Barlin, Heriansyah, SNMI 2013
PROSIDING
SEMINAR NASIONAL MESIN DAN INDUSTRI
(SNMI8) 2013
ISBN: 978-602-98109-2-9
RISET MULTIDISIPLIN UNTUK MENUNJANG
PENGEMBANGAN INDUSTRI NASIONAL
Auditorium Gedung M Lantai 8
Universitas Tarumanagara
Jakarta, 14 November 2013
Diterbitkan oleh:
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Tarumanagara
Jl. Let. Jend. S. Parman No. 1 Jakarta 11440
Telp. (021) 567 2548, 563 8358 Fax. (021) 566 3277, (021) 563 8358
e-mail: mesin@tarumanagara.ac.id, snmi_mesin@yahoo.co.id
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
DAFTAR ISI
Kata Pengantar
Sambutan Dekan Fakultas Teknik
Ucapan Terima Kasih
Daftar Isi
Susunan Panitia
Susunan Acara
1.
Technopreneur and Social-Entrepreneurship: “…based on product…”, Raldi
Artono Koestoer
2.
Supply Chain Management: Tantangan dan Strategi, Nyoman Pujawan
Bidang Teknik Mesin
1. Metode Pemilihan Pompa Sebagai Turbin Pembangkit Listrik Tenaga Mikro
Hidro, Anak Agung Adhi Suryawan, Made Suarda, I Nengah Suweden
2. Pengaruh Fraksi Volume Serat terhadap Kekuatan Tekan Komposit Fiberglass,
AAIA Sri Komaladewi, I Made Astika, I G K Dwijana
3.
4.
5.
6.
Pengaruh Variasi Diameter dan Sudut Kemiringan Pipa Inlet Terhadap Unjuk
Kerja Pompa Hidram, Sehat Abdi Saragih
Analisa Kerusakan pada Rotating Element Pompa Injeksi Air David Brown
DB34-D DI PT CPI Minas, Abrar Ridwan, Ridwan Chandra
Pengaruh Temperatur Pembakaran pada Komposit Lempung/Silika RHA terhadap
Sifat Mekanik (Aplikasi pada Bata Merah), Ade Indra, Nurzal, Hendri Nofrianto
Rancang Bangun Mesin Pemisah Dan Pencacah Sampah Organik (Daun-daunan)
dan Anorganik (Plastik, Kresek) untuk Menghasilkan Serpihan Sampah Organik
Lebih Kecil sebagai Bahan Kompos, I Gede Putu Agus Suryawan, Cok. Istri P.
Kusuma Kencanawati, I Gst. A. K. Diafari D. Hartawan
7.
8.
9.
ii
iii
iv
v
x
xi
Peningkatan Nilai Kalor Biobriket Campuran Sekam Padi dan Dominansi Kulit
Kacang Mete dengan Metode Pirolisa, Arijanto
Perilaku Stress Tanki Toroidal Penampang Oval dengan Beban Internal Pressure,
Asnawi Lubis, Shirley Savetlana, and Ahmad Su’udi
Kekerasan Baja AISI 4118 setelah Proses Pack Karburising dengan Media
Karburasi Arang Tulang Bebek dan Arang Pelepah Kelapa, Dewa Ngakan Ketut
Putra Negara, I Dewa Made Krisnha Muku, AAIA Sri Komala Dewi
10. Quantum States At Juergen Model for Nuclear Reactor Control Rod Blade Based
On Thx Duo2 Nano-Material, Moh. Hardiyanto
11. Pengerasan Induksi pada Material AISI 4340 sebagai Material Bahan Baku
Industri HANKAM Nasional, Muhammad Dzulfikar, Rifky Ismail, Dian Indra
Prasetyo, dan Jamari
12. Studi Pengaruh Kemiringan Kolektor Surya Tipe Satu Laluan Udara Panas
Terhadap Proses Pengeringan Kerupuk Ubi, Eddy Elfiano, Muhd. Noor Izani
13. Pemanfaatan Limbah Tempurung Kelapa Sawit (Elacis Guinesis) sebagai Energi
Biomassa yang Terbarukan, Eko Yohanes, Sibut
14. Pengaruh Variasi Volume Serat Resam terhadap Kekuatan Tarik dan Impact
Komposit pada Matriks Polyester sebagai Bahan Pembuatan Dashboard Mobil,
1
7
1
7
14
21
34
42
49
60
67
73
83
90
96
Herwandi, Sugianto, Somawardi, Muhammad Subhan
102
15. Pemanfaatan Arang Kayu Bakar sebagai Media Karburasi pada Proses Pack
Karburising, I Dewa Made Krisnha Muku, AAIA Sri Komala Dewi
109
|v
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
35. Analisa Performansi Destilasi Air Laut Tenaga Surya Menggunakan Penyerap
Radiasi Surya Tipe Bergelombang yang Berbahan Dasar Campuran Semen
dengan Pasir, Ketut Astawa, Made Sucipta, I Gusti Ngurah Suryana
263
36. Pemodelan Fungsi Terpadu yang Diterapkan pada Multi-Gripper Fingers dengan
Metode Vacuum-Suction, W. Widhiada
271
37. Proses Perancangan Ulang pada Alat Penghemat Bahan Bakar Kendaraan Roda
Dua Berkapasitas 115cc Menggunakan Metode DFM, Aschandar Ad Hariadi,
Bimo Pratama, Gede Eka Lesmana, Yohannes Dewanto
280
38. Karakteristik Kekerasan Permukaan Baja Karbon Rendah Dengan Perlakuan
Boronisasi Padat, Erwin Siahaan
297
39. Analisis Kekasaran Permukaan pada Proses Pembubutan Baja AISI 4340
Menggunakan Mata Pahat Ceramic dan Carbide, Rosehan, Sobron Lubis, Adiyan
Wiradhika
309
40. Perancangan Turbin Air Helik (Helical Turbine) untuk Sistem PLTMH Guna
Memanfaatkan Energi Aliran Irigasi Way Tebu di Desa Banjar Agung Udik
Kabupaten Tanggamus, Jorfri B. Sinaga
315
41. Analisa Performansi Tungku Pembakaran Biomassa dari Limbah Kelapa Sawit,
Barlin, Heriansyah
324
42. Pengaruh Variable Kecepatan Angin terhadap Turbin Angin Horizontal Aksial
dengan Profil Airfoil Blade Sesuai Standar NACA 2418, Abraham Markus
Martinus, Abrar Riza, Steven Darmawan
332
43. Program Perancangan Karakteristik Daya Turbin Angin Tipe Horizontal dengan
Variasi Sudut Serang, Darwin Andreas, Abrar Riza, I Made Kartika D.
340
44. Optimasi Bentuk Rangka dengan Menggunakan Prestress pada Prototipe
Kendaraan Listrik, Didi Widya Utama, William Denny Chandra, R. Danardono
A.S.
346
45. Desain Reaktor Co-Gasifikasi Fluidized Bed untuk Bahan Bakar Limbah Sampah,
Biomasa dan Batubara, I N. Suprapta Winaya, Rukmi Sari Hartati, I Putu
Lokantara, I GAN Subawa
354
46. Pembuatan Model Aliran Arus Laut Penggerak Turbin, I Gusti Bagus Wijaya
Kusuma
363
Bidang Teknik Industri
1. Faktor-Faktor yang Berpengaruh Terhadap Keberhasilan Usaha Industri Kecil
Sukses, Aam Amaningsih Jumhur
2. Pengembangan Structural Equation Modeling untuk Pengukuran Kualitas,
Kepuasan, dan Loyalitas Layanan Travel X, Ardriansyah Taufik Krisyandra
3. Kajian Tarif Angkutan Umum Terkait dengan Kebijakan Pemerintah dalam
Penetapan Harga Bahan Bakar Minyak Secara Nasional, (Studi Kasus: Angkutan
Kota di Kota Bandung), Aviasti, Asep Nana Rukmana, Djamaludin
4. Peluang Efisiensi Energi Listrik Gedung Hotel X, Badaruddin
5. Analisis Jenis dan Jumlah Kendaraan Terhadap Tingkat Kebisingan di Kawasan
Perkantoran di Kota Denpasar, Cok Istri Putri Kusuma Kencanawati
6. Peningkatan Produktivitas pada Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin
Universitas Udayana Melalui Perancangan Sistem Pengukuran Kinerja yang
Terintegrasi, I Made Dwi Budiana Penindra
7. Analisa Perilaku Guling Kendaraan Truk Angkutan Barang (Studi Kasus pada
Jalur Denpasar-Gilimanuk), I Ketut Adi Atmika, I Made Gatot Karohika, Kadek
Oktapianus Prapta
371
379
388
397
403
409
417
| vii
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
PANITIA SEMINAR NASIONAL MESIN DAN INDUSTRI (SNMI8) 2013
Pelindung
: Rektor Universitas Tarumanagara, Prof. Dr. Ir. Roesdiman S.
Penasehat
: Dekan Fakultas Teknik, Dr. Agustinus Purna Irawan, ST., MT
Penanggung jawab : Ketua Jurusan Teknik Mesin, Harto Tanujaya, ST., MT., Ph.D.
Panitia Pengarah:
Ketua
Anggota
: Prof. Dr. Ir. Eddy S. Siradj, M.Sc
: a. Prof. Dr. Ir. I Made Kartika D., Dipl.Ing
b. Prof. Dr. Ir. Bambang Suryawan, MT
c. Prof. Dr. Ir. T. Yuri M. Zagloel
d. Prof. Dr. Ir. Dahmir Dahlan
Panitia Pelaksana:
Ketua
Wakil Ketua
Sekretariat
Bendahara
Seksi Publikasi & Sponsor
Seksi Makalah
Seksi Acara & Dokumentasi
Seksi Perlengkapan
Seksi Konsumsi
Seksi Penerima Tamu
Seksi Keamanan
: Wilson Kosasih, ST., MT
Didi Widya Utama, ST., MT
: 1. I Wayan Sukania, ST., MT (Koordinator)
2. Farida Ariyanti, SE
: 1. Ir. Sofyan Djamil, M.Si. (Koordinator)
2. Lithrone Laricha S., ST., MT
: 1. Ir. Erwin Siahaan, M.Si (Koordinator)
2. Agus Halim, ST., MT
3. Lina Gozali, ST., MM
: 1. Dr. Abrar Riza, ST., MT (Koordinator)
2. Dr. Sobron Yamin Lubis
3. Harto Tanujaya, ST., MT., Ph.D.
4. Dr. Agustinus Purna Irawan, ST., MT
5. Dr. Lamto Widodo, ST., MT
6. Ir. Sofyan Djamil, M.Si
7. Dr. Adianto, M.Sc
8. Ir. Rosehan, MT
9. Endro Wahyono
: 1. Ahmad ST., MT (Koordinator)
2. Marsudi
3. Mahasiswa
: 1. Steven Darmawan, ST., MT (Koordinator)
2. Budi Herman
3. Siswanto
4. Kusno Aminoto
5. Heryanto
6. Herman
: 1. Sulastini, SE (Koordinator)
2. Karyati, SE
: 1. Lithrone Laricha S., ST., MT (koordinator)
2. Mahasiswi (4 orang)
: 1. Desnata Hambali, ST., MT (Koordinator)
2. Agun Gunawan
3. Bachrudin
4. Mahasiswa 6 orang
|x
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
ANALISA PERFORMANSI TUNGKU PEMBAKARAN BIOMASSA
DARI LIMBAH KELAPA SAWIT
Barlin1), Heriansyah2)
1)
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sriwijaya
2)
Alumni Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sriwijaya
Jl. Raya Palembang-Prabumulih KM.32 Indralaya, Ogan Ilir Sumatera Selatan 30662
Telp. (0711) 580072 Fax. (0711) 580072
e-mail: barlin_oemar@yahoo.com
Abstrak
Ca da nga n minya k bumi ya ng sema kin menipis da n ma sa la h lingkungan ya ng dia kibatka n oleh
pema ka ia n ba ha n ba kar fosil menyeba bka n ba ha n ba ka r a lterna tif menja di penting. Sa la h sa tu
ba ha n ba ka r a lterna tif ya ng mempunya i potensi besa r di Indonesia a da la h kela pa sa wit ya ng
meliputi sa but, ca ngka ng da n pelepa h kela pa sa wit. Penelitia n seca ra eksperimenta l tela h
dila kuka n untuk mengeta hui hubunga n a nta ra la ju a lira n uda ra primer terha da p la ju
pema ka ia n ba ha n ba ka r, wa ktu penya la a n ba ha n ba ka r, la ju zona pemba ka ra n da n efisiensi
terma l tungku bioma ssa berba ha n ba ka r limba h kela pa sa wit.Tungku bioma ssa ya ng tela h
dibua t memiliki dia meter burner 10,5 cm, dia meter ta bung ta bung ba ha n ba ka r 17,5 cm,
dia meter isola tor 20 cm da n dia meter rua ng uda ra primer 24,5 cm da n volume rea ktor 3,54
m3 . Seda ngka n ma ssa ba ha n ba ka r seba nya k 800 gra m.Ha sil penelitia n menunjukka n ba hwa
denga n meningka tnya la ju a lira n uda ra primer ma ka la ju pema ka ia n ba ha n ba ka r a ka n
meningka t, wa ktu peruba ha n ba ha n ba ka r a ka n sema kin cepa t,la ju zona pemba ka ra n a ka n
sema kin besa r da n efisiensi terma l tungku a ka n menurun.
Kata kunci : tungku bioma ssa , kela pa sa wit, la ju pema ka ia n ba ha n ba ka r, efisiensi terma l
1. Pendahuluan
Perkembangan ekonomi di era globalisasi menyebabkan pertambahan konsumsi
energi di segala sektor kehidupan termasuk Indonesia. Pemakaian energi di Indonesia pada
tahun 2002 telah mencapai lebih dari 453 juta SBM (setara barel minyak), jauh lebih tinggi
dibanding sebelum krisis pada tahun 2007 sebesar 385 juta SBM. Sedangkan cadangan
energi nasional semakin menipis apabila tidak ditemukan cadangan energi baru. Sehingga
perlu dilakukan terobosan untuk mencegah terjadinya krisis energi. Kebijakan energi
nasional yang dituangkan dalam dokumen Kebijakan Umum Bidang Energi (KUBE)
meliputi lima prinsip pokok yaitu diversifikasi energi, intensifikasi energi, konservasi
energi, mekanisme pasar dan kebijakan lingkungan [1]. Dengan menipisnya cadangan
minyak dunia dan masalah lingkungan yang dihadapi oleh pembakaran dengan
menggunakan bahan bakar fosil maka diperlukan energi alternatif dalam mengatasi hal
tersebut. Indonesia memiliki banyak sumber energi alternatif yang dapat dikembangkan,
baik dengan penerapan teknologi tinggi maupun teknologi sederhana. Energi alternatif
yang bisa dikembangkan dan ditawarkan kepada masyarakat harus memiliki beberapa sifat
seperti murah nilai jualnya, mudah dibuat dan mudah dicari sumber bahan
bakarnya.Gasifikasi biomassa adalah cara alternatif untuk menggurangi ketergantungan
dari bahan bakar fosil. Proses gasifikasi biomassa akan mengahasilkan gas mampu bakar
yaitu CO, CH4 dan H2 yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar. Salah satu bahan
bakar alternatif yang mempunyai potensi besar di Indonesia adalah kelapa sawit yang
meliputi sabut, cangkang dan pelepah karena masih banyak jumlahnya, mudah didapat dan
merupakan upaya pemanfaatan limbah. Belonio, A.T [2] menyatakan bahwa performansi
(performance) sebuah tungku biomassa dapat diketahui dengan mendapatkan beberapa
variabel antara lain laju pemakaian bahan bakar,waktu penyalaan bahan bakar,laju zona
pembakaran dan efisiensi termal.
TM-48 | 324
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
2. Tinjauan Pustaka
2.1. Pembakaran Biomassa
Biomassa adalah salah satu jenis bahan bakar padat selain batubara. Biomassa
dikalsifikasikan menjadi dua golongan yaitu biomassa kayu dan bukan kayu. Borman, dkk
[3] menyatakan bahwa mekanisme pembakaran biomassa terdiri dari tiga tahap yaitu
pengeringan (drying), devolatilisasi (devolatilization) dan pembakaran arang (char
combustion). Unsur utama dari biomassa adalah bermacam-macam zat kimia (molekul),
yang sebagian besar mengandung atom karbon (C). Bila kita membakar biomassa, karbon
tersebut dilepaskan ke udara dalam bentuk karbon dioksida (CO 2 ).Biomassa terdiri atas
beberapa komponen yaitu kadar air (moisture content ), zat terbang/mudah menguap
(volatile matter ), karbon terikat (fixed carbon) dan abu (ash). Proses pengeringan akan
menghilangkan moisture, devolatilisasi yang merupakan tahapan pirolisis akan melepaskan
volatile, dan pembakaran arang akan melepaskan karbon terikat.Sisa pembakaran
menghasilkan abu.
2.2. Kelapa sawit
Tanaman kelapa sawit (Elaeis guineensis) berasal dari Afrika barat, merupakan
tanaman penghasil utama minyak nabati yang mempunyai produktivitas lebih tinggi
dibandingkan tanaman penghasil minyak nabati lainnya. Awalnya tanaman kelapa sawit
dibudidayakan sebagai tanaman hias, sedangkan pembudidayaan tanaman untuk tujuan
komersial baru dimulai pada tahun 1911. Bagian yang paling utama untuk diolah dari
kelapa sawit adalah buahnya. Bagian daging buah menghasilkan minyak kelapa sawit
mentah yang diolah menjadi bahan baku minyak goreng. Kelebihan minyak nabati dari
sawit adalah harga yang murah, rendah kolesterol, dan memiliki kandungan karoten tinggi.
Minyak sawit juga dapat diolah menjadi bahan baku minyak alkohol, sabun, lilin, dan
industri kosmetika. Sisa pengolahan buah sawit sangat potensial menjadi bahan campuran
makanan ternak dan bahan bakar biomassa [4].
2.3. Sabut kelapa sawit
Limbah pabrik kelapa sawit yang mengandung sejumlah padatan tersuspensi,
terlarut dan mengambang merupakan bahan-bahan organik dengan konsentrasi tinggi.
Setiap ton tandan buah segar kelapa sawit menghasilkan limbah sebesar 900 kg yang
berasal dari unit sterealisasi, klasifikasi dan unit hidrosiklon. Sabut kelapa sawit
mengandung nutrient, fosfor (P), kalsium (ca), magnesium (Mg) dan karbon (C), sehingga
dapat digunakan menjadi bahan bakar biomassa [4].
2.4. Cangkang Kelapa Sawit
Cangkang sawit merupakan bagian paling keras pada komponen yang terdapat pada
kelapa sawit. Saat ini pemanfaatan cangkang sawit di berbagai industri pengolahan minyak
CPO belumm aksimal. Dalam industri pengolahan minyak kelapa sawit atau CPO akan
diperoleh limbah industri. Limbah ini digolongkan menjadi limbah padat, cair dan gas.
Limbah padat berupa tandan kosong dan tempurung kelapa sawit. Tempurung kelapa sawit
menjadi salah satu limbah kelapa sawit yang berwarna hitam keabuan dan bentuk yang
tidak beraturan yang dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif [5].
2.5. Pelepah kelapa sawit
Pelepah kelapa sawit merupakan salah satu yang menjadi limbah diantara bagian
kelapa sawit yang lainnya. Karena pada saat pengambilan buah kelapa sawit, pelepah akan
dipotong kemudian diletakkan begitu saja di sekeliling batang sawit untuk dijadikan pupuk
kompos bagi batang kelapa sawit. Padahal masih banyak kegunaan dari pelepah tersebut
TM-48 | 325
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
diantaranya dapat dijadikan bahan bakar biomassa [5]. Setiap limbah yang dihasilkan oleh
sawit memiliki nilai kalor tertentu, nilai kalor pada sabut,cangkang dan pelepah dapat
dilihat pada tabel 1.
No
1.
2.
3.
Tabel 1.Nilai kalori produk samping kelapa sawit [6]
Produk Samping
Nilai Kalor (Kcal/kg)
Cangkang Kelapa Sawit
4.77
Pelepah Kelapa Sawit
3.73
Sabut Kelapa Sawit
4.18
Penelitian pembakaran tungku biomassa telah dilakukan oleh Klingel dkk [7] yang
meneliti pengaruh temperatur pirolisis terhadap gas-gas yang dihasilkan dari sebuah proses
pembakaran. Hasil penelitian menunjukkan bahwa semakin tinggi temperatur, laju
pembakaran juga akan meningkat dan terjadi lebih cepat. Pratoto dkk [8] melakukan
penelitian mengenai FCR (fuel consumption rate) pada beberapa ukuran partikel biomassa.
Dari hasil penelitian menunjukkan bahwa partikel yang kecil memiliki FCR lebih kecil
dibandingkan dengan FCR dari biomassa dengan ukuran partikel yang lebih besar. Partikel
yang kecil memiliki densitas permukaan yang besar dan hal ini akan meningkatkan laju
gasifikasi. Namun demikian, dengan ukuran partikel yang kecil, porositas curah juga
menjadi kecil dan kondisi ini akan meningkatkan tahanan aliran dari agen gasifikasi
sehingga menghambat efektifitas gasifikasi. Penelitian mengenai laju dan temperatur gas
pembakaran briket arang dari hasil karbonisasi limbah padat penyulingan minyak nilam
terhadap laju aliran udara juga telah dilakukan oleh Suprapto [9]. Hasilnya menunjukkan
bahwa ada hubungan positif antara laju aliran udara dan kenaikan laju pembakaran.
Kenaikan laju pembakaran akan berpengaruh terhadap kenaikan temperatur gas
pembakaran.
2.6. Up-draft Gasifier
Jenis tungku dalam penelitian ini adalah up-draft gasifier. Biomassa diumpankan di
bagian atas sementara udara masuk melalui grate yang umumnya di selubungi oleh abu.
Grate berada dibagian bawah gasifier, dimana udara bereaksi dengan biomassa
menghasilkan CO 2 yang sangat panas dan H2 O. Sebaliknya, CO 2 dan H2 O bereaksi
kembali dengan kokas(arang sisa) menghasilkan CO dan H2. Temperatur dibagian grate
harus dibatasi dengan menambahkan resirkulasi gas keluaran untuk mencegah rusaknya
grate dan penyumbatan akibat tingginya temperatur ketika karbon bereaksi dengan udara.
Gas panas yang naik mempirolisa biomasa diatasnya kemudian mendingin sepanjang
proses [1].
3. Metodologi Penelitian
3.1. Bahan Penelitian
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah limbah kelapa sawit yang
meliputi cangkang, pelepah dan sabut kelapa sawit.
3.2. Alat Penelitian
Pada gambar 1 terlihat komponen utama pada sebuah tungku biomassa yaitu:
1. Ruang bakar adalah tempat terjadinya proses pembakaran bahan bakar. Tabung
pembakaran ini terbuat dari seng dengan ketebalan 0.2 cm, tinggi 23 cm dan diameter
14 cm.
2. Burner adalah tempat keluarnya api hasil pembakaran yang terbuat dari bahan plat baja
yang menyatu dengan plat untuk menutup plat isolator yang berfungsi untuk
TM-48 | 326
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
3.
4.
5.
6.
mengurangi penghantar panas akibat proses pembakaran pada saat terjadinya
pembakaran.
Fan sebagai pemasok udara untuk proses pembakaran yang kecepatan motornya dapat
diatur dengan keluaran arus yang diterima dari alat pengatur tegangan (adaptor).
Pelindung dan Penyangga Tabung Ruang Bakar yang berfungsi sebagai penutup tabung
bahan bakar dan juga sebagai pembatas agar saat terjadinya pembakaran tidak
dipengaruhi udara lain selain udara yang dipasok oleh fan. Bahan yang digunakan
untuk penyangga ini adalah seng dengan ketebalan 0.15 cm, diameter 17,5 cm dan
tinggi 19 cm.
Penutup reactor sebagai alat untuk merubah hasil dari pembakaran bahan bakar
biomassa menjadi gas yang disalurkan melalui pipa yang dihubungkan pada tabung
penyimpanan gas gasifikasi. Bahan penutup reactor terbuat dari bahan seng yang
memliki ketebalan 0.15 cm, diameter 10.5 cm dan ketinggian 2 cm.
Ruang Abu dan Ruang Udara Primer adalah ruang tempat sisa pembakaran yang
sekaligus berfungsi sebagai tempat masuk udara yang dihasilkan oleh fan. Ruangan ini
terpisah dari penutup dan penyangga tabung bahan bakar dan juga terpisah dari
penutup dan penyangga alat untuk memasak. Bahannya terbuat dari seng dengan
ketebalan 0.15 cm, ketinggian 6 cm dan diameter 24.5 cm.
3.3. Variabel Penelitian
Variabel penelitian dilakukan dengan memvariasikan tegangan yang menyebabkan
kecepatan udara masuk dari fan juga akan berubah seperti pada tabel 2.
No
Perlakuan
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
A
B
C
D
E
F
G
Tabel 2. Variabel penelitian
Tegangan
Putaran Fan
(volt)
(rpm)
0
0
3
3065
4,5
3293
6
3521
7,5
3747
9
3978
12
4261
Kecepatan Fan
(m/s)
0
1,916
2,058
2,200
2,341
2,486
2,633
Gambar 1. Tungku biomassa
TM-48 | 327
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
4. Hasil dan Pembahasan
4.1. Hubungan Laju Aliran Udara Primer Terhadap Laju Pemakaian Bahan Bakar
Fuel consumption rate (FCR) atau laju pemakaian bahan bakar adalah jumlah
bahan bakar yang dipakai selama waktu operasi (kg/jam). Pengaruh laju aliran udara
primer terhadap laju pemakaian bahan bakar pada kompor biomassa dapat dilihat pada
gambar 2. Pada gambar 3 terlihat bahwa FCR dari ketiga jenis limbah kelapa sawit
(cangkang, pelepah dan sabut) secara umum mengalami kenaikan dengan peningkatan laju
aliran udara primer yang dialirkan oleh fan. Secara berurutan dapat dilihat bahwa FCR
terendah sampai tertinggi adalah cangkang, sabut dan pelepah kelapa sawit. Pada gambar 3
terlihat juga bahwa semakin meningkat laju aliran udara primer yang diberikan oleh fan,
maka laju pemakaian bahan bakar juga akan semakin meningkat. Laju pemakaian bahan
bakar tertinggi terjadi pada cangkang kelapa sawit dengan perlakuan G (putaran fan
sebesar 4261 rpm atau 2,366 m/s). Begitu pula terhadap laju pemakaian bahan bakar
pelepah kelapa sawit dan sabut kelapa sawit terjadi pada perlakuan G. Fenomena ini
dikarenakan pengaruh jumlah udara yang dialirkan ke dalam ruang pembakaran. Jika
dibandingkan dengan perlakuan yang lain, pada variabel G, jumlah udara paling banyak.
Dalam proses pembakaran secara umum diketahui bahwa semakin banyak udara yang di
alirkan dalam ruang bakar, maka bahan bakar akan lebih cepat terbakar dan jumlah bahan
bakarnya juga akan lebih cepat habis. Dapat disimpulkan bahwa semakin cepat laju aliran
udara, maka laju pemakaian bahan bakar juga akan semakin cepat. Laju pemakaian bahan
bakar cangkang, sabut dan pelepah kelapa sawit masing-masing berkisar antara 0,436
kg/jam sampai 1,036 kg/jam, 0,845 kg/jam sampai 2,203 kg/jam dan 0,956 kg/jam sampai
2,61 kg/jam.
Gambar 2. Pengaruh laju aliran udara primer terhadap laju pemakaian bahan bakar
4.2. Hubungan Laju Aliran Udara Primer Terhadap Waktu Perubahan Bahan Bakar
Pengaruh laju aliran udara primer terhadap waktu perubahan bahan bakar terlihat
pada gambar 3. Pada gambar 3 terlihat bahwa semakin cepat laju aliran udara primer yang
dialirkan ke dalam ruang bakar, maka akan semakin cepat pula perubahan bahan bakar
yang terjadi pada ruang bakar. Waktu perubahan bahan bakar tercepat tejadi pada
perlakuan G (putaran fan sebesar 4261 rpm atau 2,366 m/s) yaitu selama 10.23 detik. Hal
ini dikarenakan semakin besar tegangan fan, maka suplai udara yang dialirkan untuk
proses pembakaran akan semakin meningkat, sehingga waktu perubahan bahan bakar juga
akan semakin cepat. Berdasarkan gambar 4 dapat disimpulkan bahwa semakin cepat laju
TM-48 | 328
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
aliran udara, maka waktu perubahan bahan bakar juga akan semakin cepat. Waktu
perubahan bahan bakar cangkang, sabut dan pelepah kelapa sawit masing-masing berkisar
antara 23 detik sampai 10 detik, 12 detik sampai 05 detik dan 10 detk sampai 04 detik.
Gambar 3. Pengaruh laju aliran udara primer terhadap waktu perubahan bahan bakar
4.3. Hubungan Laju Aliran Udara Primer Terhadap Laju Zona Pembakaran
Combustion zone rate atau laju zona pembakaran adalah oleh waktu yang
dibutuhakn oleh combustion zone untuk bergerak ke bawah menuju reaktor (m/jam).
Pengaruh laju aliran udara primer terhadap laju zona pembakaran terlihat pada gambar 4.
Laju zona pembakaran tertinggi tungku pembakaran berbahan bakar limbah kelapa sawit
(cangkang, sabut dan pelepah) terjadi pada perlakuan G (4261 rpm atau 2,366 m/s.
Semakin besar laju aliran udara primer maka akan semakin besar pula laju zona
pembakaran. Hal ini di sebabkan, pada saat laju udara primer masuk pada ruang bakar
maka proses pembakaran akan semakin cepat sehingga laju zona pembakarannya akan
semakin besar. Laju zona pembakaran bahan bakar cangkang, sabut dan pelepah kelapa
sawit masing-masing berkisar antara 35 m/jam sampai 85 m/jam, 69 m/jam sampai 191
m/jam dan 79 m/jam sampai 230 m/jam.
4.4. Hubungan Laju Aliran Udara Primer Terhadap Efisiensi Thermal Tungku
Efisiensi termal adalah perbandingan antara energi yang dibutuhkan untuk
mendidihkan air dan energi yang terkandung dalam bahan bakar. Pengaruh laju aliran
udara primer terhadap efisiensi thermal tungku terlihat pada gambar 5.Efisiensi thermal
tungku secara umum mengalami penurunan dengan kenaikan laju aliran udara
primer.Fenomena menurunnya efisiensi thermal terjadi pada pelepah dan sabut kelapa
sawit. Sedikit perbedaan terjadi pada cangkang kelapa sawit. Pada cangkang kelapa sawit,
efisiensi tungku mengalami kenaikan dari perlakuan A, B dan C. Akan tetapi mengalami
penurunan efisiensi pada perlakuan D, E, F dan G. Pada bahan bakar cangkang kelapa
sawit, terdapat efisiensi thermal “ optimal” yaitu pada laju aliran 3293 rpm atau 2,058 m/s.
Fenomena ini kemungkinan disebabkan karena jumlah udara/oksigen untuk proses
pembakaran terlalu banyak sehingga proses pembakaran menjadi tidak sempurna. Pada
proses pembakaran, semakin cepat laju aliran udara maka laju daerah pembakaran akan
TM-48 | 329
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
semakin meningkat, semakin cepat laju daerah pembakaran maka waktu proses
pembakaran akan mengalami penurunan, jika waktu yang dibutuhkan untuk proses
pembakaran menurun maka kalor yang dihasilkan juga akan menurun [10]. Efisiensi termal
bahan bakar cangkang, sabut dan pelepah kelapa sawit masing-masing berkisar antara 7%
sampai 15%, 4% sampai 12% dan 7% sampai 17%.
Gambar 4. Pengaruh laju aliran udara primer terhadap laju zona pembakaran
Gambar 5. Pengaruh laju aliran udara primer terhadap efisiensi termal
5. Kesimpulan
1. Semakin meningkat laju aliran udara primer maka laju pemakaian bahan bakar juga
akan meningkat;
2. Semakin meningkat laju aliran udara primer maka waktu perubahan bahan bakar akan
semakin cepat;
TM-48 | 330
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
3. Semakin meningkat laju aliran udara primer maka laju zona pembakaran akan semakin
besar;
4. Semakin meningkat laju aliran udara primer maka efisiensi termal tungku akan
menurun.
Daftar Pustaka
1. www.esdm.go.id
2. Belonio, A.T. (2005).Rice husk gas stove handbook.Appropriate Technology Center,
Department of Agricultural Engineering and Environmental Management.College of
Agriculture, Central Philippine University, Iloilo City, Philippines.
3. Borman, G.L.and Ragland, K.W. (1998). Combustion Engineering, McGraw-Hill
Book c., Singapore.
4. Kasnawati. (2006). Penggunaan Limbah Sabut Kelapa Sawit sebagai Bahan untuk
Mengolah Limbah Cair. Sekolah Tinggi Teknik Darma Yadi.
5. Purwanto D. (2010). Arang dari Limbah Tempurung Kelapa Sawit, Jakarta.
6. Napitupulu, F.H. (2006). Analisis Nilai Kalor Bahan Bakar Serabut dan Cangkang
kelapa sawit. Universitas Sumatera Utara.
7. Klingel, Thilo. (2004). Detailed Investigation of Wood Combustion Using GC/MS
Spectroscopy and Particle Size Distribution Measurements, Institut fur Technise
Verbrennung, Universitat Stuttgart, Jerman.
8. Pratoto, Adjar dan Eldisa H. (2010). Rancang Bangun Tungku Gasifier Untuk
Pemanfaatan Tandan Kelapa Sawit Sebagai Sumber Energi. Padang.
9. Suprapto, S.H.(2010). Pemanfaatan Limbah Padat Penyulingan Minyak Nilam
Sebagai Briket Untuk Bahan bakar Alternatif, Tesis, Universitas Gadjah Mada,
Yogyakarta.
10. Barlin dan Nainggolan, M.P. (2012).Studi Performa Tungku Pembakaran Biomassa
Berbahan Bakar Limbah Sekam Padi Prosiding Seminar Nasional Resatek II-2012,
Universitas Bung Hatta, Padang.
TM-48 | 331
SEMINAR NASIONAL MESIN DAN INDUSTRI
(SNMI8) 2013
ISBN: 978-602-98109-2-9
RISET MULTIDISIPLIN UNTUK MENUNJANG
PENGEMBANGAN INDUSTRI NASIONAL
Auditorium Gedung M Lantai 8
Universitas Tarumanagara
Jakarta, 14 November 2013
Diterbitkan oleh:
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Tarumanagara
Jl. Let. Jend. S. Parman No. 1 Jakarta 11440
Telp. (021) 567 2548, 563 8358 Fax. (021) 566 3277, (021) 563 8358
e-mail: mesin@tarumanagara.ac.id, snmi_mesin@yahoo.co.id
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
DAFTAR ISI
Kata Pengantar
Sambutan Dekan Fakultas Teknik
Ucapan Terima Kasih
Daftar Isi
Susunan Panitia
Susunan Acara
1.
Technopreneur and Social-Entrepreneurship: “…based on product…”, Raldi
Artono Koestoer
2.
Supply Chain Management: Tantangan dan Strategi, Nyoman Pujawan
Bidang Teknik Mesin
1. Metode Pemilihan Pompa Sebagai Turbin Pembangkit Listrik Tenaga Mikro
Hidro, Anak Agung Adhi Suryawan, Made Suarda, I Nengah Suweden
2. Pengaruh Fraksi Volume Serat terhadap Kekuatan Tekan Komposit Fiberglass,
AAIA Sri Komaladewi, I Made Astika, I G K Dwijana
3.
4.
5.
6.
Pengaruh Variasi Diameter dan Sudut Kemiringan Pipa Inlet Terhadap Unjuk
Kerja Pompa Hidram, Sehat Abdi Saragih
Analisa Kerusakan pada Rotating Element Pompa Injeksi Air David Brown
DB34-D DI PT CPI Minas, Abrar Ridwan, Ridwan Chandra
Pengaruh Temperatur Pembakaran pada Komposit Lempung/Silika RHA terhadap
Sifat Mekanik (Aplikasi pada Bata Merah), Ade Indra, Nurzal, Hendri Nofrianto
Rancang Bangun Mesin Pemisah Dan Pencacah Sampah Organik (Daun-daunan)
dan Anorganik (Plastik, Kresek) untuk Menghasilkan Serpihan Sampah Organik
Lebih Kecil sebagai Bahan Kompos, I Gede Putu Agus Suryawan, Cok. Istri P.
Kusuma Kencanawati, I Gst. A. K. Diafari D. Hartawan
7.
8.
9.
ii
iii
iv
v
x
xi
Peningkatan Nilai Kalor Biobriket Campuran Sekam Padi dan Dominansi Kulit
Kacang Mete dengan Metode Pirolisa, Arijanto
Perilaku Stress Tanki Toroidal Penampang Oval dengan Beban Internal Pressure,
Asnawi Lubis, Shirley Savetlana, and Ahmad Su’udi
Kekerasan Baja AISI 4118 setelah Proses Pack Karburising dengan Media
Karburasi Arang Tulang Bebek dan Arang Pelepah Kelapa, Dewa Ngakan Ketut
Putra Negara, I Dewa Made Krisnha Muku, AAIA Sri Komala Dewi
10. Quantum States At Juergen Model for Nuclear Reactor Control Rod Blade Based
On Thx Duo2 Nano-Material, Moh. Hardiyanto
11. Pengerasan Induksi pada Material AISI 4340 sebagai Material Bahan Baku
Industri HANKAM Nasional, Muhammad Dzulfikar, Rifky Ismail, Dian Indra
Prasetyo, dan Jamari
12. Studi Pengaruh Kemiringan Kolektor Surya Tipe Satu Laluan Udara Panas
Terhadap Proses Pengeringan Kerupuk Ubi, Eddy Elfiano, Muhd. Noor Izani
13. Pemanfaatan Limbah Tempurung Kelapa Sawit (Elacis Guinesis) sebagai Energi
Biomassa yang Terbarukan, Eko Yohanes, Sibut
14. Pengaruh Variasi Volume Serat Resam terhadap Kekuatan Tarik dan Impact
Komposit pada Matriks Polyester sebagai Bahan Pembuatan Dashboard Mobil,
1
7
1
7
14
21
34
42
49
60
67
73
83
90
96
Herwandi, Sugianto, Somawardi, Muhammad Subhan
102
15. Pemanfaatan Arang Kayu Bakar sebagai Media Karburasi pada Proses Pack
Karburising, I Dewa Made Krisnha Muku, AAIA Sri Komala Dewi
109
|v
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
35. Analisa Performansi Destilasi Air Laut Tenaga Surya Menggunakan Penyerap
Radiasi Surya Tipe Bergelombang yang Berbahan Dasar Campuran Semen
dengan Pasir, Ketut Astawa, Made Sucipta, I Gusti Ngurah Suryana
263
36. Pemodelan Fungsi Terpadu yang Diterapkan pada Multi-Gripper Fingers dengan
Metode Vacuum-Suction, W. Widhiada
271
37. Proses Perancangan Ulang pada Alat Penghemat Bahan Bakar Kendaraan Roda
Dua Berkapasitas 115cc Menggunakan Metode DFM, Aschandar Ad Hariadi,
Bimo Pratama, Gede Eka Lesmana, Yohannes Dewanto
280
38. Karakteristik Kekerasan Permukaan Baja Karbon Rendah Dengan Perlakuan
Boronisasi Padat, Erwin Siahaan
297
39. Analisis Kekasaran Permukaan pada Proses Pembubutan Baja AISI 4340
Menggunakan Mata Pahat Ceramic dan Carbide, Rosehan, Sobron Lubis, Adiyan
Wiradhika
309
40. Perancangan Turbin Air Helik (Helical Turbine) untuk Sistem PLTMH Guna
Memanfaatkan Energi Aliran Irigasi Way Tebu di Desa Banjar Agung Udik
Kabupaten Tanggamus, Jorfri B. Sinaga
315
41. Analisa Performansi Tungku Pembakaran Biomassa dari Limbah Kelapa Sawit,
Barlin, Heriansyah
324
42. Pengaruh Variable Kecepatan Angin terhadap Turbin Angin Horizontal Aksial
dengan Profil Airfoil Blade Sesuai Standar NACA 2418, Abraham Markus
Martinus, Abrar Riza, Steven Darmawan
332
43. Program Perancangan Karakteristik Daya Turbin Angin Tipe Horizontal dengan
Variasi Sudut Serang, Darwin Andreas, Abrar Riza, I Made Kartika D.
340
44. Optimasi Bentuk Rangka dengan Menggunakan Prestress pada Prototipe
Kendaraan Listrik, Didi Widya Utama, William Denny Chandra, R. Danardono
A.S.
346
45. Desain Reaktor Co-Gasifikasi Fluidized Bed untuk Bahan Bakar Limbah Sampah,
Biomasa dan Batubara, I N. Suprapta Winaya, Rukmi Sari Hartati, I Putu
Lokantara, I GAN Subawa
354
46. Pembuatan Model Aliran Arus Laut Penggerak Turbin, I Gusti Bagus Wijaya
Kusuma
363
Bidang Teknik Industri
1. Faktor-Faktor yang Berpengaruh Terhadap Keberhasilan Usaha Industri Kecil
Sukses, Aam Amaningsih Jumhur
2. Pengembangan Structural Equation Modeling untuk Pengukuran Kualitas,
Kepuasan, dan Loyalitas Layanan Travel X, Ardriansyah Taufik Krisyandra
3. Kajian Tarif Angkutan Umum Terkait dengan Kebijakan Pemerintah dalam
Penetapan Harga Bahan Bakar Minyak Secara Nasional, (Studi Kasus: Angkutan
Kota di Kota Bandung), Aviasti, Asep Nana Rukmana, Djamaludin
4. Peluang Efisiensi Energi Listrik Gedung Hotel X, Badaruddin
5. Analisis Jenis dan Jumlah Kendaraan Terhadap Tingkat Kebisingan di Kawasan
Perkantoran di Kota Denpasar, Cok Istri Putri Kusuma Kencanawati
6. Peningkatan Produktivitas pada Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin
Universitas Udayana Melalui Perancangan Sistem Pengukuran Kinerja yang
Terintegrasi, I Made Dwi Budiana Penindra
7. Analisa Perilaku Guling Kendaraan Truk Angkutan Barang (Studi Kasus pada
Jalur Denpasar-Gilimanuk), I Ketut Adi Atmika, I Made Gatot Karohika, Kadek
Oktapianus Prapta
371
379
388
397
403
409
417
| vii
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
PANITIA SEMINAR NASIONAL MESIN DAN INDUSTRI (SNMI8) 2013
Pelindung
: Rektor Universitas Tarumanagara, Prof. Dr. Ir. Roesdiman S.
Penasehat
: Dekan Fakultas Teknik, Dr. Agustinus Purna Irawan, ST., MT
Penanggung jawab : Ketua Jurusan Teknik Mesin, Harto Tanujaya, ST., MT., Ph.D.
Panitia Pengarah:
Ketua
Anggota
: Prof. Dr. Ir. Eddy S. Siradj, M.Sc
: a. Prof. Dr. Ir. I Made Kartika D., Dipl.Ing
b. Prof. Dr. Ir. Bambang Suryawan, MT
c. Prof. Dr. Ir. T. Yuri M. Zagloel
d. Prof. Dr. Ir. Dahmir Dahlan
Panitia Pelaksana:
Ketua
Wakil Ketua
Sekretariat
Bendahara
Seksi Publikasi & Sponsor
Seksi Makalah
Seksi Acara & Dokumentasi
Seksi Perlengkapan
Seksi Konsumsi
Seksi Penerima Tamu
Seksi Keamanan
: Wilson Kosasih, ST., MT
Didi Widya Utama, ST., MT
: 1. I Wayan Sukania, ST., MT (Koordinator)
2. Farida Ariyanti, SE
: 1. Ir. Sofyan Djamil, M.Si. (Koordinator)
2. Lithrone Laricha S., ST., MT
: 1. Ir. Erwin Siahaan, M.Si (Koordinator)
2. Agus Halim, ST., MT
3. Lina Gozali, ST., MM
: 1. Dr. Abrar Riza, ST., MT (Koordinator)
2. Dr. Sobron Yamin Lubis
3. Harto Tanujaya, ST., MT., Ph.D.
4. Dr. Agustinus Purna Irawan, ST., MT
5. Dr. Lamto Widodo, ST., MT
6. Ir. Sofyan Djamil, M.Si
7. Dr. Adianto, M.Sc
8. Ir. Rosehan, MT
9. Endro Wahyono
: 1. Ahmad ST., MT (Koordinator)
2. Marsudi
3. Mahasiswa
: 1. Steven Darmawan, ST., MT (Koordinator)
2. Budi Herman
3. Siswanto
4. Kusno Aminoto
5. Heryanto
6. Herman
: 1. Sulastini, SE (Koordinator)
2. Karyati, SE
: 1. Lithrone Laricha S., ST., MT (koordinator)
2. Mahasiswi (4 orang)
: 1. Desnata Hambali, ST., MT (Koordinator)
2. Agun Gunawan
3. Bachrudin
4. Mahasiswa 6 orang
|x
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
ANALISA PERFORMANSI TUNGKU PEMBAKARAN BIOMASSA
DARI LIMBAH KELAPA SAWIT
Barlin1), Heriansyah2)
1)
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sriwijaya
2)
Alumni Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sriwijaya
Jl. Raya Palembang-Prabumulih KM.32 Indralaya, Ogan Ilir Sumatera Selatan 30662
Telp. (0711) 580072 Fax. (0711) 580072
e-mail: barlin_oemar@yahoo.com
Abstrak
Ca da nga n minya k bumi ya ng sema kin menipis da n ma sa la h lingkungan ya ng dia kibatka n oleh
pema ka ia n ba ha n ba kar fosil menyeba bka n ba ha n ba ka r a lterna tif menja di penting. Sa la h sa tu
ba ha n ba ka r a lterna tif ya ng mempunya i potensi besa r di Indonesia a da la h kela pa sa wit ya ng
meliputi sa but, ca ngka ng da n pelepa h kela pa sa wit. Penelitia n seca ra eksperimenta l tela h
dila kuka n untuk mengeta hui hubunga n a nta ra la ju a lira n uda ra primer terha da p la ju
pema ka ia n ba ha n ba ka r, wa ktu penya la a n ba ha n ba ka r, la ju zona pemba ka ra n da n efisiensi
terma l tungku bioma ssa berba ha n ba ka r limba h kela pa sa wit.Tungku bioma ssa ya ng tela h
dibua t memiliki dia meter burner 10,5 cm, dia meter ta bung ta bung ba ha n ba ka r 17,5 cm,
dia meter isola tor 20 cm da n dia meter rua ng uda ra primer 24,5 cm da n volume rea ktor 3,54
m3 . Seda ngka n ma ssa ba ha n ba ka r seba nya k 800 gra m.Ha sil penelitia n menunjukka n ba hwa
denga n meningka tnya la ju a lira n uda ra primer ma ka la ju pema ka ia n ba ha n ba ka r a ka n
meningka t, wa ktu peruba ha n ba ha n ba ka r a ka n sema kin cepa t,la ju zona pemba ka ra n a ka n
sema kin besa r da n efisiensi terma l tungku a ka n menurun.
Kata kunci : tungku bioma ssa , kela pa sa wit, la ju pema ka ia n ba ha n ba ka r, efisiensi terma l
1. Pendahuluan
Perkembangan ekonomi di era globalisasi menyebabkan pertambahan konsumsi
energi di segala sektor kehidupan termasuk Indonesia. Pemakaian energi di Indonesia pada
tahun 2002 telah mencapai lebih dari 453 juta SBM (setara barel minyak), jauh lebih tinggi
dibanding sebelum krisis pada tahun 2007 sebesar 385 juta SBM. Sedangkan cadangan
energi nasional semakin menipis apabila tidak ditemukan cadangan energi baru. Sehingga
perlu dilakukan terobosan untuk mencegah terjadinya krisis energi. Kebijakan energi
nasional yang dituangkan dalam dokumen Kebijakan Umum Bidang Energi (KUBE)
meliputi lima prinsip pokok yaitu diversifikasi energi, intensifikasi energi, konservasi
energi, mekanisme pasar dan kebijakan lingkungan [1]. Dengan menipisnya cadangan
minyak dunia dan masalah lingkungan yang dihadapi oleh pembakaran dengan
menggunakan bahan bakar fosil maka diperlukan energi alternatif dalam mengatasi hal
tersebut. Indonesia memiliki banyak sumber energi alternatif yang dapat dikembangkan,
baik dengan penerapan teknologi tinggi maupun teknologi sederhana. Energi alternatif
yang bisa dikembangkan dan ditawarkan kepada masyarakat harus memiliki beberapa sifat
seperti murah nilai jualnya, mudah dibuat dan mudah dicari sumber bahan
bakarnya.Gasifikasi biomassa adalah cara alternatif untuk menggurangi ketergantungan
dari bahan bakar fosil. Proses gasifikasi biomassa akan mengahasilkan gas mampu bakar
yaitu CO, CH4 dan H2 yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar. Salah satu bahan
bakar alternatif yang mempunyai potensi besar di Indonesia adalah kelapa sawit yang
meliputi sabut, cangkang dan pelepah karena masih banyak jumlahnya, mudah didapat dan
merupakan upaya pemanfaatan limbah. Belonio, A.T [2] menyatakan bahwa performansi
(performance) sebuah tungku biomassa dapat diketahui dengan mendapatkan beberapa
variabel antara lain laju pemakaian bahan bakar,waktu penyalaan bahan bakar,laju zona
pembakaran dan efisiensi termal.
TM-48 | 324
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
2. Tinjauan Pustaka
2.1. Pembakaran Biomassa
Biomassa adalah salah satu jenis bahan bakar padat selain batubara. Biomassa
dikalsifikasikan menjadi dua golongan yaitu biomassa kayu dan bukan kayu. Borman, dkk
[3] menyatakan bahwa mekanisme pembakaran biomassa terdiri dari tiga tahap yaitu
pengeringan (drying), devolatilisasi (devolatilization) dan pembakaran arang (char
combustion). Unsur utama dari biomassa adalah bermacam-macam zat kimia (molekul),
yang sebagian besar mengandung atom karbon (C). Bila kita membakar biomassa, karbon
tersebut dilepaskan ke udara dalam bentuk karbon dioksida (CO 2 ).Biomassa terdiri atas
beberapa komponen yaitu kadar air (moisture content ), zat terbang/mudah menguap
(volatile matter ), karbon terikat (fixed carbon) dan abu (ash). Proses pengeringan akan
menghilangkan moisture, devolatilisasi yang merupakan tahapan pirolisis akan melepaskan
volatile, dan pembakaran arang akan melepaskan karbon terikat.Sisa pembakaran
menghasilkan abu.
2.2. Kelapa sawit
Tanaman kelapa sawit (Elaeis guineensis) berasal dari Afrika barat, merupakan
tanaman penghasil utama minyak nabati yang mempunyai produktivitas lebih tinggi
dibandingkan tanaman penghasil minyak nabati lainnya. Awalnya tanaman kelapa sawit
dibudidayakan sebagai tanaman hias, sedangkan pembudidayaan tanaman untuk tujuan
komersial baru dimulai pada tahun 1911. Bagian yang paling utama untuk diolah dari
kelapa sawit adalah buahnya. Bagian daging buah menghasilkan minyak kelapa sawit
mentah yang diolah menjadi bahan baku minyak goreng. Kelebihan minyak nabati dari
sawit adalah harga yang murah, rendah kolesterol, dan memiliki kandungan karoten tinggi.
Minyak sawit juga dapat diolah menjadi bahan baku minyak alkohol, sabun, lilin, dan
industri kosmetika. Sisa pengolahan buah sawit sangat potensial menjadi bahan campuran
makanan ternak dan bahan bakar biomassa [4].
2.3. Sabut kelapa sawit
Limbah pabrik kelapa sawit yang mengandung sejumlah padatan tersuspensi,
terlarut dan mengambang merupakan bahan-bahan organik dengan konsentrasi tinggi.
Setiap ton tandan buah segar kelapa sawit menghasilkan limbah sebesar 900 kg yang
berasal dari unit sterealisasi, klasifikasi dan unit hidrosiklon. Sabut kelapa sawit
mengandung nutrient, fosfor (P), kalsium (ca), magnesium (Mg) dan karbon (C), sehingga
dapat digunakan menjadi bahan bakar biomassa [4].
2.4. Cangkang Kelapa Sawit
Cangkang sawit merupakan bagian paling keras pada komponen yang terdapat pada
kelapa sawit. Saat ini pemanfaatan cangkang sawit di berbagai industri pengolahan minyak
CPO belumm aksimal. Dalam industri pengolahan minyak kelapa sawit atau CPO akan
diperoleh limbah industri. Limbah ini digolongkan menjadi limbah padat, cair dan gas.
Limbah padat berupa tandan kosong dan tempurung kelapa sawit. Tempurung kelapa sawit
menjadi salah satu limbah kelapa sawit yang berwarna hitam keabuan dan bentuk yang
tidak beraturan yang dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif [5].
2.5. Pelepah kelapa sawit
Pelepah kelapa sawit merupakan salah satu yang menjadi limbah diantara bagian
kelapa sawit yang lainnya. Karena pada saat pengambilan buah kelapa sawit, pelepah akan
dipotong kemudian diletakkan begitu saja di sekeliling batang sawit untuk dijadikan pupuk
kompos bagi batang kelapa sawit. Padahal masih banyak kegunaan dari pelepah tersebut
TM-48 | 325
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
diantaranya dapat dijadikan bahan bakar biomassa [5]. Setiap limbah yang dihasilkan oleh
sawit memiliki nilai kalor tertentu, nilai kalor pada sabut,cangkang dan pelepah dapat
dilihat pada tabel 1.
No
1.
2.
3.
Tabel 1.Nilai kalori produk samping kelapa sawit [6]
Produk Samping
Nilai Kalor (Kcal/kg)
Cangkang Kelapa Sawit
4.77
Pelepah Kelapa Sawit
3.73
Sabut Kelapa Sawit
4.18
Penelitian pembakaran tungku biomassa telah dilakukan oleh Klingel dkk [7] yang
meneliti pengaruh temperatur pirolisis terhadap gas-gas yang dihasilkan dari sebuah proses
pembakaran. Hasil penelitian menunjukkan bahwa semakin tinggi temperatur, laju
pembakaran juga akan meningkat dan terjadi lebih cepat. Pratoto dkk [8] melakukan
penelitian mengenai FCR (fuel consumption rate) pada beberapa ukuran partikel biomassa.
Dari hasil penelitian menunjukkan bahwa partikel yang kecil memiliki FCR lebih kecil
dibandingkan dengan FCR dari biomassa dengan ukuran partikel yang lebih besar. Partikel
yang kecil memiliki densitas permukaan yang besar dan hal ini akan meningkatkan laju
gasifikasi. Namun demikian, dengan ukuran partikel yang kecil, porositas curah juga
menjadi kecil dan kondisi ini akan meningkatkan tahanan aliran dari agen gasifikasi
sehingga menghambat efektifitas gasifikasi. Penelitian mengenai laju dan temperatur gas
pembakaran briket arang dari hasil karbonisasi limbah padat penyulingan minyak nilam
terhadap laju aliran udara juga telah dilakukan oleh Suprapto [9]. Hasilnya menunjukkan
bahwa ada hubungan positif antara laju aliran udara dan kenaikan laju pembakaran.
Kenaikan laju pembakaran akan berpengaruh terhadap kenaikan temperatur gas
pembakaran.
2.6. Up-draft Gasifier
Jenis tungku dalam penelitian ini adalah up-draft gasifier. Biomassa diumpankan di
bagian atas sementara udara masuk melalui grate yang umumnya di selubungi oleh abu.
Grate berada dibagian bawah gasifier, dimana udara bereaksi dengan biomassa
menghasilkan CO 2 yang sangat panas dan H2 O. Sebaliknya, CO 2 dan H2 O bereaksi
kembali dengan kokas(arang sisa) menghasilkan CO dan H2. Temperatur dibagian grate
harus dibatasi dengan menambahkan resirkulasi gas keluaran untuk mencegah rusaknya
grate dan penyumbatan akibat tingginya temperatur ketika karbon bereaksi dengan udara.
Gas panas yang naik mempirolisa biomasa diatasnya kemudian mendingin sepanjang
proses [1].
3. Metodologi Penelitian
3.1. Bahan Penelitian
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah limbah kelapa sawit yang
meliputi cangkang, pelepah dan sabut kelapa sawit.
3.2. Alat Penelitian
Pada gambar 1 terlihat komponen utama pada sebuah tungku biomassa yaitu:
1. Ruang bakar adalah tempat terjadinya proses pembakaran bahan bakar. Tabung
pembakaran ini terbuat dari seng dengan ketebalan 0.2 cm, tinggi 23 cm dan diameter
14 cm.
2. Burner adalah tempat keluarnya api hasil pembakaran yang terbuat dari bahan plat baja
yang menyatu dengan plat untuk menutup plat isolator yang berfungsi untuk
TM-48 | 326
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
3.
4.
5.
6.
mengurangi penghantar panas akibat proses pembakaran pada saat terjadinya
pembakaran.
Fan sebagai pemasok udara untuk proses pembakaran yang kecepatan motornya dapat
diatur dengan keluaran arus yang diterima dari alat pengatur tegangan (adaptor).
Pelindung dan Penyangga Tabung Ruang Bakar yang berfungsi sebagai penutup tabung
bahan bakar dan juga sebagai pembatas agar saat terjadinya pembakaran tidak
dipengaruhi udara lain selain udara yang dipasok oleh fan. Bahan yang digunakan
untuk penyangga ini adalah seng dengan ketebalan 0.15 cm, diameter 17,5 cm dan
tinggi 19 cm.
Penutup reactor sebagai alat untuk merubah hasil dari pembakaran bahan bakar
biomassa menjadi gas yang disalurkan melalui pipa yang dihubungkan pada tabung
penyimpanan gas gasifikasi. Bahan penutup reactor terbuat dari bahan seng yang
memliki ketebalan 0.15 cm, diameter 10.5 cm dan ketinggian 2 cm.
Ruang Abu dan Ruang Udara Primer adalah ruang tempat sisa pembakaran yang
sekaligus berfungsi sebagai tempat masuk udara yang dihasilkan oleh fan. Ruangan ini
terpisah dari penutup dan penyangga tabung bahan bakar dan juga terpisah dari
penutup dan penyangga alat untuk memasak. Bahannya terbuat dari seng dengan
ketebalan 0.15 cm, ketinggian 6 cm dan diameter 24.5 cm.
3.3. Variabel Penelitian
Variabel penelitian dilakukan dengan memvariasikan tegangan yang menyebabkan
kecepatan udara masuk dari fan juga akan berubah seperti pada tabel 2.
No
Perlakuan
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
A
B
C
D
E
F
G
Tabel 2. Variabel penelitian
Tegangan
Putaran Fan
(volt)
(rpm)
0
0
3
3065
4,5
3293
6
3521
7,5
3747
9
3978
12
4261
Kecepatan Fan
(m/s)
0
1,916
2,058
2,200
2,341
2,486
2,633
Gambar 1. Tungku biomassa
TM-48 | 327
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
4. Hasil dan Pembahasan
4.1. Hubungan Laju Aliran Udara Primer Terhadap Laju Pemakaian Bahan Bakar
Fuel consumption rate (FCR) atau laju pemakaian bahan bakar adalah jumlah
bahan bakar yang dipakai selama waktu operasi (kg/jam). Pengaruh laju aliran udara
primer terhadap laju pemakaian bahan bakar pada kompor biomassa dapat dilihat pada
gambar 2. Pada gambar 3 terlihat bahwa FCR dari ketiga jenis limbah kelapa sawit
(cangkang, pelepah dan sabut) secara umum mengalami kenaikan dengan peningkatan laju
aliran udara primer yang dialirkan oleh fan. Secara berurutan dapat dilihat bahwa FCR
terendah sampai tertinggi adalah cangkang, sabut dan pelepah kelapa sawit. Pada gambar 3
terlihat juga bahwa semakin meningkat laju aliran udara primer yang diberikan oleh fan,
maka laju pemakaian bahan bakar juga akan semakin meningkat. Laju pemakaian bahan
bakar tertinggi terjadi pada cangkang kelapa sawit dengan perlakuan G (putaran fan
sebesar 4261 rpm atau 2,366 m/s). Begitu pula terhadap laju pemakaian bahan bakar
pelepah kelapa sawit dan sabut kelapa sawit terjadi pada perlakuan G. Fenomena ini
dikarenakan pengaruh jumlah udara yang dialirkan ke dalam ruang pembakaran. Jika
dibandingkan dengan perlakuan yang lain, pada variabel G, jumlah udara paling banyak.
Dalam proses pembakaran secara umum diketahui bahwa semakin banyak udara yang di
alirkan dalam ruang bakar, maka bahan bakar akan lebih cepat terbakar dan jumlah bahan
bakarnya juga akan lebih cepat habis. Dapat disimpulkan bahwa semakin cepat laju aliran
udara, maka laju pemakaian bahan bakar juga akan semakin cepat. Laju pemakaian bahan
bakar cangkang, sabut dan pelepah kelapa sawit masing-masing berkisar antara 0,436
kg/jam sampai 1,036 kg/jam, 0,845 kg/jam sampai 2,203 kg/jam dan 0,956 kg/jam sampai
2,61 kg/jam.
Gambar 2. Pengaruh laju aliran udara primer terhadap laju pemakaian bahan bakar
4.2. Hubungan Laju Aliran Udara Primer Terhadap Waktu Perubahan Bahan Bakar
Pengaruh laju aliran udara primer terhadap waktu perubahan bahan bakar terlihat
pada gambar 3. Pada gambar 3 terlihat bahwa semakin cepat laju aliran udara primer yang
dialirkan ke dalam ruang bakar, maka akan semakin cepat pula perubahan bahan bakar
yang terjadi pada ruang bakar. Waktu perubahan bahan bakar tercepat tejadi pada
perlakuan G (putaran fan sebesar 4261 rpm atau 2,366 m/s) yaitu selama 10.23 detik. Hal
ini dikarenakan semakin besar tegangan fan, maka suplai udara yang dialirkan untuk
proses pembakaran akan semakin meningkat, sehingga waktu perubahan bahan bakar juga
akan semakin cepat. Berdasarkan gambar 4 dapat disimpulkan bahwa semakin cepat laju
TM-48 | 328
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
aliran udara, maka waktu perubahan bahan bakar juga akan semakin cepat. Waktu
perubahan bahan bakar cangkang, sabut dan pelepah kelapa sawit masing-masing berkisar
antara 23 detik sampai 10 detik, 12 detik sampai 05 detik dan 10 detk sampai 04 detik.
Gambar 3. Pengaruh laju aliran udara primer terhadap waktu perubahan bahan bakar
4.3. Hubungan Laju Aliran Udara Primer Terhadap Laju Zona Pembakaran
Combustion zone rate atau laju zona pembakaran adalah oleh waktu yang
dibutuhakn oleh combustion zone untuk bergerak ke bawah menuju reaktor (m/jam).
Pengaruh laju aliran udara primer terhadap laju zona pembakaran terlihat pada gambar 4.
Laju zona pembakaran tertinggi tungku pembakaran berbahan bakar limbah kelapa sawit
(cangkang, sabut dan pelepah) terjadi pada perlakuan G (4261 rpm atau 2,366 m/s.
Semakin besar laju aliran udara primer maka akan semakin besar pula laju zona
pembakaran. Hal ini di sebabkan, pada saat laju udara primer masuk pada ruang bakar
maka proses pembakaran akan semakin cepat sehingga laju zona pembakarannya akan
semakin besar. Laju zona pembakaran bahan bakar cangkang, sabut dan pelepah kelapa
sawit masing-masing berkisar antara 35 m/jam sampai 85 m/jam, 69 m/jam sampai 191
m/jam dan 79 m/jam sampai 230 m/jam.
4.4. Hubungan Laju Aliran Udara Primer Terhadap Efisiensi Thermal Tungku
Efisiensi termal adalah perbandingan antara energi yang dibutuhkan untuk
mendidihkan air dan energi yang terkandung dalam bahan bakar. Pengaruh laju aliran
udara primer terhadap efisiensi thermal tungku terlihat pada gambar 5.Efisiensi thermal
tungku secara umum mengalami penurunan dengan kenaikan laju aliran udara
primer.Fenomena menurunnya efisiensi thermal terjadi pada pelepah dan sabut kelapa
sawit. Sedikit perbedaan terjadi pada cangkang kelapa sawit. Pada cangkang kelapa sawit,
efisiensi tungku mengalami kenaikan dari perlakuan A, B dan C. Akan tetapi mengalami
penurunan efisiensi pada perlakuan D, E, F dan G. Pada bahan bakar cangkang kelapa
sawit, terdapat efisiensi thermal “ optimal” yaitu pada laju aliran 3293 rpm atau 2,058 m/s.
Fenomena ini kemungkinan disebabkan karena jumlah udara/oksigen untuk proses
pembakaran terlalu banyak sehingga proses pembakaran menjadi tidak sempurna. Pada
proses pembakaran, semakin cepat laju aliran udara maka laju daerah pembakaran akan
TM-48 | 329
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
semakin meningkat, semakin cepat laju daerah pembakaran maka waktu proses
pembakaran akan mengalami penurunan, jika waktu yang dibutuhkan untuk proses
pembakaran menurun maka kalor yang dihasilkan juga akan menurun [10]. Efisiensi termal
bahan bakar cangkang, sabut dan pelepah kelapa sawit masing-masing berkisar antara 7%
sampai 15%, 4% sampai 12% dan 7% sampai 17%.
Gambar 4. Pengaruh laju aliran udara primer terhadap laju zona pembakaran
Gambar 5. Pengaruh laju aliran udara primer terhadap efisiensi termal
5. Kesimpulan
1. Semakin meningkat laju aliran udara primer maka laju pemakaian bahan bakar juga
akan meningkat;
2. Semakin meningkat laju aliran udara primer maka waktu perubahan bahan bakar akan
semakin cepat;
TM-48 | 330
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
3. Semakin meningkat laju aliran udara primer maka laju zona pembakaran akan semakin
besar;
4. Semakin meningkat laju aliran udara primer maka efisiensi termal tungku akan
menurun.
Daftar Pustaka
1. www.esdm.go.id
2. Belonio, A.T. (2005).Rice husk gas stove handbook.Appropriate Technology Center,
Department of Agricultural Engineering and Environmental Management.College of
Agriculture, Central Philippine University, Iloilo City, Philippines.
3. Borman, G.L.and Ragland, K.W. (1998). Combustion Engineering, McGraw-Hill
Book c., Singapore.
4. Kasnawati. (2006). Penggunaan Limbah Sabut Kelapa Sawit sebagai Bahan untuk
Mengolah Limbah Cair. Sekolah Tinggi Teknik Darma Yadi.
5. Purwanto D. (2010). Arang dari Limbah Tempurung Kelapa Sawit, Jakarta.
6. Napitupulu, F.H. (2006). Analisis Nilai Kalor Bahan Bakar Serabut dan Cangkang
kelapa sawit. Universitas Sumatera Utara.
7. Klingel, Thilo. (2004). Detailed Investigation of Wood Combustion Using GC/MS
Spectroscopy and Particle Size Distribution Measurements, Institut fur Technise
Verbrennung, Universitat Stuttgart, Jerman.
8. Pratoto, Adjar dan Eldisa H. (2010). Rancang Bangun Tungku Gasifier Untuk
Pemanfaatan Tandan Kelapa Sawit Sebagai Sumber Energi. Padang.
9. Suprapto, S.H.(2010). Pemanfaatan Limbah Padat Penyulingan Minyak Nilam
Sebagai Briket Untuk Bahan bakar Alternatif, Tesis, Universitas Gadjah Mada,
Yogyakarta.
10. Barlin dan Nainggolan, M.P. (2012).Studi Performa Tungku Pembakaran Biomassa
Berbahan Bakar Limbah Sekam Padi Prosiding Seminar Nasional Resatek II-2012,
Universitas Bung Hatta, Padang.
TM-48 | 331