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  

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Konsumsi energi untuk memasak di pedesaan Indonesia ............. 1 Tabel 2.1 Potensi beberapa jenis limbah biomassa di Indonesia .................. 7 Tabel 2.2 Nilai kalor limbah biomassa pada berbagai kadar air ................... 8 Tabel 2.3 Nilai kalor beberapa jenis briket dan limbah biomassa ................ 10 Tabel 2.4 Kesetimbangan panas pada berbagai jenis tungku ....................... 15 Tabel 2.5 Hasil pengujian beberapa jenis tungku briket ............................... 17 Tabel 2.6 Kandungan unsur dan sifat-sifat beberapa bahan bakar padat ...... 18 Tabel 2.7 Faktor koreksi kelembaban udara ................................................. 22 Tabel 4.1 Hubungan suhu ruang pembakaran untuk jarak saluran udara 0.21 m terhadap luas saluran udara .............................................. 44 Tabel 4.2 Spesifikasi tungku briket hasil rancangan dengan dua tungku pembanding .................................................................................. 47 Tabel 4.3 Perbandingan tungku briket hasil rancangan dengan dua tungku pembanding .................................................................................. 48 Tabel 5.1 Spesifikasi tungku briket hasil rancangan..................................... 50 Tabel 5.2 Data hasil pengukuran tungku hasil rancangan, 6 lubang inlet .... 53 Tabel 5.3 Data suhu hasil pengamatan tungku hasil rancangan, 6 lubang inlet (ulangan pertama) .................................................................. 54 Tabel 5.4 Data suhu hasil pengamatan tungku hasil rancangan, 6 lubang inlet (ulangan kedua) ..................................................................... 55 Tabel 5.5 Data suhu hasil pengamatan tungku hasil rancangan, 6 lubang inlet (ulangan ketiga) ..................................................................... 56 Tabel 5.6 Data hasil pengukuran tungku hasil rancangan, 16 lubang inlet .. 58 Tabel 5.7 Data suhu hasil pengamatan tungku hasil rancangan, 16 lubang inlet (ulangan pertama) .................................................................. 59 Tabel 5.8 Data suhu hasil pengamatan tungku hasil rancangan, 16 lubang inlet (ulangan kedua) ..................................................................... 60 xi  

Tabel 5.9 Data suhu hasil pengamatan tungku hasil rancangan, 16 lubang inlet (ulangan ketiga) ..................................................................... 61 Tabel 5.10 Unjuk kerja tungku hasil rancangan dan tungku-tungku pembanding .................................................................................. 63 Tabel 5.11 Lama pemanasan air pada tiap tungku ........................................ 64 Tabel 5.12 Laju pembakaran bahan bakar pada tiap tungku......................... 64 Tabel 5.13 Faktor pendukung unjuk kerja tungku ........................................ 73 Tabel 5.14 Perbandingan penggunaan tungku briket arang sekam dengan kompor minyak tanah ................................................................... 77

xii  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Pilihan alur konversi biomassa ................................................. 6 Gambar 2.2 Kegunaan briket untuk pemenuhan kebutuhan masyarakat ...... 10 Gambar 2.3 Skema kompor briket ............................................................... 12 Gambar 2.4a Kompor briket buatan Tekmira ............................................... 13 Gambar 2.4b Kompor briket buatan pengrajin di Surabaya ......................... 14 Gambar 2.4c Tungku berbahan bakar biomassa di Cambodia ..................... 14 Gambar 2.5 Sistem pindah panas pada tungku ............................................. 25 Gambar 3.1 Tahapan perancangan ................................................................ 28 Gambar 3.2 Tungku briket hasil rancangan .................................................. 31 Gambar 3.3 Tungku yang ada di pasaran...................................................... 31 Gambar 3.4 Tungku gerabah (anglo) ............................................................ 31 Gambar 3.5 Tahapan uji unjuk kerja............................................................. 33 Gambar 3.6 Prosedur pengujian dan data yang diperlukan .......................... 34 Gambar 3.7 Skema pemasangan alat ukur .................................................... 36 Gambar 3.8 Skema pindah panas sistem tungku hasil pengujian ................. 37 Gambar 4.1 Tungku briket metal yang ada di pasaran ................................. 39 Gambar 4.2 Tungku gerabah (anglo) ............................................................ 39 Gambar 4.3 Skema bagian-bagian kompor briket biomassa......................... 40 Gambar 5.1a Tungku hasil rancangan .......................................................... 49 Gambar 5.1b Tungku hasil rancangan, lubang inlet tertutup ........................ 49 Gambar 5.1c Tungku hasil rancangan, 6 lubang inlet .................................. 49 Gambar 5.1d Tungku hasil rancangan, 16 lubang inlet ................................ 49 Gambar 5.2 Tiga lapis dinding tungku hasil rancangan ............................... 51 Gambar 5.3 Tuas pengatur pembukaan lubang udara ................................... 51 xiii  

Gambar 5.4 Grafik pengamatan suhu tungku hasil rancangan, 6 lubang inlet (ulangan 1)............................................................................. 54 Gambar 5.5 Grafik pengamatan suhu tungku hasil rancangan, 6 lubang inlet (ulangan 2)............................................................................. 55 Gambar 5.6 Grafik pengamatan suhu tungku hasil rancangan, 6 lubang inlet (ulangan 3)............................................................................. 56 Gambar 5.7 Grafik pengamatan suhu tungku hasil rancangan, 16 lubang inlet (ulangan 1)............................................................................. 59 Gambar 5.8 Grafik pengamatan suhu tungku hasil rancangan, 16 lubang inlet (ulangan 2)............................................................................. 60 Gambar 5.9 Grafik pengamatan suhu tungku hasil rancangan, 16 lubang inlet (ulangan 3)............................................................................. 61 Gambar 5.10 Grafik perbandingan laju pembakaran, lama pemanasan air dan suhu bara pada tiap tungku ..................................................... 65 Gambar 5.11 Perbandingan panas efektif yang dihasilkan tiap tungku ........ 67 Gambar 5.12 Nilai QL1-QL6 dan Qoutput pada masing-masing tungku yang diuji ....................................................................................... 69 Gambar 5.13 Perbandingan suhu bara, QL1-QL6 dan Qoutput pada masing-masing tungku yang diuji ................................................. 69 Gambar 5.14 Efisiensi tiap tungku................................................................ 72

xiv  

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Gambar isometri tungku briket hasil rancangan........................ 84 Lampiran 2 Gambar tampak samping tungku briket hasil rancangan .......... 85 Lampiran 3 Gambar detail tungku briket hasil rancangan ............................ 86 Lampiran 4 Spesifikasi tungku yang diuji .................................................... 87 Lampiran 5 Kehilangan panas dan panas terpakai ........................................ 88 Lampiran 6 Panas dari hasil penjumlahan QL .............................................. 89 Lampiran 7 Panas efektif tiap tungku ........................................................... 90 Lampiran 8 Energi panas input dari bahan bakar terpakai............................ 91 Lampiran 9 Hasil pengujian efisiensi tungku ............................................... 92 Lampiran 10 Efisiensi sistem tiap tungku ..................................................... 93 Lampiran 11 Koefisien perhitungan kehilangan panas pada sistem tungku . 94

xv  

I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang 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). Hal ini berarti pemenuhan kebutuhan energi rumah tangga merupakan hal terpenting yang harus diperhatikan. Kebutuhan dasar energi rumah tangga merupakan jumlah energi yang efektif untuk menghasilkan tenaga yang diperlukan untuk memenuhi kebutuhan dasar manusia seperti memasak, penerangan, dan lain-lain yang berasal dari berbagai sumber energi yang tersedia. Salah satu kegiatan yang memerlukan energi untuk rumah tangga adalah memasak. Berdasarkan penelitian Hadi (1979) dalam Amaru (2004) konsumsi energi untuk memasak di pedesaan Indonesia adalah sebesar 822.13 x 103 kkal/kapita per tahun seperti terlihat pada Tabel 1.1. Tabel 1.1 Konsumsi energi untuk memasak di pedesaan Indonesia/kapita per tahun Bahan bakar

Jumlah

Jumlah

Nilai Kalor 3

Efisiensi

Kebutuhan energi

(kg)

(m /liter)

(10 kkal)

(%)

memasak (103 kkal)

Kayu bakar

879.3

1758 m3

3077.5

22.4

689.36

Semak

162.4

0.325 m3

568.5

22.4

127.34

1041.7

2083 m3

3645.9

19.074 lt

186.9

dan

3

nabati lain Jumlah Minyak tanah

Jumlah

3832.92

Sumber : Hadi (1979) dalam Amaru (2004)

xvi  

816.70 35

65.43 882.13

Penelitian lainnya mengatakan bahwa konsumsi energi untuk memasak pada tahun 2000 diperkirakan berdasarkan asumsi kebutuhan energi untuk memasak dengan kayu bakar sebesar 0.96 m3 kayu bakar per orang per tahun (Purnomo, 1990 dan CSIS, 1983 dalam Niode, 2000). Jumlah kapita per rumah tangga diasumsikan empat, nilai kalor kayu bakar rata-rata sebesar 0.0135 x 10-6 PJ/kg, berat jenis rata-rata kayu bakar 0.62 ton/m3, dan efisiensi tungku kayu bakar 12.5%, sehingga energi berguna rata-rata untuk memasak adalah 1.0044 x 10-6 PJ/kapita per tahun (Niode, 2000). Menurut Handbook Statistik Ekonomi Energi Indonesia dalam neraca energi Indonesia tahun 2004, penggunaan BBM sebagai sumber energi untuk rumah tangga sebesar 60 856 SBM (Setara Barel Minyak). Sebagian besar energi yang digunakan oleh rumah tangga di Indonesia saat ini adalah minyak tanah. Penggunaan minyak tanah sebagai sumber energi untuk rumah tangga atau industri kecil, yang masih perlu mendapatkan subsidi. Konsumsi minyak tanah yang tinggi tidak diimbangi dengan cadangan minyak yang dimiliki Indonesia. Karena terbatasnya produksi minyak tanah yang dihasilkan kilang-kilang dalam negeri, maka sebagian minyak tanah yang dikonsumsi dalam negeri didatangkan dari luar, antara lain dari Singapura, India, dan Timur Tengah. Harga minyak tanah impor akan membubung tinggi saat harga minyak mentah juga tinggi. Demikian juga subsidi yang harus diberikan pemerintah akan semakin besar manakala harga minyak mentah tinggi. Harga minyak di pasaran internasional pada US$140/barrel

(Susanto,

2008).  Oleh

sebab

Juli 2008 berada di itu

pemerintah

harus

mengembangkan berbagai macam sumber energi termasuk sumber energi yang dapat diperbaharui. Salah satu sumber energi terpenting untuk negara berkembang adalah biomassa atau limbah biomassa. Pemanfaatan biomassa sebagai sumber energi merupakan salah satu alternatif penggadaan energi terbarukan untuk masyarakat yang murah dan ramah lingkungan. Biomassa merupakan salah satu potensi sumber energi yang dapat dimanfaatkan untuk mengatasi masalah tersebut. Potensi biomassa pada tahun

xvii  

2004 tercatat setara dengan 49.81 GW namun baru dimanfaatkan sebesar 302.4 MW (www.esdm.go.id dalam Riseanggara, 2008). Indonesia memiliki potensi sumber energi biomassa yang tinggi berasal dari limbah pertanian-kehutanan seperti sekam padi (280 kg/ton gabah), batang padi (5000 kg/ton gabah), bagas (280 kg/ton gula), batok kelapa (150 kg/ton kelapa), dan lain-lain (Agustina, 2006 dalam Riseanggara, 2008). Pemanfaatan limbah biomassa dapat dilakukan secara langsung sebagai bahan bakar, dikonversi dulu menjadi arang, atau dikempa terlebih dahulu menjadi briket. 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 sebagai bahan bakar memiliki beberapa keuntungan, antara lain lebih mudah dalam proses pembakaran dan penyimpanannya. Selain itu, pemanfaatan limbah biomassa menjadi briket juga membuka peluang bisnis yang menjanjikan. Keunggulan pembakaran briket biomassa yaitu lebih aman karena tidak menghasilkan emisi karbonmonoksida (CO), nitromonoksida (NO), atau sulfur (SO) saat dibakar sedangkan briket batubara mengeluarkan emisi CO sekitar 106 ppm sepanjang dua hingga tiga jam pembakaran (Republika online, 2005). Penggunaan briket biomassa perlu disertai dengan pengadaan kompor atau tungku yang harus disesuaikan dengan kebutuhan masyarakat. Tungku briket biomassa perlu dibuat berdasarkan standar teknis dan ergonomis agar penggunaannya tidak membahayakan masyarakat yang menggunakan tungku tersebut. Persyaratan kompor atau tungku adalah memiliki ruang bakar untuk briket, aliran udara (oksigen) dari lubang bawah menuju lubang atas dengan xviii  

melewati ruang bakar briket yang terdiri dari aliran udara primer dan sekunder, dan ada ruang untuk menampung abu briket yang terletak di bawah ruang bakar briket. 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 pemakaian. Target pengguna dari tungku yang dirancang adalah rumah tangga, penjual makanan saji di jalan, restoran, warung dan penjual makanan yang menggunakan gerobak dorong. B. Tujuan Penelitian 1. Merancang tungku briket biomassa untuk rumah tangga atau home industry. 2. Melakukan uji unjuk kerja tungku hasil rancangan tersebut.

xix  

II. TINJAUAN PUSTAKA A. Biomassa Sebagai Sumber Energi Alternatif Biomassa adalah bahan organik yang dihasilkan melalui proses fotosintesis, baik berupa produk maupun buangan. (Abdullah et all, 1998). Dalam industri produksi energi, biomassa merujuk pada bahan biologis yang hidup atau yang baru mati yang dapat digunakan sebagai sumber bahan bakar atau untuk produksi industrial. Umumnya biomassa merujuk pada materi tumbuhan yang dipelihara untuk digunakan sebagai biofuel, tapi dapat juga mencakup materi tumbuhan atau hewan yang digunakan untuk produksi serat, bahan kimia, atau panas. Biomassa dapat pula meliputi limbah terbiodegradasi yang dapat dibakar sebagai bahan bakar. Biomassa tidak mencakup materi organik yang telah tertransformasi oleh proses geologis menjadi zat seperti batubara atau minyak bumi. Contoh biomassa antara lain tanaman, pepohonan, rumput, ubi, limbah pertanian dan limbah hutan, tinja dan kotoran ternak. Penemuan pemanfaatan biomassa sebagai bahan baku energi secara umum menarik perhatian dunia dalam beberapa tahun terakhir ini. Tujuan utama dari usaha-usaha tersebut adalah untuk mencari pengganti sumber daya fosil seperti minyak bumi, gas alam, dan batubara dengan sumber-sumber yang dapat diperbaharui (renewable). Biomassa atau limbah biomassa kini dapat dijadikan sebagai salah satu sumber energi alternatif dengan berbagai pilihan jalur konversi energi yang diinginkan. Biomassa terutama dalam bentuk kayu bakar dan limbah pertanian merupakan sumber energi tertua. Hingga sekarang, biomassa sebagai sumber energi masih cukup berperan terutama di negara-negara berkembang (tidak termasuk OPEC) pada tahun 1977 adalah 2.6 BOE per kapita per tahun, atau sekitar 54% dari konsumsi energi secara keseluruhan (Abdullah et all, 1998). Selain itu, menurut satu perkiraan teroritis, jumlah biomassa yang dihasilkan setahun oleh seluruh dunia mencapai 75 milyar ton, atau sekitar 1500 juta barrel minyak equivalen per hari. Di Indonesia, biomassa merupakan salah satu sumber daya alam yang sangat penting. Produk primer yang dihasilkan seperti serat, kayu, minyak, xx  

bahan pangan, dan lain-lain, selain digunakan untuk kebutuhan domestik juga diekspor untuk mendatangkan devisa bagi negara. Selain digunakan untuk tujuan primer, biomassa juga digunakan sebagai sumber energi (bahan bakar). Umumnya yang digunakan sebagai bahan bakar adalah biomassa yang nilai ekonomisnya rendah atau merupakan limbah setelah diambil produk primernya. Biomassa sebagai sumber energi biasanya diperoleh dari areal hutan (limbah tebangan, patahan cabang dan ranting), pertanian (limbah pertanian), perkebunan (pohon atau tanaman yang diremajakan, limbah pasca panen dan limbah pengolahan), pemukiman (pohon, tanaman kayu, tinja dan sampah), peternakan (kotoran ternak), dan limbah beberapa jenis industri (Abdullah et all, 1998). Alternatif jalur konversi yang dapat dilakukan dalam pemanfaatan biomassa sebagai sumber energi dapat dilihat pada Gambar 2.1.

Mikrobiologis

Engine/motor

Gas

Generator Gasifikasi Biomassa/ Limbah biomassa

Pirolisa

Energi listrik

Turbin Tungku/kompor/ burner

Arang

Energi mekanis

Tar Pembakaran langsung

Densifikasi

Energi panas Bahan bakar padatan

Boiler

Uap

Jalur teknologi yang dipilih pada penelitian ini Gambar 2.1 Pilihan alur konversi biomassa (Sumber: Abdullah et all, 1998)

xxi  

Sistem engine/turbin uap

B. Potensi Limbah Biomassa Sebagai Sumber Energi Limbah Biomassa yang digunakan sebagai sumber energi pada umumnya adalah biomassa yang nilai ekonomisnya rendah atau merupakan limbah setelah diambil produk primernya. Potensi beberapa limbah biomassa dapat dilihat pada Tabel 2.1. Tabel 2.1 Potensi beberapa jenis limbah biomassa di Indonesia No Komoditi/produk

Tipe limbah biomassa

1

Padi (gabah)

Batang padi

5000 kg/ton gabah

2

Beras

Sekam padi

280 kg/ton gabah

3

CPO

Pelepah daun

24.84 ton/Ha

4

CPO

Tandan kosong (FEB)

200 kg/ton FFB

5

CPO

Serat dan cangkang

420 kg/ton CPO

6

CPO

Kayu (replanting)

74.5 ton/Ha replanting

7

CPO

Lumpur sawit

NA

8

Jagung

Bonggol jagung

NA

9

Ubi kayu

Batang pohon

800 kg/ton ubi kayu

10

Gula tebu

Bagas

280 kg/ton gula

11

Kayu

Serbuk gergaji

NA

12

Kelapa

Serat

280 kg/ton kelapa

13

Kelapa

Batok kelapa

150 kg/ton kelapa

14

Karet

Kayu (peremajaan)

1500 m3/Ha peremajaan

15

Kakao

Kulit buah kakao

NA

16

Kopi

Daging buah & kulit kopi NA

17

Minyak jarak

Kulit/daging buah

NA

18

Minyak jarak

Cangkang buah

NA

19

Minyak jarak

Getah

NA

20

Minyak jarak

Ampas jarak

700 kg/ton biji jarak

Sumber: Agustina, 2006 dalam Riseanggara, 2008

xxii  

Potensi limbah

Tiap limbah biomassa memiliki potensi yang dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif. Hal ini dapat dilihat dari nilai kalor yang terkandung dalam limbah biomassa tersebut. potensi limbah biomassa dan nilai kalor yang dikandungnya dapat dilihat pada Tabel 2.2. Tabel 2.2 Nilai kalor limbah biomassa pada berbagai kadar air Produk

Kadar air

Nilai kalor (MJ/kg)

Bubuk kayu (papan)

8

17.9

Bubuk kayu (kayu padat)

12

16.6

Serbuk gergaji (papan)

10

17.6

Serbuk gergaji (kayu padat)

15

15.9

Serutan kayu (shaving)

15

15.9

Kepingan kayu (wood chip)

15

15.9

Balak kering-udara

20

15.3

Balak basah

60

10.7

Kulit kayu

60

10.5

Sekam**

10

13.8

Arang kayu**

NA

23.9

Sumber : Philip, 1980 dalam Budiman, 1990 **  www.pustaka-deptan.go.id, NA = Not Available

Bila melihat potensi limbah biomassa yang begitu besar sebagai sumber energi alternatif maka pemasyarakatan penggunaan limbah biomassa sebagai energi altenatif sangat dimungkinkan. Pengurangan konsumsi bahan bakar fosil sesuai dengan blue print pengelolaan energi nasional 2005-2025, kebijakan Indonesia memiliki sasaran salah satunya adalah meningkatkan energi terbarukan (penggunaan energi

biomassa) menjadi 15% dari total

pemakaian sumber energi (Agustina, 2006 dalam Riseanggara, 2008). Energi biomassa kadang tidak dimasukkan sebagai sumber energi komersial seperti BBM, tetapi transaksi energi biomassa di Indonesia (kayu bakar, arang, briket xxiii  

biomas) mencapai 2,317 juta US dollar pertahun (Regional Wood Energi Development Program-RWEDP-FAO, 1996 dalam Robith, 2004). C. Briket Biomassa Densifikasi atau pengempaan adalah salah satu cara untuk memperbaiki sifat suatu bahan agar mudah dalam penanganan maupun penggunaannya (Abdullah et all, 1998). Densifikasi merupakan alternatif konversi biomassa yang bertujuan untuk meningkatkan nilai ekonomis suatu limbah biomassa. Limbah biomassa yang tidak bernilai ekonomis dikonversi menjadi produk lain yang memiliki nilai tambah. Proses ini merupakan usaha pemanfaatan sumber daya alam yang renewable untuk menghasilkan sumber energi yang ramah lingkungan. Pada prinsipnya, semua jenis biomassa atau limbah biomassa dapat dimampatkan atau dikempa menjadi bahan bakar briket. Teknologi pembriketan atau densifikasi dapat membantu memperbaiki karakteristik bahan bakar biomassa. Umumnya yang diolah dengan proses ini adalah bahan yang ukuran partikelnya kecil, berbentuk serbuk, atau berbentuk lainnya yang mengakibatkan penanganan maupun penggunaannya sebagai bahan bakar kurang disukai. Sebagai contoh adalah serbuk gergaji, sekam, bagase, rumput dan daun-daunan, dan sebagainya. Dalam proses ini, bahan baku biomassa atau limbah biomassa dikempa dengan tekanan tertentu sehingga diperoleh kepadatan yang dikehendaki. Hasil pengempaan biomassa atau limbah biomassa disebut briket biomassa atau bio-briquatte. Densifikasi juga dapat dilakukan pada bahan berupa arang, dan hasilnya disebut briket arang. Nilai kalor beberapa briket biomassa dapat dilihat pada Tabel 2.3. Menurut Abdullah et all (1998), beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam densifikasi (pengempaan) yaitu kondisi bahan, perekat, tekanan pengempaan, alat/mesin pengempa, karbonisasi, dan mutu briket yang dihasilkan. Kegunaan briket biomassa dapat dilihat pada Gambar 2.2. Proses pembuatan briket biomassa dimulai dari persiapan bahan baku, karbonisasi, sortasi dan penggilingan, pencampuran dengan perekat, pengempaan, pengeringan, briket (Riseanggara, 2008). xxiv  

Tabel 2.3 Nilai kalor beberapa jenis briket biomassa dan limbah biomassa No

Jenis briket dan biomassa

Nilai kalor (kJ/kg)

1

Briket bagasse

17 638

2

Briket ampas jarak (B2TE-BPPT)

16 399

3

Briket ampas jarak (Tracon Ind)

16 624

4

Briket arang ampas jarak

19 724

5

Briket serbuk gergaji

18 709

6

Kayu bakar (jenis Akasia)

17 270

7

Arang batok kelapa

18 428

8

Bonggol jagung

15 455

9

Briket arang bonggol jagung

20 174

10

Briket limbah lumpur sawit

10 896

11

Getah jarak (gum)

23 668

12

Briket alang-alang

16 247

Sumber : Agustina, 2007 dalam Riseanggara, 2008

Gambar 2.2 Kegunaan briket untuk pemenuhan kebutuhan masyarakat (Sumber : www.tekmira.esdm.go.id) xxv  

D. Tungku Briket Biomassa Tungku merupakan alat yang digunakan untuk mengkonversi energi potensial biomassa menjadi energi panas. Tungku bagi masyarakat merupakan salah satu alat yang penting untuk memasak. Jenis tungku beraneka ragam sesuai dengan kebudayaan daerah setempat dan jenis bahan bakar yang digunakan. Penggunaan briket biomassa sebagai sumber energi alternatif pembakaran harus disertai dengan keberadaan kompor atau tungku yang menunjang kebutuhan pembakaran bahan bakar briket biomassa tersebut. Pada prinsipnya, kompor atau tungku dibedakan menjadi dua macam, yaitu tungku portabel atau kompor, jenis ini pada umumnya memuat briket antara 1 - 8 kg serta dapat dipindah-pindahkan, jenis ini digunakan untuk keperluan rumah tangga atau rumah makan dan tungku permanen, memuat lebih dari 8 kg briket dibuat secara permanen, jenis ini dipergunakan untuk industri kecil atau menengah. Johannes (1984) dalam Djatmiko (1986) membedakan tungku atau kompor pembakaran biomassa atas beberapa jenis, yaitu: (1) Tungku biomassa, dimana bahan bakar biomassa langsung dibakar, misalnya tungku lorena, singer, dan lain-lain. (2) Tungku bioarang, menggunakan bahan bakar arang, misalnya anglo dan keren. (3) Tungku hibrida, menggunakan bahan bakar biomassa dan arang yang disusun sedemikian agar asap dapat terbakar sehingga menghasilkan energi lebih banyak. Persyaratan kompor atau tungku briket biomassa harus memiliki antara lain ada ruang bakar untuk briket, adanya aliran udara (oksigen) dari lubang bawah menuju lubang atas dengan melewati ruang bakar briket yang terdiri dari aliran udara primer dan sekunder, dan ada ruang untuk menampung abu briket yang terletak di bawah ruang bakar briket. Skema kompor briket dapat dilihat pada Gambar 2.3.

xxvi  

Gambar 2.3 Skema kompor briket (Sumber : www.tekmira.esdm.go.id) Selain itu, tungku juga harus memenuhi beberapa kriteria agar produknya dapat digunakan oleh masyarakat, antara lain memiliki efisiensi yang tinggi, higienis, mudah dinyalakan, alat masak dapat diletakkan di atas lubang dapur setelah pembakaran awal, tidak menghasilkan asap dan debu yang berlebihan, bersih, ramah lingkungan, ekonomis, dan mudah digunakan. Beberapa kriteria dalam desain tungku atau kompor rumah tangga yang harus diperhatikan antara lain kriteria teknis, budaya, kesehatan, dan keamanan (Hydari et all, 1979 dalam Febriyantika, 1998). Kriteria teknis tungku atau kompor harus mencapai tiga sasaran, yaitu: (1) Mendapat produk yang dapat diproses dengan mudah dan dapat diandalkan. Untuk tujuan itu suhu dan siklus tungku atau kompor harus dikendalikan. (2) Harus menggunakan bahan bakar dan bahan bantuan seminimal mungkin. Penghematan bahan bakar menyangkut dua hal, yaitu: a. Pemanfaatan kalor maksimum dengan cara alih kalor yang baik dan isolasi pada tempat-tempat tertentu. b. Pemanfaatan kalor terbuang. (3) Mendapat hasil dengan modal awal dan pemeliharaan murah. Kapasitas dan kualitas tungku atau kompor menentukan sasaran yang ketiga ini. Kualitas tungku atau kompor tergantung pada desain sederhana dari penyediaan bahan lokal yang baik untuk konstruksi tungku atau kompor. xxvii  

Dasar pemikiran dalam mendesain suatu tungku antara lain kebutuhan penggunaan sumber daya yang ada. Data teknis dan parameter sosial diperlukan untuk mendesain tungku yang tepat guna. Beberapa data yang dibutuhkan untuk mendesain suatu tungku menurut project officer Cambodia Fuelwood Saving Project (CFSP) dalam Glow, 2001 antara lain: 1. Fungsi tungku : dilihat dari keperluan penggunaan, seperti untuk merebus, menggoreng, mengukus, memanggang, mengasap, mendidihkan dalam waktu lama, dan lain-lain. 2. Bahan-bahan tungku: material yang digunakan (aluminium, tembaga, kuningan, plat besi, besi tuang, stainless stell, keramik, tembikar), bentuk (datar

atau

dasarnya

berbentuk bola), karakteristik penggunaan

(pemberian tekanan atau tekanan normal), tipe penggunaan (merebus, menggoreng, dan lain-lain), ukuran (diameter, tinggi). 3. Kebiasaan memasak: posisi memasak (duduk, berdiri, jongkok, menekuk kaki), tradisi dan kebisaan-kebiasaan sosial. 4. Tipe bahan bakar dan ukuran: tipe (balok, kayu, limbah pertanian, batubara, limbah biomassa, kayu keras), ukuran bahan bakar. 5. Konstruksi tungku: bahan-bahan lokal yang tersedia, ukuran tungku, satu atau lebih lubang dapur . Beberapa tungku atau kompor briket yang telah beredar di pasaran dapat dilihat pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4a Kompor briket buatan Tekmira (sumber : www.tekmira.esdm.go.id) xxviii  

Gambar 2.4b Kompor briket buatan pengrajin di Surabaya (Sumber : http://surabaya.indonetwork.co.id)

Gambar 2.4c. Tungku berbahan bakar biomassa di Cambodia (Sumber: Glow, 2001) Untuk memperoleh efisiensi pembakaran yang baik dari sebuah kompor atau tungku, desain teknis tungku atau kompor harus diperhatikan. Menurut Drapper (1977) dalam Djatmiko (1986) perapian terbuka hanya menyadap tidak lebih dari 10 persen energi kayu sedangkan sebuah tungku yang ditingkatkan (tertutup) dapat memanfaatkan efisiensi 20 persen atau lebih. Rancangan tungku sangat menentukan sempurna atau tidaknya proses pembakaran berlangsung dan besarnya energi yang dapat dimanfaatkan oleh xxix  

tungku atau kompor tersebut. Selain itu, rancangan tungku juga akan menentukan laju pembakaran atau jumlah bahan bakar terbakar per satuan waktu (Abdullah et all, 1998). Tabel 2.4 memuat berbagai jenis tungku berbahan bakar biomassa dengan kesetimbangan panas yang terjadi pada tungku. Tabel 2.4 Kesetimbangan panas pada berbagai jenis tungku Jenis tungku

Kestimbangan panas yang terjadi

Tungku tradisional perapian terbuka

Berguna: 8% Untuk pemasakan Losses: 10% hilang terevaporasi dilubang dapur 82% hilang di lingkungan 

Tungku permanen dengan dua lubang dapur dan sebuah cerobong

Tungku permanen dengan tiga lubang dapur dan sebuah cerobong

Berguna: 11.8% diserap oleh alat masak pertama 3.6% diserap oleh alat masak kedua Losses: 29.2% diserap oleh badan tungku 1.9% hilang oleh radiasi dan konveksi dari badan tungku 39% hilang sebagai energi panas dalam aliran gas 2.7% hilang selama pembakaran tidak sempurna 11.8% tidak terhitung Berguna: 6% untuk pemasakan Losses: 4% hilang terevaporasi di lubang dapur 2.1% hilang dari permukaan alat masak 13.9% diserap oleh badan tungku 30.2% hilang sebagai energi panas dalam aliran gas 1.1% hilang sebagai monodiokasida 1.9% hilang untuk evaporasi bahan bakar 5.9% hilang sebagai panas laten dari penguapan uap air 11% hilang sebagai abu

xxx  

Tungku batubara Thailand

Berguna: 3.1 % diserap untuk pemasakan Losses: 4.6% hilang terevaporasi di lubang dapur 0.2% hilang karena konveksi dan radiasi dari jarank antara lubang dapur dengan alat masak 13% diserap oleh badan tungku 1.3% hilang karena konveksi dan radiasi dari badan tungku 2.1% hilang sebagai energi panas dalam aliran gas 0.7% hilang sebagai monodiokasida selama pembakaran tak sempurna 75% hilang saat konversi biomassa menjadi arang

Sumber : Baldwin, 1987

Menurut Arnold (1978) dalam

Djatmiko (1986) untuk mengurangi

kehilangan panas pada tungku atau kompor dapat dilakukan dengan memberi insulasi pada tungku atau kompor, mengatur lubang pemasukan udara dan penyempurnaan pembakaran, aliran udara dikonsentrasikan ke lubang dapur, desain pengeluaran (cerobong) yang sesuai untuk pengeluaran udara, pemakaian alat masak yang mengurangi kebocoran dan kehilangan panas. Dalam membuat tungku dengan efisiensi tinggi, faktor yang harus diperhatikan adalah konservasi panas. Panas yang hilang pada tungku dapat terjadi karena pembakaran yang tidak sempurna (incomplete combustion), kehilangan panas akibat pemanasan tungku, kehilangan panas dari dinding tungku ke alat pemasak, penggunaan energi untuk menguapkan air yang berlebih pada bahan bakar kayu yang memiliki kadar air tinggi, tidak digunakannya penutup alat masak ketika memasak, dan penggunaan potongan-potongan bahan bakar kayu yang telalu besar atau kecil (Axinn et all, 1980 dalam Surtikasari, 1995). Surtikasari menguji berbagai jenis tungku untuk mengetahui efisiensi termal. Jenis tungku yang diuji yaitu tiga jenis tungku khusus briket batubara dan tungku-tungku tradisional Indonesia, seperti tungku tanah liat, tungku semen,dan tungku seng. Bahan bakar yang digunakan Surtikasari adalah xxxi  

batubara. Hasil pengukuran beberapa jenis tungku pada penelitian Surtikasari, 1995 dapat dilihat pada Tabel 2.5. Tabel 2.5 Hasil pengujian beberapa jenis tungku   

Qin (kJ/kg) Qg (kJ/kg) ηg (%) Qe (kJ/kg) ηt (%) Qout (kJ/kg) ηp (%) ηs (%)

Tungku tanah liat Tungku semen Tungku seng anglo 6956.801 5515.355 5815.738 7992.04 5008.917 3765.971 4090.192 7121.76 72.088 68.277 70.392 88.949 1906.703 1366.736 1837.219 1833.04 27.591 24.74 31.619 22.958 1778.823 1238.36 1704.013 1754.51 93.3 90.38 92.706 95.695 25.74 22.423 29.322 21.969

Sumber : Surtikasari, 1995

E. Teori Pembakaran Bahan Bakar Biomassa Pembakaran adalah reaksi suatu zat dengan oksigen (O2). Pembakaran adalah salah satu konversi energi biomassa yang paling banyak dipakai karena menghasilkan energi panas langsung. Energi panas yang dihasilkan selain dapat dimanfaatkan langsung untuk proses panas, juga dapat diubah menjadi bentuk lain (listrik atau mekanis) dengan jalur konversi yang lebih panjang seperti pada Gambar 2.4. Pembakaran membutuhkan bahan bakar dan udara. Bahan bakar umumnya adalah senyawa hidrokarbon. Biomassa juga dapat digunakan sebagai bahan bakar. Proses pembakaran akan menghasilkan energi, semakin besar energi yang dihasilkan oleh pembakaran maka semakin baik fungsinya sebagai bahan bakar. Besarnya energi yang dihasilkan oleh pembakaran suatu bahan bakar tergantung pada jumlah karbon yang dikandung dan bentuk senyawanya, sempurna atau tidaknya pembakaran tersebut, terjadinya pembakaran habis. Menurut Dutt dan Ravindranath (1992) dalam Febriyantika (1998), syarat-syarat bahan bakar yang dapat digunakan di sektor rumah tangga maupun industri adalah: - Mudah dinyalakan - Tidak mengeluarkan asap yang berlebihan dan tidak berbau xxxii  

- Tidak mudah pecah dalam penanganan - Kedap air dan tidak berjamur atau tidak mengalami degradasi jika disimpan dalam waktu yang relatif lama - Kandungan abunya rendah (kurang dari 7% berat kering) - Harga dapat bersaing dengan bahan bakar lain Bahan bakar padat adalah bahan bakar yang berasal dari biomassa maupun hasil metamorfosa fosil-fosil tanaman masa lalu. Klasifikasi bahan bakar padat menurut Djokosetyardjo (1993) dalam Febriyantika (1998) adalah sebagai berikut : - Biomassa dan hasil-hasil olahannya. Contoh hasil biomassa adalah kayu, sedangkan contoh hasil olahan biomassa adalah arang kayu. - Barubara dan hasil olahannya. Yang tergolong batubara adalah peat, lignit, antrasit, dan sebagainya. Contoh hasil olahan batubara adalah briket batubara. - Kokas Bahan bakar padat mengandung unsur karbon (C), hidrogen (H), oksigen (O), nitrogen (N), abu, dan air (Djokosetyardjo, 1993 dalam Febriyantika 1998). Unsur-unsur tersebut membentuk ikatan kimia yang memiliki sifat khas untuk setiap jenis bahan bakar padat. Sifat-sifat bahan bakar padat berikut unsur-unsur yang terkandung di dalamnya dapat dilihat pada Tabel 2.6. Tabel 2.6 Kandungan unsur dan sifat-sifat beberapa bahan bakar padat Komposisi Persen Berat Bahan Bakar Antrasit Semi Antrasit Batubara Bituminous Lignit Peat Kokas Kayu Kering

C 83-87 63-76 46-56

H 3.5-4.0 3.5-4.8 3.5-5.0

O+N 3.0-4.7 8-10 9-16

S 0.9 0.5-1.8 0.2-3.0

H2O 1-3 5-15 18-32

37 38-49 80-90 35-45

7 3.0-4.5 0.5-1.5 3.0-5.0

13.5 19-25 1.5-5.0 -

0.5 0.2-1.0 0.5-1.5 -

37 16-29 1-5 7-22

Abu 4-6 4-14 2-10

5 1-9 5-12 0.33.0 Arang Kayu 85 1 12 3 Sumber : Porges (1976) dan Djokosetyardjo (1993) dalam Febriyantika (1998)

xxxiii  

Nilai Kalor (kJ/kg) 32500 26700 17000

Tpenyalaan (0C) 300-550 -

16300 13800 28000 14400

250-400 225-300 600-700 200-300

29600

-

Proses pembakaran bahan bakar padat terbagi menjadi dua tahap, yaitu tahap perubahan bahan bakar padat menjadi gas-gas yang beraneka ragam susunanya (ontgassing) misalnya H2, CH4, N2, C dan tahap mengoksidasi gasgas

yang

terbentuk

pada

ontgassing

(Djokosetyardjo,

1993

dalam

Febriyantika, 1998). Lebih lanjut Djokosetyardjo juga menyatakan bahwa bahan akar yang akan mengalami proses pembakaran, temperaturnya harus dinaikkan hingga mencapai temperatur penyalaan. Pada temperatur penyalaan proses penguraian dan oksidasi bahan bakar dapat berlangsung. Penguraian bahan bakar padat membutuhkan sejumlah panas, sedangkan oksidasi unsurunsur yang telah diuraikan membentuk panas. Bila panas yang terbentuk telah melebihi panas yang dibutuhkan maka proses penguraian dan oksidasi bahan bakar akan berlangsung lebih cepat, hingga seluruh bahan bakar dalam ruang pembakaran dapat terbakar. Secara umum pembakaran dibagi menjadi tiga, yaitu pembakaran sempurna, pembakaran tidak sempurna dan pembakaran habis. Pembakaran sempurna terjadi bila seluruh unsur karbon yang bereaksi dengan oksigen menghasilkan hanya CO2. Pembakaran yang tidak sempurna adalah pembakaran yang akan menghasilkan zat arang (C), gas CO, CO2 atau O2. Pembakaran habis terjadi bila seluruh karbon dalam bahan bakar tersebut bereaksi dengan oksigen. Pembakaran yang diharapkan terjadi adalah pembakaran sempurna dan habis. Pembakaran biomassa dengan oksigen dapat dituliskan dengan persamaan sebagai berikut: CH1.4O0.6 + 1.05 O2

CO2 + 1.4 H2O………………… (1)

1.05 volume oksigen

1.7 volume gas hasil pembakaran

atau

Jika pembakaran menggunakan udara, bukan oksigen murni, maka perhitungan akan berubah karena harus ditambahkan unsur nitrogen pada kedua sisi persamaan reaksi tersebut.

xxxiv  

Bila X menyatakan persentase udara tambahan untuk suplai O2, maka bentuk reaksi serta kebutuhan dari masing-masing komponennya adalah sebagai berikut: 1 m C + 4.76 m (1+X/100) m udara 1 m CO2 + 3.76 (1+X/100) m N2 + (X/100) m O2………………… (2) dimana m adalah mol. Persentase hasil reaksi dalam basis volume menjadi: CO2 = 100 (1+X/100) / 4.76%................................................................... (3) O2

= 100 ((X/100)/(4.7691 + X/100)) %................................................. (4)

N2

= 100 (3.7691 + X/100) /4.76 (1 + X/100))%.................................... (5)

Apabila udara tambahan tidak diperlukan maka X = 0 hingga persentase dari masing-masing gas adalah CO2 = 21%, O2 = 0%, N2 = 79%. Vtotal pada T=840oC adalah 196.4 m3/mol C. Reaksi dasar untuk proses pembakaran tidak habis dinyatakan dalam persamaan: 1 m C + 0.5 m O2

1 m CO………………………….. (6)

Jika pembakaran dilaksanakan dengan pemberian udara lebih X, maka bentuk persamaan keseluruhan menjadi: 1 kg C + 5.72 (1 + X/100) kg udara 1.33 kg CO + 4.39 (1 + X/100) kg N2 + (X/100) 1.33 kg O2……… (7)

Reaksi pembakaran unsur karbon dapat dijabarkan sebagai berikut: 1 mol C + 1 mol O2

1 mol CO2…………………. … (8)

atau 12.01 kg C + 32 kg O2

44.01 kg CO2……………….. (9)

Satu kilogram karbon memerlukan oksigen sebanyak 2.664 kg, sedangkan volume spesifik oksigen pada suhu 600F adalah 0.7375 m3/kg (Perry dan Chilton, 1973 dalam Budiman, 1990), maka volume oksigen yang dibutuhkan untuk pembakaran satu kilogram karbon adalah 1.9647 m3 oksigen. xxxv  

Reaksi pembakaran unsur hidrogen adalah: 1 mol H2 + 0.5 mol O2

1 mol H2O…………………… (10)

2.016 kg H2 + 16 kg O2

18.016 kg H2O………………(11)

atau Satu kilogram hidrogen memerlukan oksigen sebanyak 7.94 kg atau 5.85575 m3. Dari reaksi pembakaran di atas didapatkan volume oksigen minimum: Omin = 1.9647 C + 5.85575 H2 (m3/kg bahan bakar)…………………… (12) dimana : Omin

= Oksigen minimum yang dibutuhkan untuk pembakaran (m3/kg bahan bakar)

C

= Persentase unsur karbon

H2

= Persentase unsur hidrogen Untuk tujuan perhitungan pada proses pembakaran sering dianggap dalam

udara terkandung oksigen 21 persen volume dan nitrogen 79 persen volume, maka jumlah minimum yang diperlukan untuk pembakaran (Lmin) adalah: Lmin = 100/21 Omin (m3/kg bahan bakar) = 100/21 (1.9647 C + 5.85575 H2)…………………………. (13) Lebih lanjut Zabidi (1981) dalam Budiman (1990) menyatakan bahwa kelembaban mempengaruhi proses pembakaran, makin lembab udara maka pembakaran makin terganggu. Untuk memperhitungkan faktor kelembaban tersebut maka kebutuhan udara sesungguhnya adalah : Lw = Lmin * f…………………………………………………… (14) dimana : Lw = kebutuhan udara sesungguhnya (m3/kg bahan bakar) F

= faktor koreksi kelembaban udara (Tabel 2.7)

xxxvi  

Tabel 2.7 Faktor koreksi kelembaban udara Suhu (oC)

0

10

20

30

40

Nilai f

1.0049

1.0098

1.019

1.035

1.063

Jumlah aliran udara yang masuk melalui lubang masuk udara dapat didekati dengan persamaan : Q

= A x V…………………………………………………………. (15)

Jumlah bahan bakar yang terbakar dapat diduga dengan persamaan : Bbt = Q / Lw……………………………………………………….. (16) di mana: Q

= Jumlah aliran udara melalui lubang masuk udara (m3/detik)

A

= Luas lubang masuk udara (m2)

V

= Kecepatan aliran udara masuk (m/detik)

Bbt

= Jumlah bahan bakar yang terbakar per satuan waktu (kg bahan bakar/detik) Massa udara kering teoritis untuk pembakaran sempurna berbagai bahan

bakar tergantung pada persen dari berat karbon (C), hidrogen (H), oksigen (O), dan belerang (S) yang terkandung dalam bahan bakar tersebut dan dirumuskan sebagai : Mt

= 11.47 C + 34.28 (H-0/8) + 4.31 S……………………………. (17)

Dalam kenyataannya pembakaran sempurna sulit terjadi dengan kondisi laju massa udara kering teoritis, maka untuk mendekati keadaan pembakaran sempurna, perlu ditambah dengan X persen udara berlebihan (excess air). Ma = Mt + Mt (X)………………………………………………….. (18) Laju massa teoritis gas kering hasil pembakaran sempurna tergantung pada persen berat dari unsur karbon (C), hidrogen (H), oksigen (O), belerang (S), dan nitrogen (N) yang terkandung dalam bahan bakar. Ft

= 12.47 C + 35.28 (H-O/8) + 5.31 S + N……………………… (19)

Sedangkan laju massa sebenarnya gas hasil pembakaran: Fa

= Ft + Mt (X)………………………………………………….. (20) xxxvii

 

di mana : Mt

= Laju massa udara kering teoritis ( kg udara kering/detik)

Ma

= Laju massa udara kering sebenarnya (kg udara kering/detik)

Mt(X)

= Laju massa udara berlebih (kg udara kering/detik)

Ft

= Laju massa teoritis gas kering (kg udara kering/detik)

Fa

= Laju massa sebenarnya gas kering (kg udara kering/detik)

F. Pindah Panas pada Sistem Tungku Perpindahan panas yang terjadi akibat pembakaran bahan bakar terjadi secara konduksi, konveksi, dan radiasi. Pada keadaan mantap (steady state), kehilangan panas dari hasil pembakaran terjadi melalui permukaan dinding tungku dan melalui saluran udara dan gas hasil pembakaran. Sedangkan untuk gabungan aliran kalor konduksi dan konveksi dinyatakan dalam koefisien pindah panas menyeluruh (Holman, 1981 dalam Febriyantika, 1998). Pada keadaan mantap, kehilangan panas dari hasil pembakaran terjadi melalui permukaan dinding tungku secara konveksi (QL11) dan radiasi (QL12), yaitu: QL11 = h x A x (Tt-Tling)………………………………………………..(21) QL12 = eb x σ x A x (Tt4-Tling4)………………………………………......(22) di mana : Tt

= suhu permukaan tungku (K)

Tling = suhu lingkungan (K) H

= konveksi udara luar (W/m2K)

A

= luas permukaan lapisan luar dinding tegak (m2)

eb

= emisivitas bahan

σ

= konstanta Steven-Boltzman (w/m2K4). Panas yang hilang melalui dinding dasar tungku secara konveksi

(QL21) dan radiasi (QL12), yaitu: QL21 = hd x Ad x (Tt-Tling)………………………………………………(23) QL22 = eb x σ x Ad x (Tt4-Tling4)………………………………………...(24)

xxxviii  

di mana : hd

= konveksi udara di bawah tungku (W/m2K)

Ad

= luas permukaan luar dinding dasar tungku (m2) Panas yang hilang melalui saluran udara masuk,

QL3 = Am x σ x (Tg4-Tling4)……………………………………………(25) di mana : Am

= luas saluran udara masuk (m2)

Tg

= suhu ruang pembakaran (K). Panas efektif yang tersedia untuk pemanasan sebagian terbawa aliran

udara dan sebagian diterima alat memasak. Panas yang ke alat memasak diterima oleh air dan untuk menaikkan suhu alat memasak serta terbuang melalui dinding alat memasak. Panas yang terbawa aliran udara, yaitu: QL4 = ma x Cpu x (Tk-Tling)……………………………………………(26) di mana : ma

= laju massa udara (kg/s)

Cpu = kapasitas panas udara (kJ/kg K) Tk

= suhu udara/gas yang keluar (K)

Tling = suhu udara lingkungan (K). Panas untuk menaikkan suhu alat masak, yaitu: QL5 = Mp x Cpp x ΔT………………………………………………….(27) di mana : Mp = massa alat memasak (kg) Cpp = kapasitas panas alat memasak (KJ/kg K) ΔT

= perubahan suhu alat memasak (K). Panas yang hilang melalui dinding alat masak, yaitu:

QL6 = h x Ap x (Tp-Tling) + ep x σ x Apx (Tp4-Tling4)……………………(28) di mana : Ap

= luas permukaan alat masak yang memancarkan panas (m2)

Tp

= suhu alat masak (K)

ep

= emisivitas bahan alat masak. xxxix

 

Panas yang diteima oleh air (untuk menaikkan suhu air), yaitu: Qout = mair x Cpair x (T2-T1) + Muap x Hfg………………………………..(29) Dimana : mair

= massa air (kg)

Cpair = kapasitas panas air (4.2kJ/kgoC) T2

= suhu akhir air

T1

= suhu awal air

muap = massa air yang diuapkan (kg) Hfg

= panas laten penguapan air (kJ/kg).

G. Efisiensi Tungku Efisiensi pada analisis panas pembakaran untuk tungku dibedakan atas efisiensi pembakaran, efisiensi tungku, efisiensi pemasakan, dan efisiensi total sistem. Efisiensi sistem merupakan perbandingan jumlah panas yang untuk menaikkan suhu air dan untuk penguapan terhadap panas bahan bakar terpakai. Panas bahan bakar terpakai adalah selisih massa bahan bakar awal dengan massa bahan bakar sisa dikali dengan nilai kalornya. Sistem yang terjadi dalam pengujian tungku dapat dilihat pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5 Sistem pindah panas tungku

xl  

Panas efektif yang tersedia untuk memasak adalah: 3

Qe1 = Qg − ∑ QLi   (kcal)

….….……………………………………..(30)

i =1

sehingga,

Qe1   (%)   ………………………………………….(31) Qg

Efisiensi tungku (ηt ) =

Pada pembakaran komplit panas pembakaran (Qg) sama dengan jumlah kehilangan panas yang terjadi pada sistem tungku (QLi). Panas yang diterima oleh bahan yang dimasak/air, yaitu: 6

Qe2 = Qe1 − ∑ QLi = Qout  (kcal)

…………………………………… (32)

i=4

sehingga, Efisiensi pemasakan (ηp ) =

Qe2    (%)   …………………………………...(33) Qe1

maka, Efisiensi total

(η tt1) =

ηtt1 =

Qe 2 Qe 1 × Qe 1 Q g  

Qe2     (%) …………………………………………(34) Qg

Pada kenyataannya, keadaan pembakaran komplit sulit tercapai. Hanya sebagian panas bahan bakar yang terlepas sebagai panas pembakaran (Qg), maka: Efisiensi pembakaran (ηg ) =

Qg Qinput

  (%) ..………………………………(35)

Qinput = M bb terbakar × nilaikalorbb    (kcal)   Qg =

6

∑ Qli + Qout   (kcal)

….……………………….. (36)

…………………………………………... (37)

i −1

Efisiensi sistem (ηs ) =

Qout     (%) ..…………………………………… (38) Qinput

xli  

di mana: Qe1 = panas efektif untuk menaikkan suhu air dan menguapkan air (kcal) Qe2 = panas efektif untuk pemasakan (kcal) Qg = panas pembakaran (kcal) Qin = panas bahan bakar terpakai (kcal) ηg = efisiensi pembakaran (%) ηt = efisiensi tungku (%) ηp = efisiensi pemasakan (%) ηs = efisiensi sistem (%)

xlii  

III. METODOLOGI PENELITIAN

Penelitian desain tungku briket biomassa ini dibagi menjadi dua tahap, yaitu perancangan tungku dan uji unjuk kerja tungku yang telah dibuat. Penjabaran tentang rancangan tungku briket biomassa akan dijelaskan pada Bab IV. Pada penelitian ini, briket biomassa yang digunakan adalah briket arang sekam. Arang sekam dipilih karena potensinya yang cukup besar. Berdasarkan data potensi limbah biomassa dalam Tabel 2.1, potensi sekam cukup besar yaitu sebesar 280 kg/ton gabah. 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. A. Perancangan Tungku Briket Biomassa Metode penelitian yang digunakan metode rekayasa (suatu kegiatan rancang bangun) yang tidak rutin, sehingga di dalamnya terdapat kontribusi baru, baik dalam bentuk proses maupun produk/ prototipe (Umar, 1994). Pelaksanaan kegiatan penelitian rekayasa yang dilakukan adalah : Mulai Observasi Kebutuhan Penentuan Kriteria Desain Perancangan Pembuatan tungku Hasil rancangan Gambar 3.1 Tahapan perancangan xliii  

-

Observasi Kebutuhan Observasi kebutuhan dilakukan dengan menganalisis kebutuhan bahan bakar untuk memasak pada rumah tangga. Analisis kebutuhan bahan bakar untuk memasak dilakukan untuk mencari rata-rata rumah tangga memasak dalam sehari, kebutuhan energi untuk memasak per hari, harapan pengguna tungku bila telah dibangun dan dapat menggantikan bahan bakar konvensional yang telah ada. Selain itu, dilakukan juga observasi dari mekanisme penggunaan tungku melalui penelitian pendahuluan.

-

Penentuan Kriteria Desain Penentuan kriteria disain dilakukan untuk menentukan kriteria dasar tungku yang akan digunakan sebagai dasar perancangan yang berdasarkan atas observasi kebutuhan.

-

Perancangan Perancangan meliputi rancangan fungsional untuk menentukan fungsi dari komponen utama tungku dan rancangan struktural untuk menentukan bentuk dan tata letak dari komponen utama. Analisis teknik dilakukan untuk menghitung ukuran dimensi tungku. Selain itu ergonometri dari tungku perlu dipertimbangkan untuk kenyamanan kerja pengguna.

-

Pembuatan Tungku Setelah perancangan selesai, langkah selanjutnya adalah pembuatan tungku. Pembuatan tungku dilakukan di bengkel yang memiliki peralatan memadai. Bahan tungku yang telah dipilih, dibuat pola sehingga mudah dibentuk sesuai hasil perancangan. Proses yang terjadi dalam pembuatan tungku antara lain: pembuatan pola, pemotongan bahan, penekukan plat, pengelasan, pengecatan, perakitan bagian-bagian menjadi sistem tungku. Tungku hasil rancangan yang telah dibuat kemudian dilakukan pengujian untuk diketahui efisiensinya. xliv

 

1.

Waktu dan Tempat Perancangan dan pembuatan tungku briket arang sekam ini dilaksanakan selama kurang lebih tiga bulan, yaitu bulan Maret-Mei 2008 bertempat di Laboratorium Energi dan Elektrifikasi Pertanian Fateta IPB, Bogor dan CV. Daud Teknik Maju, Cibereum Bogor.

2.

Alat dan Bahan a. Software Autocad b. Komputer c. Plat galvanil 1 mm d. Peralatan las dan elektroda e. Alat tekuk plat f. Alat potong plat g. Gerinda h. Cat semprot i. Bor listrik j. Jangka besi k. Alat tulis ( pulpen, pensil, penggaris, spidol) l. Peralatan bengkel lainnya

B. Uji Unjuk Kerja Uji unjuk kerja bertujuan untuk mengetahui efisiensi pada tungku, seperti efisiensi pembakaran, efisiensi tungku, efisiensi pemasakan dan efisiensi total sistem. Selain menguji tungku briket hasil rancangan, juga dilakukan pengujian tungku briket yang telah ada di pasaran dan anglo sebagai pembanding tungku briket hasil rancangan. Gambar tungku yang diuji dapat dilihat pada Gambar 3.2, 3.3, dan 3.4.

xlv  

Gambar 3.2 Tungku briket hasil rancangan

Gambar 3.3 Tungku yang ada di pasaran

Gambar 3.4 Anglo

Metode yang digunakan baik untuk menguji tungku briket hasil rancangan dan tungku briket lainnya adalah Water Boiling Test (WBT). WBT adalah simulasi kasar dari proses pemasakan yang dapat membantu para perancang tungku untuk mengetahui seberapa baik energi panas dapat ditransfer pada alat masak (Bailis, 2007). Pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui efisiensi tungku dan efisiensi sistem. Parameter yang diukur pada WBT didasarkan pada audit rinci kompor, yaitu Qinput = jumlah panas bahan bakar yang terpakai, Qe = panas efektif,

Qoutput = panas yang digunakan

untuk mendidihkan dan menguapkan air. Dalam menghitung parameterxlvi  

parameter yang telah ditentukan, diperlukan data-data yang menunjang. Datadata yang diperlukan antara lain: 1. Data yang dibutuhkan untuk mencari Qin: - Nilai kalor bahan bakar - Jumlah bahan bakar yang terbakar 2. Data yang dibutuhkan untuk mencari Qe: - Luas bidang pembakaran - Suhu bara - Luas permukaan dinding tungku - Suhu tungku - Konduktivitas panas tungku - Waktu pemanasan - Suhu outlet - Suhu lingkungan - Suhu panci - Suhu cerobong - Emisivitas tungku - Panas jenis panci - Emisivitas panci - Tinggi celah dan panci - Suhu inlet - Luas lubang udara - Luas permukaan panci 3. Data yang dibutuhkan untuk mencari Qoutput : - Massa awal air - Massa akhir air - Massa jenis air - Suhu awal air - Suhu akhir air

xlvii  

Kegiatan uji unjuk kerja tungku ini dilakukan pada bulan Juni 2008 di Laboratorium Surya Bagian Energi dan Elektifikasi Pertanian IPB.

Hasil rancangan

Faktor pendukung

Water boiling test

1. Efisiensi (%)

Waktu penyalaan, keamanan, kenyamanan

2. Kapasitas panas tungku

Analisis Rekomendasi

Gambar 3.5 Tahapan uji unjuk kerja Pengujian tungku menggunakan metode WBT memerlukan alat-alat sebagai berikut: a. 2 liter air dan 1 buah panci b. 1 buah tungku hasil rancangan, tungku pasar, anglo c. Bahan bakar briket arang sekam d. 1 buah termometer alkohol dengan selang 0-100oC e. 5 buah termokopel tipe CC f. 1 buah termokopel tipe CA (K.075, 900oC, 6385) Chino Tokyo Japan g. 1 unit Pen Recorder (Yokogawa 3056) a. 1 unit Multi point recorder (Yokogawa 3058) j. 1 unit Cold Junction (KTE-20, Tc K.T, Komatsu Electronic inc.) k. 5 buah kabel, 1 rol tape l. Timbangan & penggaris. xlviii  

Langkah-langkah pengujian Mulai

Data – data dari pengujian

- Dimensi dan berat tungku - Dimensi dan berat panci

Persiapan alat dan bahan

- Berat awal air - Nilai kalor bahan bakar

Set up recorder

Kecepatan kertas pen recorder dan multi point recorder.

Pemasukan bahan bakar ke dalam tungku

Berat awal tungku + bahan bakar - Berat tungku + bahan bakar setelah bara menyala

Fire up sampai bara menyala

- Lama penyalaan - Tlingkungan, Tair, Tpanci, Tinlet, Toutlet, Ttungku, Tbara, Tcerocong

Perebusan air

- Waktu mulai perebusan - Waktu selesai perebusan Air mendidih

- Berat akhir tungku + Bahan bakar - Berat akhir air

Selesai Gambar 3.6 Prosedur pengujian dan data yang diperlukan

xlix  

Dalam pengujian dengan metode water boiling test yang didekati dengan audit rinci kompor, maka diperlukan batasan sistem, yaitu : a. Proses pembakaran dimulai ketika briket telah menjadi bara. b. Proses dimulai ketika briket arang sekam telah menjadi bara dan panci diletakkan di atas kompor. Pengukuran suhu pada tiap parameter tetap berlangsung hingga sepuluh menit setelah air di dalam panci mendidih. c. Input energi yang diperhitungkan adalah semua energi langsung yang digunakan dalam proses pemanasan. Energi langsung berupa energi bahan bakar yaitu briket arang sekam. d. Tekanan atmosfir didekati dengan nilai 1 atm. e. Kehilangan energi akibat perpindahan panas dari bara ke permukaan meja tidak diperhitungkan. f. Energi output hanya dihitung berdasarkan panas yang digunakan untuk memanaskan air dan menguapkan air. Prosedur pengujian dengan metode water boiling test : a. Briket arang sekam dimasukkan ke dalam ruang bakar kemudian tungku yang telah diisi briket ditimbang. b. Air sebanyak 2 liter dimasukkan ke dalam panci yang telah disediakan. c. Termokopel tipe CC dipasang antara lain berada di dinding tungku, dinding panci, tengah-tengah air (termokopel tercelup di dalam air), lubang pemasukan udara (inlet), saluran keluaran (outlet), dan cerobong asap, kemudian rekatkan dengan tape. d. Termokopel tipe CA (yang berukuran besar) dihubungkan dengan Cold Junction di saluran input dan hubungkan sebuah kabel (diusahakan

ukurannya pendek agar resistansi minimum sehingga mengurangi kesalahan dalam membaca suhu yang akan diukur) dari saluran output Cold Junction ke Pen Recorder.

e. Termokopel tipe CC dihubungkan dengan Multi point recorder. f. Briket dibakar kemudian tungku dan briket yang telah menjadi bara ditimbang kembali.

l  

g. Panci diletakkan di atas bahan bakar kemudian recorder dinyalakan secara bersamaan setelah semua termokopel terhubung dengan recorder. h. Suhu diukur pada masing-masing termokopel yang tercatat pada recorder selama selang waktu 5 menit. Apabila air sudah mendidih, biarkan selama 10 menit, kemudian hentikan percobaan. i. Volume air segera diukur, lalu dilanjutkan dengan menimbang kompor dan bara sisa pembakaran.

Termokopel untuk air

Termokopel untuk dinding panci Termometer batang untuk cerobong Termokopel untuk bara Termokopel untuk dinding kompor Termokopel outlet

Gambar 3.7 Skema pemasangan alat ukur

Setelah melakukan pengujian, maka dilakukan analisis pindah panas sistem tungku untuk mengetahui besarnya efisiensi tungku dan efisiensi sistem. Perhitungan didasarkan pada analisis pindah panas pada sistem tungku Subbab F dan Subbab G pada Bab II. Tetapi pada perhitungan, panas pembakaran (Qg) tidak dapat dihitung dikarenakan tidak semua QL (Q losses) dapat terukur, seperti panas untuk pemanasan sistem tungku, panas yang hilang ke meja pengujian. Maka skema pindah panas tungku hasil pengujian dapat dilihat pada Gambar 3.8.

li  

QL5 Qout

QL6

QL4

Qefektif Qin QL1

   

QL3 QL2

 

 

Gambar 3.8 Skema pindah panas sistem tungku hasil pengujian

Karena nilai panas pembakaran (Qg) dari hasil penjumlahan panas yang hilang dari sistem tungku tidak dapat terukur seluruhnya, maka dalam perhitungan panas pembakaran (Qg) tidak diperhitungkan. Jika Qg tidak diperhitungkan maka nilai efisiensi pembakaran dan efisiensi pemasakan juga tidak diperhitungkan. Sehingga nilai efisiensi yang diperhitungkan dalam analisis pindah panas sistem tungku hanya efisiensi tungku dan efisiensi sistem yang dianggap dapat mewakili performa tungku. Nilai kehilangan panas (Q losses) juga diperhitungkan untuk dapat melihat losses terbesar dari sistem tungku sehingga dapat digunakan untuk perbaikan desain atau modifikasi.

Qinput = M bb terbakar × nilaikalorbb    (kcal) 3

Panas efektif (Qe) = ∑ QLi + Qout  (kcal) i =4

Qout = mair x Cpair x (T2-T1) + Muap x Hfg (kcal) Efisiensi tungku (ηt ) =

Qe   (%)    Qinput

Efisiensi sistem (ηs ) =

Qout     (%) Qinput

lii  

IV.

RANCANGAN TUNGKU BRIKET BIOMASSA

A. Pendekatan Desain Pendekatan desain dihitung berdasarkan observasi kebutuhan dan analisis teknik. Observasi kebutuhan bertujuan untuk mengetahui jumlah kebutuhan energi memasak rumah tangga per hari. Analisis teknik bertujuan untuk menentukan dimensi tungku. Tungku briket biomassa ini menggunakan bahan bakar arang sekam, sehingga analisis teknik didekatkan pada bentuk dan dimensi briket arang sekam yang telah ada di pasaran. Tungku briket biomassa ini diharapkan dapat menjadi pilihan alternatif bagi masyarakat yang biasanya menggunakan kompor minyak tanah. Tungku briket biomassa hasil rancangan ini bersifat portabel sehingga dapat dipindahkan dari satu tempat ke tempat lainnya dan ukurannya tidak terlalu besar. Tungku ini dilengkapi dengan lubang saluran udara pembakaran dan lubang pembuangan gas hasil pembakaran ukuran lubang disesuaikan dengan rancangan desain. Fungsi tungku yang akan dibuat antara lain untuk merebus, menggoreng, mengukus, memanggang, dan mengasap. Pengguna tungku adalah ibu-ibu sehingga tingkat kemudahan dan keamanannya perlu diperhatikan. Posisi penggunaan kompor (berdiri), tingkat kemudahan dan keamanan termasuk dalam pertimbangan aspek ergonomi. Berdasarkan pengamatan, kebiasaan memasak pengguna adalah dengan posisi berdiri. Tungku akan diletakkan di atas meja sehingga memenuhi kebiasaan memasak pengguna. Pengguna tungku ini adalah rumah tangga atau home industry. Pada penelitian ini dibuat tungku sederhana yang berbahan plat galvanil. Tungku dirancang sehingga memiliki efisiensi yang tinggi dengan memperhatikan

kelancaran

proses

pembakaran.

Kelancaran

proses

pembakaran ditentukan oleh jumlah oksigen yang kontak dengan bahan bakar dan kelancaran pembuangan gas hasil pembakaran itu sendiri. Tungku briket biomassa ini memiliki satu lubang dapur. Skema bagian-bagian kompor briket biomassa dapat dilihat pada Gambar 4.1.

liii  

Lubang dapur Cerobong Tempat meletakkan alat masak

Rangka Ruang pembakaran

Dinding luar

Inlet ke ruang bakar

Dinding kedua Dinding dalam

Kisi-kisi

Saluran udara pembakaran

Plenum/tempat abu

Inlet

Gambar 4.1 Skema bagian-bagian kompor briket biomassa B. Observasi Kebutuhan Sebelum melakukan analisis teknis, harus dilakukan observasi kebutuhan yang meliputi kebutuhan bahan bakar untuk memasak pada rumah tangga dan kebutuhan udara pembakaran. 1. Kebutuhan bahan bakar untuk memasak pada rumah tangga Berdasarkan penelitian Hadi (1979) dalam Amaru (2004), Konsumsi energi untuk memasak di pedesaan Indonesia /kapita per tahun sebesar 882.13 x 103 kkal/kapita per tahun. Bila diasumsikan total hari memasak adalah 300-356 hari per tahun, maka didapat rata-rata kebutuhan energi memasak masyarakat adalah sebesar 3000 kkal/hari atau setara dengan 12600 kJ/hari (1 kal = 4.2 Joule). Nilai kalor briket arang sekam adalah 3514 kkal/kg atau 14758.8 kJ/kg. Rata-rata rumah tangga memasak selama 3-5 jam sehari (rata-rata 4 jam/hari) tungku briket yang ditingkatkan dapat mencapai efisiensi sistem 30%. Dari data di atas maka laju pembakaran pada tungku briket:

wa1 =

12600kJ / hari = 0.71kg / jam   4 jam / hari × 0.3 × 14758kJ / kg

 

liv  

Beberapa jenis bahan bakar menunjukkan lama waktu yang berbeda untuk mendidihkan 3 kg air, yakni kompor minyak 26.5 menit, tungku kayu bakar satu lubang dapur 15.83 menit, tungku tradisional 30.04 menit dan anglo 28 menit (Djatmiko, 1986). Sehingga waktu rata-rata yang diperlukan untuk mendidihkan 3 kg air adalah 25 menit atau 0.4 jam. Untuk mendidihkan air dalam jumlah dan lama waktu yang sama dibutuhkan tungku briket dengan laju pembakaran sebesar:

wa 2 =

mair × Cp air × Δt = 0.53kg / jam   t × η × Np

Dimana: mair

= Massa air yang dimasak, 3 kg

Cpair

= Panas spesifik air, 4.2 kJ/kg0C

Δt  

= Selisih suhu akhir dan suhu awal, 90-24 C = 75 C

t

= Waktu untuk mendidihkan air, 0.4 jam

η

= Efisiensi tungku briket, 30%

Np

= Nilai kalor briket arang sekam, 14758 kJ/kg

0

o

Jadi rata-rata laju pembakaran briket arang adalah sebesar 0.62 kg/jam. 2. Kebutuhan udara pembakaran Pembakaran merupakan reaksi antara oksigen dan partikel bahan bakar. Jumlah oksigen yang dibutuhkan untuk pembakaran sempurna dinyatakan sebagai (Padua, 1978 dalam Agustina, 1982):

Wo = 2.67C + 8( H −

O ) + S  kg/kg bahan bakar 8

Untuk briket arang sekam, kandungan bahan bakarnya diasumsikan mendekati arang sekam, yaitu C = 36%, H = 2.6%, N = 0.4%, S = 0.1%, O = 11.7%, Ash = 49.2% (Baldwin, 1987).

Wo = 2.67(0.36) + 8(0.026 −

0.117 ) + 0.001 = 1.0532 kg/kg b.b 8

Oleh karena oksigen diberikan dalam campuran udara bebas, maka dinyatakan dalam kebutuhan udara bebas. Berat udara teoritis yang dibutuhkan untuk pembakaran sempurna adalah: lv  

Ath = 11.47C + 34.28( H +

O ) + 4.31S kg/kg bahan bakar 8

Ath = 11.47(0.36) + 34.28(0.026 +

0.117 ) + 4.31(0.001)   8

Ath = 5.52 kg/kg bahan bakar

Berat aktual yang dibutuhkan adalah: Aa = x × Ath    dimana, x adalah faktor excess air, untuk briket arang x = 40% dan 100%.

x = 40%

x = 100%

Aa = 7.728 kg/kg bahan bakar

Aa = 11.04 kg/kg bahan bakar  

Volume udara yang diperlukan per kg bahan bakar: q=

Aa

ρ udara

q 40% =

m3 , ρudara = 1.293 kg/m3

7.728 = 5.98 m3 1.293

q100% =

11.04 = 8.54 m3 1.293

C. Analisis Teknik 1. Bentuk Ruang Pembakaran Bentuk tungku disesuaikan dengan bentuk ruang pembakaran. Ruang pembakaran dibuat berbentuk silinder yang mempunyai luasan minimum, yaitu: d2 (isi silinder) = d2 (πR2L) = 0 L

= 2R

R = jari-jari silinder, L = tinggi silinder Tinggi plenum ditetapkan 100 mm dan kapasitas ruang pembakaran adalah 0.62 kg/jam x 2.5 jam = 1.5 kg. Densitas briket arang sekam adalah 575 kg/m3. Dengan demikian ukuran ruang pembakaran adalah:

πR 2 ( L) =

2.5 jam × 0.62kgbriket / jam   575kg / m 3

 R

= 95 mm

L

= 190 mm

lvi  

2. Saluran Masuk dan Pembuangan Udara dan Gas Kelebihan udara yang baik untuk pembakaran bahan bakar arang adalah 40%. Untuk laju pembakaran 0.62 kg/jam, debit udara yang dibutuhkan untuk pembakaran adalah: Vmo = (1 + 0.4) × 5.98m 3 / kg × 0.62kg / jam = 5.19m 3 / jam Bila suhu udara pembakaran pada saluran udara masuk (Tm) sama dengan suhu lingkungan (T∞=303 K), maka debit udara pembakaran menjadi: Vtm =

Vmo × Tm = 5.76m 3 / jam To

di mana, Vtm = debit udara pembakaran pada suhu Tm Vmo= debit udara pembakaran pada suhu To To = 273 K Tm = 303 K Udara dan gas yang dihasilkan pada laju pembakaran briket arang sekam 0.62 kg/jam berdasarkan persamaan 20 adalah:

Fa = Ft + Mt ( x) = 0.62( Ft + Mt × x) = 4.16kg / jam   Sehingga debit udara dan gas hasil pembakaran tersebut: Vko =

Fa

Vtm =

Vko × Tk   To

ρg

= 2.93kg / jam  

di mana: Vko = debit gas hasil pembakaran pada To Vk = debit gas hasil pembakaran pada Tk Tk = suhu gas hasil pembakaran yang keluar = Tg

ρ g      = kerapatan gas hasil pembakaran, 1.421 kg/m3 Aliran udara untuk pembakaran terjadi karena ada efek cerobong. Kecepatan aliran udara (v) ditentukan oleh tinggi cerobong (h) dan perbedaan suhu di dalam (Tg, oC) dengan suhu udara sekitar (T∞) berdasarkan persamaan berikut: V = 4.48

h(Tg − T∞) × c m/s 273 + T∞

lvii  

c adalah konstanta yang dicari. Luas lubang masuk udara pembakaran (Am) dan luas lubang keluar udara atau gas hasil pembakaran (Ak) masing-masing adalah: Am =

Vtm Vk                                                        Ak =   Vm vk

Dimana Vm adalah kecepatan udara pembakaran pada lubang masuk dan vk adalah kecepatan udara atau gas pada sela saluran pembuangan. Celah pembuangan gas atau udara hasil pembakaran adalah: Celah =

Ak , di mana ks adalah keliling lingkaran silinder, 741.04 mm.  ks

Nilai-nilai v, Am, Vk, Ak, dan celah untuk berbagai suhu ruang pembakaran pada jarak saluran masuk dengan saluran pembuangan gas hasil pembakaran 0.21 meter ditunjukkan pada Tabel 4.1 Tabel 4.1 Hubungan suhu ruang pembakaran untuk jarak saluran udara 0.21 m terhadap luas saluran udara Tg-T∞a(0C) V (m/s) 200 1.668 250 1.865 300 2.043 350 2.206 400 2.359 450 2.502 500 2.637 550 2.766 600 2.889 650 3.007 700 3.190 750 3.230 a

T∞=300C

Am (cm2) 6.112 5.467 4.990 4.620 4.322 4.075 3.866 3.686 3.529 3.360 3.267 3.156

Tkb (oK) 503 553 603 653 703 753 803 853 903 953 1003 1053

Vk(m3/jam) 5.933 6.523 7.112 7.702 8.292 8.882 9.471 10.061 10.651 11.241 11.830 12.420

Ak (cm2) 9.880 9.716 9.670 9.698 9.764 9.860 9.977 10.104 10.241 10.384 10.301 10.681

Celah (cm) 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.15 0.15 0.15 0.15

b

Tk = Tg

Dalam desain, luas saluran masuk udara (Am) diperluas menjadi 18 cm2 dan lebar celah diperlebar menjadi 3 cm. hal ini untuk mendapatkan laju pembakaran yang diinginkan dan efisiensi sistem yang tinggi.

lviii  

D. Desain Fungsional No

Bagian Tungku Briket Biomassa

1

Ruang Pembakaran

Tempat meletakkan bahan bakar dan tempat terjadinya reaksi antara udara (O2) dengan bahan bakar briket arang sekam.

2

Dinding dalam

Pembatas panas yang lolos ke dinding dan mengarahkan gerak penyebaran panas pembakaran ke lubang dapur.

3

Dinding kedua

Sebagai penyekat udara sehingga heat loss dapat diminimalisir.

4

Dinding luar

Penahan beban alat masak dan seluruh sistem. Selain itu, dinding luar juga berfungsi sebagai penyekat panas agar heat loss pada sistem minimum.

5

Lubang udara

Penyedia udara untuk proses pembakaran dan memfokuskan udara ke ruang pembakaran sehingga api hasil pembakaran menuju ke lubang dapur.

6

Inlet ke ruang bakar

Penyedia udara bebas untuk pembakaran ke dalam ruang pembakaran.

7

Cerobong

Menyalurkan gas hasil pembakaran ke luar yang merupakan lanjutan dari lubang dapur. Apabila pengeluaran tersebut kurang lancar maka akan terjadi konveksi balik udara yang menghambat aliran udara masuk ke dalam tungku. Hal ini menyebabkan proses pembakaran tidak sempurna dan tidak efektif. Fungsi cerobong diganti oleh celah di sekeliling dapur.

8

Lubang dapur

Penyalur panas menuju alat masak.

9

Kisi-kisi

Penyaring kotoran atau abu terletak pada bagian dasar ruang pembakaran, untuk penyangga ruang pembakaran dan media masuknya udara dari saluran udara pembakaran.

10

Plenum

Sebagai tempat menampung udara pembakaran yang bergerak naik ke arah bahan bakar secara alamiah karena efek cerebong, tempat penampungan abu hasil pembakaran.

11

Tempat meletakkan Tempat dudukan alat memasak sekaligus membuat alat masak sela saluran gas hasil pembakaran.

Fungsi

E. Desain Struktural Tungku bahan bakar briket biomassa ini dirancang untuk menampung bahan bakar sebanyak 1.5 kg briket biomassa untuk memenuhi kebutuhan memasak selama 2.5 jam atau 150 menit. Struktur tungku briket meliputi: 1. Ruang pembakaran disesuaikan untuk menampung jumlah bahan bakar yang ditetapkan. Ruang pembakaran berbentuk silinder dengan diameter dan tinggi yang sama yaitu 190 mm. Di bagian bawah ruang pembakaran terdapat kisi-kisi yang membatasi antara ruang pembakaran dengan plenum. 2. Dinding dalam merupakan bagian yang membentuk ruang pembakaran. Dinding dalam dibuat dari bahan plat galvanil 1 mm. Pemilihan plat galvanil karena tidak retak atau meleleh pada suhu tinggi. 3. Dinding luar selain merupakan penahan panas dari dinding dalam, juga untuk menopang beban seluruh sistem tungku. Dinding luar terbuat dari bahan yang sama dengan dinding dalam. Tinggi dinding luar adalah tinggi ruang pembakaran ditambah dengan tinggi plenum. 4. Lubang udara dibuat pada sisi-sisi dinding dalam dan dinding luar. Luasnya disesuaikan dengan kebutuhan udara untuk pembakaran. Lubang udara diharapkan dapat membantu memfokuskan panas menuju lubang dapur. Lubang udara berbentuk lingkaran yang akan melubangi dinding dalam dan dinding luar tungku. 5. Saluran udara pembakaran dibuat pada sisi bawah tungku, yaitu pada plenum dengan luas disesuaikan dengan kebutuhan udara yang diinginkan. 6. Cerobong merupakan celah antara lubang dapur dengan alat masak. Lebarnya disesuaikan dengan debit gas hasil pembakaran sehingga dapat meloloskan gas hasil pembakaran pada laju bahan bakar yang diinginkan tanpa menghambat proses pembakaran. 7. Lubang dapur dibuat sama besar dengan diameter ruang pembakaran dan merupakan bagian yang meyalurkan panas dari ruang pembakaran menuju alat masak. 8. Kisi-kisi dibuat untuk meyaring abu hasil pembakaran bahan bakar dan mengalirkan udara dari saluran udara pembakaran menuju ruang

pembakaran dan cerobong. Kisi-kisi ini dibuat dari bahan yang sama dengan dinding dalam dan menyatu dengan dinding dalam. Jadi dinding dalam dan kisi-kisi dapat diangkat atau dikeluarkan untuk memasukkan bahan bakar. Kisi-kisi dilubangi dan memiliki diameter 10 mm. 9. Plenum terletak di bawah kisi-kisi, tingginya adalah 100 mm. 10. Tempat meletakkan alat masak dibuat dari plat galvanil 1 mm dan dibentuk untuk penopang alat masak. Tungku briket arang sekam ini dibuat dengan mempertimbangkan tungku yang telah ada di pasaran, seperti tungku briket metal yang telah ada di pasaran dan anglo. Tungku-tungku tersebut menjadi pertimbangan dalam mendesain tungku briket yang akan dirancang. Tungku-tungku tersebut dianggap sudah dapat memenuhi kebutuhan masyarakat baik dari segi fungsi dan keamanan pemakaian, walaupun performanya belum tentu terbaik. Maka dari itu, perancangan tungku briket arang sekam ini diharapkan dapat memberikan nilai yang lebih baik dari segi efisiensi, keamanan, dan kenyamanan penggunaan dengan pemilihan bahan yang baik dan rancangan yang dapat memenuhi kebutuhan memasak rumah tangga dibanding tungku-tungku briket yang telah ada di pasaran. Gambar 4.2 dan Gambar 4.3 merupakan tungku-tungku briket yang telah ada di pasaran.

           

Gambar 4.2 Tungku briket metal yang ada di pasaran

Gambar 4.3 Anglo

lxi  

 

Tabel 4.2 Spesifikasi tungku briket hasil rancangan dan pembanding Parameter

Tungku hasil rancangan

Tungku pasar

Galvanil

Mild steel

Bahan tungku Berat Diameter 1 Diameter 2 Diameter 3 Tebal plat Tinggi 1 Tinggi 2 Tinggi 3 Konduktivitas bahan tungku Emisivitas bahan tungku(http://engineeringtoolbox.com) Tinggi pintu masuk udara (plenum) Lebar pintu masuk udara (plenum) Tinggi celah Diameter lubang udara masuk Jumlah lubang udara masuk Diameter lubang udara ke ruang bakar Jumlah lubang udara masuk ke ruang bakar

Anglo

Satuan

6.9 19.5 23.5 30.5 1 19 20.5 22.5 40

2.6 16.9 26.5

Tanah liat 2.2 23 25

‐ 

‐ 

0.7 19 19.5

15 4 8

‐ 

‐ 

59

1.07

0.23

0.32

0.91

5 15.5 3 2 6 1

4 16.5 2.3 1.5 11 1.5

6 9 1 2 3 2

cm cm cm cm buah cm

16

16

13

buah

kg cm cm cm mm cm cm cm W/moK  

 

Tabel 4.3 Perbandingan tungku briket hasil rancangan dengan dua tungku pembanding Parameter  Bahan tungku 

Tungku hasil rancangan  Galvanil 

Tungku pasar Mild steel 

Anglo  Tanah liat 

Tebal plat  1 mm

0.7 mm

15 mm

Jumlah dinding

3

2

1

Pengatur lubang udara

ada

Tidak ada

Tidak ada

 

lxii  

Keterangan Tungku briket hasil rancangan dibuat portabel, sehingga diharapkan berat tungku ringan dan tahan panas. Pemilihan tebal plat 1 mm diharapkan dapat mengurangi heat losses akibat konduksi Jumlah dinding 3 lapis diharapkan dapat mengurangi heat losses akibat konveksi. Antara lapisan dinding merupakan isolator udara. Pengatur lubang udara untuk mengatur besar kecilnya udara yang masuk ke ruang bakar, sehingga diharapkan dapat memperbesar dan memperkecil api.

 

V. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Tungku Briket Biomassa Hasil rancangan tungku briket biomassa dapat dilihat pada gambar 5.1. Bagian-bagian tungku terdiri dari ruang pembakaran (dinding dalam), dinding tengah, dinding luar, plenum, saluran udara pembakaran, cerobong, lubang dapur, kisi-kisi, dan tempat meletakkan alat masak. Gambar teknik tungku hasil rancangan dapat dilihat pada Lampiran 1.

Gambar 5.1a Tungku hasil rancangan

Gambar 5.1b Tungku hasil rancangan, lubang inlet tertutup

Gambar 5.1c Tungku hasil rancangan, 6 lubang inlet lxiii

 

Gambar 5.1d Tungku hasil rancangan, 16 lubang inlet

Adapun spesifikasi tungku briket biomassa dapat dilihat pada Tabel 5.1. Tabel 5.1 Spesifikasi tungku briket hasil rancangan Parameter Bahan tungku Berat Diameter 1 Diameter 2 Diameter 3 Tebal plat Tinggi 1 Tinggi 2 Tinggi 3 Konduktivitas bahan tungku Emisivitas bahan tungku (http://engineeringtoolbox.com) Tinggi pintu masuk udara (plenum) Lebar pintu masuk udara (plenum) Tinggi celah Diameter lubang udara masuk Jumlah lubang udara masuk Diameter lubang udara ke ruang bakar Jumlah lubang udara masuk ke ruang bakar

Nilai 6.9 19.5 23.5 30.5 1 19 20.5 22.5 40

Satuan Galvanil kg cm cm cm mm cm cm cm W/moK

0.23 5 15.5 3 2 6 1 6 dan 16

cm cm cm cm buah cm buah

Tungku terbuat dari plat galvanil dengan ketebalan 1 mm. Galvanil adalah plat baja anti keropos yang terbuat dari paduan (alloy) antara seng dan besi (Zn - Fe Alloy). Pemilihan bahan plat galvanil dimaksudkan karena plat galvanil memiliki keunggulan, antara lain tahan terhadap karat, tahan terhadap benturan, tahan terhadap goresan, mudah dilas,mudah dibentuk, tidak pecah sewaktu dipress, dan mudah dicat (www.cahayabentengmas.co.id). Tungku briket biomassa ini dibuat dengan menggunakan tiga dinding. Hal ini dimaksudkan agar heat losses yang terjadi selama pembakaran bahan bakar dapat diminimalkan. Dinding 3 lapis diharapkan dapat mengurangi heat losses akibat konveksi. Udara di sekitar lapisan dinding merupakan isolator .Gambar masing-masing lapisan dinding tungku hasil rancangan dapat dilihat pada Gambar 5.2. lxiv  

Gambar 5.2 Tiga lapis dinding tungku hasil rancangan Pada tungku hasil rancangan ini terdapat pengatur lubang udara menuju inlet. Terdapat 16 lubang udara dengan diameter masing-masing 10 mm yang terletak di bawah ruang pembakaran. Fungsinya antara lain untuk menyalurkan udara menuju ruang pembakaran dan untuk meyaring abu-abu hasil pembakaran menuju plenum. Ada tiga macam pengaturan lubang pemasukan udara (inlet), yaitu tertutup, enam lubang inlet terbuka, dan 16 lubang inlet terbuka. Gambar dapat dilihat pada Gambar 5.1b, 5.1c, dan 5.1d. pengatur lubang udara dapat dilihat pada Gambar 5.3.

Gambar 5.3 Tuas pengatur pembukaan lubang udara

lxv  

B. Unjuk Kerja Tungku Briket Biomassa Hasil Rancangan Prinsip kerja tungku adalah membakar bahan bakar di dalam ruang pembakaran yang dibantu oleh adanya suplai udara dan untuk selanjutnya hasil panasnya dimanfaatkan ke unit pengguna, misalnya untuk proses pemasakan. Berdasarkan hasil percobaan yang dilakukan, pembakaran bahan bakar yang terjadi sangat dipengaruhi oleh faktor-faktor yang saling berkaitan, yaitu kebutuhan udara sesungguhnya untuk pembakaran bahan bakar (Lw), laju volumetrik udara masuk (Q), dan laju pembakaran bahan bakar (Wa), tingginya suhu pembakaran yang dihasilkan bahan bakar (Tg), saluran udara masuk dengan luasan tertentu, dan ukuran ruang pembakaran tungku. Faktor-faktor tersebut akan mempengaruhi kecepatan pendidihan air, besar kehilangan panas pada sistem (QL), dan panas efektif. Pada akhirnya, faktor-faktor tersebut akan mempengaruhi nilai efisiensi tungku (ηt) dan efisiensi sistem (ηs). Unjuk kerja tungku hasil rancangan secara detail disajikan dalam uraian berikut. B.1. Uji Tungku Hasil Rancangan, 6 Lubang inlet Pengujian tungku dengan 6 lubang pemasukan udara dilakukan sebanyak tiga kali ulangan. Berikut adalah data selama pengujian dengan spesifikasi tungku seperti pada Tabel 5.1.

lxvi  

Tabel 5.2 Data hasil pengukuran tungku hasil rancangan, 6 lubang inlet Tungku dan bahan bakar Berat awal Berat setelah bara menyala Berat akhir sampai air mendidih Nilai kalor briket arang sekam Air Berat awal Berat akhir Panas spesifik (Cp) Pen Recorder Kecepatan kertas Konversi Multi point recorder Kecepatan kertas Lain-lain Lama pemanasan air Kalor laten uap Suhu lingkungan Konstanta Boltzman Berat bahan bakar Lama setelah bara menyala Lama bara menyala sampai mati berat bara+kompor sampai bara mati

Ulangan 1 8.4 8.2 8 3514

Ulangan 2 8.4 8.4 8.2 3514

Ulangan 3 8.2 8.2 8 3514

Satuan kg kg kg kcal/kg

2 1.95 4.2

2 1.95 4.2

2 1.92 4.2

kg kg kJ/kgoC

20 2.5

20 1

20 1

cm/jam mV/cm

100

100

100

mm/jam

30 2283 40 5.67E-08 1.5 13 156 7.6

25 2283 31 5.67E-08 1.5 5.783 150 7.6

45 2283 34 5.67E-08 1.3 8 160 7.6

menit kJ/kg o C W/m2k4 kg menit menit kg

lxvii  

Tabel 5.3 Data suhu hasil pengamatan tungku hasil rancangan, 6 lubang inlet (ulangan pertama) Suhu Suhu Suhu Suhu Suhu Suhu Suhu Suhu Suhu cerobong bara D3 D2 inlet outlet D1 panci Waktu air (menit) (Tair) (Tpanci) (Tin) (Tout) (Td1) (Td2) (Td3) (Tbara) (Tcer) 0 5 10 15 20 25 30

44 56 64 76 90 100 100

Ket: Suhu dalam OC

50 55 70 80 81 104 117

38 40 42 44 54 50 53

34 34 36 42 49 46 50

>150 >150 >150 >150 >150 >150 >150 >150 >150 >150 >150 >150 >150 >150

59 56 54 74 100 144 150

71.3 188.1 200.5 206.7 225.9 237.6 237.6

Gambar 5.4 Grafik pengamatan suhu tungku hasil rancangan, 6 lubang inlet (ulangan 1)

lxviii  

69 76 89 90 101 140 149

Tabel 5.4 Data suhu hasil pengamatan tungku hasil rancangan, 6 lubang inlet (ulangan kedua) Suhu Suhu Suhu Suhu Suhu Suhu Suhu Suhu Suhu cerobong bara D3 D2 inlet outlet D1 panci Waktu air (menit) (Tair) (Tpanci) (Tin) (Tout) (Td1) (Td2) (Td3) (Tbara) (Tcer) 0 5 10 15 20 25

44 52 68 96 100 100

Ket: Suhu dalam OC

50 56 68 80 83 85

32 32 36 43 42 44

32 32 32 36 42 43

>150 >150 >150 >150 >150 >150

74 >150 >150 >150 >150 >150

50 60 75 98 128 149

83.3 129.3 131.8 147.4 219.1 224.5

Gambar 5.5 Grafik pengamatan suhu tungku hasil rancangan, 6 lubang inlet (ulangan 2)

lxix  

44 48 44 65 68 68

Tabel 5.5 Data suhu hasil pengamatan tungku hasil rancangan, 6 lubang inlet (ulangan ketiga) Waktu (menit) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Suhu Suhu Suhu Suhu Suhu Suhu Suhu Suhu Suhu cerobong bara D3 D2 inlet outlet D1 panci air (Tair) (Tpanci) (Tin) (Tout) (Td1) (Td2) (Td3) (Tbara) (Tcer) 39 43 45 50 54 70 84 90 97 100

Ket: Suhu dalam OC

43 45 46 48 51 64 73 88 99 102

44 41 42 39 38 44 60 56 46 61

44 36 40 38 40 46 46 42 46 42

>150 >150 >150 >150 >150 >150 >150 >150 >150 >150

>150 >150 >150 >150 >150 >150 >150 >150 >150 >150

48 48 48 51 52 70 103 104 110 126

109.7 126.8 136.1 141 144.2 160.1 166.6 169.1 174.2 199.2

Gambar 5.6 Grafik pengamatan suhu tungku hasil rancangan, 6 lubang inlet (ulangan 3)

lxx  

50 59 68 94 89 97 103 129 138 149

Pada pengukuran ulangan pertama, kedua, dan ketiga data suhu dinding 1 (ruang pembakaran) dan dinding 2 tidak terdeteksi. Suhu mencapai lebih dari 150oC, sehingga recorder tidak dapat membaca suhu tersebut. Dari hasil pengamatan suhu, dapat dihitung besarnya energi input bahan bakar, energi efektif, dan energi output (untuk pemanasan dan penguapan air). Efisiensi tungku yang dihitung antara lain efisiensi tungku dan efisiensi sistem secara keseluruhan. Dalam perhitungannya, terdapat beberapa hal yang mempengaruhi besarnya efisiensi antara lain konduktivitas, konveksi, dan radiasi panas dari sistem ke lingkungan. Jumlah bahan bakar yang terbakar untuk pemanasan air sebesar 0.2 kg selama 30 menit, 25 menit dan 45 menit. Energi bahan bakar sebesar 702.8 kcal, dengan jumlah bahan bakar yang terbakar sebesar 0.2 kg dan nilai kalor briket arang sekam yang dibakar adalah 3514 kcal/kg. Sementara itu nilai energi efektif yang diperoleh oleh panci yaitu sebesar 174.848 kcal. Nilai efisiensi tungku yaitu sebesar 24.88%. Nilai efisiensi tungku diperoleh dengan membandingkan energi efektif dengan energi input. Nilai efisiensi tungku merupakan kemampuan tungku dalam menyalurkan panasnya ke alat masak. Berkurangnya energi yang diterima oleh panci (energi efektif) dikarenakan terjadinya kehilangan energi hasil pembakaran akibat proses radiasi, konveksi, dan konduksi. Sementara itu energi output yang digunakan untuk pendidihan dan penguapan air

sebesar 146.136 kcal. Nilai efisiensi sistem total

keseluruhan yaitu sebesar 20.79%. Nilai efisiensi ini diperoleh melalui perbandingan antara energi output (energi untuk pendidihan dan penguapan air) dengan energi input (energi panas bahan bakar yang terbakar). Pada proses pemasakan juga terjadi kehilangan energi akibat konduksi dan radiasi. Konduksi terjadi akibat perpindahan energi dari air yang dipanaskan menuju dinding panci, sedangkan radiasi terjadi akibat perpindahan panas dari dinding tungku menuju lingkungan.

lxxi  

B.2. Uji Tungku Hasil Rancangan, 16 Lubang inlet Pengujian tungku dengan 16 lubang pemasukan udara dilakukan sebanyak tiga kali ulangan. Tabel 5.6 Data hasil pengukuran tungku hasil rancangan, 16 lubang inlet Tungku dan bahan bakar Berat awal Berat setelah bara menyala Berat akhir sampai air mendidih Nilai kalor briket arang sekam Air Berat awal Berat akhir Panas spesifik (Cp) Pen Recorder Kecepatan kertas Konversi Multi point recorder Kecepatan kertas Lain-lain Lama pemanasan air Kalor laten uap Suhu lingkungan Konstanta Boltzman Berat bahan bakar Lama setelah bara menyala Lama bara menyala sampai mati berat bara+kompor sampai bara mati

lxxii  

Ulangan 1 8.4 8.4 8.2 3514

Ulangan 2 8.1 7.8 7.6 3514

Ulangan 3 8.4 8.3 8.2 3514

Satuan kg kg kg kcal/kg

2 1.96 4.2

2 1.9 4.2

2 1.98 4.2

kg kg kJ/kgoC

20 1

20 1

20 1

cm/jam mV/cm

100

100

100

mm/jam

55 2283 25 5.67E-08 1.5 8.716 142 7.7

50 2283 34 5.67E-08 1.5 10.2 173 7.5

20 2283 27 5.67E-08 1.5 9.67 130 7.6

menit kJ/kg o C W/m2k4 kg menit menit kg

Tabel 5.7 Data suhu hasil pengamatan tungku hasil rancangan, 16 lubang inlet (ulangan pertama) Suhu Suhu Suhu Suhu Suhu Suhu Suhu Suhu Suhu cerobong bara D3 D2 inlet outlet D1 panci Waktu air (menit) (Tair) (Tpanci) (Tin) (Tout) (Td1) (Td2) (Td3) (Tbara) (Tcer) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

26 32 34 38 42 48 54 64 76 94 100 100

Ket: Suhu dalam OC

36 32 34 38 42 44 54 60 72 84 90 94

28 28 28 28 28 29 30 32 35 36 36 36

28 28 28 28 28 29 30 32 35 36 36 36

>150 72 >150 58 >150 53 >150 63 >150 66 >150 88 >150 127 >150 >150 >150 >150 >150 >150 >150 >150 >150 >150

34 35 32 36 38 42 46 52 80 98 127 149

76.1 109.7 126.8 141 149.4 160.1 195.7 224.5 233.9 243.6 221.5 226.5

Gambar 5.7 Grafik pengamatan suhu tungku hasil rancangan, 16 lubang inlet (ulangan 1)

lxxiii  

31 30 28 48 41 32 32 66 34 52 70 68

Tabel 5.8 Data suhu hasil pengamatan tungku hasil rancangan, 16 lubang inlet (ulangan kedua) Suhu Suhu Suhu Suhu Suhu Suhu Suhu Suhu Suhu cerobong bara D3 D2 inlet outlet D1 panci Waktu air (menit) (Tair) (Tpanci) (Tin) (Tout) (Td1) (Td2) (Td3) (Tbara) (Tcer) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

34 36 48 53 57 60 68 83 97 100 100

Ket: Suhu dalam OC

40 43 52 51 48 58 65 80 80 92 90

37 36 36 37 37 42 44 44 48 48 50

36 36 36 37 42 40 40 46 48 48 42

>150 >150 >150 >150 >150 >150 >150 >150 >150 >150 >150

>150 >150 >150 >150 >150 >150 >150 >150 >150 >150 >150

56 50 65 70 62 76 82 99 138 126 130

83.3 90.5 109.7 141 164.1 181.7 194.3 214.1 233.9 236.4 243.7

Gambar 5.8 Grafik pengamatan suhu tungku hasil rancangan, 16 lubang inlet (ulangan 2)

lxxiv  

46 44 53 52 42 53 46 75 120 131 140

Tabel 5.9 Data suhu hasil pengamatan tungku hasil rancangan, 16 lubang inlet (ulangan ketiga) Waktu (menit) 0 5 10 15 20

Suhu Suhu Suhu Suhu Suhu Suhu Suhu Suhu Suhu cerobong bara D3 D2 D1 inlet outlet panci air (Tcer) (Tair) (Tpanci) (Tin) (Tout) (Td1) (Td2) (Td3) (Tbara) 55 59 78 100 100

Ket: Suhu dalam OC

37 50 85 118 120

31 31 31 38 42

31 31 31 35 43

>150 >150 >150 >150 >150 >150 >150 >150 >150 >150

68 74 134 149 150

134.2 251 273.2 285.2 280.3

Gambar 5.9 Grafik pengamatan suhu tungku hasil rancangan, 16 lubang inlet (ulangan 3)

lxxv  

42 47 56 58 60

Pada pengukuran ulangan pertama, kedua, dan ketiga data suhu dinding 1 (ruang pembakaran) dan dinding 2 tidak terdeteksi. Suhu mencapai lebih dari 150oC, sehingga recorder tidak dapat membaca suhu tersebut. Energi bahan bakar sebesar 702.8 kcal, dengan jumlah bahan bakar yang terbakar sebesar 0.2 kg dan nilai kalor briket arang sekam yang dibakar adalah 3514 kcal/kg. Jumlah bahan bakar yang terbakar untuk pemanasan air sebesar 0.2 kg selama 55 menit, 50 menit dan 20 menit. Nilai energi efektif yang diperoleh oleh panci yaitu sebesar 183.829 kcal. Nilai efisiensi tungku yaitu sebesar 31.34%. Sementara itu energi output yang digunakan untuk pendidihan dan penguapan air

sebesar

152.324 kcal. Nilai efisiensi sistem total keseluruhan yaitu sebesar 26.46%. B.3 Perbandingan Unjuk Kerja Tungku Hasil Rancangan dengan Tungku yang ada di Pasaran dan Anglo (Tungku Gerabah) Uji unjuk kerja bertujuan untuk mengetahui efisiensi pada tungku, seperti efisiensi pembakaran, efisiensi tungku, efisiensi pemasakan dan efisiensi total sistem. Selain itu, pengujian kali ini juga membandingkan laju pembakaran bahan bakar pada tiap tungku, lama pemanasan air pada tiap tungku, panas efektif yang terjadi pda tiap tungku, dan analisis pindah panas pada tiap tungku. Selain menguji tungku briket hasil rancangan, juga dilakukan pengujian tungku briket yang telah ada di pasaran dan anglo sebagai pembanding

tungku

briket

hasil

rancangan.

Spesifikasi

tungku

pembanding dapat dilihat pada Tabel 5.10 dan Tabel 5.11. Gambar tungku pembanding dapat dilihat pada Gambar 5.10 dan Gambar 5.11.

lxxvi  

Tabel 5.10 Spesifikasi sampel tungku yang ada di pasaran Parameter Bahan tungku Berat Diameter 1 Diameter 2 Tebal plat Tinggi 1 Tinggi 2

Nilai Satuan Mild steel 2.6 kg 16.9 cm 26.5 cm 0.7 mm 19 cm 19.5 cm

Konduktivitas bahan tungku (Buddhi) Emisivitas bahan tungku (www.engineeringtollbox.com) Tinggi pintu masuk udara Lebar pintu masuk udara Tinggi celah Diameter lubang udara masuk Jumlah lubang udara masuk Diameter lubang udara ke ruang bakar Jumlah lubang udara masuk ke ruang bakar

59

W/moC

0.32 4 16.5 2.3 1.5 11 1.5 16

cm cm cm cm buah cm buah

Tabel 5.11 Spesifikasi anglo Parameter Bahan tungku Berat Diameter dalam (di) Diameter luar (do) Tebal Tinggi ruang bakar Tinggi Plenum Konduktivitas bahan tungku (Surtikasari, 1995) Emisivitas bahan tungku (www.emisivity.com) Tinggi pintu masuk udara (plenum) Lebar pintu masuk udara (plenum) Tinggi celah Diameter lubang udara masuk Jumlah lubang udara masuk Diameter lubang udara ke ruang bakar Jumlah lubang udara masuk ke ruang bakar lxxvii  

Nilai Satuan Tanah liat 2.2 kg 23 cm 25 cm 15 mm 4 cm 8 cm 1.07 W/moC 0.91 6 cm 9 cm 1 cm 2 cm 3 buah 2 cm 13 buah

Gambar 5.10 Sampel tungku yang ada di pasaran

Gambar 5.11 Anglo

lxxviii  

Pada Tabel 5.12 disajikan hasil pengukuran tungku hasil rancangan dan dua tungku pembanding. Tabel 5.12 Unjuk kerja tungku hasil rancangan dan tungku-tungku pembanding  

Tungku Parameter Q(m3/s) Laju pembakaran (gram/menit) Aum (m2) Acelah (m2) Volume ruang bakar (cm3) Tg (oC) Lama pemanasan air (menit) QL1 (kcal) QL2 (kcal) QL3 (kcal) QL4 (kcal) QL5 (kcal) QL6 (kcal) Qoutput (kcal) Qin (kcal) Qe (kcal) ηtungku (ηt) ηsistem(ηs)

Tungku hasil rancangan 6 lubang inlet 0.000312

Tungku hasil rancangan 16 lubang inlet 0.000874

Tungku yang ada di pasaran 0.000356

0.000681

3.85 0.001884 0.0287 0.00567 220.4 33 103.396 35.040 2.496 9.392 4.794 14.527 146.136 702.8 174.848 24.88 20.79

4.85 0.005024 0.0287 0.00567 257.5 42 126.856 42.990 11.371 8.111 5.687 17.707 152.324 586.6 183.829 31.34 26.46

2.80 0.002 0.0191 0.00426 286.8 37 104.014 35.338 5.169 7.012 4.704 10.248 150.990 702.8 172.954 32.68 21.48

4.05 0.004082 0.0072 0.00166 225.0 48 36.773 52.862 4.992 13.208 3.871 12.945 120.205 1054.2 150.228 14.25 11.40

B.3.1 Lama Pemanasan Air dan Laju Pembakaran Pengujian tungku dengan menggunakan metode WBT dapat menyimpulan hasil berupa lama pemanasan air pada masing-masing tungku. Dengan menggunakan jenis bahan bakar yang sama, tiap-tiap tungku memiliki waktu yang berbeda dalam pemanasan air. Hal ini berhubungan dengan desain tungku tersebut. Desain tungku berhubungan dengan jumlah udara yang dapat kontak dengan bahan bakar sehingga suhu bara baik dan waktu pemanasan pun cepat. Tabel 5.13 menunjukkan lama pemanasan air pada berbagai tungku yang diuji. Debit udara pembakaran yang lebih besar menghasilkan laju pembakaran yang lebih besar, yang berarti jumlah energi pembakaran meningkat sehingga lxxix  

Anglo

suhu pembakaran meningkat. Hal tersebut disebabkan oleh meningkatnya pembakaran bahan bakar yang merupakan reaksi antara O2 udara dengan karbon dan hidrogen yang dikandung bahan bakar menghasilkan gas-gas CO2, H2O, CO, dan C meningkat (Djatmiko, 1986). Laju pembakaran bahan bakar biomassa merupakan rasio jumlah bahan bakar biomassa yang terbakar per satuan waktu. Laju pembakaran bahan bakar dihitung dimulai dari bara menyala stabil sampai pemanasan air selesai. Laju pembakaran bahan bakar pada tiap-tiap tungku dapat dilihat pada Tabel 5.14. Tabel 5.13 Lama pemanasan air pada tiap tungku Tungku Hasil rancangan, 6 lubang inlet Hasil rancangan, 16 lubang inlet Tungku yang ada di pasaran Anglo

Ulangan 1 t Tbara (menit) (0C)

Ulangan 2 t Tbara (0C) (menit)

Ulangan 3 t Tbara (0C) (menit)

Rata-rata t Tbara (menit) (oC)

30

237.6

25

224.5

45

199.2

33

220.4

55

243.6

50

243.7

20

285.2

42

257.5

45

285.2

30

277.9

35

297.3

37

286.8

50

179.2

55

240.025

40

225.8

48

225

Tabel 5.14 Laju pembakaran bahan bakar (gram/menit) pada tiap-tiap tungku Tungku Hasil rancangan, 6 lubang inlet Hasil rancangan, 16 lubang inlet Tungku yang ada di pasaran Anglo

Aum (m2)

Rata-rata Q Tg Laju (m3/kg) (oC) pembakaran (gram/menit) 0.001884 0.000312 220.4 3.85 0.005024 0.000874 257.5 4.85 0.002 0.000356 286.8 2.80 0.004082 0.000681 225 4.05

lxxx  

Gambar 5.12 Grafik perbandingan laju pembakaran, lama pemanasan air dan suhu bara pada tiap tungku Pemasakan 2 kg air dengan menggunakan tungku hasil rancangan dengan enam lubang udara masuk memerlukan waktu rata-rata 33 menit dengan suhu bara mencapai 220.4oC sedangkan dengan enam belas lubang udara masuk memerlukan waktu rata-rata 42 menit dengan suhu bara mencapai 257.5oC. Suhu bara pada tungku hasil rancangan dengan 16 lubang inlet lebih tinggi dikarenakan bahan bakar terbakar baik dengan jumlah udara yang lebih banyak dibandingkan dengan 6 lubang inlet. Pemberian udara pembakaran yang lebih banyak meningkatkan laju panas pembakaran sehingga suhu pembakaran meningkat. Bila ditinjau dari waktu pemanasan air, tungku hasil rancangan dengan 6 lubang inlet lebih baik dibanding dengan 16 lubang inlet. Hal ini dikarenakan sewaktu meletakkan panci pada pengujian tungku hasil rancangan dengan 16 lubang inlet, suhu bara masih rendah. Sebagai pembanding, tungku yang ada di pasaran memerlukan waktu 37 menit untuk memanaskan 2 kg air dengan suhu bara mencapai 286.8oC dan anglo memerlukan waktu 48 menit dengan suhu bara mencapai 219oC. Bila dibandingkan antara tungku yang ada di pasaran, anglo, dan tungku hasil rancangan, suhu bara tertinggi adalah tungku pasar. Hal ini dikarenakan tungku

lxxxi  

yang ada di pasaran memiliki lubang pemasukan udara yang cukup besar sehingga udara dapat dengan cepat kontak dengan bahan bakar. Dari hasil percobaan, dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi suhu bara yang dihasilkan oleh bahan bakar, semakin cepat waktu pemanasan air. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 5.12. Dari hasil perhitungan, dari keempat tungku yang diuji, didapat laju pembakaran bahan bakar masing-masing tungku. Laju pembakaran tertinggi sebesar 4.85 gram/menit adalah tungku hasil rancangan dengan 16 lubang inlet yang memiliki debit udara pembakaran sebesar 0.000874 m3/kg. Laju pembakaran tungku hasil rancangan dengan 6 lubang inlet, yang memiliki debit udara pembakaran 0.000312 m3/kg, sebesar 3.85 gram/menit. Sebagai pembanding tungku yang ada di pasaran laju pembakaran bahan bakarnya sebesar 2.8 gram/menit dan anglo sebesar 4.05 gram/menit. Tungku yang ada di pasaran memiliki nilai laju pembakaran terkecil walaupun suhu bara tertinggi. Hal ini dikarenakan lebar celah tungku yang ada di pasaran kecil (Lihat Tabel 5.12). Lebar celah juga mempengaruhi laju pembakaran dalam hal kelancaran pembuangan sisa hasil pembakaran. Pemberian udara yang lebih banyak akan semakin meningkatkan suhu pembakaran, sehingga laju pembakaran meningkat, seperti terlihat pada Tabel 5.14. Laju pembakaran bahan bakar tinggi bila luas lubang masuk udara besar. Bila luas lubang udara besar, akses masuk udara menjadi lebih tinggi, sehingga menyebabkan debit udara pembakaran tinggi. Berdasarkan Tabel 5.14, dapat dilihat antara laju pembakaran tungku hasil rancangan dengan 16 lubang inlet lebih tinggi dibandingkan dengan tungku hasil rancangan dengan 6 lubang inlet. B.3.2 Panas Efektif Panas efektif dalam pengujian tungku menggunakan metode WBT didapat dengan pemanasan air pada sub sistem alat masak (panci).

Panas

efektif

dihitung berdasarkan jumlah panas yang disalurkan pada unit pengguna (alat masak), panas yang hilang dari bara menuju alat masak, dan panas yang digunakan untuk mendidihkan dan menguapkan air. Panas efektif dapat lxxxii  

menentukan efisiensi tungku. nilai panas efektif tiap tungku dapat dilihat pada Gambar 5.13.

Gambar 5.13 Perbandingan panas efektif yang dihasilkan oleh tiap tungku Dari Gambar 6.14 didapat urutan Qe tertinggi sampai terendah adalah tungku hasil rancangan 16 lubang inlet, tungku hasil rancangan 6 lubang inlet, tungku yang ada di pasaran, dan anglo. Panas efektif ini sangat mempengaruhi besar efisiensi tungku karena merupakan besar panas yang dapat dimanfaatkan untuk berlangsungnya pemasakan pada alat masak. Nilai Qe berbanding lurus dengan efisiensi tungku, semakin tinggi Qe, semakin tinggi efisiensi tungku. B.3.3 Analisis Pindah Panas Sistem Pindah panas yang terjadi melalui sistem tungku meliputi pindah panas konduksi, konveksi, dan radiasi. Perpindahan panas secara konduksi adalah perambatan panas yang tidak disertai perambatan massa. Konduksi biasanya terjadi pada zat padat. Nilai dari konduksi yang melalui media tertentu tergantung pada geometri media, ketebalan, dan bahan media tersebut yaitu nilai kondukstivitas termal bahan (Gengel, 2001). Pindah panas konduksi dalam sistem tungku antara lain terjadi

lxxxiii  

dari permukaan dinding dalam tungku ke permukaan dinding luar tungku, dari permukaan dinding dalam alat masak ke permukaan dinding luar alat masak. Perpindahan panas secara konveksi adalah perpindahan panas yang disertai perpindahan massa, biasanya terjadi pada zat cair dan gas. Pindah panas konveksi dibagi menjadi dua, yaitu konveksi paksa dan konveksi alami. Pada sistem tungku pindah panas konveksi meliputi pindah panas udara pembakaran ke permukaan dinding dalam tungku, pindah panas udara dari permukaan luar dinding dan lantai tungku ke lingkungan, pindah panas udara pembakaran ke alat masak. Sedangkan pindah panas konveksi yang terjadi pada alat masak, yaitu pindah panas dari air dan uap air di dalam alat masak ke dinding alat masak, dan pindah panas udara pada permukaan dinding luar alat masak ke lingkungan. Pindah panas radiasi adalah perpindahan panas melalui pancaran tanpa melalui medium. Pindah panas radiasi terjadi dari api pembakaran bahan bakar ke dinding dalam tungku, pindah panas dari permukaan dinding luar alat masak ke lingkungan. Pindah panas yang terjadi pada sistem tungku pengujian kali ini meliputi kehilangan panas pada dinding tegak tungku secara konveksi dan radiasi (QL1), kehilangan panas dinding dasar tungku secara konveksi dan radiasi (QL2), kehilangan panas melalui saluran udara masuk (QL3), kehilangan panas melalui aliran udara pengeluaran (QL4), panas yang digunakan untuk menaikkan suhu alat masak (QL5), kehilangan panas pada dinding panci (QL6), dan panas yang digunakan untuk mendidihkan dan menguapkan air (Qoutput). Nilai pindah panas yang digambarkan pada hasil pengujian ini adalah nilai rata-rata dari tiga kali ulangan percobaan. Diasumsikan bahwa panas radiasi sinar matahari tidak mempengaruhi sistem yang diukur dan diasumsikan juga pindah panas terjadi dalam keadaan mantap. Nilai QL1-QL6 dan Qoutput dari hasil pengujian dari berbagai jenis tungku dapat dilihat pada Gambar 5.14.

lxxxiv  

Gambar 5.14 Nilai QL1-QL6 dan Qoutput dari hasil pengujian dari berbagai jenis tungku

Gambar 5.15 Perbandingan suhu bara, QL1-QL6, dan Qoutput dari berbagai jenis tungku hasil pengujian Kehilangan panas terbesar pada sistem tungku terjadi pada dinding tegak tungku (QL1). Nilai QL1 terbesar terjadi pada tungku hasil rancangan 16 lubang inlet, selanjutnya adalah tungku yang ada di pasaran, tungku hasil rancangan 6 lubang inlet, dan anglo. Kehilangan panas pada tungku hasil rancangan 16 lubang inlet tinggi dikarenakan luas lubang lubang udaranya tinggi. Faktor lain lxxxv  

ynag mempengaruhi nilai QL1 adalah konduktivitas tungku, semakin tinggi nilai konduktivitasnya, maka makin tinggi juga kehilangan panas yang terjadi. Bila kita bandingkan tungku hasil rancangan 6 lubang inlet dan tungku yang ada di pasaran. Tungku hasil rancangan memiliki nilai konduktivitas termal 40 W/m K dan tungku yang ada di pasaran memiliki nilai konduktivitas termal 59 W/m K. Kehilangan panas pada dinding dasar tungku (QL2) tertinggi terjadi pada anglo, selanjutnya tungku hasil rancangan 16 lubang inlet, tungku yang ada di pasaran, dan tungku hasil rancangan 6 lubang inlet. Hal yang mempengaruhi adalah lubang kisi penyaring abu. Semakin tinggu luas lubang kisi, semakin tinggi nilai QL2. Kehilangan panas pada saluran udara masuk (QL3) tertinggi terjadi pada tungku hasil rancangan 16 lubang inlet, selanjutnya anglo, tungku yang ada di pasaran, dan tungku hasil rancangan 6 lubang inlet. Besar kehilangan panas ini sangat dipengaruhi oleh luasan lubang udara masuk. Data dapat dilihat pada Tabel 5.12. Kehilangan panas yang terbawa aliran udara (QL4) tertinggi terjadi pada anglo, selanjutnya tungku hasil rancangan 6 lubang inlet, tungku hasil rancangan 16 lubang inlet, dan tungku pasar. Besarnya nilai kehilangan panas ini dipengaruhi oleh perbedaan suhu cerobong dan suhu lingkungan. Semakin tinggi perbedaan suhu, semakin tinggi nilai kehilangan panas tetsebut. Panas yang digunakan untuk menaikkan suhu alat masak (QL5) terbesar terjadi pada tungku hasil rancangan 16 lubang inlet, selanjutnya tungku hasil rancangan 6 lubang inlet, tungku yang ada di pasaran dan anglo. Faktor perubahan suhu alat masak yang semakin besar akan memberikan nilai panas yang besar pula. Panas yang hilang melalui dinding alat masak (QL6) terbesar terjadi pada tungku hasil rancangan 16 lubang inlet, selanjutnya anglo, tungku hasil rancangan 6 lubang inlet, dan tungku yang ada di pasaran. Hal ini sangat dipengaruhi suhu bara api, suhu air dan fluida, serta faktor pindah panas konduksi, konveksi, dan radiasi.

lxxxvi  

Panas yang digunakan untuk mendidihkan dan menguapkan air (Qoutput) terbesar terjadi pada tungku hasil rancangan 16 lubang inlet, selanjutnya tungku yang ada di pasaran, tungku hasil rancangan 6 lubang inlet, dan anglo. Nilai panas yang dihasilkan dipengaruhi oleh kemampuan memanfaatkan panas yang diterima pada bahan yang dimasak guna mencapai suhu tertinggi untuk mendidihkan dan menguapkan air dalam waktu tertentu. Hal tersebut dipengaruhi juga oleh kehilangan panas pada dinding alat masak meskipun panas yang diterima hasil pembakaran bernilai tinggi. B.3.4 Efisiensi Sistem Idealnya, seluruh sumber energi yang dimasukkan ke tungku harus digunakan untuk memanaskan muatan atau stok. Namun demikian dalam prakteknya hal tersebut dipengaruhi oleh tingkat keberhasilan konversi sumber energi (bahan bakar) menjadi energi panas dan banyaknya panas yang hilang dalam beberapa cara, antara lain melalui radiasi, konveksi, dan konduksi. Efisiensi pada analisis pindah panas pembakaran dibedakan efisiensi tungku dan efisiensi total sistem. Berdasarkan hasil perhitungan, efisiensi masing-masing tungku yang diuji terdapat pada Gambar 5.17.

η

η

η

Gambar 5.16 Efisiensi tiap tungku

lxxxvii  

Efisiensi tungku (ηt) merupakan perbandingan antara panas (Qe) dengan jumlah panas input bahan bakar terpakai selama pemasakan (Qin). Nilai efisiensi tungku terbesar terjadi pada tungku yang ada di pasaran, selanjutnya tungku hasil rancangan 16 lubang inlet, tungku, tungku hasil rancangan 6 lubang inlet, dan anglo. Semakin tinggi panas efektif yang dapat dihasilkan maka semakin besar pula nilai efisiensi pindah panas tungku yang dicapai. Efisiensi sistem (ηs) merupakan perbandingan jumlah panas yang untuk mendidihkan dan menguapkan air terhadap panas bahan bakar terpakai. Nilai efisiensi sistem terbesar terjadi pada tungku hasil rancangan 16 lubang inlet, selanjutnya tungku yang ada di pasaran, tungku hasil rancangan 6 lubang inlet, dan anglo. B.3.5 Analisis Faktor Pendukung Uji Unjuk Kerja Tungku Selain pegujian teknis tungku dengan metode water boiling test, pengujian juga dilakukan dengan mengamati kinerja tungku secara visual. pengamatan visual dilakukan selama pengujian tungku. Pengamatan ini meliputi waktu penyalaan, keamanan dan kenyamanan. Waktu penyalaan merupakan waktu yang dibutuhkan untuk menyalakan bahan bakar (fire up) sampai bara menyala stabil. Pengamatan waktu penyalaan dimulai dari memercikan api ke bahan bakar sampai bara menyala stabil. Penyalaan bahan bakar dibantu dengan pernambahan sedikit minyak tanah dan dilakukan konveksi paksa dengan pengipasan pada bara. Asumsi bahwa penambahan minyak tanah dan pengipasan yang dilakukan seragam pada waktu pengujian masing-masing tungku. Waktu penyalaan masingmasing tungku yang diuji dapat dilihat pada Tabel 5.15. Tabel 5.15 Waktu penyalaan masing-masing tungku Jenis Tungku

Waktu penyalaan (menit)

Hasil rancangan, 6 lubang inlet

10

Hasil rancangan, 16 lubang inlet

9

Tungku yang ada di pasaran

10

Anglo

9 lxxxviii

 

Faktor keamanan dan kenyamanan dapat ditinjau dari performa tungku yang diuji. Faktor ini bersifat kualitatif sesuai pengamatan sewaktu pengujian. Parameternya adalah keselamatan dari pengguna, seperti tidak adanya ledakan sewaktu pembakaran, warna api dan warna asap pada saat pengujian masingmasing tungku. Parameter 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. Asap yang dihasilkan juga tidak terlalu banyak sehingga keamanan terhadap pengguna dapat dikatakan baik. Warna api yang merah memang kurang disukai pengguna, dikarenakan dapat menyebabkan alat masak berjelaga di bagian yang kontak dengan api. C. Analisis Prospek Penggunaan Tungku dan Briket Arang Sekam sebagai Pengganti Kompor Minyak Tanah Sekam sebagai limbah penggilingan padi jumlahnya mencapai 20-23% dari gabah. Jika produksi Gabah Kering Giling (GKB) sekitar 54 juta ton maka jumlah sekam yang dihasilkan lebih dari 10.8 juta ton (BPS, 2005 dalam Rahmat, 2006). Melihat potensi sekam yang besar, sangat memungkinkan untuk memanfaatkan penggunaan sekam sebagai bahan bakar untuk rumah tangga pengganti kayu bakar dan minyak tanah. Penggunaan sekam sebagai bahan bakar sebaiknya diarangkan terlebih dahulu dan dibentuk briket. Pengarangan dapat meningkatkan nilai kalor bahan bakar sedangkan pembriketan dapat meningkatkan nilai ekonomis dan penggunaan bahan bakar tersebut. Nilai kalor arang sekam memang rendah jika dibandingkan dengan minyak tanah. Nilai kalor sekam yaitu sekitar 3300-3500 kkal/kg sedangkan minyak tanah sebesar 8900 kkal/liter. Jika dilihat dari harga, nilai jual briket arang sekam dipasaran sekitar Rp.2500/kg briket arang sekam, sedangkan harga jual minyak tanah subsidi sebesar Rp.2500/liter, harga minyak tanah non subsidi sebesar Rp.6500/liter. Minyak tanah subsidi jumlahnya dibatasi bahkan lxxxix  

akan dihapuskan karena rencana pemerintah tentang konversi minyak tanah ke gas elpiji, sehingga untuk analisis penelitian ini, harga minyak tanah yang digunakan adalah minyak tanah non-subsidi. Dengan demikian briket arang sekam memiliki prospek sebagai sumber energi alternatif pengganti minyak tanah. Selain itu, analisis kelayakan dapat digunakan untuk melihat prospek penggunaan tungku dan briket arang sekam dibandingkan penggunaan kompor minyak tanah. Analisis kelayakan meliputi biaya investasi pembuatan tungku, biaya tetap per bulan kepemilikan tungku, dan biaya tidak tetap per bulan penggunaan bahan bakar yang digunakan. Hasil yang didapat adalah biaya kepemilikan tungku selama umur ekonomis tungku itu dimiliki. C.1 Analisis kelayakan tungku briket arang sekam •

Biaya Investasi Bahan baku

: Plat Galvanil 1 mm, 10 m2

Rp. 120000

Cat

•

Rp. 20000

Ongkos pembuatan

Rp. 100000

Total biaya investasi

Rp 220000

Biaya tetap per bulan Penyusutan =  

 

 =

Biayaawal − nilaiakhir   umurekonomis Rp.220000 − (10% × Rp.220000)   =        Rp.8250/bulan   24bulan

Bunga modal = p × i , i = 12%/tahun = Rp. 220000 x 1% Pajak

Rp.2200/bulan

=

Rp. 366.67/bulan

= 2% dari biaya awal/tahun =

2% × Rp.220000     12bulan

Biaya tetap per bulan

= Rp.10816.67/bulan

xc  

=

•

Biaya tidak tetap per bulan Biaya bahan bakar = 6.3 kg/hari x 30 hari/bulan x Rp.2000/kg = Rp. 378 000/bulan Biaya tidak tetap per bulan

•

Biaya kepemilikan selama umur ekonomis alat (C) C

•

= Rp. 378 000/bulan

= Rp. 10816.67 x 24

Biaya pemakaian per bulan =

= Rp. 259600,08

Rp.259600,08 + Rp.378000 24 = Rp. 388 816.67/bulan

C.2 Analisis kelayakan kompor minyak tanah •

Biaya Investasi Harga kompor minyak tanah pasar

•

Rp. 60000

Biaya tetap per bulan Penyusutan =

Biayaawal − nilaiakhir   umurekonomis

 

Rp.60000 − (10% × Rp.60000)   24bulan

 

   =

=        Rp.2250/bulan  

Bunga modal = p × i , i = 12%/tahun = Rp. 60000 x 1% Pajak

Rp. 600/bulan

=

Rp. 100/bulan

=

Rp. 2950/bulan

= 2% dari biaya awal/tahun =

2% × Rp.60000    12bulan

Biaya tetap per bulan •

=

Biaya tidak tetap per bulan Biaya bahan bakar = 2 liter/hari x 30 hari/bulan x Rp.6500/liter = Rp. 390 000/bulan Biaya tidak tetap per bulan

= Rp. 390000/bulan xci

 

•

Biaya kepemilikan selama umur ekonomis alat (C) C

•

= Rp. 2950 x 24

= Rp. 70800

Biaya pemakaian per bulan =

Rp.70800 + Rp.390000 24

= Rp. 392 950/bulan Dari hasil analisis biaya kepemilikan tungku briket arang sekam hasil rancangan tinggi tetapi biaya tidak tetapnya rendah sedangkan biaya kepemilikan kompor minyak tanah rendah tetapi biaya tidak tetapnya tinggi. Biaya tidak tetap tinggi disebabkan karena harga jual minyak tanah yang tinggi. Dari hasil biaya pemakaian tungku per bulan, didapat bahwa biaya pemakaian tungku briket arang sekam lebih rendah dibandingkan dengan biaya pemakaian kompor minyak tanah, sehingga dari segi biaya tungku briket arang sekam layak menggantikan kompor minyak tanah.

xcii  

VI. KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan 1. Tungku Hasil rancangan memiliki bagian-bagian antara lain 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 1.5 kg briket arang sekam dan dilengkapi dengan pengatur udara. Tinggi tungku adalah 225 mm dan diameter adalah 305 mm. 2. 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%. 3. Nilai efisiensi tungku briket yang ada di pasaran lebih besar dibanding dengan tungku hasil rancangan, yaitu sebesar 32.68%. 4. Berdasarkan perhitungan analisis kelayakan, tungku briket arang sekam hasil hasil rancangan memiliki nilai biaya kepelimilikan selama umur ekonomis tungku lebih rendah dibandingkan kompor minyak tanah. Biaya kepemilikan selama umur ekonomis tungku hasil rancangan sebesar Rp.388 816.67/bulan sedangkan biaya kepelimilikan selama umur ekonomis kompor minyak tanah sebesar Rp. 392 950/bulan. Sehingga dari segi biaya, tungku briket arang sekam layak menggantikan kompor briket minyak tanah. Hal ini dikarenakan harga bahan bakar berupa briket arang sekam rendah.

xciii  

B. Saran 1. Kehilangan panas terbesar pada sistem tungku hasil rancangan terjadi pada dinding terluar tungku. Perlu penambahan isolasi (keramik, polimer) agar dapat meminimalkan kehilangan panas pada sistem tungku. 2. Untuk mendapatkan laju pembakaran yang lebih baik, kontak dengan udara harus ditingkatkan dengan cara memberi udara yang cukup untuk proses pembakaran bahan bakar. Semakin besar lubang udara maka semakin meningkatkan laju pembakaran.

xciv  

DAFTAR PUSTAKA

--------. 2005. Emissivity coefficient of Some Common Materials. Terdapat pada http://engineeringtoolbox.com diakses pada 1 Juni 2008. Abdullah K., et all, 1998. Energi dan Listrik Pertanian. Institut Pertanian Bogor. Bogor. Aloka. 2003. Galvanil. Terdapat pada http://cahayabintangmas.co.id/Galvanil diakses pada 12 Juli 2008. Amaru, Kharistya. 2004. Rancang Bangun dan Uji Kinerja Biodigester Plastik Polyethilene Skala Kecil (Studi Kasus Desa Cidatar Kecamatan Cisurupan Kabupaten

Garut). Skripsi. Program Studi Teknik Pertanian, Jurusan

Teknologi Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Padjajaran. Bandung. Anonim. 2005. Limbah Biomassa Menjadi Energi Alternatif Atasi Mahalnya BBM.

Republika

online,

16

Oktober

2005.

Terdapat

pada

www.republika_online.com diakses pada 8 Januari 2008. Anonim.

2008.

Kompor

Briket

Batubara.

Terdapat

pada

http://www.surabaya.indonetwork.co.id diakses pada 18 januari 2008. Baldwin, Samuel F. Biomass Stove: Engineering Design, Development, and Dissemination. Volunteers in Technical Assistance. Virginia, USA. Bailis, Rob, et all. 2007. The Water Boiling Test (WBT). Household Energy and Health Programme, Shell Foundation. USA. Balla, M. Lobo. 2005. Briket Batubara: Makin Dikenal, Makin Disayang. Terdapat pada www.tekmira.esdm.go.id, diakses pada 1 Februari 2008.

xcv  

Buddhi, D., et all. Studies on The Effect of Thermal Conductivity of Container Material and Fins in the Melting and Freezing Rate of a PCM. Thermal Energy Storage Laboratory. India. Djatmiko, Agoes Tri Wahyoe. 1986. Desain dan Uji Penampilan Tungku Bahan Bakar Arang dengan Pemberian Sekat Udara. Skripsi. Fakultas Teknologi Pertanian, IPB. Bogor. Faizal, Ahmad. 2004. Saatnya Beralih ke Elpiji untuk Menghemat BBM. Terdapat pada www.energi.lipi.go.id diakses pada 24 Juli 2008. Febriyantika. 1998. Studi Kelayakan Kulit Kakao Sebagai Bahan Bakar Alternatif Pada Tungku Biomassa. Skripsi. Jurusan Mekanisasi Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, IPB. Bogor. Gengel, Yunus A. dan Robert H. Turner. 2001. Fundamentals of Thermal Fluid Science. McGraw Hill Company, Inc. Newyork. Mawarti, Endah. 2006. Modofikasi Desain dan Uji Unjuk Kerja Mesin Pengempa Briket Semi Mekanis Tipe Kempa Ulir (Screew Pressing). Skripsi. Departemen Teknik Pertanian. Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Bogor. Niode, Nona. 2000. Analisis Penyediaan dan Kebutuhan Energi Sektor Rumah Tangga di Provinsi Gorontalo. Terdapat pada www.deptan.go.id diakses pada 12 Maret 2008. Nuryadin, Budiman. 1990. Mempelajari Laju Pembakaran bahan Bakar Kayu dengan Pemberian Dimensi dan Bentuk, Analisis Pindah Panas dan Efisiensi Tungku Masak. Skripsi. Fakultas Teknologi Pertanian, IPB. Bogor.

xcvi  

Riseanggara, Rayadeyaka Raditya. 2008. Optimasi Kadar Perekat Pada Briket Biomassa. Skripsi. Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Bogor. Robith. 2004. Tungku Arang Thailand yang sudah ditingkatkan. Terdapat pada www.tungku.or.id diakses pada 14 Februari 2008.

Surtikasari. 1995. Skripsi. Fakultas Teknologi Pertanian. Institut Pertanian Bogor. Bogor. Susanto, Steve. 2008. Harga Minyak 2008. Terdapat pada www.vibiznews.com diakses pada 19 Februari 2008. Tim Statistik Ekonomi Energi. 2005. Handbook Statistik Ekonomi-Energi Indonesia. Terdapat pada www.esdm.go.id/statistikenergi.php diakses pada 14 Februari 2008. Umar, F.,1994, Metode Penelitian Bidang Teknologi, ITB, Bandung. www.pustakadeptan.go.id.

xcvii  

LAMPIRAN                          

xcviii  

xcix  

c  

 

ci  

 

Lampiran 4 Spesifikasi tungku yang diuji

Parameter Bahan tungku Berat Diameter 1 Diameter 2 Diameter 3 Tebal plat Tinggi 1 Tinggi 2 Tinggi 3 Konduktivitas bahan tungku Emisivitas bahan tungku (http://engineeringtoolbox.com) Tinggi pintu masuk udara (plenum) Lebar pintu masuk udara (plenum) Tinggi celah Diameter lubang udara masuk Jumlah lubang udara masuk Diameter lubang udara ke ruang bakar Jumlah lubang udara masuk ke ruang bakar

Tungku hasil rancangan

Tungku yang ada di pasaran

Galvanil

Mild steel

Satuan

6.9 19.5 23.5 30.5 1 19 20.5 22.5 40

2.6 16.9 26.5

Tanah liat 2.2 23 25

‐ 

‐ 

0.7 19 19.5

15 4 8

‐ 

‐ 

59

1.07

0.23

0.32

0.91

4

6

cm

15.5

16.5

9

cm

3 2 6

2.3 1.5 11

1 2 3

cm cm buah

1

1.5

2

cm

16

16

13

buah

5

cii  

Anglo

kg cm cm cm mm cm cm cm W/moK  

Lampiran 5 Kehilangan panas dan panas terpakai

Jenis tungku Tungku hasil rancangan 6 lubang inlet Tungku hasil rancangan 16 lubang inlet Tungku yang ada di pasaran

Anglo

Ulangan ke1 2

QL1 (kcal) 98.470 88.771

QL2 (kcal) 33.370 30.083

QL3 (kcal) 2.672 2.011

QL4 (kcal) 6.604 3.196

QL5 (kcal) 5.985 7.994

QL6 Qoutput (kcal) (kcal) 14.736 133.743 139.179 274.360

3

122.947 41.665

2.804

18.375

5.270

20.851

165.486

1 2

152.435 51.658 147.639 50.033

14.176 12.696

7.486 14.647

5.181 4.466

23.321 16.001

169.743 186.357

3

80.496

27.279

7.243

2.201

7.414

13.799

100.871

1 2

133.533 45.367 85.151 28.929

6.286 3.924

12.335 4.002

4.466 4.823

12.067 8.924

190.357 126.871

3

93.359

31.718

5.298

4.698

4.823

9.752

135.743

1 2 3

32.853 43 34.467

47.226 61.812 49.546

5.326 0.424 9.227

11.984 12.443 15.197

2.501 4.109 5.002

7.305 17.767 13.761

112.871 136.871 110.871

ciii  

Lampiran 6 Panas hasil penjumlahan QL Jenis tungku Tungku hasil rancangan 6 lubang inlet

Ulangan ke1 2

Tungku hasil rancangan 16 lubang inlet

Tungku yang ada di pasaran

Anglo

civ  

QL (kcal) 161.837 271.234

3

211.913

1 2

254.257 245.481

3

138.432

1 2

214.055 135.754

3

149.649

1 2

107.195 139.555

3

127.200

Lampiran 7 Panas Efektif tiap tungku Jenis tungku Tungku hasil rancangan 6 lubang inlet Tungku hasil rancangan 16 lubang inlet

Tungku yang ada di pasaran

Anglo

cv  

Ulangan ke1 2

Qe (kcal) 133.743 274.360

3

165.486

1 2

169.743 186.357

3

100.871

1 2 3 1 2 3

190.357 126.871 135.743 112.871 136.871 110.871

Lampiran 8 Energi panas Input dari Bahan Bakar Terpakai (Qin) Jenis tungku Tungku hasil rancangan 6 lubang inlet

Ulangan ke1 2

Tungku hasil rancangan 16 lubang inlet

Tungku yang ada di pasaran

Anglo

cvi  

Qin (kcal) 702.8 702.8

3

702.8

1 2

702.8 702.8

3

354.1

1 2 3 1 2 3

702.8 702.8 702.8 1054.2 1054.2 1054.2

Lampiran 9 Hasil pengujian efisiensi tungku Jenis tungku Tungku hasil rancangan 6 lubang inlet

Ulangan ke1 2

ηt (%)  22.92 21.84

3

29.88

1 2

29.27 31.51

3

35.10

1 2

40.02 29.15

3

28.52

1 2

12.77 16.24

3

13.74

Tungku hasil rancangan 16 lubang inlet

Tungku yang ada di pasaran pasar

Anglo

cvii  

Lampiran 10 Efisiensi sistem tiap tungku Jenis tungku Tungku hasil rancangan 6 lubang inlet

Ulangan ke1 2

ηs (%)  19.03 19.80

3

23.55

1 2

24.15 26.52

3

28.71

1 2

27.09 18.05

3

19.31

1 2

10.71 12.98

3

10.52

Tungku hasil rancangan 16 lubang inlet

Tungku yang ada di pasaran

Anglo

cviii  

Lampiran 11 Koefisien perhitungan kehilangan panas pada sistem tungku No Koefisien

Nilai

Satuan

Keterangan

1

Emisivitas galvanil (ebgalvanil)

0.3

-

www.emissivity.com

2

Emisivitas mildsteel (ebmildsteel)

0.32

-

www.emissivity.com

3

Emisivitas tanah liat (ebtanahliat)

0.91

-

www.emissivity.com

4

Emisivitas aluminium (ebpanci)

0.15

-

Surtikasari, 1995

5

Konstanta Steven-Boltzman (σ)

5.67 x 10-8

W/m2K4

Abdullah et al, 1998

6

Kapasitas panas udara (Cpu)

1.009

KJ/kg K

Djatmiko, 1986

7

Kapasitas panas panci (Cpp)

0.9379

KJ/kg K

Djatmiko, 1986

8

Kapasitas panas air (Cpair)

4.2

KJ/kg oC

Djatmiko, 1986

9

Panas laten penguapan air

2283

KJ/kg

Djatmiko, 1986

           

cix