PERBANDINGAN EFISIENSI TUNGKU SEKAM SKALA INDUSTRI KECIL SISTEM BOILER DAN NON BOILER
FAZMI NAWAFI
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2010
Fazmi Nawafi. PERBANDINGAN EFISIENSI TUNGKU SEKAM SKALA INDUSTRI KECIL SISTEM BOILER DAN NON BOILER. Dibimbing oleh Irzaman
Abstrak Tungku sekam merupakan teknologi yang berbasis kearifan lokal untuk mengantisipasi ancaman krisisi energi. Pada mulanya tungku sekam diteliti untuk kegiatan memasak hanya dalam skala rumah tangga, Tapi dewasa ini tungku sekam dikembangkan untuk skala industri mengingat pentingnya aspek komersial yang sangat menjanjikan dari tungku sekam ini. Pada tungku sekam skala industri juga dikembangkan sistem boiler, dimana sistem boiler ini dapat memperbesar efisiensinya, dalam boiler ini terdapat cerobong ditengah panci yang digunakan, karena pada dasarnya proses tungku sekam ini dipengaruhi oleh aliran udara. Efisiensi tungku sekam sangat mempengaruhi banyaknya tungku sekam yang dibutuhkan dalam proses pemasakan.
Kata kunci : Sekam, tungku sekam, aliran udara, efisiensi, kalor, boiler.
Judul
: Perbandingan Efisiensi Tungku Sekam Skala Industri Kecil Sistem Boiler dan Non Boiler
Nama
: Fazmi Nawafi
NRP
: G74101017
Menyetujui,
Pembimbing
(Dr. Ir. Irzaman, M.Si) NIP.19630708 199512 1001
Mengetahui, Ketua Departemen Fisika FMIPA IPB
(Dr. Ir. Irzaman, M.Si) NIP.19630708 199512 1001
Tanggal Lulus:
PERBANDINGAN EFISIENSI TUNGKU SEKAM SKALA INDUSTRI KECIL SISTEM BOILER DAN NON BOILER
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Oleh: Fazmi Nawafi G74101017
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2010
RIWAYAT HIDUP Penulis lahir di Bogor 30 Mei 1987. Penulis merupakan anak pertama dari dua bersaudara dari pasangan Achmad Affandi dan EN. Titin, S.Pd. Penulis menyelesaikan studinya di SD Cililitan 01, kemudian melanjutkan studi di MTsN 1 Pandeglang selama 3 tahun. Pada waktu MTs, penulis meraih prestasi juara deklamasi puisi, juara II tangkas pramuka dan juara II cerdas cermat tingkat SLTP/MTs seKabupaten Pandeglang. Penulis melanjutkan di SMAN 1 Pandeglang. Pada masa SMA penulis meraih prestasi juara II siswa teladan tingkat SMA se-Kabupaten Pandeglang. Penulis diterima di program studi Fisika IPB melalui jalur Undangan Seleksi Mahasiswa IPB (USMI). Selama di IPB penulis aktif di berbagai macam organisasi, baik organisasi internal maupun organisasi eksternal. Dalam organisasi internal kampus, penulis aktif di HIMAFI, Ladang Seni dan BEM Fakultas MIPA periode 2006/2007 serta perintis terbentuknya UKM Catur IPB. Selain itu, penulis juga aktif di organisasi eksternal yaitu aktif di Himpunan Mahasiswa Islam (HMI) Cabang Bogor sebagai Ketua Bidang Partisipasi Pembangunan Daerah. Penulis juga aktif di organsisasi mahasiswa daerah dan diamanahkan sebagai Ketua Umum Keluarga Mahasiswa Banten (KMB-Bogor) periode 2009/2010 dan Wakil Ketua Perguruan SILAMBAWIQRI (Silat, Tenaga Dalam Bathin, Wiqoyah/Kepemimpinan, Riayah/Pendidikan) Kampus Bogor. Penulis juga rajin mebuat artikel di koran-koran lokal maupun nasional. Salah satu artikelnya pernah dimuat di Pakuan Raya Bogor. Pada masa aktif kuliah, penulis meraih prestasi Juara I Catur dalam Mipa Sport Tournament pada tahun 2005 dan pada tahun yang sama penulis juga meraih Juara I Catur Olimpiade Mahasiswa IPB. Penulis juga ikut serta sebagai pemakalah dalam “Simposium Nasional Bioenergi” di Bogor pada tahun 2009 dan “Seminar Nasional Fisika Nasional 2010” di Semarang.
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah Swt karena atas segala rahmat, hidayah dan karunia-Nya, penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul ”Perbandingan Efisiensi Tungku Sekam Skala Industri Kecil Sistem Boiler dan Non Boiler” . Skripsi ini dibuat oleh penulis sebagai salah satu syarat kelulusan program sarjana di Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor. Dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada: 1.
Kepada Mamah dan Ayah (Alm) tercinta, bimbingan dan do’anya selalu kunanti.
2.
Dr. Ir. Irzaman, M.Si selaku pembimbing yang tak kenal lelah memberikan bimbingan, saran, masukan, serta bantuan dalam penulisan skripsi. Saya sangat kagum dengan semangat Bapak.
3.
Bapak Abdul Djamil,M.Si dan Ibu Mersi Kurniati, S.Si, M.Si selaku dosen penguji, terima kasih atas saran dan bimbingannya.
4.
Terima kasih untuk Kak Mardanih S.Si yang telah membimbing belajar penulis dalam menghadapi Ujian Komprehensif dan sidang sarjana.
5.
Seluruh dosen dan staf Departemen Fisika IPB yang
telah memberikan ilmu yang
bermanfaat. Pak Firman , Pak Yani, Pak Amas serta Pak Musiran terimakasih atas kerjasamanya. 6.
Kepada Bapak Ghofur (Perpustakaan MIPA), terima kasih atas dukungan dan semangatnya.
7.
Fisika IPB yang selalu di hati : Erdi, Anto, Kang TB Gamma, Demiyati, Prof Herry, Farid, Dilla, Rifki, Asfinny, Hassyti, Fifi, Devi, Grice, Casnan, Rahmi, Inna, Hassyati, etc.
8.
Saudara-saudaraku Keluarga besar Fisika IPB: Hartip, Lima Nady, Sastri, Desna, Ratih, Mbak Nurul, dll. Bangga bisa berdiskusi dengan para ilmuwan.
9.
Kepada adikku Fitriani Azis Ramadhani ,terima kasih atas segala kebersamaannya selama ini dan menjadi inspirasi agar menjadi lebih baik.
10. Kepada Dian Lestari (Deel’) dan Retno Suandari (Meno’) yang selalu memberikan “trigger” semangat dan dorongan kepada penulis, You are My hero. 11. Kepada Kanda dan Yunda Korps Alumni HMI (KAHMI) Bogor,: Pak Sjafri, Bang Sjofyan Sjaf, Bang Amin, Bang Yamin, Bang Syafar, Bang Cupi, Bang Alim. Mbak Rahma, Mbak Talitha Rini. 12. Kepada Kokolot KMB-Bogor: Pak Mukhlis, Pak Rukyat, Kang Solihin, Kang Sulhan, Pak Idath, Pak Handy dan Mamah Yati. Terima Kasih atas kritik dan sarannya. 13. Kepada dulur di KMB-Bogor dan Asrama Mahasiswa Banten: Firdi,Muktar,Uu,Kang Hayat, Kang Wawan, Santoni, Ario,Ucup,Tokek,Muthe,Mega,Widya, Eka, Rady, Yossa, Ares, Dini, Rina, Anisa, Budi, Haya. 14. Kepada kawan-kawan seperjuangan di HMI Cabang Bogor dan asrama GSMI: Ketum Harris, Ketum Refly, Aqsa, Ferdi, Ayah Momon, Ikir, Yudhi, Imam, Abi, Azwar, Ali, Fadly “Afgan”, Purwo, Dana, Indana, Nahrul, Siti, Aji, Deo, Iham Ahmad, Rido, Ayu, Riza, Rini,
Didu, Hamim, Rizka, Yaya, Fitri, Icha Cuhh. Terima Kasih untuk HMI Cabang Bogor, organisasi yang telah memberi arti hidup, bersyukur dan ikhlas. Yakin Usaha Sampai. 15. Teman-teman Sambadha Smansa Pandeglang: Abal, Bambang, Agung, Aris, Moho, Fitri, Hasilah, Eka, Adi Botak, Asmadi. Kalian memang sahabat sejati. Penulis sadar bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu segala kritik dan saran yang membangun akan sangat berarti demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi penulis dan semua pihak.
Bogor, Maret 2010
Fazmi Nawafi
UCAPAN TERIMA KASIH Penelitian ini didanai oleh Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi, Departemen Pendidikan Nasional sesuai dengan Surat Perjanjian Pelaksanaan Hibah Kompetitif Penelitian Unggulan Strategis Nasional : 431/SP2H/PP/DP2M/VI/2009, Tanggal 25 Juni 2009. Dan sebagian isi skripsi telah dipresentasikan dan dipublikasikan dalam “Seminar Nasional Fisika 2010” di Undip Semarang pada tanggal 10 April 2010.
i
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR ISI ................................................................................................................................ i DAFTAR GAMBAR .................................................................................................................... ii DAFTAR TABEL ......................................................................................................................... iii DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................................................. iv PENDAHULUAN Latar Belakang......................................................................................................................... 1 Hipotesis .................................................................................................................................. 1 Tujuan Penelitian ..................................................................................................................... 1 TINJAUAN PUSTAKA Sekam Padi .............................................................................................................................. 2 Tungku Sekam ......................................................................................................................... 3 Sistem Boiler ........................................................................................................................... 3 Transfer Energi Kalor .............................................................................................................. 3 Tungku Sekam Sebagai Energi Alternatif Berbasis Kearifan Lokal ...................................... 4 Industri Kecil ........................................................................................................................... 4 BAHAN DAN METODE Waktu dan Tempat Penelitian .................................................................................................. 4 Bahan dan Alat ........................................................................................................................ 4 Metode Penelitian .................................................................................................................... 4 Pembuatan Tungku Sekam Skala Industri Kecil ................................................................ 4 Pembuatan Drum Dengan Pipa Cerobong Sebagai Sistem Boiler ........................................................................................................ 5 Pengukuran Lama Pendidihan Air Dengan Sistem Boiler dan Non Boiler ........................................................................................................ 5 Penghitungan Efisiensi Tungku Sekam ............................................................................. 5 HASIL DAN PEMBAHASAN Efisiensi Tungku Sekam ......................................................................................................... 6 KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan ............................................................................................................................... 7 Saran ......................................................................................................................................... 7 DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................................... 7
ii
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Sekam Padi .................................................................................................................. 1 Gambar 2. Tungku Sekam Skala Rumah Tangga.......................................................................... 2 Gambar 3. Perpindahan Panas Konduksi dan Difusi Energi ......................................................... 2 Gambar 4. Desain Tungku Sekam ................................................................................................. 4 Gambar 5. Tungku Sekam Skala Industri Kecil ............................................................................ 5 Gambar 6. Drum Dengan Cerobong Boiler ................................................................................... 5 Gambar 7. Efisiensi Tungku Sekam .............................................................................................. 8
iii
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Komposisi Kimiawi Sekam menurut DTC- IPB dan Suharno 1979 ................................ 1 Tabel 2. Perbandingan Biaya Mendidihkan 6 liter Air Dengan Berbagai Bahan Bakar ................ 3
iv
DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Alur Penelitian ........................................................................................................... 9 Lampiran 2. Perhitungan Efisiensi Tungku Sekam Dengan Sistem Boiler .................................. 10 Lampiran 3. Perhitungan Efisiensi Tungku Sekam Non boiler .................................................... 13 Lampiran 4. Grafik Perbandingan Efisiensi Tungku Sekam Boiler dan Non Boiler ...................... 9
1
PENDAHULUAN Latar Belakang Pada saat ini krisis energi merupakan ancaman nasional, bahkan menjadi ancaman global. Krisis energi ini berdampak pada industri, dimana bahan baku industri khususnya bahan bakar seperti industri tahu dan kerupuk sangat sulit sekali untuk mendapatkan minyak tanah atau gas elpiji. Pihak pemerintah dan swasta gencar mencari alternatif untuk mencari solusi dalam memecahkan masalah tersebut. Diantaranya yang sedang dikembangkan adalah pengembangan kompor dari limbah (sekam padi) untuk memasak. Tungku sekam ini sangat cocok untuk negara Indonesia karena Industri penggilingan padi di Indonesia mampu memproses lebih dari 40 juta padi yang tidak ditumbuk menjadi beras dengan rendenment yang mendekati 60% - 80%. Jika kondisi ini terjadi secara berkelanjutan sebagai kapasitasnya, maka terdapat 8 juta ton sekam yang berasal dari beras yang akan diproduksi, namun disisi lain hal ini dapat menganggu lingkungan. Laju prediksi (Aram II) dari BPS pada tahun 2004 mengasumsikan bahwa total produksi dari padi kering yang tidak ditumbuk adalah 53,7 juta ton yang setara dengan 33, 92 juta ton beras (Husin, 2007). Pada penelitian ini dikaji optimasi efisiensi tungku sekam untuk memasak dalam skala industri kecil dengan sistem boiler dan non boiler . Hipotesis Tungku sekam merupakan tungku yang sangat tergantung pada aliran udara. Oleh karena itu desain tungku harus didesain untuk menciptakan aliran udara tersebut. Sistem boiler yang dibuat pada dinding drum mempengaruhi nilai efisiensi yang dihasilkan. Sehingga diperoleh efisiensi optimal.
penggilingan padi tipe Enggelberg berbentuk hancuran sekam bercampur bekatul, sedangkan sekam dihasilkan dari mesin pengupas tipe rol karet. Presentase sekam dari gabah bervariasi , bergantung pada varietas, berkisar antara 16,3-26% (Andriati,2007) Oleh karena itu penggunaan energi dengan menggunakan sekam, selain menekan pengeluaran bahan bakar juga juga dapat mengurangi limbah yang berfungsi untuk menjaga keseimbangan lingkungan. Hal tersebut dikarenakan industri pengilingan 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, terdapat sekam yang berpotensi sebesar 8 juta ton.selain itu menurut Angka Ramalan (Aram II) tahun 2004, BPS memperkirakan jumlah produksi gabah kering giling (GKG) sebanyak 53,7 juta ton atau setara dengan 33,92 juta ton beras dan sekitar 10,7 juta ton sekam (Irzaman, 2008). Tabel 1. Komposisi Kimiawi Sekam Padi No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Komponen
Persentase Kandungan (%) Kadar air 9,02 Protein kasar 3,03 Lemak 1,16 Serat kasar 35,68 Abu 17,71 Karbohidrat kasar 33,71 Karbon(zat arang) 1,33 Hidrogen 1,54 Oksigen 33,64 Silika 16,98
(Suharno, 1979)
Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan efisiensi tungku sekam skala industri kecil dengan sitem boiler. Tinjauan Pustaka Sekam Padi Sekam padi adalah lapisan padi yang meliputi kariopsis, terdiri dari dua belahan (disebut lemma dan palea) yang saling bertautan. Sekam yang dihasilkan oleh
Gambar 1. Sekam Padi
2
Tungku Sekam Tungku merupakan alat yang sangat penting dalam pemanfaatan energi menggunakan limbah sekam. Tungku adalah sebuah peralatan yang digunakan untuk memanaskan bahan serta mengubah bentuknya (atau merubah sifat-sifatnya (perlakuan panas), karena bahan bakar yang digunakan berupa sekam maka tungku untuk pembakaran sekam disebut tungku sekam Sejak tahun 2009 Departemen Fisika IPB telah mensosialisasikan tungku sekam skala rumah tangga. Namun, untuk tungku sekam skala industri kecil belum optimal. Tungku sekam skala industri kecil lebih besar ukurannya dibandingkan dengan tungku sekam skala rumah tangga. Sistem Boiler Boiler adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau steam. Sistem Boiler yang dipakai dalam peneliti ini yaitu panci berupa drum yang dibuat pipa seperti cerobong sepanjang 202 cm dengan diameter 24 cm. Transfer Energi Kalor Sistem perpindahan panas dibagi menjadi 3 jenis yaitu konduksi, konveksi dan radiasi.
Gambar 2. Tungku Sekam Skala Rumah Tangga
Gambar 3. Perpindahan Panas Konduksi dan Difusi Energi.
Konduksi Konduksi ialah transfer energi termis melalui interaksi antara atom-atom dan molekul, walaupun atom-atom dan molekulnya sendiri tidak ikut berpindah. Proses perpindahan panas secara konduksi bila dilihat secara atomik merupakan pertukaran energi kinetik antar molekul (atom), dimana partikel yang energinya rendah dapat meningkat dengan menumbuk partikel dengan energi yang lebih tinggi. Untuk perpindahan panas secara konduksi, setiap material mempunyai nilai konduktivitas panas (k) yang mempengaruhi besar perpindahan panas yang dilakukan pada suatu material. Konveksi Konveksi ialah proses perpindahan panas langsung melalui perpindahan massanya. Proses perpindahan kalor secara aliran/konveksi merupakan satu fenomena permukaan. Proses konveksi hanya terjadi di permukaan bahan. Jadi dalam proses ini struktur bagian dalam bahan kurang penting. Keadaan permukaan dan keadaan sekelilingnya serta kedudukan permukaan itu adalah yang utama. Lazimnya, keadaan keseirnbangan termodinamik di dalam bahan akibat proses konduksi, suhu permukaan bahan akan berbeda dari suhu sekelilingnya. Dalam hal ini dikatakan suhu permukaan adalah T1 dan suhu udara sekeliling adalah T2 dengan Tl > T2. Kini terdapat keadaan suhu tidak seimbang diantara bahan dengan sekelilingnya. Perpindahan kalor dengan jalan aliran dalam industri kimia merupakan cara pengangkutan kalor yang paling banyak dipakai. Konveksi hanya dapat terjadi melalui zat yang mengalir, maka bentuk pengangkutan ka1or ini hanya terdapat pada zat cair dan gas.
3
Radiasi Radiasi ialah proses perpindahan panas dimana energi dipancarkan dan diserap oleh benda-benda dalam bentuk radiasi elektromagnetik. Radiasi ini bergerak melewati ruang dengan kelajuan cahaya. Semua benda memancarakan dan memancarkan radiasi elektromagnetik.
Tungku Sekam Sebagai Energi Alternatif Berbasis Kearifan Lokal Mahalnya harga bahan bakar minyak menyebabkan meningkatnya biaya produksi kegiatan industri. Hal ini mendorong untuk penggunaan bahan baku alternatif. Dewasa ini telah dikembangkan tungku sekam untuk mengatasi masalah tersebut. Tungku sekam telah terbukti dapat digunakan sebagai pengganti kompor minyak untuk kebutuhan sehari-hari, seperti memasak selain itu tentu tungku sekam juga dapat diaplikasikan untuk berbagai kegiatan lain, seperti untuk pemanas dalam proses penyulingan. 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 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), dan 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, pereekonomian 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. 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%. 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 ( Rachmat, 2006). Sekam yang didapat pada kawasan lingkar kampus IPB Darmaga Rp 2000,- hingga Rp3000,-/karung. Bahan
Waktu
Massa
Harga Bahan
Biaya
Bakar
(menit)
Bahan
Bakar
(Rp)
Gas
11
0.1 kg
5.000,-/kg
500,-
Elpiji
Literatur Warta penelitian dan pengembangan pertanian 2006
Minyak
25
140ml
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
Tabel 2. Perbandingan mendidihkan 6 liter air dengan berbagai bahan bakar (Irzaman dalam Maulana, 2009)
4
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. Tungku sekam sangat efektif dan merupakan solusi alternatif berbasis kearifan lokal dimana Indonesia yang merupakan negara agraria, sebagian besar penduduknya adalah petani. Sekam yang melimpah di pedesaan dan merupakan limbah dimanfaatkan untuk energi alternatif. Hasil buangan dari tungku sekam yaitu berupa arang sekam sangat baik digunakan untuk media tanam tanaman dan bisa dibuat briket arang sekam.
BAHAN DAN METODE Waktu dan Tempat Penelitian ini dilakukan di laboraturium material dan perbengkelan Físika IPB. Waktu yang diperlukan untuk penelitian ini adalah 8 bulan, yakni April 2009- November 2009. Bahan dan Alat Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sekam padi yang diperoleh dari sekitar wilayah kecamatan Dramaga. Seng (Zn) Besi (Fe) yang digunakan untuk membuat tungku sekam. Peralatan yang digunakan adalah palu, gunting, repand, kipas, thermometer, panci, meteran, dan timbangan Metode Penelitian 1. Pembuatan
Industri Kecil Berdasarkan jumlah tenaga kerja yang dibutuhkan, industri dapat dibedakan menjadi industri kecil, industri sedang dan industri besar. Industri kecil ialah industri yang tenaga kerjanya berjumlah 5-15 orang. Ciri dari industri kecil adalah memiliki modal yang relatif kecil, tenaga kerjanya berasal dari lingkungan sekitar atau masih ada hubungan saudara misalnya industri tahu/tempe, industri makanan ringan dan industri batubata. Industi Kecil Menegah 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. (Kartasasmita, 1996).
Tungku
Sekam
Skala
Industri Kecil
Gambar 4. 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
5
Dalam penelitian ini menggunakan panci sebagai tempat memasak air berupa drum yang ditambahkan cerobong sebagai sistem boiler pada penelitian ini. Ukuran cerobong pada drum ini yaitu panjang 202 cm dan berdiameter 24 cm. 3. Pengukuran Lama Pendidihan Air Dengan Drum Boiler dan Non Boiler
Gambar 5. Tungku Sekam Skala Industri Kecil. Dalam pembuatan tungku sekam skala industri kecil ini berbeda ukurannya dengan tungku sekam skala rumah tangga. Untuk lubang pada badan tungku sekam skala indusri kecil berukukran 40 x 68 cm. 2. Pembuatan Drum Dengan Perobong Sebagai Sistem Boiler
Pipa
Pengukuran lama pemasakan dilakukan dengan menggunakan air sebanyak 50 liter, 100 liter dan 150 liter. Air tersebut dimasak menggunakan tungku sekam skala industri kecil dan dengan membandingan air yang dimasak melalui drum boiler dan non boiler serta menghitung banyaknya sekam yang dibutuhkan untuk mendidihkan air tersebut. Sehingga mendapatkan laju bahan bakar yang dibutuhkan pada setiap jenis tungku sekam. Pemasakan air dilakukan dengan 3 kali ulangan. 4.Penghitungan efisiensi tungku sekam Dalam penghitungan efisiensi tungku sekam harus mengetahui jumlah energi yang dibutuhkan untuk memasak dengan menggunakan rumus, ( Belonio dan Irzaman, 2007, 2008, 2009) (1) Qn = Energi yang dibutuhkan (kcal/jam) Mf = Massa makanan (kg ) Es = Energi spesifik (kcal/kg) T = Waktu pemasakan (jam) 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 dan Irzaman, 2007, 2008, 2009) (2)
Gambar 6. Drum Dengan Cerobong Boiler
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 (%)
6
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). Pembakaran merupakan suatu proses kimia yang terjadi karena kombinasi yang sangat cepat antara oksigen dan elemen atau campuran kimia yang mengasilkan pelepasan panas. (Osmen Gultom, 2000). Dalam pembakaran bahan bakar atau limbah dimana komponen utama terdiri dari karbon dan hidrogen pelepasan panas yang terjadi ditunjukkan oleh reaksi berikut:
C + 02 2H2 + O2
CO2 + energy 2H2O + energy
Gambar 3. reaksi pembakaran karbon dan hidrogen Dari reaksi diatas terlihat bahwa produk utama dari pembakaran bahan bakar organik adalah CO2, H2O dan energy (panas). Pada saat proses pemasakan terjadi perpindahan panas hasil dari pembakaran sekam. Perpindahan kalor tersebut mengalir dengan konduksi ataupun konveksi. Tabel 1 sampai dengan tabel 6 menunjukkan hasil data pemasakan air 50 liter, 100 liter dan 150 liter masing-masing 3 kali ulangan dengan metode boiler dan non boiler. Nilai efisiensi dari 2 jenis perlakuan metode boiler dan non boiler dapat dilhat di gambar. Dari data tabel 1 dapat dilihat hasil rata-rata 3 kali ulangan efisiensi tungku sekam pada pemaskan air 50 liter dengan metode boiler ialah membutuhkan waktu rata-rata sekitar 60 menit serta memilki laju konsumsi bahan bakar (FCR) sebesar 5,26 Kg/jam sedangkan energi panas yang dibutuhkan(Qn) untuk mendidihkan air sebanyak 50 liter adalah 3500 K cal /jam sehingga diperoleh efisiensi tungku sekam sebesar 22,18%. Pada tabel 2 (Pemaskan 100 liter dengan metode boiler) dengan waktu pemasakan rata-rata selama 1,83 jam serta memiliki laju konsumsi bahan bakar (FCR) sebesar 6,63kg/jam, sedangkan energi panas yang dibutuhkan(Qn) untuk mendidihkan air sebanyak 100 liter adalah
3825,17 Kcal /jam sehingga diperoleh efisiensi tungku sekam sebesar 19,23%. Untuk data tabel 3 (pemasakan air 150 liter dengan metode boiler) dengan waktu pemasakan rata-rata selama 2,23 jam serta memiliki laju konsumsi bahan bakar (FCR) sebesar 7,38kg/jam, sedangkan energi panas yang dibutuhkan(Qn) untuk mendidihkan air sebanyak 150 liter adalah 4708,52 Kcal /jam sehingga diperoleh efisiensi tungku sekam sebesar 21,26%. Pada pemasakan air dengan menggunakan sistem non boiler dilakukan perlakuan sama yaitu dengan 3 kali ulangan dan air yang dimasak antara lain 50 liter, 100 liter dan 150 liter. Pada tabel 4 (Pemaskan 50 liter dengan metode non boiler) dengan waktu pemasakan rata-rata selama 1,1 jam serta memiliki laju konsumsi bahan bakar (FCR) sebesar 5,18kg/jam, sedangkan energi panas yang dibutuhkan(Qn) untuk mendidihkan air sebanyak 50 liter adalah 3181,18 Kcal /jam sehingga diperoleh efisiensi tungku sekam sebesar 20,47%. Untuk data tabel 5 (pemasakan air 100 liter dengan metode non boiler) dengan waktu pemasakan rata-rata selama 2 jam serta memiliki laju konsumsi bahan bakar (FCR) sebesar 6,65kg/jam, sedangkan energi panas yang dibutuhkan(Qn) untuk mendidihkan air sebanyak 100 liter adalah 3500 Kcal /jam sehingga diperoleh efisiensi tungku sekam sebesar 17,54%. Untuk data tabel 6 (pemasakan air 150 liter dengan metode non boiler) dengan waktu pemasakan rata-rata selama 2,46 jam serta memiliki laju konsumsi bahan bakar (FCR) sebesar 6,76 kg/jam, sedangkan energi panas yang dibutuhkan(Qn) untuk mendidihkan air sebanyak 150 liter adalah 4268,29 Kcal /jam sehingga diperoleh efisiensi tungku sekam sebesar 21,04%. Dari data dan hasil penelitian yang diperoleh dalam peneiltian ini menunjukkan bahwa pemasakan air dengan sistem boiler lebih efisien dibandingakan dengan pemasakan air dengan sistem non boiler. Seperti dapat dilihat dalam hasil pemasakan air 50 liter, efisiensinya adalah 22,18 %. Sedangkan dalam pemasakan air 50 liter dengan sistem non boiler, besar efisiensinya adalah 20,47 %. Begitu juga dengan perbandingan pemasakan air 100 liter dan 150 liter antara pemaskan dengan sitem boiler dan non boiler, dimana pemaskan air 100 liter dengan sistem boiler, efisiensinya
7
30,00% 28,00% 26,00% 24,00% 22,00% 20,00% 18,00% 16,00% 14,00% 12,00% 10,00% 8,00% 6,00% 4,00% 2,00% 0,00%
Boiler Non boiler
air 50 liter
.
air 100 liter
air 150 liter
Gambar 7. Efisiensi Tungku Sekam Boiler dan Non Boiler
adalah 19,23% sedangkan pemasakan air dengan sistem non boiler, efisiensinya sebesar 17,54 %. Perbedaan efisiensi juga terlihat dala pemaskan air 150 liter, dimana pemasakan air 150 liter dengan sistem boiler, efisiensinya sebesar 21,26 % sedangkan pemasakan air 150 liter dengan sistem non boiler, efisiensinya 21,04%. Berdasarkan hasil penelitian, menunjukkkan bahwa metode boiler dapat meningkatkan efisiensi tungku sekam dibandingkan dengan metode non boiler, ini dikarenakan metode boiler terjadi perpindahan panas secara konduksi melalui poros pipa yang dapat memanaskan secara langsung air yang berada diatasnya dan aliran udara panas secara konveksi.
secara konveksi. Karena pada dasarnya proses tungku sekam ini dipengaruhi oleh aliran udara. Efisiensi tungku sekam sangat mempengaruhi banyaknya sekam yang dibutuhkan dalam proses pemasakan. Saran Bila penelitian ini akan dilanjutkan, disarankankan bahwa : dapat dibuat fungsi pada bagian pipa boilernya sehingga energi yang dikeluarkan dapat dimanfaatkan serta Jumlah bahan bakar sekam yang dimasukkan dan yang terbakar diamati secermat mungkin agar perhitungan mencari efisiensi energinya menjadi lebih teliti.
DAFTAR PUSTAKA KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Pada tungku sekam skala industri juga dikembangkan sistem boiler, dimana sistem boiler ini dapat memperbesar efisiensinya, dalam boiler ini terdapat cerobong ditengah drum yang digunakan, ini dikarenakan metode boiler terjadi perpindahan panas secara konduksi melalui poros pipa yang dapat memanaskan secara langsung air yang berada diatasnya dan aliran udara panas
Belonio. 1985. Rice Huso gas store handbook.Approriate Technology Centre. Departement of Agricultural Engineering and Environmental Management. Collage of Agricultura Central Philipine University Iloilo City. Philipine. Husin, AA. 2007. Pemanfaatan Sekam Padi dan Abu Sekam Padi untuk Pembuatan Batu Bata beton Berlubang. e-jurnal Balitbang PU. Pusat Litbang Pemukiman.Bandung. Irzaman, H. Alatas, H.Darmasetiawan, A. Yani dan Musiran. 2007. Tungku
8
Sekam Padi Sebagai Energi Alternatif dalam Meningkatkan Kesejahteraan Masyarakat (Kajian Ekonomi dan Finansial Tungku Sekam Padi : Skala Rumah Tangga ) . Laporan Kegiatan Pengembangan IPTEK. Institut Pertanian Bogor. Irzaman, H. Alatas, H.Darmasetiawan, Irmansyah, A.D. Husin, M.N. Indro. 2008. Reneable Energy Technology Applications to Support E3i Village, 2224 July 2008. Jakarta Indonesia. Irzaman, dan H. Darmasetiawan. 2008. Tungku Sekam. Paten di Indonesia dengan no S0020080027, Jakarta. Irzaman, H. Syafutra, M.Rifki, Mardanih. 2008. Optimasi Efisiensi Tungku Sekam Padi Sebagai Energi Alternatif Pengganti Kompor Minyak Tanah. Laporan Kegiatan Hibah Kompetensi DP2M Depdiknas. Irzaman, H. Alatas, H.Darmasetiawan, Irmansyah, A.D. Husin, M.N Indro. 2008. Development of Cooking Stove with Rice-Husk Fuel. Workshop on Renewable Energy Technology Applications to Support E3i Village, Jakarta Indonesia, 22-24 July. Irzaman, H. Darmasetiawan, H. Alatas, Irmansyah, A.D. Husin, M.N. Indro, H. Hardhienata, K. Abdullah, T. Mandang, S. Tojo. Optimazation of Thermal Efficiency of Cooking Stove with Rice-Husk Fuel in Supporting the Proliferation of Alternative Energy in Indonesia. 2009. Proceeding Advanced Technological Development of Biomass Utilization in Southeast Asia, Tokyo University of Agriculture and Technology, Japan. Kartasasmita,G.1996.Strategi Pengembangan Usaha Tani. Seminar Nasional HUT-HIPPI. Jakarta. Maulana.2008. Optimasi efisiensi Tungku Sekam dengan Variasi Lubang pada Badan Kompor. Institut Pertanian Bogor. Skripsi. Bogor. Rachmat, Ridwan. 2006. Kompor Sekam Segar. Tablot Sinar Tani. Jakarta. Susilo. 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
9
Lampiran 1. Alur penelitian Disiapkan alat dan bahan yang diperlukan
Disiapkan sampel (air)
Ditimbang massa sekam mula-mula
Dimasukan sekam ke dalam kerucut terbalik, dinyalakan, didihkan sampel (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
10
Lampiran 2. Perhitungan efisiensi tungku sekam dengan sistem boiler Tabel 1.
Perlakuan :.Pemasakan air dengan massa air 50 Liter
Massa Suhu Suhu air awal akhir
waktu Massa sekam (Kg)
50 30oC 100oC 65 8,0 liter menit 50 30oC 100oC 55 7,2 liter menit 50 30oC 100oC 60 7,4 liter menit Mf = 50 Kg Es = 70 Kcal/Kg
Massa arang sekam (Kg) 2,6
Suhu Suhu Suhu Suhu kerucut badan isolator panci terbalik tungku 900c
1250c
2800c
950c
2,2
920c
1200c
2900c
970c
2,0
920c
1200c
2850c
980c
T =60 menit=1 hr HVf = 3000Kcal/Kg
Jika HVf = 3000Kcal/Kg FCR = Qn / (HVf ξg) 5,26 = 3500/ (3000ξg)
Jika HVf = 3300Kcal/Kg FCR = Qn / (HVf ξg) 5,26 = 3500/ (3300g
ξg = 3500 / (5,26 x 3000) ξg = 0, 2218 ξg =22,18 %
ξg = 3500 / ( 5,26 x 3300) ξg = 0,2016 ξg =20,16 %
11
Tabel 2.
Perlakuan : Pemasakan air dengan massa air 100 Liter (boiler)
Massa air
Suhu awal
Suhu akhir
waktu
Massa sekam (Kg)
100 liter 100 liter 100 liter
30oC
100oC
30oC
100oC
30oC
100oC
110 menit 115 menit 105 menit
Mf = 100 Kg
15
Massa arang sekam (Kg) 3,7
830c
1150c
3000c
970c
17
3,9
850c
1200c
2700c
980c
16
4,0
860c
1200c
2800c
950c
Es = 70 Kcal/Kg
Jika HVf = 3000Kcal/Kg FCR = Qn / (HVf ξg) 6,63 = 3825,17 / (3000ξg) ξg = 3825,17 / ( 6,63 x 3000) ξg = 0,1923 ξg =19,23 %
Suhu Suhu Suhu Suhu kerucut badan isolator panci terbalik tungku
T ==1,83 hr HVf = 3000Kcal/Kg
Jika HVf = 3300Kcal/Kg FCR = Qn / (HVf ξg) 6,63 = 3825,17 / (3300ξg ) ξg=3825,17 / (6,63 x 3300) ξg =0,1748 ξg= 17,48%
12
Tabel 3.
Perlakuan :. Pemasakan air dengan massa air 150 Liter (boiler)
Massa air
Suhu awal
Suhu akhir
Waktu Massa sekam (Kg)
150 liter 150 liter 150 liter
30oC
100oC
30oC
100oC
30oC
100oC
134 menit 129 menit 138 menit
Mf = 150 Kg
21,2
Massa arang sekam (Kg) 5,5
820c
1230c
3100c
980c
22,0
5,3
830c
1250c
2870c
970c
23,0
6,0
800c
1200c
2980c
940c
Es = 70 Kcal/Kg
Suhu Suhu Suhu Suhu kerucut badan isolator panci terbalik tungku
T =2,23hr HVf = 3000Kcal/Kg
Jika HVf = 3000Kcal/Kg FCR = Qn / (HVf ξg) 7,38= 4708,52/ (3000ξg)
Jika HVf = 3300Kcal/Kg FCR = Qn / (HVf ξg) 7,38 = 4708,52/ (3300ξg
ξg = 4708,52 / (7,38 x 3000) ξg = 0,2126 ξg =21,26 %
ξg = 4708,52/ ( 7,38 x 3300) ξg =0,1933 ξg =19,33 %
13
Lampiran 3. Perhitungan efisiensi tungku sekam non boiler Tabel 4.
Perlakuan Pemasakan Air dengan massa 50 Liter
Massa Suhu Suhu air awal akhir
50 liter 50 liter 50 liter
30oC 30oC 30oC
Mf = 50 Kg 3000Kcal/Kg
waktu Massa sekam (Kg)
100oC 65 menit 100oC 70 menit o 100 C 65 menit
Suhu Suhu Suhu Suhu kerucut badan isolator panci terbalik tungku
7,4
Massa arang sekam (Kg) 1,9
85 0c
125 0c
280 0c
99 0c
8,0
2,0
84 0c
120 0c
300 0c
96 0c
7,6
2,1
89 0c
115 0c
295 0c
98 0c
Es = 70 Kcal/Kg
T =66,67 menit=1,1hr HVf =
Jika HVf = 3000Kcal/Kg FCR = Qn / (HVfξg) 5,18 = 3181,18/ (3000ξg)
Jika HVf = 3300Kcal/Kg FCR = Qn / (HVf ξg) 5,18 = 3181,18 / (3300ξg
ξg = 3181,18 / (5,18 x 3000) ξ= 0,2047 ξg =20,47 %
ξg = 3181,18 / (5,18 x 3300) ξg = 0,1860 ξg =18,6 %
14
Tabel 5.
Perlakuan :. Pemasakan Air dengan massa 100 Liter (non boiler)
Massa air
Suhu awal
Suhu akhir
waktu
100 liter 100 liter 100 liter
30oC
100oC
30oC
100oC
120 17,5 menit 115menit 17,0
30oC
100oC
125menit 18,0
Mf = 100 Kg 3000Kcal/Kg
Massa sekam (Kg)
Es = 70 Kcal/Kg
Jika HVf = 3000Kcal/Kg FCR = Qn / (HVf ξg) 6,65= 3500/ (3000ξg) ξg = 3500 / (6,65 x 3000) ξg = 0,1754 ξg =17,54 %
Massa arang sekam (Kg) 4,2
810c
1250c
3100c
980c
3,8
830c
1200c
3000c
980c
4,6
870c
1200c
2860c
960c
Suhu Suhu Suhu Suhu kerucut badan isolator panci terbalik tungku
T =120menit=2 hr HVf =
Jika HVf = 3300Kcal/Kg FCR = Qn / (HVf ξg) 6,65 = 3500/ (3300ξg ξg = 3500 / ( 6,65 x 3300) ξg =0,1594 ξg =15,94 %
15
Tabel 6. Massa Suhu Suhu air awal akhir 150 liter 150 liter 150 liter
Perlakuan 3. Pemasakan Air dengan massa 150 Liter (non boiler) waktu
30oC 100oC 145 menit 30oC 100oC 148 menit o o 30 C 100 C 150 menit
Mf = Kg 3000Kcal/Kg
Massa sekam (Kg) 24,3
Massa arang sekam 7,2
Suhu kerucut terbalik 83 0c
Suhu Suhu Suhu badan isolator panci tungku 127 0c 2800c 97 0c
25,0
8,1
84 0c
1250c
303 0c
98 0c
24,5
8,6
82 0c
123 0c
300 0c
98 0c
Es = 70 Kcal/Kg
T =147,67 menit=2,46hr HVf =
Jika HVf = 3000Kcal/Kg FCR = Qn / (HVf ξg) 6,76= 4268,29/ (3000ξg)
Jika HVf = 3300Kcal/Kg FCR = Qn / (HVf ξg) 6,76 = 4268,29 / (3300ξg
ξg = 4268,29 / (6,76 x 3000) ξg = 0,2104 ξg =21,4 %
ξg = 4268,29/ ( 6,76 x 3300) ξg =0,1913 ξg =19,13 %
16
Lampiran 4. Grafik perbandingan efisiensi tungku sekam boiler dan non boiler 30,00% 28,00% 26,00% 24,00% 22,00% 20,00% 18,00% 16,00% 14,00% 12,00% 10,00% 8,00% 6,00% 4,00% 2,00% 0,00%
Boiler Non boiler
air 50 liter
air 100 liter
air 150 liter
