KOMPOR UDARA TEKAN YANG MENGGUNAKAN BATOK KELAPA SEBAGAI BAHAN BAKAR ALTERNATIF COMPRESSED AIR STOVE USING COCONUT SHELL FOR ALTERNATIVE FUELS Mulhin Aries 1, Effendy Arif 2, Syamsul Arifin 3
1
2
Dinas Kebersihan, Kendari Teknik Mesin, Universitas Hasanuddin, Makassar
Alamat korespodensi : Mulhin Aries Program Pascasarjana Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin Makassar, 90245 No. HP. 085213003413 e-mail :
[email protected]
ABSTRAK Energi biomassa yang akan dimanfaatkan adalah limbah batok kelapa yang digunakan sebagai bahan bakar kompor dengan sistem tekanan pada tabung pembakaran. Penelitian ini bertujuan (1) mengetahui sistem penambahan tekanan udara apakah dapat memberikan manfaat untuk menambah laju energi panas yang menjadi sumber energi untuk kompor sehingga dapat digunakan untuk memasak, (2) mengetahui seberapa banyak waktu yang diperlukan kompor udara tekan dengan menggunakan bahan bakar batok kelapa di bandingkan kompor minyak tanah untuk memasak khususnya mendidihkan air. Proses pembuatan dan desain kompor udara tekan dengan menggunakan bahan bakar batok kelapa dilaksanakan di Workshop Dinas Kebersihan Kota Kendari serta pengujian, pengukuran dan pengambilan data temperatur kompor udara tekan dengan menggunakan bahan bakar batok kelapa dilaksanakan di rumah kediaman penulis yang beralamat di Perumahan Dosen Unhas Blok AG No. 4 Tamalanrea Kota Makassar. Hasil penelitian diperoleh dengan Berat bahan bakar 200 gram, 1 kg air. kalor tertinggi yang dilepaskan untuk tabung dinding 1 adalah 25,2657 Watt, dinding 2 adalah 21,6916 Watt dan Dinding 3 adalah 50,603 Watt. Berat bahan bakar 400 gram, 2 kg air.Kalor tertinggi yang dilepaskan untuk tabung pembakaran dinding 1 adalah 22,7879 Watt, dinding 2 adalah 18,9647 Watt dan dinding 3 adalah 35,7852 Watt. Berat bahan bakar 600 gram, 3 kg air. Kalor tertinggi yang dilepaskan untuk tabung pembakaran dinding 1 adalah 27,1972 Watt, dinding 2 adalah 18,1365 Watt dan dinding 3 adalah 45,9515 Watt. Sedangkan untuk mendidihkan 1 kg air kompor minyak tanah membutuhkan waktu sebesar 14,05 menit, sedangkan kompor udara tekan dengan menggunakan bahan bakar batok kelapa membutuhkan waktu sebesar 11,38 menit, memasak 2 kg air kompor minyak tanah membutuhkan waktu sebesar 28 menit, sedangkan kompor bahan bakar batok kelapa bertekanan membutuhkan waktu sebesar 21,05 menit dan memasak 3 kg air kompor minyak tanah membutuhkan waktu sebesar 42,12 menit, sedangkan kompor bahan bakar batok kelapa bertekanan membutuhkan waktu sebesar 29,55 menit. Kata Kunci : Batok kelapa, kompor udara tekan, temperatur dinding kompor ABSTRACT Biomass energy that will be used is a waste coconut shells are used for fuel for stoves with the system pressure on the combustion tube. The reseach aimed at investigating (1) whether the air pressure addition system could give utilization to increase the heat energy rate which became the energy resource for the stove, so that it could be used used for cooking, (2) how much time needed by the compressed air stove by using the coconut shell fuel compared with kerosene to boil something particularly to boil water. Process of the compressed air stoves making and designing by using the coconut shell fuel was carried out in the Workshop of Cleanliness Office of Kendari City. Testing, measurement, data collection of the compressed coconut shell stove temperature was conducted in the writer’s address Unhas Lecturers’ Housing, Block AG no. 4 Tamalanrea Makassar City. The research result indicates that the weight of 200 gram, 1 kg water. The highest heat released for the wall tube 1 is 25.2657 Watt, wall 2 is 21.6916 Watt, and Wall 3 is 50.603 Watt. The weight of the 400 gram fuel, 2 kg water, the highest heat released for the wall combustion tube 1 is 22.7879 Watt, wall 2 is 18.9647 Watt, and wall 3 is 35.7852 Watt. The Weight of 600 gram fuel, 3 kg water. the highest heat released for the wall combustion tube 1 is 27.1972 Watt, wall 2 is 18.1365 Watt, and wall 3 is 45.9515 Watt. To boil 1 kg water, the kerosene stove needs 14.05 minutes, whereas the stove with the compressed air stove by using the coconut shell fuel needs 11.38 minutes, to boil 2 kg water, the kerosene stove needs 28 minutes, whereas the stove with the compressed coconut shell fuel pressure takes 21.05 minutes and cook for 3 kg water the kerosene stove needs 42.12 minutes, while the stove with the compressed coconut shell fuel needs 29.55 minutes. Keywords : Coconut Shell, compressed air stove, stove wall temperature
PENDAHULUAN Selama ini Indonesia dikenal sebagai salah satu negara OPEC, organisasi penghasil minyak dunia. Saat ini konsumsi minyak bumi di Indonesia mencapai 1,3 - 14 juta barel per hari, Indonesia sudah menjadi negara pengimpor minyak, karena Indonesia hanya sanggup melakukan produksi minyak pada kisaran 960 ribu barel per hari. Pada tahun 2010 komposisi energi mix (Bauran energi) nasional masih sangat bergantung pada bahan bakar fosil 95,21% yaitu minyak bumi 46,93%, batu bara 26,38%, gas bumi 21,29%, tenaga air 3,29%, serta tenaga panas bumi 1,5%. (Kementerian Energi Sumber Daya Manusia, 2010). Akibat dampak krisis ekonomi yang berkepanjangan, kondisi tersebut diatas berubah secara drastis ketika subsidi BBM mulai dikurangi secara bertahap. Beberapa lapisan masyarakat, bukan hanya kelas bawah melainkan juga masyarakat kelas menengah dan industri rumah tangga, mulai merasakan beratnya beban dengan dihilangkan BBM yang bersubsidi. Dari fakta dan data yang ada menunjukan bahwa pemakaian bahan bakar fosil kian mendekati masa pensiun, jumlah cadangan semakin menipis, harga yang tidak stabil (kecenderungan terus meningkat) dan isu-isu bahwa bahan bakar fosil menjadi penyebab pemanasan global serta penyebab terjadinya kerusakan lingkungan sudah mulai terbukti dan sisanya dari tenaga air, panas bumi, dan lain sebagainya. (Prawiroamodjo dkk, 2005). Kebutuhan energi yang semakin meningkat pada saat ini, ditambah dengan pertumbuhan penduduk dunia yang terus meningkat, mendorong manusia khususnya dibidang teknik, mencari alternatif sumber energi baru dengan memanfaatkan sumber-sumber energi yang telah ada secara baik, dengan hasil yang diperoleh memiliki manfaat dan daya jual. Hal ini menjadi suatu pemikiran agar masa yang akan datang tidak terjadi suatu krisis dibidang teknik dan sudah sewajarnya untuk memikirkan penggunaan di bidang-bidang teknik lainnya. (Sumanto, 1996). Sebenarnya, Indonesia memiliki potensi sumber energi biomassa yang cukup besar. Total kontribusi sumber energi biomassa diperkirakan sebesar 36% dari total kebutuhan energi Indonesia, dengan kondisi lebih dari 73% adalah untuk kebutuhan rumah tangga dan industri skala rumah tangga. Meskipun energi biomassa terkadang tidak dimasukkan sebagai sumber energi komersial seperti BBM, transaksi energi biomassa di Indonesia (kayu bakar, arang dan briket biomassa) mencapai 2, 317 juta dolar AS per tahun (W.P Suryo dan Armando, 2009). Energi biomassa yang akan dimanfaatkan oleh penulis adalah limbah batok kelapa yang digunakan sebagai bahan bakar kompor. Kompor yang diteliti oleh penulis adalah kompor dengan sistem tekanan pada tabung pembakaran. Kompor batok kelapa ini nantinya
dapat meringankan beban dari pemerintah dan khususnya masyarakat yang sekarang ini telah kesulitan untuk mencari minyak tanah. Penelitian ini dilakukan dengan tujuan mengetahui sistem penambahan tekanan udara apakah dapat memberikan manfaat untuk menambah laju energi panas yang menjadi sumber energi untuk kompor sehingga dapat digunakan untuk memasak.
METODE PENELITIAN Tempat Penelitian Proses pembuatan dan desain kompor udara tekan dengan menggunakan bahan bakar batok kelapa dilakasanakan di Workshop Dinas Kebersihan Kota Kendari serta pengujian, pengukuran dan pengambilan data temperatur kompor udara tekan dengan menggunakan bahan bakar batok kelapa dilaksanakan di rumah kediaman penulis yang beralamat di Perumahan Dosen Unhas Blok AG No. 4 Tamalanrea Kota Makassar. Metode Pengambilan Data Adapun data yang diperlukan dalam penyelesaian penelitian ini adalah data yang diperoleh secara langsung melalui pengujian dan pengukuran, seperti terlihat pada Gambar 1. Analisis Data Berdasarkan hasil pengukuran dan pengujian yang dilakukan diperoleh data temperatur dalam dan temperatur luar pada (T1out, T1in, T2out, T2in, T3out, T3in), temperatur api (Tapi), temperatur suhu air (Tair), temperatur disekeliling (TA), tekanan udara yang keluar dari tabung (P) serta waktu yang dbutuhkan (t), sesuai dengan massa jenis bahan bakar dan massa jenis air yang di masak. Rumus yang digunakan dengan menggunakan persamaan (Alexis T.Belonio, 2005): Energi yang diperlukan untuk mendidihkan air (Qbb), Energi Bahan Bakar (Qbb), Setelah melakukan pengukuran, sisa bahan bakar yang dibutuhkan untuk mendidihkan 1 kg air Qbb = HVf x mb Dimana, mb
= berat bahan bakar yang terpakai mb = mb awal - mb akhir
HVf = Nilai kalor bahan bakar, (kJ/ kg) Panas yang dibutuhkan untuk memanaskan air Qair = m x Cp air x ∆T
Dimana, Cp
= Panas Spesifik air, (kJ/kg.oC)
mair = Berat air yang didihkan, (kg) ΔT = Perubahan suhu, (oC) Efisiensi Kompor (η), η
=
x 100
Dimana, HVF = Nilai Kalor Bahan Bakar, kcal/kg Jumlah udara diperlukan untuk mengubah menjadi gas bahan bakar, AFR
=
ɛ
(m3/jam)
Kecepatan aliran udara pada tabung pembakaran (V), V
=
( )²
Dimana, d = diameter tabung pembakaran, (m) Perpindahan Panas Pada Kompor, Pada Gambar 2, menggunakan persamaan (Raldi Artono Koestoer, 2002) sebagai berikut: Koefisien perpindahan panas (h), h
= Nu x
k d
Dimana, k = konduktivitas termal udara Luas selubung tabung (Aout), A
= π.d.L
Dimana, L = Panjang Tabung, (m) Tahanan thermal konveksi (R), R=
.
Tahanan thermal konduksi (R),
R =
π
Perpindahan panas (Q), Q =
(
)
Kestimbangan Energi, Dari hasil perhitungan perpindahan panas pada tabung pembakaran didapatkan : Dimana : Qloss
= Qbb - Qair + Qtungku
Jadi kesetimbangan energinya adalah : Qbb
= Qair + Qtungku + Qloss
HASIL Perpindahan Panas Pada Kompor Dengan Berat Bahan Bakar 200 gram, dari Gambar 3, menunjukkan, pada dua menit pertama temperatur tabung pembakaran/dinding 1 bagian dalam sebesar 551 oC dan bagian luar sebesar 436 oC. Hal ini dipengaruhi oleh pembakaran yang teradi hanya pada permukaan bahan bakar belum seluruh bahan bakar menyala, seiring dengan bahan bakar pada tabung pembakaran terbakar semua dan mencapai puncaknya pada menit ke 8 tabung pembakaran dinding 1 bagian dalam sebesar 692 oC dan bagian luar sebesar 577 oC, kalor yang dilepaskan oleh tabung pembakaran/dinding 1 adalah 20,0796 Watt. Temperatur api kompor selama pembakaran stabil jika dirata-ratakan adalah 748,5 oC. Dinding 2 bagian dalam dan luar mencapai puncak temperatur pada menit ke 8 sebesar 520 oC dan 394 oC, kalor yang dilepaskan oleh dinding 2 adalah 16,8111 Watt. Dinding 3 bagian dalam mengalami puncak kenaikan temperatur menit ke 8 sebesar 345 oC sedangkan bagian luar akan terus menerus naik sampai air mendidih sebesar 103 oC, kalor yang dilepaskan oleh dinding 3 adalah 34,6179 Watt. Pada menit ke 10 temperatur api cenderung menurun karena bahan bakar mulai berkurang dan sumber panas makin menjauh dari titik tengah kompor. Sedangkan tekanan yang keluar dari tabung cenderung stabil dari tekanan tabung 6 bar, pada menit 2 pertama tekanan dalam tabung 5,7 bar sampai air mendidih pada menit 11,38 sebesar 4,3 bar jika dirata-ratakan tekanan yang keluar dari tabung sebesar 0,3 bar per 2 menit. Perbandingan Waktu Memasak Kompor Minyak Tanah Dan Kompor Udara Tekan Dengan Menggunakan Bahan Bakar Batok Kelapa
Berdasarkan hasil pengujian dan pengamatan dilapangan didapatkan bahwa waktu yang dibutuhkan untuk memasak air 1 kg untuk kompor minyak tanah membutuhkan waktu 14,05 Menit. Secara umum kedua jenis kompor udara tekan dengan menggunakan bahan bakar batok kelapa dan kompor menggunakan bahan bakar minyak tanah, terjadi perbedaan waktu dimana kompor minyak tanah membutuhkan waktu 14,05 menit untuk memasak 1 kg air sedangkan kompor udara tekan dengan menggunakan bahan bakar batok kelapa membutuhkan waktu 11,38 menit untuk memasak 1 kg air. Dari hasil ujicoba penggunaan kompor udara tekan dengan menggunakan bahan bakar batok kelapa dengan hasil ujicoba kompor minyak tanah dapat disimpulkan bahwa, kompor udara tekan dengan menggunakan bahan bakar batok kelapa lebih cepat mendidihkan air 1 kg dibandingkan dengan kompor minyak tanah. PEMBAHASAN Bahan bakar merupakan suatu sumber daya yang bisa menghasilkan energi yang banyak dipakai untuk keperluan terutama dibidang industri, yang digunakan sebagai media pemanas suatu material, bisa sebagai media penggerak pada mesin kendaraan untuk alat tranportasi, atau bisa juga untuk kebutuhan rumah tangga yang digunakan untuk memasak, dan masih banyak lagi manfaat yang dapat diperoleh dari adanya bahan bakar.Tetapi bila terus digunakan maka persediaannya akan habis untuk itu di gunakan energi alternatif salah satunya batok kelapa. Kompor ini terdiri dari beberapa komponen yaitu kompor utama dan tabung bertekanan yang mana berfungsi untuk menambah tekanan pada kompor. Kompor ini dapat mendidihkan air dengan waktu 20 menit dan suhu yang dapat dicapai maksimum adalah 610 oC. (Azharuddin, 2009). Dengan penambahan tekanan udara maka pembakaran akan terjadi pembakaran sempurna, dikatakan sempurna bila campuran bahan bakar dan oksigen (dari udara) mempunyai perbandingan yang tepat, hingga tidak diperoleh sisa. Bila oksigen terlalu banyak, dikatakan campuran “lean” (kurus). Pembakaran ini menghasilkan api oksidasi. Sebaliknya, bila bahan bakarnya terlalu banyak (atau tidak cukup oksigen), dikatakan campuran kaya. Pembakaran ini menghasilkan api reduksi (karburasi). Api reduksi ditandai oleh lidah api panjang, kadang-kadang sampai terlihat berasap. Keadaan ini juga disebut pembakaran tidak sempurna. Seperti diketahui, oksigen untuk pembakaran diperoleh dari udara yang terdiri dari 20% O2 dan 80% N2. (Lesson Mechanical, 2012)
Pemilihan bahan bakar batok kelapa disebabkan karena karbon monoksida dan metana lebih tinggi daripada bahan bakar biomassa yang lain menurut (K. Sivakumar and N. Krishna Mohan, 2010), jumlah hidrogen untuk menghasilkan gas pada kulit kacang tanah lebih dari tempurung kelapa dan sekam padi. Namun karbon monoksida tempurung kelapa lebih tinggi dari kulit kacang tanah dan sekam padi adalah 17,55% dan 21,22%. Juga 6,15% dan 38,71% metana sangat ada pada tempurung kelapa dibandingkan dengan lainnya. Tempurung kelapa memiliki kandungan karbon lebih banyak dan meghasilkan gas yang lebih baik. Jadi kompor udara tekan yang menggunakan batok kelapa sebagai bahan bakar alternatif
cepat mendidihkan air dan hemat biaya pengeluaran, sisa pembakaran yang
dihasilkan menjadi abu maka dikatakan pembakaran yang terjadi adalah pembakaran yang sempurna.
KESIMPULAN DAN SARAN Dari hasil analisa dan pembahasan data penelitian yang diperoleh maka dapat simpulkan bahwa besar perpindahan panas dengan berat bahan bakar 200 gram, 1 kg air. Kalor tertinggi yang dilepaskan untuk tabung pembakaran dinding 1 adalah 25,2657 Watt, dinding 2 adalah 21,6916 Watt dan dinding 3 adalah 50,603 Watt, kalor tertinggi yang dilepaskan untuk tabung pembakaran dinding 1 adalah 22,7879 Watt, dinding 2 adalah 18,9647 Watt dan dinding 3 adalah 35,7852 Watt dan kompor minyak tanah membutuhkan waktu 14,05 menit untuk memasak 1 kg air sedangkan kompor udara tekan yang menggunakan bahan bakar batok kelapa membutuhkan waktu 11,38 menit untuk memasak 1 kg air.. Untuk penelitian lanjut dapat dilakukan lagi dengan modifikasi lanjut seperti perubahan bentuk dari kompor atau juga perubahan letak dari selang untuk penambah tekanan.
DAFTAR PUSTAKA Azharuddin,(2009). Kompor Bahan Bakar Batok Kelapa. Jurnal Politeknik Negeri Sriwijaya. Palembang Belonio, T ,Alexis, (2005). Rice Husk Gas Stove Handbook. Departement of Agricultural Engineering and Environmental Management College Of Agriculture, Philippine. K. Sivakumar and N. Krishna Mohan, (2010). Performance analysis of downdraft gasifier for agriwaste biomass materials. Annamalai University. India Kementerian Energi Sumber Daya Manusia, (2010). Energi. Jakarta Lesson Mechanical, (2012). http://mechanicalhttp.blogspot.com/2012/03/prinsip-prinsippembakaran.html.
Prawiroamodjo, Suryo W. dan Rochim Armando, (2005). Membuat Kompor tanpa BBM. Penebar Swadaya. Jakarta. Raldi Artono Koestoer, (2002). Perpindahan Kalor, Salemba Teknika. Jakarta. Slamet pambudi, (2012). Pengaruh Variasi Beban Pada Pemanas Induksi Untuk Mendapatkan Penghematan Optimum, Politeknosains. Surakarta. Rafael Mado dan Nasriddin, (2008). Modifikasi Kompor Serbuk Kayu Untuk meningkatkan Efektifitas Panas Api Kompor, Politeknik Negeri Kupang. Sumanto, (1996). Pengetahuan Bahan untuk Teknik Mesin dan Listrik. Andi Offset. Yogyakarta. T2in
T1out T1in
T2out
T3in T3out
Gambar 1. Skema Titik Pengukuran
Temperatur bagian dalam Tin
Temperatur bagian luar Tout
Tin
Tout Rin Q
Rout Rtot
Tin
Tout
Gambar 2. Perpindahan Panas Pada Dinding Tabung
1000
Temperatur (ᵒC)
800
T1Dalam (ᵒC) T1Luar (ᵒC) T2Dalam (ᵒC) T2Luar (ᵒC) T3Dalam (ᵒC) T3Luar (ᵒC)
600 400 200 0 0
2
4
6 8 10 Waktu (Menit)
11.38
Gambar 3. Hubungan Temperatur (oC) Vs Waktu (Menit) Memasak 1 kg Air
