## ANALISIS KARAKTERISTIK PEMBAKARAN LANGSUNG (Co- COMBUSTION) ARANG KAYU DAN DAUN CENGKEH SISA DESTILASI MINYAK ATSIRI DENGAN VARIASI KOMPOSISI
Abdul Basyid Adnan, Subroto, Sartono Putro Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura
Email: subroto@ums.id

## ABSTRAK
Limbah proses destilasi (penyulingan) minyak atsiri daun cengkeh yang berupa daun cengkeh kering sering dianggap sebagai limbah industri dan kurang diperhatikan manfaatnya. Diperkirakan saat ini penggunaan daun cengkeh kering sisa proses destilasi minyak atsiri hanya digunakan sebagai pendukung dari pembakaran proses penyulingan tersebut. Oleh karena itu penting adanya penelitian untuk mengurangi polusi yang ditimbulkan oleh limbah tersebut,diantaranya dengan menjadikan daun cengkeh kering sisa proses sebagai bahan dasar biomassa. Penelitian diawali dengan pengumpulan bahan dasar berupa daun cengkeh sisa proses destilasi daun cengkeh dan arang kayu kemudian dihancurkan dan selanjutnya dicampur dengan variasi komposisi yang berbeda . Variasi yang digunakan adalah variasi komposisi, yaitu 100% arang kayu, 100% daun cengkeh, 80% arang kayu dan 20% daun cengkeh, 60% arang kayu dan 40% daun cengkeh, 40% arang kayu dan 60% daun cengkeh. Pengujian karakteristik pembakaran dilaksanakan untuk mengetahui karakteristik temperatur pembakaran, massa sisa dan laju pembakaran yang dihasilkan oleh campuran arang kayu dan daun cengkeh. Pengujian ini dilakukan pada sebuah tungku pembakaran dan pengambilan data dilakukan setiap 1 menit. Hasil penelitian menunjukkan bahwa variasi komposisi berpengaruh pada karakteristik pembakaran.Penambahan arang kayu akan mempertinggi temperatur pembakaran dan memperlama waktu pembakaran.Waktu pembakaran paling baik dimiliki biomassa dengan komposisi 60% arang kayu dan 40% daun cengkeh dengan temperatur 268 o C pada menit ke-6 dan massa sisanyayakni 0,71 gram.

## Kata kunci: Arang Kayu, Daun Cengkeh, Biomassa

## ABSTRACT
Waste from distillation of essential oils of clove leaves in the form of dried clove leaves is often regarded as industrial waste and its benefits are usually neglected.. Currently, it is estimated that the use of dried clove leaves is only as a support to the combustion process of the distillation process. Therefore, it is important to reduce the pollution caused by these wastes, for example making dry clove leaves as a biomass base material. Thisstudy begins with the collection of basic ingredients in the form of clove leaves which are the remainder of the clove leaves distillation process and wood charcoal. Then, they are crushed and mixed with a variety of different compositions. Variations used are variations in composition, namely 100% wood charcoal, 100% clove leaves, 80% wood charcoal and
20% clove leaves, 60% wood charcoal and 40% clove leaves, 40% wood charcoal and 60% clove leaves. Testing of combustion characteristics is carried out to determine the characteristics of combustion temperature, residual mass and combustion rate produced by a mixture of wood charcoal and clove leaves. This test is carried out on a furnace and data collection is carried out every 1 minute. The results shows that the variation in composition affects the characteristics of combustion. Wood charcoal addition increases the combustion temperature and prolong the combustion time. The fastest combustion time is produced by biomass with a composition of 60% wood charcoal and 40% clove leaves with a temperature of 268 o C with six minutes and the remaining mass is 0.71 grams.
Keywords:  Wood Charcoal, Clove Leaves, Biomass
PENDAHULUAN Indonesia merupakan penghasil sejumlah minyak atsiri.kebanyakan minyak atsiri tersebut ekspor atau dijual keluar negeri. Sementara itu banyak pengusaha atau industri yang belum dapat  memanfaatkan  sisa  limbah  menjadi  sebuah  produk  yang  mempunyai  nilai  ekonomis tinggi. Sisa limbah hasil industri dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi alternatif baru bisa berasal dari fosil, biomassa, limbah ,dansebagainya,
Sentra minyak cengkeh di Musuk, Boyolali banyak menggunakan bahan bakar daun kering sisa proses destilasi yang merupakan sisa dari proses penyulingan minyak astiri untuk proses produksinya.
Masalah  yang  timbul  adalah  bagaimana  memanfaatkan  daun  kering  sisa  proses,  dan bagaimana mengurangi polusi yang ditimbukkan pada waktu pembuangan limbah yang berupa daun cengkeh sisa destilasi. Diperkirakan sampai saat ini penggunaan daun kering sisa proses hanya digunakan sebagai pendukung dari bahan-bakar proses tersebut.
Melihat permasalahan diatas maka akan lebih baik jika limbah tersebut dijadikan biomassa (campuran daun cengkeh kering limbah proses destilasi minyak atsiri dan arang kayu) agar lebih berguna dan bermanfaat sebagai bahan bakar alternatif baru.

## BATASAN MASALAH
Dalam  makalah  ini  masalah  yang  diteliti  adalah  analisis  karakteristik  pembakaran biomassa  (campuran  daun  kering  limbah  proses destilasi minyak  cengkeh  dan  arang  kayu) berupa laju pembakaran, penurunan massa dan hubungan temperatur dengan laju pembakaran dengan  variasi  komposisi  100%  daun  cengkeh,  100%  arang,  arang  kayu  dicampur  dengan daun cengkeh dengan perbandingan komposisi 80%:20%, 60%:40%, 40%:60%. Binder yang digunakan adalah aspal, dengan komposisi 10% dari berat total setiap briket.
TUJUAN PENELITIAN Tujuan penelitian ini untuk mengetahui karakteristik pembakaran dari biomassa(campuran daun kering limbah proses destilasi minyak cengkeh dan arang kayu) yang berupa temperatur pembakaran, massa sisa pembakaran, laju pembakaran.
TINJAUAN PUSTAKA Joko (2005) melakukan penelitian tentang karakteristik pembakaran biobriket campuran ampas aren dengan arang kayu sebagai bahan bakar alternatif [1]. Yang menghasilkan bahwa semakin banyak kandungan ampas aren akan memperbesar laju pengurangan massa pada saat terjadi proses pembakaran, ini dikarenakan ampas aren mengandung nilai volatile metter yang
lebih besar dari pada arang kayu dimana kandungan ini bersifat mudah terbakar. Bila semakin banyak kandungan arang kayu (dalam satu satuan berat) akan semakin besar pula temperatur yang dihasilkan, hal ini dikarenakan arang kayu mempunyai nilai kalor yang lebih tinggi dari pada ampas aren
Andrew (2005) melakukan penelitian mengenai karakteristik pembakaran briket campuran arang kayu dan sekam padi dengan tiga kali variasi campuran [2]. Dalam penelitian tersebut dijelaskan bahwa laju pembakaran biobriket paling cepat adalah pada komposisi 50% sekam padi : 50% arang kayu. Hal ini dipengaruhi oleh kandungan volatile matter. Semakin banyak kandungan volatile matter suatu biobriket maka semakin mudah biobriket tersebut terbakar, sehingga pembakaran semakin cepat.
DASAR TEORI Menurut  Gautara  (1980),  arang  adalah  bahan  bakar  padat  yang  berpori-pori  dan merupakan  hasil  pembakaran  dari  bahan  yang  mengandung  unsur  karbon  (C).  sebagian pori-porinya  masih  tertutup  hidrokarbon,  dan  senyawa  organik  lain  yang  komponennya terdiri  dari  “ fixet  carbon ”,  abu,  air,  nitrogen,dan  sulfur  [3].  Adapunsifat-sifat  yang dimilikiolehbahanbakarpadatadalahsebagaiberikut :
1.  KandunganZat-zat yang MudahMenguap ( Volatile Matter ). Kandungan volatile matter pada suatu arang kayu menunjukkan tingkat kualitas arang kayu tersebut. Semakin tinggi kandungan volatile matter maka semakin rendah kualitas arang kayu. Karena tingginya kandungan volatile matter akan lebih mempercepat pembakaran dan banyak menimbulkan asap.
2.  TemperaturPencetusan ( Flashing Temperature ) Adalah  temperatur  dimana  bahan  bakar  terbakar  akan  terbakar  dengan  sendirinya  oleh udara sekelilingnya disertai percikan api sebagai pemicu nyala.
3.  TemperaturPenyalaan ( Ignition Temperature ) Adalah  suhu  pada  saat  bahan  bakar  akan  mulai  terbakar  setelah  mengeluarkan  zat-zat penguapnya.
4.  Kecepatan Pembakaran Bahan  bakar  padat  dalam  pembakarannya  sangat  dipengaruhi  oleh  proses  penguapan kadar air dan volatile matter yang terkandung dalam bahan bakar tersebut. Hal inilah yang menjadi faktor utama dalam kecepatan pembakaran.
5.  Ukuran Arang Kayu Ukuran  partikel  arang  kayu  itu  sendiri  juga  akan  mempengaruhi  besarnya  panas  yang dihasilkan  dalam  pembakaran.  Hal  ini  disebabkan  semakin  besar  partikel-partikel penyusun arang kayu maka akan mengakibatkan rongga antar partikel akan menjadi lebih besar  sehingga  akan  menurunkan  nilai  kalor  yang  dihasilkan  mempengaruhi  kecepatan pembakaran. Semakin kecil partikelnya maka akan semakin cepat laju pembakarannya.
6.  Kecenderungan untuk Menggumpal Dalam bahan bakar padat masih banyak terdapat kadar air, sehingga apabila bahan bakar disimpan  dalam  waktu  yang  relatif  lama  maka  akan  mengakibatkan  bahan  bakar  akan mudah untuk lunak dan saling menggumpal antara partikel satu dengan yang lain akibatnya celah  antar  partikel  yang  berfungsi  untuk  tempat  aliran  udara  akan  tertutup  sehingga memperlambat proses penguapanpada proses pembakaran.
Adapun beberapa tahapan dalam pembakaran bahan bakar padat tersebut adalah sebagai berikut :
1.    Pengeringan
Merupakan tahap awal daripada proses pembakaran bahan bakar padat. Dalam proses ini bahan bakar mengalami kenaikan temperatur yang mengakibatkan menguapnya kadar air yang berada pada permukaan bahan bakar itu sedangkan untuk kadar air yang berada di dalam akan menguap melalui pori-pori bahan bakar padat tersebut.
2.    Devolatisasi Yaitu  proses  bahan  bakar  mulai  mengalami  dekomposisi  setelah  terjadi  pengeringan. Proses dekomposisi merupakan peristiwa pecahnya ikatan kimia secara termal dan volatile matter (merupakan hasil proses devolatilisasi) keluar dari partikel. Proses devolatilisasi berlangsung  cepat  dan  memerlukan  20-30%  dari  seluruh  waktu  pembakaran  diluar penyalaan.
3.    PembakaranArang Tahap  akhir  dari  proses  pembakaran  bahan  bakar  padat  adalah  pembakaran  arang.
Aranginimerupakanhasil  sisa  daiprosesdevolatilisasi  yang  telahsempurna  dan  juga terdapatabu.

## METODE PENELITIAN Diagram AlirPenelitian

## BahanPenelitian
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah arang kayu dan daun cengkeh (sisa proses destilasi) .
(a) (b)
Gambar 2. Bahan-bahanpenelitian, (a) arang kayu and (b) dauncengkeh
PenghalusanBahan Baku Dalam hal ini yang perlu dihaluskan adalah batu bara dan daun cengkeh sisa proses.
Gambar 3. arang kayu yang telah dihaluskan.
Gambar 4. Daun cengkeh yang telah dihaluskan

## Alat-alat Penelitian
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah: 1.  Alat penghalus daun cengkeh ( blender ) 2.  Timbangan digital
3.  Alat pengepres
4.  Tungkupembakaran
5. Stopwatch
6. Thermocouple dan thermocouple reader
7. Anemometer
Gambar 5. Timbangan digital
Gambar 6. Skema alat uji karakteristik pembakaran
Keterangan: 1.  Blower
2.  Saluran by pass
3.  Katup pengatur aliran udara
4.  Tungku 1
5.  Tungku 2
6.  Termokopel temperatur uadara 7.  Termokopel temperatur udara pre-heater
8. Digital termocouple reader
9.  Termokopel temperatur briket 10.  Termokopel temperatur dinding
11. Kawat ke timbangan digital
12. electronik profesional scale (timbangan digital
Gambar 7. Skema tabung pembakaran Gambar 8. Alattungkupembakaran
Gambar 9. Stop wacth
Gambar 10. Termocoupel dan Termocopel reader
Analisis Proximate Bahan Baku Bahan  baku  kemudian  diuji  secara proximate .  Pengujian  ini  dilakukan  di  Pusat  Studi Pangan dan Gizi serta Laboratoriun Kimia Analitik Universitas Gadjah Mada. Analisis proximate merupakan analisis untuk memperkirakan kinerja bahan bakar pada saat pemanasan dan pembakaran. Analisis proximate biasa digunakan untuk menganalisa kadar air, zatterbang ( volatile matter ), kadar abu, dan kadar kalori.
Pembuatan Biomassa Biomassa dibuat dengan perbandingan komposisi 100% arang kayu,100% daun cengkeh, 80% arang kayu : 20% daun cengkeh, 60% arang kayu : 40% daun cengkeh, dan 40% arang kayu : 60% daun cengkeh. Biomassa dibuat dengan berat 5 gram.

## Uji Karakteristik Pembakaran
Pengujian Pembakaran bertujuan untuk mengetahui karakteristik pembakaran biomassa. Pengujian ini dilakukan pada sebuah tungku pembakaran. Pengambilan data dilakukan setiap 1 menit. Data penelitian yang dicatat adalah laju pembakaran, pengurangan massa dan temperatur pembakarannya.

## HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Pengujian Kandungan Bahan Dasar

## Tabel 1. Data Kandungan Bahan Dasar
Kandungan Arangkayu Dauncengkeh Volatilematter (%) 10.7302 46.0091 Fixedcarbon (%) 60.8027 13.0309 Kadar air (%) 11.27 9.925 Kadarabu (%) 25.9 6.22 Kadarkalori (kal/ kg) 6650.2055 4089.199
Dari tabel di atas menunjukkan bahwa kelebihan dari Daun cengkeh adalah kandungan volatile matter dan  kadar  kalori  yang  cukup  tinggi  mencapai  46.0091%  untuk volatile matter dan  4089.199kal/kg  untuk  kadar  kalorinya,    kandungan volatile matter yang  tinggi akan mempermudah penyalaan dan kadar kalori yang tinggi akan menyebabkan temperatur pembakaran  yang tinggi. Sedangkan kadar abu dari arang kayu lebih tinggi dari daun cengkeh yaitu  mencapai  25.9%,  kandungan  kadar  abu  akan  berpengaruh  dalam  lamanya  proses pembakaran.
Hasil Pengujian Pembakaran Pada  Gambar  11  pembakaran  biomassa  dengan  komposisi  100%    daun  cengkeh menghasilkan temperaturtertinggi pada temperatur 239 C ° pada menit ke-3, biomassa dengan komposisi 40% arang kayu dan 60% daun cengkeh menghasilkan temperatur tertinggi pada temperatur 260 C ° pada menit ke-5, biomassa dengan komposisi 60% arang kayu dan 40% daun
cengkeh mampu menghasilkan temperatur tertinggi pada temperatur 268 C ° pada menit ke-6, biomassa dengan komposisi 80% arang kayu dan 20% daun cengkeh mampu menghasilkan temperatur tertinggi pada temperatur 275 C ° pada menit ke-8 dan temperatur tertinggi dihasilkan oleh biomassa dengan komposisi 100% arang kayu pada temperatur 295 C ° pada menit ke-12. Perbedaan pencapaian temperatur tertinggi pada tiap biomassa berbeda, ini disebabkan oleh laju pembakaran yang berbeda dari tiap komposisi biomassa.

## Gambar 11. Grafik hubungan antara Temperatur Pembakaran terhadap waktu
Semakin banyak campuran arang kayu dalam komposisi biomassa maka akan menyebabkan semakin tingginya temperatur pembakaran yang dihasilkan. Hal ini dikarenakan dengan semakin banyaknya kadar arang kayu dalam bioiomassa, maka kandungan kalori biomassa juga akan semakin besar, begitu pula sebaliknya semakin sedikit campuran arang kayu dalam biomassa maka akan menyebabkan semakin rendahnya temperatur pembakaran yang dihasilkan karena kandungan kalori biomassa semakin kecil, ini terjadi pada biomassa 100% arang kayu.
Biomassa pada waktu pembakaran nol menit mempunyai massa yang sama sebesar 5 gram. Pada pembakaran terlihat adanya gejala pengurangan massa yang berbeda antara komposisi satu dengan yang lain. Semakin lama waktu pembakaran maka semakin jelas adanya perbedaan pengurangan massa.
Terlihat bahwa biomassa dengan komposisi 100% arang kayu mempunyai sisa massa 0,8 pada menit ke-34, biomassa komposisi 80% arang kayu dan 20% daun cengkeh mempunyai sisa massa 0,78 pada menit ke-27, biomassa komposisi 60% arang kayu dan 40% daun cengkeh mempunyai sisa massa 0,75 pada menit ke-23, biomassa komposisi 40% arang kayu dan 60% daun cengkeh mempunyai sisa massa 0,74 pada menit ke-21, sedangkan untuk biomassa yang sisa massanya paling sedikit yaitu biomassa komposisi 100% daun cengkeh dengan sisa massa 0,71 pada menit ke-12.

## Gambar 12. Grafik hubungan antara massa sisa Pembakaran terhadap waktu
Semakin banyak kandungan arang kayu dalam komposisi biomassa maka semakin banyak sisa pembakarannya atau abu yang terbentuk dalam biomassa dan sebaliknya semakin sedikit daun  cengkeh  maka  akan  semakin  sedikit  abu  yang  terbentuk.  Hal  ini  disebabkan  adanya pengaruh kadar abu yang terkandung dalam arang kayu dan daun cengkeh. Dimana kadar abu pada arang kayu lebih besar daripada daun cengkeh (lihat  tabel 1).

## Gambar 13. Grafik hubungan antara laju Pembakaran terhadap waktu
Setelah mengetahui dan menganalisis hubungan pengurangan massa biomassa terhadap waktu, selanjutnya dapat dilakukan perhitungan laju pembakaran. Gambar 13 menunjukkan
pengaruh  komposisi  biomassa  terhadap  laju  pembakaran.  Dasar  dari  perhitungan  laju pembakaran adalah data massa sisa itu sendiri.
Dari  pembacaan  Gambar  13  didapatkan  informasi  bahwa  biomassa    dengan  komposisi 100% daun cengkeh mempunyai laju pembakaran tertinggi sebesar 0,53 gram/menit pada menit ke-2, biomassa dengan komposisi 40% arang kayu dan 60% daun cengkeh mempunyai laju pembakaran tertinggi sebesar 0,35 gram/menit pada menit ke-1, biomassa dengan komposisi 60% arang kayu dan 40% daun cengkeh mempunyai laju pembakaran tertinggi sebesar 0,3 gram/menit pada menit ke-2 ,dan biomassa dengan komposisi 80% arang kayu dan 20% daun cengkeh mempunyai laju pembakaran tertinggi sebesar 0,28 gram/menit pada menit ke-2, dan biomassa dengan komposisi 100% arang kayu mendapatkan laju pembakaran tertinggi sebesar 0,23 pada menit ke -2.
Waktu yang dibutuhkan biomassa dalam mencapai laju pembakaran tertingginya berbeda- beda. Laju pembakaran dipengaruhi oleh sifat dasar dari daun cengkeh yang mudah terbakar, semakin  banyak  massa  yang  terbakar  laju  pembakarannya  akan  semakin  tinggi.  Dimana nilai volatile matter yang tinggi  akan mempermudah proses pembakaran biomassa.Dengan naiknya kadar arang kayu dalam biomassa maka kadar fixed karbon akan semakin meningkat sehingga  biomassa  akan  sulit  terbakar  dan  memakan  waktu  yang  cukup  lama  untuk  proses pembakarannya.
Untuk  komposisi  100%  arang  kayu  laju  penurunan  massanya  paling  lama  yakni,pada menit ke-5 denganlaju pembakaran dari 0,24 gram/menit menjadi 0,11 gram/menitpada menit ke-7. Hal ini disebabkan tingginya nilai karbon terikat ( fixed carbon ) yang dimiliki oleh arang kayu. Ini berakibat proses pembakarannya memakan waktu yang agak lama. Secara garis besar karakteristik pembakaran biomassa tergantung dari komposisi biomassa yang dibakar, semakin banyak  campuran  arang  kayu  maka  semakin  lama  waktu  pembakaran.  Sedangkan  apabila semakin sedikit campuran arang kayu maka akan semakin cepat dalam proses pembakarannya.

## KESIMPULAN
1.  Semakin banyak campuran arang kayu dalam komposisi penyusunan, maka kandungan kalori dalam komposisi juga semakin besar serta dapat menyebabkan semakin tingginya temperatur dalam komposisi biomassa.ini terjadi pada komposisi 80 % arang kayu dan 20%daun cengkeh dengan temperatur 275 0 C pada menit ke-8.
2.  Semakin tingginya kandungan arang kayu dalam komposisi ,maka sisa pembakaran atau abu yang terbentuk juga semakin banyak .ini terjadi pada komposisi 80% arang kayu dan 20% daun cengkeh dengan massa sisa 0,78 gram pada menit ke-27.
3. Semakin  banyak  kandungan volatile matter dalam  komposisi  pembakaran  maka  akan menyebabkan laju pembakaran semakin singkat ,dikarenakan kandungan volatile matter daun cengkeh lebih banyak dari padaarang kayu. Ini terjadi pada komposisi 60% daun cengkeh dan 40% arang kayu dengan laju pembakaran 0,53 gram/menit pada menit ke-1.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Purwanto. J, 2005, ” Karakteristik Pembakaran Biobriket Campuran Ampas Aren Dengan Arang Kayu Sebagai Bahan Bakar Alternatif ”, Tugas Akhir, FT UMS.
[2]  Andrew, 2005, ”Karakteristik pembakaran briket campuran arang kayu dan sekam padi dengan tiga kali variasi campuran”, Tugas Akhir, FT UMS.
[3]  Gautara, 1980, “Petunjuk Praktek Pengolahan Hasil Pertanian 3” Depdikbud. Jakarta