Kajian Teknik Pengolahan Beras Pratanak: Rancang Bangun Steam Boiler Berbahan Bakar Biomasa

KAJIAN TEKNIK PENGOLAHAN BERAS PRATANAK:
RANCANG BANGUN STEAM BOILER
BERBAHAN BAKAR BIOMASA

SATRIA ASA NEGARA

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Kajian Teknik
Pengolahan Beras Pratanak: Rancang Bangun Steam Boiler Berbahan Bakar
Biomasa adalah benar karya saya dengan arahan dari pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Desember 2013
Satria Asa Negara
NIM F14070084

ABSTRAK
SATRIA ASA NEGARA. Kajian Teknik Pengolahan Beras Pratanak: Rancang
Bangun Steam Boiler Berbahan Bakar Biomasa. Dibimbing oleh ROKHANI
HASBULLAH.
Pengolahan beras pratanak melalui tahapan proses pembersihan,
perandaman, pengukusan, pengeringan, dan penggilingan. Steam boiler perlu
dirancang untuk proses pengukusan. Tujuan penelitian adalah (1) Merancang
steam boiler berbahan bakar serbuk gergaji untuk pengukusan gabah, (2) Menguji
kinerja steam boiler, (3) Mengetahui laju penguapan dan efisiensi steam boiler.
Steam boiler hasil rancangan terdiri dari beberapa bagian, yaitu: pengumpan bahan
bakar, tungku dan tangki air. Bahan bakar yang digunakan adalah serbuk gergaji.
Berdasarkan hasil pengujian, konsumsi bahan bakar yang dihasilkan sebesar 69.3
kg/jam. Waktu yang dibutuhkan untuk mendidihkan 320 kg air pada suhu 100o C
adalah 58.3 menit, panas yang hilang melalui dinding tungku sebesar 1.905 x 104

kJ, panas yang hilang udara sebesar 1.117 x 106 kJ dan panas yang hilang pada
permukaan tangki air sebesar 225 kJ. Nilai efisiensi dari steam boiler hasil
perancangan sebesar 22.2 % dan menghasilkan uap dengan laju 82.9 kg/jam.
Kata kunci: bahan bakar biomasa, beras pratanak, efisiensi, panas hilang, steam
boiler

ABSTRACT
SATRIA ASA NEGARA. Study of Parboiled Rice Processing Technology:
Designing of Steam Boiller with Biomass Fuel. Supervised by ROKHANI
HASBULLAH
The parboiled rice processing is consisting of cleaning, soaking, steaming,
drying, and milling. The steam boiler need to be designed in steaming process.
The purpose of this research is (1) Designing a steam boiler with sawdust fuel for
steaming process, (2) Testing of the steam boiler performance, (3) Knowing the
rate of evaporation and efficiency of the steam boiler. Steam boiler designing
consists of several parts, namely: fuel feeders, furnaces, and water tank. The fuel
used in this research was sawdust. Based on performance testing, fuel consumption
rate was 69.3 kg/h. The time required to boil 320 kg water to temperature of 100o C
was 58.3, the heat loss trough the furnace wall was 1.905 x 104 kJ, heat loss due to
the air flows was 1.117 x 106 kJ, and heat loss on the tank surface was 225 kJ. The

result of system efficiency from the steam boiler design is 22.2 % and produced
82.9 kg/h of steam.
Key words: biomass fuel, parboiling rice, efficiency, heat losses, steam boiler

KAJIAN TEKNIK PENGOLAHAN BERAS PRATANAK:
RANCANG BANGUN STEAM BOILER
BERBAHAN BAKAR BIOMASA

SATRIA ASA NEGARA

Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknologi Pertanian
pada
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR

2013

Judul Skripsi : Kajian Teknik Pengolahan Beras Pratanak: Rancang Bangun
Steam Boiler Berbahan Bakar Biomasa
: Satria Asa Negara
Nama
: F14070084
NIM

Disetujui oleh

L
Dr Ir Rokhani Hasbullah. MSi
NIP. 19640813 1991021001
Pembimbing

ＭＮ［］

Tanggal Lulus:

ｾ［Ｚ

ＮｾＴＢＧｩ

［Ｍ ･Ｇｳｲｩ｡ｬＮ＠

M.Eng
NIP. 19661201 199103 1 004
Ketua Departemen

rl 7 DEC 2013

iii
Judul Skripsi : Kajian Teknik Pengolahan Beras Pratanak: Rancang Bangun
Steam Boiler Berbahan Bakar Biomasa
Nama
: Satria Asa Negara
NIM
: F14070084

Disetujui oleh

Dr Ir Rokhani Hasbullah. MSi
NIP. 19640813 199102 1 001
Pembimbing

Diketahui oleh

Dr. Ir. Desrial. M.Eng
NIP. 19661201 199103 1 004
Ketua Departemen

Tanggal Lulus:

v

PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Judul yang
dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Desember 2011 ini ialah

Kajian Teknik Pengolahan Beras Pratanak: Rancang Bangun Steam Boiler
Berbahan Bakar Biomasa.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Dr. Ir. Rokhani Hasbullah, M.Si selaku
pembimbing, Dr. Ir. I Dewa Made Subrata, M.Agr serta Dr. Ir. Emmy Darmawati,
M.Si selaku dosen penguji tugas akhir yang telah banyak memberi saran.
Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada Ayah, Ibu, serta keluarga atas
segala doa dan kasih sayangnya. Di samping itu, ucapan terima kasih penulis
sampaikan kepada Bapak Ahmad, pak Darma, Ossiriadewi Maulanaputri, Tri
Yulni, Mudho Saksono, Tofan Argandhi, Ahmad Muzani, Damar Wahyu Bintoro,
Ricky Harianja, Mudho Saksono, Waqif Agusta, Muhamad Wiriawan, Muhammad
Fauzi Kadarisman, Muhammad Iqbal Nazamuddin, Reza Pradana, Gunar, Hanif,
serta teman-teman Teknik Pertanian yang tidak bisa disebutkan satu-persatu yang
telah membantu dalam penelitian dan penyelesaian tugas akhir ini.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.

Bogor, Desember 2013
Satria Asa Negara

DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL

vii

DAFTAR GAMBAR

vii

DAFTAR LAMPIRAN

viii

PENDAHULUAN

1

Latar Belakang

1

Tujuan

2

TINJAUAN PUSTAKA

2

Teknologi Pengolahan Beras Pratanak

2

Pembangkit Uap (Boiler)

4

Biomasa Sebagai Bahan Bakar

5

Teori Pembakaran Bahan Bakar

7

Pindah Panas Pada Boiler

8

Kipas
METODOLOGI PENELITIAN

10
11

Tempat dan Waktu

11

Bahan dan Alat

11

Rancang Bangun Steam Boiler

13

Prosedur Pengujian

19

HASIL DAN PEMBAHASAN

21

Sistem Kerja Steam Boiler Berbahan Bakar Biomasa

21

Pengujian Laju Bahan Bakar

22

Hasil Pengumpanan Bahan Bakar

23

Hasil Pengujian Tungku dan Boiler

24

Analisis Pindah Panas Sistem

27

Lama Pemanasan Air Dan Laju Uap

28

Efisiensi Sistem

28

KESIMPULAN DAN SARAN

29

Kesimpulan

29

Saran

29

DAFTAR PUSTAKA

30

RIWAYAT HIDUP

36

vii

DAFTAR TABEL
1. Kandungan zat gizi dan indeks glikemik sumber karbohidrat
2. Nilai kalori rata-rata dari berbagai bahan bakar
3. Nilai kalori limbah kayu dan kulit kayu dengan berbagai kadar air
4. Rancangan fungsional pengumpan bahan bakar
5. Rancangan fungsional tungku
6. Rancangan fungsional tangki air
7. Rancangan fungsional tangki pengukusan
8. Spesifikasi tungku pembakaran
9. Spesifikasi tangki uap
10. Hasil pengujian untuk mengetahui laju bahan bakar tanpa pembakaran
11. Data hasil pengujian nyala api pada berbagai bukaan pengumpan bahan
bakar.
12. Jumlah bahan bakar dan waktu yang dibutuhkan untuk mendidihkan air
pada suhu100oC.
13. Data konsumsi bahan bakar
14. Data laju penguapan.
15. Data hasil pengujian akhir

1
6
6
13
13
13
14
17
18
22
23
23
24
28
29

DAFTAR GAMBAR
1. Ketel uap silinder tidak tetap
2. Kipas radial
3. Diagram alir prosedur penelitian
4. Desain steam boiler
5. Sistem pengumpan bahan bakar
6. Tungku Pembakaran (bagian depan)
7. Tungku Pembakaran (bagian belakang)
8. Tangki uap
9. Tangki pengukusan gabah
10. Skema aliran bahan bakar
11. Skema sistem kerja tungku
12. Hasil perancangan steam boiler
13. Nyala api pada ruang pembakaran
14. Pintu pengeluaran bahan bakar
15. Cerobong gas buang
16. Grafik pengamatan suhu steam boiler

5
10
12
14
15
16
17
17
18
21
22
25
25
26
26
27

DAFTAR LAMPIRAN
1. Hasil pengujian ulangan pertama ................................................................... 31
2. Hasil pengujian kedua .................................................................................... 32
3. Hasil pengujian ketiga .................................................................................... 33
4. Perhitungan..................................................................................................... 34
5. Gambar teknik steam boiler ........................................................................... 36

1

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Beras merupakan makanan pokok hampir di seluruh wilayah Indonesia
bahkan termasuk makanan pokok terpenting warga dunia. Hasil olahan beras
berupa nasi dimakan oleh sebagian besar penduduk Asia sebagai sumber
karbohidrat utama dalam menu sehari-hari. Nasi seperti juga kentang dan roti
tawar secara umum dikenal sebagai pangan dengan IG tinggi. Badan Kesehatan
Dunia WHO bersama dengan FAO menganjurkan konsumsi makanan dengan
indeks glikemik (IG) rendah untuk mencegah penyakit-penyakit degeneratif yang
terkait dengan pola makan seperti penyakit jantung, diabetes, dan obesitas. Perlu
diketahui bahwa jenis-jenis makanan yang memiliki IG lebih dari 55
dikategorikan IG tinggi sementara yang kurang dari itu dikategorikan IG rendah.
Pada Tabel 1 di bawah ini ditunjukkan kandungan zat gizi dan juga nilai IG
beberapa jenis pangan yang menjadi sumber karbohidrat.
Tabel 1 Kandungan zat gizi dan indeks glikemik sumber karbohidrat per 300 kkal
(Soetrisno dan Apriyantono 2005).
Sumber Karbohidrat
Nasi Pera
Nasi Pulen
Sagu Ambon
Nasi Ketan
Nasi Gaplek
Singkong Kukus

Berat (gram)
182
182
309
156
205
205

Protein (%)
3.6
3.6
0.6
5.8
1.3
2.5

KH (%)
71
71
74
68
73
71

IG
79
95
102
85
94
94

Berberapa cara dilakukan untuk menekan kehilangan kandungan penting
pada beras, salah satunya dengan pengolahan beras pratanak yaitu pengolahan
gabah dengan penambahan proses perendaman dan pengukusan sebelum
dilakukannya penggilingan. Tujuan dari proses pratanak adalah untuk
menghindari kehilangan dan kerusakan beras, baik ditinjau dari nilai gizi maupun
rendemen yang dihasilkan. Menurut Widowati (2008), proses pratanak dapat
meningkatkan rendemen giling 2-7%. Dalam proses pratanak terjadi pengerasan
lapisan aleuron yang mengurangi kadar sedikitnya bekatul dan nutrisi yang hilang,
sehingga derajat sosohnya menurun dan persentase beras kepala meningkat.
Sebaliknya, presentasi beras patah dan menir menurun. Selain meningkatkan nilai
rendemen giling, adanya proses difusi dan panas yang melekatkan vitaminvitamin serta nutrisi lainnya dalam endosperma, beras pratanak memiliki
kandungan vitamin B dan mineral (terutama Na, K, Ca, Mg) yang lebih tinggi
dibandingkan beras giling biasa. Kandungan minyak dan protein sedikit lebih
rendah, sehingga beras lebih tahan lama untuk disimpan.
Sifat fungsional beras terutama dapat dilihat dari kandungan serat pangan,
daya cerna pati, dan indeks glikemiknya. Proses pratanak dapat meningkatkan
kandungan serat pangan total antara 50–80%, sedangkan daya cerna pati in vitro
menurun 35–50% dan indeks glikemik menurun 16-32%. Menurut Hasbullah
(2011) proses pratanak berarti juga melakukan proses sterilisasi gabah setelah

2
dipanen, yang mungkin mengandung kotoran dan telur serangga yang terinvestasi
di dalamnya.
Menurut Ali dan Ojha (1976) prinsip dasar dari proses pratanak padi adalah
pembersihan (cleaning), perendaman (soaking), pengukusan (steaming), dan
pengeringan (drying). Pada tahap pengukusan biasanya digunakan tangki metal
yang dilengkapi dengan boiler dengan sumber panas untuk steam berasal dari
tungku. Ketersediaan sumber energi sangat diperlukan dalam proses pengukusan
ini. Saat ini ketersediaan bahan bakar minyak sebagai salah satu energi yang biasa
digunakan semakin berkurang karena meningkatnya konsumsi masyarakat serta
ketersediaannya yang terbatas sebagai sumber daya alam yang tidak dapat
diperbarui.
Berbagai upaya dan diversifikasi sumber energi terus dilakukan sebagai
upaya penyelamatan krisis energi, diantaranya dengan memanfaatkan biomasa
guna mendorong pemanfaatan limbah industri pertanian dan kehutanan. Salah satu
sumber energi terpenting untuk negara berkembang adalah biomasa atau limbah
biomasa. Pemanfaatan biomasa sebagai sumber energi merupakan salah satu
alternatif pengadaan energi terbarukan untuk masyarakat yang murah dan ramah
lingkungan. Serbuk gergaji sebagai limbah biomassa dapat digunakan sebagai
bahan bakar pada proses pengukusan beras pratanak. Penggunaan serbuk gergaji
ini diharapkan dapat mengurangi biaya proses dan juga memanfaatkan limbah
yang tidak terpakai.

Tujuan
Tujuan penelitian ini adalah merancang pembangkit uap dengan bahan bakar
serbuk gergaji untuk pengolahan beras pratanak, melakukan uji kinerja
pembangkit uap hasil perancangan, serta mengetahui laju penguapan dan efisiensi
sistem steam boiler.

TINJAUAN PUSTAKA
Teknologi Pengolahan Beras Pratanak
Pengolahan pratanak atau yang biasa disebut parboiled rice meliputi
pembersihan, perendaman, pengukusan, pengeringan, dan penggilingan.
Kandungan gizi beras pratanak mencapai 80% mirip dengan beras tanpa sosoh
(brown rice). Menurut Nurhaeni (1980), peningkatan nilai gizi pada beras
pratanak disebabkan oleh proses difusi dan panas yang melekatkan vitaminvitamin dan nutrien lainnya dalam endosperm, serta derajat sosoh beras yang
rendah karena mengerasnya lapisan aleuron yang mengakibatkan sedikitnya
bekatul dan nutrien yang hilang. Nutrisi yang terkandung dalam beras pratanak,
utamanya seperti tiamin meningkat sehingga menyebabkan beras pratanak ini
memiliki kandungan vitamin B yang lebih tinggi dibandingkan beras biasa. Selain
itu, beras pratanak juga mengandung minyak dan lemak yang rendah dibanding
dengan beras biasa sehingga beras pratanak lebih tahan lama untuk disimpan.

3
Dalam suatu sistem lama terdapat tiga tahap proses beras pratanak yaitu:
perendaman (steeping in water), pengukusan (steaming), dan pengeringan
(drying). Pemakaian air dan panas mengakibatkan terjadinya modifikasi sifat fisik,
kimia, fisiko-kimia, biokimia, estetika, dan organoleptik (Tjiptadi dan Nasution
1985). Proses pengolahan beras pratanak diawali dengan proses pembersihan
(cleaning). Gabah yang akan diproses pratanak terlebih dahulu dibersihkan dari
kotoran-kotoran dan benda asing seperti batu dan gabah hampa. Cara lama
pembersihan gabah dilakukan dengan pengapungan. Hal ini dimaksudkan untuk
memisahkan gabah hampa, daun, dan benda lain yang ringan dari tumpukan gabah.
Jika teknologi grading gabah memadai dapat digunakan alat pemisah kotoran
kecil, ringan dan berat berupa aspirator ataupun sieving.
Setelah pembersihan, dilakukan proses perendaman atau soaking yang
bertujuan untuk memasukkan air ke dalam ruang inter cellular dari sel-sel pati
endosperm dan sebagian air diserap oleh sel-sel pati sendiri sampai pada tingkat
tertentu, sehingga cukup untuk proses gelatinisasi. Selama perendaman, gabah
harus benar-benar terendam air. Perendaman umumnya dilakukan dengan dua
cara, yaitu perendaman dengan air bersuhu ruang dan perendaman dengan air
panas. Periode perendaman tergantung kepada suhu air yang digunakan. Semakin
tinggi suhu air tersebut maka waktu perendaman semakin singkat. Padi atau gabah
yang direndam pada suhu lingkungan (20-30 oC) membutuhkan waktu selama 36
hingga 48 jam agar gabah dapat mencapai kadar air 30%. Pada perendaman yang
dilakukan dengan air panas bersuhu sekitar 60-65 oC hanya membutuhkan waktu
selama dua hingga empat jam perendaman (Wimberly 1983).
Setelah mengalami perendaman dalam jangka waktu tertentu, gabah tersebut
diberi uap panas atau steaming. Steaming ini ditujukan untuk melunakkan struktur
sel pati endosperm sehingga tekstur granula pati dari endosperm menjadi seperti
pasta akibat proses gelatinisasi. Gelatinisasi total merupakan tujuan utama dari
proses pratanak sehingga memberikan hasil yang jernih. Alat pengukusan yang
digunakan dapat berupa ketel, tangki metal tanpa ataupun yang dilengkapi dengan
boiler. Sumber panas untuk steam yang digunakan pada pemanasan beras
pratanak adalah tungku. Bahan bakar untuk tungku steam ini menggunakan
biomasa berupa serbuk gergaji atau sekam hasil samping penggilingan padi.
Menurut Wimberly (1983), pemberian uap panas ini juga mempunyai beberapa
kelebihan diantaranya panas yang tinggi dapat diaplikasikan pada suhu yang
konstan, relatif mudah ditangani, pengendalian suhu gabah yang mudah, dapat
dihentikan secara cepat dan mempunyai tingkat pindah panas yang tinggi
dibanding media lain (seperti halnya air panas). Pada umumnya steam jenuh yang
digunakan untuk pengukusan mempunyai tekanan antara 1-5 kg/cm2 atau pada
suhu sekitar 100-150 oC. Pengukusan pada tangki yang kecil membutuhkan
waktu 2-3 menit dan pada tangki yang besar kapasitas 6 ton dapat memakan
waktu selama 20-30 menit.
Tahapan berikutnya adalah proses pengeringan dimana dalam proses
pratanak sedikit berbeda dengan pengeringan untuk padi biasa atau tanpa proses
pratanak. Hal ini disebabkan karena padi pratanak mempunyai suhu yang lebih
tinggi (bisa mencapai 100 oC), mengandung kadar air yang tinggi (dapat mencapai
45 %), tekstur butir yang berbeda akibat pemanasan yang intensif dan steril akibat
pemanasan yang dilakukan terutama pada saat steaming (Ruiten 1979 diacu dalam
Burhanudin 1981). Pengeringan gabah hasil pratanak dilakukan hingga mencapai

4
kadar air GKG (Gabah Kering Giling) yaitu 14%. Pengeringan dapat dilakukan
dengan menggunakan energi matahari secara langsung (sun drying) ataupun
menggunakan alat pengering yang telah ada.
Pengeringan terhadap padi yang telah direndam dan dikukus harus dilakukan
dengan segera untuk menghindari pertumbuhan jamur dan terjadinya fermentasi.
Pengeringan ini merupakan tahap akhir dalam pengolahan padi secara pratanak
(parboiling rice). Penundaan pengeringan yang dilakukan terhadap padi pratanak
akan mengakibatkan proses gelatinisasi terus berlangsung serta akan
mengakibatkan butir padi menjadi berwarna gelap akibat terlalu lama dibiarkan di
udara terbuka. Penundaan pengeringan juga akan mengakibatkan pertumbuhan
jamur dan kapang. Walaupun gabah tersebut telah steril akan tetapi kadar air
gabah yang tinggi tersebut sangat sesuai bagi perkembangan mikroorganisme
tersebut.
Tahap akhir untuk menghasilkan beras pratanak adalah penggilingan
(milling). Patiwiri (2006) menerangkan bahwa proses penggilingan padi diawali
dengan pembersihan awal untuk membersihkan gabah dari kotoran-kotoran
hingga gabah menjadi bersih. Selanjutnya gabah bersih mengalami proses
pemecahan kulit sehingga sekam yang berbobot sekitar 20% dari bobot awal
gabah akan terlepas dari butiran gabah dan menghasilkan beras pecah kulit. Jika
butir gabah tidak ditemukan pada beras pecah kulit, maka proses pemecahan kulit
dikatakan sempurna. Beras pecah kulit hasil penggilingan masih berwarna coklat
kusam sehingga perlu proses penyosohan guna memisahkan bekatul dan untuk
mendapatkan warna beras yang mengkilap. Setelah penyosohan selesai maka hasil
akhir penggilingan yang berupa beras telah siap untuk menjadi bahan pangan dan
dikonsumsi.

Pembangkit Uap (Boiler)
Boiler atau ketel uap adalah alat yang dipakai untuk memproduksi uap yang
dapat digunakan untuk proses pengolahan pada pabrik pengolahan hasil pertanian,
baik pangan maupun non pangan (Wiraatmadja 1988). Sebagai medium pemanas,
uap memperoleh panas dari sumber panas yang mungkin bahan bakar atau sumber
panas lainnya seperti listrik. Dalam hal sumber panas yang berupa bahan bakar,
pengekstrakan panas dari sumber bahan bakar dilakukan dengan pembakaran.
Panas yang dihasilkan diserap oleh air untuk meningkatkan suhu dan mengubah
fasa cair air menjadi fasa gas yaitu stim. Sebagian besar panas yang diserap
digunakan untuk menguapkan air menjadi uap pada suhu 100 oC atau lebih untuk
dibebaskan kembali pada waktu uap tersebut mengembun (kondensasi).
Penyebaran panas terjadi pada permukaan-permukaan pipa boiler yang
memisahkan gas panas hasil pambakaran dari air yang sedang dipanaskan. Pada
boiler, gas panas dapat berada di dalam pipa, air berada di luar pipa dalam bejana
boiler. Boiler ini dikatakan boiler pipa (tabung) api. Apabila yang berada di dalam
pipa adalah air, boiler tersebut dikatakan boiler pipa air (Wiraatmadja 1988).
Boiler atau ketel uap menurut cara penggunaannya dapat dibedakan menjadi
dua, yaitu ketel tetap dan ketel yang dapat berpindah-pindah. Ketel uap digunakan
pada industri besar yang tata ruangnya telah diatur sedemikian rupa sehingga tidak
diperlukan pemindahan alat-alat produksinya yang besar dan berat. Ketel uap

5
yang dapat berpindah-pindah ukurannya tidak terlalu besar sehingga dapat digeser
atau dipindahkan tempatnya. Menurut bangunannya terdapat ketel bangunan
silinder yang diketahui dari bentuk ruang uap dan ruang airnya yang berbentuk
silinder. Pada umumnya bentuk atau bangunan ketel uap adalah silinder, tetapi
dalam industri besar terdapat ketel uap yang tidak silinder tetapi kubus.

Gambar 1 Ketel uap silinder tidak tetap
Jenis ketel uap menurut konstruksi dan cara kerjanya dapat dibedakan
menjadi tiga, yaitu ketel pipa api, ketel pipa air dan ketel pipa api dengan
perencanaan khusus. Djokosetyarjo (1989) menyatakan bahwa ketel pipa api
menggunakan api dan gas asap untuk memanaskan air dan uap melalui silinder api,
lorong-lorong api dan pipa-pipa api, maupun tabung-tabung api, dimana pada
bagian luarnya terdapat air atau uap. Jenis ketel uap pipa api ini adalah ketel uap
kecil dan sederhana dengan kapasitas produksi uap maksimum 10 ton perjam
dengan tekanan maksimum 24 kg/cm3 dan tergolong ketel tekanan rendah.
Ketel uap pipa air yaitu ketel dimana air atau uap berada di dalam pipa-pipa
atau tabung-tabung yang dipanasi oleh api atau asap pada bagian luarnya. Ketel
uap pipa air pada umumnya memiliki tekanan sedang antara 45-140 kg/cm2,
dengan kapasitas produksi uap maksimum sebesar 1000 ton perjamnya. Efisiensi
total uap pipa air secara umum lebih besar dari ketel uap pipa api, dimana
peralatan yang terdapat pada ketel uapa pipa air sudah tidak dilayani secara
manual lagi.

Biomasa Sebagai Bahan Bakar
Energi biomasa atau disebut juga bioenergi maupun energi hayati berasal
dari bahan organik dan sangat beragam jenisnya. Sumber energi biomasa dapat
berasal dari tanaman perkebunan atau pertanian atau hasil hutan, perternakan, atau
bahkan sampah termasuk kotoran manusia. Energi dari biomasa dapat digunakan
untuk menghasilkan panas, membuat bahan bakar, dan membangkitkan listrik
(Kadiman 2006). Pemanfaatan biomasa bertujuan untuk mencari pangganti

6
sumberdaya fosil seperti minyak bumi, gas alam dan batu bara dengan sumber
daya yang dapat diperbarui (renewable). Data nilai kalori rata-rata dari berbagai
bahan bakar dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2 Nilai kalori rata-rata dari berbagai bahan bakar (Weneger 1988 dalam
Budiman 1990)
Bahan Bakar
Kayu (kering mutlak)
Batu bara muda (lignit)
Batu bara
Arang kayu
Minyak Bumi (mentah)
BBM
Gas alam

Nilai Kalori (MJ/kg)
18.8
7.9
29.3
29.5
42.2
42.8
40.7

Penemuan pemanfaatan biomasa sebagai bahan baku energi secara umum
menarik perhatian dunia dalam beberapa tahun terakhir ini. Tujuan utama dari
usaha-usaha tersebut adalah untuk mencari pengganti sumber daya fosil seperti
minyak bumi, gas alam dan batubara dengan sumber-sumber yang dapat
diperbaharui (renewable). Biomasa atau limbah biomasa kini dapat dijadikan
sebagai salah satu sumber energi alternatif dengan berbagai pilihan jalur konversi
energi yang diinginkan.
Energi panas yang dilepaskan dalam proses pembakaran diukur sebagai nilai
kalori, pada kayu kering mutlak memiliki nilai kalori 18.8 mJ/kg. Nilai ini kirakira 2/3 dari nilai kalori batu bara dan hampir setengah dari nilai kalori minyak.
Kayu dan limbah kayu sebagai bahan bakar dilihat dari segi ekonomi mempunyai
manfaat yang sangat besar. Nilai kalori limbah kayu dan kulit kayu dengan
berbagai kadar air dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3 Nilai kalori limbah kayu dan kulit kayu dengan berbagai kadar air (Philip
1980 dalam Budiman 1990)
Kadar air
Nilai Kalori
(%)
(MJ/kg)
Bubuk kayu (papan)
8
17.9
Bubuk kayu (kayu padat)
12
16.6
Serbuk gergaji (papan)
10
17.6
Serbuk gergaji (kayu padat)
15
15.9
Serutan kayu (shaving)
15
15.9
Kepingan kayu (wood chip)
15
15.9
Balak kering-udara
20
15.3
Balak basah
60
10.7
Kulit kayu
60
10.5
Potensi limbah kayu sangat besar sebagai sumber energi alternatif untuk
bahan bakar. Secara umum, penggunaan pemanfaatan biomasa sebagai sumber
panas dan energi oleh perorangan atau industri akan berperan penting dan
menentukan.
Produk

7
Teori Pembakaran Bahan Bakar
Pembakaran adalah oksidasi konstituen bahan bakar yang berlangsung
secara cepat, terutama pembakaran karbon (C) menjadi CO2 dan H2O. Sebagian
panas diperoleh dari hasil pembakaran belerang dan nitrogen, tetapi yang terbesar
berasal dari hasil pembakaran karbon dan hidrogen (Wiraatmadja 1988). Proses
pembakaran akan menghasilkan energi, semakin besar energi yang dihasilkan oleh
pembakaran maka semakin baik fungsinya sebagai bahan bakar. Besarnya energi
suatu bahan bakar tergatung pada jumlah karbon yang dikandung dan bentuk
senyawanya, sempurna atau tidak pembakaran tersebut, terjadinya pembakaran
habis.
Syarat-syarat bahan bakar yang dapat digunakan di sektor rumah tangga
maupun industri menurut Dutt da Ravindranath (1992) dalam Febriyantika (1998)
adalah:
1. Mudah dinyalakan
2. Tidak mengeluarkan asap yang berlebihan dan tidak berbau
3. Tidak mudah pecah dalam penanganan
4. Kedap air dan tidak berjamur atau tidak mengalami degradasi jika disimpan
dalam waktu yang relatif lama.
5. Kandungan abunya randah (kurang dari 7% berat kering)
6. Harga dapat bersaing dengan bahan bakar lain.
Bahan bakar padat merupakan bahan bakar berbentuk padat dan kebanyakan
menjadi sumber energi panas, misalnya kayu dan batu bara. Energi panas yang
dihasilkan digunakan untuk memanaskan air menjadi uap untuk menggerakkan
peralatan dan menyediakan energi.
Proses pembakaran bahan bakar padat terbagi menjadi dua tahap, yaitu
tahap perubahan bahan bakar padat menjadi gas-gas yang beraneka ragam
susunannya (ontgassing) misalnya H2, CH4, N2, C dan tahap mengoksidasi gasgas yang terbentuk pada ontgassing (Djokosetyardjo 1989). Lebih lanjut
Djokosedjardjo juga menyatakan bahwa bahan bakar yang akan mengalami proses
pembakaran, temperaturnya harus dinaikkan hingga mencapai temperatur
penyalaan. Pada temperatur penyalaan proses penguraian dan oksidasi bahan
bakar dapat berlangsung. Penguraian bahan bakar padat membutuhkan sejumlah
panas, sedangkan oksidasi unsur-unsur yang telah diuraikan membentuk panas.
Bila panas yang terbentuk telah melebihi panas yang dibutuhkan maka proses
penguraian dan oksidasi bahan bakar akan berlangsung lebih cepat, hingga seluruh
bahan bakar dalam ruang pembakaran dapat terbakar.
Secara umum pembakaran dibagi menjadi tiga, yaitu: pembakaran sempurna,
pembakaran tidak sempurna dan pembakaran habis. Pembakaran sempurna terjadi
bila seluruh unsur karbon yang bereaksi dengan oksigen menghasilkan hanya CO2.
Pembakaran yang tidak sempurna adalah pembakaran yang akan menghasilkan zat
arang (C), gas CO, CO2 atau O2. Pembakaran habis terjadi bila seluruh karbon
dalam bahan bakar tersebut bereaksi dengan oksigen. Pembakaran yang
diharapkan terjadi adalah pembakaran sempurna dan habis.

8
Pindah Panas Pada Boiler
Pada boiler, perpindahan panas terjadi secara konveksi, konduksi dan radiasi.
Menurut M.J. Djokosetyardjo (1989), bahwa panas yang dihasilkan karena
pembakaran bahan bakar dan udara dipindahkan kepada air, uap ataupun udara
melalui bidang yang dipanaskan atau Heating Surface pada instalasi ketel uap
dengan tiga cara, yaitu secara pancaran atau radiasi, secara aliran atau konveksi
dan secara rambatan atau konduksi.
Menurut Agustina (1982), pada tungku terjadi kehilangan panas dari sistem
yaitu kehilangan energi panas karena radiasi dari dinding tungku, karena aliran
udara, dan karena perambatan panas ke lantai serta tanah di bawah tungku.
Panas hilang dari radiasi dinding tungku adalah:
qr1 = E δ Ad ( Td4 - T∞4 )

(1)

dimana :
E
= Emisifitas (asumsi batu bata = 0.9)
δ
= konstanta (5.672 x 10-8 Watt/m2 K4)
Ad = luas dinding tungku (m2)
Td = suhu dinding tungku (oK)
T∞ = suhu udara di sekeliling sistem (oK)
Panas yang hilang karena aliran udara adalah:
qu = Wu cp ( Tuo –Tui)

(2)

dimana :
Wu = jumlah udara yang mengalir (kg/detik)
cp = koefisien panas jenis udara (0.24 kcal/kg oC)
Tuo = suhu udara yang keluar dari tungku (oC)
Tu = suhu udara yang masuk ke dalam tungku (oC)
Pada tangki dan air, energi yang dipergunakan air untuk menaikkan suhu
dan menguap adalah jumlah energi terpakai atau merupakan keluaran sistem yang
diamati, dan diberikan simbol Qo (Qo = Qi x efisiensi pembakaran – panas yang
hilang). Panas yang hilang dari sistem ini disebabkan oleh pindah panas sacara
radiasi dari dinding luar tangki ke udara sekelilingnya yang dinyatakan dalam qr2.
qr2= E δ At( Tt4 - T∞4 )
dimana :
E
= Emisifitas (asumsi untuk galvanis = 0.3)
δ
= konstanta (5.672 x 10-8 Watt/m2 K4)
A
= luas dinding luar tangki di atas dapur (m2)
Tt = suhu dinding tangki (oK)
T∞ = suhu udara di sekeliling sistem (oK)

(3)

9
Panas hilang karena konveksi udara di atas permukaan air di dalam tangki
yang dinyatakan sebagai qr3.
qr3 = hu (A - At) (Tw – Tu)

(4)

dimana :
hu

0.637 �� 0.5

= koefisien konveksi udara = (0.861+��)0.25

untuk udara ≤ 100oC. maka Pr = 0.72
A
= luas tangki di atas dapur tungku (m2)
At = luas tangki di atas dapur yang terendam air (m2)
Tt = suhu tangki (oC)
Tu = Suhu udara di atas permukaan air (oC)
Dengan demikian kesetimbangan energi pada sistem tangki dapat
dinyatakan sebagai berikut:
( ρ Cp V )t

���
�∅

=qt- qr2 - hm At (Tt -Ta) – qr3

(5)

dimana :
ρ
= kerapatan jenis bahan tangki (kg/m3)
cp = koefisien panas jenis bahan tangki (kcal/kg oC)
V
= volume bahan tangki (m3)
���
= laju kenaikan suhu tangki per satuan waktu
�∅
qt
= panas terpakai oleh sistem tangki dan air (kcal/detik)
hm

0.637 �� 0.5

= koefisien konveksi air = (0.861+�� )0.25

= Suhu air di dalam tangki (oC)
Laju pemakaian energi panas oleh air di dalam tangki dapat dinyatakan
dengan persamaan berikut:
Ta

( ρ Cp V )a

���
�∅

=hmAt (Tt -Ta)

(6)

dimana :
ρ
= kerapatan air (kg/m3)
cp = koefisien panas jenis air (kcal/kg oC)
V
= volume air (m3)
Ta = suhu air (oC)
Tt = suhu tangki (oC)
���
= laju kenaikan suhu air per satuan waktu
�∅
hm = koefisien konveksi air
At = luas permukaan tangki terendam air (m2)
Efisiensi keseluruhan sistem yang diamati adalah:
ηs =

Qo
Qi

x 100%

dimana :
Qo = energi terpakai oleh air (output sistem)
Qi = nilai energi bahan bakar terpakai (input sistem)

(7)

10
Kipas
Kipas mempunyai fungsi dan prinsip kerja yang hampir sama dengan
pompa, tetapi untuk mengalirkan bahan berbentuk gas yang sifatnya lebih ringan
dan dapat dipadatkan (compressible), dibanding cairan (incompressible).
Dibedakan berdasarkan sifat aliran (aerodynamic) gas/udara yang terjadi akibat
putaran bilah-bilah kipas. Kipas pada umumnya bertipe axial untuk aplikasi tata
udara rumah tangga dan perkantoran atau bangunan lainnya, sedangkan tipe
centrifugal dengan berbagai bentuk, ukuran dan jumlah bilah sebagai impeler
telah banyak diaplikasikan dalam bidang teknik dan industri.
Kipas tipe radial yang lebih dikenal dengan sentrifugal, menghasilkan arah
aliran gas/udara searah dengan arah putaran bilah-bilah kipas. Kipas sentrifugal
ditandai dengan desain rumahnya yang berbentuk seperti rumah keong, dengan
inlet searah sumbu putaran dan outlet arah radial. Desain ini bertujuan untuk
menciptakan putaran udara di dalam rumah kipas, kemudian terlempar keluar
melalui outlet yang berpenampang luas.

Gambar 2 Kipas radial
Kipas radial memiliki beberapa bentuk bilah, yaitu:
a. Kipas radial dengan bilah miring ke depan
Mempunyai bilah banyak (hingga 60 buah) sehingga bentuknya berupa
tabung memanjang. Merupakan kipas dengan putaran rendah, cocok untuk
menghasilkan tekanan sedang tetapi stabil. Biasanya digunakan untuk
mengalirkan udara yang bersih karena partikel dapat tersangkut pada bilahbilah yang tersusun rapat.
b. Kipas radial dengan bilah lurus
Mempunyai bilah yang tidak terlalu banyak (6 hingga 20 buah), dengan
perbandingan panjang dan lebar bilah dua sampai tiga. Mempunyai rumah
dalam ukuran yang lebih besar. Cocok digunakan untuk mengalirkan udara
dengan kandungan partikel di dalamnya.

11
c. Kipas radial dengan bilah miring ke belakang
Mempunyai bilah sekitar 12 buah. Merupakan kipas berkecepatan tinggi
yang dilengkapi dengan fitur limit daya. Cocok digunakan untuk mengalirkan
udara bersih (bila udara terkontaminasi partikel, kipas akan berhenti beroperasi
karena dayanya dibatasi)
Berdasarkan fungsinya, kipas dapat dibedakan menjadi:
a. Tipe dorong: kipas digunakan untuk mengalirkan udara masuk ke dalam
ruangan. Pada jenis ini udara didorong sehingga berhembus ke arah depan
kipas. Tipe dorong juga biasa digunakan untuk mengalirkan udara di dalam
ruangan dengan tujuan mengaduk udara sehingga kondisi suhu dan kelembaban
merata.
b. Tipe hisap, lebih dikenal dengan exhaust fan: kipas digunakan untuk menyedot
dan mengalirkan udara keluar dari ruangan. Pada jenis ini udara dihisap
sehingga berhembus ke arah belakang dari kipas
c. Blower adalah kipas tipe dorong dengan kekuatan besar untuk aplikasi industri.

METODOLOGI PENELITIAN
Tempat dan Waktu
Pelaksanaan penelitian dilakukan di Laboratorium Lapangan Departemen
Teknik Mesin dan Biosistem, Siswadi Soepardjo Fakultas Teknologi Pertanian
IPB, Bogor. Waktu pelaksanaan penelitian terhitung mulai Desember 2011 hingga
Oktober 2012.

Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan dalam percobaan yang digunakan adalah limbah
kayu berupa serbuk gergaji sebagai bahan bakar, tungku pembakaran yang terbuat
dari batu bata, pengumpan bahan bakar yang terbuat dari plat esser dan blower
1HP, tangki, pipa galvanis, dan air sebagai medium pengujian. Sedangkan alat
yang digunakan dalam penelitian adalah komputer/laptop, stopwatch, hybrid
recoeder, timbangan, peralatan las dan elektroda, alat pemotong besi/plat, gerinda,
bor listrik, alat tulis, dan peralatan bengkel lainnya.

12
Secara singkat prosedur penelitian dapat dilihat pada Gambar 3.

Gambar 3 Diagram alir prosedur penelitian

13
Rancang Bangun Steam Boiler
Pembuatan steam boiler harus memenuhi kriteria desain, yaitu mudah dalam
perancangan dan pengoperasian. Steam boiler terdiri atas beberapa bagian, antara
lain: sistem pengumpan bahan bakar, tungku, tangki uap, dan tangki pengukusan.
Rancangan Fungsional
Tabel 4 Rancangan fungsional pengumpan bahan bakar
No.
1.
2.

Bagian Pengumpan
Bahan Bakar
Hopper

3.

Pengatur bahan
bakar
Blower

4.

Rangka

Fungsi
Tempat bahan bakar yang akan dihembuskan ke
dalam tungku.
Mengatur banyak sedikitnya bakan bakar yang
keluar.
Menghembuskan udara yang akan membawa bahan
bakar menuju ruang pembakaran.
Menahan beban kerja vertical dari konstruksi
mesin.

Tabel 5 Rancangan fungsional tungku
No.
Bagian Tungku
1. Ruang pembakaran

2.
3.
4.
5.

Fungsi
Tempat meletakkan bahan bakar serta tempat
terjadinya reaksi antara udara dengan bahan
bakar.
Dinding
Penahan beban serta penyekat panas agar heat
loss pada sistem minimum.
Pintu bahan bakar
Penyedia udara bebas untuk pembakaran dan
tempat masukknya bahan bakar
Cerobong
Menyalurkan gas hasil pembakaran ke luar.
Pintu
pembuangan Tempat mengeluarkan sisa hasil pembakaran.
bahan bakar

Tabel 6 Rancangan fungsional tangki air
No
1.
2.
3.
4.
5

Bagian Tangki Air
Tangki air
Pipa pemasukan air
Pipa pengeluaran air
Saluran uap
Level air

Fungsi
Tempat air yang akan di panaskan.
Tempat memasukkan air ke dalam tangki air
Saluran pembuangan air dari dalam tangki.
Menyalurkan uap hasil pemanasan tangki air
yang akan digunakan untuk penanakan gabah.
Untuk mengetahui volume air di dalam tangki
air.

14
Tabel 7 Rancangan fungsional tangki pengukusan
No
1.
2.

Bagian Tangki
Pengukusan
Ruang pengukusan
Pintu pemasukan

3.

Pintu pengeluaran

Fungsi
Tempat gabah yang akan di aliri uap.
Tempat memasukkan gabah ke dalam ruang
pengukusan
Saluran pengeluaran gabah dari dalam tangki.

Rancangan Struktural
Perancangan struktural unit steam boiler dibuat berdasarkan pada kriteria
desain dan data-data yang ada. Bahan yang digunakan meliputi besi siku, pipa,
blower, bahan bangunan (batu bata, semen, pasir, dll), tangki, kran, dan bahan
pendukung lainnya. Sedangkan peralatan yang digunakan meliputi mesin las,
mesin pemotong, peralatan bangunan, serta peralatan pendukung lainnya. Desain
unit steam boiler dapat dilihat pada Gambar 4.

Gambar 4 Desain steam boiler
Bagian-bagian dari rancangan struktural adalah sebagai berikut:
1. Sistem Pengumpan Bahan Bakar
Sistem pengumpanan bahan bakar terdiri dari beberapa bagian, yaitu:
a. Saluran Bahan Bakar
Bentuk dan ukuran rangka dibuat berdasarkan blower dan ketinggian
inlet pada tungku. Saluran bahan bakar terbuat dari plat esser berukuran
panjang 100 cm dengan ukuran mulut 3 cm x 10 cm. Saluran bahan bakar
dibuat dengan ukuran semakin mengecil dimaksudkan agar bahan bakar
yang dihembuskan akan mampu sampai ruang pembakaran.

15
b. Blower
Blower yang digunakan adalah blower centrifugal empat kutub dengan
daya 1 HP, 1430 Rpm.
c. Hopper
Hopper terbuat dari plat esser dangan volume 0.042 m3 yang memiliki
pengatur banyak sedikitnya bahan bakar yang akan dihembuskan dengan
blower.
d. Bukaan Bahan Bakar
Bukaan bahan bakar berukuran 10 cm x 10 cm yang bisa diatur besar
kecilnya dengan mendorong atau menariknya. Adapun ukuran bukaan
bahan bakar yang akan diuji, yaitu bukaan dengan ukuran 2.5 cm, 5.0 cm
dan 7.5 cm.
e. Outlet pengumpan bahan bakar
Bagian ini dirancang dengan ukuran 3 cm x 10 cm dengan
mempertimbangkan banyak sedikitnya dan meratanya bahan bakar yang
dikeluarkan.
Rancangan sistem pengumpan bahan bakar dan bukaannya dapat dilihat
pada Gambar 5.

Gambar 5 Sistem pengumpan bahan bakar
2. Tungku
Tinggi tungku dirancang sesuai dengan tinggi nyala api. Panjang dan
lebar tungku dirancang berdasarkan ukuran tangki uap. Tungku memiliki
bagian-bagian yang terdiri dari pintu pemasukan udara dan bahan bakar, ruang
pembakaran, pintu pengeluaran bahan bakar, dan cerobong. Rancangan
konstruksi tungku dapat dilihat pada Gambar 6.

16
a. Dinding Tungku
Dinding tungku terbuat dari batu bata, semen, dan pasir yang
dimaksudkan agar mampu menahan panas yang relatif tinggi dari bahan
bakar serta mampu menahan beban dari tangki air yang berada di atas
tungku.
b. Pintu pemasukan udara dan bahan bakar
Pintu pemasukan udara dan bahan bakar dirancang dengan lebar 20 cm
dan tinggi 50 cm yang memungkinkan debit udara dan bahan bakar cukup
untuk proses pembakaran di dalam tungku.
c. Ruang pembakaran
Ruang pembakaran berguna sebagai tempat pembakaran bahan bakar.
Ukuran panjang dan lebar ruang pembakaran dibuat berdasarkan ukuran
tangki air dengan panjang alas 180 cm dan lebar 60 cm. Tinggi tungku
dirancang berdasarkan tinggi nyala api yang dihasilkan bahan bakar.
d. Pintu pengeluaran bahan bakar
Pintu pengeluaran bahan bakar dirancang agar dapat memudahkan
pengambilan sisa bahan bakar yang terpakai di dalam ruang pembakaran.
Bagian ini memiliki ukuran lebar 30 cm dengan ketinggian 55 cm. Ukuran
ini dirancang dengan memperhatikan ukuran cerobong dan tinggi tungku.
e. Cerobong
Ukuran penampang cerobong dirancang agar dapat menampung gas
hasil pembakaran (asap) tetapi sebagian panas masih diperlukan tetap
tertinggal dalam tungku (Agustina 1982). Tinggi cerobong adalah 200 cm
dengan diameter 50 cm. Hal ini ditujukan untuk mengurangi panas yang
terbuang.

Gambar 6 Tungku Pembakaran (bagian depan)

17

Gambar 7 Tungku Pembakaran (bagian belakang)
Tabel 8 Spesifikasi tungku pembakaran
No.

Nama Bagian

1.
2.
3.
4.
5.
6.

Tinggi tungku
Lebar tungku
Tinggi cerobong
Pintu pemasukan
Pintu pengeluaran
Tinggi Cerobong

Ukuran
90 cm
100 cm
200 cm
20 cm x 45cm
30 cm x 30 cm
200 cm

3. Tangki Uap
Tangki uap berbentuk silinder yang terbuat dari drum dengan bahan
berupa plat galvanil berkapasitas 320 liter dengan panjang 180 cm dan
berdiameter 60 cm yang digunakan menampung air yang akan digunakan untuk
menghasilkan uap. Tangki penghasil uap memiliki beberapa bagian diantaranya
adalah pipa distribusi uap, alat ukur bejana, saluran pemasukan air, dan saluran
pengeluaran air. Gambar tangki uap dapat dilihat pada Gambar 8.

Gambar 8 Tangki uap

18
Tabel 9 Spesifikasi tangki uap
No.
1.
2.
3.
4.
5.

Bagian Tangki
Diameter tangki
Panjang tangki
Kapasitas tangki
Pipa pemasukan air
Pipa Pengeluaran air

Ukuran
60 cm
180 cm
320 lt
¾ inchi
½ inchi

4. Tangki pengukus gabah
Dimensi tempat pengukusan ini diikuti berdasarkan desain Spetriani
(2012) yaitu sebesar 0.2262 m3. Daya densitas gabah 830 kg/m3 maka tangki
ini mampu menampung gabah sebanyak 188 kg per tangki. Tangki pengukusan
berbentuk silinder dengan kerucut di bagian pengeluaran. Desain tangki
pengukusan dapat dilhat pada Gambar 9.

Gambar 9 Tangki pengukusan gabah

19
Prosedur Pengujian
1. Pengumpan Bahan Bakar
Prosedur pengujian pengumpan bahan bakar meliputi pengujian tanpa
pembakaran dan pengujian dengan disertai pembakaran. yaitu:
a. Pengujian tanpa pembakaran
Serbuk gergaji di keringkan di bawah sinar matahari sampai kadar air
15%. Dilakukan pemisahan antara serbuk gergaji dengan benda-benda yang
tidak diperlukan dengan alat pengayak dengan ukuran lubang 1 x 1 cm. Hal
ini bertujuan agar pada saat dimasukkan ke dalam hopper tidak menyumbat
proses pengumpanan bahan bakar menuju ruang pembakaran bahan bakar.
Serbuk gergaji yang sudah bersih dimasukkan ke dalam hopper sebanyak
kapasitas volume hopper serta bukaan hopper dikondisikan dalam keadaan
tertutup. Selanjutnya, pengumpan bahan bakar dihidupkan dan stopwatch
siap dinyalakan saat pengatur jumlah bahan bakar yang keluar dari hopper
terbuka. Pengambilan data dilakukan tiga kali ulangan dalam waktu 1 jam
untuk untuk masing-masing pengujian. Bukaan yang diamati adalah bukaan
dengan ukuran 2.5 cm, 5 cm, dan 7.5 cm. Setelah satu jam, bukaan pada
pengumpan bahan bakar ditutup dan serbuk gergaji yang keluar ditimbang.
b. Pengujian pendahuluan disertai pembakaran
Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui bukaan yang menghasilkan
nyala api stabil. Pemicu bahan bakar berupa kayu bakar dimasukkan ke
dalam tungku dan dinyalakan sampai api menyala dengan stabil. Setelah itu,
pengumpan bahan bakar dinyalakan dan diuji setiap bukaannya selama 1
jam, Kemudian diamati bukaan mana yang menghasilkan nyala api yang
stabil.
c. Pengujian akhir pengumpan bahan bakar
Pengujian akhir menggunakan bukaan yang optimal dari hasil
pengujian pendahuluan sebelumnya. Langkah-langkah pembakaran diawali
dengan membuat pemicu bahan bakar berupa kayu bakar yang dimasukkan
ke dalam tungku dan dinyalakan sampai api menyala dengan stabil.
Pengukuran waktu pembakaran dilakukan sampai air dalam boiler mendidih
(100oC) dan dilanjutkan dengan pemanasan untuk mengetahui laju uap
selama 2 jam.
2. Tungku Pembakaran dan Boiler
Persiapan pengujian tungku pembakaran dan boiler dimulai dengan
persiapan alat yang terdiri dari Multi Point Recorder, pemasangan termokopel,
pengisian air, pressure gauge, safety valve, pengumpan bahan bakar, serta
serbuk gergaji yang telah dikeringkan dan diayak. Tangki diisi air dengan
volume 320 liter (V0) dan diukur suhunya (t0). Termokoper tipe CC dipasang
antara lain pada dinding tungku, tengah-tengah air (termokopel tercelup di
dalam air), pipa uap, lubang pemasukan udara, cerobong asap, dinding tangki,
dan lantai tungku yang dihubungkan ke Multi Point Recorder. Termokopel CA
dipasang pada bara api dan dihubungkan dengan dengan Multi Point Recorder.
Suhu diukur pada masing-masing termokopel setiap selang waktu 5 menit.
Setiap parameter diambil dua sampel suhu.

20
Pemicu api dimasukkan ke dalam tungku pembakaran dan dibakar
dengan bahan bakar minyak, setelah api menyala dalam keadaan mantap mesin
blower dihidupkan untuk menyemburkan serbuk gergaji ke dalam tungku
secara berkelanjutan. Setelah air mendidih (100 oC), kran uap dibuka dan
dipanaskan selama 2 jam sebagai hasil keluaran laju uap. Volume air yang
tersisa di dalam tangki di ukur kembali untuk mengetahui laju penguapan.

21

HASIL DAN PEMBAHASAN
Sistem Kerja Steam Boiler Berbahan Bakar Biomasa
Pada dasarnya fungsi dari steam boiler untuk menghasilkan uap dengan
memanaskan air yang berada di dalam tangki untuk berbagai keperluan. Steam
boiler berbahan bakar biomasa ini menggunakan bahan bakar berupa serbuk
gergaji yang telah di ayak dan diumpankan ke dalam tungku pembakaran dengan
blower sentrifugal yang telah dimodifikasi. Prinsip kerja pengumpan bahan bakar
yaitu serbuk gergaji yang berada di dalam hopper akan turun menuju lubang
bukaan akibat gaya gravitasi. Hembusan udara yang dihasilkan blower akan
menghasilkan tekanan dan membawa bahan bakar yang diterima dari hopper.
Bahan bakar tersebut akan diteruskan menuju saluran pengumpan bahan bakar
yang memiliki bentuk semakin mengecil. Dengan adanya perbedaan ukuran yang
semakin kecil mengakibatkan semakin besar laju bahan bakar sehingga mampu
mencapai ke ruang pembakaran yang berada di dalam tungku. Skema aliran bahan
bakar disajikan pada Gambar 10.

Gambar 10 Skema aliran bahan bakar
Adanya api pemicu yang telah dibuat di dalam tungku pembakaran akan
membakar langsung bahan bakar tersebut. Api akan terus menyala selama bahan
bakar terus dialirkan. Pemanasan air di dalam tangki air dilakukan dari bagian
bawah dinding tangki. Dengan semakin luasnya permukaan dinding yang
terpanaskan maka akan mempercepat proses mendidihnya air dan proses
pembentukan uap. Oleh karena itu, air di dalam tangki akan dipanaskan secara
berkelanjutan hingga menghasilkan uap. Uap yang dihasilkan dari pemanasan air
dikeluarkan melalui pipa saluran uap yang kemudian dimanfaatkan untuk proses
steaming beras pratanak. Asap sisa hasil pembakaran akan diteruskan melalui

22
cerobong gas buang yang berada di belakang tungku. Skema sistem kerja tungku
pembakaran dapat dilihat pada Gambar 11.

Gambar 11 Skema sistem kerja tungku
Pengujian Laju Bahan Bakar
Pada pengujian ini dilakukan untuk mengetahui laju bahan bakar pada
masing-masing bukaan pengumpan bahan bakar. Tabel hasil pengujian laju bahan
bakar pada masing-masing bukaan pengumpan dapat dilihat pada Tabel 10.
Tabel 10 Hasil pengujian untuk mengetahui laju bahan bakar tanpa pembakaran
Bukaan
Hopper (cm)
2.5
5.0
7.5

Laju Bahan Bakar (kg/jam)
Ulangan
1
2
3
67.4
71.1
69.3
177.2 176.8
184.8
241.8 238.6
240.6

Rata-rata (kg/jam)
69.3
179.6
240.3

Berdasarkan tabel di atas menunjukkan bahwa semakin besar luas bukaan
hopper maka semakin besar laju bahan bakarnya. Pengujian disertai pembakaran
dimaksudkan untuk mengetahui bukaan bahan bakar yang menghasilkan nyala api
baik dan stabil. Pada saat pengujian. bukaan 2.5 cm menunjukkan nyala api paling
baik yang ditandai dengan hasil nyala api yang stabil serta serbuk gergaji dari
pengumpan bahan bakar yang dihasilkan mampu berjalan dengan kontinyu
terbakar habis setelah masuk ke ruang pembakaran sehingga tidak ada
penumpukan serbuk gergaji.

23
Pada bukaan 5.0 cm dan 7.5 cm api hanya mampu menyala tidak lama
setelah serbuk gergaji diumpankan ke dalam tungku pembakaran. Hal ini
dikarenakan serbuk gergaji tidak terbakar habis sehingga serbuk gergaji
menimbun pemicu api yang terdapat di dalam tungku pembakaran. Berdasarkan
pengamatan. pada bukaan 5.0 cm dan 7.5 cm api menyala semakin besar pada
awal serbuk gergaji diumpankan dan kemudian semakin mengecil, pada akhirnya
mati. Pengamatan juga dilakukan pada mulut pengumpan bahan bakar. Pada
bukaan 2.5 cm, hampir tidak ada serbuk gergaji yang jatuh di mulut pengumpan
bahan bakar. Sedangkan pada bukaan 5.0 cm dan 7.5 cm terdapat serbuk gergaji
yang jatuh di mulut pengumpan bahan bakar. Serbuk gergaji yang jatuh tidak
dapat terbakar di ruang pembakaran yang berakibat pada konsumsi bahan bakar
yang tidak efektif. Jatuhnya serbuk gergaji dapat dikarenakan tidak seimbangnya
banyaknya bahan bakar yang dikeluarkan pengumpan dengan luas mulut
pengumpan bahan bakar. Dengan demikian, bukaan yang digunakan untuk
pengujian akhir adalah bukaan 2.5 cm. Data hasil pengujian pendahuluan disertai
pembakaran dapat dilihat pada Tabel 11.
Tabel 11 Data hasil pengujian nyala api pada berbagai bukaan pengumpan bahan
bakar.
Bukaan
2.5 cm
5cm
7.5 cm

Nyala api
sedang
sedikit membesar
kemudian mati
membesar kemudian
mati

Lama nyala
api
Kontinyu
9 menit
4 menit

Serbuk gergaji dari
pengumpan
Kontinyu
Tidak kontinyu. tercecer di
mulut pengumpan
Kontinyu. tercecer di mulut
pengumpan

Hasil Pengumpanan Bahan Bakar
Sistem pengumpanan bahan bakar pada boiler untuk pengolahan beras
pratanak pada penelitian ini terbuat dari plat esser yang dihubungkan dengan
blower yang digunakan sebagai alat untuk menghembuskan serbuk gergaji
menuju ruang pembakaran. Berdasarkan hasil uji pendahuluan, bukaan yang
digunakan untuk pengujian akhir adalah bukaan 2.5 cm.
Saat pembakaran berlangsung, pengujian pada masing-masing bukaan bahan
bakar menunjukkan hasil yang berbeda untuk mendidihkan 320 kg air. Pada
bukaan 2.5 cm menghasilkan aliran bahan bakar yang berkelanjutan dan stabil.
Hasil pengujian jumlah bahan bakar dan lama waktu untuk mendidihkan air pada
setiap ulangan ditunjukkan pada Tabel 12.
Tabel 12 Jumlah bahan bakar dan waktu yang dibutuhkan untuk mendidihkan air
pada suhu100oC.
Ulangan
1
2
3
Rata-rata

Lama Pemanasan (menit)
55
60
60
58.33

Jumlah bahan bakar (kg)
63.5
69.3
69.3
67.4

24
Berdasarkan data di atas, laju bahan bakar berbanding lurus dengan lama
waktu pemanasan, semakin lama waktu yang digunakan untuk mendidihkan air
maka semakin banyak jumlah bahan bakar yang digunakan. Jumlah bahan bakar
yang digunakan pada masing-masing ulangan menunjukkan hasil yang tidak sama,
hal ini dapat disebabkan oleh serbuk gergaji yang tidak seragam jenis kayu bahan
dasarnya. Berdasarkan pengamatan visual, serbuk gergaji yang berasal dari kayu
berat ditandai dengan warna yang lebih gelap seperti kayu jati menghasilkan nyala
api yang lebih besar dibandingkan serbuk gergaji yang berasal dari kayu ringan.
Jumlah bahan bakar rata-rata untuk mendidihkan 320 liter air sebesar 67.4 kg.
Semakin