Peningkatan Kualitas Pembakaran Tungku Briket Batu Bara Yang Ramah Lingkungan Untuk Aplikasi di Rumah Tangga
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Menurut mantan Sekjen OPEC, Subroto, seperti dikutip majalah Energi edisi Agustus
2000, dalam 18 tahun ke depan Indonesia tidak dapat dikatakan lagi sebagai negara
produsen minyak bila tidak ditemukan cadangan baru. Sebab dengan cadangan
terbukti saat ini sebesar 9,85 milyar barrel dan produksi 1,5 juta barrel per hari (bph),
hanya mampu bertahan untuk 18 tahun ke depan.
Batubara adalah jawaban untuk alternatif energi masa depan Indonesia. Menurut Theo
Matasak, dosen Teknik Geologi Institut Teknologi Bandung, sumber daya alam
terbesar yang terkandung di seantero bumi Nusantara adalah batu bara. Diperkirakan
terdapat sumber daya batu bara sebanyak 36 milyar ton lebih. Penyebaran bahan baku
dari fosil tumbuhan yang membatu sejak 30 juta tahun lalu ini hampir merata di
Tanah Air. Diantaranya yang menjadi pulau utama adalah Sumatera dan Kalimantan,
sedangkan di Sulawesi, Jawa, dan Irian Jaya juga ada, walau tidak banyak. Oleh
karena itulah maka Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral (DESDM) melalui
”Blueprint Pengelolaan Energi Nasional 2005-2025”, telah menata kembali energymix nasional dengan menempatkan batu bara sebagai salah satu sumber energi
andalan. Jika peran batubara hanya 14% pada tahun 2005, maka akan dinaikkan
menjadi 33% pada tahun 2025. Sebaliknya, peran BBM diturunkan dari 54% (2005)
menjadi 33% (2025). Namun saat ini baru sekitar 40% dari kemampuan produksi
nasional (setara 28 juta ton pertahun) yang dimanfaatkan untuk keperluan pembangkit
listrik sedangkan untuk bahan bakar primer, persentasi penggunaan batubara lebih
kecil lagi, yakni sekitar 32 juta ton pertahun, atau 15% dari total energy-mix nasional.
Salah satu produk batu bara yang banyak digunakan di Indonesia adalah briket batu
bara. Pengenalan briket batu bara di Indonesia sudah sejak tahun 1993. Namun karena
waktu itu harga minyak tanah,sebagai kompetitor briket batu bara , masih rendah
karena disubsidi, maka pemakaian briket batu bara kurang mendapatkan respon. Kini,
seiring dengan harga minyak tanah yang mahal, maka ide penggunaan briket batu
bara di tanah air muncul kembali. Bahkan pemerintah telah merencanakan untuk
membuat 10 juta tungku briket batubara guna membantu masyarakat miskin yang
1
tidak mampu membeli minyak tanah. Namun hal ini masih juga kurang mendapatkan
respon masyarakat, karena briket batu bara masih mengandung beberapa kelemahan
antara lain adanya polusi udara terutama bau dan asap, di samping perlu waktu
(5-10 menit, tergantung kualitas briket batu bara) untuk menyulutnya, setelah
menyala pun besar api agak sulit diatur
Cara mengatasi hal tersebut salah satunya adalah dengan mengatur dan membuat
sistem pembakar sedemikian hingga menghasilkan pembakaran yang sempurna.
Pembakaran yang sempurna, selain mengurangi emisi secara signifikan, juga
akan membuat kinerja dan efesiensi penggunaan energi menjadi optimal.
1.2. Perumusan Masalah
Dari pemaparan diatas, maka dapat dirumuskan beberapa pertanyaan mendasar yang
akan dipecahkan dalam penelitian ini, yaitu
a. bagaimanakah pengaruh perubahan desain tungku briket batu bara terhadap
karaktersitik pembakaran briket batu bara ?
b. bagaimanakah pengaruh perubahan desain tungku briket batu bara terhadap
tingkat polusi pembakaran briket batu bara yang terjadi ?
c. bagaimanakah desain tungku yang tepat untuk aplikasi di rumah tangga ?
2
DAFTAR PUSTAKA
Amorino,Carlo.,
Madeddu,Alessandra.,
Raggio,Gianni.,
Cau,Giorgio.,
Zotter,Thomas., 2002, Demonstration Plant of Co-combustion of Coal
and on Site Pre-treted Waste in a Fluidized Bed for Electricity
Production, CCT 2002
Biagini,E., Tognotti,L., Mallogni,S., Pasini,S., 2002, Co-Combustion of Coal
and Tire Residue in A Pilot Plant : A Simplied Modeling approach For
Scale-Up Predictions of Char Oxidation, Combust.Sci. and Tech, 174
(11&12) pp. 129-150
Boavida,D., Abelha,P., Gulyurthu,I., Cabrita,I., 2002, Co-combustion of Coal
and Non Recyclable Paper and Plastic Waste in a Fluidized Bed
Reactor, ICCT, Sardinia, Italy, 21st Oct
Borman, Gary L., Ragland, Kenneth W., 1986, Applied Combustion, Dept. of
Mechanical Engineering Univ of Wisconsin Madison.
Campbell, P. E., 2005. Advanced Combustion and Gasification of Fuel Blends,
Northern Ireland Centre for Energy Research and Technology
Fletcher,Thomas H., 1993, Swelling Properties of Coal Chars During Rapid
Pyrolisis and Combustion, Fuel, Vol. 72 Number 11, pp. 1485-1495
Gale, Thomas K., Bartholomew, Calvin H., Fletcher,Thomas H., 1995, Decreases
in
The
Swellings
and
Porosity
of
Bituminus
Coals
During
Devolatilization at High Heating Rate, Combustion and Flame 100 : 94-
100
Hase, K., Kori, Y., Ohgi, K., 1991, Effect of The Air/Fuel Ratio Fluctuation on
The Formation of Nitogren Oxides, Procedings of the First International
Conference, Vilamoura, Portugal, September 3-5, 1991
Herbawamurti, T. E., 2005. Pemanfaatan Energi Batubara, B2TE Badan
Pengkajian dan Penerapan Teknologi, Departemen Pendidikan Nasional,
Jakarta
Ito, Kenichi., Balingcongan, Romeo M., Fujita, Osamu., 1991, Flameless
Combustion of Premixed Gas Within Porous Radiant Burners using a
Ceramic Fiber Mat as Burner Material, Procedings of the First
International Conference, Vilamoura, Portugal, September 3-5, 1991
45
Ismail, S., 1992. Beberapa Alternatif Pemanfaatan Batubara Indonesia Sebagai
Usaha Diversifikasi Sumber Energi Primer, Loka Karya Energi.
Pertamina-Komite Nasional Indonesia-World Energy Council, Jakarta
Kerampran, S., Desbordes, D., Veyssiere B., 2000, Study of The Mechanisms of
Flame Acceleration in a Tube of Constant Cross Section, Combust. Sci
and Tech, Vol. 158, pp. 71-91
Niode, N., 1988. Pembuatan dan Pemanfaatan Briket dari Batubara Kalimantan,
Hasil-hasil Loka Karya Energi 9-10 Agustus 1988, Pertamina-Komite
Nasional Indonesia-World Energy Council, Jakarta
Prasetyo, Totok.., Effendy, Marwan., 2003, Formulasi Tinggi Nyala Bahan Bakar
LPG Di Daerah Stabilitas Nyala, Jurnal Teknik Gelagar, Vol. 14 No. 01,
hal. 73-79
Rahardjo, B. S., 1999. Kajian Pembuatan Kokas Briket Batubara Ombilin dengan
Proses Karbonasi Tak Langsung pada Suhu Rendah untuk Peleburan
Besi Skala Industri Kecil, Jurnal Sains dan Teknologi Indonesia. Deputi
Bidang Teknologi Pengembangan Sumber Daya Alam, BPPT, Jakarta
Santoso, B.., Himawanto, D.A., 2006, Pengaruh Penambahan Plastik Terhadap
Karakteristik Pembakaran Briket Sampah Kota, Gema Teknik, Vol.
I/Tahun IX Maret 2006, hal. 7-13
Soedjoko, T.S., dan Susilo, W., 1988. Briket Batubara untuk keperluan Industri
Kecil, Hasil-hasil Loka Karya Energi 9-10 Agustus 1988, Pertamina-
Komite Nasional Indonesia-World Energy Council, Jakarta.
Stevanovic,A., Mehta,S., Walther,D.C., Pello,Fernandes,A.C., 2002, The effect
of
Fiberglass
concentration
on
The
Piloted
Ignition
of
Polypropylene/fibreglass Composite, Combust.Sci. and Tech, 174
(11&12) pp. 171-186
Sudarno, 2005, Pengaruh baris Sirip Pada Reflektor Radiasi Panas Terhadap
peningkatan Efisiensi Kompor Minyak Tanah Bersumbu, Seminar
Nasiona T. Elektro UMY, Juli 2005
Sudrajat,R., 2004, The Potential of Biomass Energy Resouces in Indonesia for the
Possible Development of Clean Technology Process (CTP), Proceeding
of The International Workshop on Biomass & Clean Fossil fuel Power
Plant Technology 2004, Jakarta, pp. II-1 –II-24
46
Supriyanto, H., 1994. Pemanfaatan Briket Batubara untuk Rumah Tangga dan
Industri Kecil bersih lingkungan, Loka Karya Energi 25 -27 Oktober
1994, Pertamina-Komite Nasional Indonesia-World Energy Council,
Jakarta
Sumaryono., Basyuri, Y., 1991. Teknik Penggunaan Batubara sebagai Bahan
Bakar dalam Industri Kecil, Loka Karya Energi 3-5 September 1991,
Pertamina-Komite Nasional Indonesia-World Energy Council, Jakarta
Sumaryono, 1995, Proses Pembuatan Biocoal dan Rancangan Tungku
Pembakarannya, Puslitbang Teknologi Mineral, Balai Besar Industri
Keramik
Werther,J.,Saenger,M.,Hartge,E-U.,Ogada,T.,Siagi,Z.,2000,Combustion
of
Agricultural Residues, Progress in Energy and Combustion Science
26,pp.1-27
Winter, F., at al, 1997. Temperatur in a Fuel Particle Burning in a Fluidized Bed,
The Effect of Drying, Devolatilization and Char Combustion,
Combustion and Flame, 108, 302-314.
47
REKAYASA
LAPORAN AKHIR
PENELITIAN HIBAH BERSAING
Peningkatan Kualitas Pembakaran
Tungku Briket Batu Bara Yang Ramah Lingkungan
Untuk Aplikasi di Rumah Tangga
Oleh :
Ir. Subroto, MT.
Patna Partono, ST., MT.
Ir. Jatmiko, MT.
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Oktober 2010
Dibiayai oleh Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi, Departemen Pendidikan
Nasional
Sesuai dengan Surat Perjanjian Pelaksanaan Hibah Penelitian
Nomor Kontrak : 316/SP2H/PP/DP2M/IV/2010, Tertanggal 12 April 2010
i
RINGKASAN
Munculnya penelitian ini ditujukan untuk menemukan desain tingku briket batu bara
yang lebih efisien dan lebih bersih. Efisien dari sisi karakterisasi pembakaran berarti
memiliki efisiensi pembakaran yang tinggi sedangkan lebih bersih berarti polusi yang
ditimbulkan lebih rendah bila dibandingkan dengan tungku briket batu bara yang telah
ada.
Penelitian ini diawali dengan melihat tingkat efisiensi pembakaran dan
tingkat polusi udara yang ditimbulkan dari pembakaran briket batu bara dengan
menggunakan tungku yang sekarang ada di pasaran, kemudian akan diteliti mengenai
pengaruh jenis bahan pembuat tungku terhadap efisiensi pembakarannya, variasi
bahan tungku yang digunakan adalah keramik, pasir cetak, batu tahan api dan
glasswool, modifikasi desain lainnya adalah efek Air Fuel Ratio, efek penambahan
swirl, efek penambahan tutup tungku, efek susunan lobang pembagi udara primer
pada dasar tungku, efek penambahan reflektor panas. Setelah modifikasi desain
terbaik ditemukan, Sehingga output di tahun I adalah desain tungku dan jenis bahan
tungku briket batu bara terbaik. Selanjutnya pada tahun kedua, penelitian akan
dilanjutkan dengan melihat efek penggunaan kembali gas hasil pembakaran untuk
memanaskan udara masukan, modifikasi jumlah dan susunan lobang masukan udara
pada dinding bagian dalam tungku serta penambahan distributor udara pada bagian
tengah tungku, untuk selanjutnya setelah ditemukan desain terbaik dilakukan uji
performa pembakaran menggunakan water boiling test.
Hasil penelitian secara keseluruhan menunjukkan bahwa penggunaan gas
buang untuk pemanasa udara masuk dengan menggunakan saluran udara spiral dan
dengan penambahan blower merupakan desain yang memberikan efek kenaikan
temperatur hasil pembakaran tungku yang paling tinggi dan emisi CO yang paling
rendah yaitu menghasuilkan temperatur maksimal 831 oC dengan kadar CO
maksimal sebesar 10 ppm serta mampu mendidihkan air dalam waktu 8,57 menit
iii
SUMMARY
The main objective of this research is to find the best coal briquette stove design in
order to make the efficient and clean coal briquette stove.
The
1st years research is begin with to investigated the effect of stove
material/isolator variations (i.e. casting sand, ceramics, fire bricks and glass wool),
increasing air speed variations, swirl shape variations, heat reflector variations, air
distributor hole arrangement variations and stove top closing variations to the coal
briquette stove combustion and CO pollution characteristics. The 2nd research year
focused on study the effect of recirculating flue gas to warm intake air, the effect of
inner cylinder air hole and the effect of air distribotor to the coal stove combustion
performance.
The results of overall study showed that the effect of recirculating flue gas to warm
intake air have the biggest influence to the stove characteristics, trhe research showed
that the conical pipe air intake give the higher combustion temperature and the lower
CO emission, i.e 831 oC and 10 ppm.
iv
PRAKATA
Puji syukur tim peneliti haturkan kehadirat Allah SWT, karena hanya karena
bimbingan Nya lah maka penelitian ini dapat terlaksana dengan baik.
Penelitian dengan judul “Peningkatan Kualitas Pembakaran Tungku Briket Batu
Bara yang Ramah Lingkungan Untuk Aplikasi di Rumah Tangga” ini mengupas
mengenai upaya mencari desain tungku briket batubara yang lebih efisien dan lebih
bersih guna aplikasi dalam rumah tangga.
Tim Peneliti mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada DP2M Ditjen Dikti
Depdiknas atas dibiayainya program penelitian ini melalui Program Penelitian Hibah
Bersaing Tahun Anggaran 2009-2010, Tim Peneliti juga mengucapkan terima kasih
sebesar-besarnya kepada semua pihak terkait atas segala dukungannya demi
terselenggaranya penelitian ini.
Akhir kata, peneliti menyadari bahwa penelitian ini belum sempurna, sehingga
peneliti mengharapkan sumbang saran yang konstruktif demi semakin sempurnanya
penelitian ini.
Surakarta, Oktober 2010
Tim Peneliti
v
DAFTAR ISI
Halaman Pengesahan ………………………………………………
Ringkasan dan Summary……………………………………………..
Summary
Prakata ……………………………………………………………….
Daftar Isi………………………………………………………………
Daftar Gambar………………………………………………………..
Daftar Lampiran………………………………………………………
Bab I. Pendahuluan
1.1. Latar Belakang……………………………………………..
1.2. Perumusan Masalah………………………………………..
Bab II. Dasar Teori
2.1. Landasan Teori …………………………………………..
2.2. Tinjuan Pustaka ……………………………………………
Bab III. Tujuan dan Manfaat Penelitian
3.1. Tujuan Khusus......................................................................
3.2. Manfaat penelitian ................................................................
Bab IV. Metode Penelitian
4.1. Bahan Penelitian...................................................................
4.2. Peralatan Penelitian ............................................................
4.3. Metode Penelitian ................................................................
Bab V. Hasil dan Pembahasan
5.1. Efek Variasi Distributor Udara Terhadap Karakteristik
Tungku Batubara..................................................................
5.2. Efek Variasi Susunan Lobang Pada Dinding Dalam
Terhadap Karakteristik Tungku Batubara............................
5.3. Efek Variasi Intake Udara Terhadap Karakteristik Tungku
Batubara.................................................................................
5.4. Water Boiling Testing Beberapa Tungku Batubara Hasil
Penelitian ...............................................................................
Bab. VI. Kesimpulan
6.1. Kesimpulan...........................................................................
Daftar Pustaka
Lampiran
vi
Halaman
i
ii
iii
iv
v
vi
viii
1
1
2
3
3
13
19
19
19
20
20
20
25
30
30
33
36
42
44
44
45
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 4.1.
Gambar 4.2
Gambar 4.3
Gambar 4.4
Gambar 4.5
Gambar 4.6
Gambar 4.7
Gambar 4.8
Gambar 4.9
Gambar 4.10
Gambar 4.11
Gambar 4.12
Gambar 4.14
Gambar 4.15
Gambar 5.1
Gambar 5.2
Gambar 5.3
Gambar 5.4
Gambar 5.5
Gambar 5.6
Gambar 5.7
Gambar 5.8
Gambar 5.9
Gambar 5.10
Gambar 5.11
Gambar 5.12
Gambar 5.13
Gambar 5.14
Gambar 5.15
Gambar 5.16
Briket Batubara.................................................................
Tungku Briket Batubara ……………………….............
Anemometer Digital ………………………….....……..
Thermocouple dan Thermocouple Reader........................
CO meter..........................................................................
Timbangan Digital ………………..................................
Hygrometer ………….......................................................
Thermometer digital…………….......................................
Stopwatch ……….............................................................
Blower ……………….......................................................
Skema Pengambilan Data Untuk Modifikasi
Penambahan Saluran Udara Masuk..................................
Skema Pengambilan Data Untuk Modifikasi
Penambahan Distributor Udara ..... ....………………….
Skema Pengambilan Data Untuk Modifikasi Jumlah dan
Arah Lobang Udara Pada Dinding Dalam ....………….
Variasi Arah Lobang Udara Pada Dinding Dalam
Tungku ............................................................................
Distributor Udara .............................................................
Hubungan Temperatur (T1) dengan Waktu pada Tungku
Briket Batubara Standar dan Variasi................................
Hubungan Temperatur (T2) dengan Waktu pada Tungku
Briket Batubara Standar dan Variasi................................
Hubungan Temperatur (T3) dengan Waktu pada Tungku
Briket Batubara Standar dan Variasi................................
Hubungan CO dengan Waktu pada Tungku Briket
Batubara Standar dan Variasi............................................
Perbandingan Temperatur (T1) dengan waktu .................
Perbandingan Temperatur (T2) dengan waktu .................
Perbandingan Temperatur (T3) dengan waktu .................
Perbandingan CO (Carbon Monoxide) dengan waktu ......
Tungku Intake Udara Dengan Pipa Lurus ........................
Hubungan antara temperatur T1 tanpa blower dan tungku
standar terhadap waktu .....................................................
Hubungan antara temperatur T2 tanpa blower, dengan
blower dan tungku standar terhadap waktu......................
Hubungan antara temperatur T3 tanpa blower, dengan
blower dan tungku standar terhadap waktu......................
Hubungan antara gas CO (carbon monoxide) tanpa
blower, dengan blower dan tungku standar terhadap
waktu..................................................................................
Tungku pipa spiral ............................................................
Hubungan antara temperatur (T1) pada tungku standar,
tungku penambahan saluran udara tanpa menggunakan
blower dan menggunakan blower terhadap waktu ..........
vii
20
20
21
21
22
22
23
23
24
24
27
28
28
29
30
30
31
31
32
33
34
34
34
36
36
37
37
38
39
40
Gambar 5.17
Gambar 5.18
Gambar 5.19
Gambar 5.20
Hubungan antara temperatur (T2) pada tungku standar,
tungku penambahan saluran udara tanpa menggunakan
blower dan menggunakan blower terhadap waktu ..........
Hubungan antara temperatur (T3) pada tungku standar,
tungku penambahan saluran udara tanpa menggunakan
blower dan menggunakan blower terhadap waktu ..........
Hubungan antara gas CO (carbon monoxide) tanpa
blower dan dengan blower terhadap waktu .....................
Water Boiling Testing Beberapa Tungku Yang Diteliti....
viii
40
41
41
43
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1
Riwayat Hidup Peneliti
ix
RINGKASAN
Peningkatan Kualitas Pembakaran Tungku Briket Batu Bara yang Ramah Lingkungan
Untuk Aplikasi di Rumah Tangga
Subroto, Patna Partono, Jatmiko
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Munculnya penelitian ini ditujukan untuk menemukan desain tingku briket batu bara yang lebih
efisien dan lebih bersih. Efisien dari sisi karakterisasi pembakaran berarti memiliki efisiensi
pembakaran yang tinggi sedangkan lebih bersih berarti polusi yang ditimbulkan lebih rendah bila
dibandingkan dengan tungku briket batu bara yang telah ada.
Penelitian ini diawali dengan melihat tingkat efisiensi pembakaran dan tingkat polusi udara yang
ditimbulkan dari pembakaran briket batu bara dengan menggunakan tungku yang sekarang ada di
pasaran, kemudian akan diteliti mengenai pengaruh jenis bahan pembuat tungku terhadap
efisiensi pembakarannya, variasi bahan tungku yang digunakan adalah keramik, pasir cetak, batu
tahan api dan glasswool, modifikasi desain lainnya adalah efek Air Fuel Ratio, efek penambahan
swirl, efek penambahan tutup tungku, efek susunan lobang pembagi udara primer pada dasar
tungku, efek penambahan reflektor panas. Sehingga output di tahun I adalah desain tungku dan
jenis bahan tungku briket batu bara terbaik.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan kecepatan udara pembakaran berpengaruh
terhadap temperatur pembakaran. Kecepatan udara yang semakin besar maka temperatur
pembakaran juga akan meningkat sedangkan penambahan pengganggu aliran udara primer
memberikan dampak yang kurang signifikan terhadap temperature pembakaran yang dihasilkan.
Penambahan reflektor bentuk silinder sudut 45°, 60° dan 90°
ternyata dapat menurunkan dan
meningkatkan temperatur pada tungku briket batubara. Sedangkan variasi susunan lobang dasar
tungku zig-zag menghasilkan kenaikan temperatur tertinggi jika dibandingkan dengan variasi
susunan persegi dan melingkar karena variasi susunan zig-zag aliran udaranya lebih merata.
Untuk susunan persegi 703 oC pada menit ke- 42, susunan zig-zag 717 oC pada menit ke- 22 dan
susunan melingkar 700 oC pada menit ke- 54 Temperatur yang tertinggi dihasilkan pada susunan
zig-zag dan sementara gas buang CO yang terendah dihasilkan pada susunan persegi.
Penambahan tutup pada tungku briket batubara berpengaruh pada menurunkan karbon
monoksida hasil pembakaran. Sementara jenis bahan/isolator yang mampu menghasilkan
temperatur tertinggi adalah keramik yang mampu menghasilkan temperature hasil
pembakaran berkisar 900 0C.
Sehingga desain tungku briket batubara yang diprediksikan menghasilkan efisiensi
pembakaran yang terbaik dari hasil penelitian tahun I adalah tungku briket batubara
berbahan/berisolator keramik dengan penambahan blower berkecepatan 4, m/s dan
mempunyai lobang pembagi udara primer zig-zag
dilengkapi dengan pengarah udara
berbentuk segi empat dngan reflektor silinder 90 0.
Sementara hasil penelitian secara keseluruhan menunjukkan bahwa penggunaan gas
buang untuk pemanasan udara masuk dengan menggunakan saluran udara spiral dan dengan
penambahan blower merupakan desain yang memberikan efek kenaikan temperatur hasil
pembakaran tungku yang paling tinggi dan emisi CO yang paling rendah yaitu menghasuilkan
temperatur maksimal 831 oC
dengan kadar CO maksimal sebesar 10 ppm serta mampu
mendidihkan air dalam waktu 8,57 menit
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Menurut mantan Sekjen OPEC, Subroto, seperti dikutip majalah Energi edisi Agustus
2000, dalam 18 tahun ke depan Indonesia tidak dapat dikatakan lagi sebagai negara
produsen minyak bila tidak ditemukan cadangan baru. Sebab dengan cadangan
terbukti saat ini sebesar 9,85 milyar barrel dan produksi 1,5 juta barrel per hari (bph),
hanya mampu bertahan untuk 18 tahun ke depan.
Batubara adalah jawaban untuk alternatif energi masa depan Indonesia. Menurut Theo
Matasak, dosen Teknik Geologi Institut Teknologi Bandung, sumber daya alam
terbesar yang terkandung di seantero bumi Nusantara adalah batu bara. Diperkirakan
terdapat sumber daya batu bara sebanyak 36 milyar ton lebih. Penyebaran bahan baku
dari fosil tumbuhan yang membatu sejak 30 juta tahun lalu ini hampir merata di
Tanah Air. Diantaranya yang menjadi pulau utama adalah Sumatera dan Kalimantan,
sedangkan di Sulawesi, Jawa, dan Irian Jaya juga ada, walau tidak banyak. Oleh
karena itulah maka Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral (DESDM) melalui
”Blueprint Pengelolaan Energi Nasional 2005-2025”, telah menata kembali energymix nasional dengan menempatkan batu bara sebagai salah satu sumber energi
andalan. Jika peran batubara hanya 14% pada tahun 2005, maka akan dinaikkan
menjadi 33% pada tahun 2025. Sebaliknya, peran BBM diturunkan dari 54% (2005)
menjadi 33% (2025). Namun saat ini baru sekitar 40% dari kemampuan produksi
nasional (setara 28 juta ton pertahun) yang dimanfaatkan untuk keperluan pembangkit
listrik sedangkan untuk bahan bakar primer, persentasi penggunaan batubara lebih
kecil lagi, yakni sekitar 32 juta ton pertahun, atau 15% dari total energy-mix nasional.
Salah satu produk batu bara yang banyak digunakan di Indonesia adalah briket batu
bara. Pengenalan briket batu bara di Indonesia sudah sejak tahun 1993. Namun karena
waktu itu harga minyak tanah,sebagai kompetitor briket batu bara , masih rendah
karena disubsidi, maka pemakaian briket batu bara kurang mendapatkan respon. Kini,
seiring dengan harga minyak tanah yang mahal, maka ide penggunaan briket batu
bara di tanah air muncul kembali. Bahkan pemerintah telah merencanakan untuk
membuat 10 juta tungku briket batubara guna membantu masyarakat miskin yang
1
tidak mampu membeli minyak tanah. Namun hal ini masih juga kurang mendapatkan
respon masyarakat, karena briket batu bara masih mengandung beberapa kelemahan
antara lain adanya polusi udara terutama bau dan asap, di samping perlu waktu
(5-10 menit, tergantung kualitas briket batu bara) untuk menyulutnya, setelah
menyala pun besar api agak sulit diatur
Cara mengatasi hal tersebut salah satunya adalah dengan mengatur dan membuat
sistem pembakar sedemikian hingga menghasilkan pembakaran yang sempurna.
Pembakaran yang sempurna, selain mengurangi emisi secara signifikan, juga
akan membuat kinerja dan efesiensi penggunaan energi menjadi optimal.
1.2. Perumusan Masalah
Dari pemaparan diatas, maka dapat dirumuskan beberapa pertanyaan mendasar yang
akan dipecahkan dalam penelitian ini, yaitu
a. bagaimanakah pengaruh perubahan desain tungku briket batu bara terhadap
karaktersitik pembakaran briket batu bara ?
b. bagaimanakah pengaruh perubahan desain tungku briket batu bara terhadap
tingkat polusi pembakaran briket batu bara yang terjadi ?
c. bagaimanakah desain tungku yang tepat untuk aplikasi di rumah tangga ?
2
DAFTAR PUSTAKA
Amorino,Carlo.,
Madeddu,Alessandra.,
Raggio,Gianni.,
Cau,Giorgio.,
Zotter,Thomas., 2002, Demonstration Plant of Co-combustion of Coal
and on Site Pre-treted Waste in a Fluidized Bed for Electricity
Production, CCT 2002
Biagini,E., Tognotti,L., Mallogni,S., Pasini,S., 2002, Co-Combustion of Coal
and Tire Residue in A Pilot Plant : A Simplied Modeling approach For
Scale-Up Predictions of Char Oxidation, Combust.Sci. and Tech, 174
(11&12) pp. 129-150
Boavida,D., Abelha,P., Gulyurthu,I., Cabrita,I., 2002, Co-combustion of Coal
and Non Recyclable Paper and Plastic Waste in a Fluidized Bed
Reactor, ICCT, Sardinia, Italy, 21st Oct
Borman, Gary L., Ragland, Kenneth W., 1986, Applied Combustion, Dept. of
Mechanical Engineering Univ of Wisconsin Madison.
Campbell, P. E., 2005. Advanced Combustion and Gasification of Fuel Blends,
Northern Ireland Centre for Energy Research and Technology
Fletcher,Thomas H., 1993, Swelling Properties of Coal Chars During Rapid
Pyrolisis and Combustion, Fuel, Vol. 72 Number 11, pp. 1485-1495
Gale, Thomas K., Bartholomew, Calvin H., Fletcher,Thomas H., 1995, Decreases
in
The
Swellings
and
Porosity
of
Bituminus
Coals
During
Devolatilization at High Heating Rate, Combustion and Flame 100 : 94-
100
Hase, K., Kori, Y., Ohgi, K., 1991, Effect of The Air/Fuel Ratio Fluctuation on
The Formation of Nitogren Oxides, Procedings of the First International
Conference, Vilamoura, Portugal, September 3-5, 1991
Herbawamurti, T. E., 2005. Pemanfaatan Energi Batubara, B2TE Badan
Pengkajian dan Penerapan Teknologi, Departemen Pendidikan Nasional,
Jakarta
Ito, Kenichi., Balingcongan, Romeo M., Fujita, Osamu., 1991, Flameless
Combustion of Premixed Gas Within Porous Radiant Burners using a
Ceramic Fiber Mat as Burner Material, Procedings of the First
International Conference, Vilamoura, Portugal, September 3-5, 1991
45
Ismail, S., 1992. Beberapa Alternatif Pemanfaatan Batubara Indonesia Sebagai
Usaha Diversifikasi Sumber Energi Primer, Loka Karya Energi.
Pertamina-Komite Nasional Indonesia-World Energy Council, Jakarta
Kerampran, S., Desbordes, D., Veyssiere B., 2000, Study of The Mechanisms of
Flame Acceleration in a Tube of Constant Cross Section, Combust. Sci
and Tech, Vol. 158, pp. 71-91
Niode, N., 1988. Pembuatan dan Pemanfaatan Briket dari Batubara Kalimantan,
Hasil-hasil Loka Karya Energi 9-10 Agustus 1988, Pertamina-Komite
Nasional Indonesia-World Energy Council, Jakarta
Prasetyo, Totok.., Effendy, Marwan., 2003, Formulasi Tinggi Nyala Bahan Bakar
LPG Di Daerah Stabilitas Nyala, Jurnal Teknik Gelagar, Vol. 14 No. 01,
hal. 73-79
Rahardjo, B. S., 1999. Kajian Pembuatan Kokas Briket Batubara Ombilin dengan
Proses Karbonasi Tak Langsung pada Suhu Rendah untuk Peleburan
Besi Skala Industri Kecil, Jurnal Sains dan Teknologi Indonesia. Deputi
Bidang Teknologi Pengembangan Sumber Daya Alam, BPPT, Jakarta
Santoso, B.., Himawanto, D.A., 2006, Pengaruh Penambahan Plastik Terhadap
Karakteristik Pembakaran Briket Sampah Kota, Gema Teknik, Vol.
I/Tahun IX Maret 2006, hal. 7-13
Soedjoko, T.S., dan Susilo, W., 1988. Briket Batubara untuk keperluan Industri
Kecil, Hasil-hasil Loka Karya Energi 9-10 Agustus 1988, Pertamina-
Komite Nasional Indonesia-World Energy Council, Jakarta.
Stevanovic,A., Mehta,S., Walther,D.C., Pello,Fernandes,A.C., 2002, The effect
of
Fiberglass
concentration
on
The
Piloted
Ignition
of
Polypropylene/fibreglass Composite, Combust.Sci. and Tech, 174
(11&12) pp. 171-186
Sudarno, 2005, Pengaruh baris Sirip Pada Reflektor Radiasi Panas Terhadap
peningkatan Efisiensi Kompor Minyak Tanah Bersumbu, Seminar
Nasiona T. Elektro UMY, Juli 2005
Sudrajat,R., 2004, The Potential of Biomass Energy Resouces in Indonesia for the
Possible Development of Clean Technology Process (CTP), Proceeding
of The International Workshop on Biomass & Clean Fossil fuel Power
Plant Technology 2004, Jakarta, pp. II-1 –II-24
46
Supriyanto, H., 1994. Pemanfaatan Briket Batubara untuk Rumah Tangga dan
Industri Kecil bersih lingkungan, Loka Karya Energi 25 -27 Oktober
1994, Pertamina-Komite Nasional Indonesia-World Energy Council,
Jakarta
Sumaryono., Basyuri, Y., 1991. Teknik Penggunaan Batubara sebagai Bahan
Bakar dalam Industri Kecil, Loka Karya Energi 3-5 September 1991,
Pertamina-Komite Nasional Indonesia-World Energy Council, Jakarta
Sumaryono, 1995, Proses Pembuatan Biocoal dan Rancangan Tungku
Pembakarannya, Puslitbang Teknologi Mineral, Balai Besar Industri
Keramik
Werther,J.,Saenger,M.,Hartge,E-U.,Ogada,T.,Siagi,Z.,2000,Combustion
of
Agricultural Residues, Progress in Energy and Combustion Science
26,pp.1-27
Winter, F., at al, 1997. Temperatur in a Fuel Particle Burning in a Fluidized Bed,
The Effect of Drying, Devolatilization and Char Combustion,
Combustion and Flame, 108, 302-314.
47
REKAYASA
LAPORAN AKHIR
PENELITIAN HIBAH BERSAING
Peningkatan Kualitas Pembakaran
Tungku Briket Batu Bara Yang Ramah Lingkungan
Untuk Aplikasi di Rumah Tangga
Oleh :
Ir. Subroto, MT.
Patna Partono, ST., MT.
Ir. Jatmiko, MT.
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Oktober 2010
Dibiayai oleh Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi, Departemen Pendidikan
Nasional
Sesuai dengan Surat Perjanjian Pelaksanaan Hibah Penelitian
Nomor Kontrak : 316/SP2H/PP/DP2M/IV/2010, Tertanggal 12 April 2010
i
RINGKASAN
Munculnya penelitian ini ditujukan untuk menemukan desain tingku briket batu bara
yang lebih efisien dan lebih bersih. Efisien dari sisi karakterisasi pembakaran berarti
memiliki efisiensi pembakaran yang tinggi sedangkan lebih bersih berarti polusi yang
ditimbulkan lebih rendah bila dibandingkan dengan tungku briket batu bara yang telah
ada.
Penelitian ini diawali dengan melihat tingkat efisiensi pembakaran dan
tingkat polusi udara yang ditimbulkan dari pembakaran briket batu bara dengan
menggunakan tungku yang sekarang ada di pasaran, kemudian akan diteliti mengenai
pengaruh jenis bahan pembuat tungku terhadap efisiensi pembakarannya, variasi
bahan tungku yang digunakan adalah keramik, pasir cetak, batu tahan api dan
glasswool, modifikasi desain lainnya adalah efek Air Fuel Ratio, efek penambahan
swirl, efek penambahan tutup tungku, efek susunan lobang pembagi udara primer
pada dasar tungku, efek penambahan reflektor panas. Setelah modifikasi desain
terbaik ditemukan, Sehingga output di tahun I adalah desain tungku dan jenis bahan
tungku briket batu bara terbaik. Selanjutnya pada tahun kedua, penelitian akan
dilanjutkan dengan melihat efek penggunaan kembali gas hasil pembakaran untuk
memanaskan udara masukan, modifikasi jumlah dan susunan lobang masukan udara
pada dinding bagian dalam tungku serta penambahan distributor udara pada bagian
tengah tungku, untuk selanjutnya setelah ditemukan desain terbaik dilakukan uji
performa pembakaran menggunakan water boiling test.
Hasil penelitian secara keseluruhan menunjukkan bahwa penggunaan gas
buang untuk pemanasa udara masuk dengan menggunakan saluran udara spiral dan
dengan penambahan blower merupakan desain yang memberikan efek kenaikan
temperatur hasil pembakaran tungku yang paling tinggi dan emisi CO yang paling
rendah yaitu menghasuilkan temperatur maksimal 831 oC dengan kadar CO
maksimal sebesar 10 ppm serta mampu mendidihkan air dalam waktu 8,57 menit
iii
SUMMARY
The main objective of this research is to find the best coal briquette stove design in
order to make the efficient and clean coal briquette stove.
The
1st years research is begin with to investigated the effect of stove
material/isolator variations (i.e. casting sand, ceramics, fire bricks and glass wool),
increasing air speed variations, swirl shape variations, heat reflector variations, air
distributor hole arrangement variations and stove top closing variations to the coal
briquette stove combustion and CO pollution characteristics. The 2nd research year
focused on study the effect of recirculating flue gas to warm intake air, the effect of
inner cylinder air hole and the effect of air distribotor to the coal stove combustion
performance.
The results of overall study showed that the effect of recirculating flue gas to warm
intake air have the biggest influence to the stove characteristics, trhe research showed
that the conical pipe air intake give the higher combustion temperature and the lower
CO emission, i.e 831 oC and 10 ppm.
iv
PRAKATA
Puji syukur tim peneliti haturkan kehadirat Allah SWT, karena hanya karena
bimbingan Nya lah maka penelitian ini dapat terlaksana dengan baik.
Penelitian dengan judul “Peningkatan Kualitas Pembakaran Tungku Briket Batu
Bara yang Ramah Lingkungan Untuk Aplikasi di Rumah Tangga” ini mengupas
mengenai upaya mencari desain tungku briket batubara yang lebih efisien dan lebih
bersih guna aplikasi dalam rumah tangga.
Tim Peneliti mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada DP2M Ditjen Dikti
Depdiknas atas dibiayainya program penelitian ini melalui Program Penelitian Hibah
Bersaing Tahun Anggaran 2009-2010, Tim Peneliti juga mengucapkan terima kasih
sebesar-besarnya kepada semua pihak terkait atas segala dukungannya demi
terselenggaranya penelitian ini.
Akhir kata, peneliti menyadari bahwa penelitian ini belum sempurna, sehingga
peneliti mengharapkan sumbang saran yang konstruktif demi semakin sempurnanya
penelitian ini.
Surakarta, Oktober 2010
Tim Peneliti
v
DAFTAR ISI
Halaman Pengesahan ………………………………………………
Ringkasan dan Summary……………………………………………..
Summary
Prakata ……………………………………………………………….
Daftar Isi………………………………………………………………
Daftar Gambar………………………………………………………..
Daftar Lampiran………………………………………………………
Bab I. Pendahuluan
1.1. Latar Belakang……………………………………………..
1.2. Perumusan Masalah………………………………………..
Bab II. Dasar Teori
2.1. Landasan Teori …………………………………………..
2.2. Tinjuan Pustaka ……………………………………………
Bab III. Tujuan dan Manfaat Penelitian
3.1. Tujuan Khusus......................................................................
3.2. Manfaat penelitian ................................................................
Bab IV. Metode Penelitian
4.1. Bahan Penelitian...................................................................
4.2. Peralatan Penelitian ............................................................
4.3. Metode Penelitian ................................................................
Bab V. Hasil dan Pembahasan
5.1. Efek Variasi Distributor Udara Terhadap Karakteristik
Tungku Batubara..................................................................
5.2. Efek Variasi Susunan Lobang Pada Dinding Dalam
Terhadap Karakteristik Tungku Batubara............................
5.3. Efek Variasi Intake Udara Terhadap Karakteristik Tungku
Batubara.................................................................................
5.4. Water Boiling Testing Beberapa Tungku Batubara Hasil
Penelitian ...............................................................................
Bab. VI. Kesimpulan
6.1. Kesimpulan...........................................................................
Daftar Pustaka
Lampiran
vi
Halaman
i
ii
iii
iv
v
vi
viii
1
1
2
3
3
13
19
19
19
20
20
20
25
30
30
33
36
42
44
44
45
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 4.1.
Gambar 4.2
Gambar 4.3
Gambar 4.4
Gambar 4.5
Gambar 4.6
Gambar 4.7
Gambar 4.8
Gambar 4.9
Gambar 4.10
Gambar 4.11
Gambar 4.12
Gambar 4.14
Gambar 4.15
Gambar 5.1
Gambar 5.2
Gambar 5.3
Gambar 5.4
Gambar 5.5
Gambar 5.6
Gambar 5.7
Gambar 5.8
Gambar 5.9
Gambar 5.10
Gambar 5.11
Gambar 5.12
Gambar 5.13
Gambar 5.14
Gambar 5.15
Gambar 5.16
Briket Batubara.................................................................
Tungku Briket Batubara ……………………….............
Anemometer Digital ………………………….....……..
Thermocouple dan Thermocouple Reader........................
CO meter..........................................................................
Timbangan Digital ………………..................................
Hygrometer ………….......................................................
Thermometer digital…………….......................................
Stopwatch ……….............................................................
Blower ……………….......................................................
Skema Pengambilan Data Untuk Modifikasi
Penambahan Saluran Udara Masuk..................................
Skema Pengambilan Data Untuk Modifikasi
Penambahan Distributor Udara ..... ....………………….
Skema Pengambilan Data Untuk Modifikasi Jumlah dan
Arah Lobang Udara Pada Dinding Dalam ....………….
Variasi Arah Lobang Udara Pada Dinding Dalam
Tungku ............................................................................
Distributor Udara .............................................................
Hubungan Temperatur (T1) dengan Waktu pada Tungku
Briket Batubara Standar dan Variasi................................
Hubungan Temperatur (T2) dengan Waktu pada Tungku
Briket Batubara Standar dan Variasi................................
Hubungan Temperatur (T3) dengan Waktu pada Tungku
Briket Batubara Standar dan Variasi................................
Hubungan CO dengan Waktu pada Tungku Briket
Batubara Standar dan Variasi............................................
Perbandingan Temperatur (T1) dengan waktu .................
Perbandingan Temperatur (T2) dengan waktu .................
Perbandingan Temperatur (T3) dengan waktu .................
Perbandingan CO (Carbon Monoxide) dengan waktu ......
Tungku Intake Udara Dengan Pipa Lurus ........................
Hubungan antara temperatur T1 tanpa blower dan tungku
standar terhadap waktu .....................................................
Hubungan antara temperatur T2 tanpa blower, dengan
blower dan tungku standar terhadap waktu......................
Hubungan antara temperatur T3 tanpa blower, dengan
blower dan tungku standar terhadap waktu......................
Hubungan antara gas CO (carbon monoxide) tanpa
blower, dengan blower dan tungku standar terhadap
waktu..................................................................................
Tungku pipa spiral ............................................................
Hubungan antara temperatur (T1) pada tungku standar,
tungku penambahan saluran udara tanpa menggunakan
blower dan menggunakan blower terhadap waktu ..........
vii
20
20
21
21
22
22
23
23
24
24
27
28
28
29
30
30
31
31
32
33
34
34
34
36
36
37
37
38
39
40
Gambar 5.17
Gambar 5.18
Gambar 5.19
Gambar 5.20
Hubungan antara temperatur (T2) pada tungku standar,
tungku penambahan saluran udara tanpa menggunakan
blower dan menggunakan blower terhadap waktu ..........
Hubungan antara temperatur (T3) pada tungku standar,
tungku penambahan saluran udara tanpa menggunakan
blower dan menggunakan blower terhadap waktu ..........
Hubungan antara gas CO (carbon monoxide) tanpa
blower dan dengan blower terhadap waktu .....................
Water Boiling Testing Beberapa Tungku Yang Diteliti....
viii
40
41
41
43
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1
Riwayat Hidup Peneliti
ix
RINGKASAN
Peningkatan Kualitas Pembakaran Tungku Briket Batu Bara yang Ramah Lingkungan
Untuk Aplikasi di Rumah Tangga
Subroto, Patna Partono, Jatmiko
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Munculnya penelitian ini ditujukan untuk menemukan desain tingku briket batu bara yang lebih
efisien dan lebih bersih. Efisien dari sisi karakterisasi pembakaran berarti memiliki efisiensi
pembakaran yang tinggi sedangkan lebih bersih berarti polusi yang ditimbulkan lebih rendah bila
dibandingkan dengan tungku briket batu bara yang telah ada.
Penelitian ini diawali dengan melihat tingkat efisiensi pembakaran dan tingkat polusi udara yang
ditimbulkan dari pembakaran briket batu bara dengan menggunakan tungku yang sekarang ada di
pasaran, kemudian akan diteliti mengenai pengaruh jenis bahan pembuat tungku terhadap
efisiensi pembakarannya, variasi bahan tungku yang digunakan adalah keramik, pasir cetak, batu
tahan api dan glasswool, modifikasi desain lainnya adalah efek Air Fuel Ratio, efek penambahan
swirl, efek penambahan tutup tungku, efek susunan lobang pembagi udara primer pada dasar
tungku, efek penambahan reflektor panas. Sehingga output di tahun I adalah desain tungku dan
jenis bahan tungku briket batu bara terbaik.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan kecepatan udara pembakaran berpengaruh
terhadap temperatur pembakaran. Kecepatan udara yang semakin besar maka temperatur
pembakaran juga akan meningkat sedangkan penambahan pengganggu aliran udara primer
memberikan dampak yang kurang signifikan terhadap temperature pembakaran yang dihasilkan.
Penambahan reflektor bentuk silinder sudut 45°, 60° dan 90°
ternyata dapat menurunkan dan
meningkatkan temperatur pada tungku briket batubara. Sedangkan variasi susunan lobang dasar
tungku zig-zag menghasilkan kenaikan temperatur tertinggi jika dibandingkan dengan variasi
susunan persegi dan melingkar karena variasi susunan zig-zag aliran udaranya lebih merata.
Untuk susunan persegi 703 oC pada menit ke- 42, susunan zig-zag 717 oC pada menit ke- 22 dan
susunan melingkar 700 oC pada menit ke- 54 Temperatur yang tertinggi dihasilkan pada susunan
zig-zag dan sementara gas buang CO yang terendah dihasilkan pada susunan persegi.
Penambahan tutup pada tungku briket batubara berpengaruh pada menurunkan karbon
monoksida hasil pembakaran. Sementara jenis bahan/isolator yang mampu menghasilkan
temperatur tertinggi adalah keramik yang mampu menghasilkan temperature hasil
pembakaran berkisar 900 0C.
Sehingga desain tungku briket batubara yang diprediksikan menghasilkan efisiensi
pembakaran yang terbaik dari hasil penelitian tahun I adalah tungku briket batubara
berbahan/berisolator keramik dengan penambahan blower berkecepatan 4, m/s dan
mempunyai lobang pembagi udara primer zig-zag
dilengkapi dengan pengarah udara
berbentuk segi empat dngan reflektor silinder 90 0.
Sementara hasil penelitian secara keseluruhan menunjukkan bahwa penggunaan gas
buang untuk pemanasan udara masuk dengan menggunakan saluran udara spiral dan dengan
penambahan blower merupakan desain yang memberikan efek kenaikan temperatur hasil
pembakaran tungku yang paling tinggi dan emisi CO yang paling rendah yaitu menghasuilkan
temperatur maksimal 831 oC
dengan kadar CO maksimal sebesar 10 ppm serta mampu
mendidihkan air dalam waktu 8,57 menit