Kajian Efesiensi Energi Tungku Sekam Berdasarkan Jumlah, Bentuk, dan Ukuran Sirip yang Dipasang

Prosiding Seminar Nasional Fisika 2010  ISBN : 978‐979‐98010‐6‐7

Kajian Efesiensi Energi Tungku Sekam Berdasarkan Jumlah, Bentuk, dan Ukuran Sirip yang Dipasang H. Simorangkir1, Irzaman1, H. Darmasetiawan1, A. Yani1, Amas1, Musiran1 1 Departemen Fisika FMIPA, Institut Pertanian Bogor Jalan Meranti Gedung Wing S no 3 Dramaga Bogor – 16680 Email : [email protected], [email protected]

Abstract One method of using rice husk as alternative fuel is to use the stove. In this study, varying the number of fins mounted on the furnace hull shape, fin size, and discharge water that is boiled is the same. The result showed that the husk furnace without using fins to get the average value of the highest efficiency that is equal to 18.99%. While the average value of the lowest efficiency contained in the husk stoves which use 6 fins that is equal to 13.33%. Kata kunci : tungku sekam, efesiensi tungku, boiler, sirip, energi elternatif PENDAHULUAN Latar belakang Kebutuhan energi untuk manusia semakin hari semakin naik, dan kebanyakan sumber energi yang digunakan adalah sumber energi tak terbarukan seperti minyak, gas, dan lain-lain. Sekarang ini krisis energi menjadi isu yang sangat hangat dibahas, karena kebutuhan akan energi adalah mutlak. Penggunaan energi alternatif merupakan sesuatu langkah alternatif yang dapat dilakukan untuk merespon masalah krisis energi. Sekam merupakan salah satu jenis bio massa yang dapat digunakan oleh masyarakat, dalam penggunaan sekam ada beberapa cara yang biasa dilakukan oleh masyarakat, dengan membarakannya langsung, memadatkan sekam (briket) atau dengan mengunakan tungku. Dengan menggunakan tungku, didapatkan efesiensi yang lebih tinggi karena dapat memfokuskan titik api dan mengatur jumlah udara yang optimal untuk menghasilkan

pembakaran

yang

lebih

sempurna

dibandingkan

dengan

hanya

membarakannya. Pada penelitian ini, akan membahas optimasi tungku sekam IPB berdasarkan jumlah, bentuk, dan ukuran sirip yang dipasang pada tungku sekam. Dengan melakukan beberapa variasi terhadap jumlah sirip dengan bentuk dan ukuran sirip yang sama.

241 

242

Prosiding Seminar Nasional Fisika 2010

Tujuan Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan desain tungku sekam dengan nilai efesiensi yang lebih tinggi, dengan variasi jumlah sirip yang dipasang pada tungku sekam dan bentuk dan ukuran yang sama untuk semua variasi.

TINJAUAN PUSTAKA Sekam padi Sekam padi adalah lapisan padi yang meliputi kariopsis, terdiri dari dua belahan (disebut lemma dan palea) yang saling bertautan. Presentase sekam dari gabah bervariasi, bergantung pada varietas padi yang digiling, rata-rata berkisar antara 16,3-26% (Andriati, 2007). Pada saat ini potensi ketersediaan limbah sekam dari 60.000 unit penggilingan padi yang ada di Indonesia adalah sekitar 1.150 metrikton sekam per bulan. Komposisi kimia sekam padi pada Tabel 2.1 menunjukkan bahwa serat kasar dan oksigen adalah komponen yang paling banyak yang terdapat pada sekam padi. Gambar 2.1 merupakan sekam yang sudah siap digunakan untuk bahan bakar, sekam yang digunakan harus kering, mempunyai kadar air yang rendah, karena sangat berpengaruh dalam proses pembakaran yang membutuhkan udara Tabel 2.1. Komposisi kimia sekam No

Komponen

Kandungan (%)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Kadar Air Protein Kasar Lemak Serat Kasar Abu Karbohidrat Kasar Karbon (zat arang) Hidrogen Oksigen Silika/semikonduktor

9,02 3,03 1,18 35,68 17,71 33,71 1,33 1,54 33,64 16,98

Sumber: DTC-ITB, Andriati (2007)

 

H. Simorangkir, dkk., Kajian Efesiensi Energi Tungku Sekam Berdasarkan Jumlah ............  243 

Gambar 2.1. Sekam Padi Tungku sekam Sekam padi yang dibakar secara langsung akan membara secara perlahan sambil menghasilkan asap tebal yang terasa pedih di mata. Oleh karena itu dibutuhkan tungku untuk mengurangi dampak tersebut. Tungku adalah sebuah peralatan yang digunakan untuk memanaskan bahan serta mengubah bentuknya atau mengubah sifat-sifatnya, karena bahan bakar yang digunakan berupa sekam maka tungku untuk pembakaran sekam disebut tungku sekam (United Nations Environment Programme, 2006). Di beberapa negara berbasis pertanian seperti Indonesia, Thailand dan Filipina, telah digunakan tungku sekam sederhana. Untuk dapat menghasilkan nyala yang bersih dan panas, tungku sekam harus dibuat sedemikian rupa sehingga tercipta suatu aliran udara secara alamiah yang meningkatkan jumlah aliran udara melewati bahan bakar yang menyala. Cara-cara yang digunakan untuk menggunakan sekam padi sebagai bahan bakar dapat dibagi dalam tiga golongan : A. Dengan cara memadatkan sekam, atau disebut dengan briket, sekamnya terlebih dahulu diarangkan kemudian direkatkan dengan tepung tapioka atau bahan perekat yang lain. B. Dengan menggunakan tungku dengan

aliran udara secara alamiah. Tungku ini

biasanya menggunakan sebuah pintu atau kotak pemasukan bahan bakar, tabung pembakaran, ventilasi udara, dan cerobong. C. Membarakannya secara langsung, tanpa menggunakan media. Biasanya ini digunakan pada pembakaran batu bata.

244

Prosiding Seminar Nasional Fisika 2010

BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sekam padi yang diperoleh dari sekitar wilayah Kecamatan Dramaga. Seng (Zn), Besi (Fe)

yang digunakan untuk

membuat tungku sekam. Peralatan yang digunakan adalah tungku sekam, palu, gunting, Infrared thermometer, drum besar, gunting kawat, meteran, dan timbangan Metode Penelitian Penelitian dilakukan dengan beberapa tahap yaitu : 1. Pembuatan tungku sekam

Gambar 3.1. Desain tungku sekam (Irzaman et al, 2008) Keterangan gambar : (A) Wadah sekam dalam bentuk kerucut terbalik (B) Silinder untuk memfokuskan api yang keluar (C) Isolator tungku (D) Badan tungku (E) Ventilasi udara (F) Penampung arang sekam sementara Pada penelitian ini, perlakuan yang berbeda terletak pada bagian A, yaitu membuat beberapa model tungku dengan variasi jumlah sirip, yaitu: tanpa menggunakan sirip, satu buah sirip, dua buah sirip, empat buah sirip, dan enam buah sirip. Design sirip yang akan akan dipasang seperti Gambar 3.2. dan Gambar 3.3 menunjukkan posisi sirip yang telah dipasang pada bagian kerucut terbalik tungku sekam.

 

H. Simorangkir, dkk., Kajian Efesiensi Energi Tungku Sekam Berdasarkan Jumlah ............  245 

Gambar 3.2. Design sirip yang akan di pasang pada tungku.

Gambar 3.3. Posisi sirip yang telah dipasang pada kerucut terbalik

Gambar 3.4. Drum sebagai wadah air, dengan menggunakan boiler.

246

Prosiding Seminar Nasional Fisika 2010

Pada penelitian ini, wadah air yang digunakan adalah drum dengan menggunakan boiler (Gambar 3.4). Adapun alasan kenapa menggunakan drum dengan menggunakan boiler adalah karena pada penelitian sebelumnya, drum yang menggunakan boiler lebih efesien dibandingkan dengan drum yang tidak menggunakan boiler. Volume air yang dididihkan pada penelitian ini adalah sebesar 50 liter, dengan asumsi volume ini sudah sebanding atau sesuai dengan volume wadah air dan dapat mewakili pengambilan data.

2. Pengukuran lama pendidihan air dengan berbagai model tungku sekam Pengukuran lama pemasakan dilakukan dengan menggunakan volume air sebanyak 50 liter dengan dua kali pengulangan untuk setiap variasi.

3. Penghitungan efisiensi tungku sekam Dalam penghitungan efisiensi tungku sekam kita harus mengetahui jumlah energi yang dibutuhkan untuk memasak dengan menggunakan rumus, (A. T. Belonio,1985): Qn =

M f × Es T

..............................................................3. 1

Keterangan : Qn : energi yang dibutuhkan (kcal/jam) Mf : massa makanan (kg ) Es : energi spesifik, (kcal/kg) T

: waktu pemasakan, (jam) Pemasukan energi mengacu pada jumlah energi yang diperlukan, dalam istilah

bahan bakar, energi yang harus dimasukan ke dalam kompor. Hal ini dapat dihitung menggunakan rumus berikut, (A. T. Belonio,1985): FCR =

Qn HVF × ξg ..........

..........................................3.2

Keterangan : FCR : Fuel Consumption Rate , bahan bakar yang dibutuhkan, kg/jam Qn

: energi yang dibutuhkan (kcal/jam)

HVf : energi yang terkandung dalam bahan bakar, kcal/kg ξg

: efisiensi tungku sekam (%)

 

H. Simorangkir, dkk., Kajian Efesiensi Energi Tungku Sekam Berdasarkan Jumlah ............  247 

HASIL DAN PEMBAHASAN Dari penelitian didapatkan data seperti pada Tabel 4.1 Tabel 4.1. Data hasil mendidihkan air 50 liter menggunakan tungku sekam dengan variasi jumlah sirip dan perbandingan nilai persentase efesiensi tungku sekam Jumlah Sirip 0

1

2

4

6

Sekam awal (kg)

Sekam sisa (kg)

Arang kg)

Terpakai (kg)

Qn

%

14.00

5.25

2.40

6.35

6.17

3398.06

0.1837

1.06

8.30

0.00

2.40

5.90

5.57

3301.89

0.1977

3

1

13.20

4.00

3.00

6.20

6.20

3500.00

0.1882

1

1.08

8.80

0.50

2.00

6.30

5.83

3240.74

0.1852

2

1.25

10.50

2.10

2.15

6.25

5.00

2800.00

0.1867

3

1.2

9.00

0.55

1.80

6.65

5.54

2916.67

0.1754

1

0.89

9.50

1.50

1.95

6.05

6.80

3932.58

0.1928

2

1.03

9.50

0.50

2.20

6.80

6.60

3398.06

0.1716

3

1.3

11.20

2.30

2.00

6.90

5.31

2692.31

0.1691

1

1.73

12.00

1.55

2.50

7.95

4.60

2023.12

0.1468

2

1.65

12.00

1.55

3.10

7.35

4.45

2121.21

0.1587

3

1.8

11.80

2.30

2.00

7.50

4.17

1944.44

0.1556

1

1.75

15.35

3.50

3.10

8.75

5.00

2000.00

0.1333

Ulangan

Waktu (jam)

1

1.03

2

FCR

Rata-rata

18.99%

18.24%

17.78%

15.37%

13.33%

248

Prosiding Seminar Nasional Fisika 2010

Penelitian dengan menggunakan tungku sekam dan mengubah jumlah sirip yang digunakan dengan volume air yang dididihkan tetap yaitu 50 liter, didapatkan nilai efesiensi tungku sekam yang paling tinggi pada tungku sekam tanpa sirip, yaitu sebesar 18.99%. Dari hasil penelitian secara keseluruhan, seperti yang terlihat pada Tabel 2, didapatkan bahwa jumlah sirip tungku sekam yang dipasang berbanding terbalik dengan nilai efesiensi tungku sekam, semakin besar jumlah sirip tungku yang dipasanf, maka nilai efesiensi tungku sekam semakin kecil. Pada Gambar. 4.1 dapat kita melihat dengan jelas hubungan antar jumlah sirip dengan nilai efesiensi tungku sekam. Hal ini berhubungan dengan sistem pembakaran yang terjadi dalam tungku sekam setelah diberikan perubahan jumlah sirip. Pembakaran membutuhkan udara, dengan tersedianya udara yang cukup atau yang pas untuk proses pembakaran, maka akan didapatkan kalor yang lebih besar. Semakin besar jumlah sirip yang dipasang didapatkan nilai efesiensi tungku yang semakin rendah, ini disebabkan udara yang tersedia dalam tungku akan semakin kecil seiring dengan penambahan sirip, udara yang seharusnya digunakan untuk pembakaran malah terbuang keluar dengan bebas. Dengan penambahan sirip juga menyebabkan pembakaran yang terjadi tidak terkonsentrasi (tidak terpusat).

25.00

Efesiensi (%)

20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 0

1

2

4

6

Jumlah sirip

Gambar. 4.1 Hubungan antara jumlah sirip dan nilai efesiensi tungku sekam

  H. Simorangkir, dkk., Kajian Efesiensi Energi Tungku Sekam Berdasarkan Jumlah ............   249 

Pada Gambar 4.2 terlihat hubungan antara jumlah sirip dan lama waktu pembakaran, semakin besarnya jumlah sirip yang dipasang pada tungku sekam, maka waktu yang dibutuhkan akan semakin lama untuk mendidihkan air 50 liter. Pada Gambar 4.3 terlihat hubungan antara jumlah sirip yang dipasang dengan massa sekam yang terpakai selama pembakaran, dengan semakin besarnya jumlah sirip yang dipakai maka jumlah massa sekam yang terpakai untuk mendidihkan air 50 liter akan semakin tinggi juga.

Hubungan Antar Jumlah sirip dan lama waktu pembakaran

Waktu (jam)

2 1.5 1 0.5 0 0

1

2

4

6

Jumlah sirip

Gambar 4.2 Hubungan antara jumlah sirip dan lama waktu pembakaran

Hubungan antara jumlah sirip dengan massa sekam yang terpakai 10.00

Massa sekam terpakai (kg)

9.00 8.00 7.00 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 0

1

2

4

Jumlah sirip

Gambar 4.3. Hubungan antara jumlah sirip dan sekam yang terpakai.

6

250

Prosiding Seminar Nasional Fisika 2010

KESIMPULAN Dari hasil penelitian didapatkan hubungan antara jumlah sirip tungku sekam dengan nilai efesiensi tungku sekam, hubungan antara keduanya adalah berbanding terbalik, semakin besar jumlah sirip maka semakin kecil nilai efesiensi tungku sekam dan sebaliknya. Tungku sekam tanpa menggunakan sirip mendapatkan rata-rata nilai efesiensi yang paling tinggi yaitu sebesar yaitu sebesar 18.99%. Sedangkan nilai efesiensi yang paling rendah terdapat pada tungku sekam yang menggunakan 6 buah sirip yaitu sebesar 13,33 %. Hal ini terjadi karena dengan semakin bertambahnya sirip tungku sekam, semakin besar juga proses heat lost

(kehilangan panas) selama proses

pembakaran semakin besar juga. UCAPAN TERIMA KASIH Penelitian

ini

didanai

Program

Penelitian

Ilmu

Pengetahuan

Terapan/Penelitian Strategis Nasional 2010, DIPA IPB, Republik Indonesia dengan nomor kontrak 2/I3.24.4/SPK/PSN/2010. DAFTAR PUSTAKA Andriati Amir Husin Pemanfaatan Sekam Padi dan Abu Sekam Padi untuk Pembuatan Bata Beton Berlubang. e- jurnal Balitbang PU. Pusat litbang pemukiman. Bandung. 2007. www.pu.go.id/balitbang (27 Agustus 2008) A. T. Belonio. Rice Husk Gas Stove Handbook. Appropriate Techonology Center. Department of Agricultural Engineering and Environmental Management. College of Agriculture Central Philippine University Iloilo City, Philippines, 2005. Irzaman, H. Alatas, H.Darmasetiawan, A. Yani dan Musiran.. Development of Cooking Stove from Waste (Rice Husk). Institut Pertanian Bogor, Department of Physics, FMIPA IPB, Kampus IPB Dramaga 2008 United Nations Environment Programme.. Peralatan Energi Panas: Tungku dan Refraktori. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri. 2006 www.energyefficiencyasia.org (27 agustus 2008) Warta Penelitian dan Pengembangan Pertanian, Giliran Sekam untuk Bahan Bakar Alternatif, 28 (2), 200