioarang ditentukan oleh bahan

pembuat/penyusunnya, sehingga mempengaruhi kualitas nilai kalor, kadar air, kadar

abu, kadar bahan menguap, dan kadar karbon terikat pada briket tersebut (Hartoyo,

1983) dalam (Ndraha, 2009).

Menurut Mujiono (2009) bahwa syarat-syarat briket yang baik yaitu :

1) Mudah dinyalakan dan tidak mengeluarkan asap yang berlebihan.

2) Gas hasil pembakaran tidak mengandung gas beracun yang berlebihan.

3) Secara fisik briket harus kuat atau tidak mudah pecah jika ditransportasikan.

4) Kedap air tidak berjamur atau degradasi jika disimpan dalam waktu yang

relative cukup lama.

5) Memiliki kandungan abu yang rendah

6) Menunjukan unjuk kerja pembakaran (lamanya, laju dan suhu puncak

pembakaran) yang baik dalam tungku pembakaran khusus.

7) Harga briket dapat bersaing dengan bahan bakar yang lainnya.

Sifat fisis dan kimia briket arang Jepang, Amerika, Inggris, dan Indonesia

dapat dilihat pada tabel berikut :


Tabel 2. Sifat fisis dan kimia briket arang Jepang, Amerika, Inggris, dan Indonesia (Mujiono, 2009). Sifat Jepang Amerika Inggris Indonesia Kadar air(%) 6-8 6.2 3.6 7.57 Kadar abu(%) 3-6 8.3 5.9 5.51 Kadar zat menguap (%) 15-30 19-28 16.4 16.14 Kadar karbon terikat (%) 60-80 60 75.3 78.35 Kerapatan(g/cm3) 1.0-1.2 1 0,48 0.4407 Keteguhan tekanan (kg/cm2) 60-65 62 12.7 - Nilai kalor (kal/g 6000-7000 6230 7289 6914.11

Sumber : badan penelitian dan pengembangan hutan 199

C. Pengarangan (karbonasi)

Karbon adalah suatu bahan padat yang berpori dan merupakan hasil

pembakaran tidak sempurna. Sebagian besar pori-pori masih tertutup oleh

hidrokarbon dan senyawa organik lainnya. Dalam istilah kimia, karbon adalah

karbon aktif yang mengandung 5 - 15% abu dan sisanya adalah karbon. Selain unsur

karbon yang tinggi, karbon juga mengandung unsur-unsur lain yang terikat secara

kimia seperti nitrogen, hidrogen, belerang, oksigen dan abu mineral organik yang

berasal dari bahan mentahnya. Karbon yang berbentuk amorf dicirikan dengan

porositas yang tinggi dan luas permukaan yang spesifik antara 300 - 2000 m2/g

(Suarya, 1999).

Menurut Jankowska (1991) karbonasi merupakan peristiwa pirolisis untuk

mengubah bahan dasar menjadi karbon. Dengan pirolisis, hampir semua unsur bukan

karbon lepas ke dalam bentuk gas, sedangkan karbon-karbon membentuk susunan

semacam kristal yang disebut sebagai kristalit grafitik.


Menurut Manocha Satish (2003), proses karbonisasi adalah proses perlakuan

panas pada kondisi oksigen yang sangat terbatas (pirolisis) terhadap bahan dasar

(bahan organik). Proses pemanasan tersebut menyebabkan terlepasnya komponen

yang mudah menguap dan karbon mulai membentuk struktur pori-pori. Dengan

demikian bahan dasar tersebut telah mimiliki luas permukaan tetapi penyerapannya

masih relatif kecil karena masih terdapat residu tar dan senyawa lain yang menutupi

pori-pori. Bahan dasar hasil karbonisasi adalah karbon atau arang. Proses karbonasi

dilakukan pada temperatur 400-500 oC sehingga material yang mudah menguap yang

terkandung pada bahan dasar akan hilang. Proses karbonisasi merupakan proses

pembakaran sempurna dari bahan-bahan organik dengan jumlah oksigen yang sangat

terbatas, yang menghasilkan arang serta menyebabkan penguraian senyawa organik

yang menyusun struktur bahan pembentuk uap air, methanol dan hidrokarbon. Proses

pengarangan dapat dibagi menjadi empat tahap yaitu penguapan air, penguraian

selulosa, penguraian senyawa lignin dan pembentukan gas hidrogen.

D. Pembuatan serbuk dan penyaringan

Menurut Ndraha (2009), arang yang hendak dicetak harus dihancurkan dahulu

dalam sebuah hammer mill. Kemudian arang tersebut diayak untuk mendapatkan

ukuran partikel arang yang seragam.

E. Analisis Kualitas Karbon

a. Kadar Air

Kandungan air merupakan salah satu komponen dari bahan bakar padat. Kadar

air bahan bakar padat ialah perbandingan berat air yang terkandung dalam bahan


bakar padat dengan berat kering bahan bakar padat tersebut. Kandungan air dalam

bahan bakar padat terdiri dari air internal/air higroskopis dan air eksternal/air

mekanikal. Kandungan air akan berpengaruh negatif terhadap nilai kalor dan

karakteristik pembakaran bahan bakar padat (Haygreen dkk., 1989) dalam Husada

(2009).

Hermawan (2007) dalam penelitiannya menemukan bahwa penambahan gel

amilum di dalam karbon yang terlalu banyak akan menyebabkan pori terlalu besar.

Besarnya pori pada ini memudahkan air yang terkandung untuk keluar, sehingga

dengan semakin besarnya komposisi gel amilum dalam briket akan menyebabkan

semakin banyak air keluar melalui pori. Namun di sisi lain, jumlah air tertambahkan

yang terikat di dalam struktur briket dipengaruhi pula oleh besarnya komposisi gel

amilum terhadap karbon yang dihasilkan. Semakin banyak komposisi gel amilum

mengakibatkan semakin banyak pula air yang turut terikat di dalam struktur dalam

karbon tersebut. Kedua hal yang kontradiktif tersebut menyebabkan proses

pengeringan alami berlangsung paling baik pada perbandingan optimum.

b. Kadar Abu

Semua produk karbonisasi mempunyai kandungan zat anorganik yang dapat

ditentukan jumlahnya sebagai berat yang ditinggal apabila briket yang dibakar secara

sempurna. Zat yang tertinggal disebut abu. Kandungan abu merupakan ukuran

kandungan material dan berbagai material anorganik didalam benda uji. Menurut

Earl (1974) dalam Husada (2008), abu adalah bahan yang tersisa misalnya pada

kayu, apabila kayu dipanaskan hingga berat konstan. Kadar abu ini sebanding dengan


kandungan bahan anorganik di dalam kayu. Salah satu unsur utama yang terkandung

dalam abu adalah silika dan pengaruhnya kurang baik terhadap nilai kalor yang

dihasilkan. Abu terdiri dari bahan mineral seperti lempung, silika, kalsium, serta

magnesium oksida dan lain – lain.

c. Nilai Kalor

Besarnya satuan kalor yang dilepaskan oleh pembakaran sempurna dari satu

satuan massa atau dari volume bahan bakar tertentu didefinisikan sebagai nilai kalor

bakar dari bahan bakar tersebut. Untuk bahan bakar padat seperti batubara, nilai

kalor bakarnya dapat diukur dengan menggunakan kalorimeter bomb (Kulshrestha,

1989). Kalorimeter bomb adalah suatu alat yang digunakan untuk menentukan panas

yang dibebaskan oleh suatu bahan bakar dan oksigen pada volume tetap. Alat

tersebut ditemukan oleh Prof. S. W. Parr pada tahun 1912, oleh sebab itu alat

tersebut sering disebut ”Parr Oxygen Bomb Calorimeter” (Husada, 2008). Nilai

kalor bakar atas suatu bahan bakar didapatkan dengan menggunakan kalorimeter

bomb, dimana hasil pembakaran didinginkan kembali sampai suhu awal, sehingga

uap air yang dihasilkan dalam pembakaran bahan bakar akan terkondensasi dan

panas laten uap air akan terbebas, dengan demikian nilai kalor bakar total

mengandung panas laten dari uap air (Kulshrestha, 1989). Nilai kalor bahan bakar

adalah jumlah panas yang dihasilkan atau ditimbulkan oleh suatu gram bahan bakar

dengan meningkatkan temperatur 1 gr air dari 3,5oC – 4,5 oC, dengan satuan kalori

(Koesoemadinata, 1980). Dengan kata lain nilai kalor adalah besarnya panas yang

diperoleh dari pembakaran suatu jumlah tertentu bahan bakar di dalam zat asam.

Makin tinggi berat jenis bahan bakar, makin tinggi nilai kalor yang diperolehnya.


Syachri (1983) menyatakan bahwa yang sangat mempengaruhi nilai kalor kayu

adalah zat karbon, lignin dan zat resin, sedangkan kandungan selulosa kayu tidak

begitu berpengaruh terhadap nilai kalor kayu.

F. Karakteristik Pembakaran Sabut Kelapa

Tahapan dalam pembakaran bahan bakar padat adalah sebagai berikut :

1) Pengeringan

Tahapan awal yang terjadi adalah pengeringan, dimana ketika sebuah partikel

dipanaskan dengan dikenai temperatur tinggi atau radiasi api, air dalam bentuk

moisture di permukaan bahan bakar akan menguap, sedangkan yang berada di dalam

akan mengalir keluar melalui pori-pori partikel dan menguap. Moisture dalam bahan

bakar padat terdapat dalam dua bentuk, yaitu sebagai air bebas (free water) yang

mengisi rongga pori-pori di dalam bahan bakar dan sebagai air terikat (bound water)

yang terserap di permukaan ruang dalam struktur bahan bakar (Borman dan Ragland,

1998). Waktu pengeringan adalah waktu yang diperlukan untuk memanaskan

partikel sampai ke titik penguapan dan melepaskan air tersebut. Kesetimbangan

energi pada partikel kecil menyatakan bahwa laju perubahan energi dalam partikel

sama dengan laju kalor untuk menguapkan air ditambah laju perpindahan kalor ke

partikel melalui konveksi dan radiasi (Borman dan Ragland, 1998).

2. Pembakaran Arang


Proses pengeringan dan pirolisis menyisakan arang (fix carbon) dan sedikit

abu, kemudian partikel bahan bakar mengalami tahapan oksidasi arang yang

memerlukan 70 - 80 % dari total waktu pembakaran. Laju pembakaran arang

tergantung pada konsentrasi oksigen, temperatur gas, bilangan Reynolds, ukuran, dan

porositas arang. Arang mempunyai porositas yang tinggi. Porositas arang kayu

berkisar 0,9 (Borman dan Ragland, 1998).

Faktor-faktor yang mempengaruhi pembakaran bahan bakar padat, antara lain

(Sulistyanto, 2006) :

1) Ukuran Partikel

Partikel yang lebih kecil ukurannya akan lebih cepat terbakar.

2) Kecepatan aliran udara

Laju pembakaran biobriket akan naik dengan adanya kenaikan kecepatan aliran

udara dan kenaikan temperatur.

3) Jenis bahan bakar

Jenis bahan bakar akan menentukan karakteristik bahan bakar. Karakteristik

tersebut antara lain kandungan volatile matter dan kandungan moisture.

4) Temperatur udara pembakaran

Kenaikan temperatur udara pembakaran menyebabkan semakin pendeknya

waktu pembakaran.


BAB III METODE PENELITIAN

A. Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Agustus 2010 sampai selesai,

bertempat :

1.) Laboratorium Fisika Material FMIPA Universitas Haluoleo Kendari, untuk

preparasi sampel.

2.) Untuk proses karbonisasi, dilaksanakan di rumah dengan menggunakan

tungku.

B. Jenis Penelitian

Penelitian ini merupakan penelitian dalam bidang material yang berjudul

“Pengaruh Ukuran Partikel Sabut Kelapa Terhadap Proses Karbonisasi

Manual Menggunakan Kaleng Silinder Dengan Jumlah Lubang Dikonstankan”

menggunakan metode Eksperimen.


C. Bahan Penelitian

Bahan yang di gunakan dalam Penelitian ini di sajikan dalam tabel berikut :

Tabel 1. Bahan Penelitian

No Bahan Fungsi

1 Sabut kelapa Sebagai bahan baku pembuatan karbon

2 Arang Untuk membakar sabut kelapa

D. Alat Penelitian

Alat yang di gunakan dalam Penelitian ini di sajikan dalam tabel berikut :

Tabel 2. Alat Penelitian

No Nama Alat Spesifikasi Kegunaan

1.

Kaleng slinder

d = 14.5 cm

n = 4 lubang

t = 15.5 cm

Wadah membakar sampel

2 Paku d = 0.4 mm Melubangi permukaan slinder


E. Prosedur Penelitian

Proses pengolahan bahan Serbuk Sabut Kelapa adalah sebagai berikut:

1. Membagi sabut kelapa menjadi beberapa bagian shingga membentuk persegi

2. Sabut kelapa di keringkan selama dua hari.

3. Memasukkan sabut kelapa sebanyak ଵସ dari volume kaleng, ଵ

ଶ volume kaleng,

ଷସ kaleng dan 1 kaleng.

4. Memanaskan kaleng yang berisi sabut kelapa yang sebelumya telah di beri

lubang sebanyak 4 lubang.

5. Mengaktifkan stopwatch untuk mengukur lamanya pembakaran berlangsung

6. Mematikan stopwat apa bila asap putih yang terbentuk telah habis.

7. Mencatat waktu yang di butuhkan untuk menjadi karbon.

Gambar 1. proses pengkarbonan sabut kelapa


F. Skema Penelitian

Diagram alir Penelitian dapat dilihat dari diagram alir berikut ini.

Sabut kelapa

Di keringkan

karbonisasikan


BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Karbon sabut kelapa

Bahan yang di gunakan adalah sabut kelapa, yang di awali dengan proses

pengeringan selama 2 hari. Dimana kita ketahui sabut kelapa terdiri dari serat 525

gram (75 % dari sabut), dan gabus 175 gram (25 % dari sabut).

Gambar 2. karbon sabut kelapa

Di dalam proses pengkarbonan terlebih dahulu kami menyiapkan tungku

untuk pembakaran sabut kelapa, kemudian sabut kelapa itu kami simpan dalam

sebuah kaleng slinder yang telah di beri lubang konstan (4 buah lubang) sebelunya

dan di lakukan pengamatan terhadap sabut kelapa yang hendak di bentuk menjadi

sebuah arang murni, dengan melakukan percobaan yang sama sebanyak empat kali

tetapi dengan memfariasikan volume sabut kelapa pada kaleng tersebut, ada pun

bentuk dari fariasi volume sabut kelapa dalam kaleng tersebut dapat di tunjukan pada

data di bawah:


Table 3. laju pengkarbonan terhadap volume sabut kelapa dalam kaleng silinder

Gfarfik laju pembakaran arang

Dari garafik terlihat bahwa laju pembakaran itu bergantung pada volume sabut

kelapa yang digunakan dimana jika jumlah volumenya sedikit maka proses

pengkarbonan juga semakin cepat, hal ini tidak bertentangan dengan hukum hukum

termo dinamika. Dimana nampak bahwa jika kita memfariasikan jumlah sabut

0,25; 10,38

0,5; 17,44

0,75; 29,12

1; 37,09

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

Series1

Volume

(dari ukuran kaleng)

Waktu (menit)

1/4 10.38

1/2 17.44

3/2 29.12

1 37.09


kelapa pada kaleng slinder memberikan pengaruh pada tekanan panas yang

dihaslikan oleh bana bakar untuk pembuatan arang pada proses karbonisasi ini.


BAB V

PENUTUP

Kesimpulan

Kesimpulan yang dapat ditarik berdasarkan penelitian ini yaitu bahwa semakin

banyak ukuran partikel yang digunakan dalam proses karbonisasi, maka akan

semakin tinggi waktu yang dibutuhkan. Hal ini disebabkan karena semakin padatnya

ukuran partikel dalam kaleng silinder yang digunakan.

Saran

Metode produksi karbon dari bahan sabut kelapa menggunakan cara manual sangat

banyak kekurangannya, namun perlu di kaji lebih dalam karena potensi untuk

dijadikan salah satu bahan bakar sangatlah baik.


DAFTAR PUSTAKA

(http://www.e-smartschool.com/

Jankwoska,H., Swiatkowki, A., dan Choma.J., 1991. Activated Carbon. Ellis Horwood Limited. England.

Manocha, Satish. M, 2003, Porous Carbons, Sadhana volume 28 part 1&2 pp

335-348, India. Ndraha, N., 2009, Uji Komposisi Bahan Pembuat Briket Bioarang Tempurung

Kelapa Dan Serbuk Kayu Terhadap Mutu Yang Dihasilkan, Skripsi, Universits Sumatera Utara, Medan.

Rindengan et al., 1995

Syafi’i, W., 2003. Hutzn Sumber Energi Masa Depan. Harian Kompas 15 April 2003.

tugas eksperimen 3

Documents