Studi Sifat Fisik - Mekanik Tempurung Kelapa

1 STUDI SIFAT FISIK – MEKANIK TEMPURUNG KELAPA Santosa1, Andasuryani1, dan Yusriah2 ABSTRAK Telah dilaksanakan penelitian pada bulan April sampai dengan Juni 2006 di Laboratorium Teknik Sipil Politeknik Universitas Andalas dan Laboratorium Instrumentasi Teknik Pertanian Universitas Andalas. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui sifat fisik dan mekanik tempurung kelapa. Data dasar ini nantinya akan digunakan di dalam pembuatan alat pemecah tempurung untuk dijadikan tepung tempurung. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimen. Untuk tahap pengambilan data secara acak, digunakan dua jenis tempurung sebagai sampel yaitu tempurung jenis A berasal dari kelapa dalam dan tempurung jenis B berasal dari kelapa genjah dengan tujuh kali ulangan. Sifat mekanik tempurung kelapa diukur dengan menggunakan mesin kuat tekan dengan melakukan pengujian kekerasan dan kekuatan, sedangkan sifat fisik yang diukur : bulk density, angle of repose, angle of friction, berat jenis, dan porositas. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kekerasan tempurung A adalah 41,4135 kg/cm2, kekerasan tempurung B adalah 73,0149 kg/cm2; kekuatan tempurung A adalah 449,3068 kg/cm2, kekuatan tempurung B adalah 563,3663 kg/cm2; bulk density tempurung A adalah 0,5159 g/cm3, bulk density tempurung B adalah 0,5223 g/cm3; angle of repose tempurung A adalah 31o, angle of repose tempurung B adalah 27o; angle of friction tempurung A adalah 24o, angle of friction tempurung B adalah 25o; berat jenis tempurung A adalah 1,0182 g/ml, berat jenis tempurung B adalah 1,0015 g/ml; porositas tempurung A adalah 0,4894 dan porositas tempurung B adalah 0,4785.

PENDAHULUAN LATAR BELAKANG Kelapa (Cocos nucifera L.) merupakan salah satu komoditi perkebunan yang banyak dijumpai di Indonesia. Pemanfaatan buah kelapa umumnya hanya daging buahnya saja untuk dijadikan kopra, minyak dan santan untuk keperluan rumah tangga, sedangkan hasil sampingan lainnya seperti tempurung kelapa belum begitu banyak dimanfaatkan. Tempurung kelapa selain digunakan sebagai sumber energi karena mempunyai nilai panas yang tinggi, juga dapat digunakan 1

2

Staf Pengajar Program Studi Teknik Pertanian Jurusan Teknologi Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Andalas Alumni Jurusan Teknologi Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Andalas

2 untuk aneka olahan yang mempunyai nilai ekonomi dan prospek pasar yang baik diantaranya untuk kerajinan tangan, arang aktif dan lain sebagainya. Kenyataannya potensi yang besar ini belum dapat dikembangkan. Arang aktif yang dihasilkan dari tempurung kelapa banyak sekali manfaatnya baik dalam industri kimia, industri makanan dan minuman, serta industri farmasi. Di samping itu, arang aktif digunakan sebagai bahan penyerap, penjernih, dan sebagai katalisator. Arang aktif digunakan untuk pemurnian pada industri gula, minyak kelapa, farmasi dan kimia, juga banyak digunakan untuk proses penjernihan air. Arang aktif adalah suatu bahan yang berupa karbon amorf, yang sebagian besar terdiri atas karbon bebas serta memiliki kemampuan daya serap yang tingi. Daya serap dari arang aktif itu umumnya bergantung pada jumlah senyawa karbon yang berkisar antara 85 % sampai dengan 95 % karbon bebas. Selain untuk arang aktif, tempurung kelapa bisa juga diolah menjadi tepung tempurung. Untuk itu, sebelum dilakukan pengolahan lebuh lanjut, terlebih dahulu harus diketahui sifat-sifatnya baik fisik maupun mekanik, agar dalam pengolahan tidak menemui kendala. Bila limbah dari pertanian ini khususnya tempurung kelapa diolah sedemikian rupa dengan menggunakan teknologi yang modern, diharapkan dapat memberikan peluang bisnis yang menjanjikan bagi masyarakat, sehingga dapat meningkatkan perekonomian. TUJUAN PENELITIAN Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui sifat fisik dan mekanik tempurung kelapa. Data yang diperoleh tersebut nantinya akan dipakai sebagai pertimbangan di dalam merancang alat pemecah tempurung kelapa.

3 BAHAN DAN METODE TEMPAT DAN WAKTU Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Teknik Sipil Politeknik Universitas Andalas untuk pengujian kekuatan dan kekerasan. Sedangkan pengujian sifat fisik dilakukan di Laboratorium Instrumentasi Teknik Pertanian mulai bulan April sampai dengan Juni 2006. BAHAN DAN ALAT Pada penelitian ini menggunakan alat untuk pengujian Marshall Compression Machine (mesin kuat tekan), papan plastik, alat tulis, timbangan, dan peralatan lainnya yang mendukung; sedangkan bahan yang digunakan adalah tempurung kelapa. METODE PENELITIAN Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimen. Untuk tahap pengambilan data secara acak menggunakan dua jenis tempurung sebagai sampel yaitu tempurung jenis A berasal dari kelapa dalam dan tempurung jenis B berasal dari kelapa genjah dengan tujuh kali pengulangan. PELAKSANAAN PENELITIAN Langkah pertama yang dilakukan sebelum melakukan penelitian adalah persiapan alat yang digunakan supaya penelitian berjalan dengan lancar. Karakteristik Fisik Penelitian ini dilakukan untuk mengidentifikasi karakteristik fisik dari tempurung kelapa. Karakteristik fisik tersebut adalah bulk density, angle of repose, angle of friction, berat jenis, dan porositas. Bulk density Bulk density dari tempurung kelapa dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:

4

BV =

W2 − W1 ...........................................................................(1) V

dengan : W1

= Berat tabung kosong (g)

W2

= Berat tabung kosong + berat tempurung (g)

V

= Volume tabung (cm3)

BV = Bulk density (g/cm3) Berat Jenis Perbandingan berat suatu benda dengan berat air yang sama besar volumenya disebut dengan berat jenis. Teknik sederhana untuk menentukan berat jenis adalah dengan menggunakan metode pemindahan cairan dimana grafitasi spesifik seimbang. Berat jenis dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut:

ρ = B ........................................................................................................(2) V dengan : ρ = Berat jenis (kg/m3) B = Massa benda (kg) V = Volume air yang dipindahkan oleh benda (m3) Atau dapat juga dihitung dengan rumus : A ρ t= B = × ρ a ............................................................................... (3) V ( C − B) dengan : ρ t = Densitas tempurung (kg/cm3) A = Berat Tempurung di udara (kg) B = Berat mangkuk + air (kg) C = Berat mangkuk + air + tempurung (kg) ρa = Densitas air (kg/m3)

5

Bagaimanapun, batasan dari metode ini hanya digunakan untuk menahan bahan cair. Pycnometer pembanding udara adalah sebuah alat yang dengan baik mengukur volume dari sampel pada beberapa bentuk dan ukuran tanpa membasahi sampel. Jadi berat jenis adalah penentuan dari ukuran dan volume sampel yang diketahui beratnya. Porositas Porositas dapat didefinisikan sebagai bagian volume ruang pori bahan dari total volume bahan pada suatu bahan curah. Nilai porositas bergantung pada (a) bentuk, (b) dimensi, dan (c) kekerasan dari permukaan bahan. Porositas dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut : n = 1−

BV ..............................................................................................(4) BJ

dengan : n

= Porositas

BV = Berat volume (kg/m3) BJ = Berat jenis (kg/m3) Angle of repose Angle of repose dari tempurung dapat ditentukan dengan mengukur salah satu sisi miring dari tumpukan tempurung. Hal tersebut dapat ditentukan dengan cara menuangkan pecahan tempurung ke atas bidang datar. Berdasarkan kemiringan tumpukan yang dihasilkan maka diukur kemiringannya atau angle of repose. Angle of friction Angle of friction dari pecahan tempurung dapat ditentukan dengan mengukur sudut kemiringan dari kayu pada saat tempurung mulai meluncur. Hal tersebut dapat ditentukan dengan meletakkan tempurung diatas permukaan papan kemudian papan dimiringkan dan secara pelan-pelan diukur sudut kemiringan papan pada saat tempurung mulai meluncur.

6 Karakteristik Mekanik Kekerasan Tempurung Pengujian kekerasan dengan contoh uji berukuran 5 cm x 5 cm x tebal. Lakukan pembebanan pada contoh uji sampai rusak/patah dengan menggunakan dial 30 kN. Besarnya nilai kekerasan tempurung ini dihitung menggunakan rumus : S=

P .................................................................................................... (5) A

dengan : S = Nilai kekerasan tempurung (kg/cm2) P = Beban (kg) A = Luas bidang tekan (cm2) Kekuatan Tempurung Kekuatan adalah nilai kekuatan tempurung untuk mempertahankan bentuk datar. Contoh uji berukuran 7 cm x 5 cm x tebal. Pengujian dilakukan dengan memakai alat uji dengan jarak penyangga 5 cm dan menggunakan dial dengan sensitifitas 2 kN. Sampel tempurung diberi tekanan tegak lurus pada permukaan tempurung sampai rusak. Kemudian dihitung nilai kekuatannya dengan menggunakan rumus : MOR =

3. P . L ...................................................................................... (6) 2 .b . d 2

dengan : MOR = nilai kekuatan (kg/cm2) P

= beban patah (kg)

L

= jarak penyangga (cm)

b

= lebar contoh uji (cm)

d

= tebal contoh uji (cm)

Adapun prosedur yang dilakukan untuk pengujian kekuatan dan kekerasan dari tempurung adalah sebagai berikut :

7 1. Dial di-stel, dan alat ditempatkan di benda uji di tempat penguji 2. Bahan diletakkan di atas mesin. 3. Mesin dihidupkan, dilihat sampai berapa pembacaan dial-nya. 4. Angka yang tertera pada dial tersebut dicatat. 5. Setelah pembebanan maksimum, mesin dimatikan. 6. Setelah pembacaan dial, angka yang tertera pada dial, dilihat di tabel kaliberasi. 7. Dari tabel kalibrasi, hasil pembacaan dikonversi ke kilogram.

HASIL DAN PEMBAHASAN Dalam melakukan identifikasi karakteristik fisik dan mekanik terhadap tempurung kelapa, diperoleh data berupa bulk density, angle of repose, angle of friction, berat jenis, porositas, pengujian kekerasan dan pengujian kekuatan. Disamping itu juga didapat data energi yang diperlukan untuk pembakaran serta rendemen yang dihasilkan. Karakteristik Fisik Tempurung Kelapa 1. Bulk Density Bulk density dihitung dari perbandingan berat beban dengan volume, yang dinyatakan dalam g/cm3. Setelah dilakukan perhitungan dengan persamaan (1), maka diperoleh bulk density untuk tempurung jenis A sebesar 0,5159 g/cm3 sedangkan bulk density untuk tempurung jenis B sebesar 0,5223 g/cm3. Bulk density untuk masing-masing tempurung berbeda-beda. Besar kecilnya bulk density dipengaruhi oleh kehalusan dari permukaan tempurung. 2. Angle of Repose Dari hasil pengukuran yang dilakukan, diperoleh angle of repose untuk tempurung jenis A sebesar 31

o

, sedangkan angle of repose untuk tempurung

jenis B sebesar 27 o. Angle of repose untuk masing-masing jenis tempurung berbeda tergantung pada kehalusan dari permukaan tempurung tersebut.

8 3. Angle of Friction Dari hasil pengukuran yang dilakukan, diperoleh angle of friction untuk tempurung jenis A sebesar 24

o

, sedangkan angle of friction untuk tempurung

jenis B sebesar 25 o. Angle of friction untuk masing-masing jenis tempurung berbeda tergantung pada kehalusan dari permukaan tempurung. 4. Density Densitas/berat jenis yaitu kepadatan dari tempurung dimana densitas air sebagai acuan. Densitas air adalah 1 kg/l. Hasil pengukuran densitas tempurung dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1. Densitas Tempurung Kelapa Jenis Tempurung A B

A (g) 0,7422 0,7344

B (g) 136,77 136,77

C (g) 137,4989 137,5033

ρ (g/ml) 1,0182 1,0015

Dari Tabel 1 dapat dilihat bahwasanya densitas tempurung jenis A lebih besar dari pada densitas tempurung jenis B yaitu 1,0182 g/ml untuk tempurung jenis A dan 1,0015 g/ml untuk tempurung jenis B. Hal ini disebabkan karena kerapatan tempurung A lebih besar dari pada tempurung B. Semakin longgar struktur dari tempurung akan meningkatkan daya serap air, karena banyaknya pori yang akan diisi oleh air. Menurut Haygreen dan Bowyer (1982), daya serap air berhubungan dengan kerapatan. Semakin tinggi kerapatan tempurung, maka ikatan antar partikel semakin kompak sehingga rongga udara semakin kecil, menyebabkan air menjadi sulit untuk mengisi rongga tersebut. 5. Porositas Porositas merupakan proporsi volume rongga kosong. Porositas juga berhubungan langsung dengan kerapatan. Berdasarkan pengamatan dan pengukuran yang dilakukan, diperoleh hasil seperti yang terlihat pada Tabel 2.

Tabel 2. Porositas Tempurung Kelapa

9

No

Jenis Tempurung A B

1. 2.

Porositas 0,4894 0,4785

Dari Tabel 2 dapat dilihat bahwa porositas tempurung jenis A lebih besar daripada tempurung jenis B yaitu 0,4894 untuk jenis A dan 0,4785 untuk jenis B. Porositas dipengaruhi oleh berat jenis (BJ) dan berat volume (BV). Berdasarkan penelitian yang dilakukan BJ jenis A besar dari pada BJ jenis B. Sebaliknya BV jenis A kecil dari pada BV jenis B. Hal ini dikarenakan kehalusan daripada tempurung itu sendiri dan juga besar kecilnya serpihan tempurung. Karakteristik Mekanik Tempurung Kelapa 1. Kekerasan Tempurung Kelapa Berdasarkan pengamatan dan pengukuran yang dilakukan, diperoleh hasil dari nilai rata-rata kekerasan yang dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3. Nilai Kekerasan Tempurung Kelapa No 1 2

Jenis Tempurung A B

Nilai Kekerasan (kg/cm2) 41,4135 73,0149

Nilai rataan kekerasan untuk jenis A sebesar 41,4135 kg/cm2 sedangkan untuk jenis B nilai rataan kekerasannya sebesar 73,0149 kg/cm2. Tempurung jenis A merupakan tempurung dari kelapa dalam, sedangkan tempurung jenis B merupakan tempurung dari kelapa genjah. Kekerasan adalah nilai yang menunjukkan sifat kekuatan dan merupakan ukuran untuk mempertahankan bentuk datar akibat adanya pembebanan pada tempurung yang dilakukan sejajar permukaan. Untuk melihat lebih jelas perbandingan kekerasan antara tempurung A dengan tempurung B dapat dilihat pada Gambar 1.

Nilai Kekerasan Tempurung (kg/cm2)

10

1,500,000 1,200,000 900,000

Jenis A

600,000

Jenis B

300,000 0 1

2

3

4

5

6

7

Ulangan

Gambar 1. Grafik Nilai Kekerasan Tempurung Kelapa Pada Gambar 1 dapat dilihat bahwa nilai kekerasan tempurung jenis A dengan tempurung jenis B sangat jauh berbeda. Menurut Haygreen dan Bowyer (1982), kekerasan pada tempurung disebabkan karena kandungan lignin 20-30 %, selulosa 40-50 %, metoksil, dan berbagai mineral lainnya seperti hemiselulosa 39-55 %, pentosa 21-24 %, zat ekstraktif 2-6 %, dan kadar abu 0,22 % yang tinggi. Tempurung juga mengandung silikat (SiO 2) yang cukup tinggi kadarnya. Silikat (SiO2) dapat dengan mudah menumpulkan mata gergaji. 2. Kekuatan Tempurung kelapa Berdasarkan pengamatan dan pengukuran yang dilakukan, diperoleh hasil dari nilai kekuatan tempurung yang dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4. Nilai Kekuatan Tempurung Kelapa No

Jenis Tempurung

1 2

A B

Nilai Kekuatan (kg/cm2) 449,3086 563,3663

Nilai rataan kekuatan untuk tempurung jenis A sebesar 449,3086 kg/cm2 sedangkan nilai rataan untuk tempurung jenis B sebesar 563,3663 kg/cm2. Nilai kekuatan dipengaruhi oleh kerapatan dari tempurung dan semakin tinggi nilai kekuatannya menunjukkan kestabilan partikel penyusunnya. Untuk melihat lebih

11 jelas perbandingan kekuatan antara tempurung A dengan tempurung B dapat

Nilai Kekuatan Tempurung (kg/cm2)

dilihat pada Gambar 2. 10,000,000 8,000,000 6,000,000

Jenis A

4,000,000

Jenis B

2,000,000 0 1

2

3

4

5

6

7

Ulangan

Gambar 2. Grafik Nilai Kekuatan Tempurung Kelapa Pada Gambar 2 dapat dilihat bahwa tempurung B lebih kuat dari pada tempurung A. Haygreen dan Bowyer (1982) menjelaskan bahwa semakin tinggi kerapatan partikel penyusun tempurung, maka semakin tinggi pula sifat kekuatan dari tempurung yang dihasilkan. Pengujian pada kekuatan tempurung dilakukan dengan pembebanan ditengah benda uji sampai benda uji itu patah/rusak. Pengujian kekuatan ini dipengaruhi oleh ketebalan dari benda uji dan juga kandungan mineral dari tempurung kelapa tersebut.

KESIMPULAN DAN SARAN KESIMPULAN Dari penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa : 1. Pada pengujian tempurung secara fisik didapatkan hasil sebagai berikut : bulk density tempurung A adalah 0,5159 g/cm3, bulk density tempurung B adalah 0,5223 g/cm3; angle of repose tempurung A adalah 31o, angle of repose tempurung B adalah 27o; angle of friction tempurung A adalah 24o,

12 angle of friction tempurung B adalah 25o; berat jenis tempurung A adalah 1,0182 g/ml, berat jenis tempurung B adalah 1,0015 g/ml; porositas tempurung A adalah 0,4894, dan porositas tempurung B adalah 0,4785. 2. Pada pengujian tempurung secara mekanis dengan menggunakan mesin kuat tekan didapatkan hasil sebagai berikut : kekerasan tempurung jenis A sebesar 41,4135 kg/cm2, kekerasan tempurung B sebesar 73,0149 kg/cm2; kekuatan tempurung A adalah 449,3086 kg/cm2, kekuatan tempurung B adalah 563,3663 kg/cm2. SARAN Dari penelitian yang telah dilakukan dapat disarankan bahwa hendaknya sebelum merancang alat untuk pemecah tempurung menjadi tepung tempurung, terlebih dahulu harus ditambahkan parameter-parameter yang diperlukan selain data yang sudah didapatkan, misalnya kekuatan benturannya. DAFTAR PUSTAKA

Buckley, Clive. 2000. Friction. http : // www.newi.ac.uk/buckley/forces 2. htm (29 Juli 2006). Haygreen, J.G dan J.L. Bowyer. 1982. Hasil Hutan dan Ilmu Kayu : Suatu Pengantar (Diterjemahkan oleh A. H. .Sucipto). Gadjahmada University Press. Yogyakarta. Hikmat, K. 1974. Pohon Nyiur. Ganeco N.V. Bandung-Jakarta. Ketaren, S. dan B. Jatmiko. 1985. Daya Guna Hasil Kelapa. Agro Industri Press, Bogor. Mohsenin, N, Nuri. Physical Properties of Plant and Animal Materials. Gordon and Breach Science Publishers. New York – London – Paris. Nugroho, Darmawan. 1992. Kelapa Tanaman Serba Guna. Bumi Aksara: Jakarta Palungkun, Roni. 1999. Aneka Produk Olahan Kelapa. Penebar Swadaya: Jakarta

13

Pusat Dokumentasi dan Informasi Ilmiah Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia. 1999. Arang Aktif dari Tempurung Kelapa. http: // www.pdii.lipi.go.id (12 Agustus 2005). Surdia, Tata dan Shiroku Saito. 2000. Pengetahuan Bahan Teknik. PT. Pradya Paramita, Jakarta.

Catatan : Makalah ini telah dimuat pada jurnal : Santosa, Andasuryani, dan Yusriah. 2007.

Studi Sifat Fisik – Mekanik

Tempurung Kelapa. Jurnal Teknologi Pertanian Andalas. Vol. 11. No. 1, Maret 2007 : 7 – 12.