OPTIMASI EFISIENSI KALOR KOMPOR
BIOMASSA DENGAN MENGGUNAKAN SEKAM
PADI DAN SERBUK GERGAJI KAYU
TUGAS AKHIR
Disusun Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Ahli Madya
Oleh
ELVANDRI SIHOMBING
5133220025
JURUSAN PENDIDIKAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
MEDAN
i
ABSTRAK
Elvandri Sihombing : Optimasi Efisiensi Kalor Kompor Biomassa Dengan Menggunakan Sekam padi dan Serbuk Gergaji Kayu.Tugas Akhir Fakultas Teknik Universitas Negeri Medan, 2017.
Penelitian ini bertujuan untuk merancang bangun kompor berbahan bakar sekam dan serbuk gergaji kayu serta mengetahui efisiensi kalor kompor biomassa dengan menggunakan sekam padi dan serbuk gergaji kayu. Pada tahap awal, tiap komponen kompor didesain, kemudian dilakukan tahap fabrikasi Besi dan plat aluminium dipotong sesuai dengan ukuran disain. Komponen yang berlubang di lubangi dengan mesin bor, sedangkan komponen yang berbentuk melengkung di lengkungkan dengan mesin rol. Kemudian semua komponen di rakit dengan mesin las dan di sambung dengan klem. Setelah kompor dirakit dan semua komponen terpasang dengan baik, kemudian dilakukan uji coba pembakaran, apabila kompor belum bekerja dengan baik maka kompor akan diperbaiki dan dimodifikasi. Apa bila kompor sudah menyala dengan baik maka kemudian di ukur temperatur yang dihasilkan pada posisi 5 cm diatas komponr dengan menggunakan termokopel dan juga di lihat api (flame) hasil pembakaran. kemudian efisiensi termal kompor dihitung dengan menggunakan metode WBT(water boiling test). Disamping analisa ini dibuat beberapa modifikasi ruang bakar, baik suplai udara, dimensi dan diameter lengkungan kawat jaring, sehingga di temukan satu bentuk yang paling optimum. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa hasil efisiensi termal kompor tertinggi yang diperoleh adalah pada saat kompor menggunakan empat sumbu dan berbahan bakar serbuk gergaji kayu. Hasil uji menggunakan metode WBT(water boiling test) menunjukan bahwa hasil kompor satu sumbu berbahan bakar sekam padi diperoleh sebesar 29%, kompor biomassa dengan satu sumbu berbahan bakar serbuk gergaji kayu diperoleh sebesar 30%, kompor biomassa dengan empat sumbu berbahan bakar sekam padi diperoleh sebesar 31%, dan kompor biomassa dengan empat sumbu berbahan bakar serbuk gergaji kayu diperoleh sebesar 33%.
ii
ABSTRACT
Elvandri Sihombing, 5133220025 : Biomass Stove Heat Efficiency Optimization Using Rice Husk and Sawdust Wood. Final Project. Faculity of Engineering, State University of Medan, 2017.
This research aims to design a wake-fired stove husk and sawdust as well as knowing the calorific efficiency biomass stoves using rice husk and sawdust. At the outset, each component is designed stove, then do the fabrication stage of iron and aluminum plate is cut according to the size of the design. The components are perforated in the holes with a drilling machine, while the components are curved at the bend with a roller machine. Then all the components in a raft with a welding machine and continued with a clamp. Once the stove is assembled and all components are installed properly, then do the test firing, when the stove is not working properly then the stove will be repaired and modified. What if the stove has been lit well and then made to measure the temperature generated at position 5 cm above the stove using a thermocouple and also in view of fire (flame) of combustion. then the thermal efficiency of the stove is computed using WBT (water boiling test). Besides this analysis was made several modifications to the combustion chamber, good air supply, the dimensions and the diameter of the arch wire netting, so that in find the most optimum form. The results of this study indicate that the results of the thermal efficiency of the stove is the highest obtained at the time of the stove using four axes and fuel wood sawdust. The test results using WBT (water boiling test) showed that the results of the stove one axis fueled rice husk was obtained by 29%, biomass stoves with one axis fueled wood sawdust was obtained by 30%, biomass stoves with four axes fueled rice husk obtained by 31%, and biomass stoves with four axes fueled wood sawdust was obtained by 33%.
iv KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan kasih karunia-Nya yang telah memberi kekuatan, kesehatan dan segala sesuatu yang penulis terima dari-Nya yang begitu besar dan berharga bagi kehidupan penulis, sehingga dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini dengan baik. Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan studi di Program Studi Diploma III Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Negeri Medan.
Laporan Tugas Akhir ini berjudul “ OPTIMASI EFISIENSI KALOR KOMPOR BIOMASSA DENGAN MENGGUNAKAN SEKAM PADI DAN SERBUK GERGAJI KAYU” disusun untuk menyelesaikan Pendidikan Program Diploma III, Jurusan Teknik Mesin Universitas Negeri Medan.
Dalam proses penulisan tugas akhir ini, penulis mendapatkan banyak pengalaman yang sangat berharga, dimana seluruh pelajaran selama tiga tahun diterapkan langsung dalam penyusunan tugas akhir ini. Penulis merasa banyak mendapat saran, bimbingan, serta bantuan dari berbagai pihak selama menyelesaikan Tugas Akhir ini. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terimakasih kepada yang terhormat:
1. Bapak Prof. Dr. Harun Sitompul K, M.Pd. selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Negeri Medan.
2. Drs. Hidir Efendi, M.Pd. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Unimed.
3. Drs. Robert Silaban, M.Pd. selaku ketua Prodi Teknik Mesin D-3 Unimed.
4. Indra Koto ,ST.,M.Eng selaku Dosen Pembimbing yang telah membimbing
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
v
6. Ayahanda H.sihombing dan Ibunda E.lumban gaol yang saya sayangi,
yang selalu memberi semangat, materi dan do’a selama proses
penyelesaian tugas akhir.
7. Teman-teman terkusus D III Jurusan Teknik Mesin yang telah membantu
menyelesaikan tugas akhir ini dan juga banyak memberi dukungan, doa
serta arahan.
8. Rekan satu tim dedi saputra purba yang telah bekerjasama untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna, untuk itu
penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun untuk
kesempurnaan dari Tugas Akhir ini. Penulis berharap laporan Tugas Akhir ini
dapat bermanfaat bagi penulis dan para pembaca.
Medan, Februari 2017
vi
D. Perancangan Kompor Biomassa ... 11
1. Ruang Pembakaran... 12
2. Hopper(Kepala tungku) ... 13
3. Penampung ... 14
4. Selinder luar ... 15
5. Sumbu Kompor Biomassa... 15
6. Rangka Kompor Biomassa ... 15
E. Proses Pembakaran Biomassa ... 15
F. Perhitungan Efisiensi dengan metode WBT ... 21
vii BAB III METODOLOGI PENELITIAN
A. Rancangan Penelitia ... 24
B. Tahap Perancangan Kompor ... 25
C. Alat dan Bahan ... 25
D. Tahap Pengujian Kerja Kompor... 26
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN A. Hasil Desain Kompor Biomassa ... 30
B. Perhitungan Efisiensi Termal kompor ... 35
1. Uji kompor biomassa denggan menggunakan satu sumbu kompor ... 35
2. Uji kompor biomassa denggan menggunakan satu sumbu kompor ... 38
3. Uji kompor biomassa denggan menggunakan empat sumbu ... 41
4. Uji kompor biomassa denggan menggunakan satu sumbu k ... 44
C. Efisiensi Termal kompor ... 47
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan ... 49
B. Saran ... 50
vii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1 Perbandingan kompor biomassa dengan kompor minyak tanah ... 7
Tabel 2 Komposisi kimia sekam padi ... 8
Tabel 3 Nilai kalor skam padi danserbuk gergaji kayu ... 23
Tabel 4 Uji kerja kompor menggunakan satu sumbu ... 28
Tabel 5 Uji kerja kompor menggunakan empat sumbu ... 29
Tabel 6 Hasil uji kerja kompor menggunakan satu sumbu ... 35
Tabel 7 Hasil uji kerja kompor menggunakan satu sumbu ... 38
Tabel 8 Hasil uji kerja kompor menggunakan empat sumbu ... 41
Tabel 9 Hasil uji kerja kompor menggunakan empat sumbu ... 44
ix
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1 Sekam Padi ... 9
Gambar 2 Serbuk Kayu ... 10
Gambar 3 Bagian Dalam Kompor Biomassa ... 15
Gambar 4 Diagram Alur Penelitian... 24
Gambar 5 Skema Pengambilan Data ... 27
Gambar 6 Dimensi Kompor Biomassa ... 34
Gambar 7 Waktu vs Temperatur air ... 37
Gambar 8 Waktu vs Temperatur air ... 40
Gambar 9 Waktu vs Temperatur air ... 43
Gambar 10 Waktu vs Temperatur air ... 46
1 BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Bahan bakar (minyak, gas dan batu bara) merupakan persoalan yang
krusial di dunia. Peningkatan pemakaian energy disebabkan oleh pertumbuhan
populasi penduduk dan menipisnya sumber cadangan minyak dunia. Disisi lain
permasalahan emisi dari bahan bakar fosil memberikan permasalahan kepada
setiap negara untuk segera menggunakan energi alternatif.
Kebutuhan energi di dunia saat ini masih menggunakan bahan bakar fosil,
yaitu: minyak, gas alam dan batu bara. Faktor pendorong konsumsi bahan bakar
fosil yang semakin tinggi ini dipicu karena masih banyaknya penggunaan mesin
industri dan transportasi penunjang yang umumnya masih menggunakan bahan
bakar fosil sebagai bahan bakar penggeraknya.
Berdasarkan data kementrian ESDM pada tahun 2015 besar cadangan
minyak nasional saat ini tinggal 3,7 miliar barrel, cadangan minyak bumi terbesar
berada di wilayah Sumatera bagian tengah yang mencapai 3685,95 Juta Stok Tank
Barrel, diikuti wilayah Jawa Timur yang mencapai 969,65 Juta Stok Tank Barrel,
bahan bakar minyak diperkirakan akan habis 12 tahun lagi. Besar cadangan gas
alam sebesar 151,33 Trillion Cubic Feet (TCF), bahan bakar gas habis dalam
kurun waktu 34 tahun lagi, dan besar cadangan batubara sebesar 32 miliar ton
bahan bakar batu bara diperkirakan habis dalam kurun waktu 80 tahun lagi (purwa
tiningsih,2012) Penggunaan bahan bakar fosil secara terus menerus akan
2
Berdasarkan data integrated green business ( iec ), Indonesia merupakan
salah satu negara dengan pertumbuhan konsumsi energi cukup tinggi di dunia,
dengan pertumbuhan konsumsi energi 7% per tahun. Konsumsi energi Indonesia
tersebut terbagi untuk sektor industri 50%, transportasi 34%, rumah tangga 12%,
dan komersial 4% . Konsumsi energi Indonesia yang cukup tinggi tersebut,
hampir 95% dipenuhi dari bahan bakar fosil. Dari total tersebut, hampir 50%-nya
merupakan Bahan Bakar Minyak (BBM). sehingga diperlukan penghematan
untuk bahan bakar fosil, tetapi jika kebutuhan akan bahan bakar juga banyak
bagaimana cara mengatasinya.
Permasalahan ini dapat dijawab dengan mengembangkan energy alternatif
agar dapat memperbaharui dan mengatasi kelangkaan bahan bakar fosil tersebut.
Energi alternatif dapat kita kembangkan sebagai pengganti bahan bakar fosil.
Wujud Energi alternatif untuk memecahkan masalah tersebut adalah biomassa.
Biomassa adalah bahan-bahan organik berumur relatif muda yang berasal
dari tumbuhan atau hewan, baik yang terbentuk dari hasil produksinya, sisa
metabolismenya, ataupun limbah yang di hasilkannya. Biomassa dapat di peroleh
dari berbagai bidang industri budidaya, baik pertanian, perkebunan, kehutanan,
peternakan, maupun perikanan. Biomassa dapat digunakan sebagai sumber bahan
bakar, baik secara langsung maupun setelah diproses melalui serangkaian proses
yang dikenal sebagai konversi biomassa. Beberapa contoh biomassa kering seperti
kayu kering, daun kering, sekam padi, arang, ampas tebu, bongkol jagung dan
batok kelapa dll. Biomassa tersebut sangat mudah sekali didapat di lingkungan
3
energi, dan bahkan kadang bisa jadi hanya menjadi limbah yang tidak terpakai.
Salah satu potensi biomassa Indonesia adalah tanaman padi dan serbuk
gergaji kayu. Proses penggilingan padi menghasilkan 20-30% limbah sekam padi.
Dalam kehiupan sehari-hari sekam padi biasanya jarang sekali dimanfaatkan oleh
masyarakat. Hal ini dikarenakan sekam padi dianggap limbah pertanian yang
berupa residu dari hasil panen, jika prosentase sekam padi yang tinggi tersebut
dibiarkan tentunya kelak akan menjadi salah satu problem lingkungan. Jika
produksi gabah kering giling (GKG) menurut press release Badan Pusat Statistik
1 November 2015 sekitar 54 juta ton maka jumlah limbah sekam yang dihasilkan
lebih dari 10,8 jutaton.
Hal lain dari limbah sekam padi juga terdapat limbah serbuk gergaji kayu
yang dihasilkan setiap harinya dari pengusaha pengarajin kayu yang kurang
dimanfaatkan oleh pengusaha dan dianggap sebagai limbah, dan mengganggu
lingkungan kerja pengusaha pengrajin kayu. Namun apabila limbah dari serbuk
gergaji kayu dimanfaatkan untuk bahan bakar biomassa, maka akan membantu
energy alternative selain dari bahan bakar minyak seperti minyak tanah, dan batu
bara.
Meranti adalah salah satu jenis pohon hutan penghasil kayu utama
Indonesia. Pohon meranti mencapai tinggi 60 m, bebas cabang 35 m, diameter 1
m. Menurut Syamsul Bahri (2007), proses pengolahan kayu akan menghasilkan
limbah 54,24%, terdiri atas sisa potongan dalam berbagai bentuk. Salah satu
limbah yang dihasilkan dari aktivitas pengolahan kayu adalah serbuk gergaji.
4
dimanfaatkan sebagai sumber energi alternatif untuk mengatasi masalah
penghematan bahan bakar minyak ( BBM), juga sekaligus untuk mengatasi
masalah lingkungan jika sekam padi dan serbuk gergaji kayu tidak dimanfaatkan.
Kompor biomassa merupakan salah satu teknologi terbaharukan yang
cocok dikembangkan serta dapat menekan penggunaan BBM. Karena kompor ini
menggunakan bahan bakar biomassa seperti sekam padi dan serbuk gergaji kayu
yang sangat banyak ditemui di sekitar kita, namun pemanfaatannya masih sangat
kurang bahkan terabaikan. kompor biomassa telah ada saat ini, dari beberapa
kompor biomassa ditemukan adanya kekurangan terutama kurang efisiennya
penggunaan kompor tersebut. Salah satu kekurangan yang ditemui penulis,
kompor biomassa tersebut masih harus menggunakan kipas dengan sumber
energy listrik. Hal tersebut mengakibatkan kompor biomassa yang telah ada saat
ini tidak dapat digunakan ditempat yang tidak mempunyai aliran listrik. Sehingga
hal tersebut menjadi salah satu faktor yang membuat penulis ingin merencanakan
kompor biomassa yang dinilai penulis lebih efisien.
Dalam perenacaan ini, kompor biomassa yang direncanakan adalah
kompor dengan dimensi yang argonomik, dengan sistem penggunaan yang
mudah dan simpel serta unjuk kerja yang optimal.
Hasil dari perencanaan ini nantinya diharapakan dapat mendukung
peningkatan penggunaan sumber energi terbaharukan. Yang mana pada era
perkebangan zaman yang begitu pesatnya saat ini pemanfaatan sumber energi
terbaharukan sangat penting dikembangkan demi menjaga cadangan energi dunia
5
B. Batasan masalah
Pada perencanaan kompor biomassa, penulis membatasi permasalahan
sebagai berikut:
1. Sumbu kompor yang digunakan adalah 1 sumbu 50 mm dan 4 sumbu
30mm
2. Bahan bakar yang digunakan berupa sekam padi dan serbuk kayu.
3. Temperatur air 28oc
C. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan perencanaan kompor biomassa ini adalah sebagai berikut:
1. Desain kompor berbahan bakar sekam yang ergonomik.
2. Mengetahui efisiensi pembakaran pada 1 sumbu berbahan bakar sekam padi
dan pada 4 sumbu kompor berbahan bakar gergaji kayu.
3. Mengetahui waktu perebusan air 5 L sampai mendidih secara bertahap.
D. Manfaat
Manfaat dari kompor biomassa ini adalah sebagai berikut:
1. Memberikan kontribusi dalam rangka penghematan bahan bakar fosil
2. Mampu mengembangkan pemanfaatan limbah sekam padi dan serbuk gergaji
kayu menjadi energi alternatif yang berguna bagi masyarakat.
3. Dapat memberikan kontribusi yang bermanfaat bagi perkembangan ilmu
49
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan maka dapat disimpulkan
beberapahal yakni:
1. Dimensi kompor biomassa dimulai dari diameter ruang pembakaran sebesar
20 cm, tinggi ruang pembakaran 31 cm.
2. Adapun hasil efisiensi termal dari analisa,
- kompor biomassa dengan satu sumbu berbahan bakar sekam padi adalah
29%.
- kompor biomassa dengan satu sumbu berbahan bakar serbuk gergaji kayu
adalah 30%
- kompor biomassa dengan empat sumbu berbahan bakar sekam padi
adalah 31%
- kompor biomassa dengan empat sumbu berbahan bakar serbuk gergaji
kayu adalah 33%
3. Kondisi optimum ditentukan dengam efisiensi termal kompor terbesar yakni
33% dengan menggunakan empat sumbu kompor dan bahan bakar serbuk
50
B. Saran
Dari analisa yang dilakukan maka ada beberapa saran yang bisa penulis
berikan:
1. Jumlah bahan bakar yang digunakan dan air yang dimasak diamati secermat
mungkin agar perhitungan mencari efisiensi energinya menjadi lebih teliti.
2. Kedepan, pada saat tahap pengeringan kadar air masing-masing biomassa
harus diukur.
3. Laju aliran udara berpengaruh terhadap pembakaran(dilaksanakan pada ruang
terbuka)
4. Penelitian ini harus dilakukan pada uji coba dingin
5. Pada peneliti selanjutnya yang akan melakukan jenis penelitian yang sama,
sebaiknya dilaksanakan dengan memperbaiki ataupun memodifikasi saluran
udara pada sumbu kompor, sehingga nantinya nilai efisiensi yang diperoleh
lebih besar.
6. Hasil penelitian ini hendaknya dapat menjadi acuan atau referensi sebagai
51
DAFTAR PUSTAKA
B.H. Tambunan & I.Koto. (2016). Rancang bangun dan optimasi unjuk kerja kompor berbahan bakar sekam. LP unimed
Borman, G.L., and Ragland, K.W., (1998), Combustion Engineering, McGraw-Hill Book Co., Singapore.
Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral (DESDM), (2015),Statistik Energi Indonesia. http://www.esdm.go.id Diakses tanggal 3 september 2016, 20.57 WIB
Dr . ridwan rachmat. (2006) kompor sekam segar, BB Litbang pascapanen. http://www.litbang.pertanian.go.id/artikel/one/108/pdf Diakses tanggal 22 september 2016, 21.30 WIB
Farah inayati. (2012). Perancangan dan Optimasi Kinerja Kompor Gas- Biomassa Rendah Emisi Karbon Monoksida Berbahan Bakar Biopellet
Dari Kayu Karet. Depok: skripsi UI
Lu, Hong, dkk. (2009). Comprehensive Study of Biomass Particle Combustion, 20th Annual ACERC Conference, February 22.
Purwo subekti. (2012). Perhitungan komparasi energi bahan bakar sekam padi dengan minyak tanah. Jurnal aptek, VOL 4, 41-48
