V.
HASIL UJI UNJUK KERJA
A. KAPASITAS ALAT PEMBAKAR SAMPAH (INCINERATOR) Pada uji unjuk kerja dilakukan 4 percobaan untuk melihat kinerja dari alat pembakar sampah yang telah didesain. Dalam percobaan tersebut digunakan sampah rumah tangga yang berasal dari Kampung Babakan, Darmaga, Kabupaten Bogor. Sampah tersebut terdiri atas sampah plastik, kertas dan daun kering. Kapasitas dari ruang pembakaran adalah 0.294 m3. Pada seluruh percobaan dilakukan dengan mengisi penuh ruang pembakaran Teabel 4. Jumlah, Jenis, dan Kadar Air Sampah yang Digunakan Dalam Pengujian Massa Sampah (kg) Mayoritas Jenis Sampah Kadar Air Rata-rata (%) 18.3 70 % Kertas 14.54 Percobaan I 11 70 % Plastik 15.27 Percobaan II 10.8 70 % Plastik 15.13 Percobaan III 10.5 60 % Plastik 14.52 Percobaan IV Dari tabel di atas dapat terlihat bahwa kapasitas dari alat pembakar sampah tersebut antara 10.5 kg hingga 18.3 kg. Keberagaman kapasitas dari alat pembakar sampah ini dikarenakan keberagaman sampah yang ada di dalam alat pembakar sampah ini. Pada percobaan pertama sampah yang diamsukkan ke dalam alat pembakar sampah sebagian besar adalah sampah kertas namun jugaa terdapat sampah yang berjenis plastik ataupun daun kering. Massa jenis kertas bernilai 847.62 kg/m3 . Dengan massa jenis seperti yang lebih besar daripada massajenis rata-rata sampah, maka dengan volume 0.297 m3 kapasitas alat pembakar lebih besar dengan desain yang ada dimana dengan kapasitas tersebut diprediksi mampu menampung 15 kg sampah. 20 18 Berat Sampah (kg)
16 14 12 10 8 6 4 2 0 1
2
3 4 Percobaan Gambar 12. Perbandingan Berat Sampah yang Digunakan Dalam Pengujian Pada percobaan kedua dimasukkan sampah ke dalam alat pembakar sampah dengan mayoritas sampah plastik dengan kadar air rata-rata sampah sebesar 15.27%. dari percobaan kedua ini massa sampah yang dapat dimasukkan dengan jumlah volume yang sama sebesar 11 kg. Hal tersebut lebih kecil dari yang perkiraan pada proses perancangan deikarenakan massa jenis sampah plastik yang mendominasi sampah yang dimasukkan lebih kecil daripada rata-rata massa jenis sampah. Sedangkan percobaan II memiliki massa yang lebih besar dibandingkan dengan percobaan III dan IV. Hal tersebut terjadi karena kadar air pada percobaan II lebih besar dibandingkan dengan yang lain. Pada percobaan III sampah yang dimasukkan ke dalam ruang pembakaran sebagian besar adalah sampah plastik. Dari kapasitas alat pembakar sampah tersebut didapatkan
21
jumlah sampah yang dapat diamsukkan sebesar 10.8 kg. Hal tersebut dikarenakan kadar air yang ada pada sampah yang dimasukkan hanya sebesar 15.13%. Pada percobaan IV ini masih tetap didominasi oleh plastik namun pada percobaan IV ini juga terdapat sampah yang berjenis daun kering yang memiliki kadar air yang berkisar antara 10-12% yang cukup banyak juga sehingga kadar air rata-rata yang ada pada sampah yang dimasukkan ke dalam ruang pembakaran sebesar 14.42%. Hal tersebut mempengaruhi jumlah massa yang memenuhi ruang pembakaran sehingga hanya 10.5 kg saja yang dapat masuk dan memenuhi ruang pembakaran yang memiliki volume 0.297 m3. Dari empat percobaan yang telah dilakukan terdapat beberapa hal yang mempengaruhi jumlah massa yang dapat memenuhi ruang pembakaran yang pertama mengenai massa jenis sampah yang mendominasi semakin besar massa jenisnya maka kapasitas alat pembakar sampah ini dapat menampung massa yang lebih banyak. Selain jenis sampah yang mendominasi hal yang mempengaruhi jumlah massa yang dapat memenuhi ruang pembakaran adalah kadar air. Hal tersebut berperan karena dengan semakin besar kadar air sampah yang masuk ke dalam ruang pembakaran maka akan semakin besar massa air yang ikut ke dalam ruang pembakaran. B. KESEMPURNAAN PEMBAKARAN Kesempurnaan pembakaran alat pembakar sampah (incinerator) berkaitan dengan sebaran suhu ruang pembakaran, suhu dinding, dan suhu cerobong. Pada Tabel 5 disajikan nilai tertinggi dari suhu pembakaran dan dinding suhu ruang pembakaran Tabel 5. Nilai tertinggi sebaran suhu ruang pembakaran dan dinding ruang pembakaran Suhu Max. Suhu Max. Suhu Max. Ruang Pembakaran Ruang Pembakaran Dinding Atas Bawah o C o o C C Percobaan I 496 625 123 Percobaan II 413 738 139 Percobaan III 672 472 242 Percobaan IV 635 748 135 Dalam pengujian alat pembakar sampah ini memiliki nilai tertinggi suhu pembakaran pada bagian bawah dan atas pada percobaan IV yaitu 635 dan 748 oC. Hal ini disebabkan pada percobaan IV nilai kalor komponen bahan yang mendominasi cukup besar selain itu kadar air pada bahan yang relatif kecil sehingga energi yang digunakan untuk menguapkan air juga berkurang sehingga menghasilkan suhu pembakaran yang tinggi. Dari percobaan ini dapat dilihat bahwa jumlah lubang udara belum optimum karena suhu pembakaran belum mencapai suhu pembakaran alat pembakar sampah dimana berkisar antara 815oC-1095oC. Hal tersebut terjadi karena penempatan lubang udara yang kurang tepat dan di ruang pembakaran terdapat heat exchanger yang menyebabkan penurunan suhu akibat pemanfaatan panas yang ada. Dari hasil uji unjuk kerja alat pembakar sampah, suhu dinding ruang pembakaran memiliki penyebaran suhu yang hampir sama dengan suhu pembakaran. Tetapi dengan suhu yang lebih rendah. Nilai tertinggi dari dari suhu dinding ruang pembakaran bervariasi antara 123 hingga 242oC. Perbedaan suhu dinding ruang pembakaran dengan suhu ruang pembakaran dikarenakan berkurangnya energi yang dihasilkan dari pembakaran menuju ke sistem pindah panas dan hilang melalui ruang pengendapan zat padat. C. LAJU PEMBAKARAN Laju pembakaran ini diketahui dengan mengetahui jumlah bobot yang terbakar dan lama pembakaran selama pengujian alat pembakar sampah. Pada tabel dapat dilihat nilai kadar air, berat bahan, waktu pembakaran dan laju pembakaran berdasarkan data hasil pengujian alat pembakar sampah.
22
Tabel 6. Data Hasil Pengujian Alat Pembakar Sampah Massa Kadar Air Waktu Sampah Jenis Sampah Rata-rata Pembakaran (kg) Sampah (kg) (menit) 18.3 70 % Kertas 14.54 285 11 70 % Plastik 15.27 235 10.8 70 % Plastik 15.13 95 10.5 60 % Plastik 14.52 95
Percobaan I Percobaan II Percobaan III Percobaan IV
Laju Pembakaran (kg/jam) 3.85 2.81 6.82 6.63
Dari data tersebut dapat terlihat bahwa pada percobaan I dan percobaan II dimana pada percobaan tersebut tutup alat pembakar sampah langsung ditutup ketika api sudah menyala laju pembakaran yang terjadi adalah 3.85 kg/jam dengan mayoritas sampah yang di bakar dan 2.81 kg/jam ketika sampah yang dibakar mayoritas plastik. Dari kedua percobaan tersebut terjadi perbedaan dikarenakan kadar air dari sampah pada percobaan II bernilai 15.27% sedangkan pada percobaan I kadar air sampah sebesar 14.54%. Hal tersebut mempengaruhi laju pembakaran dengan semakin besar kadar air maka dalam proses pembakaran akan semakin banyak energi yang digunakan untuk menguapkan air yang terkandung dalam bahan. Selain hal tersebut yang mempengaruhi laju pembakaran adalah mudah atau tidaknya bahan terbakar. Dari hal tersebut kertas lebih mudah terbakar sehingga laju pembakaranya akan semkin besar dibandingkan dengan percobaan II yang didominasi oleh sampah plastik. 8 7
kg/jam
6 5 4 3 2 1 0 1
2
3 4 Percobaan Gambar 13. Grafik Laju Pembakaran Sampah Sedangkan pada percobaan III dan IV dimana pada percobaan tersebut tutup alat pembakar sampah ditutup ketika pembakaran sudah merata, laju pembakaran yang terjadi lebih besar. Hal tersebut terjadi karena udara yang masuk karena tutup alat pembakar sampah belum ditutup menyebabkan api mudah menyebar. Dengan penyebaran api tersebut maka sampah akan lebih cepat terbakar. Laju pembakaran yang terjadi lebih dari 2 kali lipat dibandingkan dengan percobaan II. Bantuan udara di awal menyebabkan terjadinya pembakaran yang merata sehingga memudahkan pembakaran selanjutnya. Pada percobaan III dan IV terjadi perbedaan dalam laju pembakaran yang nilainya tidak begitu jauh. Nilai kadar air pada percobaan IV sebesar 14.52% sedangkan nilai kadar air sampah pada percobaan III sebesar 15.13%. Nilai kadar air pada percobaan IV lebih kecil dibandingkan dengan kadar ir percobaan III, namun laju pembakaran percobaan III lebih besar dibandingkan dengan percobaan IV. Hal tersebut terjadi akibat perbedaan kecepatan angin yang terjadi pada percobaan III dan percobaan IV. Pada percobaan III kecepatan angin rata-rata sebesar 0.078 m/s sedangkan kecepatan angin rata-rata pada percobaan IV lebih kecil sebesar 0.076 m/s . Dengan kecepatan yang lebih besar maka kandungan oksigen yang dibutuhkan dalam pembakaran akan semakin besar sehingga semakin mempercepat pembakaran.
23
Dari percobaan diatas dapat terlihat bahwa laju pembakaran yang terjadi pada alat pembakar sampah dipengaruhi oleh berat bahan yang dibakar, kadar air sampah, dan kecepatan angin saat pembakaran. D. KUALITAS ASAP HASIL PEMBAKARAN Alat pembakar sampah (incinerator) dirancang untuk mengurangi polusi yang dapat ditimbulkan oleh pembakaran sampah secara terbuka. Polusi yang dapat ditimbulkan oleh pembakaran secara terbuka adalah zat terbang dalam asap, warna, dan bau asap dapat menimbulkan gangguan terhadap lingkungan di sekitar pembakaran. Pada alat pembakar sampah ini dilengkapi dengan ruang pengendapan bahan padat . selain itu cerobong juga didisain masuk ke dalam ruang pengendapan zat padat. Hal tersebut dilakukan agar asap yang membawa partikel-partikel padat tersebut dapat berputar-putar terlebih dahulu (proses siklomisasi) sehingga partikel-partikel padat yang terbawa oleh asap dapat mengendap terlebih dahulu di ruang pengendapan zat padat. Selain itu di ruang pengendapan zat padat ini juga dimanfaatkan untuk proses pengarangan sehingga suhu yang ada di cerobong akan lebih kecil jika dibandingkan dengan suhu pada ruang pembakaran. Kualitas asap dapat diketahui melalui pengamatan yang disajikan dalam bentuk tabel di bawah ini. Tabel 7. Suhu dan Kualitas Asap Suhu Tertinggi Pada Cerobong o C Percobaan I 253 Percobaan II 210 Percobaan III 239 Percobaan IV 317
Warna Asap Lebih banyak putih daripada hitam Lebih banyak putih daripada hitam Lebih banyak putih daripada hitam Lebih banyak putih daripada hitam
Bau Asap
Zat Terbang Pada Asap
Bau Asap
Tidak ada zat terbang
Bau Asap
Tidak ada zat terbang
Bau Asap
Tidak ada zat terbang
Bau Asap
Tidak ada zat terbang
Gambar 14. Asap Hasil Pembakaran Berdasarkan data di atas dapat dilihat pada Lampiran 2. Berdasarkan data tersebut sebaran suhu cerobong hampir sama dengan sebaran suhu ruang pembakaran. Perbedaan
24
suhu cerobong dengan sebaran suhu ruang pembakaran diakibatkan dengan adanya ruang pengendapan zat padat yang berfungsi juga sebagai tempat pengarangan. Sehingga suhu asap yang keluar dari cerobong menurun. Berdasarkan pengamatan yang dilakukan terhadap kualitas asap, warna asap dan kadar zat terbang asap dapat dilihat bahwa ruang pengendapan bahan padat cukup optimum. Hal ini ditunjukkan dengan bau yang ditimbulkan seperti bau asap pada umumnya, warna asap mendekati putih dan zat terbang pada asap sudah tidak nampak. Hal tersebut sudah menunjukkan bahwa kinerja alat pembakar sampah ini sudah cukup optimum. Namun asap yang ada masih menimbulkan masalah bagi lingkungan. Asap masih membuat pedas pada mata operator. Hal tersebut terjadi karena pembakaran yang terjadi masih belum sempurna. Walaupun telah didesain tinggi cerobong melebihi tinggi manusia pada umumnya. Dengan tinggi dari permukaan tanah sebesar 210 cm namun asap yang dihasilkan pada proses pembakaran masih turun dan cukup mengganggu di lingkungan sekitar sehingga perlu dilakukan perubahan konstruksi. Perubahan konstruksi dapat dilakukan dengan merubah tinggi cerobong. Untuk merubah tinggi cerobong ini dapat didekati dengan persamaan (11), tetapi karena dalam penelitian kali ini tidak dicari nilai draft dari pembakaran sehingga perubahan tinggi cerobong tidak dapat diketahui. E. SUHU AIR HASIL PEMANASAN Uji unjuk kerja sistem pindah panas pada alat pembakar sampah (incinerator) delaksanakan dengan melakukan pengukuran suhu pipa, suhu air yang masuk (awal) dan suhu air hasil pemanasan. Pada pengujian ini dilakukan dengan mengalirkan air dengan debit 3 liter/menit. Data sebaran sebaran suhu pipa, suhu air masuk dan suhu air hasil pemanasan dapat dapat dilihat pada lampiran 2. Pada tabel disajikan nilai tertinggi dari suhu pipa, suhu air masuk, suhu air hasil pemanasan dan perubahan suhu air pada sistem pindah panas yang ada pada alat pembakar sampah. Tabel 8. Nilai Tertinggi dari Suhu Pipa, Suhu Air Masuk dan Suhu Air Hasil Pemanasan Suhu Pipa Suhu Air Suhu Air Δ Energi o C Masuk Keluar Suhu Air Pemanasan o o o C C C Air kJ Percobaaan I 133 29 42 14 16.266 Percobaan II 130 32 47 15 14.452 Percobaan III 140 29 47 18 16.204 Percobaan IV 135 27 44 17 9.9792 Dari data tabel diatas menunjukkan perbedaan suhu air yang dapat dihasilkan pada sistem pindah panas pada alat pembakar sampah dikarenakan penyebaran pembakaran tidak merata selain itu juga dikarenakan keterbatasan pengukuran dimana dalam pengukuran ini hanya dilakukan di satu titik sehingga sebaran suhu pipa tidak dapat diketahui. Dari pengujian yang sistem pidah panas pada alat pembakar sampah mendapatkan suhu maksimum pada 42-47 oC dimana suhu tersebut dapat digunakan untuk keperluan rumah tangga. Dari hsil pengujian tersebut untuk memanfaatkan untuk keperluan rumah tangga dimana suhu yang dibutuhkan berkisar antara 39 hingga 50 oC. Pada percobaan I untuk dapat memanfaatkan air hangat untuk kebutuhan rumah tangga dicapai pada menit ke-17 hingga menit ke-32. Pada percobaan II suhu yang dapat digunakan untuk keperluan rumah tangga didapat pada menit ke-9 hingga menit 40. Pada percobaan III suhu pemanasan air yang dapat dimanfaatkan untuk kebutuhan rumah tangga dicapai pada menit ke-7 hingga menit ke-52. Sedangkan pada percobaan IV suhu air yang dapat dimanfaatkan untuk keperluan rumah tangga dapat dicapai pada menit ke 8 hingga menit ke 41.
25
ΔT (oC)
20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 1
2 Percobaan 3
4
Gambar 15. Perubahan Suhu Air Maksimum Hasil Pemanasan Dari percobaan tersebut dapat terlihat bahwa kemampuan menaikkan suhu sistem pindah panas juga dipengaruhi nilai kalor bahan yang dibakar. Ketika bahan yang dibakar lebih dominan kertas yang memiliki nilai kalor yang lebih kecil dibandingkan dengan plastik maka suhu kemampuan menaikkan suhu pada sistem pindah panas di alat pembakar sampah juga lebih kecil dibandingkan dengan percobaan II, III dan IV dimana bahan yang dibakar mayoritas plastik. Pemanfaatan energi untuk pemanasan air disini masih minim dan dapat ditingkatkan lagi jika melihat dari hasil pemanfaatan energi yang ada pada pemanas air yang berkisar antara 9.979 hingga 16.266 kJ hal tersebut masih terlalu jauh jika potensi dari nilai kalor biomassa saja sekitar 12000 kJ/kg sehingga pada penelitian kali ini terlihat bahwa masih banyak panas yang terbuang melalaui dinding dan asap hasil pembakaran. Pemanfaatan energi panas yang dihasilkan dapat ditingkatkan dengan menambah panjang pipa atau memperbesar diameter pipa. Pada hasil simulasi (Lampiran 8) didapatkan bahwa dengan menambah panjang pipa menjadi 5 m didapatkan perbedaan suhu sebesar 22oC, sedangkan dengan menambah diamater pipa menjadi 0.0254 m didapatkan perbedaan suhu sebesar 32oC. hal tersebut terjadi karena luas bidang pindah panas semakin lebar sehingga pindah panas yang terjadi akan semakin besar. F. PEMANFAATAN ENERGI PADA RUANG PENGENDAPAN ZAT PADAT Alat pembakar sampah dilengkapi dengan ruang pengendapan zat padat asap. Ruang tersebut digunakan untuk mengendapkan zat padat yang terbawa ole asap sehingga tidak ikut keluar dengan asap melalui cerobong. Ruang ini memiliki suhu yang cukup tinggi sehingga dalam percobaan kali ini dimanfaatkan untuk mengarangkan batok kelapa. Berikut tabel yang menjelaskan mengenai nilai suhu tertingi pada ruang pengendapan zat padat dengan jumlah arang yang dihasilkan. Tabel 9. Nilai Suhu Tertinggi di Ruang Pengendapan Zat Padat dan Jumlah Arang yang Dihasilkan Suhu Ruang Pengendapan Jumlah Arang yang Zat Padat Dihasilkan o C Gram Percobaan I 405 500 Percobaan II 381 400 Percobaan III 390 250 Percobaan IV 317 200
26
Gambar 16. Hasil Pengarangan Batok Kelapa
Jumlah Arang Batok Kelapa (gram)
600 500 400 300 200 100 0 1
2
3 Percobaan Gambar 17. Jumlah Arang Batok Kelapa yang Dihasilkan
4
Dari data di atas terlihat bahwa suhu tertinggi pada ruang pengendapan zat padat berkisar antara 317 hingga 405oC. Suhu tersebut berpotensi untuk mengarangkan suatu bahan. Dari hasil percobaan terlihat bahwa dengan suhu sebesar itu dengan waktu yang berkisar antara 2 jam hingga 4 jam pada pembakaran sampah sudah dapat menghasilkan arang sebanyak 200 hingga 500 gram. Pengarangan banyak terjadi pada batok kelapa yang menempel di dinding. Hal tersebut terjadi karena energi panas yang diterima oleh batok kelapa yang menempel di dinding batok kelapa akan lebih besar karena perpindahan panas melalui radiasi lebih lambat dibandingkan dengan konduksi. Terjadi perbedaan pada hasil arang yang dihasilkan pada percobaan III dan IV dengan percobaan I dan II hal tersebut terjadi karena lama pembakaran pada I dan II lebih panjang dibandingkan dengan percobaan III dan IV dengan lama pembakaran yang berbeda akan berpengaruh pada lama pengarangan sehingga berpengaruh pada hasilnya. G. ANALISIS HASIL UJI UNJUK KERJA ALAT Perancangan alat pembakar sampah (Incinerator) adalah proses perhitungan teoritis sebelum proses pembuatan alat pembakar sampah. Perancangan alat pembakar sampah meliputi perancangan volume ruang pembakaran, lubang udara untuk pembakaran sempurna, ruang pengendapan asap, penyulutan api pertama, dan sistem penukar panas. Berdasarkan hasil perancangan dibutuhkan volume ruang pembakaran sebesar 0.25 m3. Luas lubang udara yang diperlukan sebesar m2 dengan kecepatan udara bebas sebesar 1 m/detik. Selain itu untuk memanfaatkan energi panas yang dihasilkan selama proses pembakaran sampah maka dirancang sautu sistem penukar panas yang terbuat dari pipa besi dengan diameter 1.27 cm dan dibuat berputar-putar di dalam ruang pembakaran sepanjang 400 cm sistem pindah panas tersebut dirancang untuk menaikkan temperatur dari 25 oC menjadi 40 o C dengan suhu pemanasan sebesar 100 oC. Selain itu alat pembakar sampah ini juga
27
memiliki ruang pengendapan zat padat asap yang dapat dimanfaatkan untuk pengarangan. Dengan menambahkan pintu masukan dan pintu pengeluaran. Berdasarkan data hasil pengujian ditunjukkan bahwa suhu maksimal ruang pembakaran sebesar 748oC. Jika dibandingkan dengan incinerator yang dirancang Budiman (2001), incinerator ini memiliki kinerja yang hampir sama dimana pada incinerator rancangan budiman menghasilkan suhu maksimal di ruang pembakaran sebesar 801.8 oC. Perbedaan tersebut terjadi karena luas lubang udara pembakaran pada incinerator yang dirancang Budiman (2001) lebih besar. Pada hasil uji unjuk kerja alat yang telah dilakukan bahwa sistem pindah panas yang dapat menaikkan suhu sebesar 18 oC. Hal tersebut terjadi karena dalam proses perancangan tidak dihitung perpindahan energi dalam bentuk konduksi sehingga terdapat energi yang berasal dari perindahan enrgi tersebut yang tidak terprediksi. Selain sistem pindah panas yang ada pada pipa kurang merata sehingga tidak didapatkan jumlah debit yang sesuai dengan perancangan. Pada hasil simulasi didapatkan bahwa dengan menambah panjang pipa menjadi 5 m didapatkan perbedaan suhu sebesar 22 oC, sedangkan dengan menambah diamater pipa menjadi 0.0254 m didapatkan perbedaan suhu sebesar 32 oC. hal tersebut terjadi karena luas bidang pindah panas semakin lebar sehingga pindah panas yang terjadi akan semakin besar. Pada uji unjuk kerja yang dilakukan terlihat bahwa tinggi cerobong masih kurang optimum karena dalam pengamatan yang dilakukan masih mengganggu aktivitas di lingkungan sekita alat pembakar sampah. Perlu dilakukan pengamatan untuk mendapatkan draft pembakaran sehingga didapatkan tinggi cerobong yang optimum. Sistem pindah panas yang ada sekarang hanya dapat dimanfaatkan untuk kebutuhan rumah tangga seperti mandi dan mencuci. Jika ingin digunakan untuk pasteurisasi ataupun sterilisasi maka sistem pindah panas yang ada masih dapat dioptimalkan kembali dengan memperpanjang sistem pindah panas karena masih terdapat ruang untuk memperpanjang pipa sistem pindah panas.hal yang dapat dilakuakan untuk optimasi sistem pindah panas yaitu dengan meletakkan pipa tersebut menempel pada dinding ruang pembakaran dan lebih dekat denagn sumber api pembakaran. selain itu juga dapat dilakukan dengan menaikkan suhu pembakaran dengan menambah lubang udara.
28
