JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6
1
PERANCANGAN KOMPOR BRIKET BIOMASS UNTUK LIMBAH KOPI Arga Setia Tama, Sarwono, dan Ronny Dwi Noriyati Jurusan Fisika, Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail:
[email protected] Abstrak—Semakin habisnya bahan bakar minyak memicu timbulnya banyak pemanfaatan untuk mengganti bahan bakar minyak. Salah satu contohnya adalah briket kopi. Tetapi pemanfaatan briket juga kurang diminati karena tidak adanya alat yang mendukung dipakainya briket. Dalam penelitian ini dilakukan perancangan kompor briket biomass untuk limbah kopi. kemudian mempelajari dan fabrikasi beberapa tipe bentuk kompor serta perhitungan panas yang hilang. Selanjutnya dipilih kompor berbentuk balok dengan dimensi tempat briket tinggi 13,5cm dan lebar 9,4cm dengan bagian luar tinggi 25cm dan berdiameter 15cm. Dari hasil yang didapat bahwa kompor dapat memanaskan air 1 L dengan briket paling cepat adalah 1L menit yakni dengan briket 1Kg. Dan nilai efisiensi kompor paling besar adalah 26,14 %, yakni untuk pembakaran briket 0,25 kg dengan air 1L. untuk heat loss terbesar adalah 88,71% yang terjadi saat pembakaran briket 1Kg dengan air 1L. untuk nilai ekonomis mencapai Rp. 840,- ,hemat Rp. 1.600,- dari minyak tanah. Harga kompor adalah Rp.125.000,-. Relatif mahal tetapi perawatannya mudah.
II. METODE A. Metode Percobaan Terdapat beberapa tahapan dalam penelitian ini, tahapan tersebut adalah sebagai berikut:
Kata Kunci— efisiensi, kompor, briket, ekonomis, heat loss
I. PENDAHULUAN
B
erbagai pemanfaatan bahan bakar minyak dilakukan untuk mengejar tingkat panas yang besar, namun tidak cepat habis terbakar. Tentunya semua itu diikuti harga yang tinggi[1]. Contohnya briket, briket merupakan salah satu energi alternatif terbarukan yang potensinya besar di Indonesia[2]. Karena mengingat negara agraris yang dimana banyak bahan baku briket dalam jumlah besar. Pemanfaatan bahan baku briket di kehidupan sehari – hari hanya tertuju pada kayu[9]. Hal ini tentunya tidak di izinkan karena semakin lama jumlah kayu di Indonesia juga semakin menipis. Dan nilai konversi terhadap aspek ekonomi juga tidak murah. Tentunya, jika dibandingkan dengan bahan baku minyak yang sekarang digolongkan langkah dan tidak dapat diperbarui, briket termasuk mempunyai kelebihan tersendiri[3]. Kompor briket merupakan alat pemanfaatan yang dikhususkan untuk beberapa briket sebagai alat bakar skala rumah tangga. Dalam kehidupan masyarakat benda ini sudah identik dengan harga yang terjangkau dan aman tanpa polusi[10]. Untuk perancangan kompor briket ini bertujuan untuk mendapatkan nilai kalor yang tinggi dengan efisiensi yang maksimal. Maksimal dalam hal nilai kehilangan kalor yang minimum, kerugian gas buang yang minimum, meminimalisir akan kerugian panas karena material.
Gambar 1 Flowchart penelitian B. Teori Perancangan Untuk merancang sebuah kompor briket diperlukan adanya dimensi briket yang akan digunakan. Vr = 2,2 x Vb(dalam dimensi penuh) Vb=50 x 15,072 cm3 Vb=753,6 cm3 Vr=2,2 x 753,6 cm3 Vr=1658 cm3 Luas penampang 1 buah briket adalah 3,14 x 22= 12,56 cm2 Ar = 1,4 x Ab Ar=1,4 x 5 x 12,56 Ar=87,92 cm2
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6
Silinder Vr = 1658 cm3 Ar= 87,92 cm2 Tinggi silinder adalah: Hr=1658/87,92 Hr = 18,5 cm jari-jari silinder:
Balok Vr = 1658 cm3 Ar= 87,92 cm2 tinggi Balok: Hr=1658 / 87,92 Hr = 18,5 cm panjang satu sisi: Sr = 9,4 cm
2 Dilakukan perhitungan untuk jumlah udara pada kondisi nyata. Hal ini bertujuan Untuk meminimalisir terjadinya kesalahan perhitungan ikatan antar udara pembakaran dengan unsur lain dalam waktu yang relative pendek.
Segi enam Vr = 1658 cm3 Ar= 87,92 cm2 tinggi Balok: Hr=1658 / 87,92 Hr = 18,5 cm Besarnya sisi : Rr= 5,8 cm
Mud’ = Mud+(%excess air) (Mud) kapasitas bahan bakar briket sebanyak 1 kg adalah :
Rr= 5,3 cm Dan juga mampu menentukan kapasitas maksimal kompor yang akan dirancang[8]. Pada proses fabrikasi kompor briket yang terpenting adalah mengetahui nilai kandungan yang punyai briket sebagai bahan bakar[12]. Terbagi atas 2 bagian, yakni kompor bagian dalam sebagai tempat briket dan bagian luar sebagai main body yakni bentuk kompor[7]. Kemudian untuk menghitung besarnya kandungan N2 (asumsi pembakaran yang sempurna) [5,11] : %N2 = % nitrogen dalam gas buang = % N2 dalam udara + % N2dalam bahan bakar Besarnya karbon dioksida : %CO2 = 100 - %N2 Factor pengkali (unsur ultimasi) :1 - M – A Dimana: M = kadar air /moisture(%) A = kadar abu /Ash(%)
A F act,m,d
nilai pembakaran aktual nilai pembakaran teoritis
•
•
m briket m = lama pembakaran
(10)
laju aliran udara bakar: •
Q=
m udara
(11)
ρ
Q V
(12)
(1)
(2)
C. Penentuan Kompor Metode pemilihan kompor adalah menghitung hambatan dari dinding kompor yang ada. Hasil yang didapat akan diambil untuk nilai kehilangan kalor paling kecil diantara 3 design yang telah dibuat. Dalam perhitungan ini aspek kehilangan kalor secara radiasi diabaikan karena terlalu banyak aspek yang natinya berpengaruh pada dinding kompor. Dan yang digunakan dalam perhitungan adalah persamaan kehilangan panas gabungan, yakni konduksi dan konveksi: Nilai hambatan konveksi[4]:
Ra L = GrL .Pr =
gβ (Ts - T∞ )L3
ϑα
(13)
(3) Nu L =
Koefisien pengenceran :
DC =
(9)
Untuk estimasi laju pembakaran:
Au =
Untuk pembakaran aktual mempunyai persamaan yang berbeda dengan teoritis, yakni sebagai berikut : (%N 2 )(28,016) - Cb - N f (%CO + CO 2 ) (12,01) = 0,768
Mudpembakaran = (1+mH2O) x Mud
Jari-jari lubang udara adalah sebesar:
Proses pembakaran teoritis didapatkan dari hasil rasio udara – bahan bakar teoritis:
(2,66 C + 7,94H 2 + 0,988S - O 2 ) A = 0,232 F th, m,d
(8)
(4)
0,68 + 0,67Ra L 0,492 1 + Pr
9 / 16
1/4
(14)
4/9
Nilai Hambatan Konduksi[4]: %kelebihan udara =100(DC-1)
(5)
R= Jumlah O2 yang diperlukan untuk pembakaran bahan bakar sebanyak 1 kg, perhitungannya sebagai berikut :
8 o M ta = C + 8( H − ) + S 3 8
(6)
Untuk jumlah minimum udara yang dibutuhkan:
M ud =
100 x Mta 23,15
(7)
1 Kc
(15)
Untuk menentukkan perumusaan nusselt number harus diidentifikasi terlebih dahulu dari nilai reynold number. Jika reynold numbernya>109, maka bisa dipastikan aliran yang terjadi adalah aliran turbulen. Begitu pun sebaliknya, jika reynold number<109, maka aliran dianyatakan sebagai aliran yang laminar.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6
3
D. Hasil Perancangan
Gambar 2 Hasil perancangan kompor Dari analisis heat loss yang hilang maka bentuk kompor yang dipilih adalah bentuk balok. Setelah mempunyai nilai untuk perancangan, maka hail fabrikasi dapat dilihat pada gambar diatas. Kompor briket ini mempunyai tempat abu yang dapat dibuka sehingga mudah untuk dibersihkan. Dan singgungan antara api dengan dinding juga relative kecil karena tempat briket berbentuk balok. III. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Data Pengujian Data yang didapatkan akan diolah untuk menentukan heat loss total dan juga efisiensi total di ikuti dengan perubahan suhu. Tabel 1 Pengambilan data Ma No
Mb (kg)
Aw al
Ma akhir
T
T
T1
2
3
4
Mabu
(°C)
(°C
(°C
(°C
(kg)
)
)
)
8 5 7 9 7 3 7 4 7 5 7 5 7 5 7 5 7 3 7 2 7 3 6 9
6 6 6 5 6 2 6 4 6 0 6 2 5 6 5 6 5 6 5 3 5 6 5 3
8 4 7 8 7 3 7 1 7 5 7 5 7 4 7 3 7 1 7 2 7 1 6 9
(kg)
T
tdidih (meni
Lama nyala
t)
(jam)
11, 5
3
17
2,5
29
2,1
Ga gal
2
13
3
22
2,5
35
2,1
(kg)
1
1
1
0,187
30, 5
2
0,7 5
1
0,308
33
3
0,5
1
0,41
33
4
25
1
0,55
28
5
1
1,5
0,64
27
6
0,7 5
1,5
0,914
27
7
0,5
1,5
1,15
25
8
25
1,5
1,3
26
9
1
2
1,11
26
10
0,7 5
2
1,4
27
11
0,5
2
1,631
25
12
25
2
1,655
26
0,11 2 0,09 1 0,07 2 0,05 3 0,11 2 0,09 1 0,07 2 0,05 3 0,11 2 0,09 1 0,07 2 0,05 3
Ga gal 17, 3 Ga gal Ga gal Ga gal
2 3 2,5 2,1
Gambar 3 Grafik perubahan suhu Grafik diatas menyatakan perubahan temperature saat mengalami pengigihan untuk macam – macam massa air yang dimasak. Pada gambar pertama dan kedua adalah proses pendidihan air 1 L dan juga 1,5L.dari grafik dapat dilihat bahwa nilai paling cepat adalah enggunakan briket sebanyak 1 kg. dan untuk massa air 2L paling cepat adalah 0,75 Kg. B. Efisiensi Total Pada pengujian efisiensi total ini variable yang dibandingkan adalah nilai kalor yang dimanfaatkan (Qs) dengan nilai kalor yang dihasilkan(QL). Nilai efisiensi paling tinggi terdapat pada massa briket 0,25kg dengan massa air sebesar 1 kg.
2
Adapun dari data yang diambil beberapa diantaranya dinyatakan air sebagai indikator pendidihan tidak mendidih. Air tidak mendidih paling banyak adalah pada saat massa air 2L. dari data menunjukkan hanya massa briket 1Kg saja yang dapat mengalami proses pendidihan. Dan untuk mendidihkan air 2L saja membutuhkan durasi yang relative lama. Untuk penyajian data tentang rasio perubahan suhu di tiap massa air akan ditampilkan berupa grafik berikut:
Gambar 4 Perbandingan efisiensi
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6
4
Tabel 2 Efisiensi total No
Kode bakar M Ma b
M uap air
T2T1
T4T3
QL
Tabel 3 Heat loss Qs
Efisiensi total
No 1
Kode bakar Ma
Mb
Dindin g kompor
1 0,7 5 0,5 0,2 5
1
19,79
11,2
57,72
88,71
11,29
1
19,79
9,16
58,31
87,26
12,74
1
19,79
7,2
56,69
83,68
16,32
1
19,79
5,3
48,77
73,86
26,14
19,79
9,26
19,79
6,06
19,79
4,8
19,79
3,5
59,2592 2 59,8565 8 54,8762 7 54,4180 3 62,6279 2
88,3092 2 85,7065 8 79,4662 7 77,7080 3 88,0179 2
11,6907 8 14,2934 2 20,5337 3 22,2919 7 11,9820 8
64,2348
88,5748
11,4252
60,7086 5 55,5373 6
84,0986 5 78,3273 6
15,9013 5 21,6726 4
1
1
1
0,813
54, 5
18
510,7
4521
11, 29
2
0,7 5
1
0,692
46
13
431,98
3390,7 5
12,74
3
3
0,5
1
0,59
40
11
369,01
2260,5
16,32
4
4
0,2 5
1
0,45
46
7
295,55
1130,2 5
26,14
5
1
5
1
1,5
0,86
50
15
528,54
4521
6
0,7 5
6
0,7 5
484,65 4 464,16 5 251,95 5
3390,7 5
7
0,5
8
0,2 5
1, 5 1, 5 1, 5 1, 5
541,71
4521
1,5
0,786
48
13
7
0,5
1,5
0,735
50
18
8
0,2 5
1,5
0,345
49
17
9
1
2
0,89
47
15
10
0,7 5
2
0,6
45
19
387,4
3390,7 5
11
0,5
2
0,55
48
15
359,45
2260,5
12
0,2 5
16
244,95 5
1130,2 5
2
0,345
43
2260,5 1130,2 5
2
Baha n bakar
Tak terduga
Heat loss total
Efisiensi total
11,6907 8 14,2934 2 20,5337 3 22,2919 7 11,9820 8
9
1
2
19,79
5,6
10
0,7 5
2
19,79
4,55
11,4252
11
0,5
2
19,79
3,6
12
0,2 5
2
19,79
3
15,9013 5 21,6726 4
D. Nilai Ekonomis Dari nilai efisiensi total telah diketahui nilai persentase paling besar adalah pada pendidihan air 1L dengan briket 0,25 Kg. tetapi pada kenyataannya. Air sebagai indicator pembakaran ini tidak mendidih. Hanya mengalami penguapan saja. Dibandingkan dengan massa briket yang lain beitu berbeda. Pada 1Kg selalu mengalami pendidihan tapi nilai efisiensinya cenderung kecil. C. Heat Total Pada hasil pengujian heat loss total ditentukan berdasarkan pengurangan nilai efisiensi total terhadap dinding kompor ditambah heat loss bahan bakar dan juga heat loss tidak terduga.
Gambar 5 Perbandingan heat loss Heat loss paling besar adalah pada saat proses pendidihan air 2L. dengan 0,75 Kg massa briket. Tetapi pada pendidihan air 1L nilai haet loss relative merata tidak terlihat perbedaan yang cukup jauh.
a.Perhitungan nilai material
SA283 gr. A(3mm) 3kg x Rp. 7.500,-/kg SA53gr.A (6 mm) 6kg x Rp 5.500,-/kg Pengelasan Pembubutan + pengeboran Cat tahan panas Total pengeluaran
= Rp 22.500,= Rp.33.000,=Rp. 25.000,=Rp. 30.000,=Rp. 15.000,=Rp. 125.500,-
b. Perbandingan Emisi Kompor
Tabel 4 Tabel perbandingan N o
Jenis kompo r
Kap asit as air
Bahan bakar yang dibutuhka n
Konversi dalam harga
Harga per satuan
Harga kompo r (x103)
1
Kompo r biji jarak
1 kg
26,6 gram / 8menit
Rp. 52,-
Rp. 2,/gram kupasan
Rp.150
2
Kompo r listrik daya 500 watt
1kg
500 watt / 4menit
Rp.450,-
Rp. 0,9,/watt
Rp.500
3
Kompo r minyak tanah
1 kg
0,25 liter / 8menit
Rp. 2.500,-
Rp.10.000,/liter
Rp.150
4
Kompo r briket
1kg
0,16 kg / 29menit
Rp. 840,-
Rp.5.000,/kg
Rp.125 ,5
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6 E. Countur Pembakaran Simulasi pembakaran dibuat untuk menganalisa pembakaran pada nilai efisiensi terbesar dan arti fisis yang terjadi, kemudian dihubungkan untuk didapatkan kesimpulan[6].
5 pemanasan air tanpa menimbulkan penndidihan. Dan juga untuk kapasitas air 1L dengan briket 0,5kg efisiensi yang didapat 16,32 % dibandingkan penelitian sebelumnya hanya mempunyai 15,73 %. Ditinjau dari harga kompor briket ini relative mahal tetapi ada beberapa kelebihan yang dimiliki. Contohnya, jika rancangan kompor di pasaran apabila material terjadi korosi maka seluruh kompor harus diganti untuk mencegah perusakkan lebih lanjut. Tetapi kompor hasil rancangan mempunyai tempat briket yang terpisah dengan main body. Ketika terjadi korosi didalam tempat briket maka yang perlu diganti hanya pada tempat briket. Dengan perancangan tempat abu yang mendukung kompor briket menjadi lebih bersih dan ramah lingkungan. IV. KESIMPULAN
Gambar 6 Design simulasi (proses meshing) dan countur pembakaran
Dari hasil perancangan kompor dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : • Menghasilkan kompor briket kapasitas 1kg dengan tempat briket berbentuk balok berukuran tinggi 18,5 cm dan tiap sisi sebesar 9,4 cm. diikuti dengan diameter kompor bagian luar sebesar 15cm dan tinggi keseluruhan mencapai 25 cm. lubang udara sebanyak 15 buah berdiameter 2cm tanpa kisi. • Efisiensi paling besar adalah sebesar 26,14 %, ketika pembakaran massa briket 0,25 kg dengan massa air 1 kg. • Dapat mendidihkan air paling cepat 11,5 menit dengan massa briket 1 kg diikuti lama penyalaan briket hingga 3 jam.
Gambar 7 Grafik pada saat iterasi F. Analisa data Penelitian yang telah dibuat dapat diketahui bahwa nilai kehilangan panas melalui dinding kompor paling kecil adalah berbentuk balok yang berdimensi tinggi 18,5 cm dan panjang sisinya 9,4 cm, yang mempunyai nilai 19,79% Penggunaan main body yang berdimensi diameter 13 cm dan tinggi 25cm dengan lubang udara sebanyak 15 buah berdiameter 2cm untuk masing – masing lubang. Dengan diketahuinya nilai ini maka dilakukan pengujian efisiensi untuk menghitung secara menyeluruh heat loss dan efisiensi yang dipunyai oleh kompor briket. Dari sejumlah tabel dapat diketahui, efisiensi total paling besar adalah nilai pembakaran pada 0,25 kg briket dengan massa air sebanyak 1 L, yakni sebesar 26, 14% . Jika dibandingkan pada penelitian sebelumnya yang mempunyai efisiensi kalor 22,59% dengan kapasitas yang sama dan juga perlakuan yang sama free convection. Hal ini dikeranakan sebaran panas yang tidak teratur. Selain itu juga dapat disebabkan penguapan air yang terlalu kecil sehingga tidak membuang energi panas secara sempurna saat proses mendidihkan air berlangsung. Tetapi dampaknya adalah panas yang dikeluarkan oleh briket terjebak dalam temperatur
• Didapatkan hasil dari perhitungan ekonomis bahwa harga untuk 1 unit kompor briket berharga Rp.125.500,- dan untuk mendidihkan air 1 liter dibutuhkan briket sebesar 0,16 kg sebanding dengan Rp.840,-.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6
DAFTAR PUSTAKA [1] Novety, Citria. 2008, “Tugas Akhir : Perancangan Kompor Hemat Energi Dengan Bahan Bakar Briket Biomassa”. Jurusan Teknik Fisika ITS : Surabaya. [2] Budhi, Arief S. 2003. Pembuatan Briket Arang Dari Feeces Sapi dan Tempurung Kelapa Sebagai Alternative Sumber Energi. Tugas Akhir Jurusan Teknik Lingkungan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya. [3] Apriati, Ajeng. 2008. Pemanfaatan Sampah Organik Sebagai Briket. Tugas Akhir Jurusan Teknik Lingkungan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya. [4] Frank, P. Incropera David, P. Dewitt 2002. Fundamental of Heat & Mass Transfer 4th Edition. [5] Saraswati, Delima Ayu. 2004. Analisis Sistem pembakaran Sampah Pada Incenerator DiManukan Surabaya. Tugas Akhir Jurusan teknik Fisika, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya. [6] Tuakia, Firman. 2008. Dasar-Dasar CFD menggunakan Fluent. Informatika, Bandung. [7] Hudelson, Nordica A. Bryden and Still ,Dean. Department of Mechanical Engineering. Iowa State University. “Global Modeling and Testing of Rocket Stove Operating Variations”.
[8] Netherlands development organisation. Kathmandu, 11 March 2003. “The Beehive Charcoal Briquette Stove in the Khumbu Region. Nepal”. [9] Dr. Bryden, Mark, Still, Dean, Scott , Peter. Aprovecho Research Center Shell Foundation. ” Design Principles for Wood Burning Cook Stoves”. [10] Tamrin, Budianto Lanya, Firmayanti, Dwi. Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, UGM Yogyakarta.” Rancang Bangun Tungku Portable Bahan Bakar Batubara Yang Aman Untuk Kesehatan Pemakainya”. [11] www.energyefficiencyasia .org, Energi untuk Industri di Asia”.
“Pedoman
Efisiensi
[12] SNI 7498:2008, “Kompor Briket Batubara”.2008
6
