PENGARUH MODIFIKASI LUBANG UDARA PRIMER PADA KOMPOR BIOMASSA
Seminar Nasional Teknologi dan Rekayasa (SENTRA) 2017
ISSN (Cetak) 2527-6042 eISSN (Online) 2527-6050
PENGARUH MODIFIKASI LUBANG UDARA PRIMER PADA KOMPOR
*1 2 3 BIOMASSA 4 5 Suwarsono , Sudarman , Budiono , Roro Heni Hendaryati , Mukhammad Nurriza Fajriansyah ,6
7 1,2,3,4,5,6,7Ediy Satiawan , Khusnul Hadi
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang
Kontak person: Suwarsono
Jl. Raya Tlogomas No. 246 Telp.(0341) 464318-128 Fax. (0341) 460782 Malang 65144 E-mail: suwarsono@umm.ac.id
Abstrak
Masyarakat Indonesia sebagian besar menggunakan kompor berbahan bakar fosil berupa LPG,yang merupakan sumber energi. Alternatif bahan bakar yang berpotensi untuk mengatasi masalah ini
adalah biomassa. Karena biomassa merupakan sumber energi terbaharukan dan memiliki beberapa
kelebihan dibandingkan dengan bahan bakar non padat. Maka dilakukan penelitian kompor biomassa
yang sudah beredar di pasar, sehingga bisa menjadi alternatif untuk pengganti LPG. Rancangan
penelitian untuk mengkaji pengaruh variasi lubang udara primary combustion pada kompor. Analisisnya
data menggunakan metode Response Surface Method (RSM). Rancangan penelitian menggunakan
model desain faktorial tingkat-tiga, masing-masing pada tiga tingkatan, maka ditentukan hasil pengujian
dari 27 kali pengujian yang telah dilakukan. Bahan bakarnya adalah kayu lamtoro, yang memiliki nilai
kalori 19.250 kJ/kg . Hasil dari penelitian ini adalah data kualitas suhu , serta kecepatan pembakaran
o terlama yaitu 71 menit dengan Temperatur tertinggi kompor standar (highest temperature) 744 oC, Temperatur tertinggi kompor hasil modifikasi adalah 830 C.
Kata kunci: Kompor Biomassa, Lubang primer, temperatur Pembakaran, Response Surface Method
1. Pendahuluan
Masyarakat Indonesia yang kebanyakan sekarang menggunakan kompor berbahan bakar nonpadat berupa LPG yang berasal dari sumber energi tak terbaharukan yang dihasilkan melalui proses ratusan juta tahun secara alami serta berpotensi besar membahayakan lingkungan karena memicu terjadinya pemanasan global.
Alternatif bahan bakar yang berpotensi untuk mengatasi masalah ini adalah biomassa karena biomassa merupakan sumber energi terbaharukan dan memiliki beberapa kelebihan dibandingkan dengan bahan bakar non padat.
Biomassa merupakan energi alternatif yang dapat dikembangkan, baik dengan penerapan teknologi tinggi maupun teknologi sederhana. Biomassa ini sangat mudah ditemukan dari aktivitas pertanian, peternakan, kehutanan, perkebunan, perikanan dan limbah-limbahnya di daerah, sehingga mudah dimanfaatkan untuk mengembangkan energi alternative [1,2]
2. Metode Penelitian
Penelitian Eksperimen dalam penelitian bertujuan untuk mendapatkan hasil pembakaran yang sempurna yaitu perbandingan jumlah bahan bakar dan udara seimbang sehingga didapat kestabilan suhu.
Gasifier yang digunakan sebagai prinsip dari perancangan kompor dalam penelitian ini merupakan jenis gasifier yang sesuai dengan karakteristik biomassa yang memiliki volatile matter tinggi, di mana kompor yang dirancang diperuntukkan bahan bakar kayu.
Prinsip tersebut memanfaatkan perpindahan kalor dari api ke kayu di bawahnya sehingga kayu mengalami flaming pyrolisis terlebih dahulu dibandingkan glowing pyrolisis. Sebagai akibatnya, terjadi peristiwa devolatilisasi yang menyebabkan pelepasan volatile matter dan pembentukan char dari biomassa. Volatile matter yang dilepaskan oleh kayu tersebut kemudian dibakar dengan udara devolatilisasi (udara primer) dalam jumlah terbatas sehingga menghasilkan gas pirolisis yang selanjutnya mengalami proses pembakaran karena berkontakan dengan udara pembakaran (udara sekunder) .
Seminar Nasional Teknologi dan Rekayasa (SENTRA) 2017
ISSN (Cetak) 2527-6042 eISSN (Online) 2527-6050
Penelitian Eksperimen dalam penelitian bertujuan untuk mendapatkan hasil pembakaran yang sempurna yaitu perbandingan jumlah bahan bakar dan udara seimbang sehingga didapat kestabilan suhu. Gasifier yang digunakan sebagai prinsip dari perancangan kompor dalam penelitian ini merupakan jenis gasifier yang sesuai dengan karakteristik biomassa yang memiliki volatile matter tinggi, di mana kompor yang dirancang diperuntukkan bahan bakar kayu.
Prinsip tersebut memanfaatkan perpindahan kalor dari api ke kayu di bawahnya sehingga kayu mengalami flaming pyrolisis terlebih dahulu dibandingkan glowing pyrolisis [3]. Sebagai akibatnya, terjadi peristiwa devolatilisasi yang menyebabkan pelepasan volatile matter dan pembentukan char dari biomassa. Volatile matter yang dilepaskan oleh kayu tersebut kemudian dibakar dengan udara devolatilisasi (udara primer) dalam jumlah terbatas sehingga menghasilkan gas pirolisis yang selanjutnya mengalami proses pembakaran karena berkontakan dengan udara pembakaran tingkat kedua (udara sekunder) [4]. Skema gambar kompor biomass dalam Gambar 1.
Gambar 1. Skema Kompor Biomassa
Variabel penelitian yang digunakan dalam pengujian ini meliputi variabel tetap dan variabel tidak tetap.Variabel tetap pengujian berupa :
- Massa air pada panci
- Penetapan suhu stabil
- Massa media bahan bakar (kayu lamtoro)
- Berat bahan bakar Variabel tidak tetap berupa : Rasio antara laju alir devolatilisasi (udara primer) laju alir udara pembakaran (udara sekunder). Tempat penelitian dilaksanakan di lab Teknik UMM .
Dalam modifikasi kompor biomassa tetap mengutamakan variasi perubahan pada saluran udara masuk primer dan penggunaan metode Primary Combustion dan Secondary Combustion, yaitu
- primary Combustion untuk menyalakan awal bahan bakar sehingga udara bersirkulasi secara kontinu sehingga menghasilkan aliran udara turbulen dan membakar secara kontinu [2].
Secondary Combustion yaitu memanfaatkan sirkulasi udara panas didalam tungku untuk • mendapatkan efisiensi pembakaran dan menjadikan gas CO minimal.
Seminar Nasional Teknologi dan Rekayasa (SENTRA) 2017
ISSN (Cetak) 2527-6042 eISSN (Online) 2527-6050
3. Hasil Penelitian dan Pembahasan
Rancangan penelitian menggunakan full factorial 3 parameter, dengan masing-masing 3 variabel. Analisis Data Menggunakan Metode RSM (Response Surface Method). Metode ini memberikan kemudahan dalam menentukan kondisi proses optimum baik pada sistem maupun pada jarak faktor yang dibutuhkan untuk mendapatkan hasil yang baik (Montgomery, 2001). Analisa dan evaluasi hasil penelitian dilakukan setelah data penelitian telah diperoleh dan diolah dengan perhitungan. Perbandingan hasil variasi variabel bebas yang dilakukan, serta kelebihan, kekurangan, dan kinerja optimum dari desain kompor dan performa yang dicapai dari pengujian dengan kayu lamtoro juga menjadi agenda untuk dianalisa dan dievaluasi.
Metode pengambilan data dilakukan sesuai hasil dari modifikasi yang dilakukan terhadap saluran primer pada kompor biomassa yang mendapatkan 27 modifikasi yaitu (A1, A2, A3 / B1, B2, B3 / C1, C2, C3 ), dari kategori-kategori tersebut kemudian diuji sebanyak 27 kali uji .
Parameter A adalah lubang primer selubung samping (Gambar 2.a), yang mana terdiri dari tiga variasi (8, 12, 18 lubang). Sedangkan parameter B adalah lubang primer selubung bawah (Gambar
2.b) dengan variasi 8, 13, 18 lubang. Sedangkan parameter C (Gambar 2.c) divariasi dengan 20, 30,
40 lubang.A b c
Gambar 2. Lubang masuk udara primer. a.Parameter A, b.Parameter B, c.Parameter C.
3.1. Rancangan Penelitian
Data response yang diambil dan perlu dianalisa, adalah mengenai grafik-grafik yang diperoleh dari grafik antara suhu dan waktu, Perbandingan hasil variasi variabel bebas yang dilakukan, serta kelebihan, kekurangan, dan kinerja optimum dari desain kompor dan performa yang dicapai dari pengujian dengan kayu lamtoro [6].
Tabel 1. Data hasil pengujian Temperatur api pada kompor biomassa
Suhu api Lama air Parameter Parameter Parameter
No tertinggi mendidih A B C
o
(
C) (menit)
1 A1 B1 C1 757
6.77
2 A1 B1 C2 699
7.9
3 A1 B1 C3 770
8
4 A1 B2 C1 692
7.9
5 A1 B2 C2 830
6.51
6 A1 B2 C3 761
8.01
7 A1 B3 C1 740
8.8
8 A1 B3 C2 774
7.5
9 A1 B3 C3 683
6.53
Seminar Nasional Teknologi dan Rekayasa (SENTRA) 2017
7.5
7.95
22 A3 B2 C1 759
9.1
23 A3 B2 C2 748
9.9
24 A3 B2 C3 725
8.1
25 A3 B3 C1 770
26 A3 B3 C2 681
20 A3 B1 C2 763 7,85
7.25
27 A3 B3 C3 741
7.3
Hasil analisis RSM hubungan antara parameter-parameter lubang primer terhadap temperature api pada kompor biomassa, diperlihatkan seperti persamaan (1). Di sini terlihat kontribusi setiap parameter terhadap temperatur api dari kompor biomassa [6].
Persamaan Temperatur = 743,49-9.84.A+3,57.B+21,49.C–3,75.A.B - 6,49.B.C+10,99.A.C+0,03.A 2 + 1,83.B 2 - 8,12.C 2
(1)
Dari persamaan (1) terlihat adanya dominasi parameter C, yang mana sangat berpengaruh terhadap perubahan temperatur api pada kompor biomassa. Sedangkan parameter A dan parameter B terlihat kurang dominan. Secara grafis diperlihatkan pada Gambar 3.
Secara visual, kedua grafik pada Gambar 3 dan Persamaan (1) terlihat bahwa parameter C berpengaruh signifikan.secara empiris, penambahan lubang pada parameter C akan berpeluang menaikkan temperature api pada kompor biomassa. Sedangkan parameter A dan parameter B memiliki pengaruh yang sangat kecil. Yang mana perubahan jumlah lubang atau udara masuk dari sisi A dan sisi B, tidak akan berpengaruh signifikan.
21 A3 B1 C3 723
7.2
ISSN (Cetak) 2527-6042 eISSN (Online) 2527-6050
14 A2 B2 C2 744
10 A2 B1 C1 719
7.75
11 A2 B1 C2 749
7
12 A2 B1 C3 724
10.67
13 A2 B2 C1 770
8
7.5
19 A3 B1 C1 711
15 A2 B2 C3 658
9
16 A2 B3 C1 778
8.3
17 A2 B3 C2 773
10.2
18 A2 B3 C3 763
10.3
3.2. Hasil analisis RSM
Seminar Nasional Teknologi dan Rekayasa (SENTRA) 2017
ISSN (Cetak) 2527-6042 eISSN (Online) 2527-6050
a.Pengaruh parameter A dan C terhadap temperatur api b.Pengaruh parameter B dan C terhadap temperatur api
Gambar 3. Hubungan Parameter terhadap temperatur api kompor biomassa
4. Kesimpulan
Penelitian ini berhasil menunjukkan pengaruh parameter jumlah lubang primer, khususnya lubang udara primer yang masuk dari sisi selubung luar (parameter C), terhadap perubahan temperatur api hasil pembakaran pada kompor biomassa. Penggunaan metode RSM mempermudah pengaruh masing-masing parameter yang diteliti.
Penelitian selanjutnya bisa dilakukan dengan berkonsentrasi pada peningkatan parameter C, dan penelitian pengaruh parameter lubang udara masuk sekunder terhadap temperatur api, serta kualitas pembakaran dan emisi gas yang dihasilkannya.
Referensi: [1] W.W. Newcomb, Wood Stove Handbook, Theodore Audel Co, 1984.
[2] M. Lackner, F. Winter, AK. Agarwal, Handbook of Combustion Vol.4: Solid Fuels, WILEY-VCH Verlag GmbH, Weinheim, 2010. [3] J. Merkisz, J. Pielecha, Nano particle Emissions from Combustion Engines, Springer
International Publ, Switzerland, 2015, [4] O.Wik, Wood Stoves; How to Make and Use Them, Alaska Nortwest Publ,Co.,1977. [5] GH.Yeoh, KK Yuen, Computational fluid dynamics in fire engineering theory modelling, Butterworth Heinemann, Oxford, UK., 2008. [6] M.N. Fajriansyah, Pengaruh Modifikasi Lubang Udara Primer Kompor Kayu Biomassa Ub-03
Dan Analisis Data Menggunakan Metode RSM, Skripsi, Jurusan Teknik Mesin, Universitas Muhammadiyah Malang, Malang, 2017.