ANALISIS THERMOGRAVIMETRY DAN PEMBUATAN BRIKET …digilib.its.ac.id/public/ITS-paper-19634-2109105034-Presentation.pdf · Analisa Ultimate adalah suatu analisa ... A = Faktorpre-eksponensial

ANALISIS THERMOGRAVIMETRY

DAN PEMBUATAN BRIKET TANDAN KOSONG DENGAN PROSES PIROLISIS LAMBAT

JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA2012

Oleh :

Harit Sukma

(2109.105.034)

Pembimbing :

Dr. Bambang Sudarmanta, ST. MT.



LATAR BELAKANG

Keterbatasan Sumber Energi

Kebutuhan Energi

Penghasil Energi panasyang ramah lingkungan

Tuntutan Penggunaan EnergiAlternatif Yang Renewable

Teknologi pemanfaatanbiomassa

Biomassa menjadi pilihanenergi alternatif

Pirolisis

Perumusan Masalah

Bahan Baku

Tandan Kosong

Pirolisis

Proximate Thermogravimetry

Kualitas Bahan Bakar Terbaik

Nilai KalorTinggi

EnergiAktivasiRendah

Sampel briket berkualitas

Visualisasi dan perhitungan efisiensi pembakaran pada tungku

TUJUAN

1. Mendapatkan briket bahan bakar padat dari biomassa tandan kosong yang mempunyai spesifikasi Nilai kalor tinggi dan Energi aktivasi rendah.

2. Memperoleh data-data karakteristik dan nilai kalor dengan melalui ujiproximate dan uji thermogravimetry untuk mengetahui energi aktivasipada tandan kosong yang belum dan telah di proses pirolisis denganvariasi heating rate 50C/menit, 100C/menit, dan 200C/menit.

3. Mengetahui hasil visualisasi uji pembakaran briket dengan bahan bakar padat kualitas terbaik.

jay ganesh.pptx

1. Meningkatkan nilai ekonomis limbah perkebunan berupatandan kosong kelapa sawit dengan mengubahnya menjadiproduk yang lebih berguna.

2. Memberi alternatif bahan bakar biomasa denganbiaya produksi yang murah dengan sifat fisik yang optimum.

Manfaat Penelitian

DASAR TEORI

Biomassa



- Biomassa merupakan istilah yang digunakan untukmenggambarkan semua jenis material organik yang dihasilkandari proses fotosintesis.

- Teknologi pengolahan biomassa yang telah dikembangkan saat inimeliputi teknologi pirolisis, gasifikasi, dan karbonisasi

- Biomassa dapat dibagi menjadi tiga katagori1. Biomassa padat -> biomassa padat dilakukan proses pembriketan 2. Biogas -> diperoleh dari proses anaerob yang

menghasilkan gas yang mudah terbakar (dikenal sebagai metana)

3. Biofuel cair -> diperoleh dari mengolah material organik dengan proses kimia atau fisika untuk memproduksi bahan bakar cair yang dapat terbakar.

Karakteristik Bahan Bakar Padat(Biobriket)

Biobriket dibuat dengan bahan dasar organik yang memiliki nilai karbon. Semua bahan organik yang masih memiliki nilai karbon dapat dibuat menjadi biobriket. Komposisi bahan bakar padat dapat diketahui melalui analisa dan ultimate

Analisa Proximate

1. Moisture content (kadar air)2. Volatile Matter (Kadar zat terbang)3. Pengujian Ash Content (kandungan abu) 4. Pengujian Fixed Carbon

5. Nilai kalor Analisa Ultimate adalah suatu analisayang digunakan untuk mencari kandunganunsur – unsur kimia yang mempunyaipersentase yang tinggi dalam bahan bakarpadat. Unsur kimia yang dicari adalahkandungan karbon, hidrogen, oksigen,nitrogen, sulfur, abu.

Pirolisis (Proses Pengarangan)

Pirolisis adalah dekomposisi kimia bahan organik melaluiproses pemanasan tanpa atau sedikit oksigen atau reagenlainnya,

PirolisisHeating

Rate [oC/s]

Residence

Time [s]Temperature

[oC] Product

Slow < 1 300 - 1800 <400

<600

Char

Gas, oil, char

Fast 500 - 105 0.5 - 5 500 - 650 70% oil

15% char

15% gas

Flash > 105 < 1

< 1

< 0.5

< 650

> 650

1000

Oil

Gas

Gas

Jenis – jenis Pirolisis

Thermogravimetry (TGA)

Thermogravimetric Analysis (TGA) adalah salah satu metodeanalisis termal yang dapat digunakan untuk berbagai jenis material.Metode TGA dilakukan dengan mengukur besar dan lajuperubahan massa benda uji sebagai fungsi dari temperatur atauwaktu pada kondisi lingkungan yang dijaga konstan. Dimana padapengujian ini akan didapatkan hubungan antara waktu,temperature dan penurunan massa.

Gambar. Mesin Thermogravimetry

Energi Aktivasi

Penentuan besaran energi aktivasi dilakukan denganmetode grafis dengan rumusan yang digunakanberdasarkan pada persamaan Arhennius [13]

Keterangan : x = fraksi massa

Moi = Massa sampel awal (gr)mi = Massa sampel aktual sebagai fungsi waktu

(gr)marang,i = Massa arang yang dihasilkan (gr)dx = Penurunan fraksi massadt = Perubahan waktuA = Faktor pre-eksponensialE = Energi aktivasi bahan (J/mol)Ṝ = Konstanta Gas (8.31J/molK)T = Temperatur pada sampel (K)

Pembriketan (Densification)

Salah satu cara yang dikembangkan untuk meningkatkan sifat fisisdan pembakaran biomasa adalah dengan pembriketan biobriket.Prinsip pembriketan yaitu pemberian tekanan pada suatu materialuntuk menghilangkan kekosongan antar partikel.

Dalam kompresi dengan tekanan tinggi dan sedang, biasanya tidakdiperlukan bahan pengikat. Proses kompresi dengan tekanan tinggi dansedang biasanya menggunakan teknologi screw press dan piston press.

Uji Efisiensi Tungku

Effisiensi dalam tungku briket dapat didefinisikan sebagai ratio dari energi yang digunakan dalam proses memanaskanterhadap enegi yang terkandung dalam bahan bakar padat [17]

Keterangan : mw = Massa air panci awal (kg)mwe = Massa air panci setelah di panaskan (kg)Ti = Temperatur awal air (oC)Te = Temperatur pada saat air mendidih (oC)mf = Massa bahan bakar (Kg)Cpw = Nilai kalor specific air (4.187 KJ/Kg.K)Hf = Nilai kalor bahan bakar awal (KJ/Kg)Hl = Nilai kalor laten air (2268 KJ/Kg)

RANCANGAN EKSPERIMEN

Dalam perancangan eksperimen ini ada beberapa parameter yang ingindidapatkan dalam percobaan ini dengan menetapkan parameter input danparameter output. Parameter-parameter tersebut dinyatakan sebagaimanadinyatakan dalam tabel dibawah ini.

METODOLOGIFlow Chart Penelitian dan Pengambilan Data

ANALISA DAN PEMBAHASAN

Proses Pirolisis

- Temperatur

3500C

- Holding time

30 menit

Hasil Pirolisis

Uji Proximate

Sampel uji Moisture Contain

Tandan kosong7.0 %

Tandan kosong (HR 50C/menit)6.8 %



Moisture Content

Dipanaskan selama 1 jam dengan Temperatur 107oCMengacu pada ASTM D 3173 – 03

.

Volatile Matter

Rumus berdasarkan standar ASTM D3175C = [(A-B)/A] x 100%Volatile matter (%) = C - DDimana: A = Berat sampel awal (gr)

B = Berat sampel setelah pemanasan (gr)C = Berat yang hilang (%)D = Moisture contain (%)

Sampel uji Volatile Matter

Tandan kosong 81.71 %

Tandan kosong (HR 50C/menit) 73.4 %

Tandan kosong (HR 100C/menit) 78.265 %

Tandan kosong (HR 200C/menit) 73.021 %- Temperatur 9000C

- Holding time 30 menit

Ash (Abu)

Rumus berdasarkan standar ASTM D3174Ash (%) = [(A - B)/C] x 100%Dimana :

A = Berat abu + Crucible (gr)B = Berat Crucible kosong (gr)C = Berat sampel awal (gr)

- Temperatur 8000C- Holding time 60 menit

Sampel uji VolatileMatter

Tandan kosong81.71 %

Tandan kosong (HR

50C/menit)73.4 %

Tandan kosong (HR

100C/menit)78.265 %

Tandan kosong (HR

200C/menit)73.021 %

Fixed Carbon

Rumus perhitungan berdasarkan standar ASTM D3172Fixed Carbon (%) = 100% - (Moisture Contain (%) + Ash (%) + Volatile Matter (%))

Fixed Carbon

Tandan kosong 5.4%

Tandan kosong (HR 50C/menit)11.46%



Tandan kosong5.4%

Tandan kosongArang Tandan

kosong (heating rate 50C/menit)

Arang Tandan kosong (heating rate 100C/menit)

Arang Tandankosong (heating rate 200C/menit)

Moisture 7.0 % 6.8 % 6.60 % 4.72 %

Zat volatil 81.71 % 73.4 % 78.265 % 73.021 %

Ash (Abu) 5.89 % 8.34 % 7.7 % 10.06%

Fixed carbon 5.4% 11.46% 7.435 % 12.199 %

Hasil pengujian proximate

Bomkalorimetri

Bahan yang di UjiNilai Kalor

(cal/gr)Rata – rata Nilai kalor

(cal/gr)Uji 1 Uji 2 Uji 3

Tandan kosong 3210 3194 3203 3202.33

Arang tandan kosong (heating rate50C/menit)

3937 3929 39453937


3797 3780 38003792.33


4325 4314 43404326.33

Uji TGA (Thermogravimetri)

Dengan menggunakan

Persamaan Arhennius

Pengujian TGA (Bahan uji Tandan Kosong)

Dari regresi linier disamping, didapatkan nilai gradien sebesar y = -2467,6x– 9.2491Sesuai dengan persamaan regresi linier y=mx+c, maka nilai m = -2467,6 . Jika dimasukkan kedalam persamaan Energi Aktivasi, maka didapatkan-E = m Ṝ

-E = -2467,6 K x 8.31 J/mol KE = 20489,136 J/molJadi nilai Energi Aktivasi dari Tandan Kosong sebesar E = 20489,136 J/mol

Pengujian TGA (Bahan uji Arang Tandan Kosong (HR 50C/mnt))

Dari regresi linier disamping, didapatkan nilai gradien sebesar y = -1620,4x – 11,011 Sesuai dengan persamaan regresi linier y=mx+c, maka nilai m = -1620,4 . Jika dimasukkan kedalam persamaan Energi Aktivasi, maka didapatkan-E = m Ṝ


Dengan menggunakan

Persamaan Arhennius


Dari regresi linier disamping, didapatkan nilai gradien sebesar y = -1123,6x– 11,646Sesuai dengan persamaan regresi linier y=mx+c, maka nilai m = -1123,6 . Jika dimasukkan kedalam persamaan Energi Aktivasi, maka didapatkan-E = m Ṝ


Dengan menggunakan

Persamaan Arhennius


Dengan menggunakan

Persamaan Arhennius

Dari regresi linier disamping, didapatkan nilai gradien sebesar y = -800,81 x – 12,006 Sesuai dengan persamaan regresi linier y=mx+c, maka nilai m = -1123,6 . Jika dimasukkan kedalam persamaan Energi Aktivasi, maka didapatkan-E = m Ṝ


Hasil pengujian TGA dan perhitungan Energi Aktivasi

Sampel Uji Energi Aktivasi (E)

Tandan Kosong 20489,136 J/mol

Arang Tankos (HR 50C/menit) 13462,53 J/mol



No Diameter (mm) Tinggi (mm) Berat basah(gr) Berat kering (gr)

1

2

3

4

55

55

55

55

70

70

70

70

200

210

210

200

150

160

160

150

Proses Pembuatan Briket

Hasil pembuatan briket

Uji Visualisasi Pembakaran Briket Pada Tungku Briket

1. Proses pirolisis menyebabkan turunnya Moisture contain dan kadar volatile

matter yang diikuti oleh naiknya kadar abu dan fixed carbon. Antara tandan kosongmurni dengan Arang tandan kosong (HR 200C/mnt) mempunyai besar penurunanMoisture contain = 32.57%, Volatile matter = 10.63%, untuk kadar Ash naik sebesar= 41.45% dan fixed carbon naik sebesar = 55.73%

2. Nilai Kalor berbanding lurus dengan besarnya persentase fixed carbon, karena fixedcarbon merupakan pembangkit utama energi panas selama proses pembakaran

3. Pada pengujian proximate, nilai kalor, thermogravimetry didapatkan hasil terbaikterdapat pada Arang tandan kosong yang di pirolisis dengan Heating Rate200C/menit dengan nilai kalor sebesar 4326.33 cal/gr dan Energi aktivasi terkecilsebesar 6654,73 J/mol.

4. Pembuatan briket dengan menggunakan bahan Arang tandan kosong yang dipirolisis menggunakan heating rate 200C/menit mendapatkan nilai effisiensipembakaran briket pada tungku briket rata – rata sebesar 19.35 %.

KESIMPULAN

Untuk perkembangan aplikasi dan performa dari briket yang telah dibuat, maka penulismemberikan beberapa saran, sebagai berikut:1. Eksperimen lebih lanjut perlu diadakan agar sumber energi alternatif bisa

digantikan dengan biomassa.2. lingkungan agar bisa dimanfaatkan lebih baik.

SARAN

REUSEREDUCERECYCLE

1. Bahan briket biomasa yang terdiri dari tandan kosong murni danarang tandan kosong yang telah melalui tahapan pirolisis denganukuran partikel masing-masing bahan adalah 50 mesh.

2. Uji kandungan bahan dengan Proximate dan uji karakteristikdengan metodeThermogravimetry untuk mengetahui Energi Aktivasidari masing – masing sampel.

3. Bahan pengikat (binder) adalah tepung kanji dengan komposisi10% berat briket.

4. Mesin pembriket adalah tipe piston die pressure yang digerakkansecara manual

5. Cetakan briket (die) berbentuk silinder dengan diameter dalam 55 mmdan poros penekan berdiameter 54,5 mm.

6. Briket biomassa berbentuk silinder dengan diameter 55 mm dantinggi 70 mm.

7. Lama penahanan proses pembriketan (holding time) 3 menit.8. Pembriketan dilakukan terhadap bahan yang mempunyai Nilai kalor tinggi

dan Energi aktivasi rendah9. Pembriketan dilakukan dengan tekanan 500psi dengan mesin

pencetak briket10. Aplikasi uji pembakaran briket pada tungku briket.

Batasan Masalah

Documents

ANALISIS THERMOGRAVIMETRY DAN PEMBUATAN BRIKET …digilib.its.ac.id/public/ITS-paper-19634-2109105034-Presentation.pdf · Analisa Ultimate adalah suatu analisa ... A = Faktorpre-eksponensial