NASKAH PUBLIKASI KARYA ILMIAH
PENGEMBANGAN TEKNOLOGI TUNGKU PEMBAKARAN MENGGUNAKAN AIR HEATER BERSIRIP
Disusun oleh :
SULARTO NIM : D200 08 0081
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2013
PENGEMBANGAN TEKNOLOGI TUNGKU PEMBAKARAN MENGGUNAKAN AIR HEATER BERSIRIP Sularto, Sartono Putro, Amin Sulistyanto Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. Ahmad Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura Email :
[email protected]
ABSTRAKSI Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui bagaimana kinerja tungku pembakaran menggunakan air heater bersirip dengan variasi bentuk sirip terhadap temperatur tungku pembakaran, temperatur gas cerobong, waktu pendidihan air, dan efisiensi thermal tungku dengan menggunakan bahan bakar sekam padi. Metode penelitian yang digunakan berupa pengujian pengaruh variasi bentuk sirip radial profil siku-empat dan sirip profil siku-empat pada air heater terhadap temperatur tungku pembakaran, temperatur gas cerobong, termperatur gas air heater, waktu pendidihan air, dan efisiensi thermal tungku menggunakan bahan bakar sekam padi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penggunaan air heater dengan variasi bentuk sirip mempengaruhi besarnya temperatur tungku pembakaran, temperatur gas cerobong, waktu pendidihan air, dan efisiensi thermal tungku yang dikarenakan luasan sirip terkena gas pembakaran berbeda. Temperatur tungku pembakaran tertinggi diketahui pada sirip radial profil siku-empat dengan temperatur 569 oC pada menit 100, temperatur gas cerobong tertinggi diketahui pada sirip radial profil siku-empat dengan temperatur 438 oC pada menit 100, waktu pendidihan air tercepat diketahui pada sirip radial profil siku-empat dengan waktu 105 menit, dan efisiensi tertinggi diketahui pada sirip radial profil siku-empat dengan 59,01 %.
Kata Kunci : Tungku Pembakaran, Air Heater, Variasi Bentuk Sirip.
PENDAHULUAN
Latar Belakang Energi merupakan kebutuhan pokok dalam kehidupan sehari - hari. Dengan seiring perkembangan zaman kebutuhan energi sangat besar, dan
mayoritas
menggunakan
sumber
energi
yang
tidak
dapat
diperbaharui. Sumber daya energi yang ada di alam ini dapat digolongkan menjadi dua bagian, yaitu sumber daya energi yang dapat diperbaharui (renewable) dan sumber daya energi yang tidak dapat diperbaharui (nonrenewable). Ketersediaan energi yang tidak terbarukan akan menipis karena pemanfaatan untuk mencukupi kebutuhan manusia. Penghematan energi dan pengembangan energi elternatif merupakan solusi untuk mengatasi masalah krisis energi yang terjadi. Indonesia merupakan salah satu negara agraris dengan penghasil padi yang besar. Dari penggilingan padi akan menghasilkan 20% - 30% limbah sekam padi. Sekam padi merupakan salah satu contoh biomassa dan dimanfaatkan sebagai bahan bakar utama yang digunakan dalam industri pembuatan tahu. Industri pembuatan tahu merupakan salah satu contoh industri yang berada di masyarakat Indonesia. Tungku pembakaran merupakan alat yang digunakan dalam sentra industri kecil pembuatan tahu. Alat ini berfungsi untuk menguapkan air dalam bejana air yang digunakan dalam proses pembuatan tahu. Dalam proses pembuatan tahu masih menggunakan tungku pembakaran yang sederhana dan belum dilakukan penelitian. Udara yang masuk kedalam tungku pembakaran merupakan udara sekitar dengan suhu temperatur kamar, sehingga panas yang dihasilkan kurang maksimal yang dapat menurunkan efisiensi tungku pembakaran. Panas yang dihasilkan tungku pembakaran tidak berpusat pada bejana air dan nyala api tidak stabil sehingga dapat memperlambat proses pendidihan air yang dibutuhkan untuk proses pembuatan tahu.
Dari uraian masalah diatas, maka perlu temuan – temuan inovatif yang dapat mendukung perkembangan industri tersebut berupa teori – teori atau alat – alat penemuan baru. Salah satunya dengan melakukan penelitian tentang tungku pembakaran menggunakan air heater bersirip yang diharapkan dapat meningkatkan efisiensi tungku pembakaran yang baik dan panas yang dihasilkan dapat berpusat pada bejana air, sehingga panas yang dihasilkan lebih besar dan air cepat menguap maka dapat menghemat bahan bakar dan biaya produksi yang rendah. Tujuan Penelitian Mengetahui
bagaimana
kinerja
dari
tungku
pembakaran
menggunakan air heater bersirip terhadap : 1.
Temperatur tungku pembakaran
2.
Temperatur gas cerobong
3.
Waktu pendidihan air
4.
Efisiensi thermal tungku
Tinjauan Pustaka Setiawan, D. dkk (2010), melakukan penelitian tentang tungku berbahan bakar sekam padi dengan bantuan aliran udara. Metode penelitian ini menggunakan variasi lubang udara utama pada tubuh tungku yang digunakan untuk mendidihkan air sebanyak 6 liter. Hasil dari penelitian menunjukkan bahwa efisiensi tungku tertinggi didapat pada lubang udara ukuran 22 cm x 24 cm dengan efisiensi 14,32 %, lubang udara ukuran 22 cm x 16 cm didapat efisiensi 12,87 %, dan lubang udara ukuran 22 cm x 8 cm didapat efisiensi 12,92 %. Nawafi,F. dkk (2010), melakukan penelitian tentang optimasi tungku sekam skala industri kecil dengan sistem boiler.
Metode penelitian ini
dengan melakukan pengukuran lama pendidihan air dengan drum boiler dan non boiler. Hasil dari penelitian menunjukkan bahwa pemasakan air dengan sistem boiler lebih efisien dibandingkan dengan sistem non boiler. Pemasakan air 50 liter dengan sistem boiler didapat efisiensi 22,18 %, dengan sistem non boiler didapat efisiensi 20,47 %. Pemasakan air 100
liter dengan sistem boiler didapat efisiensi 19,23 %, dengan non boiler didapat efisiensi 17,54 %. Dan pemasakan air 150 liter dengan sistem boiler didapat efisiensi 21,26 %, dengan sistem non boiler didapat efisiensi 21,04%. Wiyana,R.A.
(2012),
melakukan
penelitian
tentang
tungku
pembakaran menggunakan air heaters pipa parallel dengan variasi kecepatan udara yang dihubungkan dengan blower. Hasil penelitian diketahui temperatur tungku tertinggi diketahui pada kecepatan udara 13 m/s dengan temperatur 820oC pada waktu 120 menit. Temperatur gas buang tertinggi diketahui pada kecepatan 15 m/s dengan temperatur 340oC pada waktu 100 menit. Temperatur pendidihan air tercepat diketahui pada kecepatan 17 m/s dengan waktu 100 menit yang mendidih pada suhu 98oC. Kebutuhan bahan bakar terendah diketahui pada kecepatan udara 13 m/s dengan kebutuhan 20,25 kg dengan waktu 190 menit. Efisiensi themal tungku tertinggi diketahui pada kecepatan udara 13 m/s yaitu 75,8%. Yunianto,M.(2004), dalam penelitiannya tentang peningkatan laju perpindahan panas pada kondensor pipa ganda. Metode yang digunakan dalam penelitian dengan penambahan sirip yang berupa lilitan kawat dalam pipa kondensor. Kawat dipasang dalam pipa annulus pada kondensor dengan variasi jarak antar lilitan 20 mm, 40 mm, dan 60 mm. Dari hasil penelitian didapat peningkatan efektifitas kondensor pada pemakaian kawat lilitan dengan jarak 60mm, sedangkan
pada jarak
20mm dan 40mm terjadi penurunan efektifitas. METODE PENELITIAN Metode penelitian yang digunakan berupa pengujian pengaruh variasi bentuk sirip radial profil siku-empat dan sirip profil siku-empat pada air heater terhadap temperatur tungku pembakaran, temperatur gas cerobong, termperatur gas air heater, waktu pendidihan air, dan efisiensi thermal tungku menggunakan bahan bakar sekam padi.
DIAGRAM ALIR PENELITIAN
Prosedur penelitian dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut : 1. Mengisi air kedalam bejana air sebesar 45 kg. 2. Mengisi ruang bakar dengan sekam padi sebanyak 4 kg. 3. Amati temperatur awal dari tungku pembakaran, cerobong, air heater bersirip dan air dalam bejana dengan thermokopel reader kemudian catat hasilnya. 4. Membuat bara api dari campuran abu sekam padi dan solar dengan perbandingan komposisi 1 : 1 sebanyak 0,1 kg, lama pembuatan bara api menjadi stabil selama 20 menit. 5. Blower dihidupkan setelah bara api stabil dan lubang depan ditutup dengan seng. 6. Memulai proses pendidihan air dan amati lama waktu proses pendidihan air dengan stopwatch. 7. Amati proses penguapan air selama 60 menit setelah air mendidih.
8. Memasukkan bahan bakar sekam padi saat volume bahan bakar pada tungku pembakaran berkurang. 9. Amati temperatur ruang bakar, gas cerobong, air heater bersirip dan air dalam bejana tiap 5 menit yang ditunjukkan oleh thermokopel reader kemudian catat hasilnya. 10. Api dipadamkan setelah penelitian berakhir. 11. Amati volume air pada bejana setelah 30 menit dari penelitian berakhir kemudian catat hasilnya. HASIL DAN PEMBAHASAN Temperatur tungku pembakaran Berdasarkan hasil pengujian temperatur tungku dengan variasi bentuk sirip maka diperoleh grafik dibawah ini : 650 tanpa sirip
temperatur (°C)
600 550
sirip radial profil sikuempat
500 450
sirip profil sikuempat
400 350 300 20
40
60
80 100 120 140 160 180 waktu (menit)
Grafik Hubungan Temperatur Tungku Pembakaran Terhadap Waktu Pembakaran Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa hubungan temperatur tungku pembakaran
terhadap
waktu
pembakaran
menunjukkan
terjadi
peningkatan temperatur tungku pembakaran yang tidak stabil. Temperatur tertinggi diketahui pada menit 100 dengan temperatur 569 oC pada sirip radial profil siku-empat dan temperatur terendah diketahui pada menit 20 dengan temperatur 431 oC pada sirip profil siku-empat.
Dari hasil pengujian diketahui bahwa sirip radial profil siku-empat memiliki temperatur tungku pembakaran yang lebih tinggi karena dipengaruhi dari temperatur udara yang dihembuskan air heater juga tinggi. Temperatur gas cerobong Berdasarkan hasil pengujian temperatur gas cerobong dengan variasi bentuk sirip maka diperoleh grafik dibawah ini : 500 tanpa sirip
temperatur (°C)
450 400
sirip radial profil sikuempat
350 300
sirip profil siku-empat
250 200 20
40
60
80
100 120 140 160 180
waktu (menit)
Grafik Hubungan Temperatur Gas Cerobong Terhadap Waktu Pembakaran Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa hubungan temperatur gas cerobong terhadap waktu pembakaran menunjukkan terjadi peningkatan temperatur gas cerobong yang tidak stabil. Temperatur tertinggi diketahui pada menit 100 dengan temperatur 438 oC pada sirip radial profil sikuempat dan temperatur terendah diketahui pada menit 20 dengan temperatur 306 oC pada sirip profil siku-empat. Dari hasil pengujian diketahui bahwa sirip radial profil siku-empat memiliki temperatur gas cerobong yang lebih tinggi karena dipengaruhi dari temperatur tungku pembakaran yang tinggi.
Temperatur gas air heater Berdasarkan hasil pengujian temperatur gas air heater dengan
temperatur (°C)
variasi bentuk sirip maka diperoleh grafik dibawah ini : 300 280 260
tanpa sirip
240 220 200 180 160
sirip radial profil sikuempat sirip profil sikuempat
140 120 100 20
40
60
80
100 120 140 160 180
waktu (menit)
Grafik Hubungan Temperatur Gas Air Heater Terhadap Waktu Pembakaran Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa hubungan temperatur gas air heater terhadap waktu pembakaran menunjukkan terjadi peningkatan temperatur setiap menitnya. Temperatur tertinggi diketahui pada menit 100 dengan temperatur 264 oC pada sirip radial profil siku-empat dan temperatur terendah diketahui pada menit 40 dengan temperatur 117 oC pada sirip profil siku-empat. Dari hasil pengujian diketahui bahwa sirip radial profil siku-empat memiliki temperatur gas air heater yang tinggi karena memiliki luasan yang terkena gas pembakaran lebih luas. Waktu pendidihan air Berdasarkan hasil pengujian waktu pendidihan air dengan variasi bentuk sirip maka diperoleh grafik dibawah ini :
110 100 105
100
tanpa sirip 110
temperatur (°C)
90 80
sirip radial profil sikuempat
70 60
sirip profil siku-empat
50 40 30 20
40
60
80 100 120 140 160 180 waktu (menit)
Grafik Hubungan Temperatur Air Terhadap Waktu Pembakaran Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa hubungan temperatur
air
terhadap waktu pembakaran menunjukkan kebutuhan waktu yang berbeda untuk mendidihkan air. Untuk mendidihkan air perlu waktu 105 menit pada sirip radial profil siku-empat, dan 110 menit pada sirip profil siku-empat dengan temperatur didih 98oC. Dari hasil pengujian diketahui bahwa waktu untuk pendidihan air pada sirip radial profil siku-empat lebih cepat. Hal ini disebabkan oleh temperatur gas air heater sirip radial profil siku-empat lebih tinggi sehingga mempengaruhi temperatur tungku pembakaran. PENUTUP Kesimpulan Dari hasil pengujian dan perhitungan kinerja tungku pembakaran menggunakan air heater bersirip radial profil siku-empat dan air heater bersirip profil siku-empat, didapatkan kesimpulan sebagai berikut : 1. Temperatur tungku pembakaran sirip radial profil siku-empat lebih tinggi karena luasan sirip yang terkena gas pembakaran lebih luas. 2. Temperatur gas cerobong sirip radial profil siku-empat lebih tinggi karena dipengaruhi temperatur tungku pembakaran.
3. Waktu pendidihan air sirip radial profil siku-empat lebih cepat karena dipengaruhi temperatur tungku pembakaran. 4. Efisiensi thermal tungku sirip radial profil siku-empat lebih tinggi karena dipengaruhi temperatur gas air heater. Saran Penulis menyadari bahwa permasalahan yang belum terungkap masih banyak yang berkaitan dengan pengembangan teknologi tungku pembakaran menggunakan air heater bersirip, maka didapatkan saran sebagai berikut : 1. Melakukan survei ketempat industri tahu yang menggunakan tungku sekam padi untuk mendapatkan masukan dalam merencanakan penelitian. 2. Bejana air diletakkan sejajar dengan tungku pembakaran untuk memperluas permukaan yang terkena panas sehingga meningkatkan efisiensi tungku pembakaran. 3. Gas air heater dimanfaatkan untuk pemanasan air dalam bejana untuk mempercepat proses pendidihan air.
DAFTAR PUSTAKA Cangel,Y.A. 2007. Heat Transfer. Second edition. New York: Mc Graw Hill. F. Nawafi,R.D. Puspita, Desna, dan Irzaman. 2010. Optimasi Tungku Sekam Skala Industri Dengan Sistem Boiler. Berkala fisika vol.12, No.3, Juli 2010, hal 77-84. Bogor : Fakultas MIPA IPB. Diakses 3 Januari 2013 pukul 19.40. Holman, J. P.1997. Perpindahan Kalor. Edisi keenam. Jakarta: Erlangga. Setiawan, D. Irzaman, Demijati, Siswadi. 2010. Kajian Hasil Pembuatan Tiga Macam Ukuran Lubang Berbentuk Persegi Panjang Pada Tubuh Tungku Sekam. Berkala Fisika Vol 13, N0. 2, Edisi Khusus April 2010, hal C1-C4, Bogor : Fakultas MIPA IPB. Diakses 3 Januari 2013 pukul 19.25. Soedarna, Achmad Amir. 1995. Fisika Untuk Universitas. Bandung: Bina Cipta. Wiyana,R.A. 2012. Inovasi Teknologi Tungku Pembakaran Dengan Air Heaters Pipa Pararel. Tugas Akhir. Surakarta : Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta. Yunianto,M. 2004. Peningkatan Laju Perpindahan Panas Pada Kondensor Pipa Ganda. Tugas Akhir. Surakarta : Teknik Mesin Universitas Negeri Surakarta.
http://sungsandryerkorea.blogspot.com/2011/07/tungku-sekam-padi-fullindirect-heat.html Diakses 3 Januari 2013 pukul 20.10. http://oto.teknik.ummgl.ac.id/download/materi/slide%20kuliah%20sistem% 20pendingin/Perpindahan%20Panas%20pada%20Sirip%20(Fin).ppt. Diakses 3 Januari 2013 pukul 20.50.
http://digilib.itb.ac.id/gdl.php?mod=browse&op=read&id=jiptumm-gdl-s12002-yuda-5713-heater . Diakses 3 Januari 2013 pukul 18.50.
