PENGARUH VARIASI DIAMETER BRIKET BATUBARA
BERBENTUK SILINDER TERHADAP LAJU PEMBAKARAN 
DI DALAM SEBUAH TUNGKU BAKAR

Widia Lastana Istanto, Benedictus Mardwianta

Teknik Mesin
Sekolah Tinggi Teknologi Adisutjipto
Jl.Janti Blok R, Kompleks Lanud Adisutjipto, Yogyakarta
Telepon (0274) 451262 Faks. (0274) 451265
Email: aries2144@yahoo.com

ABSTRACT

The combustion rate of collecting coal briquettes due to air flow rate were tested in locally fabricated test unit. The test of the effect of diameter size on the burning rate comprised of three sizes were 15 mm, 20 mm and 25 mm. The ambient air temperature prior to heater was 33°C for all tests. The air flow velocity was constant for all tests at 0.7 m/s.  The arrangement of briquettes was arranged with precision space on the stove where has any hollow that is useful to regulate the airflow. The methods of its burning i.e. with observed the collecting of briquettes which is entrance to stove and then burning out until to become an ash. There are some advantages with use coal briquettes to compare another fuel such as price, safety and economical reasons. On this paper will observe about the influence of burning rate on the collecting of briquettes with cylindrical shape. The cylindrical shape a simplify to make a pattern and its processing. Both are have advantages that is a cheaper of pattern prepared and simple procedure
(Keyword : burning rate, diameter size of coal briquettes, stove)

1. 	LATAR BELAKANG MASALAH
Pengaruh tipe batubara, massa partikel, lapisan abu dan kecepatan aliran udara pembakaran telah diteliti juga oleh Blackham et al (1994) untuk partikel batubara yang berukuran 5 mm- 10 mm. Pada oksidasi partikel arang yang besar, diameter efektif massa arang akan berkurang secara linear dengan bertambahnya waktu, kecuali pada akhir pembakaran akan terjadi pengurangan massa batubara secara lebih cepat.
Ragland and Young (1985) telah meneliti pembakaran 4 jenis batubara yang mempunyai diameter 4 mm – 12 mm pada tekanan atmosfir dalam suatu convective thermogravimetri analyzer dengan temperatur tungku 900°K-1200°K dan kecepatan udara pembakaran yaitu 2 m/dt – 8 m/dt. Ketika temperatur tungku 1100°K dan kecepatan udara pembakaran dinaikkan dari 1,7 m/dt ke 3,4 m/dt maka waktu pembakaran menurun.
	Pada penelitian laju pembakaran briket batubara yang berbentuk silinder ini, terdapat 8 buah briket batubara yang telah ditata dengan massa masing-masing briket sebesar 10 gram dan diameter briket 15 mm, 20 mm dan 25 mm dimasukkan kedalam tungku pembakaran kemudian dibakar sampai menjadi abu. Briket lebih mudah dibuat dengan cara dicetak menggunakan cetakan berbentuk silinder dengan di press menggunakan gaya tekan sebesar 250 kg. Dengan cara itu briket menjadi padat dan tidak mudah patah. Bentuk silinder mempunyai luas pembakaran yang lebih baik daripada bentuk kotak, karena bentuk silinder lebih mudah ditata didalam tungku pembakaran. Diantara briket batubara yang sudah ditata sejajar terdapat celah yang berfungsi untuk lajunya aliran udara pembakaran, sehingga pembakaran menjadi lebih sempurna.

2. METODE PENELITIAN
Briket batubara terbuat dari unsur karbon yang akan bereaksi dengan udara pada saat pembakaran, sesuai dengan reaksi kimia sebagai berikut :

	C     +    ½ O2     → CO
	CO   +   ½ O2     → C O2
	C      +  CO2	   → 2CO
	C      +   H2O      → CO + H2
Laju pembakaran arang tergantung pada konsentrasi oksigen, temperatur gas, bilangan Reynolds, ukuran dan porositas arang (Borman,1998). Reaksi global dari F mol bahan baker bereaksi dengan oksidizer Ox menghasilkan produk (Pr) menurut persamaan:
	F + aOx  → bPr
dan laju reaksi global dinyatakan sebagai berikut:
d(XF)/dt = -kc(T).(XF)n.(Xox)m. 
Tanda negatif menunjukkan pengurangan konsentrasi bahan bakar. Koefisien laju (kc) yang dinyatakan dalam bentuk Arrhenius menjadi kc= A exp (-Ea / Ru . Ts ). Konstanta A diperoleh melalui percobaan dari nilai (XF)n.(Xox)m.
Laju pembakaran karena kinetika permukaan dapat dinyatakan sebagai :
	dmc/dt = kc.Ap.MWc.O2
Laju pembakaran karena control difusi dinyatakan sebagai :
dm/dt = kd.A.S.O2
Jadi, Laju pembakaran (dmc/dt ) secara teori dapat dicari menggunakan rumus :
		dmc/dt = -kc.Ap { kD / [kD / (kD + 0,5 MO2 . kC / MC)]}.{O2}
dengan  kD = Sh.DAB / d  dan 	kc = kp.Tg.R / MO2
Metode penelitian yang dipakai meliputi bahan yang diuji, cara mempersiapkan bahan uji pembuatan briket batubara menjadi bentuk silinder dan pembakaran briket.
1.	Bahan yang dipergunakan dalam penelitian ini :
a.	Model briket batubara yang telah dicetak menjadi bentuk silinder.
b.	LPG untuk memanaskan udara pembakaran.
c.	Pengukuran partikel briket batubara untuk mengetahui komposisi bahan bakar (% berat).
2.	Cara mempersiapkan bahan uji pembuatan briket batubara menjadi bentuk silinder dengan : 
	a.  	Menumbuk halus batubara sehingga menjadi butiran-butiran halus (serbuk).   
	b. 	Mencampur serbuk batubara dengan perekat (tepung kanji) kemudian dicetak menggunakan  alat  pencetak  briket  berbentuk  silinder  yang   berdiameter 15 mm, 20 mm dan 25 mm.
	c.  	Mengeringkan briket batubara di bawah sinar matahari selama 3 hari.
3.	Pembakaran briket dilakukan dengan cara :
a.	Menyetel kondisi pembakaran dengan mengukur debit udara pembakaran  menggunakan anemometer sebesar 0,7 m/s, temperatur udara pembakaran pada suhu lingkungan sebesar 26°C.
b. 	Meletakkan briket batubara di wadah tungku pembakaran yang dipasang pada pusat aliran udara. Diameter tungku 10 cm dengan jumlah partikel briket yang dibakar setiap percobaan sebanyak delapan buah.
c.	Menyalakan burner dan proses pembakaran dimulai.
d.	Menghidupkan blower
e.	Mencatat temperatur pembakaran yang ditunjukkan oleh alat digital thermocouple reader.

f.	Mulai melakukan pencatatan pengurangan massa briket menggunakan alat electronic top pan balance yang dilakukan dalam interval 1 menit dengan bantuan stopwatch sampai briket batubara terbakar habis menjadi abu.. 
g.	Menyusun alat yang akan dipergunakan dalam penelitian seperti gambar dibawah. .

                Gambar: Alat Penelitian dan Tungku Pembakaran

3.	HASIL DAN PEMBAHASAN
1)	Kira-kira 10 menit pemanasan awal briket yang digunakan untuk penguapan uap air yang berada di permukaan briket, maka pengurangan massa tiap-tiap variasi kecepatan aliran udara pembakaran menampakkan perbedaan. Untuk grafik pada pembakaran diameter briket D1 = 15 mm pengurangan massa briket .mengalami penurunan yang lebih tajam dibandingkan dengan pembakaran diameter D2 = 20 mm dan D3 = 25 mm. Ini mengindikasikan bahwa diameter briket D1=15 mm yang sudah diatur didalam tungku bakar memiliki aliran oksigen lebih banyak yang melewati permukaan briket sehingga dapat membantu proses terjadinya pembakaran secara lebih sempurna sampai briket seluruhnya menjadi abu. Pada saat semua briket menjadi abu maka sudah tidak ada pengurangan massa briket lagi.
2)	Pengurangan massa briket batubara pada awal pembakaran terlihat sama untuk setiap variasi diameter udara pembakaran, hal ini terjadi dikarenakan proses pembakaran belum sempurna. Pemancingan bara briket pada salah satu briket yang sudah disusun di dalam tungku sedang digunakan untuk pemanasan briket yang lainnya.

3.  Laju pembakaran briket batubara menjadi lebih tinggi pada diameter briket D1=15 mm daripada diameter briket D2=20 mm dan  D3=25 mm. Pada grafik laju pembakaran briket, untuk diameter briket D1 = 15 mm menghasilkan laju pembakaran sebesar 0,089 g/s. Kemudian untuk diameter briket D2 = 20 mm menghasilkan laju pembakaran sebesar 0,073 g/s, dan untuk D3= 25 mm menghasilkan laju pembakaran sebesar 0,068g/s. Ini mengindikasikan bahwa besarnya laju pembakaran yang sempurna akan membutuhkan oksigen lebih banyak. Dengan semakin besar rongga udara yang terdapat didalam tungku bakar maka banyaknya oksigen untuk pembakaran menjadi lebih besar pula. 

4. KESIMPULAN
 	Berdasarkan hasil pengujian pembakaran briket batubara dengan variasi ukuran diameter briket, menunjukkan bahwa :
1.	Semakin bertambahnya diameter briket maka besarnya laju pembakaran akan menurun dikarenakan konsumsi oksigen didalam tungku bakar menjadi semakin berkurang.
2.	Waktu burning out akan berkurang seiring bertambahnya jumlah oksigen yang digunakan pada proses pembakaran.
3.	Penurunan massa briket pada waktu terjadi pembakaran akan terlihat lebih cepat apabila diameter briket semakin kecil.
4.	Semakin tinggi laju pembakaran maka semakin sempurna pembakaran briket batubara, karena tercukupinya kebutuhan oksigen untuk pembakaran dalam sebuah tungku.
5.	Untuk diameter briket D1 = 15 mm dan kecepatan udara pembakaran belum terjadi convective cooling, yaitu terbuangnya energi panas yang dibutuhkan untuk menyempurnakan pembakaran, sehingga pembakaran di dalam tungku masih baik tanpa adanya convective cooling..

Daftar Notasi :

dmc 	= perubahan massa briket (gram)
dt 	= perubahan waktu (detik)
kc  	= konstanta laju reaksi briket (g/m2.s)
Ap  	= luas permukaan briket.
kD 	= konstanta transfer massa secara difusi (m/s)
kc	= konstanta karbon
kp	= konstanta partikel
MO2  	= berat molekul oksigen
MC 	= berat molekul karbon
Sh.	= Angka Sherwood
DAB	= Diffusivitas Oksigen di udara
d	= diameter briket
	Tg	= temperatur gas 
	R	= laju reaksi
	Ea	= energi aktivasi
	Ts	= temperatur permukaan partikel

L. DAFTAR PUSTAKA

Borman,G.L., and Ragland,K.W.,1998,”Combustion Engineering”,Mc.Graw Hill Publishing Co”, New York,14.1-14.20.
Dujambi,S.,1999,”Burning Rate of Single Large Coal Briquettes”:An Investigation on The Effect of Size, Air Preheat, Furnace Wall Temperature and Air Flow Rate, Thesis, Gadjah Mada University.
Istanto, T., Laju Pembakaran Campuran Briket Batubara Dengan Sampah Ban, Tesis, Universitas Gadjah Mada.
Malik, A,A., Pehliva, D., and Howarth,C,R.,1996,”The Effect of Pressure on The Char Combustion Characteristics of Large Coal Particles”, Journal of Fuel, Vol.75,pp379-383, Elsavier Science Ltd., Great Britain.
Levenspiel,O.,1995,”Chemical Reaction Engineering”,2ndEd.,JohnWiley & Sons.
Ragland,K.W.,Yang,J.T.,1985,”Combustion of millimeter sized of particles in convective flow”,Combustion and Flame,60,285-297.
Smith,I.w.,1982,”The Combustion Rate of Coal Chars : A Review”, 19th International Symposium on Combustion, The Combustion Institute, pp.1045-1065.
Smith,I,w.,1971,”The Kinetics of Pulverized Semi-Anthracite in the Temperature Range 1400-2200 °K,”Journal of Combustion and Flame”, Vol.17,pp.421-429, Elsavier Publishing Company, Inc.
Turns, S.R.,1996,”An Introduction to Combustion”, Mc.Graw-Hill, Inc,Singapore,pp.443-473.
Zhang,X.,Dukhan,A.,and Kantorovich,I,I.,1996,”Structural Changes of Char Particles During Chemically Controlled Oxidation”,pp3111-3118.