Tempat dan Waktu
Pelaksanaan penelitian dilakukan di Laboratorium Lapangan Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Siswadi Soepardjo Fakultas Teknologi Pertanian IPB, Bogor. Waktu pelaksanaan penelitian terhitung mulai Desember 2011 hingga Oktober 2012.
Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan dalam percobaan yang digunakan adalah limbah kayu berupa serbuk gergaji sebagai bahan bakar, tungku pembakaran yang terbuat dari batu bata, pengumpan bahan bakar yang terbuat dari plat esser dan blower 1HP, tangki, pipa galvanis, dan air sebagai medium pengujian. Sedangkan alat yang digunakan dalam penelitian adalah komputer/laptop, stopwatch, hybrid recoeder, timbangan, peralatan las dan elektroda, alat pemotong besi/plat, gerinda, bor listrik, alat tulis, dan peralatan bengkel lainnya.
12
Secara singkat prosedur penelitian dapat dilihat pada Gambar 3.
13
Rancang Bangun Steam Boiler
Pembuatan steam boiler harus memenuhi kriteria desain, yaitu mudah dalam perancangan dan pengoperasian. Steam boiler terdiri atas beberapa bagian, antara lain: sistem pengumpan bahan bakar, tungku, tangki uap, dan tangki pengukusan.
Rancangan Fungsional
Tabel 4 Rancangan fungsional pengumpan bahan bakar No. Bagian Pengumpan
Bahan Bakar Fungsi
1. Hopper Tempat bahan bakar yang akan dihembuskan ke dalam tungku.
2. Pengatur bahan bakar
Mengatur banyak sedikitnya bakan bakar yang keluar.
3. Blower Menghembuskan udara yang akan membawa bahan
bakar menuju ruang pembakaran.
4. Rangka Menahan beban kerja vertical dari konstruksi mesin.
Tabel 5 Rancangan fungsional tungku
No. Bagian Tungku Fungsi
1. Ruang pembakaran Tempat meletakkan bahan bakar serta tempat terjadinya reaksi antara udara dengan bahan bakar.
2. Dinding Penahan beban serta penyekat panas agar heat loss pada sistem minimum.
3. Pintu bahan bakar Penyedia udara bebas untuk pembakaran dan tempat masukknya bahan bakar
4. Cerobong Menyalurkan gas hasil pembakaran ke luar. 5. Pintu pembuangan
bahan bakar
Tempat mengeluarkan sisa hasil pembakaran.
Tabel 6 Rancangan fungsional tangki air
No Bagian Tangki Air Fungsi
1. Tangki air Tempat air yang akan di panaskan.
2. Pipa pemasukan air Tempat memasukkan air ke dalam tangki air 3. Pipa pengeluaran air Saluran pembuangan air dari dalam tangki. 4. Saluran uap Menyalurkan uap hasil pemanasan tangki air
yang akan digunakan untuk penanakan gabah. 5 Level air Untuk mengetahui volume air di dalam tangki
14
Tabel 7 Rancangan fungsional tangki pengukusan No Bagian Tangki
Pengukusan
Fungsi
1. Ruang pengukusan Tempat gabah yang akan di aliri uap.
2. Pintu pemasukan Tempat memasukkan gabah ke dalam ruang pengukusan
3. Pintu pengeluaran Saluran pengeluaran gabah dari dalam tangki.
Rancangan Struktural
Perancangan struktural unit steam boiler dibuat berdasarkan pada kriteria desain dan data-data yang ada. Bahan yang digunakan meliputi besi siku, pipa,
blower, bahan bangunan (batu bata, semen, pasir, dll), tangki, kran, dan bahan pendukung lainnya. Sedangkan peralatan yang digunakan meliputi mesin las, mesin pemotong, peralatan bangunan, serta peralatan pendukung lainnya. Desain unit steam boiler dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4 Desain steam boiler
Bagian-bagian dari rancangan struktural adalah sebagai berikut: 1. Sistem Pengumpan Bahan Bakar
Sistem pengumpanan bahan bakar terdiri dari beberapa bagian, yaitu: a. Saluran Bahan Bakar
Bentuk dan ukuran rangka dibuat berdasarkan blower dan ketinggian inlet pada tungku. Saluran bahan bakar terbuat dari plat esser berukuran panjang 100 cm dengan ukuran mulut 3 cm x 10 cm. Saluran bahan bakar dibuat dengan ukuran semakin mengecil dimaksudkan agar bahan bakar yang dihembuskan akan mampu sampai ruang pembakaran.
15 b. Blower
Blower yang digunakan adalah blower centrifugal empat kutub dengan daya 1 HP, 1430 Rpm.
c. Hopper
Hopper terbuat dari plat esser dangan volume 0.042 m3 yang memiliki pengatur banyak sedikitnya bahan bakar yang akan dihembuskan dengan
blower.
d. Bukaan Bahan Bakar
Bukaan bahan bakar berukuran 10 cm x 10 cm yang bisa diatur besar kecilnya dengan mendorong atau menariknya. Adapun ukuran bukaan bahan bakar yang akan diuji, yaitu bukaan dengan ukuran 2.5 cm, 5.0 cm dan 7.5 cm.
e. Outlet pengumpan bahan bakar
Bagian ini dirancang dengan ukuran 3 cm x 10 cm dengan mempertimbangkan banyak sedikitnya dan meratanya bahan bakar yang dikeluarkan.
Rancangan sistem pengumpan bahan bakar dan bukaannya dapat dilihat pada Gambar 5.
Gambar 5 Sistem pengumpan bahan bakar 2. Tungku
Tinggi tungku dirancang sesuai dengan tinggi nyala api. Panjang dan lebar tungku dirancang berdasarkan ukuran tangki uap. Tungku memiliki bagian-bagian yang terdiri dari pintu pemasukan udara dan bahan bakar, ruang pembakaran, pintu pengeluaran bahan bakar, dan cerobong. Rancangan konstruksi tungku dapat dilihat pada Gambar 6.
16
a. Dinding Tungku
Dinding tungku terbuat dari batu bata, semen, dan pasir yang dimaksudkan agar mampu menahan panas yang relatif tinggi dari bahan bakar serta mampu menahan beban dari tangki air yang berada di atas tungku.
b. Pintu pemasukan udara dan bahan bakar
Pintu pemasukan udara dan bahan bakar dirancang dengan lebar 20 cm dan tinggi 50 cm yang memungkinkan debit udara dan bahan bakar cukup untuk proses pembakaran di dalam tungku.
c. Ruang pembakaran
Ruang pembakaran berguna sebagai tempat pembakaran bahan bakar. Ukuran panjang dan lebar ruang pembakaran dibuat berdasarkan ukuran tangki air dengan panjang alas 180 cm dan lebar 60 cm. Tinggi tungku dirancang berdasarkan tinggi nyala api yang dihasilkan bahan bakar.
d. Pintu pengeluaran bahan bakar
Pintu pengeluaran bahan bakar dirancang agar dapat memudahkan pengambilan sisa bahan bakar yang terpakai di dalam ruang pembakaran. Bagian ini memiliki ukuran lebar 30 cm dengan ketinggian 55 cm. Ukuran ini dirancang dengan memperhatikan ukuran cerobong dan tinggi tungku. e. Cerobong
Ukuran penampang cerobong dirancang agar dapat menampung gas hasil pembakaran (asap) tetapi sebagian panas masih diperlukan tetap tertinggal dalam tungku (Agustina 1982). Tinggi cerobong adalah 200 cm dengan diameter 50 cm. Hal ini ditujukan untuk mengurangi panas yang terbuang.
17
Gambar 7 Tungku Pembakaran (bagian belakang) Tabel 8 Spesifikasi tungku pembakaran
No. Nama Bagian Ukuran
1. Tinggi tungku 90 cm 2. Lebar tungku 100 cm 3. Tinggi cerobong 200 cm 4. Pintu pemasukan 20 cm x 45cm 5. Pintu pengeluaran 30 cm x 30 cm 6. Tinggi Cerobong 200 cm 3. Tangki Uap
Tangki uap berbentuk silinder yang terbuat dari drum dengan bahan berupa plat galvanil berkapasitas 320 liter dengan panjang 180 cm dan berdiameter 60 cm yang digunakan menampung air yang akan digunakan untuk menghasilkan uap. Tangki penghasil uap memiliki beberapa bagian diantaranya adalah pipa distribusi uap, alat ukur bejana, saluran pemasukan air, dan saluran pengeluaran air. Gambar tangki uap dapat dilihat pada Gambar 8.
18
Tabel 9 Spesifikasi tangki uap
No. Bagian Tangki Ukuran
1. Diameter tangki 60 cm
2. Panjang tangki 180 cm
3. Kapasitas tangki 320 lt
4. Pipa pemasukan air ¾ inchi
5. Pipa Pengeluaran air ½ inchi
4. Tangki pengukus gabah
Dimensi tempat pengukusan ini diikuti berdasarkan desain Spetriani (2012) yaitu sebesar 0.2262 m3. Daya densitas gabah 830 kg/m3 maka tangki ini mampu menampung gabah sebanyak 188 kg per tangki. Tangki pengukusan berbentuk silinder dengan kerucut di bagian pengeluaran. Desain tangki pengukusan dapat dilhat pada Gambar 9.
19
Prosedur Pengujian
1. Pengumpan Bahan Bakar
Prosedur pengujian pengumpan bahan bakar meliputi pengujian tanpa pembakaran dan pengujian dengan disertai pembakaran. yaitu:
a. Pengujian tanpa pembakaran
Serbuk gergaji di keringkan di bawah sinar matahari sampai kadar air 15%. Dilakukan pemisahan antara serbuk gergaji dengan benda-benda yang tidak diperlukan dengan alat pengayak dengan ukuran lubang 1 x 1 cm. Hal ini bertujuan agar pada saat dimasukkan ke dalam hopper tidak menyumbat proses pengumpanan bahan bakar menuju ruang pembakaran bahan bakar. Serbuk gergaji yang sudah bersih dimasukkan ke dalam hopper sebanyak kapasitas volume hopper serta bukaan hopper dikondisikan dalam keadaan tertutup. Selanjutnya, pengumpan bahan bakar dihidupkan dan stopwatch siap dinyalakan saat pengatur jumlah bahan bakar yang keluar dari hopper terbuka. Pengambilan data dilakukan tiga kali ulangan dalam waktu 1 jam untuk untuk masing-masing pengujian. Bukaan yang diamati adalah bukaan dengan ukuran 2.5 cm, 5 cm, dan 7.5 cm. Setelah satu jam, bukaan pada pengumpan bahan bakar ditutup dan serbuk gergaji yang keluar ditimbang. b. Pengujian pendahuluan disertai pembakaran
Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui bukaan yang menghasilkan nyala api stabil. Pemicu bahan bakar berupa kayu bakar dimasukkan ke dalam tungku dan dinyalakan sampai api menyala dengan stabil. Setelah itu, pengumpan bahan bakar dinyalakan dan diuji setiap bukaannya selama 1 jam, Kemudian diamati bukaan mana yang menghasilkan nyala api yang stabil.
c. Pengujian akhir pengumpan bahan bakar
Pengujian akhir menggunakan bukaan yang optimal dari hasil pengujian pendahuluan sebelumnya. Langkah-langkah pembakaran diawali dengan membuat pemicu bahan bakar berupa kayu bakar yang dimasukkan ke dalam tungku dan dinyalakan sampai api menyala dengan stabil. Pengukuran waktu pembakaran dilakukan sampai air dalam boiler mendidih (100oC) dan dilanjutkan dengan pemanasan untuk mengetahui laju uap selama 2 jam.
2. Tungku Pembakaran dan Boiler
Persiapan pengujian tungku pembakaran dan boiler dimulai dengan persiapan alat yang terdiri dari Multi Point Recorder, pemasangan termokopel, pengisian air, pressure gauge, safety valve, pengumpan bahan bakar, serta serbuk gergaji yang telah dikeringkan dan diayak. Tangki diisi air dengan volume 320 liter (V0) dan diukur suhunya (t0). Termokoper tipe CC dipasang antara lain pada dinding tungku, tengah-tengah air (termokopel tercelup di dalam air), pipa uap, lubang pemasukan udara, cerobong asap, dinding tangki, dan lantai tungku yang dihubungkan ke Multi Point Recorder. Termokopel CA dipasang pada bara api dan dihubungkan dengan dengan Multi Point Recorder.
Suhu diukur pada masing-masing termokopel setiap selang waktu 5 menit. Setiap parameter diambil dua sampel suhu.
20
Pemicu api dimasukkan ke dalam tungku pembakaran dan dibakar dengan bahan bakar minyak, setelah api menyala dalam keadaan mantap mesin
blower dihidupkan untuk menyemburkan serbuk gergaji ke dalam tungku secara berkelanjutan. Setelah air mendidih (100 oC), kran uap dibuka dan dipanaskan selama 2 jam sebagai hasil keluaran laju uap. Volume air yang tersisa di dalam tangki di ukur kembali untuk mengetahui laju penguapan.
21