optimasi efisiensi tungku sekam dengan variasi … · lubang utama badan kompor sehingga diperoleh...

OPTIMASI EFISIENSI TUNGKU SEKAM DENGAN VARIASI

LUBANG UTAMA PADA BADAN KOMPOR

RIFKI MAULANA

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

2009

ABSTRAK RIFKI MAULANA. Optimasi Efisiensi Tungku Sekam dengan Variasi Lubang Utama Pada Badan kKompor . Dibimbing oleh IRZAMAN dan HUSIN ALATAS Sekam padi merupakan limbah penggilingan padi yang meliputi kariopsis, terdiri dari dua belahan (disebut lemma dan palea) yang saling bertautan.. Limbah sekam bisa dimanfaatkan sebagai bahan bakar untuk memasak dengan menggunakan bantuan tungku pembakaran yang disebut tungku sekam. Panas pembakaran sekam dapat mencapai 3300 Kkal / Kg dan bulk density 0,100 g/ml serta konduktivitas panas 0,068 W/m.K (Rachmat et.al, 1991). Tungku sekam digunakan dalam proses pembakaran sekam dengan bantuan aliran udara pada tungku tersebut. Efisiensi tungku sekam sangat mempengaruhi banyaknya sekam yang dibutuhkan dalam proses pemasakan. Aliran udara pada tungku sekam mempengaruhi besar kecilnya efisiensi tungku sekam yang dibuat. Untuk mengetahui efisiensi maksimum dari tungku sekam dapat dilakukan dengan variasi lubang utama badan kompor sehingga diperoleh ukuran lubang utama pada badan kompor yang menghasilkan efisiensi maksimum. Dalam penelitian ini tungku sekam memiliki laju konsumsi bahan bakar (FCR) sebesar 1,802kg/jam, sedangkan energi panas yang dibutuhkan(Qn) untuk mendidihkan air sebanyak 6 liter adalah 976Kcal/jam sehingga diperoleh efisiensi tungku sekam sebesar 18%. Kata kunci : Sekam, Tungku Sekam, Aliran Udara, Efisiensi, Lubang, Badan Kompor

i

OPTIMASI EFISIENSI TUNGKU SEKAM DENGAN VARIASI

LUBANG UTAMA PADA BADAN KOMPOR

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains Pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Institut Pertanian Bogor

Oleh: Rifki Maulana

G74104039

DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2008

i

Judul :Optimasi Efisiensi Tungku Sekam dengan Variasi Lubang Utama Pada Badan

kKompor

Nama : Rifki Maulana NRP : G74104039

Menyetujui

Tanggal kelulusan :

Pembimbing I

( Dr. Irzaman ) NIP. 132 133 395

Mengetahui :

Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Institut Pertanian Bogor

Dr. Drh. Hasim, DEA

NIP 131 578 806

Pembimbing II

( Dr. Husin Alatas) NIP. 132 206 234

iii

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Jakarta,dari pasangan Komarudin dan Suratmi pada tanggal 15 November 1986. Penulis merupakan putra ketiga dari tiga bersaudara. Penulis menyelesaikan masa studinya di SDN Pangkalan jati 1 Depok, selama enam tahun, kemudian melanjutkan ke SLTPN 226 Jakarta selama tiga tahun. Penulis lulus dari SMU Negeri 66 Jakarta pada tahun 2004 dengan pengalamn Organisasi sebagai wakil ketua KIR SMA 66 dan pada tahun yang sama penulis melanjutkan pendidikan sarjana strata satu di Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Penulis juga aktif dalam organisasi kemahasiswaan sebagai ketua HMI komisariat FMIPA IPB periode 2007/2008,staf biro entrepreneur KOPMA IPB dan anggota HIMAFI IPB.

ii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan kenikmatan iman, islam

serta kesehatan. Shalawat dan salam semoga tercurah kepada Nabi dan Rasul Muhammad SAW.

Atas berkat dukungan banyak pihak, akhirnya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan

judul “Optimasi Efisiensi Tungku Sekam”. Penelitian ini bertempat di jurusan Fisika Fakultas

MIPA IPB.

Pertama kali Penulis mengucapkan terimakasih sebesar-besarnya kepada Ibunda dan

Ayahanda tercinta yang telah memberikan doa,semangat, dan inspirasi . Terimakasih kepada

Bapak Irzaman,dan Bapak Husin yang telah membimbing, memotivasi dan menjadi teman diskusi

sehingga penulis bisa menyelesaikan skripsi ini. Kepada Bapak Yani dan Bapak Mushiran yang

telah membantu di Bengkel Mekanik, terimakasih juga kepada rekan-rekan seperjuangan Orenz

Community (Abi, Andika, Bama, Casnan, Eko, Faisal, Hendi, Kukuh, Okoy, Zen) yang selalu

memotivasi dan membantu dalam menyelesaikan berbagai permasalahan, temen-teman fisika

angkatan 41, dan temen-temen HMI serta kepada semua pihak yang telah membantu.

Tak lupa Penulis juga berterimakasih Kepada seluruh kawan-kawan alumni SMAN 66

Jakarta, Kakak yang selalu mendoakan penulis dan memberikan dorangan moril, kepada saudara-

saudara penulis yang selalu mendoakan.

Penulis sadar bahwa penelitian ini masih jauh dari sempurna. Karena itu penulis

mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun untuk memperbaiki kekurangan maupun

memperbaiki kekhilafan yang terdapat dalam penulisan. Semoga penelitian ini dapat berguna dan

membawa manfaat bagi masyarakat pada umumnya.

Bogor, Februari 2009

Rifki Maulana

iii

DAFTAR ISI

Halaman DAFTAR GAMBAR ................................................................................................................ vii

DAFTAR TABEL... ................................................................................................................ viii

DAFTAR LAMPIRAN.............................................................................................................. ix

PENDAHULUAN

Latar Belakang ......................................................................................................... 1

Perumusan Masalah ………………………….....……………………………….... 1

Tujuan Penelitian...................................................................................................... 2

Manfaat Penelitian................................................................................................... 2

Hipotesis................................................................................................................... 2

TINJAUAN PUSTAKA

Sekam Padi .............................................................................................................. 2

Tungku Sekam ....................................................................................................... 3

Perpindahan Panas .................................................................................................. 3

BAHAN DAN METODE

Tempat dan waktu Penelitian .................................................................................. 4

Bahan dan Alat ........................................................................................................ 4

Metode Penelitian .................................................................................................... 4

HASIL DAN PEMBAHASAN

Efisiensi tungku........................................................................................................ 5

Proses penyalaan tungku sekam............................................................................... 6

Konversi sekam terhadap bahan bakar lain.............................................................. 7

KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan …………………………………………………….....……………..... 7

Saran …………………………………………………………….....……………... 7

DAFTAR PUSTAKA ……………………………………………………………………........ 8

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Desain Tungku sekam………………………………………………………. 2

Gambar 2. Perpindahan panas konduksi dan difusi energi akibat aktivitas

molekul ................................................................................................... 3

Gambar 3. Desain Tungku sekam………………………………………………………. 4

Gambar 4. Reaksi pembakaran karbon dan hidrogen....................................................... 5

Gambar 5. Penyalaan awal tungku sekam……………………………………………… 6

Gambar 6. Tanah liat sebagai isolator………………………………………………….. 6

Gambar 7. Efisiensi tungku sekam……………………………………………………... 7

Gambar 8. Hubungan suhu isolator dalam celcius ( X ) dengan waktu pemasakan ( Y) dalam menit………………………………………… 7

Halaman

viii

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Komposisi kimia menurut DTC-ITB………………………………………… 2

Tabel 2. Perbandingan biaya mendidihkan 6 liter air dengan berbagai bahan bakar….. 3

Tabel 3. Konversi energi dari sekam padi ke bahan bakar lain……………………….. 7

Halaman

ix

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Skema pembuatan tungku sekam…………………………………….…… 10

Lampiran 2. Skema pembuatan bagian-bagian tungku (1)…………………………….. 11

Lampiran 3. Alur penelitian……………………………………………………………... 13

Lampiran 4. Data tungku sekam jenis A (lubang utama sebesar 20cm x 22,5cm)............ 14

Lampiran 5. Data tungku sekam jenis B (lubang utama sebesar 20cm x 12 cm).............. 17

Lampiran 6. Data tungku sekam jenis A (lubang utama sebesar 20cm x 9cm)................. 20

Lampiran 7. Data tungku sekam menggunakan material tanah liat dengan

satu lubang utama.......................................................................................... 23

Lampiran 8. Grafik efisiensi tungku sekam dengan HVF sebesar 3000 kkal/kg............... 24

Lampiran 9. Grafik efisiensi tungku sekam dengan HVF sebesar 3000 kkal/kg................ 25

Lampiran 10. Grafik hubungan suhu isolator (x) dengan waktu pemasakan (y)................ 26

Halaman

1

PENDAHULUAN Latar Belakang

Sumber energi digolongkan menjadi dua yaitu sumber energi yang dapat diperbaharui dan sumber energi yang tidak dapat diperbaharui. Sebagian besar masyarakat saat ini menggunakan bahan bakar yang tidak dapat diperbaharui untuk keperluan industri, taransportasi, dan keperluan rumah tangga. Padahal ketersedian bahan bakar tersebut makin lama makin menipis sehingga nilai ekonomisnya semakin tinggi dan sulit terjangkau. Dari ketiga sektor pengguna bahan bakar tersebut sektor rumah tanggalah yang paling merasakan dampak langsung kelangkaan dan kenaikan harga bahan bakar.

Sebagian besar masyarakat Indonesia biasa menggunakan minyak tanah sebagi bahan bakar untuk keperluan rumah tangganya padahal minyak tanah saat ini sangat langka dan harganya cukup mahal. Dan untuk mengurangi beban masyarakat khususnya dipedesaan yang masih sangat tergantung dengan minyak tanah dibutuhkan energi alternatif yang bisa diperbaharui murah dan mudah didapatkan disekitar mereka. Contohnya serbuk gergaji, sekam padi, kayu bakar dan lain-lain.

Dari ketiga contoh bahan bakar alternatif tersebut sekam padi memiliki potensi yang sangat besar untuk menjadi bahan bakar alternatif di masyarakat pedesaan. 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 (Warta Penelitian dan Pengembangan Pertanian, 2006).

Untuk memanfaatkan sekam tersebut dibutuhkan alat yang di beri nama Tungku Sekam untuk rumah tangga yang berawal dari desain dan prototipe Kompor Sekam Segar Karawang (Komsekar) hasil penelitian Instalasi Penelitian Karawang yang mulai dikembangkan pada tahun 1990 (Rachmat et.al, 1991) dengan nama Tungku Sekam untuk rumah tangga. Seiring dengan makin berkurangnya persediaan minyak bumi maka

peminat bahan bakar alternatif semakin meningkat sehingga saat ini muncul berbagai macam desain kontruksi tungku sekam

Permasalahan utama yang ada pada penggunaan tungku sekam saat ini adalah lamanya waktu pemasakan sehingga pengguna harus menunggu lama untuk mendapatkan hasil masakan. Hal tersebut menjadikan tungku sekam ini kurang diminati karena biasanya masyarakat ingin mendapatkan hasil masakan dengan cepat. Lamanya waktu pemasakan dikarenakan tidak berpusatnya api yang dihasilkan, kurang stabilnya perapian yang dihasilkan dan banyaknya kalor yang terserap oleh material kontruksi tungku sekam.

Penelitian ini mencoba memecahkan permasalahan yang ada dengan merancang suatu tungku sekam yang memiliki api berpusat dan memiliki selongsong yang terbuat dari bahan yang konduktivitasnya rendah. Indikator keberhasilan pengoperasian adalah semakin sempitnya lama pemasakan. Hal tersebut dilakukan dengan membandingkan beberapa desain kontruksi bahan selongsong tungku sekam. Di harapkan diperoleh model tungku sekam dan bahan yang tepat untuk menghasilkan lama pemasakan yang singkat. Perumusan Masalah

Lamanya waktu pemasakan dengan menggunakan tungku sekam menjadi kekurangan yang cukup berpengaruh terhadap ketertarikan masyarakat terhadap tungku sekam tersebut. Bahan baku yang digunakan untuk pembuatan tungku sekam biasanya adalah barang-barang bekas ataupun seng yang mudah di dapat di lingkungan sekitar. Bahan seng lebih mudah menyerap panas sehingga sekam yang belum waktunya terbakar sudah terbakar telebih dahulu karena menyentuh seng yang sangat panas.. Oleh karena itu, jenis bahan tersebut sebenarnya kurang cocok digunakan sebagai bahan pembuatan tungku sekam khususnya untuk bagian selongsong tungku.

Dalam pembuatan tungku sekam mensyaratkan material yang memiliki daya serap panas yang rendah sehingga panas yang dihasilkan sebagian besar digunakan untuk proses pemasakan. Api yang dihasilkan juga harus berpusat atau terarah sehingga pembakaran yang tidak perlu seperti terbakarnya sekam pada tempat penampungan tidak terjadi. Hal itu juga tergantung material dan desain tungku

2

sekam yang digunakan. Oleh karena itu, konstruksi tungku sekam perlu dimodifikasi agar seluruh panas yang dihasilkan mampu digunakan secara optimal dalam proses pemasakan sehingga diperoleh waktu yang singkat untuk pemasakan.

Selain material yang digunakan kita juga harus memperhatikan desain tungku yang mampu menciptakan aliran udara yang baik ke perapian sehingga asupan udara akan mengakibatkan pembakaran bias berlangsug secara optimal. Untuk itu akan di teliti model bahan yang cocok sebagai pelindung atau isolator serta desain badan kompor yang menghasilkan efisiensi tungku sekam yang optimal.

Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk : 1. Memperoleh desain tungku sekam

sederhana yang memiliki efisiensi tinggi 2. Menentukan model serta material yang

cocok untuk badan tungku sekam

Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini adalah

sebagai sumber informasi bagi masyarakat pedesaan untuk memperoleh bahan bakar alternatif serta konstruksi tungku sekam yang efisien.

Hipotesis

Tungku sekam merupakan tungku yang sangat tergantung pada aliran udara. Oleh karena itu desain tungku harus didesain untuk menciptakan aliran udara tersebut. Badan kompor merupakan pintu masuk utama aliran udara yang akan mengalir, sehingga besar kecilnya lubang utama pada badan kompor sangat mempengaruhi efisiensi tungku sekam. Untuk itu akan dilakukan variasi lubang utama badan kompor sehingga diperoleh efisiensi optimal.

Material yang digunakan dalam pembuatan tungku sekam juga sangat berpengaruh. Jika bahan yang digunakan tidak menyerap panas terlalu banyak maka panas akan digunakan secara maksimum untuk proses pemasakan. Sehingga diperoleh efisiensi yang optimal. 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 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).

Gambar 1. Sekam Padi

Pada saat ini,Potensi ketersediaan limbah sekam dari 60.000 unit penggilingan padi yang ada di Indonesia adalah sekitar 1.150 metrikton sekam per bulan

Tabel 1. Komposisi kimia Menurut DTC-ITB dalam Andriati (2007)

Panas pembakaran sekam dapat mencapai 3300 Kkal / Kg dan bulk density 0,100 g/ml serta konduktivitas panas 0,068 W/m.K (Rachmat et.al, 1991).

Sedangkan dari aspek ekonomi

perbandingan harga tahun 2006 menunjukkan bahwa elpiji Rp. 5.000,00 per kg, harga minyak tanah per liter Rp.3.400,00 sedangkan batu bara Rp. 2.000,00/kg. apalagi dengan semakin meningkatnya harga minyak dunia mengakibatkan haraga BBM semakin meningkat sehingga harga sekam relatif tidak mengalami peningkatan yang berarti. Sedangkan sekam yang melimpah relatif tidak memiliki nilai jual. Kalaupun dihargai untuk pembuatan bata merah adalah sekitar

3

Rp. 0 – Rp. 300,00 per kg. Sehingga penggunaan sekam sebagai sumber energi panas selain memberi nilai ekonomis, juga membantu menekan gangguan lingkungan terutama di sekitar penggilingan padi.

Tabel 2.perbandingan biaya Biaya Mendidihkan 6 Liter Air dengan Berbagai Bahan Bakar (Irzaman dkk, 2008)

Tungku sekam

Sekam padi yang dibakar secara langsung akan membara secara perlahan sambil menghasilkan asap tebal yang terasa pedih di mata. Oleh karena itu dibutuhkan tungku untuk mengurangi dampak tersebut. 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. . (United Nations Environment Programme, 2006). Di beberapa Negara yang berbasis pertanian seperti Indonesia, Thailand dan Filipina, telah digunakan tungku-tungku sekam sederhana yang mengatasi sifat-sifat yang kurang menguntungkan tersebut. Untuk dapat menghasilkan nyala yang bersih dan panas,tungku-tungku sekam tersebut harus dibuat sedemikian rupa sehingga tercipta suatu aliran udara secara alamiah, yang meningkatkan jumlah aliran zat asam melewati bahan bakar yang menyala.

Cara-cara yang digunakan untuk membakar sekam padi sebagai bahan bakar dapat dibagi dalam tiga golongan :

A. Dengan cara memadatkan bahan bakar dengan suatu saluran udara yang dibentuk dalam massa bahan bakarnya agar nyala api dapat melaluinya. Agar dapat menyala

dengan baik tungku-tungku jenis ini memerlukan sejumlah kecil tambahan bahan bakar yang lain.

B. Dengan menggunakan tungku yang di dalamnya tercipta aliran udara secara alamiah. Tungku-tungku ini mempergunakan sebuah pintu atau kotak pemasukan bahan bakar, sebuahgarangan atau rangka bakar, serta sebuah cerobong.

C. Membarakannya.

Perpindahan Panas Sistem perpindahan panas dibagi

menjadi 3 jenis, yaitu konduksi, konveksi dan radiasi. Secara umum, ketiga jenis tersebut dibedakan berdasarkan media dalam upaya memindahkan energi panas. Konduksi menggunakan media padat, konveksi menggunakan media fluida, sedangkan radiasi menggunakan media gelombang elektromagnetik. Konduksi

Konduksi ialah proses transfer energi termis melalui interaksi antara atom-atom dan molekul, walaupun atom-atom dan molekulnya sendiri tidak berpindah.

Gambar 2. Perpindahan panas konduksi dan difusi energi akibat aktivitas molekul

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.

4

Konveksi Konveksi ialah proses perpindahan

panas langsung melalui perpindahan massanya. Proses perpindahan kalor secara 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. Oleh karena konveksi hanya dapat terjadi melalui zat yang mengalir, maka bentuk pengangkutan ka1or ini hanya terdapat pada zat cair dan gas.

Pancaran (Radiasi)

Radiasi ialah proses pancaran energi oleh benda-benda dalam bentuk radiasi elektromagnetik. Radiasi ini bergerak melewati ruang dengan kelajuan cahaya. Semua benda memancarkan dan menyerap radiasi elektromagnetik. Bila benda ada dalam kesetimbangan termis dengan sekitarnya, benda memancarkan dan menyerap energy pada laju yang sama. Namun, jika benda dipanaskan sampai temperatur yang lebih tinggi daripada sekitarnya, maka benda meradiasi keluar lebih banyak energi daripada yang diserapnya. BAHAN DAN METODE Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan di departemen Fisika FMIPA IPB. Waktu yang diperlukan untuk penelitian ini adalah 4 bulan meliputi penyusunan proposal dan penelitian. 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, gunting kawat, meteran, dan timbangan Metode Penelitian

Penelitian dilakukan dengan beberapa tahap yaitu :

1. pembuatan tungku sekam

Gambar 3. Desain tungku sekam (Irzaman dkk, 2008) Keterangan :

(A)Reservoir sekam dalam bentuk kerucut terbalik

(B)Silinder untuk membakar sekam (C) Isolator kompor (D) Badan kompor (E) ventilator (F) Reservoir abu sementara Dalam pembuatan tungku sekam ini

dibuat beberapa model yang berbeda yaitu pada bagian isolator kompor dan badan kompor dari tungku sekam tersebut. Pada bagian isolator dibuat dua model yaitu dengan menggunakan seng dan tanah liat. Sedangkan untuk model lubang pada badan tungku di buat dengan tiga buah ukuran jenis A (lubang inti sebesar 20 x 22,5 cm), jenis B (lubang inti sebesar 20 x 12 cm), jenis C (lubang inti sebesar 20 x 9 cm). Dengan setiap masing ukuran dibuat tiga buah perlakuan yaitu satu buah lubang inti yang berada pada tepat sejajar dengan bagian E dan F, dua buah lubang inti dengan ukuran yang sama yang saling berhadapan, serta satu buah lubang inti dengan tambahan lubang-lubang kecil yang tersebar di hadapan lubang inti.

5

2. Pengukuran lama pendidihan air dengan berbagai model tungku sekam Pengukuran lama pemasakan

dilakukan dengan menggunakan air sebanyak 6 liter serta menghitung banyaknya sekam yang dibutuhkan untuk mendidihkan air tersebut. Sehingga mendapatkan laju bahan bakar yang dibutuhkan pada setiap jenis tungku sekam.

Pada tahap ini juga dilakukan pengukuran suhu bagian-bagian tungku sekam.

3. penghitungan efisiensi tungku

sekam Dalam penghitungan efisiensi

tungku sekam kita harus mengetahui jumlah energi yang dibutuhkan untuk memasak dengan menggunakan rumus, (A. T. Belonio,1985)

M E

(1)

Keterangan : Qn : energy yang dibutuhkan (Kcal/hr) Mf : massa makanan (kg ) Es : energy spesifik, KCal/kg T : waktu pemasakan, (hr)

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, (A. T. Belonio,1985)

(2) Keterangan : FCR : bahan bakar yang dibutuhkan, kg/hr Qn : energy yang dibutuhkan (Kcal/hr) HVf : energi yang terkandung dalam bahan

bakar, Kcal/kg ξg : efisiensi tungku (%) HASIL DAN PEMBAHASAN

Efisiensi tungku

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 CO2 + energy 2H2 + O2 2H2O + energy Gambar 4. Reaksi pembakaran karbon dan hidrogen

Dari reaksi diatas terlihat bahwa produk utama dari pembakaran bahan bakar organik adalah CO2, H2O dan energy (panas).

Dari hasil penelitian yang telah dilakukan, nyala api tungku sekam sangat bergantung dengan banyaknya udara yang terperangkap pada badan tungku yang terbuat dari kaleng bekas. Udara masuk melalui lubang inti badan tungku yang di buat dengan berbagai model dan ukuran. Hal tersebut dilakukan agar diperoleh tungku sekam yang memiliki efisiensi tinggi.

Nilai efisiensi tungku sekam dari 3 jenis dengan 3 perlakuan dapat dilihat pada grafik 1. Pada jenis A (lubang inti sebesar 20 x 22,5 cm) yang memiliki efisiensi paling baik adalah dengan perlakuan diberi satu lubang inti saja. Pada jenis ini membutuhkana waktu rata-rata selama 33 menit serta memiliki laju konsumsi bahan bakar (FCR) sebesar 1,6kg/jam, sedangkan energy panas yang dibutuhkan(Qn) untuk mendidihkan air sebanyak 6 liter adalah 764 K cal /jam sehingga diperoleh efisiensi tungku sekam sebesar 16%. Pada jenis B (lubang inti sebesar 20 x 12 cm) efisiensi paling baik dihasilkan dengan perlakuan diberi satu lubang inti saja. Dengan waktu pemasakan rata-rata selama 33 menit serta memiliki laju konsumsi bahan bakar (FCR) sebesar 1,42kg/jam, sedangkan energy panas yang dibutuhkan(Qn) untuk mendidihkan air sebanyak 6 liter adalah 764 K cal /jam sehingga diperoleh efisiensi tungku sekam sebesar 17,9%. Untuk tungku sekam jenis C (lubang inti sebesar 20 x 9 cm) memiliki hasil yang sama dengan jenis lainnya yaitu pada perlakuan satu lubang inti diperoleh efisiensi yang paling baik dibandingkan perlakuan lainnya. tungku sekam dengan jenis C membutuhkan waktu rata-rata selama 26 menit serta memiliki laju konsumsi bahan bakar (FCR) sebesar 1,802kg/jam, sedangkan energy panas yang dibutuhkan(Qn) untuk mendidihkan air sebanyak 6 liter adalah 976Kcal/jam

6

sehingga diperoleh efisiensi tungku sekam sebesar 18%.

Dari hasil tersebut terlihat bahwa nyala api yang efektif dipengaruhi oleh aliran udara pada tungku sekam yang bersumber dari udara yang terperangkap pada badan kompor. Jika ada tambahan lubang lain selain lubang utama maka kemungkinan udara keluar dai lubang tersebut sehingga udara yang terperangkap tidak dapat mengalir secara optimal ke ventilator. Hal tersebut berpengaruh pada nyala api yang dihasilkan yang sangat membutuhkan O2 untuk pembakaran.

Model jenis C memiliki efisiensi lebih tinggi dibandingkan model yang lainnya terjadi karena pada model C ukurannya masukan udara tidak terlalu besar sehingga udara yang sudah masuk akan lebih sulit keluar dari badan kompor. Akan tetapi jika ukuran lubang inti terlalu kecil kemungkinan tungku sekam tidak bisa menyala karena kekurangan udara masukan dari luar.

Proses penyalaan tungku sekam

Untuk melakukan penyalaan pada tungku sekam ini juga dibutuhkan aliran udara awal yang cukup lancar oleh karena itu pada penyalaan awal harus diletakan terlebih dahulu rumput kering pada bagian ventilator sebelum sekam mulai diisi ke kompor sekam. Rumput kering tersebut menciptakan adanya rongga-rongga udara pada bagian bawah sehingga udara mudah mengalir. Setelah sekam di masukan baru kita bisa menyalakan sekam dengan bantuan kertas.

Pada saat proses pemasakan terjadi perpindahan panas hasil dari pembakaran sekam. Perpindahan kalor tersebut mengalir baik dengan konduksi ataupun konveksi. Oleh karena itu pada tungku ini terjadi kehilangan energi kalor yang digunakan untuk meningkatkan temperatur dari bagian-bagian tungku sekam tersebut. Dari hasil percobaan di beberapa model didapatkan bahwa semakin tinggi temperatur bagian

tungku maka semakin cepat pemasakan air dilakukan.

Hal tersebut terjadi karena makin tinggi temperatur menunjukan semakin besarnya energi kalor yang dihasilkan sehingga waktu pemasakan air menjadi relatif lebih singkat. Selain aliran udara tungku sekam ini juga di pengaruhi oleh bahan baku bagian-bagian tungku sekam ini. Pada bagian isolator telah dilakukan beberapa bahan seperti seng (Zn), semen dan tanah liat. Dari ketiga bahan itu tanah liat merupakan bahan yang paling cocok bila dibandingkan dengan bahan lainnya.

Pada saat menggunakan seng sangat sulit memperoleh data lamanya waktu pemasakan karena sebelum air mendidih seluruh sekam pada reservoir sekam sudah terbakar, sedangkan jika menggunakan semen terjadi hal yang sama hanya saja waktunya sedikit agak tertunda disebabkan setelah lama terbakar lapisan semen tersebut retak dan pecah.

Dengan aliran udara yang lancar serta bahan baku bagian-bagian kompor yang tepat akan meningkatkan efisiensi tungku sekam. Aliran udara yang lancar akan menyuplay O2 yang cukup dalam proses pembakaran sehingga kadar oksigen pada sekam yang awalnya 33,64% bisa di tambah dari udara bebas sehingga kebutuhan akan bahan bakar sekam (FCR) akan menurun sehingga akan meningkatkan efisiensi tungku sekam. Bahan baku tungku sekam juga memiliki implikasi yang tidak jauh berbeda, jika bahan yang digunakan tepat maka energi yang terbuah bisa diminimalisasi.

Gambar 5. Penyalaan Awal tungku sekam

Gambar 6. Tanah liat sebagai isolator

7

Contohnya jika kita menggunakan bagian isolator dengan seng maka sekam yang belum waktunya terbakar akan terbakar padahal sebenarnya pembakaran itu belum dibutuhkan. Akan tetapi pemilihan bahan baku ini juga harus ditinjau dengan lingkungan sekitar sehingga tidak menyulitkan masyarakat dalam pencarian bahan baku tungku sekam. Jangan sampai pemilihan bahan baku jadi menyulitkan masyarakat.

Gambar 8. Hubungan suhu isolator dalam celcius ( X ) dengan waktu pemasakan ( Y) dalam menit.

Suhu isolator juga berbanding lurus terhadap lamanya waktu pemasakan air dengan penggunaan tungku sekam. Hal ini terjadi karena semakin tinggi energi yang dihasilkan dari pembakaran sekam maka semakin tinggi suhu pada isolator sehingga waktu yang dibutuhkan untuk pemasakan pun semakin singkat.

Konversi sekam terhadap bahan bakar lain

Dengan menggunakan tungku sekam ini untuk mendidihkan air sebanyak 6 liter rata-rata menghabiskan1200gram sekam atau setara dengan 0,36 kg minyak tanah

Tabel 3. Konversi Energi dari Sekam Padi ke Bahan Bakar Lain (A. T. Belonio, 1985).

Ekuivalen Bahan Bakar

Nilai Pemanasan (Kcal/kg)

Perbandingan

Konversi* Kg Bahan Bakar/kg Sekam yang

berasal dari beras

Jumlah Sekam

Padi per Ton

LPG 11.767 3,57 25,46 Tangki**

Kayu 3.355 1,02 980,38 kg Arang Kayu

5.893 1,78 561,79 kg

Minyak Tanah

11.000 3,33 346,05 Liter

Bensin 11.528 3,49 385,49 Liter

Diesel 10.917 3,308 357,82 Liter

* Konversi langsung menggunakan nilai pemanasan dari 3.300 Kcal per kg ** 1 tangki = 140 kg

Jika dengan harga minyak tanah non subsidi saat ini Rp7000,00/ liter maka jika kita menggunakan kompor sekam ini membutuhkan Rp2900,00 untuk mendidihkan air 6 liter. Akan tetapi jika kita menggunakan sekam yang saat ini dijual dengan harga Rp500,00/kg maka hanya membutuhakan Rp 600,00. Oleh karena itu dari aspek ekonomi penggunaan sekam cukup membantu masyarakat khususnya didaerah pedesaan yang berbasis persawahan. Selain itu jika para petani yang datang untuk menggiling gabahnya di penggilingan dan meminta sekamnya kembali maka para petani tersebut mendapatkan sekam secara gratis sehingga para petani tersebut tidak perlu mencari minyak tanah atau bahkan mengantri berjam-jam. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan

Tungku sekam membutuhkan aliran udara yang maksimum untuk melakukan proses pembakaran. Oleh karena itu udara yang terperangkap harus dibuat sebanyak mungkin. Dari penelitian yang dilakukan diperoleh bahwa ukuran yang menghasilkan efisiensi yang tinggi adalah , jenis C (lubang inti sebesar 20 x 9 cm) dengan efisiensi sebesar 18%.

Untuk bahan yang digunakan sebagai isolator sebaiknya terbuat dari tanah liat yang mempunyai sifat isolator dan tahan

Gambar 7. Grafik Efisiensi tungku sekam

0.00%

5.00%

10.00%

15.00%

20.00%

9x20 12x20 22.5x20

Series1

Series2

Series3

8

terhadap panas. Sehingga pembakaran sekam akan lebih efektif dan efisien.

Saran

Bila penelitian ini akan dilanjutkan, disarankan bahwa : dapat dibuat variasi pada bagian lain seperti ukuran selongsong pada kompor, ataupun material untuk badan kompor tungku sekam. Selain itu penelitian selanjutnya dapat membuat tungku yang digunakan untuk sektor industri kecil. DAFTAR PUSTAKA Andriati Amir Husin Pemanfaatan Sekam

Padi dan Abu Sekam Padi untuk Pembuatan Bata Beton Berlubang. e- jurnal Balitbang PU. Pusat litbang pemukiman. Bandung. . 2007. www.pu.go.id/balitbang (27 Agustus 2008)

A. T. Belonio. Rice Husk Gas Stove Handbook. Appropriate Techonology Center. Department of Agricultural Engineering and Environmental Management. College of Agriculture Central Philippine University Iloilo City, Philippines, 2005.

Harsono Heru. Pembuatan Silika Amorf dan Limbah Sekam Padi. Jurnal ILMU DASAR, Vol. 3 No.2, 2002: 98-103.Jurusan Fisika FMIPA Universitas Brawijaya. 2002.

Irzaman, H. Alatas, H.Darmasetiawan, A. Yani dan Musiran.. Development of Cooking Stove from Waste (Rice Husk). Institut Pertanian Bogor, Department of Physics, FMIPA IPB, Kampus IPB Dramaga 2008

Osmen Gultom. Pengkajian Recovery Energi Hasil Proses Insenerator Untuk Pemanasan Udara Pembakaran Pusat pengembangan Pengelolaan Limbah Radioaktif. 2000

R. Rachmat , Kompor Sekam Segar. BB Litbang Pascapanen, Karawang, 1991 Thorburn, Craig.. Rice Husk as a Fuel .

Bandung: PT Tekton BooksPusat Teknologi Pembangunan Institut Teknologi Bandung. 1982

United Nations Environment Programme.. Peralatan Energi Panas: Tungku dan Refraktori. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri. 2006 www.energyefficiencyasia.org (27 agustus 2008)

Warta Penelitian dan Pengembangan

Pertanian, Giliran Sekam untuk Bahan Bakar Alternatif, 28 (2), 2006.

.

14

Lampiran 4 Data tungku sekam jenis A ( lubang utama sebesar 20 x 22,5cm )

Perlakuan 1.Dengan satu buah lubang utama saja

Mf = 6 Kg Es = 70 Kcal/Kg T =33 menit=0,55hr HVf = 3000Kcal/Kg

FCR 1250gram 384gram

0,55hr

FCR 1,6Kg/hr

M x E

6 Kg x 70 Kcal/Kg0,55

764 Kcal/hr

Jika HVf = 3000Kcal/Kg Jika HVf = 3300Kcal/Kg

FCR = Qn / (HVf ξg) FCR = Qn / (HVf ξg)

1,6 = 764/ (3000 ξg) 1,6 = 764/ (3300 ξg

ξg = 764 / (1,6 x 3000) ξg = 764 / ( 1,6 x 3300)

ξg =0,159 ξg =0,14

ξg =16 % ξg =14 %

Massa air

Suhu awal

Suhu akhir

waktu Massa sekam

Massa arang sekam

Suhu kerucut terbalik

Suhu badan tungku

Suhu isolator

Suhu panci

6 liter 30oC 100oC 29 menit

1250gram 400gram 1100c 660c 4080c 1200c


1200gram 350gram 950c 590c 3270c 1100c


1300gram 400gram 920c 1400c 2300c 800c

15

Perlakuan 2.Dengan dua buah lubang utama yang sama besar

dan saling berhadapan

Massa air

Suhu awal

Suhu akhir

waktu Massa sekam

Massa arang sekam


Suhu badan tungku

Suhu isolator

Suhu panci


1200gram 300gram 590c 1150c 3770c 590c


1250gram 250gram 790c 1660c 3700c 1030c


1250gram 200gram 1040c 1460c 2620c 950c



0,45hr

FCR 2,2Kg/hr

M x E


933 Kcal/hr



2,2 = 933 / (3000 ξg) 2,2 = 933 / (3300 ξg

ξg = 933 / ( 2,2 x 3000) ξg = 933 / ( 2,2 x 3300)

ξg =0,14 ξg =0,13

ξg =14 % ξg =13 %

16

Perlakuan 3.Dengan satu buah lubang utama dengan tambahan lubang-lubang kecil yang tersebar di hadapan lubang inti

Massa air

Suhu awal

Suhu akhir

waktu Massa sekam

Massa arang sekam


Suhu badan tungku

Suhu isolator

Suhu panci


1250gram 250gram 690c 1300c 3100c 980c


1250gram 300gram 940c 1280c 2870c 970c


1250gram 300gram 370c 810c 2060c 890c



0,55hr

FCR 1,76Kg/hr

M x E


764 Kcal/hr



1,76= 764/ (3000 ξg) 1,76 = 764/ (3300 ξg

ξg = 764 / (1,76 x 3000) ξg = 764 / ( 1,76 x 3300)

ξg = 0,145 ξg =0,13

ξg =14,5 % ξg =13 %

17

Lampiran 5 Data tungku sekam jenis B ( lubang utama sebesar 20 x 12cm )



FCR 1070gram 286,6gram

0,55hr

FCR 1,42Kg/hr

M x E


764 Kcal/hr



1,42 = 764/ (3000 ξg) 1,42 = 764 / (3300 ξg

ξg = 764 / (1,42 x 3000) ξg = 764 / ( 1,42x 3300)

ξg = 0,179 ξg =0,163

ξg =17,9 % ξg =16,3 %

Massa air

Suhu awal

Suhu akhir

waktu Massa sekam

Massa arang sekam


Suhu badan tungku

Suhu isolator

Suhu panci


1210 gram 360 gram 90 0c 138 0c 142 0c 99 0c


1000 gram 270 gram 93 0c 189 0c 315 0c 90 0c


1000 gram 230 gram 89 0c 109 0c 275 0c 81 0c

18


dan saling berhadapan

Massa air

Suhu awal

Suhu akhir

waktu Massa sekam

Massa arang sekam


Suhu badan tungku

Suhu isolator

Suhu panci

6 liter 30oC 100oC 30 menit 1300gram 300gram 550c 1600c 3100c 980c

6 liter 30oC 100oC 31menit 1000gram 270gram 990c 2900c 3740c 980c

6 liter 30oC 100oC 40 menit 1140gram 330gram 740c 950c 1220c 800c

Mf = 6 Kg Es = 70 Kcal/Kg T =33,6 menit=0,56 hr HVf = 3000Kcal/Kg

FCR 1146,6gram 300gram

0,56hr

FCR 1,51Kg/hr

M x E


750 Kcal/hr



1,51= 750/ (3000 ξg) 1,51 = 750/ (3300 ξg

ξg = 750 / (1,51 x 3000) ξg = 750 / ( 1,51 x 3300)

ξg = 0,165 ξg =0,15

ξg =16,5 % ξg =15 %

19


Massa air

Suhu awal

Suhu akhir

waktu Massa sekam

Massa arang sekam


Suhu badan tungku

Suhu isolator

Suhu panci


1000gram 300gram 99 0c 154 0c 2800c 90 0c


1000gram 180gram 90 0c 1760c 303 0c 98 0c

6 liter 30oC 100oC 39menit 1250gram 380gram 48 0c 126 0c 353 0c 92 0c


FCR 1083,3gram 286,6gram

0,53hr

FCR 1,50Kg/hr

M x E


792,5Kcal/hr



1,50= 792,5/ (3000 ξg) 1,50 = 792,5 / (3300 ξg

ξg = 792,5 / (1,50 x 3000) ξg = 792,5/ ( 1,50 x 3300)

ξg = 0,176 ξg =0,16

ξg =17,6 % ξg =16 %

20

Lampiran 6 Data tungku sekam jenis C ( lubang utama sebesar 20 x 9cm )




0,43hr

FCR 1,802Kg/hr

M x E


976 Kcal/hr



1,802 = 976 / (3000 ξg) 1,802= 976 / (3300 ξg

ξg = 976 / (1,802 x 3000) ξg = 976 / (1,802 x 3300)

ξg = 0,180 ξg =0,164

ξg =18,0 % ξg =16,4 %

Massa air

Suhu awal

Suhu akhir

waktu Massa sekam

Massa arang sekam


Suhu badan tungku

Suhu isolator

Suhu panci


1100 gram

340 gram 990c 800c 2230c 900c


1100 gram

310 gram 990c 1680c 2750c 1010c

6 liter 30oC 100oC 26menit 1100 gram

325gram 960c 1750c 2500c 920c

21


dan saling berhadapan Massa air

Suhu awal

Suhu akhir

waktu Massa sekam

Massa arang sekam


Suhu badan tungku

Suhu isolator

Suhu panci


1150gram 310gram 98 0c 145 0c 259 0c 99 0c


1150gram 340gram 95 0c 155 0c 311 0c 92 0c


1150gram 340gram 960c 160 0c 300 0c 90 0c

Mf = 6 Kg Es = 70 Kcal/Kg T =28,6menit=0,48hr HVf = 3000Kcal/Kg

FCR 1150 325gram

0,475hr

FCR 1,736Kg/hr

M x E


875 Kcal/hr



1,736= 884 / (3000 ξg) 1,736= 884 / (3300 ξg

ξg = 884 / (1,736x 3000) ξg = 884 / (1,736x 3300)

ξg = 0,168 ξg =0,154

ξg =16,8 % ξg =15,4 %

22


Mf = 6 Kg Es = 70 Kcal/Kg T =27,3 menit=0,46hr HVf = 3000Kcal/Kg


0,46hr

FCR 1,75Kg/hr

M x E


913Kcal/hr



1,75= 913 / (3000 ξg) 1,75= 913 / (3300 ξg

ξg = 913 / (1,75x 3000) ξg = 913 / (1,75x 3300)

ξg = 0,173 ξg =0,158

ξg =17,3 % ξg =15,8 %

Massa air

Suhu awal

Suhu akhir

waktu Massa sekam

Massa arang sekam


Suhu badan tungku

Suhu isolator

Suhu panci


1100 gram 320gram 990c 1290c 2530c 980c


1150 gram 320gram 820c 1300c 2480c 800c


1125gram 320gram 900c 1500c 2670c 1000c

23

Lampiran 7 Data tungku sekam menggunakan material tanah liat dengan satu

lubang utama

Massa air

Suhu awal

Suhu akhir

waktu Massa sekam

Massa arang sekam


Suhu badan tungku

Suhu isolator

Suhu panci


1000 gram 150gram 480c 1060c 3030c 890c


950 gram 200gram 530c 1530c 4470c 1060c


1050 gram 400gram 400c 1050c 2750c 1050c

Mf = 6 Kg Es = 70 Kcal/Kg T = 25 menit = 0,42hr HVf = 3000Kcal/Kg


0,42hr

FCR 1,786Kg/hr

M x E


1000 Kcal/hr



1,786 = 1000 / (3000 ξg) 1,786 = 1000 / (3300 ξg

ξg = 1000 / (1,786 x 3000) ξg = 1000 / (1,786 x 3300)

ξg = 0,186 ξg =0,169

ξg =18,6 % ξg =16,9 %

24

Lampiran 8 Grafik efisiensi tungku sekam dengan HVF sebesar 3000k kal/kg

Dimana

series 1 adalah kompor dengan perlakuan satu lubang besar

series 2 adalah kompor dengan perlakuan satu lubang besar + lubang kecil di arah yang berlawanan

series 3 adalah kompor dengan perlakuan dua lubang besar di arah yang berlawanan

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.2

9x20 12x20 22.5x20

Series1

Series2

Series3

25

Lampiran 9 Grafik efisiensi tungku sekam dengan HVF sebesar 3300k kal/kg

Dimana

series 1 adalah kompor dengan perlakuan satu lubang besar

series 2 adalah kompor dengan perlakuan satu lubang besar + lubang kecil di arah yang berlawanan

series 3 adalah kompor dengan perlakuan dua lubang besar di arah yang berlawanan

26

Lampiran 10 Grafik hubungan suhu isolator dalam celcius ( X ) dengan waktu pemasakan ( Y) dalam menit.

0

10

20

30

40

50

230 327 408

tungku jenis A dengan perlakuan 1

tungku jenis A dengan perlakuan 1

05

1015202530354045

122 374 310

tungku jenis B dengan perlakuan 2

tungku jenis B dengan perlakuan 2

26.4

26.6

26.8

27

27.2

27.4

27.6

27.8

28

28.2

253 248 267

tungku jenis C dengan perlakuan 3

tungku jenis C dengan perlakuan 3

optimasi efisiensi tungku sekam dengan variasi … · lubang utama badan kompor sehingga diperoleh...

Documents