## INFOMATEK
Volume 22 Nomor 2 Desember 2020

## RANCANG BANGUN ALAT UJI BIOMASSA UNTUK MENGETAHUI EMISI GAS BUANG SEBAGAI SUMBER ENERGI TERBARUKAN
Aa Santosa *) , Farradina Choria Suci
Program Studi Teknik Mesin

## Fakultas Teknik-Universitas Singaperbangsa Karawang
Abstrak :  Terdapat  alat  yang  diperlukan  agar  mampu  memberikan  informasi  mengenai  karakteristik  dari  emisi gas  buang  pada  pembakaran  biomassa  sehingga  bisa  menentukan  jenis  kayu  yang  paling  efektif  untuk digunakan  sebagai  bentuk  energy  alternative  dan  terbarukan  terbarukan.  Pada  kajian  ini  dirancang  dan  dibuat sebuah  alat  untuk  memberikan  informasi    emisi  gas  buang  kayu,  yaitu  sebuah  tungku  (furcane)  dengan menggunakan  material  semen  tahan  api  untuk  ruang  bakar  yang  dilapisi  bata  tahan  api,  dan  casing  plat  baja sebagai isolator. Tungku dilengkapi tambahan komponen kipas pada pintu depan untuk membantu mengalirkan udara  saat  pembakaran  langsung  dan  sensor  gas  analyzer  untuk  mendapatkan  data  emisi  gas  buang  yang dipasang  pada  saluran  keluar  udara.  Tungku  (furnace)  yang  dibuat  mampu  mencapai  suhu  800 o C  dari temperatur  32 o C  dalam  waktu  360  menit.  Pengujian  dilakukan  untuk  melihat  karakteristik  emisi  gas  buang dengan  menggunakan  jenis  kayu  Mahoni,  Nangka  dan  Jati,  karena  jenis  kayu  ini  banyak  sekali  tumbuh  di Indonesia. Hasil pengujian menunjukkan bahwa kayu Mahoni memiliki kadar air 12,24 %, kadar zat terbang 83,5 %,  kadar  abu  0,57  %,  dan  kadar  karbon  terikat  3,69  %.  Kayu  Nangka    memiliki  kadar  air  13,34  %,  kadar  zat terbang 82,5 %, kadar abu 0,25 %, dan kadar karbon terikat 3,64 %. Kayu Jati memiliki kadar air 42,22 %, kadar zat terbang 71,6 %, kadar abu 0,35 %, dan kadar karbon terikat 3,71 %. Berdasarkan pengujian ini, didapatkan bahwa kayu Mahoni ini mudah menyala jika dibakar, dengan kadar air paling sedikit dihasilkan.
Kata kunci: Karakteristik, Emisi Gas Buang, Biomassa, Furnace , Gas Analyzer

## I. PENDAHULUAN 1
Konsumsi  energi  telah  menjadi  bagian  dari kebutuhan hidup manusia sehari-hari, terutama  konsumsi  energi  yang  berbahan dasar fosil. Menurut data BPPT-OEI (Sugiyono [1]),  Sumber  daya  energi  banyak  dihasilkan dari  fosil  seperti  minyak  bumi,  gas  bumi  dan batubara.
*) aa.santosa@ft.unsika.ac.id
Pertama diterima: 8 September 2020 Direvisi: 13 November 2020 Disetujui untuk publikasi: 14 November 2020
Emisi  dari  hasil  pembakaran  energi  bahan bakar, baik itu berupa padat, cair, maupun gas dapat menimbulkan efek negatif pada lingkungan  salah  satunya  meningkatnya  suhu permukaan  bumi,  sehingga  perlu  energi    dan cara  pemanfaatan  energi  tersebut  sehingga proses  pembakaran  yang  memiliki  kualitas baik  dan  ramah  lingkungan  [1].  Energi  Baru Terbarukan  (EBT)  merupakan  energi  yang dapat  menjadi  solusi  dari  permasalahan  ini,
karena  energi  ini  memiliki  potensi  pembaruan yang  cepat  dan  emisi  yang  dihasilkan  lebih ramah  dari  energi  fosil  yang  ada.  Salah satunya  yaitu  memanfaatkan  energi  yang berasal  dari  tumbuhan  atau  tanaman  yang dapat dibakar dan bersifat terbarukan, dimana kadar  karbondioksida,  sulfur  yang  rendah (Mulyasari [2]).
Biomassa  dihasilkan    dari  tanaman,  hewan dan mikroorganisme. Indonesia banyak menghasilkan  energi  yang  bisa  dimanfaatkan dengan  teknologi  sederhana  sehingga  bisa menghasilkan  energi  terbarukan.  Namun sebelum  dapat  digunakan  sebagai  bahan bakar perlu dilakukan kajian terhadap karakteristik  dan  emisi  gas  buang  dari  bahan bakar biomassa tersebut [2].
Bahan  baku  biomassa  yang  sangat  mudah ditemui adalah kayu. Kajian tersebut dilakukan menggunakan analisa proksimat untuk mengetahui  kadar  air  ( moisture  content ),  zat terbang  ( volatile  matter ),  abu  ( ash ),  dan karbon  tetap  ( fixed  carbon ).  Selain  itu,  perlu juga  dilakukan  analisa  terhadap  hasil  proses pembakaran  pada  tumbuhan  atau  kayu  yang berlangsung  seperti  karbon  monoksida  (CO), sulfur  dioksida  (SO 2 ),  dan  nitrogen  oksida (NOx).
Pengujian terhadap karakteristik dan emisi gas buang  bertujuan  untuk  mengetahui  jenis  kayu
yang tepat untuk digunakan sebagai biomassa bahan  bakar  alternatif  di  masa  yang  akan datang.  Berdasarkan  uraian  diatas  maka dibutuhkan sebuah alat yang mampu memberikan  informasi  mengenai  karakteristik dan  emisi  gas  buang  pada  biomassa,  maka dirancang  sekaligus  dibuat  sebuah  tungku untuk membakar kayu yang diuji (Rahmat [5]).

## II. METODOLOGI

## 2.1. Diagram Alir Penelitian
Penelitian ini dilakukan dalam tiga tahap, yaitu tahap  perancangan,  tahap  pembuatan,  dan tahap  pengujian.  Tahap  perancangan  meliputi tahap  pengumpulan  data  literatur,  pencarian data  material  yang  digunakan,  dan  diskusi dengan berbagai narasumber.
Pembuatan  alat  ini  dilakukan  di  laboratorium Proses  produksi,  Fakultas  Teknik,  Universitas Singaperbangsa  Karawang.  Setelah  tahap pembuatan  selesai,  maka  tahap  selanjutnya adalah tahap pengujian.
Pengujian  dilakukan  melalui  dua  tahap,  yaitu pengujian  dengan  menggunakan  analisis proksimat  untuk  mengetahui  karakteristik  dari biomassa menggunakan furnace dan pengujian dengan menggunakan gas analyzer untuk mengetahui hasil proses pembakaran.

## Gambar 1.

## Diagram Alir

## 2.2 Desain Perancangan
Sebelum membuat alat, terlebih dahulu dibuat desain  alat  yang  akan  dibuat.  Pembuatan desain ini menggunakan software SolidWorks.

## 2.3 Pembuatan Furnace
Proses  Pembuatan  alat  uji  dilakukan  setelah semua  data  tersedia.  Tahap  pembuatan  alat diantaranya perakitan
rangka
utama,
pemasangan  isolator  bata  tahan  api  dan semen  tahan  api, casing ,  pintu  depan,  pintu geser depan, pintu geser atas, dan pemasangan gas analyzer.
Gambar 2. Rancangan Furnace
Berdasarkan  spesifikasi  yang  telah  ada, selanjutnya  tahap  dimulai  dari  pembuatan ruang  bakar  dari  material  semen  tahan  api yang  dicor  dengan  dimensi  panjang  200  mm, lebar  200  mm,  tinggi  200  mm,  dan  tebal  45 mm.  Material  semen  tahan  api  dipilih  karena material ini mengandung unsur silica, carbida, dan  unsur  lain  yang  mampu  tahan  sampai temperatur  1400 o C.  Pada  saat  pengecoran pada  bidang  bagian  dalam  diberikan  rongga untuk pemasangan pemanas elektrik [3].
Gambar 3. Dinding Furnace
Tahap selanjutnya menyiapkan bata tahan api sebagai  bahan  isolator.  Pemilihan  material  ini dikarenakan  kemampuannya  sama  dengan semen  tahan  api  yaitu  mampu  tahan  sampai temperatur  1200 o C.  Kemudian  pembuatan rangka menggunakan baja siku ukuran 50 mm x  50  mm  x  5  mm sesuai  dengan  desain  yang telah dibuat (Gustar [4]).
Gambar 4 . Ruang Bakar Furnace
Pemanas  elektrik  dipasang  pada  bagian rongga  ruang  bakar  yang  telah  dibuat. Pemanas  elektrik  ini  dirangkai  paralel  agar suhu  yang  dibutuhkan  dapat  tercapai  dengan cepat.  Sistem  pemanas  elektrik  tersebut kemudian  disambung  pada  sistem  kontrol temperatur  agar  suhu  yang  dibutuhkan  dapat diatur  sesuai  dengan  kebutuhan  pengujian (Jihan  [5]).  Sistem  kontrol  menggunakan kontrol dimmer potensiometer  AC  4000  Watt dengan  pengaman  MCB  arus  maksimal  20 Ampere.
Gambar 5 . Pemanas Elektrik
2.4 Pemasangan Gas Analyzer
Alat  ini  dirakit  di  dalam panel  box bersama dengan  sistem  kontrol  listrik,  bagian  sensor gas  dipasang  pada  pipa  saluran  keluar  agar dapat mendeteksi kadar emisi yang dihasilkan dari  proses  pembakaran  yang  terjadi  saat pengujian.  Selain  pemasangan  sensor  gas, juga  dipasang  kipas  pada  bagian  saluran masuk  untuk  membantu  proses  pembakaran yang terjadi dalam ruang bakar [5].
Setelah  seluruh  komponen  terpasang,  maka alat uji karakteristik dan emisi gas buang telah selesai dibuat
Gambar 6
Furnace alat pembakaran Biomassa

## 2.5 Tahapan Pengujian
Alat  yang  digunakan  untuk  melakukan  proses karakterisasi  antara  lain furnace ,  dan  cawan porselin. Proses pengujian mengikuti prosedur berdasarkan standar ASTM (Badan Standardisasi Indonesia [6]). Berikut merupakan prosedur pengujian yang
dilakukan:
1. Kadar Air ( Moisture )
Prosedur pengujian jumlah air yang terkandung  dalam      kayu  mengacu  pada standar  ASTM  E  871.  Metode  ini  dilakukan dengan  memasukan  serbuk  kayu  sebanyak  1 gram  dalam furnace selama  24  jam  pada temperatut furnace 105 ± 3 oC atau hingga berat keringnya konstan.
(1)
2. Kadar Zat Terbang ( Volatile Matter )
Prosedur pengujian kadar zat terbang mengacu  pada  standar  ASTM  E  872.  Metode ini dilakukan dengan menimbang serbuk kayu sebanyak  1  gram  dalam  cawan  porselen. Kemudian, cawan porselen yang berisi serbuk kayu  dimasukkan  kedalam furnace dan dipirolisis  pada  suhu  800 o C  selama  7  menit.
Sample didinginkan dalam desikator, kemudian sample yang  telah  dingin kemudian ditimbang.
(2)
3. Kadar Abu ( Ash )
Kadar  abu  merupakan  kandungan  mineral dalam  bahan  yang  merupakan  sisa  dari proses  pembakaran sample [2].  Prosedur pengujian  kadar  abu  mengacu  pada  standar ASTM  D  1102.  Metode  ini  dilakukan  dengan memasukkan  serbuk  kayu  sebanyak  2  gram ke dalam cawan porselen dan diabukan dalam furnace pada  suhu  600 o C  selama  6  jam.
Sample didinginkan dalam desilator, kemudian sample yang telah dingin kemudian ditimbang.
(3)
4. Kadar Karbon Terikat ( Fixed Carbon )
Kadar  karbon  terikat  merupakan  kandungan karbon  dalam sample setelah  penghilangan zat terbang dan abu
(4)

## 2.6 Pengujian Emisi Gas Buang
Pengujian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui emisi  yang  dihasilkan  dari  pembakaaran biomassa  agar  dapat  dipelajari  potensi pemanfaatan  biomassa  yang  baik.  Data  yang diambil  dari  pengujian  berupa  data  karbon monoksida  (CO),  sulfur  dioksida  (SO 2 ),  dan nitrogen oksida (NOx).
Berikut  merupakan  prosedur  pengujian  yang dilakukan
1.  Sample biomassa  yang  diuji  dimasukkan kedalam cawan porselin, kemudian sample tersebut  dibakar  langsung  oleh  pemantik
api. Setelah sample terbakar maka dimasukkan kedalam ruang bakar furnace.
2.  Biarkan sample terbakar  sampai  hampir habis,  kemudian  hidupkan  kipas  yang dikontrol  kecepatannya  sesuai  kebutuhan dan gas  analyzer untuk  membaca  hasil emisi  yang  dihasilkan  dari  pembakaran biomassa
3.  Data  hasil  pengujian  ditampilkandilayar
LCD.

## III. ANALISIS DAN PEMBAHASAN
Dalam Pengujian yang dilakukan ini menggunakan  tiga  jenis  kayu  yaitu  Kayu Mahoni, Kayu Nangka dan katu Jati.

## 3.1 Pengujian Emisi gas buang.
Sample  kayu  dibakar  langsung  dalam  cawan porselen  kemudian  dimasukkan  kedalam ruang  bakar.  Kemudian  gas  buang  yang keluar  melalui  cerobong  akan  dibaca  oleh sensor gas analyzer.
Gambar.7. Pembakaran langsung serbuk kayu
Gambar.8. Hasil pembacaan emisi gas buang
Tabel 1. Hasil Emisi Gas Buang
Jenis Kayu Mahoni Jenis Emisi Gas Buang Nilai Emisi (ppm) Karbon Monoksida (CO) 47,50 Sulfur Dioksida (SO 2 ) 0,11 Nitrogen Oksida (NOx) 0,76 Jenis Kayu Nangka Jenis Emisi Gas Buang Karbon Monoksida (CO) 57,01 Sulfur Dioksida (SO 2 ) 0,16 Nitrogen Oksida (NOx) 13,21 Jenis Kayu Jati Jenis Emisi Gas Buang Karbon Monoksida (CO) 74,78 Sulfur Dioksida (SO 2 ) 0,37 Nitrogen Oksida (NOx) 22,36

## 3.2 Pengujian Karakteristik
Pengujian karakteristik dilakukan menggunakan analisis proksimat untuk mengetahui kadar air,  zat terbang, kadar abu, dan  karbon  terikat,  dengan  menggunakan persamaan [2], [4], [5], [6].
Gambar 9. Penimbangan sample kayu
Gambar 10.
Pemanasan sample untuk analisis proksimat
Tabel 2 Hasil Pengujian Karakteristik Jenis Kayu Mahoni Jenis Kadar Persentase Kadar Air 12,24 % Kadar Zat Terbang 83,5 % Kadar Abu 0,57 % Kadar Karbon Terikat 3,69 % Jenis Kayu Nangka Jenis Kadar Kadar Air 13,34 % Kadar Zat Terbang 82,5 % Kadar Abu 0,25 % Kadar Karbon Terikat 3,64 Jenis Kayu Jati Jenis Kadar Kadar Air 42,22 Kadar Zat Terbang 71,6 % Kadar Abu 0,35 % Kadar Karbon Terikat 3,71
Berdasarkan  hasil  pengujian  yang  diperoleh dapat  kita  ketahui  bahwa  kadar  air  tertinggi terdapat  pada  kayu  mahoni  dengan  kadar  air 12,24  %.  Kadar  air  memiliki  peranan  yang cukup  penting  pada  nilai  kalor  dari  tiap biomassa.  Namun,  nilai  kalor  tidak  hanya dipengaruhi oleh kandungan air saja, melainkan  kandungan  karbon,  hidrogen,  dan oksigen yang terdapat pada tiap biomassa.
Kadar  zat  terbang  pada  kayu  mahoni mencapai  83,5  %.  Kadar  zat  terbang  yang tinggi,  menyebabkan  kayu  mahoni  akan  lebih mudah untuk terbakar.
Untuk kadar abu pada kayu mahoni mencapai 0,57  %.  Emisi  abu  yang  sedikit  akan memudahkan  pembersihan  sisa  pembakaran,
karena  abu  yang  ditinggalkan  tidak  terlalu banyak.  Kadar  karbon  terikat  yang  terdapat pada kayu mahoni mencapai 3,69 %. Semakin besar kandungan karbon terikat memungkinkan  reaksi  pembakaran  berjalan dengan lebih baik.

## IV. KESIMPULAN
Dari  hasil  perancangan,  pembuatan  dan pengujian  pada  alat  tersebut  bisa  dibuat kesimpulan yaitu:
1. Tungku  ( furnace )  yang  dibuat  mampu mencapai  suhu  800 o C  dari  temperatur 32 o C dalam waktu 360 menit.
2. Alat  yang  dibuat  bisa  digunakan  untuk melakukan pengujian.
3. Dari
hasil pengujian
dengan menggunakan  tiga  jenis  kayu  yang berbeda  maka  jenis  kayu  yang  paling baik  adalah  kayu  mahoni  karena  kadar air nya paling rendah sekitar 12,24%.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Sugiyono,  Agus.,  Anindhita.,  Laode
M.A.  Wahid.,  Adiarso.  2016. Outlook Energi Indonesia 2016: Pengembangan Energi untuk Mendukung  Industri  Hijau .  Jakarta: Pusat  Teknologi  Sumber  Daya  Energi dan Industri Kimia (PTSEIK), 2016. [2] Mulyasari,Tia.2013. Karakteristik
Beberapa  Jenis  Kayu  Sebagai  Bahan
Baku  Energi  Biomassa .  Bogor  :  e- journal Institut Pertanian Bogor, 2013.
[3] Rahmat,  Muhammad  Rais.  2015.
Perancangan  dan  Pembuatan  Tungku
Heat  Treatment .  Bekasi  :  e-journal Universitas  Islam  “45”  Bekasi,  2015, Vol. 3.
[4] Hendry Gustar,” Perancangan Tungku
Mufle  untuk  proses  Heat  Treatment
Material  Logam”,  Skripsi  Tugas  Akhir,
2016.
[5] M.  Arief  Jihan,  ‘  Rancang  bangun pemanas air listrik dengan menggunakan Arduino”, Skripsi Tugas Akhir, 2019. [6] Badan  Standardisasi  Indonesia.  2005.
Nilai  Ambang  Batas  (NAB)  Zat  Kimia di Udara Tempat Kerja . [Online] 2005. Diakses: 11 Februari 2017. http://web.ipb.ac.id. 19-0232-2005.