Rekayasa Hijau: Jurnal Teknologi Ramah Lingkungan ISSN .
: 2579-4264 | DOI: https://doi.
org/10.
26760/jrh.
V8i2.
Volume 8 | Nomor 2 Juli 2024 Rancang Bangun Reaktor Pirolisis Batang Tembakau Kapasitas 25-65 Kg Sirodz M.
N1.
Nugraha1.
Simbolon2.
Salsa N.
1Program Studi Teknik Mesin Institut Teknologi Nasional Bandung 2Mahasiswa Program Studi Teknik Mesin Institut Teknologi Nasional Bandung Email : pramudasirodz@itenas.
id, novianti@itenas.
id, simbolontua1811@gmail.
Received 25 Apil 2024 | Revised 2 Mei 2024 | Accepted 10 Mei 2024
ABSTRAK
Batang tembakau merupakan salah satu bagian pada tanaman tembakau yang dianggap sebagai limbah pertanian.
Limbah batang tembakau dapat dimanfaatkan menjadi pestisida dengan cara Pirolisis batang tembakau merupakan salah satu proses penguraian biomassa yang dilakukan pada ruang tertutup tanpa adanya udara masuk ke dalam dengan memanfaatkan panas berasal dari Tujuan dari penelitian ini adalah merancang dan membuat reaktor pirolisis untuk memperoleh asap cair dari batang tembakau yang dapat digunakan sebagai pestisida.
Perancangan dan pembuatan reaktor pirolisis untuk kapasitas batang tembakau cacahan sebanyak 25-65 kg, target temperatur pirolisis sekitar 350oC.
Komponen reaktor yang dirancang dan dibuat meliputi tungku reaktor, tangki dan tutup reaktor, sedangkan burner dan dudukan nya menggunakan yang sudah tersedia di pasaran.
Pengujian dilakukan untuk memperoleh hasil pirolisis dan temperatur pirolisis.
Hasil perancangan dan pembuatan, tinggi tungku reaktor 1200 mm, diameter tungku 700 mm, diameter tutup reaktor 700 mm.
Hasil Pengujian, temperatur pirolisis maksimum 224,8EE.
Kata Kunci: Batang Tembakau.
Reaktor Pirolisis.
Asap cair.
Pestisida.
Pirolisis ABSTRACT Tobacco stem is one part of the tobacco plant which is considered as agricultural waste.
Tobacco stem waste can be used as a pesticide by means of pyrolysis.
Pyrolysis of tobacco stems is a biomass decomposition process that is carried out in a closed space without air entering it by utilizing heat from The aim of this research is to design and build a pyrolysis reactor to obtain liquid smoke from tobacco stems which can be used as a pesticide.
Design and fabrication of a pyrolysis reactor for a capacity of 25-65 kg chopped tobacco stems, the target pyrolysis temperature is around 350EE.
The reactor components designed and manufactured include the reactor furnace, tank and reactor lid, while the burner and holder are available on the market.
Tests were carried out to obtain pyrolysis results and pyrolysis temperatures.
The results of the design and manufacture, the height of the reactor furnace is 1200 mm, the diameter of the furnace is 700 mm, the diameter of the reactor lid is 700 mm.
Test results, maximum pyrolysis temperature 224.
8EE.
Keywords: Tobacco Sticks.
Pyrolysis Reactor.
Liquid Smoke.
Pesticides.
Pyrolysis Rekayasa Hijau Ae 150 Muhamad Pramuda Sirodz, dkk.
PENDAHULUAN
Batang tembakau merupakan bagian dari tumbuhan tembakau yang dijadikan limbah, limbah batang tembakau merupakan sumber yang dapat dijadikan biomassa .
Batang tembakau mempunyai potensi dan efektif sebagai pembasmi hama pada tumbuhan atau pestisida .
Limbah Batang tembakau mengandung berbagai senyawa yang dapat dijadikan sebagai pestisida, yaitu Nikotin.
Saponin.
Flavonoid.
Piridin.
Nikotin mengandung racun yang tinggi yang dapat digunakan sebagai biopestisida .
Saponin merupakan senyawa aktif permukaan glikosida triterpenoid ataupun glukosa steroid.
Senyawa ini memiliki rasa pahit dan bersifat racun.
Flavonoid merupakan salah satu senyawa fenolik yang terdapat pada jaringan tumbuhan dan berperan sebagai antioksidan.
senyawa ini dapat dimanfaatkan sebagai biopestisida.
Piridin merupakan senyawa yang tidak berwarna dan tidak memiliki bau yang tajam.
Zat ini dimanfaatkan untuk mengubah sifat alkohol sebagai pelarut dan pembunuh hama .
Proses mengubah batang tembakau menjadi pestisida dapat dilakukan dengan proses pirolisis dengan alat pendukung reaktor, pirolisis dilakukan pada ruang tertutup tanpa adanya udara masuk ke dalam dengan memanfaatkan panas berasal dari api.
Gambar 1 memperlihatkan batang tembakau yang biasanya dijadikan limbah.
Gambar 1.
Batang Tembakau Reaktor merupakan suatu alat atau wadah seperti berbentuk tabung, digunakan sebagai tempat terjadinya suatu reaksi, baik reaksi kimia maupun reaksi nuklir dan tidak terjadi secara fisika.
Akibat terjadi reaksi pada reaktor ini akan membuat suatu bahan dapat berubah bentuk satu ke bentuk lainnya, dalam hal tersebut perubahan dapat terjadi dengan sendirinya maupun dengan bantuan energi seperti panas yang disalurkan .
Proses pirolisis adalah pemanasan bahan baku dihasilkan melalui energi panas.
Pada energi panas mendorong terjadinya oksidasi sehingga molekul karbon kompleks terurai sebagian menjadi karbon atau arang .
Pirolisis yang dilakukan pada ruang tertutup dan tanpa ada oksigen yang masuk akan menghasilkan beberapa produk pirolisis di akhir prosesnya yakni tar, char .
dan gas .
Pada penelitian ini akan memanfaatkan limbah tembakau menjadi pestisida alami untuk pembasmi hama tanaman yang diperoleh dengan cara pirolisis.
Tujuan penelitian ini adalah merancang dan membuat reaktor pirolisis yang berbahan baku batang tembakau kapasitas 25-65 kg.
METODOLOGI
1 Prinsip Kerja Reaktor Batang tembakau dimasukan kedalam tangki reaktor, proses pembakaran berlangsung dimulai dari bagian dasar tangki reaktor menggunakan burner gas, panas akan merambat ke dinding tangki reaktor lalu mulai memanaskan batang tembakau hingga temperatur pirolisis.
Batang tembakau akan menghasilkan asap cair Rekayasa Hijau Ae 151 Rancang Bangun Reaktor Pirolisis Batang Tembakau Kapasitas 25 Ae 65 Kg yang mengandung lignin, selulosa, hemiselulosa, serta senyawa karbon lainnya, lalu asap cair itu akan bergerak ke atas menuju katup pada tutup reaktor.
Dari burner gas menghasilkan asap yang dikeluarkan lewat cerobong asap di bagian belakang reaktor.
Skema proses pirolisis batang tembakau di dalam reaktor, diperlihatkan pada Gambar 2.
Gambar 2.
Skema Pirolisis Batang Tembakau Keterangan dari Gambar 2 diatas : 1.
Burner, 2.
Api dari burner, 3 Batang tembakau, 4.
Asap cair hasil pirolisis, 5 Lubang keluaran asap cair, 6.
Asap sisa hasil pembakaran, 7.
Keluaran asap sisa hasil Jenis reaktor yang dirancang yaitu reaktor tipe batch karena pengoperasiannya tidak secara kontinu, reaktor yang dirancang memiliki tiga bagian utama diantaranya tutup reaktor, tabung reaktor, dan tungku reaktor sedangkan burner dan dudukan nya membeli yang sudah tersedia di pasaran .
Gambar 3.
Komponen Reaktor Pirolisis Keterangan dari gambar 3 diatas adalah : 1.
Tutup reactor, 2.
Tungku reactor, 3.
Tangki reaktor, 4.
Dudukan burner, 5.
Burner Metodologi penelitian ini dimulai dari merancang reaktor yang memerlukan data serta karakteristik batang tembakau yang akan di proses pirolisis.
Perancangan dimulai dari menentuka tipe reaktor yang akan Jurnal Rekayasa Hijau Ae 152 Muhamad Pramuda Sirodz, dkk.
dirancang, menentukan konsep perancangan, menentukan kapasitas perancangan, temperatur pirolisis, menentukan bahan yang digunakan serta merancang dimensi reaktor yang meliputi tutup, tangki reaktor, tungku raeaktor, dudukan burner dll.
Setelah diperoleh gambar rancangan kemudian dilakukan proses pembuatan dan pengujian fungsi reaktor.
Parameter pengujian meliputi temperatur dan waktu pirolisis serta kualitas asap cair yang dihasilkan.
Flowchart metodologi penelitian dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4.
Flowchart Penelitian Data dari batang tembakau yang diperlukan untuk perancangan diantaranya adalah densitas antara 260-350 kg/m3 yang merupakan densitas dari lignoselulosa yang merupakan komponen utama penyusun dinding sel tumbuhan yang banyak ditemukan pada batang kayu .
Hal ini menunjukan bahwa batang tembakau memiliki densitas yang rendah dibandingkan dengan densitas pada batang kayu dari spesies kayu keras yang daunnya lebar yang memiliki anatomi dan komposisi kimia yang serupa dengan batang tembaka.
Sifat tembakau lainnya yaitu difusifitas termal.
Nilai difusivitas termal pada batang tembakau dengan kelembaban 94% dengan rata-rata temperatur uap 30oC didapat sebesar 1,38 x 10-7 m2/s .
Dari kapasitas 25-65 kg diperoleh dimensi tabung reaktor dengan tinggi 1,11 m dan diameter 0,3-0,5 m.
Berdasarkan persamaan 1 Rekayasa Hijau Ae 153 Rancang Bangun Reaktor Pirolisis Batang Tembakau Kapasitas 25 Ae 65 Kg Volume Silinder Reaktor yaya = .
Temperatur pirolisis perancangan diasumsikan 450EE berdasarkan studi literatur dari berbagai penelitian bahwa temperatur pirolisis berkisar antara 200-500EE .
Bahan material yang dipilih adalah alloy steel, selain dapat tahan pada temperatur pengujian pirolisis, alloy steel juga memiliki sifat mudah dilas, dan juga terdapat banyak dipasaran.
Batang tembakau dipanaskan selama 6 jam, diharapkan dengan memanaskan selama 6 jam, batang tembakau telah terpirolisis menjadi asap cair yang tidak mengandung banyak uap air, berdasarkan penelitian pemanasan pirolisis diatas 4 jam sudah tidak mengandung uap air yang tinggi .
Kalor yang dibutuhkan dicari menggunakan persamaan 2 .
OIycNycNycaycaycaycaycaycaycaycaycaycaycayca ycycycycycycycycycycycycycycycyc ycEycEycaycaycaycaycaycaycaycaycaycaycayca ycycycycycycycycycycycycycycycyc = ycAycAycaycaycaycaycaycaycaycaycaycaycayca ycycycycycycycycycycycycycycycyc .
yayayayaycaycaycaycaycaycaycaycaycaycaycayca ycycycycycycycycycycycycycycycyc .
Dimana :
ycEycEycaycaycaycaycaycaycaycaycaycaycayca ycycycycycycycycycycycycycycycyc ycAycAycaycaycaycaycaycaycaycaycaycaycayca ycycycycycycycycycycycycycycycyc = Kalor yang dibutuhkan untuk proses pirolisis batang tembakau (W) = Massa batang tembakau (K.
OIycNycNycaycaycaycaycaycaycaycaycaycaycayca ycycycycycycycycycycycycycycycyc = Selisih temperatur awal dengan temperatur pirolisis tembakau .
= Waktu pembakaran .
yayayayaycaycaycaycaycaycaycaycaycaycaycayca ycycycycycycycycycycycycycycycyc yaya = Panas Spesifik batang tembakau Cp batang tembakau pada buku Fundamental Heat & Transfer edisi ke 7 oleh Frank P.
Incropera pada tabel 3 diasumsikan sama dengan hard wood .
yaitu 1590 yaya ycoycoycoyco.
yaya Waktu pembakaran batang tembakau ditinjau setiap 1 jam atau 3600 detik selama 6 jam proses pirolisis.
Selain menghitung kalor yang digunakan untuk memanaskan batang tembakau yaitu 4637,5 W, juga dihitung kalor untuk memasaskan udara dalam ruang bakar, serta kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan tabung pirolisis, dengan persamaan yang sama seperti persamaan 2.
Diperoleh kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan udara di dalam tangki sebesar 425,37 W dan kalor yang dibutuhkan untuk untuk memanaskan material tangki pirolisis sebesar 2673,67 W.
Maka kalor total yang dibutuhkan untuk proses pirolisis selama 1 jam adalah kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan batang tembakau ditambah kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan udara di dalam tabung pirolisis ditambah kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan material tangki pirolisis ycEycEycycycycycycycycycyc = 4637,5 ycOycO 425,37 ycOycO 2673,67 ycOycO ycEycEycycycycycycycycycyc = 7736,54 ycOycO Kerugian termal dapat terjadi pada rancangan reaktor diperoleh dari Hukum Fourier persamaan 3 .
ycycycuycu = Oeycoycoycoyco yccyccyccycc ycoycoycoyco ycyc ycoyco = .
cNycNycyc,1 Oe ycNycNycyc,2 ), ycyc"ycuycu = yayaycuycu = .
cNycNycyc,1 Oe ycNycNycyc,2 ) yccyccyccycc yaya yaya Menghitung laju aliran bahan bakar menggunakan persamaan 4 .
Jurnal Rekayasa Hijau Ae 154 Muhamad Pramuda Sirodz, dkk.
ycEycE ycycycycycycycycycyc ycoycoN = yayayayayaya Nilai kalor tabung LPG atau LHV bahan bakar adalah adalah 11254,61 aliran massa bahan bakar yang dibutuhkan adalah ycoycoN = 7,74 ycoycoycoyco ycyc yayayayayayayaya yayayaya OO 47089,29 , maka laju yayayaya yayayaya ycoycoycoyco ycoycoycoyco ycoycoN = 1,54 y 10Oe4 ycoycoycoyco ycyc Jadi untuk melakukan sekali proses pirolisis pada rancangan reaktor asap cair batang tembakau ini ycoycoycoyco membutuhkan bahan bakar gas LPG dengan laju aliran sebesar 1,54 y 10Oe4 ycyc selama kurun waktu A 6 ycycycycycyc hingga memperoleh hasil pirolisis yang diinginkan yaitu asap cair dengan massa bahan bakar yang digunakan sebesar 3,3 kg.
Dari hasil perancangan secara keseluruhan diperoleh dimensi reaktor serta massa bahan bakar yang dibutuhkan.
Setelah proses perancangan selesai, dilanjutkan dengan proses pembuatan reaktor.
2 Pembuatan Reaktor Pada tutup reaktor pirolisis tutup terdapat beberapa aksesoris yang dipasang yakni berupa dua saluran keluar asap pirolisis yang menyatu dengan katup, kemudian terdapat pipa untuk keluarnya kabel termokopel yang akan tersambung dengan indikator termokopel seperti pada gambar 5.
Pada tutup terdapat lubang baut sebanyak 15 buah .
Gambar 5.
Tutup Reaktor Tungku reaktor yang telah dibuat terdapat cerobong asap yang terpasang yang menggunakan pipa elbow yang terpasang pada dinding tungku atas seperti pada gambar 6.
Posisi cerobong asap yang terapasang tidak lurus secara vertikal ke atas.
Selain itu tungku dipasang flens yang terdapat beberapa buah .
Rekayasa Hijau Ae 155 Rancang Bangun Reaktor Pirolisis Batang Tembakau Kapasitas 25 Ae 65 Kg Gambar 6.
Tungku Reaktor Tangki reaktor yang dibuat memiliki alas seperti pada gambar 7.
Pada bagian dalam reaktor dipasangkan besi untuk dudukan sensor termokopel untuk mengukur temperatur reaktor.
Gambar 7.
Tangki Reaktor Insulator dari bahan glasswool dan alumunium foil seperti pada gambar 8 yang dipasang pada dinding reaktor paling luar secara melingkar hingga mencapai tinggi dari tungku tersebut dengan ketebalan sesuai perancangan yaitu 250mm .
Gambar 8.
Insulator Bagian Ae bagian reaktor yang telah dibuat dirakit menjadi seperti dapat dilihat pada Gambar 9.
Jurnal Rekayasa Hijau Ae 156 Muhamad Pramuda Sirodz, dkk.
Gambar 9.
Komponen Pembuatan Reaktor Pirolisis Keterangan Gambar: 1.
Tutup Reaktor, 2.
Tangki, 3.
Tungku Reaktor, 4.
Thermocouple 1.
Thermocouple 2, 6.
Thermocouple 3, 7.
Insulator, 8.
Burner, 9.
OutPut asap pembakaran 3 Spesifikasi Reaktor Pirolisis Spesifikasi reaktor yang telah dirancang dan dibuat diperlihatkan pada tabel 1.
Komponen Tangki Tungku Tutup Reaktor Kerucut Tutup Cerobong Asap Insulator Reaktor Pipa Asap Cair Dudukan Burner Tabel 1.
Spesifikasi Rancangan Reaktor Pirolisis Dimensi Diameter: 610 mm.
Tinggi: 1100.
Material: Mild Steel plate Diameter: 700 mm.
Tinggi: 1200 mm.
Material: Mild Diameter Tutup: 700 mm.
Tebal: 2 mm.
Material: Mild steel Plate Diameter: 350 mm.
Tinggi: 137 mm.
Material mild Steel plate Elbow 90: Diameter: 890 mm.
Tebal: 1,5 mm Lurus : Diameter: 890 mm.
Panjang: 400 mm.
Tebal: 1,5 mm Bahan: Glasswool dan Aluminium Foil.
Tebal: 250 mm.
Panjang:
800 mm.
Lebar: 600 mm Diameter: 950 mm.
Panjang: 200 mm Panjang: 350 mm.
Tinggi: 120 mm Rekayasa Hijau Ae 157 Rancang Bangun Reaktor Pirolisis Batang Tembakau Kapasitas 25 Ae 65 Kg 4 Pengujian Pengujian dilakukan untuk menguji fungsi dari reaktor yang telah dirancang dan dibuat sebelumnya.
Parameter pengujian yaitu mencari temperatur pirolisis atau temperatur reaktor saat menghasilkan asam cair, serta menganalisis asap cair yang dihasilkan.
Batang tembakau yang diuji menggunakan kapasitas minimal yaitu sebanyak 25 kg.
sebelum dimasukan ke dalam rekator batang tembakau dipotong-potong dengan panjang 5-8 cm.
Pengujian reaktor pirolisis dilakukan selama 6 jam dengan pengecekan temperatur dilakukan setiap 30 menit, dicatat data temperatur dan asap cair yang dihasilkan.
Prosedur pengujian adalah sebagai berikut:
Mencacah batang tembakau dengan ukuran 5 Ae 8 cm sebelum ke dalam reaktor.
Menyiapkan peralatan seperti reaktor, burner, tutup dan lainnya serta sensor alat ukur.
Masukkan batang tembakau yang sudah dicacah ke dalam reaktor melalui bagian atas reactor dengan keadaan terbuka, kemudian menutup reaktor.
Menyalakan api pada burner, lalu atur katup pada regulator yang terpasang pada gas.
Melakukan pembakaran pirolisis untuk pengujian reaktor selama 6 jam.
Pada saat pengujian mencatat data temperatur setiap 30 menit sekali dan mengambil sampel hasil pirolisis.
Setelah pengujian selesai mematikan burner dan membuka tutup reaktor.
HASIL DAN PEMBAHASAN
1 Produk sisa dari pengujian Produk yang dihasilkan dari pengujian reaktor selama pirolisis yang dilakukan selama 6 jam menghasilkan sisa produk akhir yaitu tembakau berubah menjadi arang, seperti yang terlihat pada Gambar 10.
Gambar 10.
Produk sisa pengujian 2 Hasil Pengujian Hasil pengujian pirolisis batang tembakau sebanyak 25 kg selama 6 jam diperlihatkan pada tabel 2 dibawah ini.
Jurnal Rekayasa Hijau Ae 158 Muhamad Pramuda Sirodz, dkk.
Tabel 2.
Hasil Pengujian Warna Waktu Temp Asap Cair Waktu .
Temp Hasil Putih Coklat Kehijauan Coklat Coklat Kehijauan Coklat Hasil Warna Asap Cair Dari hasil pengujian terlihat bahwa reaktor sudah bisa menghasilkan asap yang mengadung cairan pada temperatur 193,3EE, namun berdasarkan literatur, pemanasan pada temperatur dibawah 200oC masih mengadung banyak uap air sedangkan asap cair yang mengadung bio-oil hasil pirolisis masih sedikit dihasilkan .
Temperatur maksimum di dalam reaktor 224,8EE.
Hasil dari pengamatan yang dilakukan setiap 30 menit sekali, bio-oil yang dihasilkan mengalami perbedaan warna setiap 1 jam sekali dari 6 jam proses pirolisis.
Pada warna bio-oil gelap yang ada pada Gambar 11, hal ini disebabkan oleh disebabkan oleh char atau arang yang tercampur pada bio-oil.
Pada penelitian berikutnya akan dilakukan analisa terhadap asap cair yang dihasilkan, persentase kandungan uap air serta komposisi unsur kimia yang terkandung didalam asap cair yang dihasilkan.
Gambar 11.
Pirolisis Tar Batang Tembakau
Jurnal Rekayasa Hijau Ae 159
Rancang Bangun Reaktor Pirolisis Batang Tembakau Kapasitas 25 Ae 65 Kg 3 Grafik Temperatur Terhadap Waktu Temperatur terhadap Waktu TemperaturEE
120 150 180 210 240 270 300 310 340
Termokopel 1 Waktu .
Termokopel 2 Termokopel 3 Gambar 12.
Grafik Temperatur Terhadap Waktu Gambar 12 memperlihatkan grafik temperatur terhadap waktu.
Temperatur di saluran keluaran asap cair cenderung naik antara 50-100EE.
Temperatur yang ditunjukan oleh termokopel 1 yaitu yang ditempatkan pada jarak 30cm dari dasar reaktor menunjukan kisaran 200oC, dan temperatur yang ditempatkan pada 60cm.
Penurunan dan kenaikan temperatur cenderung tidak signifikan selama waktu pirolisis adapun terdapat data temperatur yang terlihat tidak stabil yaitu pada menit ke 210 terjadi karena pada saat pengujian, api burner dipengaruhi kecepatan udara dari luar.
Masih terdapat kebocoran pada tutup reaktor sehingga temperatur maksimum yang diperoleh belum sesuai target perancangan.
Rata-rata temperatur pada ruang reaktor dimana sensor temokopel diletakan 30 cm dari dasar reaktor adalah 196,3EE, pada ketinggian 60 cm dari dasar reaktor adalah 160,6EE dan rata-rata temp pada saluran keluaran adalah 73,2EE.
KESIMPULAN
Perancangan dan pembuatan reaktor pirolisis batang tembakau telah berhasil dilakukan menghasilkan reaktor yang menggunakan bahan mild steel plate dapat menghasilkan beberapa komponen dari spesifikasi rancangan reaktor pirolisis seperti tungku reaktor dengan panjang 1200 mm diameter 700mm terdapat Flens diameter 790 mm, reaktor yang memiliki panjang 1120 mm diameter 500 mm dengan Flens reaktor 600 mm dan tutup reaktor yang memiliki bagian atas berbentuk kerucut dengan diameter tutup 790 mm yang dilengkapi oleh flens yang di lubang baut sebanyak 15 buah.
Kalor total yang dibutuhkan 7736,54 Watt dengan bahan bakar yang dibutuhkan 3,3 kg gas LPG selama 6 Jam.
Alat ini berhasil menghasilkan asap cair dari batang tembakau dengan temperatur reaktor maksimum 224,8 EE.
Jurnal Rekayasa Hijau Ae 160 Muhamad Pramuda Sirodz, dkk.
DAFTAR PUSTAKA