NASKAH PUBLIKASI TUGAS AKHIR INOVASI TEKNOLOGI TUNGKU INDUSTRI TAHU DENGAN VARIASI DEBIT UDARA PRIMER.
NASKAH PUBLIKASI TUGAS AKHIR
INOVASI TEKNOLOGI TUNGKU INDUSTRI TAHU DENGAN VARIASI DEBIT
UDARA PRIMER
Makalah Seminar Tugas Akhir ini disusun sebagai syarat
untuk mengikuti Ujian Tugas Akhir
pada Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun Oleh
DIDIK ARI WIBOWO
D 200 070 024
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2015
0
1
Inovasi Teknologi Tungku Pembakaran Industri Tahu Dengan
Variasi Debit Udara Primer
Didik Ari Wibowo, Sartono Putro, Nur Aklis
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. Ahmad Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura
Email : Gewolcaem@yahoo.com
ABSTRAKSI
Tungku adalah alat bantu yang umumnya terbuat dari tanah liat atau susunan
batu bata yang digunakan dalam proses pembakaran dengan bahan bakar padat,
briket, atau sampah organik untuk proses memasak didapur.
Tujuan dari penelitian ini yaitu untuk mengetahui pengaruh kinerja dari tungku
pembakaran menggunakan variasi debit udara primer 0,020 m3/s, 0,023 m3/s, 0,026
m3/s terhadap pengaruh temperatur tungku, temperatur air pendidihan, laju
kebutuhan bahan bakar, dan efisiensi thermal persatuan waktu dengan
menggunakan bahan bakar sekam padi.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa variasi debit udara mempengaruhi
besarnya temperatur pembakaran tungku, waktu pendidihan air, laju kebutuhan
bahan bakar, efisiensi termal pada tungku tersebut. Maka dapat disimpulkan pada
penelitian dari ketiga variasi debit udara tersebut didapatkan semakin rendah debit
udara semakin lama waktu pendidihan air, tetapi kebutuhan bahan bakar sedikit dan
efisiensi thermal tinggi, sedangkan semakin tinggi debit udara semakin cepat waktu
pendidihan air, tetapi kebutuhan bahan bakar banyak dan efisiensi tungku rendah.
Efisiensi thermal tungku tertinggi dihasilkan dari pengujian variasi debit udara primer
0,023 m3/s.
Kata Kunci: Tungku Pembakaran, Sekam Padi, Efisiensi Thermal Tungku
2
Negara
PENDAHULUAN
Indonesia
banyak
terdapat industri kecil seperti industri
Latar Belakang
Konsumsi bahan bakar fosil dan
tahu, industri tempe dan lainnya.
penyediaan sumber daya alam yang
Kebanyakan dalam proses memasak
semakin meningkat adalah masalah
masih menggunakan
yang
penting
untuk
pembakaran sederhana yang bentuk
hidup
dimasa
mendatang.
kelangsungan
tempat tungku
dan modelnya belum pernah ada
Jumlah
penduduk yang sangat tinggi membuat
teorinya,
kebutuhan bahan bakar fosil semakin
pembuatan dari nenek moyang dan
meningkat
turun menurun sampai sekarang.
sehingga
berkurangnya
sumber energi fosil seperti gas bumi,
minyak
bumi,
sebagainya.
batubara
dan
Berkurangnya
pengolahan tahu, kebanyakan industri
sumber
kecil
tetapi dengan tungku yang pakai
sekarang, panas yang dihasilkan untuk
didapatkan karena penebangan hutan
untuk
sehingga
memenuhi
merebus air masih kurang maksimal,
keterbatasan
kebutuhan
dikarenakan tidak berpusatnya api dan
yang
kurang stabilnya api yang dihasilkan.
menyebabkan harga kayu meningkat.
Untuk
mengurangi
Banyak
atau tidak proses pemasakan. Akan
kayu, tetapi sekarang kayu juga sulit
liar
bakarnya.
padi
air pada ketel yang menentukan cepat
yang
menggunakan energi alternatif. Misal
secara
bahan
sekam
sedikitnya uap panas hasil perebusan
energi yang terus meningkat. Dalam
banyak
menggunakan
sebagai
kegiatan industri mengakibatkan harga
industri
berdasarkan
Pada proses memasak pada
lain
energi di dunia yang digunakan untuk
kegiatan
hanya
Dengan
beban
mendesain
ulang
tungku yang lebih efisien, diharapkan
masyarakat khususnya di pedesaan
panas yang dihasilkan dapat terpusat
yang masih sangat tergantung dengan
pada ketel, sehingga panas yang
bahan bakar minyak bumi dibutuhkan
dihasilkan lebih besar dan stabil agar
energi alternatif yang bisa diperbaharui
air cepat menguap, sehingga dapat
murah dan mudah didapatkan disekitar
menekan
mereka. Contohnya serbuk gergaji,
biaya
produksi
dan
menghemat bahan bakar yang dipakai
sekam padi, kayu bakar dan lain-lain.
tentunya.
Bahan bakar tersebut memiliki potensi
yang sangat besar untuk menjadi
bahan bakar alternatif di masyarakat
pedesaan.
3
Rumusan Masalah
1. Bagaimana
tungku
dan
pengaruh
pengaruh
Variasi
pembakaran
kinerja
pembakaran
pada
melubangi
proses
seperempat
mati dan asap yang dihasilkan pun
digunakan
tidak banyak. ”Semakin banyak udara
masuk maka proses pembakaran lebih
cepat
kecepatan udara diabaikan.
dan
polusi
asap
semakin
sedikit,” ucapnya.
Supriyatno.dkk (1994), Tungku
Tujuan Penelitian
berskala rumah tangga dan industri
Mengetahui bagaimana kinerja
tungku
perajin sebagai alat untuk proses
pembakaran
menggunakan Variasi Debit
memasak telah dikembangkan dan
Udara
disebarluaskan
Primer terhadap pengaruh temperatur
program
tungku, temperatur air pendidihan,
pengembangan
kebutuhan bahan bakar, dan efisiensi
masyarakat.
percontohan
melalui
TINJAUAN PUSTAKA
(2006),
selain
dinilai
melalui
berbagai
penelitian
dan
,
baik
oleh
DIP
pemerintah maupun lembaga swadaya
thermal persatuan waktu.
pembakaran
pada
yang
pembakaran sehingga bara api tidak
5. Rincian tentang perhitungan variasi
Bulgan
saringan
agar oksigen dapat masuk ke ruang
dengan
adalah sekam padi.
dari
dijadikan
turun ke bagian bawah tungku selain
Variasi Debit Udara Primer.
yang
kaleng.
agar debu hasil pembakaran dapat
dianggap seragam.
bakar
bawah
menjelaskan, saringan ini berfungsi
2. Kondisi temperatur udara sekitar
desain
digunakan
ketinggian kaleng. Lebih lanjut, Bulgan
perhitungan
rancangan tungku diabaikan.
3. Menggunakan
bisa
bagian
ditempatkan
Batasan Masalah
4. Bahan
juga
Kemudian tutup kaleng cat dilubangi
dan
tentang
menggunakan
dibuat dari bekas kaleng cat 25 kg dan
pembakaran tungku ?
1. Rincian
tungku
untuk pupuk. Tungku mini ini bisa
2. Berapa persen efisiensi thermal
dipakai
tidak
pembakaran
Udara
Primer ?
yang
Sebab,
minyak tanah dan debu dari bekas
terhadap
Debit
lingkungan.
cara
Beberapa
yang
tungku
dikembangkan
modifikasi
misalnya
adalah Tungku modifikasi singer oleh
tungku
LFN-LIPI. Tungku lowon oleh Dian
efektif,
Desa, Tungku Tahu Industri Rakyat
efisien, juga aman bagi masyarakat
4
dan Tungku Rumah Tangga Modifikasi
yang tidak linear dan panjang api
DJLEB, juga Tungku Sumarni yang
berkurang.
dikenal melalui lomba tungku hemat
Ismun (1998), tungku adalah
energi tingkat nasional prakarsa Ditjen
tempat
ketenagaan.
Hasil
sedemikian
Tungku
Modifikasi
pengembangan
perapian
yang
rupa
dibentuk
sehingga
dapat
Singer
digunakan untuk memasak. Ada tiga
disebarluaskan ke desa-desa berbagai
unsur penting yang harus dipenuhi
tempat di Pulau Jawa dan Lampung
agar suatu alat dapat disebut tungku,
dan diberbagai Desa diluar Pulau
yakni
Jawa
melalui
meletakkan sesuatu, api yang ada
Sistim
Padat
program
Karya
Teknologi
Departemen
tempat
(dudukan)
didalamnya,
berfungsi
Tenaga Kerja. Sedangkan Tungku
memanaskan
dalam
Sumarni, tungku terbaik dalam lomba
sesuatu.
untuk
untuk
memasak
tungku hemat energi disebarkan di
desa-desa di dalam dan luar Pulau
Proses Pembakaran
Jawa.
Sujono,
mengemukakan
yang
dkk.
(2002),
bahwa
parameter
mempengaruhi
Pembakaran
oksidasi cepat bahan bakar disertai
dengan produksi panas, atau panas
karakteristik
dan cahaya. Pembakaran sempurna
pembakaran adalah kondisi bentuk
bahan bakar terjadi hanya jika ada
aliran udara yang masuk ke ruang
pasokan oksigen yang cukup.
bakar dan kecepatan injeksi bahan
Oksigen (O2) merupakan salah
bakar. Hasil penelitian menunjukan
bahwa
kenaikan
kecepatan
satu elemen bumi paling umum yang
udara
jumlahnya
sekunder pada kondisi AFR ( Air Fuel
Ratio
)
primer
dengan
kecepatan
konstan
temperature
akan
berkurang.
kecepatan
udara
untuk mengubah cairan atau padatan
menjadi gas. Bahan bakar gas akan
terbakar pada keadaan normal jika
pada
terdapat udara yang cukup.
kondisi laju aliran massa bahan bakar
dengan
kecepatan
udara
konstan
akan
perubahan
temperature
dari
dibakar. Biasanya diperlukan panas
hasil
Sedangkan
sekunder
20.9%
harus diubah ke bentuk gas sebelum
pembakaran dan panjang nyala api
cenderung
mencapai
udara. Bahan bakar padat atau cair
udara
menaikan
maksimum
merupakan
Hampir
primer
79%
udara
(tanpa
adanya oksigen) merupakan nitrogen,
mengakibatkan
dan
maksimum
sisanya
merupakan
elemen
lainnya. Nitrogen dianggap sebagai
5
pengencer yang menurunkan suhu
dengan oksigen (O2) dari udara. Hasil
yang
pembakaran
harus
oksigen
ada
yang
pembakaran.
untuk
mencapai
dibutuhkan
Nitrogen
untuk
yang
utama
adalah
karbondioksida (CO2), uap air (H2O),
mengurangi
dan disertai energi panas.
efisiensi pembakaran dengan cara
Reaksi kimia dari proses pembakaran
menyerap panas dari pembakaran
adalah sebagai berikut:
bahan bakar dan mengencerkan gas
C
buang.
Nitrogen
juga
mengurangi
+ O2
CO2
2H2+ O2
transfer panas pada permukaan alat
2H2O
penukar panas, juga meningkatkan
Bahan bakar + Jumlah udara
volum hasil samping pembakaran,
Karbondioksida + Uap air + Nitrogen
yang juga harus dialirkan melalui alat
dan gas-gas lainnya (kecuali oksigen)
penukar panas sampai ke cerobong.
Nitrogen
ini
juga
Komposisi Bahan Bakar
dapat
Sekam padi adalah kulit terluar
bergabung dengan oksigen (terutama
dari gabah yang banyak terdapat di
pada suhu nyala yang tinggi) untuk
penggilingan padi. Sekam padi sendiri
menghasilkan oksida nitrogen (NOx),
merupakan
yang merupakan pencemar beracun.
bakar
bercampur
lemma
dan
pelea
yang
Tabel 1. Komposisi Kimia Sekam
masing-masing
Menurut Suharno (1979)
8.084 kkal, 28.922 kkal dan 2.224 kkal.
Pada kondisi tertentu, karbon juga
dapat
bergabung
membentuk
dengan
karbon
oksigen
monoksida,
dengan melepaskan sejumlah kecil
Tabel 2. Komposisi Kimia Sekam
panas (2.430kkal/kg karbon). Karbon
terbakar yang membentuk CO2 akan
menghasilkan lebih banyak panas per
satuan bahan bakar dari pada bila
menghasilkan CO atau asap.
Proses
reaksi
kimia
pembakaran
antara
bahan
saling
bertautan (Tim Cahaya, 2008).
dioksida, uap air dan sulfur dioksida,
panas
yang
yang terdiri dari dua belahan yaitu
dengan
oksigen di udara membentuk karbon
melepaskan
keras
membungkus kariopsis butih gabah
Karbon, hidrogen dan sulfur dalam
bahan
lapisan
adalah
bakar
6
yang dibutuhkan suatu benda (zat)
Menurut DTC-IPB
bergantung pada 3 faktor sebagai
berikut: ( sidik, 2008 )
1. massa zat
2. jenis zat
3. perubahan suhu
Karakteristik kandungan pada
komposisi
sekam
Kalor pada suhu antara 270 s/d
padi
1000 dapat dicari dengan persamaan
( polisakarida) / (C6H10O5)
Sifat
fisika
sekam
sebagai berikut :
padi
(Endang
Q = m . cp . ΔT...............(3)
Mastuti W, 2005) sebagai berikut:
Berat molekul
Dimana :
: 41240 gram/mol
Q = Kalor yang dibutuhkan (kJ)
(Branca dkk., 2004)
m = massa benda (kg)
Suhu pembakaran : 100oC s/d 900oC
cp = kalor jenis air=(4,2 kJ/kgoC)
Nilai kalor C6H10O5: 3.300 Kkal/kg
ΔT =(t2-t1) perubahan suhu (oC)
(Ir. Dorlan Sipahutar)
Sifat kimia sekam padi sebagai
Kalor pada saat air mendidih
berikut:
1. Reaksi
pembakaran
dapat
sempurna
dicari
dengan
persamaan
sebagai berikut :
teoritis sekam padi menghasilkan
Q = m . hfg....................(4)
gas karbondioksida dan uap air.
atau
Reaksi:
Q = m . HHV................(5)
Bunga api
C6H10O5 + 6O2
6CO2 +5H2O ..(1)
Dimana :
2. Reaksi
sekam
pembakaran
padi
di
sempurna
alam
Q = Kalor yang dibutuhkan (kJ)
terdapat
m = massa uap hasil ketel (kg)
kandungan nitrogen yang berasal
hfg= panas uap laten (kJ/kg)
dari udara pembakaran.
Reaksi:
HHV= Nilai kalor tertinggi (kJ)
Bunga api
C6H10O5+6O2+ 4N2
6CO2+5H2O+4N2+
m dapat diketahui dari volume
heat..(2)
air yang berubah menjadi uap pada
ketel dengan persamaan sebagai
Kalor
Dari
hasil
percobaan
berikut :
yang
vair menjadi uap = va - vb .....(6)
sering dilakukan besar kecilnya kalor
7
Dimana :
vair menjadi uap = volume air berubah
manjadi uap (m3)
va
= volume air awal (m3)
vb
= volume air akhir (m3)
Diketahuinya vair
sehingga
m
dapat
menjadi
dicari
uap
,
dengan
persamaan sebagai berikut :
m
= ρ . vair menjadi uap...(7)
Dimana :
m
= masa uap ketel (kg)
ρ
= massa jenis uap air
(100o C = 0,598 kg/m3)
vair menjadi uap= volume air berubah
manjadi uap (m3)
Kalor
yang
dihasilkan
dari
proses pembakaran dapat dihitung
dengan
menggunakan
persamaan
sebagai berikut :
(Syamsir, 1988;47)
Qf
= W f . (LHV) . ηf ....(8)
Keterangan :
Qf = Kalor yang dihasilkan (kJ)
Wf= Pemakaian BB (kg)
LHV=Nilai kalor terendah (kJ/kg)
ηf =Efisiensi dapur 0,90 s/d 0,97
8
METODOLOGI PENELITIAN
Tahapan Penelitian
Mulai
Pembuatan desain
alat
Pembuatan
alat
Uji coba alat dengan bahan bakar sekam
Pengujian 1
pengambilan data
temperatur,
pengurangan
volume air,
penggunaan bahan
bakar, dengan
variasi debit udara
0,020 m3/s
Pengujian 2
pengambilan data
temperatur,
pengurangan
volume air,
penggunaan bahan
bakar, dengan
variasi debit udara
0,023 m3/s
Pengujian 3
pengambilan data
temperatur,
pengurangan
volume air,
penggunaan bahan
bakar, dengan
variasi debit udara
0,026 m3/s
Analisis data dan
penarikan kesimpulan
Selesai
Gambar 1. Diagram Alir Penelitian
9
10
INSTALASI PENGUJIAN
Gambar 2. Instalasi Tungku
Pembakaran
Keterangan gambar:
7. Cerobong asap
1. Pintu pembakar Primer
8. Blower
2. Pintu pembakar Skunder
9. Thermokopel 1
3. Tangga turunnya bahan bakar
10.Thermokopel 2
4. Ruang bakar
11.Thermokopel 3
5. Tangki/ Drum
12.Thermokopel 4
6. lubang keluar asap
10
dari dua belahan yaitu lemma
Cara kerja dari tungku tersebut :
Kinerja
tersebut
dari
dimulai
dari
tungku
dan pelea yang saling bertautan
proses
(Tim Cahaya, 2008).
pembakaran ruang bakar, yang
bahan bakarnya masuk melalui
Peralatan
lubang masukan primer kemudian
1. Stopwatsh
menggunakan
terletak
di
blower
yang
2. Timbangan manual
depannya
untuk
3. Blower
mengaliri debit udara 0,020 m3/s,
4. Anemometer Digital
0,023 m3/s, 0,026 m3/s.
5. Thermokopel
Energi kalor dari proses
6. Reaktor Pembakaran
pembakaran bahan bakar dari
sekam
padi
digunakan
7. Drum Air
untuk
menaikkan suhu temperatur air
Langkah-langkah
yang ada pada drum sehingga air
penelitian sebagai berikut:
yang
1. Menimbang
ada
dalam
drum
akan
dalam
bahan
sekam
mendidih dan menghasilkan uap
padi yang akan digunakan
panas. Asap hasil pembakaran
sebagai
akan tersaring dan terbuang pada
penelitian (kg).
cerobong,
dapat
sehingga
ditekan
bahan
bakar
polusinya
2. Mengisi air pada tangki air
seminimal
sampai 80-90% dari volume
mungkin.
tangki.
3. Membuat
Bahan Penelitian
bara
api
dari
serutan kayu dan sekam padi.
Sekam padi.
4. Memulai proses perebusan air
Sekam padi adalah kulit
dan
terluar dari gabah yang banyak
mencatat
waktu
awal
penyalaan (menit).
5. Mengukur panas (oC) mulai
terdapat di penggilingan padi.
Sekam padi sendiri merupakan
dari
lapisan keras yang membungkus
depan, api langsung, ketel air,
kariopsis butih gabah yang terdiri
cerobong bawah,
10
11
tungku
pembakaran
cerobong
atas setiap 20 menit sekali
1. Temperatur Tungku
sampai air mendidih.
6. Mencatat waktu air mendidih
(menit)
7. Mengukur panas (oC) setelah
air mendidih pada ketel mulai
dari
tungku
pembakaran
depan, api langsung, ketel air,
cerobong bawah,
cerobong
atas.
Gambar 11.
8. Mengukur panas (oC) setelah
air
mendidih
20
Hubungan antara
temperatur tungku dengan waktu
menit
selama proses pengujian.
sesudahnya sampai 60 menit
mulai dari tungku pembakaran
Dari gambar 11. diketahui
depan, api langsung, ketel air,
cerobong bawah,
diketahui bahwa meningkatnya
cerobong
temperatur
atas.
dihasilkan
9. Mencatat waktu berakhirnya
pembakaran
proses pengujian. Suhu terendah
Mematikan api dan mengukur
pada
berat
diketahui
abu
dari
yang
dibandingkan dengan lama waktu
proses pembakaran.
dari
tungku
sekam
hasil
awal
proses
pengujian
pengujian
pertama
pembakaran (kg) dan mengukur
dengan
volume air isian ketel (m3).
dengan debit udara 0.020 m3/s
menggunakan
blower
pada temperatur 744oC, pada
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil
dari
dan
penelitian
waktu 20 menit pertama. Selama
pembahasan
yang
proses pembakaran, pada poses
sudah
pengujian terakhir menggunakan
dilakukan didapatkan perbedaan
blower dengan debit udara 0.026
temperatur
m3/s,
pada
setiap
percobaan :
suhu
sampai
10
12
tungku
batas
meningkat
tertinggi
yang
diketahui
pada
temperatur
pengujian dengan menggunakan
1071 C, pada waktu 80 menit,
blower dengan debit udara 0,020
kemudian temperatur mengalami
m3/s dengan waktu
ketidakstabilan.
pada titik didih 98oC, sedangkan
o
Dari
diketahui
tungku
hasil
pengujian
bahwa
temperatur
mengalami
waktu pendidihan paling cepat
diketahui pada dengan waktu 80
menit pada titk didih 97oC dengan
perubahan
debit udara 0,026 m3/s. suhu
yang signifikan, dengan variasi
debit
udara
menggunakan
yang dicapai dalam percobaan
langsung
blower.
cenderung stabil yaitu dengan
Tetapi
tekanan 1 atm.
udara yang masuk ke dalam
ruang tungku jg tergantung dari
temperatur
keadaan
100 menit
Dari
cuaca
hasil
diketahui bahwa
sekitar.
pengujian
bila
tekanan
udara kurang dari 1 atmosfer,
maka zat cair dapat mendidih di
bawah titik didih normalnya dan
2. Temperatur Air
kenaikan
tekanan
pada
permukaan air akan menaikkan
Gambar 13. Hubungan
antara
temperatur
waktu
air
dengan
atau menurunkan titik didihnya,
jadi titik didih zat cair bergantung
pada
selama proses pengujian.
tekanan
udara
di
atas
permukaan zat cair itu. Lamanya
zat cair mendidih dipengaruhi
juga
Dari gambar 13. diketahui
bahwa
yang
temperatur dan
diperlukan
paling
mendidihkan
waktu
volume
untuk
pendidihan.
lama
air
yang
diketahui
pada
volume
zat
cair
tersebut, besar atau lebarnya
mendidihkan air berbeda. Waktu
untuk
oleh
10
13
penampang
tempat
3. Laju
Kebutuhan
Bahan
pengujian berbeda. Kebutuhan
Bakar
bakar itu di pengaruhi oleh nyala
pembakaran
tungku,
semakin
besar pasokan debit udara yang
Gambar 14. Hubungan
laju
kebutuhan
antara
dihasilkan maka semakin besar
bahan bakar
pula nyala api pembakaran dan
dengan waktu selama proses
semakin
pengujian.
konsumsi
bertambah
bahan
bakar
pula
yang
dibutuhkan. Kestabilan titik api
juga akan mempengaruhi proses
Dari gambar 14. diketahui
pembakaran untuk mencapai tidik
bahwa pemakaian bahan bakar
didih air.
pada setiap pengujian berbeda.
Pemakaian Bahan bakar yang
paling
sedikit
diketahui
pada
4. Efisiensi Thermal
pengujian dengan debit udara
Efisiensi Tungku
0,020 m3/s dengan kebutuhan
1. Pengujian Untuk Mendidihkan
bahan bakar sebanyak 22,5 kg,
Air
dengan waktu terlama yaitu 150
menit,
setiap
5
Waktu dan bahan bakar
menit
menghabiskan 0,75 kg bahan
yang
bakar. Pemakaian bahan bakar
mendidihkan 1 liter air dapat
paling
diketahui dari tabel berikut :
banyak
diketahui
digunakan
untuk
pengujian dengan debit udara
Tabel 3.Tabel uji pendidihan
0,023 m3/s, sebanyak 24 kg,
air
dengan waktu tercepat yaitu 120
menit,
setiap
5
menit
menghabiskan 1 kg bahan bakar.
Dari
hasil
pengujian
diketahui bahwa laju kebutuhan
bahan
bakar
pada
setiap
10
14
2. Pengujian Untuk Merubah Air
Efisiensi Thermal Pada Tungku
Menjadi Uap Waktu dan bahan
1. Kalor pendidihan air
bakar yang digunakan untuk
Kalor
yang
diperlukan
merubah air menjadi uap dapat
untuk mendidihkan air pada
diketahui dari tabel berikut :
percobaan, diketahui dari tabel
Tabel 4. Tabel pengujian
berikut :
merubah air menjadi uap
Tabel 5.
Tabel
kalor
mendidihkan air.
Dari
hasil
pengujian
diketahui bahwa laju kebutuhan
bahan
bakar
pada
setiap
2. Kalor
pengujian berbeda. Kebutuhan
tungku,
Kalor
semakin
bahan
bakar
diperlukan
tabel berikut :
pula nyala api pembakaran dan
konsumsi
yang
pada percobaan, diketahui dari
dihasilkan maka semakin besar
bertambah
air
untuk merubah air menjadi uap
besar pasokan debit udara yang
semakin
merubah
menjadi uap
bakar itu di pengaruhi oleh nyala
pembakaran
untuk
Tabel 6. Tabel kalor merubah
pula
air menjadi uap.
yang
dibutuhkan. Kestabilan titik api
juga akan mempengaruhi proses
pembakaran untuk mencapai tidik
didih air.
10
15
3. Efisien Thermal Tungku
Efisiensi thermal tungku
perubahan suhu pada tungku
tersebut secara signifikan.
diperoleh dari hasil percobaan,
2. Temperatur Air Pendidihan
Dari
hasil
pengujian
diketahui bahwa temperatur dan
waktu yang diperlukan untuk
mendidihkan air berbeda-beda.
Waktu untuk mendidihkan air
yang terlama diketahui pada debit
udara 0,020 m3/s adalah 100
menit yang mendidih pada suhu
98oC,
sedangkan
waktu
pendidihan paling cepat diketahui
pada debit udara 0,026 m3/s
dengan waktu 80 menit yang
mendidih pada suhu 97oC. Ini
menunjukkan jika tekanan udara
kurang dari 1 atmosfer, maka zat
cair dapat mendidih di bawah titik
didih normalnya dan kenaikan
tekanan pada permukaan air
akan
menaikkan
atau
menurunkan titik didihnya, jadi
titik didih zat bergantung pada
tekanan udara di atas permukaan
zat itu. Lamanya zat cair
mendidih dipengaruhi juga oleh
besar volume zat cair tersebut.
dapat dicari dari persamaan
berikut, yaitu :
th
kalor yang terpakai
kalor yang dihasilkan bahan bakar
Tabel 7.
Tabel
100%
.(9)
efisiensi
thermal tungku
th
PENUTUP
Kesimpulan
1. Temperatur Tungku
Dari
hasil
pengujian
diketahui perbandingan suhu
terendah pada temperatur tungku
berselisih antara temperatur 10oC
s/d
30oC,
sedangkan
perbandingan
suhu
tertinggi
berselisih antara temperatur 30oC
s/d 50oC, ini menunjukkan bahwa
temperatur
tungku
pada
pengujian yang telah dilakukan
dengan variasi debit udara 0,020
m3/s, 0,023 m3/s, 0,026 m3/s
menunjukkan perbedaan yang
signifikan, dikarenakan udara
yang dihembuskan akan stabil
sehingga akan mempengaruhi
3. Laju Kebutuhan Bahan Bakar
Dari
hasil
pengujian
diketahui laju kebutuhan bahan
bakar yang paling sedikit pada
debit udara 0,020 m3/s dengan
kebutuhan 22,5 kg, dengan waktu
terlama yaitu 150 menit, yang tiap
5 menitnya menghabiskan 0,75
kg bahan bakar, sedangkan
pemakaian
bahan
bakar
10
16
terbanyak diketahui pada debit
udara 0,026 m3/s yaitu 24 kg,
dengan waktu tercepat 120
menit, yang tiap 5 menitnya
menghabiskan 1 kg bahan bakar.
Ini menunjukkan bahwa laju
kebutuhan bahan bakar pada
setiap pengujian berbeda – beda,
dikarenakan kebutuhan bakar itu
dipengaruhi oleh banyaknya zat
yang akan dipanaskan untuk
mencapai titik didih, semakin
banyak zat yang akan dididihkan
maka semakin banyak pula
bahan bakar yang dibutuhkan
dalam pembakaran.
padi,
didapatkan
saran
di
antaranya:
a. Pada
saat
pengujian
hendaknya kondisi lingkungan
dalam keadaan normal untuk
menjaga
kualitas
data
pengujian.
b. Sulitnya
proses
awal
penyalaan api, diharapkan
penggunaan
bahan
bakar
sekam padi sebisa mungkin
dalam
keadaan
kering,
dikarenakan
bahan
bakar
tersebut tidak mudah terbakar,
sehingga
membutuhkan
kesabaran dan waktu yang
cukup lama.
c. Pemberian bahan bakar pada
tungku diharapkan secara
kontinyu agar nyala api tidak
padam , jika nyala api padam
maka dapat mempengaruhi
suhu untuk perebusan air, dan
memperlama waktu perebusan
.
4. Efisiensi Thermal Tungku
Dari hasil pengujian diketahui
efisiansi thermal tungku yang
tertingi pada debit udara 0,023
m3/s, yaitu 76,17%, sedangkan
efisien thermal tungku terendah
d. Pengukuran temperatur pada
pada debit udara 0,020 m3/s,
masing – masing percobaan
yaitu 68,91%. Ini menunjukkan
diharapkan
debit udara kapasitas 0,023 m3/s
dibandingkan
secara
bersamaan, agar hasil dapat
yang efesiensi thermalnya paling
tinggi,
serentak
akurat.
dengan
modifikasi debit udara 0,020 dan
0,026m3/s.
Saran
Setelah
melakukan
pengujian
terhadap
tungku
pembakaran dengan modifikasi
variasi
debit
udara
yang
berbahan bakar berupa sekam
10
17
DAFTAR PUSTAKA
Bahan
Bakar & Pembakaran. Diperoleh
Http://www.energyefficiencyasia.org
02
Juli
2012
dari
D. Darmansyah. (2006). Konversi Energi di Kilang Gas Alam Cair/LNG
Melalui Peningkatan Efisiensi Pembakaran pada Boiler. Tugas
Akhir S1. Universitas Sumatera Utara.
Irzaman, Alatas H. Darmasetiawan H. Yani A. dan Musiran. (2007).
Optimasi Tungku Sekam Skala Industri Kecil Dengan Sistem Boiler,
Vol. 12, No. 3. (Juli 2010). hal 77 – 84. Departemen of Physics.
FMIPA IPB.Bogor.
Kalor Jenis Benda dan Kapasitas Kalor. Diperoleh 23 Juni 2012 dari
Http://www.suhu.org
Mastuti Endang. (2005). Pembuatan Asam Oksalat dari Sekam Padi.
Tugas akhir S1. Universitas Sebelas Maret. Surakarta.
Maulana Rifki. (2009). Optimasi Efisiensi Tungku Sekam Dengan Variasi
Utama Pada Badan Kompor. Tugas akhir S1. Institut Pertanian
Bogor (IPB). Bogor. Diakses tanggal 31 januari 2013 dari
http://bogore.deptan.go.id
Rullyadi W. (2012). Inovasi Teknologi Tungku Pembakaran Dengan Air
Heaters Pipa Pararel. Tugas Akhir S1. Universitas Muhamadiyah
Surakarta.
Setyardjo, Djoko. (1993). Ketel Uap. Cetakan ketiga. Jakarta : PT.
Pradnya Paramita.
Surbakty, B. M. (1985). Pesawat Tenaga Uap I Ketel Uap. Surakarta:
Mutiara Solo.
Syamsir A. Muin. (1988). Pesawat – Pesawat Konversi Energy I (Ketel
Uap. Jakarta: CV. Rajawali.
Tungku
&
Refraktori.
Diperoleh
Http://www.energyefficiencyasia.org
10
18
02
Juli
2012
dari
10
INOVASI TEKNOLOGI TUNGKU INDUSTRI TAHU DENGAN VARIASI DEBIT
UDARA PRIMER
Makalah Seminar Tugas Akhir ini disusun sebagai syarat
untuk mengikuti Ujian Tugas Akhir
pada Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun Oleh
DIDIK ARI WIBOWO
D 200 070 024
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2015
0
1
Inovasi Teknologi Tungku Pembakaran Industri Tahu Dengan
Variasi Debit Udara Primer
Didik Ari Wibowo, Sartono Putro, Nur Aklis
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. Ahmad Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura
Email : Gewolcaem@yahoo.com
ABSTRAKSI
Tungku adalah alat bantu yang umumnya terbuat dari tanah liat atau susunan
batu bata yang digunakan dalam proses pembakaran dengan bahan bakar padat,
briket, atau sampah organik untuk proses memasak didapur.
Tujuan dari penelitian ini yaitu untuk mengetahui pengaruh kinerja dari tungku
pembakaran menggunakan variasi debit udara primer 0,020 m3/s, 0,023 m3/s, 0,026
m3/s terhadap pengaruh temperatur tungku, temperatur air pendidihan, laju
kebutuhan bahan bakar, dan efisiensi thermal persatuan waktu dengan
menggunakan bahan bakar sekam padi.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa variasi debit udara mempengaruhi
besarnya temperatur pembakaran tungku, waktu pendidihan air, laju kebutuhan
bahan bakar, efisiensi termal pada tungku tersebut. Maka dapat disimpulkan pada
penelitian dari ketiga variasi debit udara tersebut didapatkan semakin rendah debit
udara semakin lama waktu pendidihan air, tetapi kebutuhan bahan bakar sedikit dan
efisiensi thermal tinggi, sedangkan semakin tinggi debit udara semakin cepat waktu
pendidihan air, tetapi kebutuhan bahan bakar banyak dan efisiensi tungku rendah.
Efisiensi thermal tungku tertinggi dihasilkan dari pengujian variasi debit udara primer
0,023 m3/s.
Kata Kunci: Tungku Pembakaran, Sekam Padi, Efisiensi Thermal Tungku
2
Negara
PENDAHULUAN
Indonesia
banyak
terdapat industri kecil seperti industri
Latar Belakang
Konsumsi bahan bakar fosil dan
tahu, industri tempe dan lainnya.
penyediaan sumber daya alam yang
Kebanyakan dalam proses memasak
semakin meningkat adalah masalah
masih menggunakan
yang
penting
untuk
pembakaran sederhana yang bentuk
hidup
dimasa
mendatang.
kelangsungan
tempat tungku
dan modelnya belum pernah ada
Jumlah
penduduk yang sangat tinggi membuat
teorinya,
kebutuhan bahan bakar fosil semakin
pembuatan dari nenek moyang dan
meningkat
turun menurun sampai sekarang.
sehingga
berkurangnya
sumber energi fosil seperti gas bumi,
minyak
bumi,
sebagainya.
batubara
dan
Berkurangnya
pengolahan tahu, kebanyakan industri
sumber
kecil
tetapi dengan tungku yang pakai
sekarang, panas yang dihasilkan untuk
didapatkan karena penebangan hutan
untuk
sehingga
memenuhi
merebus air masih kurang maksimal,
keterbatasan
kebutuhan
dikarenakan tidak berpusatnya api dan
yang
kurang stabilnya api yang dihasilkan.
menyebabkan harga kayu meningkat.
Untuk
mengurangi
Banyak
atau tidak proses pemasakan. Akan
kayu, tetapi sekarang kayu juga sulit
liar
bakarnya.
padi
air pada ketel yang menentukan cepat
yang
menggunakan energi alternatif. Misal
secara
bahan
sekam
sedikitnya uap panas hasil perebusan
energi yang terus meningkat. Dalam
banyak
menggunakan
sebagai
kegiatan industri mengakibatkan harga
industri
berdasarkan
Pada proses memasak pada
lain
energi di dunia yang digunakan untuk
kegiatan
hanya
Dengan
beban
mendesain
ulang
tungku yang lebih efisien, diharapkan
masyarakat khususnya di pedesaan
panas yang dihasilkan dapat terpusat
yang masih sangat tergantung dengan
pada ketel, sehingga panas yang
bahan bakar minyak bumi dibutuhkan
dihasilkan lebih besar dan stabil agar
energi alternatif yang bisa diperbaharui
air cepat menguap, sehingga dapat
murah dan mudah didapatkan disekitar
menekan
mereka. Contohnya serbuk gergaji,
biaya
produksi
dan
menghemat bahan bakar yang dipakai
sekam padi, kayu bakar dan lain-lain.
tentunya.
Bahan bakar tersebut memiliki potensi
yang sangat besar untuk menjadi
bahan bakar alternatif di masyarakat
pedesaan.
3
Rumusan Masalah
1. Bagaimana
tungku
dan
pengaruh
pengaruh
Variasi
pembakaran
kinerja
pembakaran
pada
melubangi
proses
seperempat
mati dan asap yang dihasilkan pun
digunakan
tidak banyak. ”Semakin banyak udara
masuk maka proses pembakaran lebih
cepat
kecepatan udara diabaikan.
dan
polusi
asap
semakin
sedikit,” ucapnya.
Supriyatno.dkk (1994), Tungku
Tujuan Penelitian
berskala rumah tangga dan industri
Mengetahui bagaimana kinerja
tungku
perajin sebagai alat untuk proses
pembakaran
menggunakan Variasi Debit
memasak telah dikembangkan dan
Udara
disebarluaskan
Primer terhadap pengaruh temperatur
program
tungku, temperatur air pendidihan,
pengembangan
kebutuhan bahan bakar, dan efisiensi
masyarakat.
percontohan
melalui
TINJAUAN PUSTAKA
(2006),
selain
dinilai
melalui
berbagai
penelitian
dan
,
baik
oleh
DIP
pemerintah maupun lembaga swadaya
thermal persatuan waktu.
pembakaran
pada
yang
pembakaran sehingga bara api tidak
5. Rincian tentang perhitungan variasi
Bulgan
saringan
agar oksigen dapat masuk ke ruang
dengan
adalah sekam padi.
dari
dijadikan
turun ke bagian bawah tungku selain
Variasi Debit Udara Primer.
yang
kaleng.
agar debu hasil pembakaran dapat
dianggap seragam.
bakar
bawah
menjelaskan, saringan ini berfungsi
2. Kondisi temperatur udara sekitar
desain
digunakan
ketinggian kaleng. Lebih lanjut, Bulgan
perhitungan
rancangan tungku diabaikan.
3. Menggunakan
bisa
bagian
ditempatkan
Batasan Masalah
4. Bahan
juga
Kemudian tutup kaleng cat dilubangi
dan
tentang
menggunakan
dibuat dari bekas kaleng cat 25 kg dan
pembakaran tungku ?
1. Rincian
tungku
untuk pupuk. Tungku mini ini bisa
2. Berapa persen efisiensi thermal
dipakai
tidak
pembakaran
Udara
Primer ?
yang
Sebab,
minyak tanah dan debu dari bekas
terhadap
Debit
lingkungan.
cara
Beberapa
yang
tungku
dikembangkan
modifikasi
misalnya
adalah Tungku modifikasi singer oleh
tungku
LFN-LIPI. Tungku lowon oleh Dian
efektif,
Desa, Tungku Tahu Industri Rakyat
efisien, juga aman bagi masyarakat
4
dan Tungku Rumah Tangga Modifikasi
yang tidak linear dan panjang api
DJLEB, juga Tungku Sumarni yang
berkurang.
dikenal melalui lomba tungku hemat
Ismun (1998), tungku adalah
energi tingkat nasional prakarsa Ditjen
tempat
ketenagaan.
Hasil
sedemikian
Tungku
Modifikasi
pengembangan
perapian
yang
rupa
dibentuk
sehingga
dapat
Singer
digunakan untuk memasak. Ada tiga
disebarluaskan ke desa-desa berbagai
unsur penting yang harus dipenuhi
tempat di Pulau Jawa dan Lampung
agar suatu alat dapat disebut tungku,
dan diberbagai Desa diluar Pulau
yakni
Jawa
melalui
meletakkan sesuatu, api yang ada
Sistim
Padat
program
Karya
Teknologi
Departemen
tempat
(dudukan)
didalamnya,
berfungsi
Tenaga Kerja. Sedangkan Tungku
memanaskan
dalam
Sumarni, tungku terbaik dalam lomba
sesuatu.
untuk
untuk
memasak
tungku hemat energi disebarkan di
desa-desa di dalam dan luar Pulau
Proses Pembakaran
Jawa.
Sujono,
mengemukakan
yang
dkk.
(2002),
bahwa
parameter
mempengaruhi
Pembakaran
oksidasi cepat bahan bakar disertai
dengan produksi panas, atau panas
karakteristik
dan cahaya. Pembakaran sempurna
pembakaran adalah kondisi bentuk
bahan bakar terjadi hanya jika ada
aliran udara yang masuk ke ruang
pasokan oksigen yang cukup.
bakar dan kecepatan injeksi bahan
Oksigen (O2) merupakan salah
bakar. Hasil penelitian menunjukan
bahwa
kenaikan
kecepatan
satu elemen bumi paling umum yang
udara
jumlahnya
sekunder pada kondisi AFR ( Air Fuel
Ratio
)
primer
dengan
kecepatan
konstan
temperature
akan
berkurang.
kecepatan
udara
untuk mengubah cairan atau padatan
menjadi gas. Bahan bakar gas akan
terbakar pada keadaan normal jika
pada
terdapat udara yang cukup.
kondisi laju aliran massa bahan bakar
dengan
kecepatan
udara
konstan
akan
perubahan
temperature
dari
dibakar. Biasanya diperlukan panas
hasil
Sedangkan
sekunder
20.9%
harus diubah ke bentuk gas sebelum
pembakaran dan panjang nyala api
cenderung
mencapai
udara. Bahan bakar padat atau cair
udara
menaikan
maksimum
merupakan
Hampir
primer
79%
udara
(tanpa
adanya oksigen) merupakan nitrogen,
mengakibatkan
dan
maksimum
sisanya
merupakan
elemen
lainnya. Nitrogen dianggap sebagai
5
pengencer yang menurunkan suhu
dengan oksigen (O2) dari udara. Hasil
yang
pembakaran
harus
oksigen
ada
yang
pembakaran.
untuk
mencapai
dibutuhkan
Nitrogen
untuk
yang
utama
adalah
karbondioksida (CO2), uap air (H2O),
mengurangi
dan disertai energi panas.
efisiensi pembakaran dengan cara
Reaksi kimia dari proses pembakaran
menyerap panas dari pembakaran
adalah sebagai berikut:
bahan bakar dan mengencerkan gas
C
buang.
Nitrogen
juga
mengurangi
+ O2
CO2
2H2+ O2
transfer panas pada permukaan alat
2H2O
penukar panas, juga meningkatkan
Bahan bakar + Jumlah udara
volum hasil samping pembakaran,
Karbondioksida + Uap air + Nitrogen
yang juga harus dialirkan melalui alat
dan gas-gas lainnya (kecuali oksigen)
penukar panas sampai ke cerobong.
Nitrogen
ini
juga
Komposisi Bahan Bakar
dapat
Sekam padi adalah kulit terluar
bergabung dengan oksigen (terutama
dari gabah yang banyak terdapat di
pada suhu nyala yang tinggi) untuk
penggilingan padi. Sekam padi sendiri
menghasilkan oksida nitrogen (NOx),
merupakan
yang merupakan pencemar beracun.
bakar
bercampur
lemma
dan
pelea
yang
Tabel 1. Komposisi Kimia Sekam
masing-masing
Menurut Suharno (1979)
8.084 kkal, 28.922 kkal dan 2.224 kkal.
Pada kondisi tertentu, karbon juga
dapat
bergabung
membentuk
dengan
karbon
oksigen
monoksida,
dengan melepaskan sejumlah kecil
Tabel 2. Komposisi Kimia Sekam
panas (2.430kkal/kg karbon). Karbon
terbakar yang membentuk CO2 akan
menghasilkan lebih banyak panas per
satuan bahan bakar dari pada bila
menghasilkan CO atau asap.
Proses
reaksi
kimia
pembakaran
antara
bahan
saling
bertautan (Tim Cahaya, 2008).
dioksida, uap air dan sulfur dioksida,
panas
yang
yang terdiri dari dua belahan yaitu
dengan
oksigen di udara membentuk karbon
melepaskan
keras
membungkus kariopsis butih gabah
Karbon, hidrogen dan sulfur dalam
bahan
lapisan
adalah
bakar
6
yang dibutuhkan suatu benda (zat)
Menurut DTC-IPB
bergantung pada 3 faktor sebagai
berikut: ( sidik, 2008 )
1. massa zat
2. jenis zat
3. perubahan suhu
Karakteristik kandungan pada
komposisi
sekam
Kalor pada suhu antara 270 s/d
padi
1000 dapat dicari dengan persamaan
( polisakarida) / (C6H10O5)
Sifat
fisika
sekam
sebagai berikut :
padi
(Endang
Q = m . cp . ΔT...............(3)
Mastuti W, 2005) sebagai berikut:
Berat molekul
Dimana :
: 41240 gram/mol
Q = Kalor yang dibutuhkan (kJ)
(Branca dkk., 2004)
m = massa benda (kg)
Suhu pembakaran : 100oC s/d 900oC
cp = kalor jenis air=(4,2 kJ/kgoC)
Nilai kalor C6H10O5: 3.300 Kkal/kg
ΔT =(t2-t1) perubahan suhu (oC)
(Ir. Dorlan Sipahutar)
Sifat kimia sekam padi sebagai
Kalor pada saat air mendidih
berikut:
1. Reaksi
pembakaran
dapat
sempurna
dicari
dengan
persamaan
sebagai berikut :
teoritis sekam padi menghasilkan
Q = m . hfg....................(4)
gas karbondioksida dan uap air.
atau
Reaksi:
Q = m . HHV................(5)
Bunga api
C6H10O5 + 6O2
6CO2 +5H2O ..(1)
Dimana :
2. Reaksi
sekam
pembakaran
padi
di
sempurna
alam
Q = Kalor yang dibutuhkan (kJ)
terdapat
m = massa uap hasil ketel (kg)
kandungan nitrogen yang berasal
hfg= panas uap laten (kJ/kg)
dari udara pembakaran.
Reaksi:
HHV= Nilai kalor tertinggi (kJ)
Bunga api
C6H10O5+6O2+ 4N2
6CO2+5H2O+4N2+
m dapat diketahui dari volume
heat..(2)
air yang berubah menjadi uap pada
ketel dengan persamaan sebagai
Kalor
Dari
hasil
percobaan
berikut :
yang
vair menjadi uap = va - vb .....(6)
sering dilakukan besar kecilnya kalor
7
Dimana :
vair menjadi uap = volume air berubah
manjadi uap (m3)
va
= volume air awal (m3)
vb
= volume air akhir (m3)
Diketahuinya vair
sehingga
m
dapat
menjadi
dicari
uap
,
dengan
persamaan sebagai berikut :
m
= ρ . vair menjadi uap...(7)
Dimana :
m
= masa uap ketel (kg)
ρ
= massa jenis uap air
(100o C = 0,598 kg/m3)
vair menjadi uap= volume air berubah
manjadi uap (m3)
Kalor
yang
dihasilkan
dari
proses pembakaran dapat dihitung
dengan
menggunakan
persamaan
sebagai berikut :
(Syamsir, 1988;47)
Qf
= W f . (LHV) . ηf ....(8)
Keterangan :
Qf = Kalor yang dihasilkan (kJ)
Wf= Pemakaian BB (kg)
LHV=Nilai kalor terendah (kJ/kg)
ηf =Efisiensi dapur 0,90 s/d 0,97
8
METODOLOGI PENELITIAN
Tahapan Penelitian
Mulai
Pembuatan desain
alat
Pembuatan
alat
Uji coba alat dengan bahan bakar sekam
Pengujian 1
pengambilan data
temperatur,
pengurangan
volume air,
penggunaan bahan
bakar, dengan
variasi debit udara
0,020 m3/s
Pengujian 2
pengambilan data
temperatur,
pengurangan
volume air,
penggunaan bahan
bakar, dengan
variasi debit udara
0,023 m3/s
Pengujian 3
pengambilan data
temperatur,
pengurangan
volume air,
penggunaan bahan
bakar, dengan
variasi debit udara
0,026 m3/s
Analisis data dan
penarikan kesimpulan
Selesai
Gambar 1. Diagram Alir Penelitian
9
10
INSTALASI PENGUJIAN
Gambar 2. Instalasi Tungku
Pembakaran
Keterangan gambar:
7. Cerobong asap
1. Pintu pembakar Primer
8. Blower
2. Pintu pembakar Skunder
9. Thermokopel 1
3. Tangga turunnya bahan bakar
10.Thermokopel 2
4. Ruang bakar
11.Thermokopel 3
5. Tangki/ Drum
12.Thermokopel 4
6. lubang keluar asap
10
dari dua belahan yaitu lemma
Cara kerja dari tungku tersebut :
Kinerja
tersebut
dari
dimulai
dari
tungku
dan pelea yang saling bertautan
proses
(Tim Cahaya, 2008).
pembakaran ruang bakar, yang
bahan bakarnya masuk melalui
Peralatan
lubang masukan primer kemudian
1. Stopwatsh
menggunakan
terletak
di
blower
yang
2. Timbangan manual
depannya
untuk
3. Blower
mengaliri debit udara 0,020 m3/s,
4. Anemometer Digital
0,023 m3/s, 0,026 m3/s.
5. Thermokopel
Energi kalor dari proses
6. Reaktor Pembakaran
pembakaran bahan bakar dari
sekam
padi
digunakan
7. Drum Air
untuk
menaikkan suhu temperatur air
Langkah-langkah
yang ada pada drum sehingga air
penelitian sebagai berikut:
yang
1. Menimbang
ada
dalam
drum
akan
dalam
bahan
sekam
mendidih dan menghasilkan uap
padi yang akan digunakan
panas. Asap hasil pembakaran
sebagai
akan tersaring dan terbuang pada
penelitian (kg).
cerobong,
dapat
sehingga
ditekan
bahan
bakar
polusinya
2. Mengisi air pada tangki air
seminimal
sampai 80-90% dari volume
mungkin.
tangki.
3. Membuat
Bahan Penelitian
bara
api
dari
serutan kayu dan sekam padi.
Sekam padi.
4. Memulai proses perebusan air
Sekam padi adalah kulit
dan
terluar dari gabah yang banyak
mencatat
waktu
awal
penyalaan (menit).
5. Mengukur panas (oC) mulai
terdapat di penggilingan padi.
Sekam padi sendiri merupakan
dari
lapisan keras yang membungkus
depan, api langsung, ketel air,
kariopsis butih gabah yang terdiri
cerobong bawah,
10
11
tungku
pembakaran
cerobong
atas setiap 20 menit sekali
1. Temperatur Tungku
sampai air mendidih.
6. Mencatat waktu air mendidih
(menit)
7. Mengukur panas (oC) setelah
air mendidih pada ketel mulai
dari
tungku
pembakaran
depan, api langsung, ketel air,
cerobong bawah,
cerobong
atas.
Gambar 11.
8. Mengukur panas (oC) setelah
air
mendidih
20
Hubungan antara
temperatur tungku dengan waktu
menit
selama proses pengujian.
sesudahnya sampai 60 menit
mulai dari tungku pembakaran
Dari gambar 11. diketahui
depan, api langsung, ketel air,
cerobong bawah,
diketahui bahwa meningkatnya
cerobong
temperatur
atas.
dihasilkan
9. Mencatat waktu berakhirnya
pembakaran
proses pengujian. Suhu terendah
Mematikan api dan mengukur
pada
berat
diketahui
abu
dari
yang
dibandingkan dengan lama waktu
proses pembakaran.
dari
tungku
sekam
hasil
awal
proses
pengujian
pengujian
pertama
pembakaran (kg) dan mengukur
dengan
volume air isian ketel (m3).
dengan debit udara 0.020 m3/s
menggunakan
blower
pada temperatur 744oC, pada
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil
dari
dan
penelitian
waktu 20 menit pertama. Selama
pembahasan
yang
proses pembakaran, pada poses
sudah
pengujian terakhir menggunakan
dilakukan didapatkan perbedaan
blower dengan debit udara 0.026
temperatur
m3/s,
pada
setiap
percobaan :
suhu
sampai
10
12
tungku
batas
meningkat
tertinggi
yang
diketahui
pada
temperatur
pengujian dengan menggunakan
1071 C, pada waktu 80 menit,
blower dengan debit udara 0,020
kemudian temperatur mengalami
m3/s dengan waktu
ketidakstabilan.
pada titik didih 98oC, sedangkan
o
Dari
diketahui
tungku
hasil
pengujian
bahwa
temperatur
mengalami
waktu pendidihan paling cepat
diketahui pada dengan waktu 80
menit pada titk didih 97oC dengan
perubahan
debit udara 0,026 m3/s. suhu
yang signifikan, dengan variasi
debit
udara
menggunakan
yang dicapai dalam percobaan
langsung
blower.
cenderung stabil yaitu dengan
Tetapi
tekanan 1 atm.
udara yang masuk ke dalam
ruang tungku jg tergantung dari
temperatur
keadaan
100 menit
Dari
cuaca
hasil
diketahui bahwa
sekitar.
pengujian
bila
tekanan
udara kurang dari 1 atmosfer,
maka zat cair dapat mendidih di
bawah titik didih normalnya dan
2. Temperatur Air
kenaikan
tekanan
pada
permukaan air akan menaikkan
Gambar 13. Hubungan
antara
temperatur
waktu
air
dengan
atau menurunkan titik didihnya,
jadi titik didih zat cair bergantung
pada
selama proses pengujian.
tekanan
udara
di
atas
permukaan zat cair itu. Lamanya
zat cair mendidih dipengaruhi
juga
Dari gambar 13. diketahui
bahwa
yang
temperatur dan
diperlukan
paling
mendidihkan
waktu
volume
untuk
pendidihan.
lama
air
yang
diketahui
pada
volume
zat
cair
tersebut, besar atau lebarnya
mendidihkan air berbeda. Waktu
untuk
oleh
10
13
penampang
tempat
3. Laju
Kebutuhan
Bahan
pengujian berbeda. Kebutuhan
Bakar
bakar itu di pengaruhi oleh nyala
pembakaran
tungku,
semakin
besar pasokan debit udara yang
Gambar 14. Hubungan
laju
kebutuhan
antara
dihasilkan maka semakin besar
bahan bakar
pula nyala api pembakaran dan
dengan waktu selama proses
semakin
pengujian.
konsumsi
bertambah
bahan
bakar
pula
yang
dibutuhkan. Kestabilan titik api
juga akan mempengaruhi proses
Dari gambar 14. diketahui
pembakaran untuk mencapai tidik
bahwa pemakaian bahan bakar
didih air.
pada setiap pengujian berbeda.
Pemakaian Bahan bakar yang
paling
sedikit
diketahui
pada
4. Efisiensi Thermal
pengujian dengan debit udara
Efisiensi Tungku
0,020 m3/s dengan kebutuhan
1. Pengujian Untuk Mendidihkan
bahan bakar sebanyak 22,5 kg,
Air
dengan waktu terlama yaitu 150
menit,
setiap
5
Waktu dan bahan bakar
menit
menghabiskan 0,75 kg bahan
yang
bakar. Pemakaian bahan bakar
mendidihkan 1 liter air dapat
paling
diketahui dari tabel berikut :
banyak
diketahui
digunakan
untuk
pengujian dengan debit udara
Tabel 3.Tabel uji pendidihan
0,023 m3/s, sebanyak 24 kg,
air
dengan waktu tercepat yaitu 120
menit,
setiap
5
menit
menghabiskan 1 kg bahan bakar.
Dari
hasil
pengujian
diketahui bahwa laju kebutuhan
bahan
bakar
pada
setiap
10
14
2. Pengujian Untuk Merubah Air
Efisiensi Thermal Pada Tungku
Menjadi Uap Waktu dan bahan
1. Kalor pendidihan air
bakar yang digunakan untuk
Kalor
yang
diperlukan
merubah air menjadi uap dapat
untuk mendidihkan air pada
diketahui dari tabel berikut :
percobaan, diketahui dari tabel
Tabel 4. Tabel pengujian
berikut :
merubah air menjadi uap
Tabel 5.
Tabel
kalor
mendidihkan air.
Dari
hasil
pengujian
diketahui bahwa laju kebutuhan
bahan
bakar
pada
setiap
2. Kalor
pengujian berbeda. Kebutuhan
tungku,
Kalor
semakin
bahan
bakar
diperlukan
tabel berikut :
pula nyala api pembakaran dan
konsumsi
yang
pada percobaan, diketahui dari
dihasilkan maka semakin besar
bertambah
air
untuk merubah air menjadi uap
besar pasokan debit udara yang
semakin
merubah
menjadi uap
bakar itu di pengaruhi oleh nyala
pembakaran
untuk
Tabel 6. Tabel kalor merubah
pula
air menjadi uap.
yang
dibutuhkan. Kestabilan titik api
juga akan mempengaruhi proses
pembakaran untuk mencapai tidik
didih air.
10
15
3. Efisien Thermal Tungku
Efisiensi thermal tungku
perubahan suhu pada tungku
tersebut secara signifikan.
diperoleh dari hasil percobaan,
2. Temperatur Air Pendidihan
Dari
hasil
pengujian
diketahui bahwa temperatur dan
waktu yang diperlukan untuk
mendidihkan air berbeda-beda.
Waktu untuk mendidihkan air
yang terlama diketahui pada debit
udara 0,020 m3/s adalah 100
menit yang mendidih pada suhu
98oC,
sedangkan
waktu
pendidihan paling cepat diketahui
pada debit udara 0,026 m3/s
dengan waktu 80 menit yang
mendidih pada suhu 97oC. Ini
menunjukkan jika tekanan udara
kurang dari 1 atmosfer, maka zat
cair dapat mendidih di bawah titik
didih normalnya dan kenaikan
tekanan pada permukaan air
akan
menaikkan
atau
menurunkan titik didihnya, jadi
titik didih zat bergantung pada
tekanan udara di atas permukaan
zat itu. Lamanya zat cair
mendidih dipengaruhi juga oleh
besar volume zat cair tersebut.
dapat dicari dari persamaan
berikut, yaitu :
th
kalor yang terpakai
kalor yang dihasilkan bahan bakar
Tabel 7.
Tabel
100%
.(9)
efisiensi
thermal tungku
th
PENUTUP
Kesimpulan
1. Temperatur Tungku
Dari
hasil
pengujian
diketahui perbandingan suhu
terendah pada temperatur tungku
berselisih antara temperatur 10oC
s/d
30oC,
sedangkan
perbandingan
suhu
tertinggi
berselisih antara temperatur 30oC
s/d 50oC, ini menunjukkan bahwa
temperatur
tungku
pada
pengujian yang telah dilakukan
dengan variasi debit udara 0,020
m3/s, 0,023 m3/s, 0,026 m3/s
menunjukkan perbedaan yang
signifikan, dikarenakan udara
yang dihembuskan akan stabil
sehingga akan mempengaruhi
3. Laju Kebutuhan Bahan Bakar
Dari
hasil
pengujian
diketahui laju kebutuhan bahan
bakar yang paling sedikit pada
debit udara 0,020 m3/s dengan
kebutuhan 22,5 kg, dengan waktu
terlama yaitu 150 menit, yang tiap
5 menitnya menghabiskan 0,75
kg bahan bakar, sedangkan
pemakaian
bahan
bakar
10
16
terbanyak diketahui pada debit
udara 0,026 m3/s yaitu 24 kg,
dengan waktu tercepat 120
menit, yang tiap 5 menitnya
menghabiskan 1 kg bahan bakar.
Ini menunjukkan bahwa laju
kebutuhan bahan bakar pada
setiap pengujian berbeda – beda,
dikarenakan kebutuhan bakar itu
dipengaruhi oleh banyaknya zat
yang akan dipanaskan untuk
mencapai titik didih, semakin
banyak zat yang akan dididihkan
maka semakin banyak pula
bahan bakar yang dibutuhkan
dalam pembakaran.
padi,
didapatkan
saran
di
antaranya:
a. Pada
saat
pengujian
hendaknya kondisi lingkungan
dalam keadaan normal untuk
menjaga
kualitas
data
pengujian.
b. Sulitnya
proses
awal
penyalaan api, diharapkan
penggunaan
bahan
bakar
sekam padi sebisa mungkin
dalam
keadaan
kering,
dikarenakan
bahan
bakar
tersebut tidak mudah terbakar,
sehingga
membutuhkan
kesabaran dan waktu yang
cukup lama.
c. Pemberian bahan bakar pada
tungku diharapkan secara
kontinyu agar nyala api tidak
padam , jika nyala api padam
maka dapat mempengaruhi
suhu untuk perebusan air, dan
memperlama waktu perebusan
.
4. Efisiensi Thermal Tungku
Dari hasil pengujian diketahui
efisiansi thermal tungku yang
tertingi pada debit udara 0,023
m3/s, yaitu 76,17%, sedangkan
efisien thermal tungku terendah
d. Pengukuran temperatur pada
pada debit udara 0,020 m3/s,
masing – masing percobaan
yaitu 68,91%. Ini menunjukkan
diharapkan
debit udara kapasitas 0,023 m3/s
dibandingkan
secara
bersamaan, agar hasil dapat
yang efesiensi thermalnya paling
tinggi,
serentak
akurat.
dengan
modifikasi debit udara 0,020 dan
0,026m3/s.
Saran
Setelah
melakukan
pengujian
terhadap
tungku
pembakaran dengan modifikasi
variasi
debit
udara
yang
berbahan bakar berupa sekam
10
17
DAFTAR PUSTAKA
Bahan
Bakar & Pembakaran. Diperoleh
Http://www.energyefficiencyasia.org
02
Juli
2012
dari
D. Darmansyah. (2006). Konversi Energi di Kilang Gas Alam Cair/LNG
Melalui Peningkatan Efisiensi Pembakaran pada Boiler. Tugas
Akhir S1. Universitas Sumatera Utara.
Irzaman, Alatas H. Darmasetiawan H. Yani A. dan Musiran. (2007).
Optimasi Tungku Sekam Skala Industri Kecil Dengan Sistem Boiler,
Vol. 12, No. 3. (Juli 2010). hal 77 – 84. Departemen of Physics.
FMIPA IPB.Bogor.
Kalor Jenis Benda dan Kapasitas Kalor. Diperoleh 23 Juni 2012 dari
Http://www.suhu.org
Mastuti Endang. (2005). Pembuatan Asam Oksalat dari Sekam Padi.
Tugas akhir S1. Universitas Sebelas Maret. Surakarta.
Maulana Rifki. (2009). Optimasi Efisiensi Tungku Sekam Dengan Variasi
Utama Pada Badan Kompor. Tugas akhir S1. Institut Pertanian
Bogor (IPB). Bogor. Diakses tanggal 31 januari 2013 dari
http://bogore.deptan.go.id
Rullyadi W. (2012). Inovasi Teknologi Tungku Pembakaran Dengan Air
Heaters Pipa Pararel. Tugas Akhir S1. Universitas Muhamadiyah
Surakarta.
Setyardjo, Djoko. (1993). Ketel Uap. Cetakan ketiga. Jakarta : PT.
Pradnya Paramita.
Surbakty, B. M. (1985). Pesawat Tenaga Uap I Ketel Uap. Surakarta:
Mutiara Solo.
Syamsir A. Muin. (1988). Pesawat – Pesawat Konversi Energy I (Ketel
Uap. Jakarta: CV. Rajawali.
Tungku
&
Refraktori.
Diperoleh
Http://www.energyefficiencyasia.org
10
18
02
Juli
2012
dari
10