KAJIAN KAPILARITAS MINYAK NABATI PADA KOMPOR SUMBU
KUDRAT SUNANDAR
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2010
PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi ” Kajian Kapilaritas Minyak Nabati Pada Kompor Sumbu” adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum pernah diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun yang tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka dibagian akhir disertasi ini.
Bogor,
Januari 2010
Kudrat Sunandar NIM : F 161030081
ABSTRACT KUDRAT SUNANDAR. Study on Plant Oil Capillarity in Wick Cook Stove: KAMARUDDIN ABDULLAH, BUDI INDRA SETIAWAN, AND PRAWOTO. Rural households consume about 20% of total national consumption of fossil fuel and over 68% of these are in the form of kerosene for household cooking and lighting. Since several years ago Indonesia became net importer of oil including kerosene which have caused a big burden to government budget. Therefore, to overcome this problem, the government has enacted President Regulation No.5, 2006 on National Energy Policy and the Department of Energy and Mineral Resources Regulation No. 32, 2008 on Energy Self-Supporting Village Program. The objective of this study was to investigate the possibility of using several plant oils an alternative cooking fuel and to determine their respective thermal efficiency. Due to their high viscosity, the velocity of these plant oils in stove wicks is very slow causing inperfect burning condition. There were two methods of improvement to solve the problem, namely, by determining fuel characteristics to meet kerosene cook stove or modifying cooking stove design based on biofuel characteristics. The focus of this study was on the latter method. The first attempt was to reduce the viscosity of plant oil by providing metal bar connecting the flame and oil tank. By determining the capilary height of each plant oil within the wick bundles, it was possible determine the optimum height of the wicks which consequently can shorten the height of the cooking stove. During the test, Coconut oil, jatropha oil, bintaro oil, peanut oil, and used cooking oil had been selected and was used kerosene as control. There were four parameters measured during a series of test runs, namely, the flaming ability, the capillaryy height, fuel consumption, and combustion efficiency. Capillaryy height and oil rising velocity within the wicks of the tested plant oil could be reduced due to heating efect of heat conduction by the installed steel bar. From the experimental studies using modified cook stove with shortened wick length it was found that the thermal efficiency for kerosene, coconut oil, peanut oil, bintaro oil, used palm oil, and jatropha oil were 44.5%, 25.6%, 17.3%, 19.7%, 18.4%, and 24.5% respectively. The overall fuel consumption rate was in the range of 0.56 g/s for kerosene and 0.32–0.37g/s for plant oil and 1.30-2.90 g/s for plant oilkerosene mixture. The provision of heat conductor had improved the efficiency of the modified stove to 41.2% using pure kerosene, 37.8% with coconut oil-kerosene mixture 19.5%, for peanut oil-kerosene mixture, 34.4%, for bintaro oil-kerosene mixture 22.7%, used plant oil, and 35.7% using physic nut (Jatropha Curcas), respectively. The overall fuel consumption rate was in the range of 2.02 g/s for kerosene, 1.15–1.33 g/s for plant oil and 4.68-10.44 g/s for plant oil-kerosene mixtures. In order to optimize the capillary effect further, a mathematical model was developed. The model relates the capillary height and the rising velocity of plant oil within the stove wicks with the wicks physical properties and transport properties of the tested plant oils. Keywords: kerosene, plant oil, wick stove, capillary effect, combustion efficiency.
RINGKASAN KUDRAT SUNANDAR Kajian Kapilaritas Minyak Nabati Pada Kompor Sumbu. Dibimbing oleh KAMARUDDIN ABDULLAH, BUDI INDRA SETIAWAN, DAN PRAWOTO. Lebih dari 68% rumah tangga mengkonsumsi minyak tanah sebagai energi untuk memasak dan penerangan dan ini merupakan 20% dari total konsumsi minyak nasional yang berasal dari minyak bumi. Hal itu mengakibatkan impor bertambah besar dan subsidisasi minyak tanah semakin memberatkan anggaran pemerintah. Untuk mengatasi masalah ini, pemerintah menerbitkan Peraturan Presiden No.5, 2006 tentang Kebijakan Energi Nasional (KEN) dan Peraturan Menteri Sumber Daya dan Mineral No. 32, 2008 yang ditindak lanjuti oleh Program Desa Mandiri Energi oleh departemen dalam negeri. Bahan bakar minyak nabati merupakan sumber energi alternatif yang memiliki berbagai keuntungan ekonomi dan ekologi. Tujuan penilitian ini adalah untuk mempelajari karakteristik minyak nabati yang akan dipergunakan untuk bahan bakar pada kompor sumbu dan mengukur efisiensi pembakarannya. Karena viskositasnya yang tinggi, kecepatan minyak naik pada sumbu kompor sangat lambat, hal ini akan berpengaruh terhadap kesempurnaan proses pembakaran. Untuk mengatasi masalah tersebut, dikembangkan dua metoda yaitu mengkarakterisasi minyak nabati sedemikian rupa sehingga memiliki karaketristik yang sama dengan minyak tanah agar dapat dipergunakan secara langsung pada kompor sumbu yang ada atau melakukan modifikasi disain kompor sehingga dapat dipergunakan langsung untuk minyak nabati. Dalam penelitian ini, diambil metode kedua. Modifikasi pertama adalah memasang alat pemindah panas yang terbuat dari logam yang bersifat penghantar panas dan yang kedua adalah pemendekan tinggi kolom sumbu. Minyak kelapa, minyak kacang tanah, minyak bintaro, minyak jelantah dan minyak jarak pagar dipilih sebagai bahan bakar uji dan minyak tanah sebagai kontrol. Empat parameter yang diukur dalam penelitian ini, yaitu kemampuan menyala, sifat kapilaritas, konsumsi bahan bakar, dan efisiensi pembakaran. Pada tahap awal, dilakukan pengujian sifat termofisik minyak nabati meliputi densitas, kekentalan, tegangan permukaan pada beberapa suhu, dan nilai kalor serta pengujian komposisi bahan penyusun dan besarnya porositas sumbu. Tahap selanjutnya adalah pengujian kemampuan menyala, sifat kapilaritas minyak pada sumbu dan penentuan besarnya konsumsi bahan bakar serta efisiensi pembakaran. Hasil pengujian kemampuan nyala, minyak nabati mampu untuk menyala walaupun lama api menyala lebih singkat dibanding minyak tanah atau waktu yang seharusnya sesuai keperluan sebagai bahan bakar. Hal ini akan memberikan pengaruh yang besar pada proses pembakaran saat minyak dipergunakan untuk bahan bakar. Pada pengujian sifat kapilaritas, minyak nabati memperlihatkan sifat kapilaritas yang rendah atau dengan kata lain kecepatan minyak naik sepanjang sumbu sangat lambat, akan tetapi menjadi lebih cepat dengan dengan naiknya suhu. Dalam rangka mengurangi efek kapiler tersebut,
harus diupayakan suatu proses untuk menaikkan suhu minyak dalam tangki selama proses pemabakaran. Dalam tulisan ini dilakukan dua metode untuk menaikkan suhu minyak, pertama adalah pemasangan alat pemindah panas yang terbuat dari logam dan bersifat penghantar panas yang dihubungkan dari dalam tangki bahan bakar ke bagian atas ruang pembakaran. Pemindah panas yang bersifat sebagai konduktor panas nantinya diharapkan akan mengalirkan panas yang dihasilkan dari pembakaran ke dalam tangki bahan bakar sehingga dapat menaikkan suhu minyak. Modifikasi ke dua, memotong tinggi kolom sumbu sesuai dengan hasil pengujian kapilarisasi minyak nabati dan persamaan model matematika yang dibentuk. Ketinggian kolom sumbu yang dapat dipergunakan untuk minyak nabati diperoleh melalui proses optimasi, hal ini bertujuan selain untuk memperpendek jalur aliran minyak dalam sumbu juga untuk diharapkan dapat menaikkan suhu minyak. Dalam penelitian ini, kinerja kompor dievaluasi terhadap konsumsi bahan bakar dan efisiensi pembakaran melalui pengujian dengan metode water boiling test (wbt). Parameter tersebut diuji untuk kompor sebelum dimodifikasi (kompor konvensional), kompor dengan pemasangan pemindah panas, dan kompor dengan kolom sumbu pendek. Minyak yang dipergunakan dalam pengujian ini adalah minyak nabati, minyak jelantah, minyak tanah, dan campuran minyak tersebut dalam perbandingan 1:1 (volume). Hasil pengujian menunjukkan adanya peningkatan efisiensi pembakaran pada kompor termodifikasi. Rata-rata efisiensi yang dihasilkan dari pengujian untuk minyak tanah, minyak kelapa, minyak kacang tanah, bintaro, minyak sawit yang digunakan dengan kompor berkolom sumbu pendek adalah 44,5%; 25,6%; 17,3%; 19,7%; 18,4%; dan 24,5% berturutturut. Penggunaan pemindah panas telah meningkatkan efisiensi pembakaran menjadi 41,2% dari 37,9% dengan bahan bakar minyak tanah dan 37,8%; 19,5%; 34,4%; 22,7%; dan 35,7% berturut-turut untuk bahan bakar campuran minyak nabati-minyak tanah : minyak kelapa-minyak tanah, minyak kacang tanahminyak tanah, minyak bintaro- minyak tanah, minyak jelantah-minyak tanah, dan minyak jarak pagar-minyak tanah. Konsumsi bahan bakar berkisar di sekitar 0,56 g/menit untuk minyak tanah, 0,32-0,372 g/menit untuk minyak nabati dan 1,302,90 g/menit untuk campuran minyak nabati dengan minyak tanah. Kata kunci :
minyak tanah, minyak nabati, kompor sumbu, daya kapilarisasi, efisiensi pembakaran.
© Hak Cipta milik Institut Pertanian Bogor, tahun 2009 Hak Cipta dilindungi oleh Undang-Undang 1.
2.
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebut sumber a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu masalah b. Pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB Dilarang mengumumkan atau memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam bentuk apapun tanpa ijin IPB.
KAJIAN KAPILARITAS MINYAK NABATI PADA KOMPOR SUMBU
KUDRAT SUNANDAR
Disertasi Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor pada Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2010
Penguji pada UjianTertutup:
Dr. Ir. Dyah Wulandani, M.Si Dr. Ir. Desrial,M.Eng
Penguji pada Ujian Terbuka
Prof. Dr.Ing. Raldi A. Koestoer Dr. Ir. Y. Aris Purwanto,M.Sc
Judul Disertasi Nama NIM
: Kajian Kapilaritas Minyak Nabati Pada Kompor Sumbu : Kudrat Sunandar : F161030081
Disetujui Komisi Pembimbing
Prof. Dr. Kamaruddin Abdullah, MSA Ketua
Prof. Dr. Ir. Prawoto, MSAE Anggota
Prof. Dr. Ir. Budi I. Setiawan, M.Agr. Anggota
Diketahui,
Ketua Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian
Prof. Dr. Ir. Armansyah H. Tambunan, M.Sc
Tanggal Ujian : 13 November 2009
DekanSekolah Pascasarjana
Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro,M.S
Tanggal Lulus :
PRAKATA Puji dan syukur ke hadirat Illahi Rabbi, sumber dan segala pemilik ilmu pengetahuan, karena tas izin-Nya pula penelitian dan penulisan disertasi dengan judul “Kajian Kapilaritas Minyak Nabati Pada Kompor Sumbu” ini dapat diselesaikan. Ucapan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya penulis sampaikan kepada : Prof. Dr. Kamaruddin Abdullah,MSA, Prof. Dr. Budi I. Setiawan, M.Agr, dan Prof. Dr. Prawoto,MSAE Sebagai komisi pembimbing, atas segala pengorbanan waktu, kesabaran, pengetahuan, pemikiran dan jerih payahnya dalam memberikan bimbingan dan mengembalikan semangat selama melakukan penelitian sampai penulisan disertasi ini.
1.
2.
3.
4. 5.
Pada kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih kepada : Rektor IPB, Dekan sekolah Pascasarjana IPB, Dekan Fakultas Teknologi Pertanian, Ketua Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian Sekolah Pascasarjana IPB atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk melanjutkan pendidikan program Doktor (S3) di IPB. Staf pengajar dan pegawai dilingkup Sekolah Pascasarjana IPB atas segala ilmu pengetahuan dan bantuan yang telah diberikan selama penulis menempuh pendidikan di IPB. Rektor Institut Teknologi Indonesia, Ketua Program Studi Teknik Kimia ITI, rekan sejawat, staf pegawai dan laboratorium di Program Studi Teknik Kimia ITI, atas ijin, kesempatan dan doa yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti program Doktor (S3) di IPB. Dirjen DIKTI yang telah memberikan dukungan dana melalui BPPS. Bapak, Emah dan keluarga besar H A.Sudarjat atas asuhan, didikan, kasih sayang, doa restu serta ungkapan semangat yang tiada henti untuk penulis tetap sabar dan terus berjuang menyelesaikan pendidikan di IPB.
Penulis mendoakan semoga Allah SWT mengangkat derajat dan melimpahkan kesehatan serta keselamatan kepada semuanya. Jazakumullah khairun katsira. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi kemashlahatan kita semua.Amin. Bogor, Januari 2010
Kudrat Sunandar
