Studi Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Kompor Bioetanol Gel dengan Membuat Variasi Tempat Pembakaran (Burner) dan Diameter Lubang Udara
STUDI EKSPERIMENTAL PERBANDINGAN UNJUK KERJA
KOMPOR BIOETANOL GEL DENGAN MEMBUAT
VARIASI TEMPAT PEMBAKARAN (BURNER)
DAN DIAMETER LUBANG UDARA
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
OLEH
RIKI MADI PUTRA
NIM. 130421008
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN EKSTENSI
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
i
Universitas Sumatera Utara
ii
Universitas Sumatera Utara
iii
Universitas Sumatera Utara
Kata Pengantar
Alhamdullilahi Rabil alamin. Segala puji hanya bagi Allah SWT, Tuhan
semesta alam. Serta salawat dan salam kita hadiahkan kepada Rasulullah SAW,
beserta keluarga, sahabat, serta umat yang mengikuti risalah Beliau hingga akhir
zaman. Sehingga Skripsi ini dapat selesai sesuai dengan batas waktu yang telah
ditentukan.
Skripsi ini berjudul “STUDI EKSPERIMENTAL PERBANDINGAN
UNJUK KERJA KOMPOR BIOETANOL GEL DENGAN MEMBUAT
VARIASI TEMPAT PEMBAKARAN DAN DIAMETER LUBANG UDARA”
yang merupakan tugas akhir untuk memperoleh gelar sarjana (S1) Ekstensi
Fakultas Teknik Departemen Teknik Mesin, Universitas Sumatera Utara.
Dalam menyusun Skripsi ini tidak sedikit penulis menemukan kesulitan
yang bersifat teknis, maupun non teknis. Namun, atas dorongan serta keinginan
yang besar , sehingga terselesaikan skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa dalam perencanaan dan penulisan skripsi ini
penulis banyak mendapatkan bantuan dari berbagai pihak baik secara moril
maupun materil hingga akhirnya pada kesempatan ini penulis ucapkan terima
kasih kepada semua pihak yang telah membantu menyelesaikan skripsi ini :
1. Bapak Dr. Ir. M. Sabri, MT., selaku dosen pembimbing yang telah
banyak meluangkan waktunya dalam membimbing penulisan skripsi
ini.
2. Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME selaku Dekan Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara, beserta segenap staf dan jajaranya.
3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen
Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak dan Ibu dosen beserta staf Departemen Teknik Mesin, yang
sudah membantu melancarkan dan memberikan banyak ilmu, hingga
skripsi ini bisa selesai tepat waktu.
5. Kedua orang tua, yang senantiasa memberikan bantuan moril dan
materil dalam penyelesaian skripsi ini.
iv
Universitas Sumatera Utara
6. Semua kakak-kakak, yang sudah memberikan bantuan moril dan
materi dalam penelitian Skripsi ini, hingga penelitian ini terlaksana.
7. H.drg. Lana Lubis, yang sudah membriakan tempat tinggal gratis
selama mengerjakan skripsi ini.
8. Irwan Efendi Siregar, Amd, sebagai teman yang sudah banyak
membantu mengasih saran dan bantuan lainya selama pengerjaan
skripsi ini.
9. Teman-teman Ekstensi angkatan 13 yang selalu membantu dalam
memberikan saran dan masukan untuk menyelesaikan Skripsi ini, yang
tidak bisa saya sebutkan satu-persatu.
10. Teman kos dan sahabat yang sudah banyak memebirikan motivasi dan
masukan yang sangat berarti, hingga skripsi ini bisa selesai dengan
baik.
Penulis juga menyadari bahwa dalam penelitian dan penulisan skripsi ini
banyak terdapat kekurangan, oleh karena itu mohon kritik dan sarannya guna
menyempurnakan skripsi ini.
Semoga
skripsi
ini
dapat
dimanfaatkan
sebaik-baiknya
dalam
menumbuhkan suasana ilmiah dan kreatifitas dalam pengembangan teknologi
tepat guna di lingkunghan Teknik Mesin USU khususnya dan di lingkungan
Universitas Sumatera Utara umumnya agar berguna bagi kemajuan bangsa dan
negara.
Medan, 26 Oktober 2015
Penulis,
Riki Madi Putra
NIM. 130421008
v
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Bioetanol gel merupakan bahan bakar energi terbarukan
(renewable
energy) yang potensial karena sumbernya mudah diperbaharui dan lebih aman jika
dibandingkan dengan bioetanol cair. Selain itu bahan bakar bioetanol gel juga
lebih murah dari pada bahan bakar fosil seperti premium, gas dan minyak tanah.
Namun penggunaan bioetanol gel sebagai pengganti bahan bakar fosil masih sangat
minim. Hal ini disebabkan pabrik yang memproduksi bioetanol gel terbatas dan
masih sedikit yang tau cara memanfaat bioetanol gel agar dapat digunakan dalam
kehidupan sehari-hari, seperti halnya kompor bioetanol gel. Untuk itu, diperlukan
studi khusu mengenai pembuatan dan unjuk kerja kompor berbahan bakar
bioetanol gel. Penelitian ini bertujuan membuat prototype kompor bioetanol gel
dan mencari tau karakteristik dan perbandingan unjuk kerja kompor bahan bakar
bioetanol gel dengan cara membuat berbagai variasi tempat pembakaran (burner)
dan diameter lubang udara 5 mm, 4 mm, 3 mm, 2,5 mm, dan 2 mm. Variabel
kendali dalam penelitian ini adalah bioetanol gel produksi CV. Joy Fresh
Internasional dengan kadar etanol 90%, carbopol 1,05%, kadar air 7,33 % dengan
HHV 16.942,572 (kJ/ kg) dan LVH 16.717,369 (kJ/kg). Tempat pembakaran
(burner) terbuat dari kaleng minuman (soft drink) bekas. Data pada penelitian ini
akan diproses dengan menggunakan Metode Water Boilling Tester (WBT)
sehingga diperoleh hasil berupa pengaruh masing - masing variasi burner terhadap
bahan bakar bioetanol gel pada kompor. Dari penelitian diperoleh, kompor
dengan variasi kedua (V1) dengan diameter lubang udara 5 mm adalah kompor
yang paling efektif dan efisien dengan nilai efesiensi termal (hc) 67%,
karakteristi apinya biru dan stabil.
Kata kunci : Bioetanol, gel, , renewabale energy, smart stove, kompor rumah
tangga, hemat energi, pemamfaatan kaleng bekas, ramah lingkungan.
vi
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
Bioethanol fuel gel is renewable energy (renewable energy) potential as
the source is updated and more secure when compared with liquid bioethanol.
Besides ethanol gel fuel is also cheaper than fossil fuels such as premium, gas and
kerosene. However, the use of bioethanol gel as a substitute for fossil fuels are
still very minimal. This is due to factory producing bioethanol gel is limited and
little is know how to capitalize on bioethanol gel that can be used in everyday life,
as well as bio-ethanol gel stoves. For that, a special study is needed regarding the
manufacture and performance of bioethanol gel-fueled stove.This study aims to
create a prototype stove bioethanol gel and seek to know the characteristics and
comparative performance of bioethanol gel fuel stove by creating a wide variety
of combustion (burner) and the air hole diameter 5 mm, 4 mm, 3 mm, 2.5 mm, and
2 mm. Control variables in this study is the production of bioethanol gel CV.
Fresh Joy International with ethanol content of 70%, 1.05% Carbopol, 7.33%
moisture content with HHV 16942.572 (kJ / kg) and LVH 16717.369 (kJ / kg).
Incinerators (burner) made from canned drinks (soft drinks) ex. The data in this
study will be processed using a method Boilling Water Tester (WBT) in order to
obtain results in the form of influence each - each a variation on bioethanol fuel
burner on the stove gel. From the study showed, a stove with a second variation
(V2) with a diameter of 4 mm air holes are stoves most effective and efficient with
thermal efficiency values (hc) 67% and, blue flame characteristics and stable.
Keywords: Bioethanol, gel,, renewabale energy, smart stove, household stoves,
energy-saving, pemamfaatan cans, is environmentally friendly.
vii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ..........................................................................................
i
DAFTAR HADIR ASISTENSI .........................................................................
ii
LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................ iii
KATA PENGANTAR ....................................................................................... iv
ABSTRAK .......................................................................................................... vi
ABSTRACT .......................................................................................................... vii
DAFTAR ISI ...................................................................................................... viii
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xii
DAFTAR TABEL .............................................................................................. xv
DAFTAR NOTASI ............................................................................................. xvii
BAB I PENDAHULUAN .................................................................................
1
1.1 Latar Belakang .............................................................................................
1
1.2 Hipotesis.......................................................................................................
2
1.3 Tujuan ..........................................................................................................
3
1.4 Rumusan Masalah ........................................................................................
3
1.5 Batasan Masalah...........................................................................................
3
1.6 Mamfaat Penelitian ......................................................................................
4
1.7 Sistematika Penulisan...................................................................................
5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA.......................................................................
6
2.1 Desain Kompor ............................................................................................
6
2.1.1 Solidwork ...........................................................................................
6
viii
Universitas Sumatera Utara
2.2 Bioetanol ......................................................................................................
7
2.3 Pembuatan Bioetanol ...................................................................................
9
2.4 Mamfaat Bioetanol .......................................................................................
15
2.5 Bioetanol Gel ...............................................................................................
16
2.6 Jenis-Jenis Kompor Bioetanol......................................................................
32
2.7 Proses Pembakaran.......................................................................................
35
2.8 Perpindahan Panas .......................................................................................
36
2.8.1 Radiasi .......................................................................................................
36
2.8.1 Konduksi ...................................................................................................
37
2.8.3 Konveksi ...................................................................................................
38
2.8.4 Teori Pembakaran .....................................................................................
39
2.8.5 Metode Water Boiling Test........................................................................
40
2.8.5.1Metode Star Dingin ..................................................................................
40
2.8.5.2Metode Star Panas....................................................................................
41
2.8.5.3Metode Simmering ...................................................................................
42
2.8.6Udara Sebagai Salah Satu Faktor Utama Pembakaran ..............................
45
BAB III METODE PENELITIAN ..................................................................
48
3.1 Diagram Alir Penelitian ...............................................................................
48
3.2Waktu dan Tempat .........................................................................................
49
3.2 Alat dan Bahan .............................................................................................
49
3.2.1 Bahan...................................................................................................
49
3.2.2 Alat ......................................................................................................
50
ix
Universitas Sumatera Utara
3.3 Parameter-parameter Pengujian ...................................................................
51
3.4 Metode Pengumpulan Data .........................................................................
56
3.5 Prosedur Pengujian Unjuk Kerja Kompor ..................................................
56
3.6 Proses Pembuatan Prototype Kompor ........................................................
56
3.6.1Proses Pembuatan Tempat Pembakaran (Burner).......................................
57
3.6.2Proses Pembuatan Kerangka Kompor .........................................................
58
3.7Prosedur Pengujian Unjuk Kerja Kompor .....................................................
60
3.8Variasi Tempat pembakaran (burner) yang Diuji ..........................................
63
3.8.1Tempat pembakaran (burner) Variasi Pertama ...........................................
63
3.8.2Tempat pembakaran (burner) Variasi Kedua .............................................
64
3.8.3Tempat pembakaran (burner) Variasi Ketiga .............................................
65
3.8.4Tempat pembakaran (burner) Variasi Keempat .........................................
66
3.8.5Tempat pembakaran (burner) Variasi Kelima ............................................
67
BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA .............................................
68
4.1 Perhitungan Unjuk Kerja Kompor ...............................................................
68
4.1.1Bahan Bakar yang Dikonsumsi (fcm) ...........................................................
68
4.1.2 Perubahan dalam tempat pembakaran atau sisa pembakaran selama
tahap uji (∆ cc) .....................................................................................................
70
4.1.3Bahan bakar setara yang dikonsumsi (fcd)...................................................
71
4.1.4 Air yang menguap (w cv) ............................................................................
73
4.1.5 Air yang tersisa di akhir uji (wcr) ...............................................................
75
4.1.6 Durasi fase (∆ tc) ........................................................................................
76
x
Universitas Sumatera Utara
4.1.7 Efesiensi termal (hc) ...................................................................................
78
4.1.8 Laju pembakaran (rcb) ................................................................................
80
4.1.9 Konsumsi bahan bakar spesifik (SCc) ........................................................
82
4.1.10 Konsumsi spesifik Temp-dikoreksi (SC T h) ............................................
84
4.1.11Daya api (Firepower) (FPc)......................................................................
86
4.2 Analisa Pembakaran ......................................................................................
88
4.3 Rangkuman Hasil Unjuk Kerja Kompor .......................................................
91
BAB V KESIMPULAN.....................................................................................
93
5.1 Kesimpulan ..................................................................................................
93
5.2 Saran.............................................................................................................
93
DAFTAR PUSTAKA........................................................................... .............
94
LAMPIRAN
xi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Reaksi produksi bioetanol ............................................................... 10
Gambar 2.2 Reaksi pengubahan piruvat menjadi alkohol. ................................. 12
Gambar 2.3 (a) Proses pembuatan bioetanol dari bahan berpati, (b) Diagram alir
proses pembuatan bioetanol dari ubi kayu .......................................................... 14
Gambar 2.4 Rangkaian alat uji Bioetanol Gel .................................................... 20
Gambar 2.5 Diagram Pareto untuk Analisa Flash Point ...................................... 23
Gambar 2.6 Grafik optimasi 3D % carbopol vs % air untuk nilai flash point ...... 23
Gambar 2.7 Grafik kontur permukaan untuk nilai flash point.............................. 24
Gambar 2.8 Diagram Pareto untuk Analisa Nilai Kalor ....................................... 26
Gambar 2.9 Grafik optimasi 3D % carbopol vs % air untuk nilai kalor .............. 27
Gambar 2.10 Grafik kontur permukaan untuk nilai kalor ..................................... 27
Gambar 2.11 Diagram Pareto untuk Analisa Viskositas ..................................... 29
Gambar2.12 Grafik optimasi 3D % carbopol vs % air untuk viskositas ............ 30
Gambar 2.13 Grafik kontur permukaan untuk viskositas ................................... 30
Gambar 2.14 Kompor Etanol Bertekanan ............................................................ 32
Gambar 2.15 Kompor Minyak Tumbuhan .......................................................... 32
Gambar 2.16 Kompor Cleancook ....................................................................... 33
Gambar 2.17 Lentera Etanol .............................................................................. 33
Gambar 2.18 (a) Kompor Batubara, (b) Kompor Superblue................................. 34
Gambar 2.19 Kompor Bioetanol Tipe Side Burner .............................................. 34
xii
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.19 (a) pembakaran sempurna, (b) pembakaran yang baik, (c)
pembakaran tidak sempurna ................................................................................. 36
Gambar 2.20 Perpindahan Panas Radiasi(a) pada permukaan, (b) antara
permukaan dan lingkungan .................................................................................. 37
Gambar 2.21 Perpindahan Panas Konduksi dan Difusi Akibat Aktivitas
Molekul ............................................................................................................... 38
Gambar 2.22 Perpindahan Panas Konveksi(a) konveksi paksa, (b) konveksi
alamiah, (c) pendidihan, (d) kondensasi ............................................................... 39
Gambar 2.23Reaksi Kimia Pembakaran ............................................................. 46
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian .................................................................. 47
Gambar 3.2 Alat dan Bahan Eksperimen ............................................................ 48
Gambar 3.3 Timbangan Digital........................................................................... 49
Gambar 3.4 Gelas Ukur dan Tabung Ukur ......................................................... 49
Gambar 3.5 Pemantik Api (korek api) ................................................................ 50
Gambar 3.6 Variasi Burner ................................................................................. 57
Gambar 3.7 Kerangka Kompor dan Burner ........................................................ 58
Gambar 3.8 Alat dan Bahan Eksperimen ............................................................ 59
Gambar 3.9 Instalisasi Kompor Bioetanol Gel ................................................... 60
Gambar 3.10 Diagram Alir Pengujian Unjuk Kerja Kompor ............................. 61
Gambar 3.11 Tempat pembakaran (burner) variasi pertama .............................. 62
Gambar 3.12 Tempat pembakaran (burner) variasi kedua ................................. 63
Gambar 3.13 Tempat pembakaran (burner) variasi ketiga ................................. 64
Gambar 3.14 Tempat pembakaran (burner) variasi keempat ............................. 65
xiii
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.15 Tempat pembakaran (burner) variasi kelima ................................ 66
Gambar 4.1 Grafik bahan bakar yang dikonsumsi (fcm ) ..................................... 68
Gambar 4.2 Grafik perubahan dalam tempat pembakaran (burner) ................... 70
Gambar 4.3 Grafik bahan bakar setara yang dikonsumsi (fcd) ............................ 71
Gambar 4.4 Grafik air yang menguap (wcv) ........................................................ 73
Gambar 4.5 Grafik air yang tersisa di akhir uji (wcr) .......................................... 75
Gambar 4.6 Grafik durasi fase (∆ tc) ................................................................... 76
Gambar 4.7 Grafik efesiensi termal (hc) ............................................................. 78
Gambar 4.8 Grafik laju pembakaran (rcb) ........................................................... 80
Gambar 4.9 Grafik konsumsi bahan bakar spesifik (SCc) .................................. 82
Gambar 4.10 Grafik Konsumsi spesifik temp-dikoreksi (SC T h) ....................... 84
Gambar 4.11 Grafik Daya api (Firepower) (FPc) .............................................. 86
xiv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Konversi bahan baku tanaman yang mengandung pati
ataukarbohidrat dan tetes menjadi bioetanol......................................................... 10
Tabel 2.2 Sifat-sifat bahan bakar dari bioetanol, gasholine dan butyl eter........ 16
Tabel 2.3 Hasil Analisa Nilai Flash Poin ........................................................... 21
Tabel 2.4 Perbandingan Hasil Analisa dengan Hasil Prediksi untuk Flash Point 22
Tabel 2.5 Hasil Analisa Nilai Kalor .................................................................... 25
Tabel 2.6 Perbandingan Hasil Analisa dengan Hasil Prediksi untuk Nilai Kalor 25
Tabel 2.7 Hasil Analisa Viskositas ..................................................................... 28
Tabel 2.8 Perbandingan Hasil Analisa dengan Hasil Prediksi untuk Viskositas
29
Tabel 3.1 Spesifikasi Tempat pembakaran (burner) Variasi Pertama ................ 62
Tabel 3.2 Spesifikasi Tempat pembakaran (burner) Variasi Kedua ................... 63
Tabel 3.3 Spesifikasi Tempat pembakaran (burner) Variasi Ketiga................... 64
Tabel 3.4 Spesifikasi Tempat pembakaran (burner) Variasi Keempat ............... 65
Tabel 3.5 Spesifikasi Tempat pembakaran (burner) Variasi Kelima ................. 66
Tabel 4.1 Data perhitungan bahan bakar yang dikonsumsi (fcm) ....................... 68
Tabel 4.2 Data perhitungan perubahan dalam tempat pembakaran (burner) atau sisa
pembakaran selama tahap pengujian (∆ cc)......................................................... 69
Tabel 4.3 Data perhitungan bahan bakar setara yang dikonsumsi (fcd) .............. 71
Tabel 4.4 Data perhitungan air yang menguap (wcv) .......................................... 73
Tabel 4.5 Data perhitungan air yang tersisa di akhir uji (wcr)............................. 74
Tabel 4.6 Data perhitungan durasi fase (∆ tc) ..................................................... 76
xv
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.7 Data perhitungan Efesiensi termal (hc) ............................................... 78
Tabel 4.8 Data perhitungan Laju pembakaran (rcb) ............................................ 80
Tabel 4.9 Data perhitungan Konsumsi bahan bakar spesifik (SCc) .................... 81
Tabel 4.10 Data perhitungan konsumsi spesifik temperature dikoreksi (SC T h)
84
Tabel 4.11 Daya api (Firepower) (FPc) ............................................................. 86
xvi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
f ci
Berat bahan bakar sebelum diuji (gram)
P ci
Berat bejana/panci dengan air sebelum tes (gram)
T ci
Suhu air sebelum tes (ºC)
t ci
Waktu di awal tes (min)
f cf
Berat bahan bakar setelah uji (gram)
cc
Berat sisa bahan bakar setelah uji (gram)
P cf
Berat bejana/panci dengan air setelah uji (gram)
T cf
Suhu air setelah uji (ºC)
t cf
Waktu di akhir tes (min)
f cm
Bahan bakar yang dikonsumsi (gram)
∆cc
Perubahan dalam char selama tahap uji (gram)
f cd
Bahan bakar setara dikonsumsi (gram)
w cv
Air menguap (gram)
w cr
Air yang tersisa di akhir uji (gram)
∆tc
Durasi fase (min)
hc
Efisiensi termal
r cb
Laju pembakaran (gram / min)
SC c
Konsumsi bahan bakar spesifik ((gram) bahan bakar / (gram) air)
SC T h Konsumsi spesifik Temp-dikoreksi (bahan bakar gram / gram air)
FP c
Daya api (Firepower) (W)
xvii
Universitas Sumatera Utara
KOMPOR BIOETANOL GEL DENGAN MEMBUAT
VARIASI TEMPAT PEMBAKARAN (BURNER)
DAN DIAMETER LUBANG UDARA
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
OLEH
RIKI MADI PUTRA
NIM. 130421008
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN EKSTENSI
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
i
Universitas Sumatera Utara
ii
Universitas Sumatera Utara
iii
Universitas Sumatera Utara
Kata Pengantar
Alhamdullilahi Rabil alamin. Segala puji hanya bagi Allah SWT, Tuhan
semesta alam. Serta salawat dan salam kita hadiahkan kepada Rasulullah SAW,
beserta keluarga, sahabat, serta umat yang mengikuti risalah Beliau hingga akhir
zaman. Sehingga Skripsi ini dapat selesai sesuai dengan batas waktu yang telah
ditentukan.
Skripsi ini berjudul “STUDI EKSPERIMENTAL PERBANDINGAN
UNJUK KERJA KOMPOR BIOETANOL GEL DENGAN MEMBUAT
VARIASI TEMPAT PEMBAKARAN DAN DIAMETER LUBANG UDARA”
yang merupakan tugas akhir untuk memperoleh gelar sarjana (S1) Ekstensi
Fakultas Teknik Departemen Teknik Mesin, Universitas Sumatera Utara.
Dalam menyusun Skripsi ini tidak sedikit penulis menemukan kesulitan
yang bersifat teknis, maupun non teknis. Namun, atas dorongan serta keinginan
yang besar , sehingga terselesaikan skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa dalam perencanaan dan penulisan skripsi ini
penulis banyak mendapatkan bantuan dari berbagai pihak baik secara moril
maupun materil hingga akhirnya pada kesempatan ini penulis ucapkan terima
kasih kepada semua pihak yang telah membantu menyelesaikan skripsi ini :
1. Bapak Dr. Ir. M. Sabri, MT., selaku dosen pembimbing yang telah
banyak meluangkan waktunya dalam membimbing penulisan skripsi
ini.
2. Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME selaku Dekan Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara, beserta segenap staf dan jajaranya.
3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen
Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak dan Ibu dosen beserta staf Departemen Teknik Mesin, yang
sudah membantu melancarkan dan memberikan banyak ilmu, hingga
skripsi ini bisa selesai tepat waktu.
5. Kedua orang tua, yang senantiasa memberikan bantuan moril dan
materil dalam penyelesaian skripsi ini.
iv
Universitas Sumatera Utara
6. Semua kakak-kakak, yang sudah memberikan bantuan moril dan
materi dalam penelitian Skripsi ini, hingga penelitian ini terlaksana.
7. H.drg. Lana Lubis, yang sudah membriakan tempat tinggal gratis
selama mengerjakan skripsi ini.
8. Irwan Efendi Siregar, Amd, sebagai teman yang sudah banyak
membantu mengasih saran dan bantuan lainya selama pengerjaan
skripsi ini.
9. Teman-teman Ekstensi angkatan 13 yang selalu membantu dalam
memberikan saran dan masukan untuk menyelesaikan Skripsi ini, yang
tidak bisa saya sebutkan satu-persatu.
10. Teman kos dan sahabat yang sudah banyak memebirikan motivasi dan
masukan yang sangat berarti, hingga skripsi ini bisa selesai dengan
baik.
Penulis juga menyadari bahwa dalam penelitian dan penulisan skripsi ini
banyak terdapat kekurangan, oleh karena itu mohon kritik dan sarannya guna
menyempurnakan skripsi ini.
Semoga
skripsi
ini
dapat
dimanfaatkan
sebaik-baiknya
dalam
menumbuhkan suasana ilmiah dan kreatifitas dalam pengembangan teknologi
tepat guna di lingkunghan Teknik Mesin USU khususnya dan di lingkungan
Universitas Sumatera Utara umumnya agar berguna bagi kemajuan bangsa dan
negara.
Medan, 26 Oktober 2015
Penulis,
Riki Madi Putra
NIM. 130421008
v
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Bioetanol gel merupakan bahan bakar energi terbarukan
(renewable
energy) yang potensial karena sumbernya mudah diperbaharui dan lebih aman jika
dibandingkan dengan bioetanol cair. Selain itu bahan bakar bioetanol gel juga
lebih murah dari pada bahan bakar fosil seperti premium, gas dan minyak tanah.
Namun penggunaan bioetanol gel sebagai pengganti bahan bakar fosil masih sangat
minim. Hal ini disebabkan pabrik yang memproduksi bioetanol gel terbatas dan
masih sedikit yang tau cara memanfaat bioetanol gel agar dapat digunakan dalam
kehidupan sehari-hari, seperti halnya kompor bioetanol gel. Untuk itu, diperlukan
studi khusu mengenai pembuatan dan unjuk kerja kompor berbahan bakar
bioetanol gel. Penelitian ini bertujuan membuat prototype kompor bioetanol gel
dan mencari tau karakteristik dan perbandingan unjuk kerja kompor bahan bakar
bioetanol gel dengan cara membuat berbagai variasi tempat pembakaran (burner)
dan diameter lubang udara 5 mm, 4 mm, 3 mm, 2,5 mm, dan 2 mm. Variabel
kendali dalam penelitian ini adalah bioetanol gel produksi CV. Joy Fresh
Internasional dengan kadar etanol 90%, carbopol 1,05%, kadar air 7,33 % dengan
HHV 16.942,572 (kJ/ kg) dan LVH 16.717,369 (kJ/kg). Tempat pembakaran
(burner) terbuat dari kaleng minuman (soft drink) bekas. Data pada penelitian ini
akan diproses dengan menggunakan Metode Water Boilling Tester (WBT)
sehingga diperoleh hasil berupa pengaruh masing - masing variasi burner terhadap
bahan bakar bioetanol gel pada kompor. Dari penelitian diperoleh, kompor
dengan variasi kedua (V1) dengan diameter lubang udara 5 mm adalah kompor
yang paling efektif dan efisien dengan nilai efesiensi termal (hc) 67%,
karakteristi apinya biru dan stabil.
Kata kunci : Bioetanol, gel, , renewabale energy, smart stove, kompor rumah
tangga, hemat energi, pemamfaatan kaleng bekas, ramah lingkungan.
vi
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
Bioethanol fuel gel is renewable energy (renewable energy) potential as
the source is updated and more secure when compared with liquid bioethanol.
Besides ethanol gel fuel is also cheaper than fossil fuels such as premium, gas and
kerosene. However, the use of bioethanol gel as a substitute for fossil fuels are
still very minimal. This is due to factory producing bioethanol gel is limited and
little is know how to capitalize on bioethanol gel that can be used in everyday life,
as well as bio-ethanol gel stoves. For that, a special study is needed regarding the
manufacture and performance of bioethanol gel-fueled stove.This study aims to
create a prototype stove bioethanol gel and seek to know the characteristics and
comparative performance of bioethanol gel fuel stove by creating a wide variety
of combustion (burner) and the air hole diameter 5 mm, 4 mm, 3 mm, 2.5 mm, and
2 mm. Control variables in this study is the production of bioethanol gel CV.
Fresh Joy International with ethanol content of 70%, 1.05% Carbopol, 7.33%
moisture content with HHV 16942.572 (kJ / kg) and LVH 16717.369 (kJ / kg).
Incinerators (burner) made from canned drinks (soft drinks) ex. The data in this
study will be processed using a method Boilling Water Tester (WBT) in order to
obtain results in the form of influence each - each a variation on bioethanol fuel
burner on the stove gel. From the study showed, a stove with a second variation
(V2) with a diameter of 4 mm air holes are stoves most effective and efficient with
thermal efficiency values (hc) 67% and, blue flame characteristics and stable.
Keywords: Bioethanol, gel,, renewabale energy, smart stove, household stoves,
energy-saving, pemamfaatan cans, is environmentally friendly.
vii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ..........................................................................................
i
DAFTAR HADIR ASISTENSI .........................................................................
ii
LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................ iii
KATA PENGANTAR ....................................................................................... iv
ABSTRAK .......................................................................................................... vi
ABSTRACT .......................................................................................................... vii
DAFTAR ISI ...................................................................................................... viii
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xii
DAFTAR TABEL .............................................................................................. xv
DAFTAR NOTASI ............................................................................................. xvii
BAB I PENDAHULUAN .................................................................................
1
1.1 Latar Belakang .............................................................................................
1
1.2 Hipotesis.......................................................................................................
2
1.3 Tujuan ..........................................................................................................
3
1.4 Rumusan Masalah ........................................................................................
3
1.5 Batasan Masalah...........................................................................................
3
1.6 Mamfaat Penelitian ......................................................................................
4
1.7 Sistematika Penulisan...................................................................................
5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA.......................................................................
6
2.1 Desain Kompor ............................................................................................
6
2.1.1 Solidwork ...........................................................................................
6
viii
Universitas Sumatera Utara
2.2 Bioetanol ......................................................................................................
7
2.3 Pembuatan Bioetanol ...................................................................................
9
2.4 Mamfaat Bioetanol .......................................................................................
15
2.5 Bioetanol Gel ...............................................................................................
16
2.6 Jenis-Jenis Kompor Bioetanol......................................................................
32
2.7 Proses Pembakaran.......................................................................................
35
2.8 Perpindahan Panas .......................................................................................
36
2.8.1 Radiasi .......................................................................................................
36
2.8.1 Konduksi ...................................................................................................
37
2.8.3 Konveksi ...................................................................................................
38
2.8.4 Teori Pembakaran .....................................................................................
39
2.8.5 Metode Water Boiling Test........................................................................
40
2.8.5.1Metode Star Dingin ..................................................................................
40
2.8.5.2Metode Star Panas....................................................................................
41
2.8.5.3Metode Simmering ...................................................................................
42
2.8.6Udara Sebagai Salah Satu Faktor Utama Pembakaran ..............................
45
BAB III METODE PENELITIAN ..................................................................
48
3.1 Diagram Alir Penelitian ...............................................................................
48
3.2Waktu dan Tempat .........................................................................................
49
3.2 Alat dan Bahan .............................................................................................
49
3.2.1 Bahan...................................................................................................
49
3.2.2 Alat ......................................................................................................
50
ix
Universitas Sumatera Utara
3.3 Parameter-parameter Pengujian ...................................................................
51
3.4 Metode Pengumpulan Data .........................................................................
56
3.5 Prosedur Pengujian Unjuk Kerja Kompor ..................................................
56
3.6 Proses Pembuatan Prototype Kompor ........................................................
56
3.6.1Proses Pembuatan Tempat Pembakaran (Burner).......................................
57
3.6.2Proses Pembuatan Kerangka Kompor .........................................................
58
3.7Prosedur Pengujian Unjuk Kerja Kompor .....................................................
60
3.8Variasi Tempat pembakaran (burner) yang Diuji ..........................................
63
3.8.1Tempat pembakaran (burner) Variasi Pertama ...........................................
63
3.8.2Tempat pembakaran (burner) Variasi Kedua .............................................
64
3.8.3Tempat pembakaran (burner) Variasi Ketiga .............................................
65
3.8.4Tempat pembakaran (burner) Variasi Keempat .........................................
66
3.8.5Tempat pembakaran (burner) Variasi Kelima ............................................
67
BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA .............................................
68
4.1 Perhitungan Unjuk Kerja Kompor ...............................................................
68
4.1.1Bahan Bakar yang Dikonsumsi (fcm) ...........................................................
68
4.1.2 Perubahan dalam tempat pembakaran atau sisa pembakaran selama
tahap uji (∆ cc) .....................................................................................................
70
4.1.3Bahan bakar setara yang dikonsumsi (fcd)...................................................
71
4.1.4 Air yang menguap (w cv) ............................................................................
73
4.1.5 Air yang tersisa di akhir uji (wcr) ...............................................................
75
4.1.6 Durasi fase (∆ tc) ........................................................................................
76
x
Universitas Sumatera Utara
4.1.7 Efesiensi termal (hc) ...................................................................................
78
4.1.8 Laju pembakaran (rcb) ................................................................................
80
4.1.9 Konsumsi bahan bakar spesifik (SCc) ........................................................
82
4.1.10 Konsumsi spesifik Temp-dikoreksi (SC T h) ............................................
84
4.1.11Daya api (Firepower) (FPc)......................................................................
86
4.2 Analisa Pembakaran ......................................................................................
88
4.3 Rangkuman Hasil Unjuk Kerja Kompor .......................................................
91
BAB V KESIMPULAN.....................................................................................
93
5.1 Kesimpulan ..................................................................................................
93
5.2 Saran.............................................................................................................
93
DAFTAR PUSTAKA........................................................................... .............
94
LAMPIRAN
xi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Reaksi produksi bioetanol ............................................................... 10
Gambar 2.2 Reaksi pengubahan piruvat menjadi alkohol. ................................. 12
Gambar 2.3 (a) Proses pembuatan bioetanol dari bahan berpati, (b) Diagram alir
proses pembuatan bioetanol dari ubi kayu .......................................................... 14
Gambar 2.4 Rangkaian alat uji Bioetanol Gel .................................................... 20
Gambar 2.5 Diagram Pareto untuk Analisa Flash Point ...................................... 23
Gambar 2.6 Grafik optimasi 3D % carbopol vs % air untuk nilai flash point ...... 23
Gambar 2.7 Grafik kontur permukaan untuk nilai flash point.............................. 24
Gambar 2.8 Diagram Pareto untuk Analisa Nilai Kalor ....................................... 26
Gambar 2.9 Grafik optimasi 3D % carbopol vs % air untuk nilai kalor .............. 27
Gambar 2.10 Grafik kontur permukaan untuk nilai kalor ..................................... 27
Gambar 2.11 Diagram Pareto untuk Analisa Viskositas ..................................... 29
Gambar2.12 Grafik optimasi 3D % carbopol vs % air untuk viskositas ............ 30
Gambar 2.13 Grafik kontur permukaan untuk viskositas ................................... 30
Gambar 2.14 Kompor Etanol Bertekanan ............................................................ 32
Gambar 2.15 Kompor Minyak Tumbuhan .......................................................... 32
Gambar 2.16 Kompor Cleancook ....................................................................... 33
Gambar 2.17 Lentera Etanol .............................................................................. 33
Gambar 2.18 (a) Kompor Batubara, (b) Kompor Superblue................................. 34
Gambar 2.19 Kompor Bioetanol Tipe Side Burner .............................................. 34
xii
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.19 (a) pembakaran sempurna, (b) pembakaran yang baik, (c)
pembakaran tidak sempurna ................................................................................. 36
Gambar 2.20 Perpindahan Panas Radiasi(a) pada permukaan, (b) antara
permukaan dan lingkungan .................................................................................. 37
Gambar 2.21 Perpindahan Panas Konduksi dan Difusi Akibat Aktivitas
Molekul ............................................................................................................... 38
Gambar 2.22 Perpindahan Panas Konveksi(a) konveksi paksa, (b) konveksi
alamiah, (c) pendidihan, (d) kondensasi ............................................................... 39
Gambar 2.23Reaksi Kimia Pembakaran ............................................................. 46
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian .................................................................. 47
Gambar 3.2 Alat dan Bahan Eksperimen ............................................................ 48
Gambar 3.3 Timbangan Digital........................................................................... 49
Gambar 3.4 Gelas Ukur dan Tabung Ukur ......................................................... 49
Gambar 3.5 Pemantik Api (korek api) ................................................................ 50
Gambar 3.6 Variasi Burner ................................................................................. 57
Gambar 3.7 Kerangka Kompor dan Burner ........................................................ 58
Gambar 3.8 Alat dan Bahan Eksperimen ............................................................ 59
Gambar 3.9 Instalisasi Kompor Bioetanol Gel ................................................... 60
Gambar 3.10 Diagram Alir Pengujian Unjuk Kerja Kompor ............................. 61
Gambar 3.11 Tempat pembakaran (burner) variasi pertama .............................. 62
Gambar 3.12 Tempat pembakaran (burner) variasi kedua ................................. 63
Gambar 3.13 Tempat pembakaran (burner) variasi ketiga ................................. 64
Gambar 3.14 Tempat pembakaran (burner) variasi keempat ............................. 65
xiii
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.15 Tempat pembakaran (burner) variasi kelima ................................ 66
Gambar 4.1 Grafik bahan bakar yang dikonsumsi (fcm ) ..................................... 68
Gambar 4.2 Grafik perubahan dalam tempat pembakaran (burner) ................... 70
Gambar 4.3 Grafik bahan bakar setara yang dikonsumsi (fcd) ............................ 71
Gambar 4.4 Grafik air yang menguap (wcv) ........................................................ 73
Gambar 4.5 Grafik air yang tersisa di akhir uji (wcr) .......................................... 75
Gambar 4.6 Grafik durasi fase (∆ tc) ................................................................... 76
Gambar 4.7 Grafik efesiensi termal (hc) ............................................................. 78
Gambar 4.8 Grafik laju pembakaran (rcb) ........................................................... 80
Gambar 4.9 Grafik konsumsi bahan bakar spesifik (SCc) .................................. 82
Gambar 4.10 Grafik Konsumsi spesifik temp-dikoreksi (SC T h) ....................... 84
Gambar 4.11 Grafik Daya api (Firepower) (FPc) .............................................. 86
xiv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Konversi bahan baku tanaman yang mengandung pati
ataukarbohidrat dan tetes menjadi bioetanol......................................................... 10
Tabel 2.2 Sifat-sifat bahan bakar dari bioetanol, gasholine dan butyl eter........ 16
Tabel 2.3 Hasil Analisa Nilai Flash Poin ........................................................... 21
Tabel 2.4 Perbandingan Hasil Analisa dengan Hasil Prediksi untuk Flash Point 22
Tabel 2.5 Hasil Analisa Nilai Kalor .................................................................... 25
Tabel 2.6 Perbandingan Hasil Analisa dengan Hasil Prediksi untuk Nilai Kalor 25
Tabel 2.7 Hasil Analisa Viskositas ..................................................................... 28
Tabel 2.8 Perbandingan Hasil Analisa dengan Hasil Prediksi untuk Viskositas
29
Tabel 3.1 Spesifikasi Tempat pembakaran (burner) Variasi Pertama ................ 62
Tabel 3.2 Spesifikasi Tempat pembakaran (burner) Variasi Kedua ................... 63
Tabel 3.3 Spesifikasi Tempat pembakaran (burner) Variasi Ketiga................... 64
Tabel 3.4 Spesifikasi Tempat pembakaran (burner) Variasi Keempat ............... 65
Tabel 3.5 Spesifikasi Tempat pembakaran (burner) Variasi Kelima ................. 66
Tabel 4.1 Data perhitungan bahan bakar yang dikonsumsi (fcm) ....................... 68
Tabel 4.2 Data perhitungan perubahan dalam tempat pembakaran (burner) atau sisa
pembakaran selama tahap pengujian (∆ cc)......................................................... 69
Tabel 4.3 Data perhitungan bahan bakar setara yang dikonsumsi (fcd) .............. 71
Tabel 4.4 Data perhitungan air yang menguap (wcv) .......................................... 73
Tabel 4.5 Data perhitungan air yang tersisa di akhir uji (wcr)............................. 74
Tabel 4.6 Data perhitungan durasi fase (∆ tc) ..................................................... 76
xv
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.7 Data perhitungan Efesiensi termal (hc) ............................................... 78
Tabel 4.8 Data perhitungan Laju pembakaran (rcb) ............................................ 80
Tabel 4.9 Data perhitungan Konsumsi bahan bakar spesifik (SCc) .................... 81
Tabel 4.10 Data perhitungan konsumsi spesifik temperature dikoreksi (SC T h)
84
Tabel 4.11 Daya api (Firepower) (FPc) ............................................................. 86
xvi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
f ci
Berat bahan bakar sebelum diuji (gram)
P ci
Berat bejana/panci dengan air sebelum tes (gram)
T ci
Suhu air sebelum tes (ºC)
t ci
Waktu di awal tes (min)
f cf
Berat bahan bakar setelah uji (gram)
cc
Berat sisa bahan bakar setelah uji (gram)
P cf
Berat bejana/panci dengan air setelah uji (gram)
T cf
Suhu air setelah uji (ºC)
t cf
Waktu di akhir tes (min)
f cm
Bahan bakar yang dikonsumsi (gram)
∆cc
Perubahan dalam char selama tahap uji (gram)
f cd
Bahan bakar setara dikonsumsi (gram)
w cv
Air menguap (gram)
w cr
Air yang tersisa di akhir uji (gram)
∆tc
Durasi fase (min)
hc
Efisiensi termal
r cb
Laju pembakaran (gram / min)
SC c
Konsumsi bahan bakar spesifik ((gram) bahan bakar / (gram) air)
SC T h Konsumsi spesifik Temp-dikoreksi (bahan bakar gram / gram air)
FP c
Daya api (Firepower) (W)
xvii
Universitas Sumatera Utara