Komparasi Energi Sekam Padi Dengan Minyak Tanah
PERHITUNGAN KOMPARASI ENERGI BAHAN BAKAR SEKAM PADI DENGAN MINYAK TANAH Purwo Subekti Abstrak Pemanfaatan sekam padi sebagai bahan bakar alternativ pengganti minyak tanah dengan memanfaatkan kompor sekam padi merupakan teknologi yang berbasis kearifan lokal untuk mengantisipasi ancaman krisis energi, sebagai salah satu pengganti bahan bakar minyak. Analisa komparasi kompor sekam padi dengan kompor minyak tanah akan menghasilkan kesimpulan perbandingan cara kerja, kemampuan dalam memasak dan efisiensi energ. Dari hasil analisa bahwa efisiensi kompor berbahan bakar minyak tanah menunjukkan nilai lebih baik dibanding dengan kompor berbahan bakar sekam padi. Namun kemampuan energi sekam padi sebagai bahan bakar alternatif dalam pengganti bahan bakar minyak sangat efektif dikembangkan untuk skala rumah tangga dan industri kecil menengah, khususnya di daerah pedesaan, hal tersebut didasarkan pada harga sekam padi jauh lebih murah dibanding dengan minyak tanah. Kata Kunci : Sekam Padi, Kompor, Efisiensi, Minyak Tanah, Energi. Abstract Utilization of rice husk as a fuel substitute alternativ kerosene using rice husk stove is a technology based on local wisdom to anticipate the threats of energy crisis, as one of the replacement of fuel oil. Comparative analysis of rice husk stove with kerosene stove will produce a comparison of how the conclusions, ability and energy efficiency in cooking. From the analysis of the efficiency of kerosene stove showed a better value than a stove fueled by rice husks. However, the ability of rice husk energy as an alternative fuel in a fuel oil substitute very effectively developed for household, small and medium industries, especially in rural areas, it is based on the price of rice husk is much cheaper than kerosene. Keywords: Rice Husk, Stove, Efficiency, Kerosene, Energy
1. PENDAHULUAN Minyak bumi merupakan sumber energi yang tidak bisa diperbaharui. Sedangkan konsumsi masyarakat akan bahan bakar fosil ini semakin meningkat tiap tahunnya. Hal tersebut menyebabkan cadangan minyak bumi di Indonesia sebagai sumber energi utama akan semakin menipis. Oleh karena itu dibutuhkan pengembangan energi alternative yang dapat mengganti bahan bakar fossil yang selama ini menjadi sumber energi utama. Pemanfaatan sekam terbesar adalah sebagai pengisi dan pembakar bata merah yang merupakan industri rakyat di pedesaan pada saat musim paceklik atau kemarau panjang. Pemanfaatan lainnya adalah sebagai bahan campuran pakan ternak ataupun sebagai media tanam. Penggunaan bahan bakar minyak (BBM) yang Purwo Subekti, Program Studi Teknik Mesin Universitas Pasir Pengaraian
harganya semakin meningkat mengakibatkan biaya konsumsi energi rumah tangga menjadi sangat mahal, terutama bagi rumah tangga di pedesaan. Penggunaan bahan bakar alternatif seperti kayu bakar dan turunannya secara perlahan akan mengancam kelestarian hutan. Dilain pihak sekam yang melimpah relatif tidak memiliki nilai jual/ekonomi. Kalaupun dihargai untuk pembuatan bata merah adalah sekitar Rp. 400,untuk setiap 10 kg . Sehingga penggunaan sekam sebagai sumber energi panas selain memberi nilai ekonomis, juga membantu menekan gangguan lingkungan terutama di sekitar penggilingan padi. Ukuran sekam dipengaruhi oleh model/tipe penggilingannya dan dengan penggilingan tipe rol karet sekam yang duhasilkan tidak hancur dan masih mempunyai nilai kalor yang tinggi. Sebagai limbah dari proses penggilingan padi, sekam memang dapat menimbulkan persoalan tersendiri. Di samping Page 41
merampas ruang-ruang terbuka, proses penghancurannya sangat lambat sehingga jika tidak mendapat perlakuan segera, bisa menimbulkan gangguan lingkungan. Padahal, sekam sangat potensial bisa digunakan sebagai sumber energi alternatif yang murah bagi masyarakat.
5 6 7 8 9 10
Abu Karbohidrat kasar Karbon (zat arang) Hidrogen Oksigen Silika
17,71 33,71 1,33 1,54 33,64 16,98
Sumber: Suharno 1979
1.1. Sekam Padi Sekam merupakan kulit terluar keras yang meliputi kariopsis dan terdiri dari dua belahan yaitu leema dan palea yang terhubung satu sama lain, seperti terlihat pada gambar 1.2. Pada proses penggilingan padi diperoleh sekam sekitar 20-30%, dedak 8-12% dan beras giling antara 50-63,5% dari berat awal gabah (Rahmat et al, 1991). Persentase perolehan sekam yang tinggi dapat menimbulkan masalah pada lingkungan. Oleh karena itu penggunaan energy sekam selain menekan biaya pengeluaran bahan bakar rumah tangga juga menjaga keseimbangan lingkungan.
Panas pembakaran sekam dapat mencapai 3600 kcal (table 1.2). 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 hingga tahun 1980 pemanfaatan sekam padi menjadi bahan bakar mencapai 40%. Sedangkan dari aspek ekonomi perbandingan harga tahun 2011 menunjukkan bahwa harga minyak tanah setiap liter adalah Rp. 9.000,-, sedangkan sekam padi untuk 10 kg adalah Rp. 3.000,-. Nilai ini sangat menguntungkan bagi pengusaha industri kecil yang sebelumnya menghabiskan minyak tanah sebanyak 6 s/d 10 liter/hari atau senilai Rp. 54.000,- s/d Rp. 90.000,-. Menggunakan bahan bakar sekam padi terpakai hingga 10 s/d 20 kg senilai Rp. 4000 s/d Rp.8.000,- pada produksi yang sama, sehingga biaya produksi semakin efisien. 1.2.
Gambar 1.1 Sekam padi Tabel 1.1. Peresentase kandungan komponen
No 1 2 3 4 Page 42
Komponen Kadar air Protein kasar Lemak Serat kasar
(%) 9,02 3,03 1,16 35,68
sekam padi
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 Agustus 2005 pemerintah menetapkan BBM bersubsidi hanya untuk 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), 26% (Oktober 2005), 28,9% (Mei 2008). (Sri Susilo dan Soeroso 2008). Pada dasarnya, keekonomian sumber daya energi bukan saja ditentukan oleh harga sumber JURNAL APTEK Vol. 4 No. 1 Januari 2012
Komparasi Energi Sekam Padi Dengan Minyak Tanah
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.
Gambar 1.2. Kompor Minyak Tanah 1.3.
Nilai Kalor Nilai kalor rendah (LHV, Lower Heating Value) adalah jumlah energy yang dilepaskan dalam proses pembakaran suatu bahan bakar. Nilai kalor bahan bakar dapat di ketahui dengan menggunakan calorimeter.
1.4. Perhitungan Efisiensi Kompor Dengan Menggunakan Metode WBT Pada pengujian ini menggunakan metode WBT (Water Boiling Test). Pada dasarnya pengujian WBT dibagi menjadi 3 bagian penting yaitu pengujian WBT start dingin, pengujian WBT start panas, dan pengujian WBT simmering. Prosedur dasar yang digunakan dalam metode WBT : 1. Metode WBT start dingin: yaitu pengujian dilakukan pada saat kompor dalam keadaan dingin, kemudian yang berada di dalam panci dipanaskan sampai airnya mendidih, setelah airnya mendidih kompor dimatikan dan catat waktu yang diperlukan untuk mendidih-kan air, massa air yang di uapkan, temperatur air setelah mendidih, dan massa bahan bakar yang tersisa. 2. Metode WBT start panas: yaitu hampir mirip dengan metode WBT start dingin tetapi pengujian dilakukan pada saat kompor dalam keadaan panas. 3. Metode simmering: yaitu pengujian dilakukan dengan cara menjaga suhu air yang telah mendidih supaya konstan selama 45 menit, dan suhu tidak boleh naik atau o turun lebih dari 3 C dari suhu air yang telah mendidih tadi. Langkah selanjutnya mencatat waktu yang diperlukan untuk mendidihkan air, massa air yang diuapkan, temperatur air setelah mendidih, dan massa bahan bakar yang tersisa.
Tabel 1.2 Nilai kalor bahan bakar Sekam Padi dan Minyak Tanah
N o
Bahan Bakar
Nilai Kalor (Kcal/kg)
1
Sekam Padi
3300 -3600
2
Minyak Tanah
11.100
Sumber
Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian, Departemen Pertanian Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyeff iciencyasia.org Gambar 1.3. Kompor Sekam Padi
Purwo Subekti, Program Studi Teknik Mesin Universitas Pasir Pengaraian
Page 43
Dasar teori yang digunakan untuk perhitungan efisiensi kompor adalah sebagai berikut : a. Panas Sensibel (Sensible Heat) Panas sensibel adalah jumlah energi panas yang diperlukan untuk menaikkan temperatur air. Panas sensibel diukur sebelum dan sesudah air mencapai temperatur pendidihan. Panas sensibel dihitung menggunakan rumus : ……………… (2.1)
Dimana: TE = efisiensi termal (%) SH = panas sensibel (W) LH = panas laten (W) Qin = energi panas tersedia dalam bahan bakar (W) 1.5. Perhitungan Efisiensi Kompor Dalam penghitungan efisiensi tungku sekam harus mengetahui jumlah energi yang dibutuhkan untuk memasak dengan menggunakan rumus, (Belonio,1985)
Dimana : SH M Cp ΔT
= panas sensible (W) = laju massa air (kg/s) = panas jenis air (J/kgºC) = beda temperature air (ºC)
b. Panas Laten (Laten Heat) Panas laten adalah jumlah energi panas yang digunakan dalam menguapkan air. Panas laten dihitung menggunakan rumus : LH = We x Hfg …………..... (2.2) Dimana : LH = panas laten (W) We = laju massa air yang diuapkan (kg/s) Hfg = panas laten air (J/kg) c. Input Energi Panas Input energi panas adalah jumlah energi panas yang tersedia dalam bahan bakar. Input energi panas dihitung menggunakan rumus : Qin = HV xWF ...………….. (2.3) Dimana : Qin = energi panas tersedia dalam bahan bakar (W) WF = laju kebutuhan bahan bakar (kg/s) LHV = nilai kalor rendah (low heating value) bahan bakar (J/kg) d. Efisiensi Termal Efisiensi termal adalah rasio energi yang digunakan dalam pendidihan dan dalam penguapan air terhadap energi panas yang tersedia dalam bahan bakar. Efisiensi termal dihitung dengan rumus: …. (2.4) Page 44
………… (2.5) Dimana: Qn = energi yang dibutuhkan (kcal/jam) Mf = massa kakanan yang dimasak (kg) C = energy spesifik (kcal/kg) T = waktu pemasakan (jam) ΔT = 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) ………… (2.6)
Dimana: FCR = Fuel Consumption Rate (FCR) laju bahan bakar yang dibutuhkan (kcal/jam) Massa = massa bahan bakar (kg) Waktu = waktu yang dibutuhkan dalam memasak (jam) …… .. .
(2.7)
Dimana: η = efisiensi (%) Qn = energi yang dibutuhkan (kcal) FCR = Fuel Consumption Rate (FCR) laju bahan bakar yang dibutuhkan (kcal/jam) Hvf = Heat Value Fuel (Hvf) nilai kalor bahan bakar (kcal/kg) JURNAL APTEK Vol. 4 No. 1 Januari 2012
Komparasi Energi Sekam Padi Dengan Minyak Tanah
Menjalankan alat uji dan pengambilan data sesuai dengan parameter dan variabel yang telah ditentukan sebelumnya. d. Hasil Meliputi pengolahan data hasil penelitian dalam bentuk perhitungan, analisa data dan membuat kesimpulan dari penelitian yang dilakukan.
2. METODE PENELITIAN Penilitian ini dilakukan sesuai dengan langkah-langkah sebagai berikut: a. Persiapan Mempersiapkan, memeriksa dan memasang peralatan- peralatan yang akan digunakan dalam penelitian, baik yang bersifat utama maupun peralatan pendukung. Menentukan parameter dan variabel data yang akan diteliti dan dianalisa. b. Perakitan Merakit kompor sekam yang akan digunkan untuk membakar sekam padi c. Uji Komparasi
3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1. Uji Kerja Dengan Metode WBT (Water Boilling Test) Pada pengujian unjuk kerja kompor ini menggunakan metode WBT (Water Boilling Test). Hasil pengujian unjuk kerja kompor dapat dilihat pada tabel 3.1.
Tabel 3.1 Uji kerja kompor WBT start dingin
N0 1 2
Jenis Kompor
mo (kg)
m1 (kg)
Kompor sekam Kompor minyak tanah
5,86 5 5,86 5
5,44 5 5,37 8
Bbo (kg)
Bb1 (kg)
t (jam)
We (kg/s)
WF (kg/s)
T0 (°C)
T1 (°C)
ΔT (°C)
3
2,05 5
0,58
0,0002
0.00045
26
95
29
0,7
0,52
0,54
0,0002 5
0,000032
26
95
29
Keterangan : mo = massa air awal (kg) m1 = massa air akhir (kg) Bbo = massa bahan bakar awal (kg) Bb1 = massa bahan bakar akhir (kg) t = waktu (jam) We = laju penguapan air (kg/s) WF = laju kebutuhan bahan bakar (kg/s) To = suhu awal (ºC) Ti = titik didih (°C) ΔT = kenaikan temperatur air (°C)
- Laju massa air yang diupkan (We) = 0,0002 kg/s - Laju kenaikan temperatur air (T) = 0,034 C/s - Laju kebutuhan bahan bakar (WF) = 0,00045 kg/s - Panas laten air (Hfg) = 2.268.000 J/kg - Panas jenis air (Cp) = 4180 J/kgC - Nilai kalor bahan bakar / LHV (low heating value) = 10.046.400 J/kg
3.2. Penghitungan Efisiensi Dengan Metode WBT (Water Boilling Test)
a. Panas Sensibel SH = m x Cp x T SH = 5,865 kg x 4180 J/kgC x 0,034 C/s SH = 833,54 W
3.2.1. Kompor Sekam Padi Data kompor sekam padi: - Massa awal air = 5,865 kg - Massa akhir adalah = 5,445 kg - Waktu pemasakan (t) = 2100 detik = 35 menit = 0,58 Jam - Titik didih (T) = 95C
b. Panas Laten LH = We x Hfg LH = 0,0002 kg/s x 2.268.000 J/kg LH = 453,60 W
Purwo Subekti, Program Studi Teknik Mesin Universitas Pasir Pengaraian
Page 45
c. Input Energi Panas Qin = LHV x WF Qin = 10.046.400 J/kg x 0,00045 kg/s Qin = 4520,88 W d.
d. Efisiensi Termal
Efisiensi Termal
Tabel 3.2 Hasil penghitungan efisiensi kompor dengan metode WBT (Water Boiling Test) start dingin.
3.2.2. Kompor Minyak Tanah Data kompor minyak tanah: - Massa awal air = 5,865 kg - Massa akhir adalah = 5,378 kg - Massa minyak tanah = 700 gram = 0,7 kg - Massa minyak tanah akhir = 520 gram = 0,52 kg - Waktu pemasakan (t) = 1944 detik = 33 menit = 0,54 Jam - Titik didih (T) = 95C - Laju massa air yang diupkan (We) = 0,00025 kg/s - Laju kenaikan temperatur air (T) = 0,036C/s - Laju kebutuhan bahan bakar (WF) = 0,000092 kg/s - Panas laten air (Hfg) = 2.268.000 J/kg - Panas jenis air (Cp) = 4180 J/kgC - Nilai kalor bahan bakar / LHV (low heating value) = 43.864.884,70 J/kg a. Panas Sensibel SH = m x Cp x T SH = 5,865 kg x 4180 J/kgC x 0,036C SH = 882,56 W b. Panas Laten LH = We x Hfg LH = 0,00025 kg/s x 2.268.000 J/kg LH = 567 W c. Input Energi Panas Qin = LHV x WF Qin = 43.864.884,7 J/kg x 0,000092 kg/s Qin = 4035,57 W
Page 46
Jenis No Kompo r Komp 1 or sekam Komp or 2 minya k tanah
SH (W)
LH (W)
Qin (W)
Efisiens i (%)
833,5 453,6 4 0
4520,8 8
28,70
882,5 6
4035,5 7
35,91
567
3.3. Penghitungan Efisiensi Dengan Rumus (Belonio, 1985) 3.3.1. Kompor Sekam Padi Data kompor sekam padi: - Waktu pemasakan (t) = 35 menit = 0,58 Jam - Massa sekam terpakai (m) = 945 gram = 0,945 kg - Energi spesifik air (c) = 4180 J/kg = 0,999 Kcal/kg - Perubahan suhu (ΔT) = 69°C - Heat Value Fuel (HVF) / nilai kalor bahan bakar sekam = 3000,00 Kcal/kg a. Laju bahan bakar yang digunakan (Fuel Consumption Rate) FCR
b. Energi yang dibutuhkan (Qn)
JURNAL APTEK Vol. 4 No. 1 Januari 2012
Komparasi Energi Sekam Padi Dengan Minyak Tanah Tabel 3.3 Hasil penghitungan efisiensi kompor dengan rumus Rumus (Belonio, 1985)
No c. Efisiensi kompor (%)
1 2
4. 3.3.2. Kompor Minyak Tanah Data kompor minyak tanah: - Waktu pemasakan (t) = 33 menit = 0,54 Jam - Massa minyak tanah terpakai (m) = 180 gram = 0,18 kg - Energi spesifik air (c) = 4180 J/kg = 0,999 Kcal/kg - Perubahan suhu (ΔT) = 69°C - Heat Value Fuel (HVF) / nilai kalor bahan bakar minyak tanah = 10478,95 Kcal/kg a. Laju bahan bakar yang digunakan /FCR (Fuel Consumption Rate)
b. Energi yang dibutuhkan (Qn)
FCR Qn Jenis (kg/ja (Kcal/ja Kompor m) m) Kompor 1,63 697,04 sekam Kompor minyak 0,33 748,67 tanah
Efisiensi (%) 14,16 21,43
KESIMPULAN & SARAN
4.1. Kesimpulan Dari hasil analisa, maka dapat disimpulkan bahwa efisiensi kompor berbahan bakar minyak tanah menunjukkan nilai lebih baik dibanding dengan kompor berbahan bakar sekam padi. Namun kemampuan energi sekam padi sebagai bahan bakar alternatif dalam pengganti bahan bakar minyak sangat efektif dikembangkan untuk skala rumah tangga dan industri kecil menengah, khususnya di daerah pedesaan, hal tersebut didasarkan pada harga sekam padi jauh lebih murah dibanding dengan minyak tanah. Berikut ini adalah nilai efisiensi dari analisa: 1. Metode WBT Kompor minyak tanah = 35,91 % Kompor sekam padi = 28,70 % 2. Rumus (Belonia, 1985) Kompor minyak tanah = 21,43 % Kompor sekam padi = 14,16 % 4.2. Saran
c. Efisiensi kompor (%)
Purwo Subekti, Program Studi Teknik Mesin Universitas Pasir Pengaraian
Dari analisa yang di lakukan maka ada beberapa saran yang bisa penulis berikan diantaranya kepada: a. Jumlah bahan bakar yang digunakan dan air yang dimasak diamati secermat mungkin agar perhitungan mencari efisiensi energinya menjadi lebih teliti. b. Perlu adanya perencanaan yang lebih bagus dalam pembuatan kompor sekam untuk menunjang cara kerja dan pembakaran bahan bakar yang Page 47
otomatis akan meningkatkan efisiensi kerjanya. c. Perlu adanya penelitian kembali dengan menggunakan peralatan yang memadai sehingga hasil penelitian yang didapat dapat lebih akurat. d. Untuk peneliti selanjutnya, pengukuran temperature api dari masing-masing kompor perlu diadakan, mengingat pada penelitian ini pekerjaan tersebut tidak penulis lakukan karena keterbatasan peralatan.
DAFTAR PUSTAKA Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian, Departemen Pertanian Bureau of Energy Efficiency. Energy Efficiency in Thermal Utilities. Chapter 1. 2004. Muhammad Nur, Efisiensi biaya pembakaran batu bata menggunakan bahan bakar kayu dengan bahan bakar sekam, Universitas Negeri Malang, 2004 Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org Petroleum Conservation Research Association. www.pcra.org Shaha, A.K. Combustion Engineering and Fuel Technology. Oxford & IBH Publishing Company Thermax India Ltd. Technical Memento.
Page 48
JURNAL APTEK Vol. 4 No. 1 Januari 2012
