Kajian Efisiensi Energi Tungku Sekam Berdasarkan Jumlah, Bentuk, dan Ukuran Sirip yang Dipasang

KAJIAN EFISIENSI ENERGI TUNGKU SEKAM
BERDASARKAN JUMLAH, BENTUK, DAN UKURAN
SIRIP YANG DIPASANG

HARTIP SIMORANGKIR

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU
PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN
BOGOR
2011

ABSTRAK
HARTIP SIMORANGKIR. Kajian Efisiensi Energi Tungku Sekam Berdasarkan Jumlah,
Bentuk, dan Ukuran Sirip yang Dipasang. Dibimbing oleh IRZAMAN dan HANEDI
DARMASETIAWAN
Penggunaan sekam sebagai energi alternatif memiliki potensi yang tinggi untuk
dikembangkan di Indonesia. Salah satu pemakaian sekam sebagai energi alternatif adalah
dengan menggunakan tungku. Pada penelitian ini dilakukan variasi jumlah sirip yang
dipasang pada tungku sekam IPB dengan bentuk dan ukuran sirip yang sama. Telah
dilakukan variasi jumlah sirip yang dipasang yaitu: tanpa sirip, 1 sirip, 2 sirip, dan 4 sirip,

masing-masing 3 kali ulangan pembakaran untuk mendidihkan air 50 liter. Dari hasil
penelitian didapatkan efisiensi energi sebesar 19,92% untuk tungku tanpa sirip, 19,15%
untuk tungku 1 sirip, 18,66% untuk tungku 2 sirip, 16,13% untuk tungku 4 sirip. Semakin
besar jumlah sirip yang dipasang pada tungku menyebabkan semakin kecil nilai efisiensi
energi tungku yang didapat, karena dengan adanya sirip mengakibatkan pembakaran yang
terjadi pada kerucut terbalik menjadi kurang sempurna, udara yang seharusnya digunakan
untuk proses pembakaran yang terperangkap pada kerucut terbalik mengalir keluar secara
alamiah.
Kata kunci : sekam, tungku sekam, efisiensi tungku sekam, energi elternatif.

KAJIAN EFISIENSI ENERGI TUNGKU SEKAM
BERDASARKAN JUMLAH, BENTUK, DAN UKURAN SIRIP
YANG DIPASANG

HARTIP SIMORANGKIR

SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains pada Departemen Fisika

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN
ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2011

Judul
Nama
NIM

: Kajian Efisiensi Energi Tungku Sekam Berdasarkan Jumlah,
Ukuran Sirip yang Dipasang
: Hartip Simorangkir
: G74052524

Bentuk, dan

Menyetujui,

Dr. Ir Irzaman, MSi
Pembimbing I

Ir. Hanedi Darmasetiawan, MS
Pembimbing II

Mengetahui,

Dr. Ir Irzaman, MSi
Kepala Departemen Fisika

KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas segala
bimbingan-Nya, penulis dapat menyelesaikan penelitian yang berjudul Kajian Efisiensi
Energi Tungku Sekam Berdasarkan Jumlah, Bentuk, dan Ukuran Sirip yang Dipasang.
Kebutuhan bahan bakar semakin meningkat seiring dengan bertambahnya jumlah
penduduk dunia umumnya dan Indonesia pada khususnya. Kebutuhan bahan bakar
semakin meningkat sehingga dibutuhkan sumber bahan bakar alternatif atau energi
alternatif yang murah, mudah didapat, dan dapat terbarukan yang sesuai dengan potensi
dan kebutuhan daerah tertentu. Sekam adalah salah satu sumber bahan bakar alternatif
yang sangat potensial untuk dikembangkan di Indonesia, khususnya di daerah dengan
ketersediaan sekam yang cukup.

Pada penelitian ini penulis meneliti tentang optimasi tungku dengan bahan bakar
sekam. Tungku yang sudah ada sekarang sangat beragam, penulis menggunakan tungku
sekam IPB skala Industri kecil dengan melakukan variasi jumlah sirip yang dipasang
pada tungku sekam.
Dalam melaksanakan penelitian dari awal sampai penyusunan laporan penelitian ini,
penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada semua pihak yang telah ikut membantu
penulis, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Tuhan Yang Maha Esa
2. Kedua orang tua penulis, adik, kakak, dan saudara penulis yang selalu
memberikan doa, nasehat, dan semangat kepada penulis.
3. Bapak Irzaman dan Bapak Hanedi Darmasetiawan sebagai pembimbing skripsi
yang selalu memberikan bimbingan, motivasi dalam melaksanakan penelitian ini
mulai dari penyusunan usulan penelitian, pelaksannan penelitian, sampai pada
penyusunan laporan penelitian ini.
4. Bapak Agus Kartono dan Bapak Ardian Arief sebagai dosen penguji pada
kolokium penulis yang telah memberikan banyak masukan terhadap penelitian
ini.
5. Bapak Muhammad Nur Indro sebagai dosen penguji sidang penulis, dan juga
memberikan masukan dan bimbingan.
6. Bapak laboran Bengkel Las dan Mekanik Departemen Fisika IPB, Bapak

Ahmad Yani, Bapak Musiran, Bapak Amas yang telah membantu penulis dalam
menyiapkan alat penelitian dan pengambilan data.
7. Teman-teman fisika angkatan 42, adik dan kakak kelas fisika yang telah banyak
membantu penulis dan kebersamaannya selama ini di fisika.
8. Program Penelitian Ilmu Pengetahuan Terapan/Penelitian Strategis Nasional
2010, DIPA IPB, Republik Indonesia dengan nomor kontrak
2/I3.24.4/SPK/PSN/2010 yang telah mendanai penelitian ini.
9. Keluarga Besar Asrama Mahasiswa IPB Sylvalestari, yang memberikan
dukungan, dan tempat belajar bersama selama ini.
10. Dan semua pihak yang telah membantu penulis mulai dari persiapan penelitian
sampai ke penulisan skripsi yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
Tulisan ini masih jauh dari sempurna, baik penulisan dan isi, kritik dan saran yang
membangun sangat diharapkan untuk perbaikan penelitian selanjutnya.
Akhir kata, semoga tulisan ini dapat memberikan manfaat langsung terhadap
masayarakat dan sebagai salah satu solusi dalam mengatasi masalah krisis energi dengan
penggunaan sekam sebaga bahan bakar alternatif.
Bogor, Mei 2011
Hartip Simorangkir

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan pada tanggal 1 Oktober 1987 di Muara, Tapanuli Utara, Sumatera
Utara, anak ke tiga dari empat bersaudara, pasangan dari Pidirman Simorangkir dengan
Rameuli Sibatuara.
Tahun 2005 penulis lulus dari SMA Negeri 1 Muara dan pada tahun yang sama
penulis melanjutkan sekolah ke Institut Pertanian Bogor, masuk melalui jalur USMI
(Ujian Saringan Masuk IPB). Pada tahun pertama penulis berhasil lulus TPB (Tingkat
Persiapan Bersama), kemudian di tahun kedua penulis diterima di Mayor Fisika, yang
diampu oleh Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,
Institut Pertanian Bogor.
Selama menjalani pendidikan di Departemen Fisika IPB, penulis aktif bergabung
dengan beberapa organisasi dan komunitas untuk pengembangan diri penulis, yaitu
HIMAFI (Himpunan Mahasiswa Fisika), PMK (Persekutuan Mahasiswa Kristen) IPB,
Paduan Suara Agriaswara IPB, dan Asrama Mahasiswa IPB Sylvalestari. Penulis juga
tertarik dengan dunia teknologi informasi, untuk mendukung hal tersebut penulis
mengambil beberapa mata kuliah di Departemen Ilmu Komputer dan Departemen Ilmu
Komunikasi dan Pengembangan Masyarakat sebagai mata kuliah supporting courses dan
aktif mengikuti seminar atau pelatihan yang berhubungan dengan dunia teknologi
informasi.

DAFTAR ISI

DAFTAR TABEL............................................................................................................. vii
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................................... viii
PENDAHULUAN .............................................................................................................. 1
Latar Belakang ................................................................................................................ 1
Perumusan Masalah ........................................................................................................ 1
Tujuan Penelitian ............................................................................................................ 1
Manfaat Penelitian .......................................................................................................... 1
TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................................................... 1
Sekam Padi...................................................................................................................... 1
Tungku sekam ................................................................................................................. 2
Sirip Tungku Sekam ....................................................................................................... 2
Perpindahan kalor ........................................................................................................... 2
BAHAN DAN METODE ................................................................................................... 3
Tempat dan waktu penelitian .......................................................................................... 3
Bahan dan alat ................................................................................................................. 3
Metode penelitian............................................................................................................ 3
Pembuatan tungku sekam ...................................................................................... 3
Rancangan wadah air ............................................................................................. 4
Pengukuran lama pendidihan air ............................................................................ 4
Penghitungan efisiensi tungku sekam .................................................................... 4

HASIL DAN PEMBAHASAN.......................................................................................... 5
Hasil ................................................................................................................................ 5
Pembahasan..................................................................................................................... 5
Hubungan antara jumlah sirip dengan efisiensi tungku ......................................... 5
Hubungan antara jumlah sirip dan waktu pembakaran. ......................................... 5
Hubungan antara jumlah sirip dan massa sekam yang terpakai. ............................ 7
KESIMPULAN DAN SARAN........................................................................................... 7
Kesimpulan ..................................................................................................................... 7
Saran ............................................................................................................................... 7
DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................................... 8
LAMPIRAN ....................................................................................................................... 9

vi

DAFTAR TABEL

Tabel 1 Komposisi kimiawi sekam ..................................................................................... 2
Tabel 2. Data hasil mendidihkan air 50 liter menggunakan tungku sekam dengan variasi
jumlah sirip ............................................................................................................ 6

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1 Sekam padi yang sudah siap digunakan untuk pembakaran .............................. 2
Gambar 2 Rancangan tungku sekam IPB skala rumah tangga (Irzaman et al, 2008) ....... 2
Gambar 3 Sketsa sirip pada lempengan seng yang sudah digunting................................... 2
Gambar 4 Posisi sirip yang telah dipasang pada kerucut terbalik tungku sekam ............... 2
Gambar 5 Drum sebagai wadah air, dengan menggunakan pipa aliran udara ditengahnya 4
Gambar 6 Saluran pengeluaran air setelah mendidih .......................................................... 4
Gambar 7 Hubungan antara jumlah sirip dan nilai efisiensi tungku sekam ........................ 4
Gambar 8 Hubungan antara jumlah sirip dan waktu pembakaran ...................................... 7
Gambar 9 Hubungan antara jumlah sirip dan massa sekam yang terpakai ......................... 7

viii

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Dalam
kehidupannya,

manusia
membutuhkan energi. Energi yang
digunakan dapat dibedakan menjadi dua
berdasarkan sumbernya, yaitu energi yang
dapat diperbaharui (renewable energy) dan
tidak dapat diperbaharui (unrenewable
energy).
Dalam perkembangannya kebutuhan
energi sangat besar, dan kebanyakan
sumber energi yang digunakan oleh
manusia pada zaman sekarang adalah
berasal dari sumber energi yang tidak
terbarukan, seperti minyak bumi, batu
bara, gas alam, dan lain-lain, Ketersedian
energi yang tidak terbarukan semakin lama
semakin
menipis
karena
terus
dimanfaatkan dalam jumlah yang besar

untuk memenuhi kebutuhan manusia.
Pemanfaatan energi alternatif adalah salah
satu langkah untuk mengatasi masalah
krisis energi.
Beberapa contoh energi terbarukan
yang dapat digunakan sebagai energi
alternatif adalah : energi surya, energi
angin , energi air, energi biomassa, energi
hidrogen, energi panas bumi, sel surya
dan energi gelombang lautan.
Pemanfaatan sekam padi sebagai
energi alternatif terbarukan mempunyai
potensi yang sangat tinggi untuk
diterapkan di Indonesia karena Indonesia
merupakan negara agraris (pertanian)
yang makanan pokoknya berasal dari padi
sehingga ketersedian sekam sangat
melimpah.
Menurut data BPS, Indonesia
mempunyai 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), yang merupakan jumlah yang
sangat besar.
Dalam penggunaan sekam sebagai
bahan bakar dibutuhkan media, yaitu
tungku untuk proses pembakaran sekam.
Sampai saat ini bentuk tungku sekam
sudah banyak berkembang, salah satunya

adalah tungku sekam IPB, yang
dikembangkan di Departemen Fisika IPB.
Peneliti menggunakan rancangan tungku
sekam IPB yang sudah ada dengan kajian
optimasi tungku sekam berdasarkan
jumlah, bentuk, dan ukuran sirip yang
dipasang.

Perumusan Masalah
Bagaimana mendapatkan tungku
sekam yang mempunyai nilai efisiensi
yang lebih tinggi?

Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk:
mempelajari hubungan antara jumlah sirip
dan nilai efisiensi tungku sekam, dengan
bentuk dan ukuran sirip yang dipasang
adalah sama.

Manfaat Penelitian
Dapat diterapkan langsung oleh
masyarakat dan menjadi referensi untuk
pengembangan tungku sekam pada masa
yang akan datang.

TINJAUAN PUSTAKA
Sekam Padi
Sekam padi adalah lapisan padi yang
meliputi kariopsis, terdiri dari dua belahan
(disebut lemma dan palea) yang saling
bertautan. Pada penggilingan padi akan
didapatkan beras, dedak, dan sekam atau
limbah
penggilingan.
Dari
proses
penggilingan padi biasanya diperoleh
sekam sekitar 20-30%, dedak antara 812% dan beras giling antara 50-63,5% dari
bobot awal gabah. Persentase ini berbedabeda untuk setiap varietas padi. (Andriati,
2007).
Ditinjau data komposisi kimiawi,
sekam mengandung beberapa unsur kimia
penting seperti dapat dilihat pada Tabel 1.
Dengan komposisi kandungan kimia
seperti tersebut pada Tabel 1, sekam dapat
dimanfaatkan untuk berbagai: sebagai
bahan baku pada industri kimia, bahan
baku pada industri bahan bangunan,
terutama kandungan silika, dan sumber

energi panas pada berbagai keperluan
manusia, kadar selulosa yang cukup tinggi
dapat memberikan pembakaran yang
merata dan stabil.
Tabel 1 Komposisi kimiawi sekam

No

Komponen

1
2
3
4
5
6

Kadar air
Protein kasar
Lemak
Serat kasar
Abu
Karbohidrat kasar

Kandungan
(%)
9,02
3,03
1,18
35,68
17,71
33,71

Sumber: (Suharno 1979)

Gambar 1 Sekam padi yang sudah siap
digunakan untuk pembakaran

sekam (United Nations Environment
Programme, 2006).
Di beberapa negara berbasis pertanian
seperti Indonesia, Thailand dan Filipina,
telah memaksimalkan penggunaan sekam
sebagai bahan bakar. Untuk dapat
menghasilkan nyala yang bersih dan
panas, tungku sekam harus dibuat
sedemikian rupa sehingga tercipta suatu
aliran udara secara alamiah yang
dibutuhkan untuk proses pembakaran.
Cara-cara yang digunakan untuk
menggunakan sekam padi sebagai bahan
bakar dapat dibagi dalam tiga golongan :
1. Dengan cara memadatkan arang
sekam, atau disebut dengan briket.
Sekamnya
terlebih
dahulu
diarangkan kemudian direkatkan
dengan tepung tapioka atau bahan
perekat yang lain.
2. Dengan menggunakan tungku
dengan
aliran udara secara
alamiah. Tungku ini biasanya
menggunakan sebuah pintu atau
kotak pemasukan bahan bakar,
tabung pembakaran, ventilasi
udara, dan cerobong.
3. Membarakannya secara langsung,
tanpa
menggunakan
media.
Biasanya ini digunakan pada
pembakaran batu bata.

Pada Gambar 1 dapat dilihat sekam
yang sudah siap digunakan untuk bahan
bakar, sekam yang digunakan harus
kering, mempunyai kadar air yang rendah
(kurang dari 10 %), karena sangat
berpengaruh dalam proses pembakaran
yang membutuhkan udara.

Sirip Tungku Sekam

Tungku sekam

Sistem perpindahan kalor dibagi
menjadi 3 jenis, yaitu konduksi, konveksi,
dan radiasi. Secara umum, ketiga jenis
tersebut dibedakan berdasarkan media
dalam upaya memindahkan kalor.
Konduksi adalah perpindahan kalor tanpa
disertai perpindahan partikel perantaranya.
Konveksi adalah perpindahan kalor
melalui medium dan disertai perpindahan
molekul penyusun material tersebut.
Radiasi adalah perpindahan kalor melalui

Sekam padi yang dibakar secara
langsung akan membara secara perlahan
dan menghasilkan asap. Oleh karena itu
dibutuhkan tungku untuk mengurangi
dampak tersebut. Tungku adalah sebuah
peralatan
yang
digunakan
untuk
memanaskan bahan serta mengubah
bentuknya, karena bahan bakar yang
digunakan berupa sekam maka tungku
untuk pembakaran sekam disebut tungku

Kata “sirip” dalam tulisan ini adalah
rongga udara yang dibentuk menggunakan
lempengan seng yang dipasang pada
bagian tungku.

Perpindahan kalor

medium
pancaran
elektromagnetik.

gelombang

BAHAN DAN METODE
Tempat dan waktu penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Bengkel
Las dan Bengkel Mekanik Departemen
Fisika FMIPA IPB. Penelitian ini
dilakukan mulai bulan Agustus 2009
sampai dengan Juli 2011.

Bahan dan alat
Bahan yang digunakan dalam
penelitian ini adalah sekam padi, air,
kardus bekas yang kering. Peralatan yang
digunakan adalah tungku sekam, palu,
gunting, Infrared thermometer, drum
besar, gunting kawat, meteran, timbangan,
ember, stop watch, korek api, dan
peralatan tulis.

(C) Isolator tungku
(D) Badan tungku
(E) Ventilasi udara
(F) Penampung arang sekam sementara
Dalam tungku sekam ada beberapa
model yang berbeda pada jumlah sirip
(terletak pada bagian A), yaitu tanpa
menggunakan sirip, satu buah sirip, dua
buah sirip, empat buah sirip, dan enam
buah sirip.
Pada Gambar 3 dapat dilihat sketsa
sirip yang akan di pasang pada tungku.
Ukuran sirip yang dipasang disesuaikan
dengan bagian tungku yang akan dipasangi
sirip.
Pada Gambar 4 dapat dilihat sirip
yang
sudah terpasang pada tungku
(tampak atas). Pemasangan sirip dirancang
sesederhana mungkin, dapat dengan
mudah dipasang dan dilepas, sehingga
pada saat melakukan variasi banyak sirip
tidak menjadi masalah.

Metode penelitian
Penelitian dilakukan dengan beberapa
tahap yaitu :
Pembuatan tungku sekam

Gambar 3 Sketsa sirip pada lempengan seng
yang sudah digunting

Gambar 2 Rancangan tungku sekam IPB
skala rumah tangga (Irzaman et al,
2008)

Keterangan :
(A) Wadah sekam dalam bentuk kerucut
terbalik
(B) Tabung yang dibuat berlubang-lubang
untuk memfokuskan api yang keluar

Gambar 4 Posisi sirip yang telah dipasang pada
kerucut terbalik tungku sekam

Rancangan wadah air
Wadah air yang digunakan adalah
drum dengan menggunakan pipa aliran
udara di bagian tengah drum. Pada
penelitian sebelumnya didapatkan bahwa
penggunaan drum dengan menggunakan
pipa aliran udara di bagian tengah lebih
efisien dibandingkan dengan drum yang
tidak menggunakan pipa aliran udara
seperti terlihat pada Gambar 5.
Untuk volum air yang dididihkan
sebesar 50 liter, dengan asumsi volum ini
sudah sebanding atau sesuai dengan volum
wadah air dan
dapat mewakili
pengambilan data.

Pada Gambar 6 dapat dilihat pada
dasar drum terdapat sebuah lubang saluran
air yang berfungsi sebagai saluran
pembuangan air setelah air mendidih.
Pengukuran lama pendidihan air
Pengukuran lama pendidihan air
dilakukan dengan mendidihkan air
sebanyak 50 liter dengan tiga kali
pengulangan untuk setiap variasi jumlah
sirip yang dipasang pada tungku sekam.
Pada tahap ini juga dilakukan pengukuran
suhu bagian-bagian tungku sekam, yaitu:
badan tungku sekam, penampung sekam
sementara, kerucut terbalik, isolator
tungku, dan silinder pusat tungku.
Penghitungan efisiensi tungku sekam
Dalam penghitungan efisiensi tungku
sekam dapat dihitung jumlah energi yang
dibutuhkan untuk mendidihkan air 50 liter
dengan wadah drum, menggunakan
persamaan sebagai berikut:

Qt 

Gambar 5 Drum sebagai wadah air, dengan
menggunakan pipa aliran udara
ditengahnya

maCa Ta md Cd Td
................(1)

t
t

Keterangan :
: laju energi yang dibutuhkan untuk
mendidihkan
air
dan
drum
(kcal/jam)
: massa air (kg)
: massa drum (kg)
: kalor jenis air (kcal/kg o C)
: kalor jenis drum (kcal/kg o C)
: perubahan suhu air yang dididihkan
(o C)
: perubahan suhu wadah drum
(o C)
t
: waktu untuk mendidihkan air (jam)
Laju konsumsi energi bahan bakar
dapat dihitung menggunakan persamaan
berikut, (Belonio1985):

FCR 

Qt
.........................(2)
HVF  g

Keterangan :
Gambar 6 Saluran pengeluaran air setelah
mendidih

FCR : Fuel consumption rate, bahan
bakar yang dibutuhkan (kg/jam

HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil
Telah dilakukan variasi jumlah sirip
yang dipasang pada tungku sekam IPB
skala industri yaitu: tanpa sirip, 1 sirip, 2
sirip, dan 4 sirip. Bentuk dan ukuran sirip
yang dipasang adalah sama. Untuk setiap
variasi dilakukan 3 kali ulangan. Untuk
mengukur efisienesi setiap tungku sekam,
dilakukan dengan mendidihkan air 50 liter
menggunakan wadah drum dengan pipa
aliran udara pada bagian tengah drum.
Dari hasil penelitian didapatkan
efisiensi energi sebesar 19,92% untuk
tungku tanpa sirip, 19,15% untuk tungku 1
sirip, 18,66% untuk tungku 2 sirip,
16,13% untuk tungku 4 sirip. Data
lengkapnya seperti terlihat pada Tabel 2,
bahwa semakin banyak jumlah sirip
tungku sekam maka nilai efisiensi tungku
sekam semakin kecil, dan sebaliknya
semakin sedikit jumlah sirip yang
dipasang pada tungku sekam, maka nilai
efisiensi tungku sekam semakin besar.

Pembahasan
Hubungan antara jumlah sirip dengan
efisiensi tungku
Pada Gambar 7 dapat dilihat
hubungan antar jumlah sirip dengan nilai
efisiensi tungku sekam.
Didapatkan
efisiensi paling tinggi untuk tungku tanpa
menggunakan sirip dan yang paling rendah
adalah tungku dengan 4 buah sirip.
Terlihat hubungan berbanding terbalik
antara jumlah sirip yang dipasang dan
efisiensi energi tungku. Dan untuk
memastikan juga, penulis melakukan
percobaan dengan pemasangan 6 sirip, dan
efisiensi yang didapat adalah 13,33%,
(semakin kecil juga)

Hal ini berhubungan dengan sistem
pembakaran yang terjadi dalam tungku
sekam setelah diberikan perubahan jumlah
sirip. Pembakaran membutuhkan udara,
sehingga terdapat hubungan antara jumlah
aliran udara dan jumlah sirip yang
dipasang. Dengan penambahan jumlah
sirip akan menyebabkan:
1. Volume sekam yang tertampung dalam
kerucut terbalik berkurang dengan
adanya penambahan sirip, sehingga
suplay sekam untuk pembakaran
menjadi berkurang.
2. Dengan adanya penambahan sirip,
akan menyebabkan turunnya sekam ke
dasar kerucut terbalik semakin
melambat, karena terjadi gesekan
antara sekam yang terdapat pada
kerucut terbalik dengan sisi sirip yang
dipasang.
3. Dengan
penambahan
sirip,
pembakaran yang dihasilkan semakin
kurang sempurna. Terlihat dari asap
yang
semakin
banyak
saat
pembakaran, udara yang terdapat
dalam dasar kerucut terbalik yang
seharusnya
digunakan
pada
pembakaran menjadi terbuang keluar
melalui sirip yang dipasang.

Ulangan 1
Efisiensi tungku sekam (%)

: laju energi yang dibutuhkan untuk
mendidihkan air (kcal/jam)
HVF : Heat value fuel, energi yang
terkandung dalam sekam (kcal/kg)
ξg
: Efisiensi tungku sekam (%)

Ulangan 2

Ulangan 3

25,00%
20,00%
15,00%
10,00%
5,00%
0,00%
0

1

2

4

Jumlah sirip (buah)

Gambar 7 Hubungan antara jumlah sirip dan
nilai efisiensi tungku sekam

Hubungan antara jumlah sirip dan
waktu pembakaran.
Hubungan yang terjadi antara jumlah
sirip yang dipasang dan efisiensi energi

Tabel 2. Data hasil mendidihkan air 50 liter menggunakan tungku sekam dengan variasi jumlah sirip
Sirip
0

1

2

4

Ulangan
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3

Waktu
(jam)
1,03
1,06
1,00
1,08
1,25
1,20
0,89
1,03
1,30
1,73
1,65
1,80

Sekam
awal (kg)
14,00
8,30
13,20
8,80
10,50
9,00
9,50
9,50
11,20
12,00
12,00
11,80

Sekam sisa
(kg)
5,25
0,00
4,00
0,50
2,10
0,55
1,50
0,50
2,30
1,55
1,55
2,30

Arang
(kg)
2,40
2,40
3,00
2,00
2,15
1,80
1,95
2,20
2,00
2,50
3,10
2,00

Terpakai (kg)
6,35
5,90
6,20
6,30
6,25
6,65
6,05
6,80
6,90
7,95
7,35
7,50

FCR : Fuel consumption rate, bahan bakar yang dibutuhkan (kg/jam)
, massa air = 50 kg
, massa drum = 22 kg
, kalor jenis air = 1 kcal/kg o C
, kalor jenis drum = 0,11 kcal/kg o C

Q Drum
(kcal/jam)
162,12
162,09
174,24
161,33
135,52
147,22
190,34
166,82
135,89
102,12
102,67
96,80

Q Air
(kcal/jam)
3398,06
3301,89
3500,00
3240,74
2800,00
2916,67
3932,58
3398,06
2692,31
2023,12
2121,21
1944,44

Q Total
(kcal/jam)
3560,17
3463,98
3674,24
3402,07
2935,52
3063,88
4122,92
3564,87
2828,20
2125,24
2223,88
2041,24

Efisiensi
(%)
19,25%
20,74%
19,75%
19,44%
19,57%
18,43%
20,22%
18,00%
17,76%
15,42%
16,64%
16,33%

Rata-rata
(%)
19,92%

19,15%

18,66%

16,13%

tungku sekam adalah berbanding lurus
seperti terlihat pada Gambar 8. Semakin
besar jumlah sirip yang dipasang maka
semakin lama waktu pembakaran yang
dibutuhkan untuk mendidihkan air 50 liter.
Hal ini berhubungan dengan volume
sekam dan kecepatan turunnya sekam
secara alamiah ke dasar kerucut terbalik
semakin kecil dengan penambahan sirip,
sehingga waktu yang dibutuhkan juga
semakin lama.

Waktu Pembakaram

Ulangan 1

Ulangan 2

Ulangan 3

2,00

waktu pembakaran akan menyebabkan
jumlah sekam yang terpakai semakin besar
juga.
Dengan penambahan sirip, kualitas
pembakaran semakin berkurang karena
terjadi proses heat lost melalui sirip, udara
yang terperangkap dalam dasar kerucut
terbalik bocor keluar melalui sirip. Hal ini
disebabkan karena secara alamiah udara
bergerak dari suhu yang lebih tinggi ke
suhu yang lebih rendah dan pada
penelitian ini tidak dilakukan force
convection supaya udara dari luar masuk
ke dalam tungku, aliran udara pada proses
pembakaran terjadi secara alamiah.

1,50

KESIMPULAN DAN SARAN

1,00

Kesimpulan

0,50
0,00
0

1

2

4

Jumlah Sirip (buah)

Gambar 8 Hubungan antara jumlah sirip dan
waktu pembakaran

Hubungan antara jumlah sirip dan
massa sekam yang terpakai.
Hubungan antara jumlah sirip dan
efisiensi energi tungku sekam berbanding
lurus, seperti terlihat pada Gambar 9. Hal
ini
berhubungan
dengan
waktu
pembakaran dan kualitas pembakaran
sekam yang terjadi.

Sekam Terpakai (kg)

Ulangan 1

Ulangan 2

Dari hasil penelitian didapatkan
hubungan antara jumlah sirip tungku
sekam dan nilai efisiensi tungku sekam,
hubungan antara keduanya adalah
berbanding terbalik, semakin banyak
jumlah sirip yang dipasang maka semakin
kecil nilai efisiensi tungku sekam dan
sebaliknya.
Dari hasil penelitian didapatkan
efisiensi energi sebesar 19,92% untuk
tungku tanpa sirip, 19,15% untuk tungku
1 sirip, 18,66% untuk tungku 2 sirip,
16,13% untuk tungku 4 sirip.

Saran
1.

Ulangan 3

10,00
8,00

2.

6,00

4,00
2,00

3.

0,00
0

1

2

4

Jumlah Sirip (buah)

Gambar 9 Hubungan antara jumlah sirip dan
massa sekam yang terpakai

Dengan penambahan sirip waktu yang
dibutuhkan untuk mendidihkan air 50 liter
menjadi semakin lama. Semakin lama

Perlu dikaji ulang perlu atau tidaknya
penggunaan
sirip
dengan
memperhatikan penelitian yang telah
dilakukan.
Sebaiknya untuk mempermudah
pembuangan air setelah mendidih
menggunakan kran.
Sebelum
proses
pembakaran
dilakukan, kadar air sekam padi
diupayakan kurang dari 10 %.

DAFTAR PUSTAKA
Andriati, 2007. Pemanfaatan Sekam Padi dan
Abu Sekam Padi untuk Pembuatan Bata
Beton Berlubang. e- jurnal Balitbang PU.
Pusat litbang pemukiman. Bandung.
www.pu.go.id/balitbang (27 Agustus
2008)
Belonio, 2005. Rice Husk Gas Stove
Handbook. Appropriate Techonology
Center. Department of Agricultural
Engineering
and
Environmental
Management. College of Agriculture
Central Philippine University Iloilo City,
Philippines.

Irzaman, Alatas H, Darmasetiawan H, Yani A
dan Musiran, 2008. Development of
Cooking Stove from Waste (Rice Husk).
Institut Pertanian Bogor, Department of
Physics, FMIPA IPB, Kampus IPB
Dramaga.
United Nations Environment Programme,
2006. Peralatan Energi Panas: Tungku
dan Refraktori. Pedoman Efisiensi Energi
untuk
Industri.
www.energyefficiencyasia.org
(27
agustus 2008)
Warta
Penelitian
dan
Pengembangan
Pertanian, 2006. Giliran Sekam untuk
Bahan Bakar Alternatif.

LAMPIRAN

9

Peralatan yang digunakan

Gambar. Infrared thermometer

Gambar. Timbangan

Gambar. Stopwatch

ABSTRAK
HARTIP SIMORANGKIR. Kajian Efisiensi Energi Tungku Sekam Berdasarkan Jumlah,
Bentuk, dan Ukuran Sirip yang Dipasang. Dibimbing oleh IRZAMAN dan HANEDI
DARMASETIAWAN
Penggunaan sekam sebagai energi alternatif memiliki potensi yang tinggi untuk
dikembangkan di Indonesia. Salah satu pemakaian sekam sebagai energi alternatif adalah
dengan menggunakan tungku. Pada penelitian ini dilakukan variasi jumlah sirip yang
dipasang pada tungku sekam IPB dengan bentuk dan ukuran sirip yang sama. Telah
dilakukan variasi jumlah sirip yang dipasang yaitu: tanpa sirip, 1 sirip, 2 sirip, dan 4 sirip,
masing-masing 3 kali ulangan pembakaran untuk mendidihkan air 50 liter. Dari hasil
penelitian didapatkan efisiensi energi sebesar 19,92% untuk tungku tanpa sirip, 19,15%
untuk tungku 1 sirip, 18,66% untuk tungku 2 sirip, 16,13% untuk tungku 4 sirip. Semakin
besar jumlah sirip yang dipasang pada tungku menyebabkan semakin kecil nilai efisiensi
energi tungku yang didapat, karena dengan adanya sirip mengakibatkan pembakaran yang
terjadi pada kerucut terbalik menjadi kurang sempurna, udara yang seharusnya digunakan
untuk proses pembakaran yang terperangkap pada kerucut terbalik mengalir keluar secara
alamiah.
Kata kunci : sekam, tungku sekam, efisiensi tungku sekam, energi elternatif.

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Dalam
kehidupannya,
manusia
membutuhkan energi. Energi yang
digunakan dapat dibedakan menjadi dua
berdasarkan sumbernya, yaitu energi yang
dapat diperbaharui (renewable energy) dan
tidak dapat diperbaharui (unrenewable
energy).
Dalam perkembangannya kebutuhan
energi sangat besar, dan kebanyakan
sumber energi yang digunakan oleh
manusia pada zaman sekarang adalah
berasal dari sumber energi yang tidak
terbarukan, seperti minyak bumi, batu
bara, gas alam, dan lain-lain, Ketersedian
energi yang tidak terbarukan semakin lama
semakin
menipis
karena
terus
dimanfaatkan dalam jumlah yang besar
untuk memenuhi kebutuhan manusia.
Pemanfaatan energi alternatif adalah salah
satu langkah untuk mengatasi masalah
krisis energi.
Beberapa contoh energi terbarukan
yang dapat digunakan sebagai energi
alternatif adalah : energi surya, energi
angin , energi air, energi biomassa, energi
hidrogen, energi panas bumi, sel surya
dan energi gelombang lautan.
Pemanfaatan sekam padi sebagai
energi alternatif terbarukan mempunyai
potensi yang sangat tinggi untuk
diterapkan di Indonesia karena Indonesia
merupakan negara agraris (pertanian)
yang makanan pokoknya berasal dari padi
sehingga ketersedian sekam sangat
melimpah.
Menurut data BPS, Indonesia
mempunyai 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), yang merupakan jumlah yang
sangat besar.
Dalam penggunaan sekam sebagai
bahan bakar dibutuhkan media, yaitu
tungku untuk proses pembakaran sekam.
Sampai saat ini bentuk tungku sekam
sudah banyak berkembang, salah satunya

adalah tungku sekam IPB, yang
dikembangkan di Departemen Fisika IPB.
Peneliti menggunakan rancangan tungku
sekam IPB yang sudah ada dengan kajian
optimasi tungku sekam berdasarkan
jumlah, bentuk, dan ukuran sirip yang
dipasang.

Perumusan Masalah
Bagaimana mendapatkan tungku
sekam yang mempunyai nilai efisiensi
yang lebih tinggi?

Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk:
mempelajari hubungan antara jumlah sirip
dan nilai efisiensi tungku sekam, dengan
bentuk dan ukuran sirip yang dipasang
adalah sama.

Manfaat Penelitian
Dapat diterapkan langsung oleh
masyarakat dan menjadi referensi untuk
pengembangan tungku sekam pada masa
yang akan datang.

TINJAUAN PUSTAKA
Sekam Padi
Sekam padi adalah lapisan padi yang
meliputi kariopsis, terdiri dari dua belahan
(disebut lemma dan palea) yang saling
bertautan. Pada penggilingan padi akan
didapatkan beras, dedak, dan sekam atau
limbah
penggilingan.
Dari
proses
penggilingan padi biasanya diperoleh
sekam sekitar 20-30%, dedak antara 812% dan beras giling antara 50-63,5% dari
bobot awal gabah. Persentase ini berbedabeda untuk setiap varietas padi. (Andriati,
2007).
Ditinjau data komposisi kimiawi,
sekam mengandung beberapa unsur kimia
penting seperti dapat dilihat pada Tabel 1.
Dengan komposisi kandungan kimia
seperti tersebut pada Tabel 1, sekam dapat
dimanfaatkan untuk berbagai: sebagai
bahan baku pada industri kimia, bahan
baku pada industri bahan bangunan,
terutama kandungan silika, dan sumber

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Dalam
kehidupannya,
manusia
membutuhkan energi. Energi yang
digunakan dapat dibedakan menjadi dua
berdasarkan sumbernya, yaitu energi yang
dapat diperbaharui (renewable energy) dan
tidak dapat diperbaharui (unrenewable
energy).
Dalam perkembangannya kebutuhan
energi sangat besar, dan kebanyakan
sumber energi yang digunakan oleh
manusia pada zaman sekarang adalah
berasal dari sumber energi yang tidak
terbarukan, seperti minyak bumi, batu
bara, gas alam, dan lain-lain, Ketersedian
energi yang tidak terbarukan semakin lama
semakin
menipis
karena
terus
dimanfaatkan dalam jumlah yang besar
untuk memenuhi kebutuhan manusia.
Pemanfaatan energi alternatif adalah salah
satu langkah untuk mengatasi masalah
krisis energi.
Beberapa contoh energi terbarukan
yang dapat digunakan sebagai energi
alternatif adalah : energi surya, energi
angin , energi air, energi biomassa, energi
hidrogen, energi panas bumi, sel surya
dan energi gelombang lautan.
Pemanfaatan sekam padi sebagai
energi alternatif terbarukan mempunyai
potensi yang sangat tinggi untuk
diterapkan di Indonesia karena Indonesia
merupakan negara agraris (pertanian)
yang makanan pokoknya berasal dari padi
sehingga ketersedian sekam sangat
melimpah.
Menurut data BPS, Indonesia
mempunyai 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), yang merupakan jumlah yang
sangat besar.
Dalam penggunaan sekam sebagai
bahan bakar dibutuhkan media, yaitu
tungku untuk proses pembakaran sekam.
Sampai saat ini bentuk tungku sekam
sudah banyak berkembang, salah satunya

adalah tungku sekam IPB, yang
dikembangkan di Departemen Fisika IPB.
Peneliti menggunakan rancangan tungku
sekam IPB yang sudah ada dengan kajian
optimasi tungku sekam berdasarkan
jumlah, bentuk, dan ukuran sirip yang
dipasang.

Perumusan Masalah
Bagaimana mendapatkan tungku
sekam yang mempunyai nilai efisiensi
yang lebih tinggi?

Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk:
mempelajari hubungan antara jumlah sirip
dan nilai efisiensi tungku sekam, dengan
bentuk dan ukuran sirip yang dipasang
adalah sama.

Manfaat Penelitian
Dapat diterapkan langsung oleh
masyarakat dan menjadi referensi untuk
pengembangan tungku sekam pada masa
yang akan datang.

TINJAUAN PUSTAKA
Sekam Padi
Sekam padi adalah lapisan padi yang
meliputi kariopsis, terdiri dari dua belahan
(disebut lemma dan palea) yang saling
bertautan. Pada penggilingan padi akan
didapatkan beras, dedak, dan sekam atau
limbah
penggilingan.
Dari
proses
penggilingan padi biasanya diperoleh
sekam sekitar 20-30%, dedak antara 812% dan beras giling antara 50-63,5% dari
bobot awal gabah. Persentase ini berbedabeda untuk setiap varietas padi. (Andriati,
2007).
Ditinjau data komposisi kimiawi,
sekam mengandung beberapa unsur kimia
penting seperti dapat dilihat pada Tabel 1.
Dengan komposisi kandungan kimia
seperti tersebut pada Tabel 1, sekam dapat
dimanfaatkan untuk berbagai: sebagai
bahan baku pada industri kimia, bahan
baku pada industri bahan bangunan,
terutama kandungan silika, dan sumber

energi panas pada berbagai keperluan
manusia, kadar selulosa yang cukup tinggi
dapat memberikan pembakaran yang
merata dan stabil.
Tabel 1 Komposisi kimiawi sekam

No

Komponen

1
2
3
4
5
6

Kadar air
Protein kasar
Lemak
Serat kasar
Abu
Karbohidrat kasar

Kandungan
(%)
9,02
3,03
1,18
35,68
17,71
33,71

Sumber: (Suharno 1979)

Gambar 1 Sekam padi yang sudah siap
digunakan untuk pembakaran

sekam (United Nations Environment
Programme, 2006).
Di beberapa negara berbasis pertanian
seperti Indonesia, Thailand dan Filipina,
telah memaksimalkan penggunaan sekam
sebagai bahan bakar. Untuk dapat
menghasilkan nyala yang bersih dan
panas, tungku sekam harus dibuat
sedemikian rupa sehingga tercipta suatu
aliran udara secara alamiah yang
dibutuhkan untuk proses pembakaran.
Cara-cara yang digunakan untuk
menggunakan sekam padi sebagai bahan
bakar dapat dibagi dalam tiga golongan :
1. Dengan cara memadatkan arang
sekam, atau disebut dengan briket.
Sekamnya
terlebih
dahulu
diarangkan kemudian direkatkan
dengan tepung tapioka atau bahan
perekat yang lain.
2. Dengan menggunakan tungku
dengan
aliran udara secara
alamiah. Tungku ini biasanya
menggunakan sebuah pintu atau
kotak pemasukan bahan bakar,
tabung pembakaran, ventilasi
udara, dan cerobong.
3. Membarakannya secara langsung,
tanpa
menggunakan
media.
Biasanya ini digunakan pada
pembakaran batu bata.

Pada Gambar 1 dapat dilihat sekam
yang sudah siap digunakan untuk bahan
bakar, sekam yang digunakan harus
kering, mempunyai kadar air yang rendah
(kurang dari 10 %), karena sangat
berpengaruh dalam proses pembakaran
yang membutuhkan udara.

Sirip Tungku Sekam

Tungku sekam

Sistem perpindahan kalor dibagi
menjadi 3 jenis, yaitu konduksi, konveksi,
dan radiasi. Secara umum, ketiga jenis
tersebut dibedakan berdasarkan media
dalam upaya memindahkan kalor.
Konduksi adalah perpindahan kalor tanpa
disertai perpindahan partikel perantaranya.
Konveksi adalah perpindahan kalor
melalui medium dan disertai perpindahan
molekul penyusun material tersebut.
Radiasi adalah perpindahan kalor melalui

Sekam padi yang dibakar secara
langsung akan membara secara perlahan
dan menghasilkan asap. Oleh karena itu
dibutuhkan tungku untuk mengurangi
dampak tersebut. Tungku adalah sebuah
peralatan
yang
digunakan
untuk
memanaskan bahan serta mengubah
bentuknya, karena bahan bakar yang
digunakan berupa sekam maka tungku
untuk pembakaran sekam disebut tungku

Kata “sirip” dalam tulisan ini adalah
rongga udara yang dibentuk menggunakan
lempengan seng yang dipasang pada
bagian tungku.

Perpindahan kalor

medium
pancaran
elektromagnetik.

gelombang

BAHAN DAN METODE
Tempat dan waktu penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Bengkel
Las dan Bengkel Mekanik Departemen
Fisika FMIPA IPB. Penelitian ini
dilakukan mulai bulan Agustus 2009
sampai dengan Juli 2011.

Bahan dan alat
Bahan yang digunakan dalam
penelitian ini adalah sekam padi, air,
kardus bekas yang kering. Peralatan yang
digunakan adalah tungku sekam, palu,
gunting, Infrared thermometer, drum
besar, gunting kawat, meteran, timbangan,
ember, stop watch, korek api, dan
peralatan tulis.

(C) Isolator tungku
(D) Badan tungku
(E) Ventilasi udara
(F) Penampung arang sekam sementara
Dalam tungku sekam ada beberapa
model yang berbeda pada jumlah sirip
(terletak pada bagian A), yaitu tanpa
menggunakan sirip, satu buah sirip, dua
buah sirip, empat buah sirip, dan enam
buah sirip.
Pada Gambar 3 dapat dilihat sketsa
sirip yang akan di pasang pada tungku.
Ukuran sirip yang dipasang disesuaikan
dengan bagian tungku yang akan dipasangi
sirip.
Pada Gambar 4 dapat dilihat sirip
yang
sudah terpasang pada tungku
(tampak atas). Pemasangan sirip dirancang
sesederhana mungkin, dapat dengan
mudah dipasang dan dilepas, sehingga
pada saat melakukan variasi banyak sirip
tidak menjadi masalah.

Metode penelitian
Penelitian dilakukan dengan beberapa
tahap yaitu :
Pembuatan tungku sekam

Gambar 3 Sketsa sirip pada lempengan seng
yang sudah digunting

Gambar 2 Rancangan tungku sekam IPB
skala rumah tangga (Irzaman et al,
2008)

Keterangan :
(A) Wadah sekam dalam bentuk kerucut
terbalik
(B) Tabung yang dibuat berlubang-lubang
untuk memfokuskan api yang keluar

Gambar 4 Posisi sirip yang telah dipasang pada
kerucut terbalik tungku sekam

medium
pancaran
elektromagnetik.

gelombang

BAHAN DAN METODE
Tempat dan waktu penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Bengkel
Las dan Bengkel Mekanik Departemen
Fisika FMIPA IPB. Penelitian ini
dilakukan mulai bulan Agustus 2009
sampai dengan Juli 2011.

Bahan dan alat
Bahan yang digunakan dalam
penelitian ini adalah sekam padi, air,
kardus bekas yang kering. Peralatan yang
digunakan adalah tungku sekam, palu,
gunting, Infrared thermometer, drum
besar, gunting kawat, meteran, timbangan,
ember, stop watch, korek api, dan
peralatan tulis.

(C) Isolator tungku
(D) Badan tungku
(E) Ventilasi udara
(F) Penampung arang sekam sementara
Dalam tungku sekam ada beberapa
model yang berbeda pada jumlah sirip
(terletak pada bagian A), yaitu tanpa
menggunakan sirip, satu buah sirip, dua
buah sirip, empat buah sirip, dan enam
buah sirip.
Pada Gambar 3 dapat dilihat sketsa
sirip yang akan di pasang pada tungku.
Ukuran sirip yang dipasang disesuaikan
dengan bagian tungku yang akan dipasangi
sirip.
Pada Gambar 4 dapat dilihat sirip
yang
sudah terpasang pada tungku
(tampak atas). Pemasangan sirip dirancang
sesederhana mungkin, dapat dengan
mudah dipasang dan dilepas, sehingga
pada saat melakukan variasi banyak sirip
tidak menjadi masalah.

Metode penelitian
Penelitian dilakukan dengan beberapa
tahap yaitu :
Pembuatan tungku sekam

Gambar 3 Sketsa sirip pada lempengan seng
yang sudah digunting

Gambar 2 Rancangan tungku sekam IPB
skala rumah tangga (Irzaman et al,
2008)

Keterangan :
(A) Wadah sekam dalam bentuk kerucut
terbalik
(B) Tabung yang dibuat berlubang-lubang
untuk memfokuskan api yang keluar

Gambar 4 Posisi sirip yang telah dipasang pada
kerucut terbalik tungku sekam

Rancangan wadah air
Wadah air yang digunakan adalah
drum dengan menggunakan pipa aliran
udara di bagian tengah drum. Pada
penelitian sebelumnya didapatkan bahwa
penggunaan drum dengan menggunakan
pipa aliran udara di bagian tengah lebih
efisien dibandingkan dengan drum yang
tidak menggunakan pipa aliran udara
seperti terlihat pada Gambar 5.
Untuk volum air yang dididihkan
sebesar 50 liter, dengan asumsi volum ini
sudah sebanding atau sesuai dengan volum
wadah air dan
dapat mewakili
pengambilan data.

Pada Gambar 6 dapat dilihat pada
dasar drum terdapat sebuah lubang saluran
air yang berfungsi sebagai saluran
pembuangan air setelah air mendidih.
Pengukuran lama pendidihan air
Pengukuran lama pendidihan air
dilakukan dengan mendidihkan air
sebanyak 50 liter dengan tiga kali
pengulangan untuk setiap variasi jumlah
sirip yang dipasang pada tungku sekam.
Pada tahap ini juga dilakukan pengukuran
suhu bagian-bagian tungku sekam, yaitu:
badan tungku sekam, penampung sekam
sementara, kerucut terbalik, isolator
tungku, dan silinder pusat tungku.
Penghitungan efisiensi tungku sekam
Dalam penghitungan efisiensi tungku
sekam dapat dihitung jumlah energi yang
dibutuhkan untuk mendidihkan air 50 liter
dengan wadah drum, menggunakan
persamaan sebagai berikut:

Qt 

Gambar 5 Drum sebagai wadah air, dengan
menggunakan pipa aliran udara
ditengahnya

maCa Ta md Cd Td
................(1)

t
t

Keterangan :
: laju energi yang dibutuhkan untuk
mendidihkan
air
dan
drum
(kcal/jam)
: massa air (kg)
: massa drum (kg)
: kalor jenis air (kcal/kg o C)
: kalor jenis drum (kcal/kg o C)
: perubahan suhu air yang dididihkan
(o C)
: perubahan suhu wadah drum
(o C)
t
: waktu untuk mendidihkan air (jam)
Laju konsumsi energi bahan bakar
dapat dihitung menggunakan persamaan
berikut, (Belonio1985):

FCR 

Qt
.........................(2)
HVF  g

Keterangan :
Gambar 6 Saluran pengeluaran air setelah
mendidih

FCR : Fuel consumption rate, bahan
bakar yang dibutuhkan (kg/jam

HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil
Telah dilakukan variasi jumlah sirip
yang dipasang pada tungku sekam IPB
skala industri yaitu: tanpa sirip, 1 sirip, 2
sirip, dan 4 sirip. Bentuk dan ukuran sirip
yang dipasang adalah sama. Untuk setiap
variasi dilakukan 3 kali ulangan. Untuk
mengukur efisienesi setiap tungku sekam,
dilakukan dengan mendidihkan air 50 liter
menggunakan wadah drum dengan pipa
aliran udara pada bagian tengah drum.
Dari hasil penelitian didapatkan
efisiensi energi sebesar 19,92% untuk
tungku tanpa sirip, 19,15% untuk tungku 1
sirip, 18,66% untuk tungku 2 sirip,
16,13% untuk tungku 4 sirip. Data
lengkapnya seperti terlihat pada Tabel 2,
bahwa semakin banyak jumlah sirip
tungku sekam maka nilai efisiensi tungku
sekam semakin kecil, dan sebaliknya
semakin sedikit jumlah sirip yang
dipasang pada tungku sekam, maka nilai
efisiensi tungku sekam semakin besar.

Pembahasan
Hubungan antara jumlah sirip dengan
efisiensi tungku
Pada Gambar 7 dapat dilihat
hubungan antar jumlah sirip dengan nilai
efisiensi tungku sekam.
Didapatkan
efisiensi paling tinggi untuk tungku tanpa
menggunakan sirip dan yang paling rendah
adalah tungku dengan 4 buah sirip.
Terlihat hubungan berbanding terbalik
antara jumlah sirip yang dipasang dan
efisiensi energi tungku. Dan untuk
memastikan juga, penulis melakukan
percobaan dengan pemasangan 6 sirip, dan
efisiensi yang didapat adalah 13,33%,
(semakin kecil juga)

Hal ini berhubungan dengan sistem
pembakaran yang terjadi dalam tungku
sekam setelah diberikan perubahan jumlah
sirip. Pembakaran membutuhkan udara,
sehingga terdapat hubungan antara jumlah
aliran udara dan jumlah sirip yang
dipasang. Dengan penambahan jumlah
sirip akan menyebabkan:
1. Volume sekam yang tertampung dalam
kerucut terbalik berkurang dengan
adanya penambahan sirip, sehingga
suplay sekam untuk pembakaran
menjadi berkurang.
2. Dengan adanya penambahan sirip,
akan menyebabkan turunnya sekam ke
dasar kerucut terbalik semakin
melambat, karena terjadi gesekan
antara sekam yang terdapat pada
kerucut terbalik dengan sisi sirip yang
dipasang.
3. Dengan
penambahan
sirip,
pembakaran yang dihasilkan semakin
kurang sempurna. Terlihat dari asap
yang
semakin
banyak
saat
pembakaran, udara yang terdapat
dalam dasar kerucut terbalik yang
seharusnya
digunakan
pada
pembakaran menjadi terbuang keluar
melalui sirip yang dipasang.

Ulangan 1
Efisiensi tungku sekam (%)

: laju energi yang dibutuhkan untuk
mendidihkan air (kcal/jam)
HVF : Heat value fuel, energi yang
terkandung dalam sekam (kcal/kg)
ξg
: Efisiensi tungku sekam (%)

Ulangan 2

Ulangan 3

25,00%
20,00%
15,00%
10,00%
5,00%
0,00%
0

1

2

4

Jumlah sirip (buah)

Gambar 7 Hubungan antara jumlah sirip dan
nilai efisiensi tungku sekam

Hubungan antara jumlah sirip dan
waktu pembakaran.
Hubungan yang terjadi antara jumlah
sirip yang dipasang dan efisiensi energi

Tabel 2. Data hasil mendidihkan air 50 liter menggunakan tungku sekam dengan variasi jumlah sirip
Sirip
0

1

2

4

Ulangan
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3

Waktu
(jam)
1,03
1,06
1,00
1,08
1,25
1,20
0,89
1,03
1,30
1,73
1,65
1,80

Sekam
awal (kg)
14,00
8,30
13,20
8,80
10,50
9,00
9,50
9,50
11,20
12,00
12,00
11,80

Sekam sisa
(kg)
5,25
0,00
4,00
0,50
2,10
0,55
1,50
0,50
2,30
1,55
1,55
2,30

Arang
(kg)
2,40
2,40
3,00
2,00
2,15
1,80
1,95
2,20
2,00
2,50
3,10
2,00

Terpakai (kg)
6,35
5,90
6,20
6,30
6,25
6,65
6,05
6,80
6,90
7,95
7,35
7,50

FCR : Fuel consumption rate, bahan bakar yang dibutuhkan (kg/jam)
, massa air = 50 kg
, massa drum = 22 kg
, kalor jenis air = 1 kcal/kg o C
, kalor jenis drum = 0,11 kcal/kg o C

Q Drum
(kcal/jam)
162,12
162,09
174,24
161,33
135,52
147,22
190,34
166,82
135,89
102,12
102,67
96,80

Q Air
(kcal/jam)
3398,06
3301,89
3500,00
3240,74
2800,00
2916,67
3932,58
3398,06
2692,31
2023,12
2121,21
1944,44

Q Total
(kcal/jam)
3560,17
3463,98
3674,24
3402,07
2935,52
3063,88
4122,92
3564,87
2828,20
2125,24
2223,88
2041,24

Efisiensi
(%)
19,25%
20,74%
19,75%
19,44%
19,57%
18,43%
20,22%
18,00%
17,76%
15,42%
16,64%
16,33%

Rata-rata
(%)
19,92%

19,15%

18,66%

16,13%

tungku sekam adalah berbanding lurus
seperti terlihat pada Gambar 8. Semakin
besar jumlah sirip yang dipasang maka
semakin lama waktu pembakaran yang
dibutuhkan untuk mendidihkan air 50 liter.
Hal ini berhubungan dengan volume
sekam dan kecepatan turunnya sekam
secara alamiah ke dasar kerucut terbalik
semakin kecil dengan penambahan sirip,
sehingga waktu yang dibutuhkan juga
semakin lama.

Waktu Pembakaram

Ulangan 1

Ulangan 2

Ulangan 3

2,00

waktu pembakaran akan menyebabkan
jumlah sekam yang terpakai semakin besar
juga.
Dengan penambahan sirip, kualitas
pembakaran semakin berkurang karena
terjadi proses heat lost melalui sirip, udara
yang terperangkap dalam dasar kerucut
terbalik bocor keluar melalui sirip. Hal ini
disebabkan karena secara alamiah udara
bergerak dari suhu yang lebih tinggi ke
suhu yang lebih rendah dan pada
penelitian ini tidak dilakukan force
convection supaya udara dari luar masuk
ke dalam tungku, aliran udara pada proses
pembakaran terjadi secara alamiah.

1,50

KESIMPULAN DAN SARAN

1,00

Kesimpulan

0,50
0,00
0

1

2

4

Jumlah Sirip (buah)

Gambar 8 Hubungan antara jumlah sirip dan
waktu pembakaran

Hubungan antara jumlah sirip dan
massa sekam yang terpakai.
Hubungan antara jumlah sirip dan
efisiensi energi tungku sekam berbanding
lurus, seperti terlihat pada Gambar 9. Hal
ini
berhubungan
dengan
waktu
pembakaran dan kualitas pembakaran
sekam yang terjadi.

Sekam Terpakai (kg)

Ulangan 1

Ulangan 2

Dari hasil penelitian didapatkan
hubungan antara jumlah sirip tungku
sekam dan nilai efisiensi tungku sekam,
hubungan antara keduanya adalah
berbanding terbalik, semakin banyak
jumlah sirip yang dipasang maka semakin
kecil nilai efisiensi tungku sekam dan
sebaliknya.
Dari hasil penelitian didapatkan
efisiensi energi sebesar 19,92% untuk
tungku tanpa sirip, 19,15% untuk tungku
1 sirip, 18,66% untuk tungku 2 sirip,
16,13% untuk tungku 4 sirip.

Saran
1.

Ulangan 3

10,00
8,00

2.

6,00

4,00
2,00

3.

0,00
0

1

2

4

Jumlah Sirip (buah)

Gambar 9 Hubungan antara jumlah sirip da