PEMBUATAN BEBERAPA MACAM UKURAN LUBANG PADA DINDING TUBUH TUNGKU SEKAM UNTUK MENDAPATKAN EFISIENSI KALOR LEBIH TINGGI
DEMIYATI
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2010
Demiyati. PEMBUATAN BEBERAPA MACAM UKURAN LUBANG PADA DINDING TUBUH TUNGKU SEKAM UNTUK MENDAPATKAN EFISIENSI KALOR LEBIH TINGGI. Dibimbing oleh Irzaman dan Hanedi Darmasetiawan Abstrak Tungku sekam digunakan dalam proses pembakaran sekam dengan bantuan aliran udara pada tungku tersebut. Efisiensi yang lebih tinggi dari tungku sekam dapat diketahui dengan membuat variasi lubang utama pada badan kompor. Dalam penelitian ini pada lubang berukuran 22 cm x 24 cm diperoleh laju konsumsi bahan bakar sebesar 6,03 kg/jam, energi kalor yang dibutuhkan untuk mendidihkan air sebanyak 6 liter adalah 2575,00 kcal/jam serta diperoleh efisiensi tungku sekam 14,32 %. Pada lubang berukuran 22 cm x 8 cm efisiensinya 12,92 %, ukuran 22 cm x 16 cm efisiensinya 12,87 %. Kata kunci : Sekam, tungku sekam, aliran udara, efisiensi, kalor.
Judul : Pembuatan Beberapa Macam Ukuran Lubang pada Dinding Tubuh Tungku Sekam untuk Mendapatkan Efisiensi Kalor Lebih Tinggi Nama : Demiyati NIM : G74104028
Menyetujui
Dr. Ir. Irzaman, M.Si Pembimbing I
Ir. Hanedi Darmasetiawan, MS Pembimbing II
Mengetahui
Dr. Ir. Irzaman, M.Si Ketua Departemen Fisika FMIPA IPB
Tanggal Lulus :
PEMBUATAN BEBERAPA MACAM UKURAN LUBANG PADA DINDING TUBUH TUNGKU SEKAM UNTUK MENDAPATKAN EFISIENSI KALOR LEBIH TINGGI
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Intitut Pertanian Bogor
Oleh : DEMIYATI G74104028
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2010
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan pada tanggal 16 Mei 1986 di Batusangkar, Sumatera Barat. Anak keenam dari enam bersaudara, pasangan Dasriel, Bsc (alm) dan Rosbalizar Dasriel. Penulis menjalani pendidikan dimulai dari tingkat dasar di SDN 08 PT Pesanggrahan, Jakarta Selatan (1992-1998) kemudian ke sekolah lanjutan di Sumatera SLTPN 2 Sungai Tarab (1998-2001) atas keyakinan, kerja keras dan berdoa penulis meraih prestasi menjadi peringkat kedua tertinggi NEM(Nilai Evaluasi Murni) SLTP. Kemudian melanjutkan ke sekolah unggulan kabupaten Tanah Datar SMAN 1 Batusangkar ( 2001-2004) tanpa tes. Pada tahun yang sama penulis menyelesaikan pendidikan di SMA dan tercatat sebagai mahasiswa undangan perguruan tinggi Institut Pertanian Bogor melalui program pendidikkan S1 (strata satu) dan pada minggu yang sama tepatnya 11 Juni 2004 Ayah tercinta dipanggil oleh yang Maha Kuasa. Penulis tetap mengambil USMI untuk mewujudkan impian dari orang tua penulis terutama Ayahanda Dasriel, Bsc (alm). Selama menjalani pendidikkan di IPB Departemen Fisika penulis sangat tetarik dan aktif di beragai kegiatan sosial dan Unit Kegiatan Mahasiswa (UKM) di dalam dan luar kampus, yaitu Korps Suka Rela (KSR) IPB periode 2004-2005 sebagai angkatan ke-14 dan seni bela diri Tae Kwon Do sebagai anggota dan voluntir (2004-sekarang) serta aktif di beberapa kepanitiaan OPI (Olimpiade Pertanian IPB), Pesta Sains 2006 sebagai koordinator pusat untuk dekorasi. Panitia di Kerukunan Kabupaten Tanah Datar, Jakarta. Selama menempuh pendidikkan sebagai mahasiswa di IPB penulis menyadari perlu meningkatkan soft skill, memiliki sikap positif mau berubah cara pandang mengenai pendidikkan masa depan serta mewujudkan impian penulis menjadi pengusaha yang memiliki kebebasan waktu dan uang maka penulis mengambil peluang sebagai distributor perusahaan network marketing Tiens Internasional yang aktif sebagai network builder mengikuti visi dari perusahaan yaitu “menyehatkan Umat Manusia dan Melayani masyarakat”. Memberikan pelatihan serta motivation training pengembangan diri kepada distributor dan jaringan di Buisness School Unitedcorevision (unicore).
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karuniaNya kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusuna skripsi dengan judul Pembuatan Beberapa Macam ukuran Lubang pada Dinding Tungku Sekam untuk Mendapatkan Efisiensi Kalor Lebih Tinggi disusun untuk memenuhi salah satu syarat dalam menyelesaikan Jenjang Strata Satu (S-1) pada Program Studi Fisika. Dalam proses pembuatan skripsi ini terdapat banyak pihak yang membantu baik secara lansung maupun tidak langsung. Untuk itu pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih, kepada : 1. Irzaman selaku pembimbing I yang telah memberikan ide, sehingga penelitian ini dapat terlaksana. 2. Hanedi Darmasetiawan selaku pembimbing II yang senatiasa memberi ide, nasehat dan motivasi terbaik. 3. Ketua sidang Irzaman dan Abd. Jamil Husen serta Jajang Juansah selaku dosen penguji 4. Seluruh dosen dan staf Departemen Fisika IPB yang memberikan ilmu yang bermanfaat untuk pak Indro dan pak Dahlan, pak Jamil terima kasih untuk kepercayaan dan motivasinya kepada penulis. Pak Firman , pak Yani, pak Amas serta pak Musiran terimakasih atas kerjasamanya. 5. Orang tuaku tercinta Dasriel, Bsc(alm) ibunda Rosbalizar Dasriel, Pa Firdaus Rasyad, Datuak M. Shadiq Pasadigoe, ni Yelmi, ni Titis, ni Harni, da Andi, da Betro, sepupu dan keponakan yang telah memberi dukungan baik moril dan maupun materil. 6. Keluarga besar fisika Fisika 41, klien-klien yang setia dan teman-teman seperjuangan spesial untuk Dila, Devi, Grice, Fifia, Fazmi, Puji, Farid, Rifki, Hartip, Romzie, Roni dan Heri. 7. Keluarga besar Wisma Windi 8. Keluarga besar Tiens Internasional dan Unicore Penulis menyadari bahwa penyusunan skripsi ini masih banyak terdapat kekurangan. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran untuk penyempurnaan dimasa yang akan dating. Akhinya penulis berharap semoga apa yang tertulis dalam skripsi dapat menjadi suatu sumbngsih pikiran dan juga menambah wawasan bagi penulis khususnya dan bagi pembaca pada umumnya. Bogor, Februari 2010
Penulis
iv
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL.................................................................................................................... vi DAFTAR GAMBAR ............................................................................................................... vii DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................................................ viii PENDAHULUAN.................................................................................................................... 1 Latar belakang ............................................................................................................... 1 Hipotesis........................................................................................................................ 1 Tujuan penelitian ........................................................................................................... 1 TINJAUAN PUSTAKA........................................................................................................... 1 Tungku sekam ............................................................................................................... 1 Sekam padi .................................................................................................................... 2 Bahan bakar minyak sebagai sumber energi ................................................................ 2 Industri kecil menengah ................................................................................................ 3 BAHAN DAN METODE ........................................................................................................ 3 Waktu dan tempat.......................................................................................................... 3 Bahan dan alat ............................................................................................................... 3 Metode penelitian .......................................................................................................... 3 Dibuat ukuran lubang udara pada badan tungku sekam............................................. 3 Diagram alir ............................................................................................................... 4 Pengukuran lama pendidihan air dengan 3 jenis ukuran lubang udara tungku . ........................................................................................ 5 Penghitungan efisiensi tungku sekam. ....................................................................... 5 HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................................................ 5 Efisiensi tungku sekam.................................................................................................. 5 KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................................................ 7 Kesimpulan .............................................................................................................................. 7 Saran ........................................................................................................................................ 7 UCAPAN TERIMA KASIH (ACKNOWLEDGEMENT) ........................................................ 7 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
v
DAFTAR TABEL Halaman
Tabel 1. Komposisi kimiawi sekam ............................................................................................. 2 Tabel 2. Perbandingan hasil pendidihan 6 liter air dengan berbagai bahan bakar ....................... 2 Tabel 3. Hasil pengukuran parameter sistem tungku sekam untuk mendidihkan 6 liter air menggunakan lubang udara ukuran 22 cm x 8 cm......................................................... 6 Tabel 4. Hasil pengukuran parameter sistem tungku sekam untuk mendidihkan 6 liter air menggunakan lubang udara ukuran 22 cm x 16 cm....................................................... 6 Tabel 5. Hasil pengukuran parameter sistem tungku sekam untuk mendidihkan 6 liter air menggunakan lubang udara ukuran 22 cm x 8 cm......................................................... 6
vi
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Sekam padi ................................................................................................................. 2 Gambar 2. Desain tungku sekam ................................................................................................. 3 Gambar 3. Diagram alir .............................................................................................................. 4 Gambar 4. Efisiensi tiap ulangan tungku sekam dan tiap ukuran lubang..................................... 7 Gambar 5. Efisiensi rata-rata tungku sekam................................................................................. 7 Gambar 6. Alumunium seng ........................................................................................................ 9 Gambar 7. Panci ........................................................................................................................... 9 Gambar 8. Meteran....................................................................................................................... 9 Gambar 9. Gunting....................................................................................................................... 9 Gambar 10. Kawat. ...................................................................................................................... 9 Gambar 11. Termometer infrared ................................................................................................ 9 Gambar 12. Palu ......................................................................................................................... 9 Gambar 13. Drum......................................................................................................................... 9 Gambar 14. Besi batang ............................................................................................................... 9 Gambar 15. Timbangan gantung .................................................................................................. 9
vii
DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Alat dan bahan yang digunakan ............................................................................... 9 Lampiran 2. Skema reservoir dan silinder.................................................................................... 10 Lampiran 3. Data pengukuran suhu, massa sekam dan lama pendidihan..................................... 12
1
PENDAHULUAN Latar belakang Sekam padi merupakan komoditas yang bernilai ekonomis sebagai hasil pertanian di Indonesia. Industri penggilingan padi yang ada di daerah pedesaan Indonesia mampu mengolah lebih dari 40 juta ton gabah menjadi beras giling dengan rendemen 66 – 80 persen. Bila kondisi ini berjalan sesuai dengan kapasitasnya, tedapat sekam yang berpotensi sebesar 8 juta ton. Selain itu, menurut Angka Ramalan tahun 2004, BPS memperkirakan jumlah produksi gabah kering giling (GKG) sebanyak 53,7 juta ton atau setara dengan 33,92 juta ton atau setara dengan 10,7 juta ton sekam (warta penelitian , 2006). Angka tersebut menunjukkan bahwa terdapat sumber energi yang belum dimanfaatkan secara optimal. Pada umumnya sekam padi dimanfaatkan sebagai abu gosok, campuran batu bata dan lain sebagainya. Keterbatasan sumber bahan bakar khususnya minyak bumi menjadi inspirasi yang melatarbelakangi untuk memunculkan sumber energi alternatif bagi masyarakat melalui pemanfaatan limbah sekam padi. Berawal dari desain dan prototipe Kompor Sekam Segar Karawang (Komsekar) hasil penelitian Instalasi Penelitian Karawang yang mulai dikembangkan pada tahun 1990 (Rahmat et al, 1991) dengan nama tungku sekam, untuk beberapa rumah tangga dan beberapa penelitian sebelumnya menyebutkan tungku sekam membutuhkan aliran udara untuk melakukan proses pembakaran. Oleh karena itu, udara terperangkap harus dibuat sebanyak mungkin (Irzaman et al, 2008). Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan sebelumnya diperoleh ukuran luasan lubang udara yang memiliki efisiesnsi yang tinggi adalah jenis C, 20 cm x 9 cm (satu lubang utama) dengan efisiensi sebesar 18% ( Maulana 2008). Selanjutnya dibuat tungku sekam untuk skala industri kecil, satu lubang utama dengan memvariasikan ukuran lubang inti yang berpengaruh kepada banyaknya udara yang terperangkap didalam tungku. Hipotesis Ukuran lubang udara yang dibuat pada dinding drum mempengaruhi nilai efisiensi yang dihasilkan.
Tujuan Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan efisiensi lubang udara dan pengaruhnya pada tungku sekam. TINJAUAN PUSTAKA Tungku sekam Di beberapa tempat di Indonesia, Muangthai dan Filipina telah dibuat tungkutungku sederhana untuk memanfaatkan bahan bakar yang murah dan berlimpah. Untuk mendapatkan nyala api yang optimal dan panas tungku-tungku itu dibuat sedemikian rupa hingga tercipta aliran udara secara alami. Teknik-teknik yang digunakan untuk membakar sekam padi atau serbuk gergaji sebagai bahan bakar yaitu, tungku yang menggunakan bahan bakar yang dipadatkan dengan suatu saluran udara, tungku yang memanfaatkan aliran udara, membarakannya. Di Indonesia khususnya Karawang desain dan prototipe Kompor Segam Segar Karawang (KOMSEKAR) merupakan hasil penelitian instalasi Penelitian Karawang yang dikembangkan pada tahun 1990 (Rachmat et.al, 1991) dengan nama tungku sekam untuk rumah tangga. Pada tungku yang memanfaatkan aliran udara asap dan gas-gas kalor yang naik melalui cerobong mengahasilkan tekanan yang kuat dan menarik udara agar melalui massa sekam yang menyala. Sekam padi dimasukkan ke dalam tungku di atas api yang menyala. Lubang ditempatkan di bawah garangan. Sehingga mengakibatkan semua udara yang masuk ke dalam tungku untuk mengalir melaui bahan bakar yang sedang menyala. Abu dan sisa-sisa pembakaran lainnya dikeluarkan dari tungku di bawah garangan tersebut Tungku-tungku yang secara alamiah di dalamnya terjadi aliran udara seperti ini menghasilkan nyala api yang optimal dan panas. Agar api tungku dapat menyala dengan baik, udara yang masuk ke dalam tungku harus melalui sekam padi yang menyala. Garangan yang digunakan dalam berbagai rancangan tungku berbeda dalam hal ukuran, bentuk, susunan dan bahanbahannya. Beberapa di antaranya hampir tegak lurus ada juga yang memiliki kemiringan 45 derajat. Namun kebanyakan ditempatkan dengan sudut sebesar kira-kira 30 derajat dari arah tegak lurus. Bahan dari garangan ada yang terbuat dari besi tuang,
2
besi plat ada juga yang terbuat dari batang besi bergaris tengah kecil yang dipasang diagonal serta terbuat dari lembaran seng yang dilubangi. (Thorburn 1982 )
Sedangkan dari aspek ekonomi perbandingan harga tahun 2006 (2500) menunjukkan bahwa elpiji Rp. 5.000 per kg, harga minyak tanah per liter Rp. 3.400, sedangkan batu bara Rp. 2.000/ kg ( Rahmat 2006). Sekam yang didapat pada kawasan lingkar kampus IPB Darmaga Rp 2000,- hingga Rp3000,-/karung. Nilai ini sangat menguntungkan bagi pengusaha industri kecil seperti pengusaha manisan korma yang sebelumnya menghabiskan 150 ikat kayu bakar seharga Rp 150.000,- s/d Rp200.000,- untuk satu kali produksi sedangkan dengan menggunakan bahan bakar sekam padi terpakai hingga 2-3 karung senilai Rp 6.000,- s/d Rp 9.000,- pada produksi yang sama. Biaya produksi semakin efesien.
Sekam padi Sekam merupakan kulit terluar keras yang meliputi kariopsis dan terdiri dari dua belahan yaitu leema dan palea yang terhubung satu sama lain. Pada proses penggilingan padi diperoleh sekam sekitar 20-30%, dedak antara 8-12% dan beras giling antara 50-63,5% data bobot awal gabah (Rahmat et al, 1991). Persentase perolehan sekam yang tinggi dapat menimbulkan masalah pada lingkungan. Oleh karena itu penggunaan energi sekam selain menekan biaya pengeluaran bahan bakar rumah tangga juga menjaga keseimbangan lingkungan.
Gambar 1. Sekam padi
Tabel 2. Perbandingan mendidihkan 6 liter air dengan berbagai bahan bakar (Irzaman et al, 2007) Bahan
Waktu
Massa
Harga bahan
Biaya
bakar
(menit)
bahan
bakar (kg)
(Rp)
Gas
11
0.1 kg
5.000,-/kg
500,-
Elpiji
Literatur Warta penelitian Dan pengembangan pertanian 2006
Tabel 1. Komposisi kimiawi sekam Minyak
No
Komponen
Persentase kandungan (%) 1 Kadar air 9,02 2 Protein kasar 3,03 3 Lemak 1,16 4 Serat kasar 35,68 5 Abu 17,71 6 Karbohidrat kasar 33,71 7 Karbon(zat arang) 1,33 8 Hidrogen 1,54 9 Oksigen 33,64 10 Silika 16,98 Sumber : Suharno 1979 Panas pembakaran sekam dapat mencapai 3300 kcal dan bulk density 0,100 g/ml serta konduktivitas panas 0,068 kcal (Rahmat 2006). Sementara itu beberapa penelitian mengenai biomassa sebagai bahan bakar telah dilakukan oleh beberapa peneliti. Riset menunjukkan pada tahun 1987, di Indonesia pemanfaatan sekam padi kurang dari 10%. Sedangkan di India sekam padi hingga tahun 1980 pemanfaatan sekam padi menjadi bahan bakar mencapai 40%.
25
140 mL
7.500,-/kg
1.050,-
Tanah
Warta penelitian Dan pengembangan pertanian 2006
Sekam Padi
35
1 kg
4000,-/20kg
20,-
Warta penelitian Dan pengembangan pertanian 2006
Sekam Padi
23
1 kg
2000,-/7kg
285,-
Irazaman, dkk hasil penelitian Departemen Fisika FMIPA IPB 2007
Bahan bakar minyak sebagai sumber energi Pemerintah selama kurun waktu tahun 2005 – 2008 telah menaikkan harga Bahan Bakar Minyak (BBM) bersubsidi sebanyak 3 kali, yaitu pada bulan Maret 2005, Oktober 2005 dan Mei 2008. BBM yang disubsidi pemerintah adalah minyak tanah, solar, dan premium. Sejak bulan Agustus 2005 pemerintah menetapkan BBM bersubsidi hanya untuk sektor rumah tangga dan sektor transportasi termasuk untuk usaha mikro, kecil dan menengah (UMKM). Untuk
3
industri pengolahan skala menengah dan besar dikenakan harga BBM non-subsidi, yaitu harga BBM yang mengikuti pergerakan harga minyak mentah (crude oil) dunia. Kenaikan harga BBM bersubsidi tersebut rata-rata sebesar 28% (Maret 2005), 126% (Oktober 2005), 28,9% (Mei 2008). (Sri Susilo dan Soeroso 2008). Demikian pula dengan harga gas elpiji (LPG) dan tarif dasar listrik (TDL) pernah juga dinaikkan beberapa kali. Pada dasarnya, keekonomian sumberdaya energi bukan saja ditentukan oleh harga sumber energi itu sendiri, tetapi ditentukan pula oleh harga sumber energi sejenis yang akan dipersaingkan. Jadi, ketika sekam padi diperkenalkan untuk mengganti BBM, maka bisa tidaknya sekam masuk pasaran sangat bergantung pada harga minyak mentah. Karena semakin meningkatnya harga minyak mentah akan berakibat pada meningkatnya harga produk kilang seperti minyak tanah. Sehingga dengan kenaikan tersebut akan mengakibatkan semakin kecilnya perbedaan antara harga sekam dengan BBM yang menjadikan sekam padi menarik secara ekonomi untuk dimanfaatkan sebagai sumber energi alternatif. Industri kecil menengah Industi Kecil Menengah Penggerak Perekonomian Daerah adalah industri barang dan jasa yang menggunakan bahan baku utamanya berbasis pada pendayagunaan sumber daya alam, bakat dan karya seni tradisional dari daerah setempat. IKM memiliki ciri dan kriteria antara lain bahan bakunya mudah diperoleh karena tersedia di daerah dan menggunakan teknologi sederhana sehingga mudah dilakukan alih teknologi, keterampilan dasar umumnya sudah dimiliki secara turun temurun, bersifat padat karya atau menyerap tenaga kerja yang cukup banyak, peluang pasar cukup luas sebagian besar produknya terserap di pasar lokal/domestik dan tidak tertutup sebagian lainnya berpotensi untuk diekspor, beberapa komoditi tertentu memiliki ciri khas terkait dengan karya seni budaya daerah setempat melibatkan masyarakat ekonomi lemah setempat. Secara ekonomis menguntungkan.
BAHAN DAN METODE Waktu dan tempat Penelitian ini dilakukan di laboraturium material dan perbengkelan Físika IPB. Waktu yang diperlukan untuk penelitian ini adalah 10 bulan, yakni Agustus 2008Desember 2009 meliputi kegiatan penelitian, pendahuluan, persiapan, pembuatan tungku serta penyusunan laporan. Bahan dan alat Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sekam padi. seng, batangan besi, drum dan gerabah. Alat yang digunakan palu, gunting, repand, thermometer infrared, panci, meteren, timbangan dan kawat. Metode penelitian 1. Dibuat ukuran lubang udara pada badan tungku sekam Dalam pembuatan tungku sekam ini dibuat beberapa model yang berbeda yaitu jenis A (lubang inti sebesar 22 cm x 8 cm), jenis B (lubang inti sebesar 22 cm x 16 cm), jenis C (lubang inti sebesar 22 cm x 24 cm). Dengan setiap masing ukuran dibuat tiga buah pengulangan. Gambar 3 menunjukkan diagram penelitian. Lampiran menunjukkan skema desain reservoir dan silinder.
Gambar 2. Desain tungku sekam Keterangan : (A) Reservoir (tandon) sekam dalam bentuk kerucut terbalik (B) Cerobong berlubang untuk membatasi aliran api (C) Isolator kompor (D) Badan kompor (E) Ruang antara tatakan abu sementara dan ujung bawah kerucut (F) Reservoir abu sementara
4
Gambar 3. Diagram alir Disiapkan alat dan bahan yang diperlukan
Ditimbang massa sekam mula-mula
Disiapkan 6 liter air
Dimasukan sekam ke dalam kerucut terbalik, dinyalakan, didihkan 6 liter air
Ditimbang massa sekam sisa
Dicatat lama pendidihan
Ditimbang massa arang
Dihitung massa sekam terpakai
Dihitung efisiensi
Dibuat laporan
Selesai
Diukur suhu bagian utama tungku sekam
5
2. Pengukuran lama pendidihan air dengan 3 jenis ukuran lubang udara tungku sekam Pengukuran lama pemasakan dilakukan dengan menggunakan air sebanyak 6 liter serta menghitung banyaknya sekam yang dibutuhkan untuk mendidihkan air tersebut. Sehingga mendapatkan laju bahan bakar yang dibutuhkan pada setiap jenis tungku sekam. Pada tahap ini juga dilakukan pengukuran suhu bagian-bagian tungku sekam. 3. Penghitungan efisiensi tungku sekam Dalam penghitungan efisiensi tungku sekam harus mengetahui jumlah energi yang dibutuhkan untuk memasak dengan menggunakan rumus, (Belonio,1985)
Qn
Mf .c.T t
(1)
Qn - energi yang dibutuhkan (kcal/jam) Mf - massa makanan (kg ) c - energi spesifik (kcal/kg) t - waktu pemasakan (jam) T - perubahan suhu oC 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, ( Belonio,1985) (2)
Keterangan : FCR – Fuel Consumption Rate (FCR) Laju bahan bakar yang digunakan (kg/jam) Qn - Laju energi yang digunakan (kcal/jam) HVF - Heat Value Fuel (HVF) nilai kalor bahan bakar (kcal/kg) ξg - efisiensi tungku sekam (%) HASIL DAN PEMBAHASAN Efisiensi tungku sekam Tungku sekam membutuhkan aliran udara yang maksimum untuk melakukan
proses pembakaran. Oleh karena itu udara yang terperangkap harus dibuat sebanyak mungkin. Udara masuk melalui lubang dengan satu lubang udara memiliki efesiensi yang tinggi (Maulana, 2008). Nilai efesiensi pada tungku sekam dengan satu lubang utama tiga jenis perlakuan ukuran dan tiga ulangan didapatkan nilai pada Gambar 4 dan 5 Pada tungku sekam luasan lubang inti 22 cm x 8 cm membutuhkan waktu untuk memdidihkan air rata-rata 0,20 jam. Laju konsumsi bahan bakar (FCR) sebesar 5,71 kg/jam, sedangkan energi kalor yang dibutuhkan (Qn) untuk mendidihkan air sebanyak 6 liter adalah 2206,06 kcal /jam. sehingga diperoleh efisiensi tungku sekam sebesar 12,92%. Luasan lubang inti 22 cm x 16 cm efisiensi paling baik dihasilkan pada ulangan ke-2. Dengan waktu pemasakan rata-rata selama 0,18 jam serta memiliki laju konsumsi bahan bakar (FCR) sebesar 6,24 kg/jam, sedangkan energi kalor yang dibutuhkan (Qn) untuk mendidihkan air sebanyak 6 liter adalah 2359,62 kcal /jam sehingga diperoleh efisiensi tungku sekam rata-rata sebesar 12,87%. Efisiensi paling baik adalah dengan perlakuan diberi luasan satu lubang inti ukuran 22 cm x 24 cm. Pada jenis ini membutuhkan waktu rata-rata selama 0,17 jam serta memiliki laju konsumsi bahan bakar (FCR) sebesar 6,03 kg/jam, sedangkan energi kalor yang dibutuhkan (Qn) untuk mendidihkan air sebanyak 6 liter adalah 2575,00 kcal/jam sehingga diperoleh efisiensi tungku sekam sebesar 14,32 %. Data masing-masing ukuran lubang tersebut dapat dilihat pada Tabel 4 dan 6 serta pengolahan data lengkap tertera dalam Lampiran 3.
6
Tabel 3. Hasil pengukuran parameter sistem tungku sekam untuk mendidihkan 6 liter air lubang udara ukuran 22 cm x 8 cm Suhu (ºC)
Massa sekam (kg)
menggunakan
Ulangan
Pa
Be
Kr
Dr
Kd
maw
mak
ms
mt
Titik didih (ºC)
I
63,3
178,6
103,3
37,7
300
2000
200
700
1100
98,0
0,22
II
84,7
190,7
106,7
40,3
tt
4800
3200
700
900
98,0
0,15
III
67,7
153,0
82,0
34,3
tt
4000
2000
700
1300
98,0
0,22
Tabel 4. Hasil pengukuran parameter sistem tungku sekam untuk mendidihkan 6 liter air lubang udara ukuran 22 cm x 16 cm Suhu (ºC)
Massa sekam (kg)
Waktu (jam)
menggunakan
Ulangan
Pa
Be
Kr
Dr
Kd
maw
mak
ms
mt
Titik didih (ºC)
I
65,3
183,0
94,6
44,3
135
2000
0
700
1300
98,0
0,16
II
86,6
198,7
100
41,3
288
2000
800
200
1000
98,0
0,18
III
64,0
150,7
58,7
34,3
200
2000
300
700
1000
98,0
0,19
Tabel 5. Hasil pengukuran parameter sistem tungku sekam untuk mendidihkan 6 liter air lubang udara ukuran 22 cm x 24 cm Suhu (ºC)
(jam)
menggunakan
Ulangan
Pa
Be
Kr
Dr
Kd
maw
mak
ms
mt
Titik didih (ºC)
I
74,0
409,0
105,0
367,0
416,0
9500
8000
700
800
98,0
0,14
II
72,0
218,0
123,6
34,7
tt
5300
3500
700
1100
98,0
0,20
III
74,0
213,0
109,3
32,3
tt
3500
1700
700
1100
98,0
0,16
Keterangan : Pa = panci Be = behel Kr
= kerucut
Dr = drum Kd = kerucut dalam
Massa sekam (kg)
Waktu
ma = massa awal mak = massa akhir ms = massa sisa mt = massa terpakai tt = tidak terbaca
Waktu (jam)
7
22 cm x 24 cm. Ukuran lubang ternyata Sangat mempengaruhi udara masuk dan menyalakan bahan bakar. Semakin banyak udara yang terperangkap di dalam tungku, maka mempermudah menyalakan sekam. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Pada ukuran lubang 22 cm x 8 cm efisiensi 12,92%, ukuran 22 cm x 16 cm efisiensi 12,87%. Ukuran 22 cm x 24 cm efisiensi 14,32%. Dari data di atas ternyata ukuran lubang yang terbesar menghasilkan efisiensi yang sangat nyata, artinya yang tertinggi dibandingkan dengan yang pertama dan kedua.
Gambar 4. Efisiesnsi tiap ulangan tungku sekam dan tiap ukuran lubang
Saran Pada penelitian selanjutnya disarankan : 1) Membuat variasi lebih banyak pada ukuruan tubuh tungku sekam dan bentuk lubang udara di tubuh tungku sekam. 2) Membuat variasi kemiringan kerucut wadah sekam 3) Selama penelitian berlangsung perlu diamati pada lokasi dan waktu yang sama dan dengan mengukur suhu dan tekanan udara lingkungan 4) Jumlah bahan bakar sekam yang dimasukkan dan yang terbakar diamati secermat mungkin agar perhitungan mencari efisiensi energinya menjadi lebih teliti. UCAPAN TERIMA ( ACKNOWLEDGEMENT )
Gambar 5. Efisiensi rata-rata tungku sekam Berdasarkan hasil tersebut terlihat bahwa luasan lubang udara sangat mempengaruhi efisiensi tungku sekam. Luasan lubang udara dan bentuknya dalam penelitian ini menunjukkan perbedaan yang nyata pada nilai efisiensi energi yang dihasilkan. Luasan lubang udara sangat mempengaruhi efisiensi karena tungku sekam ini merupakan jenis tungku yang memanfaatkan aliran udara sebagai energi luar. Luasan udara yang optimal pada penelitian ini yaitu,
KASIH
Ucapan terima kasih disampaikan kepada Direktorat Jendral Pendidikkan Tinggi, Departemen Nasional sesuai dengan Surat Perjanjian Pelaksanaan Hibah Kompetitif Penelitian Unggulan Strategis Nasional dengan nomor kontrak : 413/SP2H/PP/DP2M/VI/2009, tanggal 25 juni 2009, yang telah membantu mendanai penelitian ini sehinnga dapat diselesaikan dengan baik. DAFTAR PUSTAKA Belonio. 1985. Rice Huso gas store handbook.Approriate Technology Centre. Departement of Agricultural Engineering and Environmental Management. Collage of Agricultura
8
Central Philipine University Iloilo City. Philipine. Husin, AA. 2007. Pemanfaatan Sekam Padi dan Abu Sekam Padi untuk Pembuatan e-jurnal Batu Bata beton Berlubang. Balitbang PU. Pusat Litbang Pemukiman.Bandung. www.pu.go.id/balitbang Irzaman, Alatas, H,Darmasetiawan,H. Yani, A dan Musiran. 2007. Development of Cooking Stove From Waste (Rice Husk). Institut Pertanian Bogor, Departemen of Physics, FMIPA IPB. Darmaga. Kartasasmita,G.1996.Strategi Pengembangan Usaha Tani. Seminar Nasional HUT-HIPPI. Jakarta. Maulana, R.2008. Optimasi Efisiensi tungku Sekam dengan variasi lubang pada Badan Kompor. Skripsi. Bogor. Sekam Rachmat,Ridwan.2006.Kompor Segar. Tablot Sinar Tani. Jakarta. Susilo, Sri Y. 2008. Strategi Bertahan Industri Kecil Pasca Kenaikkan Haraga Pangan dan energi : Kasus Pada Industri makanan di Yogyakarta. Seminar Sains dan Teknologi-II Bandar Lampung. Thorburn, Craig. 1982. Rice Husk as a Fuel. Bandung : PT Tekton Books Pusat Teknologi Pembangunan Institut Teknologi Bandung Warta Penelitianan Pengembangan Pertanian.2006. Giliran Sekam untuk Bahan Bakar Alternatif.
9
Lampiran 1. Peralatan dan bahan yang digunakan
Gambar 6. Alumunium seng
Gambar 9. Gunting
Gambar 12. Palu
Gambar 14. Besi batang
Gambar 7. Panci
Gambar 10. Kawat
Gambar 8. Meteran
Gambar 11. Termometer infrared
Gambar 13. Drum
Gambar 15. Timbangan gantung
10
Lampiran 2. Skema reservoir dan silinder
Wadah sekam yang Belem dibentuk kerucut
Tatakan arang dan abu yang telah dibakar
a. Silender pembakar sekam yang masih berbentuk plat
b. Silender yang telah dibentuk
11
Desain rangka besi
Desain tubuh kompor
12
Lampiran 3. Hasil pengukuran parameter sistem tungku sekam untuk mendidihkan 6 liter air menggunakan lubang udara A. Lubang udara 22 cm x 24 cm, suhu lingkungan 28,0 ºC, Suhu (ºC)
Massa sekam (kg)
Waktu
Ulangan
Pa
Be
Kr
Dr
Kd
maw
mak
ms
mt
Titik didih (ºC)
I
74,0
409,0
105,0
367,0
416,0
9500
8000
700
800
98,0
0,14
II
72,0
218,0
123,6
34,7
tt
5300
3500
700
1100
98,0
0,20
III
74,0
213,0
109,3
32,3
tt
3500
1700
700
1100
98,0
0,16
Pengolahan data a. Ulangan I t = 0,14 jam massa sekam terpakai = 800 gram = 0.80 kg FCR =
0,80kg massa = = 5,71 kg/jam waktu 0,14 jam
Qn
=
Mf .c.T t
=
Qn 3000,00 = x 100%= 17,51% FCRxHf 5,71x3000,00
=
6kgx 70cal 0,14
= 3000,00 kcal/jam
b. Ulangan II t = 0,2 jam massa sekam terpakai = 1100 gram= 1,10 kg FCR =
Qn
=
1,1kg massa = = 5,50 kg/jam waktu 0,2 jam Mf .c.T t
=
6kgx 70cal 0,2
= 2100,00 kcal/jam
(jam)
13
=
Qn 2100,00 = x 100% = 12,73% FCRxHf 5.,50 x3000,00
c. Ulangan III t = 0,16 jam massa sekam terpakai = 1100 gram =1,10 kg
FCR =
1,10kg massa = = 6,88 kg/jam waktu 0,16 jam
Qn
=
Mf .c.T t
=
Qn 2625,00 = x 100% = 12,71% FCRxHf 6,88 x3000,00
6kgx 70cal 0,16
=
rata-rata = 1
2
3
3
=
= 2625,00 kcal/jam
17,51 0 0 12,73 0 0 12,71 0 0 = 14,32% 3
B. Lubang udara ukuran 22 cm x 16 cm
Suhu (ºC)
Massa sekam (kg)
Ulangan
Pa
Be
Kr
Dr
Kd
maw
mak
ms
mt
Titik didih (ºC)
I
65,3
183,0
94,6
44,3
135
2000
0
700
1300
98,0
0,16
II
86,6
198,7
100
41,3
288
2000
800
200
1000
98,0
0,18
III
64,0
150,7
58,7
34,3
200
2000
300
700
1000
98,0
0,19
Pengolahan data a. Ulangan I t = 0,16 jam massa sekam terpakai = 1100 gram = 1,10 kg
Waktu (jam)
14
FCR =
1,10kg massa = = 6,88 kg/jam waktu 0,16 jam
Qn
=
Mf .c.T t
=
Qn 2625,00 = x 100%= 12,72% FCRxHf 6,88 x3000,00
=
6kgx 70cal 0,16
= 2625,00 kcal/jam
b. Ulangan II t = 0,18 jam massa sekam terpakai = 900 gram= 0,90 kg FCR =
0,90kg massa = = 5,00 kg/jam waktu 0,18 jam
Qn
=
Mf .c.T t
=
Qn 2333,33 = x 100% = 15,56% FCRxHf 5,00 x3000,00
=
6kgx70cal 0,18 jam
= 2333,33 kcal/jam
c. Ulangan III t = 0,19 jam massa sekam terpakai = 1300 gram =1,30 kg
FCR =
1,30kg massa = = 6,84 kg/jam waktu 0,19 jam
6kgx 70cal 0,19
Qn
=
MfxEs t
=
Qn 2120,53 = x 100% = 10,33% FCRxHf 6,84 x3000,00
=
= 2120,53 kcal/jam
15
rata-rata = 1
2
3
3
=
12,72 0 0 15,56 0 0 10,33 0 0 = 12,87% 3
C. Lubang udara ukuran 22 cm x 8 cm
Suhu (ºC)
Massa sekam (kg)
Ulangan
Pa
Be
Kr
Dr
Kd
maw
mak
ms
mt
Titik didih (ºC)
I
63,3
178,6
103,3
37,7
300
2000
200
700
1100
98,0
0,22
II
84,7
190,7
106,7
40,3
tt
4800
3200
700
900
98,0
0,15
III
67,7
153,0
82,0
34,3
tt
4000
2000
700
1300
98,0
0,22
Pengolahan data a. Ulangan I t = 0,22 jam massa sekam terpakai = 1300 gram = 1,30 kg FCR =
1,30kg massa = = 5,91 kg/jam waktu 0,22 jam
Qn
=
Mf .c.T t
=
Qn 1909,09 = x 100%= 10,77% FCRxHf 5,91x3000,00
=
6kgx 70cal 0,22
= 1909,09 kcal/jam
b. Ulangan II t = 0,15 jam massa sekam terpakai = 1000 gram= 1,00 kg FCR =
massa 1,00 kg = = 6,67 kg/jam waktu 0,15 jam
Waktu (jam)
16
Qn
=
Mf .c.T t
=
Qn 2800,00 = x 100% = 13,99% FCRxHf 6,67 x3000,00
6kgx70cal 0,15 jam
=
= 2800,00 kcal/jam
c. Ulangan III t = 0,22jam massa sekam terpakai = 1000 gram =1,00kg
FCR =
1,00kg massa = = 4,55 kg/jam waktu 0,22 jam
Qn
=
Mf .c.T t
=
Qn 1909,09 = x 100% = 13,99% FCRxHf 4,55 x3000,00
6kgx 70cal 0,22
=
rata-rata = 1
2
3
3
=
= 1909,09 kcal/jam
10,77 0 0 13,99 0 0 13,99 0 0 = 12,92% 3
