Analisa Pengaruh Waktu Inisiasi Pembakaran Terhadap Karakteristik Arang Tempurung Kelapa Menggunakan Alat Tungku Minim Asap dengan Sistem Konsentrasi Asap
Didy Suharlan 1 , Budi Dharma 2,3 , Suherman 3* , Muchsin Harahap 2
1 Program Studi Teknik Mesin, Politeknik Tanjungbalai, Jalan Sei Raja Kota Tanjungbalai, Sumatera Utara, Indonesia
2 Program Studi Teknik Pendingin dan Tata Udara, Politeknik Tanjungbalai, Jalan Sei Raja Kota Tanjungbalai, Sumatera Utara, Indonesia
3 Program Studi Teknik Mesin, Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara, Jalan Muchtar Basri Nomor 3, Medan, Sumatera Utara, Indonesia *E-mail: suherman@umsu.ac.id
Diajukan: 21-07-2023; Direvisi: 02-08-2023; Dipublikasi: 21-08-2023

## Abstrak
Proses  pembuatan  arang  secara  tradisional  menghasilkan  rendemen  yang  rendah  dan  kandungan  air  yang  tinggi sehingga  harus  dijemur  dibawah  panas  matahari.  Sebagian  besar  proses  pembuatan  arang  dengan  cara  tradisional dilakukan dengan cara membakar secara langsung tempurung kelapa dan untuk memadamkannya menggunakan air. Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  mendesain drum  kiln dan  mensimulasikan  aliran  panas  dari  dapur  pemanas menggunakan software SOLIDWORKS .  Pada  penelitian  ini  juga  dipelajari  pengaruh  waktu  inisasi  pembakaran tempurung  kelapa  pada  temperatur  pemanasan  450 o C  terhadap  rendemen  arang  tempurung  kelapa  dari  waktu  2-5 jam  pembakaran  dan  membandingkan  dengan  cara  konvensional.  Hasil  penelitian  menunjukkan,  waktu  inisiasi optimum diperoleh pada 2 jam proses  yang  menghasilkan  rendemen sebesar 60%. Selanjutnya, proses pembakaran konvensional  hanya  mengasilkan  rendemen  30%  dengan  waktu  proses  lebih  lama  yaitu  7  jam.  Peningkatan  lama pemanasan  menurunkan  kadar  air dan  kadar  abu  pada  arang.  Proses  pembakaran  dengan  tungku  arang  minim  asap dengan  sistem  konsentrasi  asap  lebih  baik  dibandingkan  pembakaran  konvensional.  Kualitas  arang  yang  dihasilkan dari  pembakaran  tungku  minim  asap  dengan  sistem  konsentrasi  asap  lebih  baik  dibanding  dengan  cara  tradisional. Hasil  simulasi aliran panas dengan SOLIDWORKS diperoleh karakteristik aliran panas turbulen pada bagian dalam drum kiln dan bagian atas penutup luar.
Kata kunci: Tempurung kelapa; arang kelapa; tungku minim asap; SOLIDWORKS

## Abstract
Traditionally, the process of making charcoal produces low yields and high water content, so it must be dried under the hot sun. Most of the process of making charcoal in the traditional way is done by directly burning the coconut shell and extinguishing it using water. The purpose of this research is to design a drum kiln and simulate heat flow from  a  furnace  using  SOLIDWORKS  software.  This  study  also  studied  the  effect  of  the  initiation  time  of  burning coconut shells at a heating temperature of 450 o C on the yield of coconut shell charcoal from 2-5 hours of burning and compared it with the conventional method. The results showed that the optimum initiation time was obtained at 2 hours  of  processing  which  resulted  in  a  yield  of  60%.  Furthermore,  the  conventional  combustion  process  only produces  30%  yield  with  a  longer  processing  time  of  7  hours.  Increasing  the  heating  time  decreases  the  moisture content  and  ash  content  of  the  charcoal.  The  combustion  process  with  a  smokeless  charcoal  stove  with  a  smoke concentration system is better than conventional combustion. The quality of the charcoal produced from burning a smokeless  stove  with  a  smoke  concentration  system  is  better  than  the  traditional  method.  The  heat  flow  simulation results with SOLIDWORKS obtained turbulent heat flow characteristics on the inside of the kiln drum and the top of the outer cover.

## Keywords: Coconut shell; coconut charcoal; minimal smoke furnace, SOLIDWORKS

## 1. Pendahuluan
Teknologi  pembuatan  arang  tempurung  kelapa  menggunakan  alat  tungku  arang  minim  asap  dengan  sistem konsentrasi asap adalah suatu metode pembuatan arang yang murah dan sederhana tetapi dapat menghasilkan rendemen dan kualitas arang tempurung kelapa yang cukup tinggi dibandingkan pembakaran arang konvensional [1]. Alat tungku arang  minim  asap  dengan  sistem  konsentrasi  asap  dapat  diterapkan  pada  industri  rumah  tangga  di  pedesaan  karena bahan  kontruksi  tungku  dan  operasi  pengolahannya  mudah  diperoleh  dengan  harga  yang  relatif  murah  [2].  Selain  itu
alat tungku arang minim asap dengan sistem konsentrasi asap operasi pengolahannya mudah dilakukan oleh siapa saja dan  tidak  memerlukan  biaya  besar  maka  cara  alat  tungku  arang  minim  asap  dengan  sistem  konsentrasi  asap  ini  dapat dikembangkan  kedalam  skala  industri  kecil  dan  menengah  sehingga  hasil  yang  di  dapat  untuk  memasok  kebutuhan arang  tempurung  kelapa  baik  untuk  kebutuhan  industri  dalam  negeri  maupun  untuk  ekspor  [3-4].  Arang  tempurung kelapa di Indonesia secara luas digunakan sebagai bahan bakar, makanan dan lain lain [5]. Di Indonesia pengembangan penggunaaan arang tempurung kelapa sebagai bahan bakar telah diperkenalkan dengan bentuk briket arang yang dijual di  toko  swalayan.  Produk  ini  diperuntukkan  terutama  bagi  konsumen  yang  berpenghasilan  menengah  atau  tinggi  dan nampaknya  pemanfaatan  briket  arang  ini  akan  semakin  meluas  sehubungan  dengan  semakin  meningkatnya  kegiatan wisata alam yang memerlukan bahan bakar yang dapat dibawa dengan mudah dan praktis[6]
Arang tempurung kelapa adalah arang yang berbahan dasar tempurung kelapa. pemanfaatan arang tempurung kelapa ini  ternasuk  cukup  strategis  sebagai  sektor  usaha.  Selain  dimanfaatkan  dengan  dibakar  secara  langsung,  tempurung kelapa dapat dijadikan sabagai bahan dasar briket arang [7-8] . Tempurung kelapa yang akan dijadikan arang harus dari kelapa  yang  sudah  tua,  karena  lebih  keras  dan  kandungan  airnya  lebih  sedikit  dibandingkan  dari  kelapa  yang  masih muda. Harga jual arang tempurung kelapa terbilang cukup tinggi. Karena selain berkualitas tinggi, untuk mendapatkan tempurung kelapanya juga tidak terlalu sulit dan harganya tidak mahal [9-10].
Secara umum kualitas tempurung kelapa dikatakan baik jika mempunyai ciri ciri  berwarna hitam merata dan tidak mengandung kotoran [11], bagian ujung pecahan arang tempurungnya bercahaya dan bila dijatuhkan di atas lantai yang keras,  pecahan  kepingannya  menampakkan  lingkaran  yang  terang  [12].  Bila  kepingan-kepingan  arang  tempurung tersebut dibakar akan menimbulkan suara yang terlihat pada Gambar 1 .
(a) (b)
Gambar 1. ( a) Tempurung kelapa dan (b) Arang tempurung kelapa [13]
Drum  kiln adalah  tungku  pembakaran  logam  sederhana  yang  telah  dimodifikasi  dari  drum  minyak  biasa  melalui teknologi  sederhana  [14-15].  Drum  memiliki  tutup  yang  dapat  dilepas  dan  sabuk  logam  yang  menghubungkan  tutup dengan drum. Sabuk ini memiliki sekrup yang dapat disesuaikan yang mengencangkan tutup ke drum (Gambar 2). Jenis tungku ini lebih cocok untuk produksi arang rumah tangga dengan menggunakan batang atau cabang pohon berdiameter kecil dengan ukuran diameter tidak lebih dari 10 cm [16-17].
Drum  dimodifikasi  dengan  mengelas  dudukan  cerobong  asap  yang  terbuat  dari  pipa  logam  pendek  agar  sesuai dengan cerobong asap berdiameter 6 cm dan panjang 1 m di sisi bawah drum. Sebuah pemanggang logam dibuat untuk mencegah  kayu  menyentuh  bagian  bawah  drum  dan  untuk  menyediakan  sirkulasi  udara  di  dalam  tungku  pembakaran
drum.  Pintu  tungku  berukuran  20  x  25  x  30  cm  dilas  pada  tutup  drum  yang  terbuat  dari  logam  [18].  Metode  ini menggunakan  drum  dari  logam  yang  tahan  panas  (biasanya  menggunakan  drum  oli)  untuk  mengkarbonisasi  arang. Metode inilah yang banyak digunakan saat ini untuk proses karbonisasi, karena biayanya yang relatif murah  dan tidak terikat dengan lokasi, artinya dapat di pindahkan [11].
Disisi  lain  kualitas  arang  dari  berbagai  jenis  sumber  biomassa  sebagai  bahan  baku  briket  dipengaruhi  temperatur, laju  pemanasan  dan  waktu  proses  pemanasan.  Beberapa  peneliti  telah  melakukan  pengaruh  temperatur  dan  waktu terhadap  rendemen  arang  dari  tempurung  kelapa.  Penelitian  sebelumnya  [17]  menyebutkan  temperatur  optimum diperoleh pada temperatur 400 o C dan waktu pemanasan 1 jam yang menghasilkan rendemen sebesar 36-43% dan nilai kalor 6800-7100 gr/cal.  Penelitian lain [19-20]  melakukan  simulasi dengan  menggunakan  metode computational fluid dynamics (CFD)  dengan software  SOLIDWORKS pada  tabung  pirolisis  arang.  Hasilnya  menunjukkan  jenis  rambatan panas konveksi terjadi pada dinding reaktor dan pada bagian dasar tabung pirolisis terjadi perpindahan panas konduksi [21].  Laju  dan  temperatur  pemanasan  sangat  mempengaruhi  fasa  padat,  cair  dan  gas  yang  terbentuk  pada  proses pirolisis  biomassa.  Peneliti  lain  [22]  memvariasikan  laju  pemanasan  dari  15 o C/  menit-30 o C  /menit  dan  temperatur pemanasan  dari  250 o C.  Hasil  penelitian  tersebut  menunjukkan  laju  pemanasan  optimum  diperoleh  pada  50 o C  dan temperatur pemanasan 500 o C [22].
Pada  penelitian  ini  dilakukan  simulasi  aliran  panas  dari  tungku  pemanas  dengan  menggunakan software SOLIDWORKS untuk  mendapatkan  informasi  aliran  panas  keseluruh  komponen  utama drum  kiln .  Selain  itu  waktu proses pemanggangan juga divariasikan antara 2-5 jam untuk mendapatkan rendemen arang yang paling optimum pada temperatur pemangggangan 450 o C. Pada penelitian ini juga proses pembuatan arang juga dibandingkan dengan metode konvensional [23-24].

## 2. Material dan metodologi
Penelitian  ini  menggunakan  2  kegiatan  utama  yaitu  proses  perancangan  alat  dan  simulasi  menggunakan SOLIDWORKS dan  selanjutnya  dilakukan  proses  pembuatan drum  kiln untuk  proses  pengarangan  tempurung  kelapa.
Proses  pembuatan drum  kiln dilakukan  dengan  proses  pemotongan  dan  penyambungan  dengan  menggunakan pengelasan.  Pengambilan  data  kuantitatif  penelitian  dilakukan  dengan  melakukan  proses  pemanasan  atau  pirolisis terhadap  tempurung  kelapa  pada  temperatur  450 o C  dengan  memvariasikan  waktu  pemanasan  untuk  mendapatkan rendemen yang paling optimum.

## 2.1. Perancangan drum kiln
Perancangan drum  kiln ini  dimulai  dengan  membuat  desain  komponen-komponen  utama menggunakan  software AutoCAD dan  sistem  analisis  waktu  inisiasi  pembakaran  tempurung  arang  kelapa  menggunakan SOLIDWORKS . Adapun bagian-bagian utama dari drum kiln sebagaimana dijelaskan pada Gambar 2 dan Gambar 3.
Hasil  dari  perancangan  tungku  minim  asap  dengan  sistem  konsentrasi  asap  dapat  dilihat  pada  Gambar  3. Perancangan dilakukan dengan bantuan software AutoCAD dan SOLIDWORKS sehingga diperoleh desain yang sesuai. Gambar  3(a)  menujukkan  desain  drum  kiln  tampak  depan  dimana  pada  bagian  luar  drum  dilengkapi  penutup  dan cerobong  asap.  Pada  bagian  bawah  drum  luar  diberikan  lubang  untuk  memasukkan  biomassa  sebagai  bahan  untuk memanaskan tempurung yang nantinya ditempatkan didalam drum kiln bagian dalam (Gambar 3(b)).
Gambar 2. Desain rancangan gambar drum kiln dengan menggunakan AutoCAD
(a) (b) (c) (d)
Gambar 3. Desain drum kiln (a) Tampak depan, (b) Tampak samping kanan, (c) Potongan tampak depan dan (d) Potongan tampak samping kanan
Cerobong asap diletakkan pada di tengah-tengah dari drum kiln dalam, disisi bagian bawah pipa berukuran 3 inchi ditempatkan pada bagian alas yang berlubang dan ditumpu oleh penyangga yang dipasangkan pada bagian ujung bawah dinding  (Gambar  3(c)).  Gambar  3(d)  menunjukkan  potongan drum  kiln yang  menerangkan  sisi  bagian  kanan  dimana pada bagian bawah dari drum kiln ini diberikan dudukan.
2.2. Proses pembuatan drum kiln
Drum kiln bagian dalam bervolume 168.20 cm 3 mampu menampung 20 kg batok kelapa dibuat dari plat baja yang di- roll .  Penutup drum  kiln bagian  dalam  dibuat  dengan  memotong  plat  baja  berbentuk  bulat  sesuai  dengan  ukuran diameter tabung bagian dalam. Penyangga disambungkan dengan pipa berukuran 3 inchi yang telah dilubang berukuran 1/6 inchi sekelilingnya dengan menggunakan bor tangan, pemberian lubang ini bertujuan untuk mengalirkan panas yang bersumber  dari  dapur.  Dudukan drum  kiln bagian  dalam  baja hollow berdiameter  480  mm  dan  tinggi  266  mm dipasangkan  pada  bagian  bawah  tabung  dalam  sebagai  dudukan  tabung  dalam.  Drum  pada  bagian  luar  dengan  tinggi 1200 mm dan diameter 560 mm terbuat dari plat baja yang di- roll , selanjutnya proses penyambungan dilakukan dengan menggunakan  metode  pengelasan shielded  metal  arc  welding (SMAW).  Bagian  atas drum  kiln pada  bagian  luar diberikan penutup berdiameter 237 mm. Pemegang disambungkan pada penutup dengan panjang 160 mm dan tinggi 75 mm. Cerobong dengan diameter 25.4 mm dan tinggi 351 mm dipasangkan pada bagian penutup luar.

## 2.3. Prinsip kerja mesin
Tempurung kelapa diletakkan pada bagian tabung karbonisasi berbahan baja tahan karat seri 304 yang ditempatkan sedemikian rupa dan disanggah oleh rangka baja. Panas untuk proses pengarangan diperoleh dari pembakaran biomassa yang  diletakkan  pada  bagian  bawah  ruang  bakar.  Panas  dari  proses  pembakaran  biomassa  akan  menyebarkan keseluruhan dinding dan bagian atas ruang silinder melalui celah antara tabung pertama dan kedua. Selain itu panas dari bagian ruang bakar juga masuk melalui lobang pada pipa sehingga terjadi pengarangan pada tempurung kelapa. Tabung bagian  dalam    ini  memiliki  penutup  bagian  atas  yang  rapat  sehingga  panas  yang  di  dalam drum  kiln terperangkap  di dalam  sehingga  proses  pengarangan  berlangsung,  sehingga  asap  yang  dihasilkan  dari  pembakaran  didalam  tabung kedua akan terkonsentrasi hanya didalam tabung tersebut. Adapun ilustrasi aliran panas dari ruang bakar diperlihatkan pada Gambar 4.
2.4. Perhitungan drum kiln
a. Rumus volume tabung dalam
Perhitungan volume tabung bagian dalam dapat dihitung menggunakan Persamaan (1),
v = π × r 2 × t (1)
dimana v merupakan volume tabung dalam dengan satuan mm 3 , r dan t masing-masing adalah jari-jari tabung dan tinggi tabung  dengan  satuan  mm.  Diketahui  diameter  tabung  kedua  480  mm  dan  tinggi  tabung  930  mm.  Volume  tabung dinyatakan dalam Persamaan (2),
v = 3.14 × (240 mm) 2 × (930 mm) = 1.682 × 10 8 mm 3 = 0.1682 m 3 (2)
b. Berat jenis
Rapat massa adalah besarnya massa benda yang terkandung dalam setiap volume benda. Untuk menghitung densitas tempurung kelapa digunakan Persamaan (4), dimana 𝜌 adalah berat jenis 25 kg tempurung kelapa, m merupakan massa tabung sebesar 245.25 kg dan v merupakan volume tabung yang telah dihitung sesuai dengan Persamaan (2).
𝜌 = 𝑚 𝑣 = 245.25 𝑘𝑔
0.1682 𝑚 3 = 1458 𝑘𝑔/𝑚 3 (3)
Kemudian untuk mencari nilai volume tempurung kelapa dalam tabung digunakan Persamaan (4)
𝑣 = 𝑚 𝜌 = 25 𝑘𝑔 1458 𝑘𝑔/𝑚 3 = 0.017 𝑚 3 = 17 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 (4)
c. Perpindahan panas secara konduksi
Perhitungan  laju  perpindahan  konduksi  dari  dinding  bagian  bawah  dan  samping drum  kiln bagian  dalam  ke tempurung  kelapa  dapat  digunakan  Persamaan  (5),  dimana 𝐻 𝑘𝑜𝑛𝑑𝑢𝑘𝑠𝑖 merupakan  laju  perpindahan  kalor  secara konduksi dengan satuan J/detik, Q merupakan kalor dengan satuan J dan t merupakan waktu dengan satuan detik. Nilai k  merupakan  konduktivitas  termal  sebesar  0.05298  W/m.K,  L  adalah  panjang  logam  pengantar  yaitu  0.8  m,  A merupakan  luas  penampang  sebesar  18.08  m 2 dan  ΔT  merupakan  selisih  suhu  antara drum  kiln yaitu  450 o C  dengan lingkungan luar sebesar 30 o C diperoleh nilai selisih suhu sebesar 420 o C.
𝐻 𝑘𝑜𝑛𝑑𝑢𝑘𝑠𝑖 = 𝑄 𝑡 = 𝑘. 𝐴. 𝛥𝑇 𝐿 = (0.05298 𝑊 𝑚. 𝐾 ⁄ )(18.08 𝑚 2 )(220 ℃) 0.8 𝑚 2 = 502.886 𝐽/𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 (5)
d. Perpindahan panas secara konveksi
Perpindahan  panas  konveksi (𝐻 𝑘𝑜𝑛𝑣𝑒𝑘𝑠𝑖 ) yang  terjadi  yang  mengalir  dari  dinding drum  kiln bagian  dalam  ke tempurung  kelapa  dapat  menggunakan  Persamaan  (6),  dimana  h  merupakan  nilai  konduktivitas  termal  konveksi tempurung  kelapa  dengan  satuan  W/m.K  diperoleh  dari  Persamaan  (7).  Keterangan  pada  Persamaan  (7)  dimana Re
merupakan  nilai bilangan Reynolds dan Pr merupakan bilangan Prandtl dengan nilai 0.6948. Nilai V pada Persamaan (7) menunjukkan kecepatan fluida (m/s) dengan nilai 5 m/s, L menunjukkan panjang pelat (m) dan nilai 𝜇 merupakan viskositas kinematis (m 2 /s)
𝐻 𝑘𝑜𝑛𝑣𝑒𝑘𝑠𝑖 = 𝑄 𝑡 = ℎ. 𝐴. 𝛥𝑇 (6)
ℎ = 0.664. 𝑘 𝐿 . 𝑅𝑒 0.5 . 𝑃𝑟 0.33 (7)
Nilai Re dihitung  dengan  Persamaan  (8),  dimana  V  menunjukkan  kecepatan  fluida  (m/s)  dengan  nilai  5  m/s,  L menunjukkan panjang pelat sebesar 0.93 m dan nilai 𝜇 merupakan viskositas kinematis sebesar 3.261×10 -5 m 2 /s. Hasil perhitungan diperoleh nilai bilangan Re sebesar 1425943.
𝑅𝑒 = (𝑉. 𝐿) 𝜇 (8)
Hasil perhitungan Persamaan (7) dapat dilihat pada Persamaan (9),
ℎ = 0.664. 50.15 × 10 −3 𝑊 𝑚. 𝐾 ⁄ 0.93 𝑚 . (1425943) 0.5 . (0.6948) 0.33 = 37  𝑊 𝑚 2 . ℃ ⁄ (9)
Perpindahan konveksi yang terjadi dapat dilihat pada Persamaan (10),
𝐻 𝑘𝑜𝑛𝑣𝑒𝑘𝑠𝑖 = 𝑄 𝑡 = ℎ. 𝐴. 𝛥𝑇 = 37  𝑊 𝑚 2 . ℃ ⁄ . 18.08 𝑚 2 . 420 ℃ = 280.963 𝐽 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 ⁄ (10)
e. Perpindahan panas secara radiasi
Perpindahan panas radiasi terjadi dari pembakaran biomassa pada bagian bawah dapur pemanas  ke dinding bagian bawah drum  kiln bagian  dalam.  Besar  perpindahan  panas  radiasi  dapat  dihitung  dengan  persamaan  (11),  dimana  P merupakan laju perpindahan panas radiasi ( J/detik), Q adalah kalor (J), t adalah waktu (detik), 𝑒 merupakan parameter koefisien  emisivitas  dengan  nilai  0.57, 𝜎 adalah  nilai  konstanta Stefan sebesar  5.67×10 -8 W/m 2 .K 4 ,  A  adalah  luas penampang daerah yang terkena radiasi sebesar 18.08 m 2 dan T merupakan suhu mutlak sebesar 693 K.
𝑃 = 𝑄 𝑡 = 𝑒𝜎𝐴𝑇 4 = 0.57  × 5.67. 10 −8 × 18.08 𝑚 2 × (693 𝐾) 4 = 134.76 𝐽/𝑠 (11)

## 2.5. Inisiasi waktu pembakaran pada nilai rendemen
Pada  pembakaran  tempurung  kelapa  membutuhkan  suhu  yang  tinggi  di  dalam  drum  pembakaran.  Setelah tempurung kelapa dimasukkan ke dalam drum kiln , suhu mulai naik hingga 450 0 C. Suhu pemanasan di dalam tabung menjadi  penentu  proses  pirolisis  atau  pengarangan  tempurung  kelapa.  Disisi  lain  waktu  pengarangan  juga  sangat menentukan  rendemen  arang  yang  dihasilkan.  Adapun  waktu  pembakaran  dan  temperatur  pembakaran  tempurung kelapa diuraikan pada Tabel 1.
Tabel 1 . Pengujian inisasi waktu pembakaran dan temperatur pemanasan
No Waktu pembakaran (Jam) Bahan baku (kg) Suhu ( o C) 1 2 20 450 2 3 20 450 3 4 20 450 4 5 20 450
Untuk menghitung rendemen arang yang dihasilkan dari variasi waktu proses pada temperatur pemanasan 450 o C dapat  digunakan  persamaan  (12),  dimana  R  merupakan  nilai  rendemen  arang,  j  adalah  jumlah  hasil  pembakaran  (kg) dan b adalah bahan baku (kg)
𝑅 = 𝑗 𝑏 × 100% (12)

## 3. Hasil dan pembahasan
3.1. Hasil rendemen dari pembakaran arang tempurung kelapa
Hasil  pengujian  inisasi  waktu  pembakaran  dan  suhu  pemanasan  dengan  parameter  pada  Tabel  1,  disajikan  pada Tabel 2. Dari Tabel 2 terlihat bahwa peningkatan waktu pembakaran mengakibatkan penurunan rendemen arang yang dihasilkan, rendemen optimum diperoleh pada waktu pembakaran 2 jam yaitu menghasilkan arang sebanyak 12 kg yang apabila dinyatakan dalam bentuk persentase menghasilkan rendemen sebesar 60%. Peningkatan waktu pembakaran 3, 4 dan  5  jam  masing-masing  menghasilkan  masing-masing  rendemen  sebesar  42.5%,  37.5%  dan  32.5%.  Rendemen terendah diperoleh pada waktu pembakaran selama 5 jam yaitu sebesar 32.5% (6.5 kg). Hasil penelitian ini lebih tinggi dibanding dengan dua hasil penelitian sebelumnya [7-8], dimana masing-masing menghasilkan rendemen sebesar 30% dan 50%. Studi yang pernah dilakukan peneliti lain [22], menyebutkan bahwa waktu optimum adalah 1 jam pada suhu 250 o C dengan rendemen sebesar 39% dan laju pemanasan 15 o C/ menit.
Tabel 2 . Hasil pengujian inisasi waktu pembakaran dan temperatur
No Pembakaran (Jam) Bahan baku (kg) Suhu ( o C) Hasil Arang (kg) Rendemen (%) 1 2 20 450 12 60 2 3 20 450 8.5 42.5 3 4 20 450 7.5 37.5 4 5 20 450 6.5 32.5

## 3.2. Hasil simulasi pembakaran tempurung kelapa
Hasil  simulasi  proses  pengarangan  tempurung  tempurung  kelapa  dengan  menggunakan  tungku  arang  sistem konsentrasi asap menggunakan sofware SOLIDWORKS sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 7.
(a)
(b)

## Gambar 7. Hasil simulasi proses pengarangan dengan menggunakan S OLIDWROKS
Aliran panas mengalir dari bagian ruang bakar ke bagian atas melalui celah dinding tabung bagian dalam dan luar. Temperatur dari dinding dalam drum kiln terlihat dari warna hasil simulasi, dimana sebagian besar dinding dalam drum kiln berwarna merah dimana menunjukkan temperatur dinding antara 421 o C – 448 o C, kecuali pada bagian penutup atas yang  dekat  cerobong  asap  menunjukkan  temperatur  yang  lebih  rendah  berkisar  antara  334 o C  -360 o C  (Gambar  7(a)). Aliran panas dari dapur pemanas mengalir kedalam tabung bagian dalam dan pada sisi tabung bagian luar. Aliran panas masuk  kedalam  tabung  bagian  dalam  mengalir  melalui  pipa  berdiameter  2 inchi yang  diberikan  lubang  pada sekelilingnya  yang  menyebabkan  aliran  turbulen.  Disisi  lainnya  terlihat  aliran  turbulen  juga  tampak  pada  bagian penutup atas dekat dengan cerobong (Gambar 7(b)).

## 3.3. Kadar air dan kadar abu
Gambar  8  menunjukkan  hubungan  antara  lama  waktu  pemanasan  terhadap  kadar  air  dan  kadar  abu  pada  arang tempurung  kelapa.  Peningkatan  lama  waktu  pemanasan  dari  (2,  3,  4  dan  5  jam)    pada  tempurung  kelapa  secara signifikan menurunkan kadar air dan kadar abu. Kadar air dan kadar abu tertinggi diperoleh pada waktu pemanasan 2 jam  yaitu  masing-masing  7.775%  dan  3.1%  sedangkan  kadar  air  terendah  diperoleh  pada  waktu  pemanasan  dengan waktu 5 jam proses yaitu dengan kadar air dan kadar abu masing-masing sebesar 4.482 % dan 0.5%. Hasil yang peroleh sedikit  berbeda  dengan  penemuan  peneliti  lain  [25],  dimana  diperoleh  hasil  optimum  pada  lama  waktu  pemanasan selama  3  jam  yaitu  menghasilkan  kadar  air  dan  kadar  abu  lebih  rendah  yaitu  masing-masing  2.75%  2.70%  pada temperatur pemanasan 450 o C, akan tetapi hanya menghasilkan rendemen yang jauh lebih rendah yaitu 30.10%.
Gambar 8 . Hubungan lama waktu pemanasan terhadap persentase kadar air dan kadar abu

## 4. Kesimpulan
Dari  penelitian  yang  telah  dilakukan  dapat  ditarik  kesimpulan  yaitu  ditemukan  rendemen  yang  paling  optimum diperoleh  sebesar  60%  dengan  waktu  proses  pemanasan  selama  2  jam  dan  suhu  450 o C,  dimana  menghasilkan  arang sebanyak  12  kg  dari  20  kg  tempurung  kelapa  yang  diproses.  Proses  pengarangan  dengan  cara  tradisional  hanya menghasilkan arang sebanyak 6 kg yang menghasilkan  rendemen 30% dengan waktu proses yang lebih lama (7 jam). Peningkatan  waktu  proses  pemanasan    3  jam,  4  jam  dan  5  jam  menurunkan  rendeman  arang  yaitu  masing  masing sebesar  42,5%,  37,5%  dan  32,5%.  Simulasi  aliran  panas  dan  perbedaan  temperatur  pemanasan  pada  beberapa  bagian dari  Drum  kiln  dengan  menggunakan  SOLIDWORK,  ditemukan  temperatur  pada  bagian  drum  bagian  dalam  dan samping sekitar 612 o C – 680 o C   sedangkan pada bagian  penutup  dan cerobong asap  sebesar 364 o C -590 o C.  Arang yang  diproduksi  dengan  menggunakan  menggunakan  alat  tungku  minim  asap  dengan  sistem    konsentrasi  asap  telah memenuhi standard SNI 06-3730-1995.

## Ucapan Terima Kasih
Terima  kasih  kepada  Politeknik  Tanjungbalai  yang  telah  membantu  dalam  pembiayaan  penelitian  ini  dengan nomor Kontrak 01/KTRK/UPPM/ POLTAN/2022 tahun 2022.

## Daftar Pustaka
[1] A.  D.  Arafah  and  S.  S.  Harsono,  Analysis  the  effect  of  coconut  shell  charcoal  mixed  doses  and  adhesive  in characteristics jamu dregs briquettes. Berk. Sainstek. 2021; 9(4),  p. 179.
[2] T. A. D. Jayanti, A. Sudarmanto, and M. I. Faqih, Cold smoking equipment design of smoked fish products with closed circulation using temperature and concentration monitoring system based on arduino uno. IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 2020; 846(1).
[3] B.  Rahmat  and  Suhardjadinata,  Design  of  coconut  fruit-coat  charcoal  briquette-presser  and  its  product characterization. Int. J. Sci. Technol. Res. 2022; 11(01), p. 44–48.
[4] H.  Hasan,  S.  Gunawan,  R.  Silaban,  F.  I.  S.  H.  Sinaga,  and  J.  P.  Simanjuntak,  An  experimental  study  of  liquid smoke and charcoal production from coconut shell by using a  stove of indirect burning type. J. Phys. Conf. Ser., 2022; 2193(1).
0 2 4 6 8 10 2 3 4 5 P er se ntas i K adar (% ) Lama Pemanasan (Jam) Kadar Abu Kadar Air
[5] D.  G.  H.  Adoe,  Gusnawati,  dan  N.  Ernanto,  Analisis  pengaruh  temperatur  pada  metode  pirolisis  dari  sampah plastik PP (Polypropylene) terhadap kapasitas dan kuantitas minyak pirolisis. J. Penelit. Enj. 2020;  24(2), p. 177– 181.
[6] S . H. Abbas dan B. Tjiroso, Desain dan pembuatan alat destilasi asap cair (liquid smoke). Patria Artha Technol. J. 2021; 5(1), pp. 41–44.
[7] Z.  ilmi,  Azis,  P.  Rizki,  M.  Harahap,  M. Pasaribu  dan  S.  Suherman,  Pelatihan  pembuatan  arang  dan  asap  cair  di koperasi pertanian berkah abadi jaya desa lubuk cuik. Semin. Nas. Univ. Muhammadiyah Semarang, 2022; 5(2), p. 1553–1564.
[8] I. Fredrika, Y. Polii, dan A. Sirun, Pembuatan alat untuk memproduksi arang tempurung kelapa secara pirolisis,  J. Mas. Nipake. 2021;  1,(1), p. 32–38, 2021.
[9] E. Styani,  A. Maimulyanti,  A. R. Prihadi, F. A. R. Putri,  dan F. Puspita, Pemanfaatan limbah tempurung kelapa dari industri virgin coconut oil (VCO) menjadi briket arang di IKM PT. Sangkara Kota Bogor, J . Pengabdi. Masy. AKA, 2023; 2(2), pp. 53–59.
[10] M.  H.  Makaruku,  V.  L.  Tanasale,  dan  N.  Goo,  Pemanfaatan  limbah  tempurung  kelapa  menjadi  briket  arang sebagai bahan bakar alternatif di Desa Kamarian Kecamatan Kairatu Kabupaten Seram Bagian Barat, HIRPONO J. Pengabdi. Masy. 2022; 2,(2), p. 148–157.
[11] P.  Suwandono,  N.  R.  Ismail,  dan  M.  N.  Majid,  Pengaruh  temperatur  pada  tar  dan  api  pirolisis  minyak jelantah,Prosiding pada Conf. Innov. Appl. Sci. Technol. (CIASTECH 2020); 2020. pp. 657–664.
[12] Sudding and Jamaluddin, “The processing of coconut shell based on pyrolysis technology to produce reneweable energy sources. Prosiding of Int. Conf. Math. Sci. Technol. Educ. their Appl; October 2016, pp. 498–510.
[13] F. S. T. Silaban,  Analisis Thermal Pada Reaktor Pirolisis  Bio-Arang. Indonesia: Universitas Medan  Area; 2022, pp. 1-66.
[14] M.  Muharnif,  S.  A.  Syaputra,  M.  Harahap,  dkk.  Review  mesin  pengiris  keripik  singkong  untuk  home  industri. Atds Saintech J. Eng. 2021; 2(2), pp. 29–37.
[15] J. Han, Y. Choi, and J. Kim, Development of the process model and optimal drying conditions of biomass power plants. ACS Omega. 2020; 5(6), pp. 2811–2818.
[16] D.  Suharlan,  D.  S.  Siagian,  dan  M.  N.  H.  Pasaribu,  Rancang  bangun  alat  pembakaran  minim  asap  pada  tungku arang dengan sistem konsentrasi asap. J. Penelit. Rumpun Ilmu Tek. 2023; 2(2), pp. 35–52.
[17] N. K. Caturwati, E. Suhendi, dan E. Prasetyo, Pengaruh temperatur dan waktu pyrolisis terhadap nilai kalor briket tempurung kelapa sawit. Tek. J. Sains dan Teknol. 2014; 10(2), pp. 162,.
[18] S.  Suherman,  M.  K.  Anwar,  A.  Hariyanto,  M.  Harahap,  S.  A.  Syahputra,  dan  A.  Sai’in,  Pengaruh  jenis  adonan terhadap  jumlah  cacat  produksi  pakan  ikan  bentuk  pellet  apasitas  produksi  26  kg/jam.    Jurnal  Rekayasa  Mesin. 2022;  17(3), pp. 369–380, 2022.
[19] F. D. Saputro, I. Syafa’at, dan T. Priangkoso, Studi rambatan panas pada pemodelan pirolisator kapasitas 20 liter menggunakan computational fluid dynamics. J. Ilm. Momentum. 2019; 15(2), pp. 162–166.
[20] O.  A.  Ortiz,  G.  I.  Suárez,  and  A.  Nelson,  Dynamic  simulation  of  a  pilot  rotary  kiln  for  charcoal  activation. Comput. Chem. Eng. 2005; 29(8), pp. 1837–1848, 2005.
[21] R. M. Sari, S. Gea, B. Wirjosentono, S. Hendrana, and Y. A. Hutapea, Improving quality and yield production of coconut shell charcoal through a modified pyrolysis reactor with tar scrubber to reduce smoke pollution. Polish J. Environ. Stud. 2020; 29(2), pp. 1815–1824.
[22] Fauzan,  Pengaruh  efek  parameter  pirolisis  terhadap  yield  asap  cair  dan  arang  pada  proses  pirolisis  cangkang kemiri  dengan  reaktor  pipa  api.  Prosiding  dari  Seminar  Nasional  Sains  dan  Teknologi  Fak.  Tek.  Univ. Muhammadiyah Jakarta; November 2015, pp. 1–4.
[23] M.  M.  Hasan,  M.  G.  Rasul,  M.  I.  Jahirul,  and  M.  M.  K.  Khan,  Modeling  and  process  simulation  of  waste macadamia nutshell pyrolysis using Aspen Plus software. Energy Reports. 2022; 8, pp. 429–437.
[24] A. Alnouss, P. Parthasarathy, H. R. Mackey, T. Al-Ansari, and G. McKay, Pyrolysis study of different fruit wastes using an Aspen Plus Model. Front. Sustain. Food Syst. 2021; 5, pp. 1–8.
[25] R. Hasibuan and H. M. Pardede, Pengaruh suhu dan waktu pirolisis terhadap karakteristik arang dari tempurung kelapa. J. Tek. Kim. USU. 2023; 12(1), pp. 46–53.