DESAIN DAN UJI UNJUK KERJA TUNGKU BRIKET BIOMASSA

DESAIN DAN UJI UNJUK KERJA TUNGKU BRIKET BIOMASSA

Oleh: YUANITA UTAMI F14104114

2008 DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR

DESAIN DAN UJI UNJUK KERJA TUNGKU BRIKET BIOMASSA

SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor

Oleh: Yuanita Utami F14104114

2008 DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR

INSTITUT PERTANIAN BOGOR FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

DESAIN DAN UJI UNJUK KERJA TUNGKU BRIKET BIOMASSA

SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor Oleh: Yuanita Utami F14104114 Dilahirkan pada tanggal 19 Desember 1986 di Jakarta Tanggal lulus:…………………… Menyetujui, Bogor, 1 September 2008

Ir.Sri Endah Agustina, MS Dosen Pembimbing Akademik

Mengetahui,

Dr.Ir. Wawan Hermawan, MS Ketua Departemen Teknik Pertanian

Yuanita Utami. F14104114. Desain dan Uji Unjuk Kerja Tungku Briket Biomassa. Di bawah bimbingan Ir. Endah Agustina, MS. 2008. RINGKASAN Rumah tangga merupakan salah satu sektor pengguna energi terbesar ketiga setelah sektor industri dan transportasi. Menurut data distribusi persentase pemakaian energi final, pemakaian energi untuk rumah tangga mencapai 23% dari total pemakai energi di Indonesia (Handbook Statistik Ekonomi Energi Indonesia, 2005). Salah satu kegiatan yang memerlukan energi untuk rumah tangga adalah memasak. Konsumsi energi untuk memasak di pedesaan Indonesia adalah sebesar 822.13 x 103 kkal/kapita per tahun. Sebagian besar energi yang digunakan oleh rumah tangga di Indonesia saat ini adalah minyak tanah. Konsumsi minyak tanah yang tinggi tidak diimbangi dengan cadangan minyak yang dimiliki Indonesia maka sebagian minyak tanah yang dikonsumsi dalam negeri didatangkan dari luar. Biomassa merupakan salah satu potensi sumber energi yang dapat dimanfaatkan untuk mengatasi masalah tersebut. Potensi biomassa pada tahun 2004 tercatat setara dengan 49.81 GW namun baru dimanfaatkan sebesar 302.4 MW. Limbah biomassa pada umumnya berbentuk butiran, serbuk, atau potongan-potongan kecil sehingga penggunaannya menjadi bahan bakar langsung kurang diminati masyarakat. Selain itu, penggunaan limbah biomassa dalam bentuk aslinya sangat sulit untuk ditransportasikan, memiliki kadar pembakaran rendah karena nilai kerapatannya (bulk density) rendah, kadar airnya masih tinggi, dan nilai kalornya rendah. Oleh karena itu, perlu pengembangan teknologi untuk meningkatkan minat penggunaan limbah biomassa yaitu dengan cara mengempa limbah biomassa tersebut menjadi bahan bakar padat (briket) melalui proses densifikasi. Penggunaan briket biomassa perlu disertai dengan pengadaan kompor atau tungku yang sesuai dengan bahan bakar tersebut dan kebutuhan masyarakat. Penelitian ini bertujuan untuk merancang dan membuat tungku briket biomassa dengan pertimbangan aspek teknis seperti efisiensi yang tinggi, keamanan, serta aspek ergonomis atau kemudahan dan kenyamanan penggunaan. Penelitian ini dibagi menjadi dua tahap, yaitu perancangan tungku dan uji unjuk kerja tungku yang telah dirancang tersebut serta membandingkannya dengan tungku yang ada di pasaran dan tungku gerabah (anglo). Pada penelitian ini, briket biomassa yang digunakan adalah briket arang sekam. Arang sekam dipilih karena potensinya yang cukup besar. Berdasarkan Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian (2006) dalam Mawarti (2006) produksi sekam padi sebesar 10.8 juta ton atau sebesar 23% dari total produksi padi tahun 2005. Limbah ini memiliki peluang besar untuk menggantikan peran energi fosil terutama dalam penggunaannya di skala rumah tangga dan industri kecil. Metode penelitian yang digunakan pada proses perancangan adalah metode rekayasa (suatu kegiatan rancang bangun) yang tidak rutin, sehingga di dalamnya terdapat kontribusi baru, baik dalam bentuk proses maupun produk/prototipe (Umar, 1994). Metode yang digunakan dalam pengujian tungku adalah Water Boiling Test (WBT). WBT adalah simulasi kasar dari proses iv  

pemasakan yang dapat membantu para perancang tungku untuk mengetahui seberapa baik energi panas dapat ditransfer pada alat masak (Bailis, 2007). Analisis pindah panas pembakaran dibedakan atas efisiensi tungku dan efisiensi sistem. Efisiensi tungku (ηt) merupakan perbandingan antara panas efektif untuk pemasakan (Qe) dengan jumlah panas input bahan bakar terpakai selama pemasakan. Efisiensi sistem (ηs) merupakan perbandingan jumlah panas yang untuk mendidihkan dan menguapkan air terhadap panas bahan bakar terpakai. Tungku hasil rancangan terdiri atas beberapa bagian, yaitu ruang pembakaran (dinding dalam), dinding tengah, dinding luar, plenum, saluran udara pembakaran, cerobong, lubang dapur, kisi-kisi, dan tempat meletakkan alat masak. Kapasitas ruang bakar adalah 1.5 kg briket arang sekam, dilengkapi dengan pengatur inlet udara. Tungku hasil rancangan 6 lubang inlet dan 16 lubang inlet memiliki panas efektif masing-masing sebesar 174.848 kcal dan 183.829 kcal, panas input bahan bakar sebesar masing-masing 702.8 kcal dan 586.6 kcal. Nilai efisiensi tungku briket hasil rancangan 6 lubang inlet dan 16 lubang inlet masing-masing sebesar 24.88% dan 31.34% sedangkan nilai efisiensi sistem masing-masing sebesar 20.78% dan 26.46%. Sebagai pembanding, tungku yang ada di pasaran dan anglo memiliki panas efektif masing-masing sebesar 172.954 kcal dan 150.228 kcal, panas input bahan bakar sebesar masing-masing 702.8 kcal dan 1054.2 kcal. Nilai efisiensi tungku yang ada di pasaran dan anglo masing-masing sebesar 32.68% dan 14.25% sedangkan nilai efisiensi sistem masing-masing sebesar 21.48% dan 11.40%. Bila dibandingkan antara tungku briket hasil rancangan dengan dua tungku pembanding, maka tungku briket hasil rancangan memiliki nilai efisiensi tungku dan efisiensi sistem lebih baik dari tungku gerabah (anglo). Tungku briket hasil rancangan memiliki nilai efisiensi tungku yang lebih rendah dibanding tungku briket yang ada di pasaran tetapi memiliki nilai efisiensi sistem yang lebih tinggi pada kondisi 16 lubang inlet. Faktor pendukung unjuk kerja tungku meliputi waktu penyalaan, keamanan dan kenyamanan. Pengamatan waktu penyalaan dimulai dari memercikan api ke bahan bakar sampai bara menyala stabil. Lama penyalaan tungku hasil rancangan 6 lubang inlet, 16 lubang inlet, tungku yang ada di pasaran, dan anglo masing-masing adalah 10 menit, 9 menit, 10 menit, dan 9 menit. Tingkat keamanan dilihat dari keselamatan dari pengguna, seperti ada tidaknya ledakan sewaktu pembakaran, ada tidaknya percikan api ke pengguna, dan lain-lain. Semua tungku yang diuji dianggap memilki tingkat keamanan yang baik. Parameter kenyamanan yang dapat terlihat adalah warna api dan warna asap. Dari ketiga jenis tungku yang diuji, semuanya memiliki warna api dan warna asap yang sama, yaitu menghasilkan warna api merah dan warna asap putih. Bila tungku briket arang sekam dibandingkan dengan kompor minyak tanah, maka tungku briket arang sekam dianggap layak menggantikan kompor minyak tanah. Hal ini dikarenakan biaya pemakaian tungku briket arang sekam lebih rendah dibandingkan dengan biaya pemakaian kompor minyak tanah dan ketersediaan bahan bakar briket arang sekam melimpah. Kata kunci : Desain tungku, Briket biomassa v  

RIWAYAT HIDUP

Penulis

dilahirkan pada tanggal 19 Desember 1986 di

Jakarta. Penulis adalah anak pertama dari dua bersaudara dari pasangan Ir. Handy Suryadarma dan Ermiwati. Pendidikan dasar penulis diselesaikan pada tahun 1998 di SDN Depok Jaya I. Pendidikan lanjutan menengah pertama diselesaikan pada tahun 2001 di SLTPN 2 Depok dan pendidikan menengah atas diselesaikan pada tahun 2004 di SMUN 1 Depok. Penulis diterima sebagai mahasiswa Depertemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor pada tahun 2004 melalui jalur SPMB. Selama mengikuti pendidikan, penulis pernah menjabat sebagai staf Departemen Minat dan Bakat BEM Fateta IPB selama periode 2006-2007 dan staf Humas Himpunan Mahasiwa Teknik Pertanian IPB selama periode 2007-2008. Penulis pernah menulis laporan praktek lapangan yang berjudul “Mempelajari Proses Produksi dan Pengolahan Kelapa Sawit di PTPN VIII Kertajaya, Lebak, Banten”. Sebagai syarat memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian penulis menulis skripsi berjudul “Desain dan Uji Unjuk Kerja Tungku Briket Biomassa”.  

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, salawat serta salam, penulis haturkan kehadirat Nabi Muhammad SAW serta para sahabatnya. Semoga kita menjadi umatnya yang dimuliakan. Berkat Rahmat dan Karunia-Nya lah penulis dapat menyelesaikan skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh vi  

gelar Sarjana Teknologi Pertanian yang berjudul “Desain dan Uji Unjuk Kerja Tungku Briket Biomassa”. Ucapan terima kasih tak lupa penulis ucapkan kepada pihak-pihak yang telah membantu kelancaran penelitian dan penulisan skripsi: 1. Ir. Sri Endah Agustina, MS, selaku dosen pembimbing akademik yang telah memberikan arahan dan bimbingan selama penulis melakukan penelitian hingga penyusunan skripsi. 2. Dr. Ir. Dyah Wulandani, M.Si dan Ir. Agus Sutejo, M.Si selaku dosen penguji yang telah memberikan kritik dan saran yang membangun kepada penulis. 3. Papa (Ir. Handy Suryadarma) dan Mama (Ermiwati) yang selalu memberikan kasih sayang, semangat, serta bantuan moril dan materil selama ini. 4. Tommy Herdiansyah, Aprilia Susanti, Mutia Tridamayanti yang selalu memberikan motivasi dan dorongan serta seluruh keluarga yang telah mendukung penulis. 5. Kru CV Daud Teknik Maju Cibereum dan Johar Teknik atas bantuan selama melakukan penelitian. 6. Teman sebimbingan : Sulistiono Ary Wibowo, Elyana Rohmaningrum, dan Triono atas bantuan, jajak pendapat, kritikan, dan masukan yang diberikan selama ini. Kebersamaan kita selalu memberikan masukan positif untuk kebaikan kita. 7. Teman-teman seperjuangan TEP 41 (Prima, Vidy, Age, Anggi, Firly, Tiwi, Anan, Nurul, Tania, Candra, Badar, Asep, Ian, Gilang, Frima, Ronal, Arif, Winda, Adi Budi, Ludy, Salix, Dede, Ana, Shohib, Anes, Nana, Nera, Ida, Cahya, Kusnanto, Wahid, Lia, Mely, Ismi, Eko, Taopik, Boris, Ambi, Ali, Dara, Aris, Sukris, Heru dan lain-lain) atas semangat, dukungan, ide-ide kreatif, dan kerjasama selama ini. 8. Teman-teman Wisma Ar-Riyadh (Ary, Prima, Indri, Uci, Tiara, Isna, Hadidah, Tiwi, Mita, Nia dan lain-lain) atas motivasi, semangat, dan keceriaan yang selalu kita bagi bersama. 9. Anissa Putri Nasyiah, Revi Desrizki, Febrisa Harmitha, Sandra Veradillavita, Armand Syarif, Novi Sulistiani Pratiwi, Susetyo Dwi Prio dan teman-teman vii  

SMAN 1 Depok angkatan 2004 atas keceriaan, semangat, dan kebersamaan yang telah diberikan. 10. Pramadita Suryanagara, atas motivasi terbaik dan keceriaan yang diberikan kepada penulis. 11. Elizabeth Siagian, Lukman Adlin Harahap, Trimufli Hamdy, dan Zinuria Wafa atas semangat dan keceriaan yang diberikan. 12. Mas Firman, Pak Harto, dan Mas Darma, atas bantuannya selama melakukan penelitian. 13. Pihak-pihak lain yang tidak bisa penulis sebutkan satu per satu.  

Tak ada gading yang tak retak, begitu juga dengan penulisan kali ini, masih banyak kekurangannya. Penulis mohon maaf atas segala kekurangan selama pelaksanaan penelitian dan selama penulisan skripsi. Maka dari itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun untuk penyempurnaan penulisan berikutnya. Semoga laporan penelitian ini bermanfaat bagi pembacanya.

Bogor, September 2008

Penulis

viii  

DAFTAR ISI

Kata Pengantar .............................................................................................. i Daftar Isi ....................................................................................................... iii Daftar Tabel .................................................................................................. v Daftar Gambar............................................................................................... vii Daftar Lampiran ............................................................................................ ix I. PENDAHULUAN ..................................................................................... 1 A. Latar Belakang ............................................................................. 1 B. Tujuan........................................................................................... 4 II. TINJAUAN PUSTAKA .......................................................................... 5 A. Biomassa Sebagai Sumber Energi Alternatif .............................. 5 B. Potensi Limbah Biomassa Sebagai Sumber Energi ..................... 7 C. Briket Biomassa ........................................................................... 9 D. Tungku Briket Biomassa ............................................................. 11 E. Teori Pembakaran Bahan Bakar Biomassa .................................. 17 F. Pindah Panas Pada Sistem Tungku .............................................. 23 G. Efisiensi Tungku ......................................................................... 25 III. METODOLOGI PENELITIAN............................................................. 28 A. Perancangan Tungku Briket Biomassa ........................................ 28 B. Uji Unjuk Kerja ........................................................................... 30 IV. RANCANGAN TUNGKU BRIKET BIOMASSA ............................... 38 A. Pendekatan Desain ....................................................................... 38 B. Observasi Kebutuhan ................................................................... 40 C. Analisis Teknik ............................................................................ 42 D. Desain Fungsional ....................................................................... 45 ix  

E. Desain Struktural.......................................................................... 46 V. HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................ 49 A. Tungku Briket Biomassa Hasil Rancangan ................................. 49 B. Uji Unjuk Kerja Tungku Briket Biomassa Hasil Rancangan ...... 52 B.1 Uji tungku hasil rancangan, 6 lubang inlet .......................... 52 B.2 Uji tungku hasil rancangan, 16 lubang inlet ......................... 58 B.3 Perbandingan Unjuk Kerja Tungku Hasil Rancangan dengan Tungku yang ada di Pasaran dan Anglo (Tungku Gerabah) 62 B.3.1 Lama Pemanasan Air dan Laju Pembakaran ............... 63 B.3.2 Panas Efektif ................................................................ 66 B.3.3 Analisis Pindah Panas Sistem ...................................... 67 B.3.4 Efisiensi Sistem ........................................................... 71 B.3.5 Faktor Pendukung Unjuk Kerja Tungku ..................... 72 C. Analisis Prospek Penggunaan Tungku Briket Arang Sekam sebagai Pengganti Kompor Minyak Tanah ................................... 74 C.1 Analisis kelayakan tungku briket arang sekam ................... 75 C.2 Analisis kelayakan kompor minyak tanah........................... 76 VI. KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................. 78 A. Kesimpulan .................................................................................. 78 B. Saran ............................................................................................ 79 Daftar Pustaka ............................................................................................... 80 Lampiran ....................................................................................................... 83

x