KAJIAN TEKNIK PENGOLAHAN BERAS PRATANAK:
RANCANG BANGUN STEAM BOILER
BERBAHAN BAKAR BIOMASA
SATRIA ASA NEGARA
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Kajian Teknik Pengolahan Beras Pratanak: Rancang Bangun Steam Boiler Berbahan Bakar Biomasa adalah benar karya saya dengan arahan dari pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
Bogor, Desember 2013
Satria Asa Negara
ABSTRAK
SATRIA ASA NEGARA. Kajian Teknik Pengolahan Beras Pratanak: Rancang Bangun Steam Boiler Berbahan Bakar Biomasa. Dibimbing oleh ROKHANI HASBULLAH.
Pengolahan beras pratanak melalui tahapan proses pembersihan, perandaman, pengukusan, pengeringan, dan penggilingan. Steam boiler perlu dirancang untuk proses pengukusan. Tujuan penelitian adalah (1) Merancang steam boiler berbahan bakar serbuk gergaji untuk pengukusan gabah, (2) Menguji kinerja steam boiler, (3) Mengetahui laju penguapan dan efisiensi steam boiler. Steam boiler hasil rancangan terdiri dari beberapa bagian, yaitu: pengumpan bahan bakar, tungku dan tangki air. Bahan bakar yang digunakan adalah serbuk gergaji. Berdasarkan hasil pengujian, konsumsi bahan bakar yang dihasilkan sebesar 69.3 kg/jam. Waktu yang dibutuhkan untuk mendidihkan 320 kg air pada suhu 100o C adalah 58.3 menit, panas yang hilang melalui dinding tungku sebesar 1.905 x 104 kJ, panas yang hilang udara sebesar 1.117 x 106 kJ dan panas yang hilang pada permukaan tangki air sebesar 225 kJ. Nilai efisiensi dari steam boiler hasil perancangan sebesar 22.2 % dan menghasilkan uap dengan laju 82.9 kg/jam. Kata kunci: bahan bakar biomasa, beras pratanak, efisiensi, panas hilang, steam
boiler
ABSTRACT
SATRIA ASA NEGARA. Study of Parboiled Rice Processing Technology: Designing of Steam Boiller with Biomass Fuel. Supervised by ROKHANI HASBULLAH
The parboiled rice processing is consisting of cleaning, soaking, steaming, drying, and milling. The steam boiler need to be designed in steaming process. The purpose of this research is (1) Designing a steam boiler with sawdust fuel for steaming process, (2) Testing of the steam boiler performance, (3) Knowing the rate of evaporation and efficiency of the steam boiler. Steam boiler designing consists of several parts, namely: fuel feeders, furnaces, and water tank. The fuel used in this research was sawdust. Based on performance testing, fuel consumption rate was 69.3 kg/h. The time required to boil 320 kg water to temperature of 100o C was 58.3, the heat loss trough the furnace wall was 1.905 x 104 kJ, heat loss due to the air flows was 1.117 x 106 kJ, and heat loss on the tank surface was 225 kJ. The result of system efficiency from the steam boiler design is 22.2 % and produced 82.9 kg/h of steam.
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian
pada
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem
KAJIAN TEKNIK PENGOLAHAN BERAS PRATANAK:
RANCANG BANGUN STEAM BOILER
BERBAHAN BAKAR BIOMASA
SATRIA ASA NEGARA
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
iii
Judul Skripsi : Kajian Teknik Pengolahan Beras Pratanak: Rancang Bangun Steam Boiler Berbahan Bakar Biomasa
Nama : Satria Asa Negara
NIM : F14070084
Disetujui oleh
Dr Ir Rokhani Hasbullah. MSi NIP. 19640813 199102 1 001
Pembimbing
Diketahui oleh
Dr. Ir. Desrial. M.Eng NIP. 19661201 199103 1 004
Ketua Departemen
v
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Judul yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Desember 2011 ini ialah Kajian Teknik Pengolahan Beras Pratanak: Rancang Bangun Steam Boiler Berbahan Bakar Biomasa.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Dr. Ir. Rokhani Hasbullah, M.Si selaku pembimbing, Dr. Ir. I Dewa Made Subrata, M.Agr serta Dr. Ir. Emmy Darmawati, M.Si selaku dosen penguji tugas akhir yang telah banyak memberi saran. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada Ayah, Ibu, serta keluarga atas segala doa dan kasih sayangnya. Di samping itu, ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada Bapak Ahmad, pak Darma, Ossiriadewi Maulanaputri, Tri Yulni, Mudho Saksono, Tofan Argandhi, Ahmad Muzani, Damar Wahyu Bintoro, Ricky Harianja, Mudho Saksono, Waqif Agusta, Muhamad Wiriawan, Muhammad Fauzi Kadarisman, Muhammad Iqbal Nazamuddin, Reza Pradana, Gunar, Hanif, serta teman-teman Teknik Pertanian yang tidak bisa disebutkan satu-persatu yang telah membantu dalam penelitian dan penyelesaian tugas akhir ini.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Desember 2013
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL vii
DAFTAR GAMBAR vii
DAFTAR LAMPIRAN viii
PENDAHULUAN 1
Latar Belakang 1
Tujuan 2
TINJAUAN PUSTAKA 2
Teknologi Pengolahan Beras Pratanak 2
Pembangkit Uap (Boiler) 4
Biomasa Sebagai Bahan Bakar 5
Teori Pembakaran Bahan Bakar 7
Pindah Panas Pada Boiler 8
Kipas 10
METODOLOGI PENELITIAN 11
Tempat dan Waktu 11
Bahan dan Alat 11
Rancang Bangun Steam Boiler 13
Prosedur Pengujian 19
HASIL DAN PEMBAHASAN 21
Sistem Kerja Steam Boiler Berbahan Bakar Biomasa 21
Pengujian Laju Bahan Bakar 22
Hasil Pengumpanan Bahan Bakar 23
Hasil Pengujian Tungku dan Boiler 24
Analisis Pindah Panas Sistem 27
Lama Pemanasan Air Dan Laju Uap 28
Efisiensi Sistem 28
KESIMPULAN DAN SARAN 29
Kesimpulan 29
Saran 29
DAFTAR PUSTAKA 30
vii
DAFTAR TABEL
1. Kandungan zat gizi dan indeks glikemik sumber karbohidrat 1 2. Nilai kalori rata-rata dari berbagai bahan bakar 6 3. Nilai kalori limbah kayu dan kulit kayu dengan berbagai kadar air 6
4. Rancangan fungsional pengumpan bahan bakar 13
5. Rancangan fungsional tungku 13
6. Rancangan fungsional tangki air 13
7. Rancangan fungsional tangki pengukusan 14
8. Spesifikasi tungku pembakaran 17
9. Spesifikasi tangki uap 18
10.Hasil pengujian untuk mengetahui laju bahan bakar tanpa pembakaran 22 11.Data hasil pengujian nyala api pada berbagai bukaan pengumpan bahan
bakar. 23
12.Jumlah bahan bakar dan waktu yang dibutuhkan untuk mendidihkan air
pada suhu100oC. 23
13.Data konsumsi bahan bakar 24
14.Data laju penguapan. 28
15.Data hasil pengujian akhir 29
DAFTAR GAMBAR
1. Ketel uap silinder tidak tetap 5
2. Kipas radial 10
3. Diagram alir prosedur penelitian 12
4. Desain steam boiler 14
5. Sistem pengumpan bahan bakar 15
6. Tungku Pembakaran (bagian depan) 16
7. Tungku Pembakaran (bagian belakang) 17
8. Tangki uap 17
9. Tangki pengukusan gabah 18
10.Skema aliran bahan bakar 21
11.Skema sistem kerja tungku 22
12.Hasil perancangan steam boiler 25
13.Nyala api pada ruang pembakaran 25
14.Pintu pengeluaran bahan bakar 26
15.Cerobong gas buang 26
DAFTAR LAMPIRAN
1. Hasil pengujian ulangan pertama ... 31
2. Hasil pengujian kedua ... 32
3. Hasil pengujian ketiga ... 33
4. Perhitungan ... 34
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Beras merupakan makanan pokok hampir di seluruh wilayah Indonesia bahkan termasuk makanan pokok terpenting warga dunia. Hasil olahan beras berupa nasi dimakan oleh sebagian besar penduduk Asia sebagai sumber karbohidrat utama dalam menu sehari-hari. Nasi seperti juga kentang dan roti tawar secara umum dikenal sebagai pangan dengan IG tinggi. Badan Kesehatan Dunia WHO bersama dengan FAO menganjurkan konsumsi makanan dengan indeks glikemik (IG) rendah untuk mencegah penyakit-penyakit degeneratif yang terkait dengan pola makan seperti penyakit jantung, diabetes, dan obesitas. Perlu diketahui bahwa jenis-jenis makanan yang memiliki IG lebih dari 55 dikategorikan IG tinggi sementara yang kurang dari itu dikategorikan IG rendah. Pada Tabel 1 di bawah ini ditunjukkan kandungan zat gizi dan juga nilai IG beberapa jenis pangan yang menjadi sumber karbohidrat.
Tabel 1 Kandungan zat gizi dan indeks glikemik sumber karbohidrat per 300 kkal (Soetrisno dan Apriyantono 2005).
Berberapa cara dilakukan untuk menekan kehilangan kandungan penting pada beras, salah satunya dengan pengolahan beras pratanak yaitu pengolahan gabah dengan penambahan proses perendaman dan pengukusan sebelum dilakukannya penggilingan. Tujuan dari proses pratanak adalah untuk menghindari kehilangan dan kerusakan beras, baik ditinjau dari nilai gizi maupun rendemen yang dihasilkan. Menurut Widowati (2008), proses pratanak dapat meningkatkan rendemen giling 2-7%. Dalam proses pratanak terjadi pengerasan lapisan aleuron yang mengurangi kadar sedikitnya bekatul dan nutrisi yang hilang, sehingga derajat sosohnya menurun dan persentase beras kepala meningkat. Sebaliknya, presentasi beras patah dan menir menurun. Selain meningkatkan nilai rendemen giling, adanya proses difusi dan panas yang melekatkan vitamin-vitamin serta nutrisi lainnya dalam endosperma, beras pratanak memiliki kandungan vitamin B dan mineral (terutama Na, K, Ca, Mg) yang lebih tinggi dibandingkan beras giling biasa. Kandungan minyak dan protein sedikit lebih rendah, sehingga beras lebih tahan lama untuk disimpan.
2
dipanen, yang mungkin mengandung kotoran dan telur serangga yang terinvestasi di dalamnya.
Menurut Ali dan Ojha (1976) prinsip dasar dari proses pratanak padi adalah pembersihan (cleaning), perendaman (soaking), pengukusan (steaming), dan pengeringan (drying). Pada tahap pengukusan biasanya digunakan tangki metal yang dilengkapi dengan boiler dengan sumber panas untuk steam berasal dari tungku. Ketersediaan sumber energi sangat diperlukan dalam proses pengukusan ini. Saat ini ketersediaan bahan bakar minyak sebagai salah satu energi yang biasa digunakan semakin berkurang karena meningkatnya konsumsi masyarakat serta ketersediaannya yang terbatas sebagai sumber daya alam yang tidak dapat diperbarui.
Berbagai upaya dan diversifikasi sumber energi terus dilakukan sebagai upaya penyelamatan krisis energi, diantaranya dengan memanfaatkan biomasa guna mendorong pemanfaatan limbah industri pertanian dan kehutanan. Salah satu sumber energi terpenting untuk negara berkembang adalah biomasa atau limbah biomasa. Pemanfaatan biomasa sebagai sumber energi merupakan salah satu alternatif pengadaan energi terbarukan untuk masyarakat yang murah dan ramah lingkungan. Serbuk gergaji sebagai limbah biomassa dapat digunakan sebagai bahan bakar pada proses pengukusan beras pratanak. Penggunaan serbuk gergaji ini diharapkan dapat mengurangi biaya proses dan juga memanfaatkan limbah yang tidak terpakai.
Tujuan
Tujuan penelitian ini adalah merancang pembangkit uap dengan bahan bakar serbuk gergaji untuk pengolahan beras pratanak, melakukan uji kinerja pembangkit uap hasil perancangan, serta mengetahui laju penguapan dan efisiensi sistem steam boiler.
TINJAUAN PUSTAKA
Teknologi Pengolahan Beras Pratanak
3 Dalam suatu sistem lama terdapat tiga tahap proses beras pratanak yaitu: perendaman (steeping in water), pengukusan (steaming), dan pengeringan (drying). Pemakaian air dan panas mengakibatkan terjadinya modifikasi sifat fisik, kimia, fisiko-kimia, biokimia, estetika, dan organoleptik (Tjiptadi dan Nasution 1985). Proses pengolahan beras pratanak diawali dengan proses pembersihan
(cleaning). Gabah yang akan diproses pratanak terlebih dahulu dibersihkan dari kotoran-kotoran dan benda asing seperti batu dan gabah hampa. Cara lama pembersihan gabah dilakukan dengan pengapungan. Hal ini dimaksudkan untuk memisahkan gabah hampa, daun, dan benda lain yang ringan dari tumpukan gabah. Jika teknologi grading gabah memadai dapat digunakan alat pemisah kotoran kecil, ringan dan berat berupa aspirator ataupun sieving.
Setelah pembersihan, dilakukan proses perendaman atau soaking yang bertujuan untuk memasukkan air ke dalam ruang inter cellular dari sel-sel pati
endosperm dan sebagian air diserap oleh sel-sel pati sendiri sampai pada tingkat tertentu, sehingga cukup untuk proses gelatinisasi. Selama perendaman, gabah harus benar-benar terendam air. Perendaman umumnya dilakukan dengan dua cara, yaitu perendaman dengan air bersuhu ruang dan perendaman dengan air panas. Periode perendaman tergantung kepada suhu air yang digunakan. Semakin tinggi suhu air tersebut maka waktu perendaman semakin singkat. Padi atau gabah yang direndam pada suhu lingkungan (20-30 oC) membutuhkan waktu selama 36 hingga 48 jam agar gabah dapat mencapai kadar air 30%. Pada perendaman yang dilakukan dengan air panas bersuhu sekitar 60-65 oC hanya membutuhkan waktu selama dua hingga empat jam perendaman (Wimberly 1983).
Setelah mengalami perendaman dalam jangka waktu tertentu, gabah tersebut diberi uap panas atau steaming. Steaming ini ditujukan untuk melunakkan struktur sel pati endosperm sehingga tekstur granula pati dari endosperm menjadi seperti pasta akibat proses gelatinisasi. Gelatinisasi total merupakan tujuan utama dari proses pratanak sehingga memberikan hasil yang jernih. Alat pengukusan yang digunakan dapat berupa ketel, tangki metal tanpa ataupun yang dilengkapi dengan
boiler. Sumber panas untuk steam yang digunakan pada pemanasan beras pratanak adalah tungku. Bahan bakar untuk tungku steam ini menggunakan biomasa berupa serbuk gergaji atau sekam hasil samping penggilingan padi. Menurut Wimberly (1983), pemberian uap panas ini juga mempunyai beberapa kelebihan diantaranya panas yang tinggi dapat diaplikasikan pada suhu yang konstan, relatif mudah ditangani, pengendalian suhu gabah yang mudah, dapat dihentikan secara cepat dan mempunyai tingkat pindah panas yang tinggi dibanding media lain (seperti halnya air panas). Pada umumnya steam jenuh yang digunakan untuk pengukusan mempunyai tekanan antara 1-5 kg/cm2 atau pada suhu sekitar 100-150 oC. Pengukusan pada tangki yang kecil membutuhkan waktu 2-3 menit dan pada tangki yang besar kapasitas 6 ton dapat memakan waktu selama 20-30 menit.
4
kadar air GKG (Gabah Kering Giling) yaitu 14%. Pengeringan dapat dilakukan dengan menggunakan energi matahari secara langsung (sun drying) ataupun menggunakan alat pengering yang telah ada.
Pengeringan terhadap padi yang telah direndam dan dikukus harus dilakukan dengan segera untuk menghindari pertumbuhan jamur dan terjadinya fermentasi. Pengeringan ini merupakan tahap akhir dalam pengolahan padi secara pratanak (parboiling rice). Penundaan pengeringan yang dilakukan terhadap padi pratanak akan mengakibatkan proses gelatinisasi terus berlangsung serta akan mengakibatkan butir padi menjadi berwarna gelap akibat terlalu lama dibiarkan di udara terbuka. Penundaan pengeringan juga akan mengakibatkan pertumbuhan jamur dan kapang. Walaupun gabah tersebut telah steril akan tetapi kadar air gabah yang tinggi tersebut sangat sesuai bagi perkembangan mikroorganisme tersebut.
Tahap akhir untuk menghasilkan beras pratanak adalah penggilingan (milling). Patiwiri (2006) menerangkan bahwa proses penggilingan padi diawali dengan pembersihan awal untuk membersihkan gabah dari kotoran-kotoran hingga gabah menjadi bersih. Selanjutnya gabah bersih mengalami proses pemecahan kulit sehingga sekam yang berbobot sekitar 20% dari bobot awal gabah akan terlepas dari butiran gabah dan menghasilkan beras pecah kulit. Jika butir gabah tidak ditemukan pada beras pecah kulit, maka proses pemecahan kulit dikatakan sempurna. Beras pecah kulit hasil penggilingan masih berwarna coklat kusam sehingga perlu proses penyosohan guna memisahkan bekatul dan untuk mendapatkan warna beras yang mengkilap. Setelah penyosohan selesai maka hasil akhir penggilingan yang berupa beras telah siap untuk menjadi bahan pangan dan dikonsumsi.
Pembangkit Uap (Boiler)
Boiler atau ketel uap adalah alat yang dipakai untuk memproduksi uap yang dapat digunakan untuk proses pengolahan pada pabrik pengolahan hasil pertanian, baik pangan maupun non pangan (Wiraatmadja 1988). Sebagai medium pemanas, uap memperoleh panas dari sumber panas yang mungkin bahan bakar atau sumber panas lainnya seperti listrik. Dalam hal sumber panas yang berupa bahan bakar, pengekstrakan panas dari sumber bahan bakar dilakukan dengan pembakaran. Panas yang dihasilkan diserap oleh air untuk meningkatkan suhu dan mengubah fasa cair air menjadi fasa gas yaitu stim. Sebagian besar panas yang diserap digunakan untuk menguapkan air menjadi uap pada suhu 100 oC atau lebih untuk dibebaskan kembali pada waktu uap tersebut mengembun (kondensasi).
Penyebaran panas terjadi pada permukaan-permukaan pipa boiler yang memisahkan gas panas hasil pambakaran dari air yang sedang dipanaskan. Pada boiler, gas panas dapat berada di dalam pipa, air berada di luar pipa dalam bejana boiler. Boiler ini dikatakan boiler pipa (tabung) api. Apabila yang berada di dalam pipa adalah air, boiler tersebut dikatakan boiler pipa air (Wiraatmadja 1988).
5 yang dapat berpindah-pindah ukurannya tidak terlalu besar sehingga dapat digeser atau dipindahkan tempatnya. Menurut bangunannya terdapat ketel bangunan silinder yang diketahui dari bentuk ruang uap dan ruang airnya yang berbentuk silinder. Pada umumnya bentuk atau bangunan ketel uap adalah silinder, tetapi dalam industri besar terdapat ketel uap yang tidak silinder tetapi kubus.
Gambar 1 Ketel uap silinder tidak tetap
Jenis ketel uap menurut konstruksi dan cara kerjanya dapat dibedakan menjadi tiga, yaitu ketel pipa api, ketel pipa air dan ketel pipa api dengan perencanaan khusus. Djokosetyarjo (1989) menyatakan bahwa ketel pipa api menggunakan api dan gas asap untuk memanaskan air dan uap melalui silinder api, lorong-lorong api dan pipa-pipa api, maupun tabung-tabung api, dimana pada bagian luarnya terdapat air atau uap. Jenis ketel uap pipa api ini adalah ketel uap kecil dan sederhana dengan kapasitas produksi uap maksimum 10 ton perjam dengan tekanan maksimum 24 kg/cm3 dan tergolong ketel tekanan rendah.
Ketel uap pipa air yaitu ketel dimana air atau uap berada di dalam pipa-pipa atau tabung-tabung yang dipanasi oleh api atau asap pada bagian luarnya. Ketel uap pipa air pada umumnya memiliki tekanan sedang antara 45-140 kg/cm2, dengan kapasitas produksi uap maksimum sebesar 1000 ton perjamnya. Efisiensi total uap pipa air secara umum lebih besar dari ketel uap pipa api, dimana peralatan yang terdapat pada ketel uapa pipa air sudah tidak dilayani secara manual lagi.
Biomasa Sebagai Bahan Bakar
6
sumberdaya fosil seperti minyak bumi, gas alam dan batu bara dengan sumber daya yang dapat diperbarui (renewable). Data nilai kalori rata-rata dari berbagai bahan bakar dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2 Nilai kalori rata-rata dari berbagai bahan bakar (Weneger 1988 dalam Budiman 1990)
Bahan Bakar Nilai Kalori (MJ/kg)
Kayu (kering mutlak) 18.8
Penemuan pemanfaatan biomasa sebagai bahan baku energi secara umum menarik perhatian dunia dalam beberapa tahun terakhir ini. Tujuan utama dari usaha-usaha tersebut adalah untuk mencari pengganti sumber daya fosil seperti minyak bumi, gas alam dan batubara dengan sumber-sumber yang dapat diperbaharui (renewable). Biomasa atau limbah biomasa kini dapat dijadikan sebagai salah satu sumber energi alternatif dengan berbagai pilihan jalur konversi energi yang diinginkan.
Energi panas yang dilepaskan dalam proses pembakaran diukur sebagai nilai kalori, pada kayu kering mutlak memiliki nilai kalori 18.8 mJ/kg. Nilai ini kira-kira 2/3 dari nilai kalori batu bara dan hampir setengah dari nilai kalori minyak. Kayu dan limbah kayu sebagai bahan bakar dilihat dari segi ekonomi mempunyai manfaat yang sangat besar. Nilai kalori limbah kayu dan kulit kayu dengan berbagai kadar air dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3 Nilai kalori limbah kayu dan kulit kayu dengan berbagai kadar air (Philip 1980 dalam Budiman 1990)
Serbuk gergaji (kayu padat) 15 15.9
Serutan kayu (shaving) 15 15.9
Kepingan kayu (wood chip) 15 15.9
Balak kering-udara 20 15.3
Balak basah 60 10.7
Kulit kayu 60 10.5
7
Teori Pembakaran Bahan Bakar
Pembakaran adalah oksidasi konstituen bahan bakar yang berlangsung secara cepat, terutama pembakaran karbon (C) menjadi CO2 dan H2O. Sebagian panas diperoleh dari hasil pembakaran belerang dan nitrogen, tetapi yang terbesar berasal dari hasil pembakaran karbon dan hidrogen (Wiraatmadja 1988). Proses pembakaran akan menghasilkan energi, semakin besar energi yang dihasilkan oleh pembakaran maka semakin baik fungsinya sebagai bahan bakar. Besarnya energi suatu bahan bakar tergatung pada jumlah karbon yang dikandung dan bentuk senyawanya, sempurna atau tidak pembakaran tersebut, terjadinya pembakaran habis.
Syarat-syarat bahan bakar yang dapat digunakan di sektor rumah tangga maupun industri menurut Dutt da Ravindranath (1992) dalam Febriyantika (1998) adalah:
1. Mudah dinyalakan
2. Tidak mengeluarkan asap yang berlebihan dan tidak berbau 3. Tidak mudah pecah dalam penanganan
4. Kedap air dan tidak berjamur atau tidak mengalami degradasi jika disimpan dalam waktu yang relatif lama.
5. Kandungan abunya randah (kurang dari 7% berat kering) 6. Harga dapat bersaing dengan bahan bakar lain.
Bahan bakar padat merupakan bahan bakar berbentuk padat dan kebanyakan menjadi sumber energi panas, misalnya kayu dan batu bara. Energi panas yang dihasilkan digunakan untuk memanaskan air menjadi uap untuk menggerakkan peralatan dan menyediakan energi.
Proses pembakaran bahan bakar padat terbagi menjadi dua tahap, yaitu tahap perubahan bahan bakar padat menjadi gas-gas yang beraneka ragam susunannya (ontgassing) misalnya H2, CH4, N2, C dan tahap mengoksidasi gas-gas yang terbentuk pada ontgassing (Djokosetyardjo 1989). Lebih lanjut Djokosedjardjo juga menyatakan bahwa bahan bakar yang akan mengalami proses pembakaran, temperaturnya harus dinaikkan hingga mencapai temperatur penyalaan. Pada temperatur penyalaan proses penguraian dan oksidasi bahan bakar dapat berlangsung. Penguraian bahan bakar padat membutuhkan sejumlah panas, sedangkan oksidasi unsur-unsur yang telah diuraikan membentuk panas. Bila panas yang terbentuk telah melebihi panas yang dibutuhkan maka proses penguraian dan oksidasi bahan bakar akan berlangsung lebih cepat, hingga seluruh bahan bakar dalam ruang pembakaran dapat terbakar.
8
Pindah Panas Pada Boiler
Pada boiler, perpindahan panas terjadi secara konveksi, konduksi dan radiasi. Menurut M.J. Djokosetyardjo (1989), bahwa panas yang dihasilkan karena pembakaran bahan bakar dan udara dipindahkan kepada air, uap ataupun udara melalui bidang yang dipanaskan atau Heating Surface pada instalasi ketel uap dengan tiga cara, yaitu secara pancaran atau radiasi, secara aliran atau konveksi dan secara rambatan atau konduksi.
Menurut Agustina (1982), pada tungku terjadi kehilangan panas dari sistem yaitu kehilangan energi panas karena radiasi dari dinding tungku, karena aliran udara, dan karena perambatan panas ke lantai serta tanah di bawah tungku.
Panas hilang dari radiasi dinding tungku adalah:
qr1 = E δ Ad ( Td4 - T∞4 ) (1) Panas yang hilang karena aliran udara adalah:
qu = Wu cp ( Tuo–Tui) (2) dan menguap adalah jumlah energi terpakai atau merupakan keluaran sistem yang diamati, dan diberikan simbol Qo (Qo = Qi x efisiensi pembakaran – panas yang hilang). Panas yang hilang dari sistem ini disebabkan oleh pindah panas sacara radiasi dari dinding luar tangki ke udara sekelilingnya yang dinyatakan dalam qr2.
9 Panas hilang karena konveksi udara di atas permukaan air di dalam tangki yang dinyatakan sebagai qr3.
qr3 = hu (A - At) (Tw– Tu) (4)
Dengan demikian kesetimbangan energi pada sistem tangki dapat dinyatakan sebagai berikut:
�∅ = laju kenaikan suhu tangki per satuan waktu
qt = panas terpakai oleh sistem tangki dan air (kcal/detik) hm = koefisien konveksi air =
�∅ = laju kenaikan suhu air per satuan waktu hm = koefisien konveksi air
At = luas permukaan tangki terendam air (m2)
Efisiensi keseluruhan sistem yang diamati adalah:
ηs = Qo
Qi x 100% (7)
dimana :
Qo = energi terpakai oleh air (output sistem)
10
Kipas
Kipas mempunyai fungsi dan prinsip kerja yang hampir sama dengan pompa, tetapi untuk mengalirkan bahan berbentuk gas yang sifatnya lebih ringan dan dapat dipadatkan (compressible), dibanding cairan (incompressible). Dibedakan berdasarkan sifat aliran (aerodynamic) gas/udara yang terjadi akibat putaran bilah-bilah kipas. Kipas pada umumnya bertipe axial untuk aplikasi tata udara rumah tangga dan perkantoran atau bangunan lainnya, sedangkan tipe
centrifugal dengan berbagai bentuk, ukuran dan jumlah bilah sebagai impeler telah banyak diaplikasikan dalam bidang teknik dan industri.
Kipas tipe radial yang lebih dikenal dengan sentrifugal, menghasilkan arah aliran gas/udara searah dengan arah putaran bilah-bilah kipas. Kipas sentrifugal ditandai dengan desain rumahnya yang berbentuk seperti rumah keong, dengan inlet searah sumbu putaran dan outlet arah radial. Desain ini bertujuan untuk menciptakan putaran udara di dalam rumah kipas, kemudian terlempar keluar melalui outlet yang berpenampang luas.
Gambar 2 Kipas radial
Kipas radial memiliki beberapa bentuk bilah, yaitu: a. Kipas radial dengan bilah miring ke depan
Mempunyai bilah banyak (hingga 60 buah) sehingga bentuknya berupa tabung memanjang. Merupakan kipas dengan putaran rendah, cocok untuk menghasilkan tekanan sedang tetapi stabil. Biasanya digunakan untuk mengalirkan udara yang bersih karena partikel dapat tersangkut pada bilah-bilah yang tersusun rapat.
b. Kipas radial dengan bilah lurus
11 c. Kipas radial dengan bilah miring ke belakang
Mempunyai bilah sekitar 12 buah. Merupakan kipas berkecepatan tinggi yang dilengkapi dengan fitur limit daya. Cocok digunakan untuk mengalirkan udara bersih (bila udara terkontaminasi partikel, kipas akan berhenti beroperasi karena dayanya dibatasi)
Berdasarkan fungsinya, kipas dapat dibedakan menjadi:
a. Tipe dorong: kipas digunakan untuk mengalirkan udara masuk ke dalam ruangan. Pada jenis ini udara didorong sehingga berhembus ke arah depan kipas. Tipe dorong juga biasa digunakan untuk mengalirkan udara di dalam ruangan dengan tujuan mengaduk udara sehingga kondisi suhu dan kelembaban merata.
b. Tipe hisap, lebih dikenal dengan exhaust fan: kipas digunakan untuk menyedot dan mengalirkan udara keluar dari ruangan. Pada jenis ini udara dihisap sehingga berhembus ke arah belakang dari kipas
c. Blower adalah kipas tipe dorong dengan kekuatan besar untuk aplikasi industri.
METODOLOGI PENELITIAN
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
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
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
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
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.
20
Pemicu api dimasukkan ke dalam tungku pembakaran dan dibakar dengan bahan bakar minyak, setelah api menyala dalam keadaan mantap mesin
21
HASIL DAN PEMBAHASAN
Sistem Kerja Steam Boiler Berbahan Bakar Biomasa
Pada dasarnya fungsi dari steam boiler untuk menghasilkan uap dengan memanaskan air yang berada di dalam tangki untuk berbagai keperluan. Steam boiler berbahan bakar biomasa ini menggunakan bahan bakar berupa serbuk gergaji yang telah di ayak dan diumpankan ke dalam tungku pembakaran dengan
blower sentrifugal yang telah dimodifikasi. Prinsip kerja pengumpan bahan bakar yaitu serbuk gergaji yang berada di dalam hopper akan turun menuju lubang bukaan akibat gaya gravitasi. Hembusan udara yang dihasilkan blower akan menghasilkan tekanan dan membawa bahan bakar yang diterima dari hopper. Bahan bakar tersebut akan diteruskan menuju saluran pengumpan bahan bakar yang memiliki bentuk semakin mengecil. Dengan adanya perbedaan ukuran yang semakin kecil mengakibatkan semakin besar laju bahan bakar sehingga mampu mencapai ke ruang pembakaran yang berada di dalam tungku. Skema aliran bahan bakar disajikan pada Gambar 10.
Gambar 10 Skema aliran bahan bakar
Adanya api pemicu yang telah dibuat di dalam tungku pembakaran akan membakar langsung bahan bakar tersebut. Api akan terus menyala selama bahan bakar terus dialirkan. Pemanasan air di dalam tangki air dilakukan dari bagian bawah dinding tangki. Dengan semakin luasnya permukaan dinding yang terpanaskan maka akan mempercepat proses mendidihnya air dan proses pembentukan uap. Oleh karena itu, air di dalam tangki akan dipanaskan secara berkelanjutan hingga menghasilkan uap. Uap yang dihasilkan dari pemanasan air dikeluarkan melalui pipa saluran uap yang kemudian dimanfaatkan untuk proses
22
cerobong gas buang yang berada di belakang tungku. Skema sistem kerja tungku pembakaran dapat dilihat pada Gambar 11.
Gambar 11 Skema sistem kerja tungku
Pengujian Laju Bahan Bakar
Pada pengujian ini dilakukan untuk mengetahui laju bahan bakar pada masing-masing bukaan pengumpan bahan bakar. Tabel hasil pengujian laju bahan bakar pada masing-masing bukaan pengumpan dapat dilihat pada Tabel 10.
Tabel 10 Hasil pengujian untuk mengetahui laju bahan bakar tanpa pembakaran Bukaan
Hopper (cm)
Laju Bahan Bakar (kg/jam)
Rata-rata (kg/jam) Ulangan
1 2 3
2.5 67.4 71.1 69.3 69.3
5.0 177.2 176.8 184.8 179.6
7.5 241.8 238.6 240.6 240.3
23 Pada bukaan 5.0 cm dan 7.5 cm api hanya mampu menyala tidak lama setelah serbuk gergaji diumpankan ke dalam tungku pembakaran. Hal ini dikarenakan serbuk gergaji tidak terbakar habis sehingga serbuk gergaji menimbun pemicu api yang terdapat di dalam tungku pembakaran. Berdasarkan pengamatan. pada bukaan 5.0 cm dan 7.5 cm api menyala semakin besar pada awal serbuk gergaji diumpankan dan kemudian semakin mengecil, pada akhirnya mati. Pengamatan juga dilakukan pada mulut pengumpan bahan bakar. Pada bukaan 2.5 cm, hampir tidak ada serbuk gergaji yang jatuh di mulut pengumpan bahan bakar. Sedangkan pada bukaan 5.0 cm dan 7.5 cm terdapat serbuk gergaji yang jatuh di mulut pengumpan bahan bakar. Serbuk gergaji yang jatuh tidak dapat terbakar di ruang pembakaran yang berakibat pada konsumsi bahan bakar yang tidak efektif. Jatuhnya serbuk gergaji dapat dikarenakan tidak seimbangnya banyaknya bahan bakar yang dikeluarkan pengumpan dengan luas mulut pengumpan bahan bakar. Dengan demikian, bukaan yang digunakan untuk pengujian akhir adalah bukaan 2.5 cm. Data hasil pengujian pendahuluan disertai pembakaran dapat dilihat pada Tabel 11.
Tabel 11 Data hasil pengujian nyala api pada berbagai bukaan pengumpan bahan bakar.
9 menit Tidak kontinyu. tercecer di mulut pengumpan 7.5 cm membesar kemudian
mati
4 menit Kontinyu. tercecer di mulut pengumpan
Hasil Pengumpanan Bahan Bakar
Sistem pengumpanan bahan bakar pada boiler untuk pengolahan beras pratanak pada penelitian ini terbuat dari plat esser yang dihubungkan dengan
blower yang digunakan sebagai alat untuk menghembuskan serbuk gergaji menuju ruang pembakaran. Berdasarkan hasil uji pendahuluan, bukaan yang digunakan untuk pengujian akhir adalah bukaan 2.5 cm.
Saat pembakaran berlangsung, pengujian pada masing-masing bukaan bahan bakar menunjukkan hasil yang berbeda untuk mendidihkan 320 kg air. Pada bukaan 2.5 cm menghasilkan aliran bahan bakar yang berkelanjutan dan stabil. Hasil pengujian jumlah bahan bakar dan lama waktu untuk mendidihkan air pada setiap ulangan ditunjukkan pada Tabel 12.
Tabel 12 Jumlah bahan bakar dan waktu yang dibutuhkan untuk mendidihkan air pada suhu100oC.
Ulangan Lama Pemanasan (menit) Jumlah bahan bakar (kg)
1 55 63.5
2 60 69.3
3 60 69.3
24
Berdasarkan data di atas, laju bahan bakar berbanding lurus dengan lama waktu pemanasan, semakin lama waktu yang digunakan untuk mendidihkan air maka semakin banyak jumlah bahan bakar yang digunakan. Jumlah bahan bakar yang digunakan pada masing-masing ulangan menunjukkan hasil yang tidak sama, hal ini dapat disebabkan oleh serbuk gergaji yang tidak seragam jenis kayu bahan dasarnya. Berdasarkan pengamatan visual, serbuk gergaji yang berasal dari kayu berat ditandai dengan warna yang lebih gelap seperti kayu jati menghasilkan nyala api yang lebih besar dibandingkan serbuk gergaji yang berasal dari kayu ringan. Jumlah bahan bakar rata-rata untuk mendidihkan 320 liter air sebesar 67.4 kg.
Semakin besar debit udara pembakaran akan menghasilkan laju pembakaran yang lebih besar, yang berarti jumlah energi pembakaran meningkat sehingga suhu pembakaran meningkat. Hal tersebut disebabkan oleh meningkatnya pembakaran bahan bakar yang merupakan reaksi antara O2 udara dengan karbon dan hidrogen yang dikandung bahan bakar menghasilkan gas-gas CO2, H2O, CO dan C meningkat (Djatmiko 1986). Laju pembakaran bahan bakar biomasa merupakan rasio jumlah bahan bakar biomasa yang terbakar per satuan waktu
Pada pengujian akhir pengumpan bahan bakar juga digunakan untuk mengetahui konsumsi bahan bakar selama pemanasan berlangsung. Data hasil pengujian disajikan dalam Tabel 13.
Tabel 13 Data konsumsi bahan bakar
Ulangan Laju bahan bakar jumlah rataan bahan bakar yang digunakan sebesar 206 kg.
Hasil Pengujian Tungku dan Boiler
25
Gambar 12 Hasil perancangan steam boiler 1. Dinding Tungku
Dinding tungku terbuat dari batu bata yang di rekatkan dengan semen dan pasir. Hasil rancangan dinding tungku tergolong baik karena mampu menahan beban dari tangki air dan mampu menahan panas yang dihasilkan dari ruang pembakaran.
2. Ruang Pembakaran
Berdasarkan uji pendahuluan. ruang pembakaran bahan bakar ini mampu untuk menampung 75 kg bahan bakar. Berdasarkan hasil pengujian saat proses pembakaran. bahan bakar tidak memenuhi ruang pembakaran. Sebagian besar bahan bakar langsung terbakar habis dan api menyala dengan stabil. Nyala api di dalam ruang pembakaran dapat dilihat pada Gambar 13.
Gambar 13 Nyala api pada ruang pembakaran 3. Pintu Pengeluaran Bahan Bakar
26
Gambar 14 Pintu pengeluaran bahan bakar 4. Cerobong Gas Buang
Saat pengujian berlangsung, asap yang dihasilkan mampu keluar dengan lancar melewati cerobong, tetapi terdapat asap yang keluar dari pintu pemasukan bahan bakar. Hal itu di sebabkan oleh ukuran cerobong yang berada di bagian dalam dinding tungku kurang lebar. Gambar cerobong gas buang dapat dilihat pada Gambar 15.
Gambar 15 Cerobong gas buang
27 kebutuhan udara pembakaran bahan bakar, laju volumetric udara masuk, laju pembakaran bahan bakar, suhu yang dihasilkan selama pembakaran bahan bakar, dan ukuran ruang pembakaran di dalam tungku. Faktor-faktor tersebut akan mempengaruhi kecepatan didih air, kehilangan panas pada sistem, dan panas efektif. Secara keseluruhan, semua faktor tersebut akan mempengaruhi efisiensi sistem. Data rata-rata suhu hasil pengujian dapat dilihat pada Gambar 16.
Gambar 16 Grafik pengamatan suhu steam boiler
Analisis Pindah Panas Sistem
Pindah panas yang terjadi pada sistem (tungku dan tangki air) meliputi pindah panas konduksi, konveksi dan radiasi. Perpindahan panas secara konduksi adalah perambatan panas yang tidak disertai dengan perambatan massa. Konduksi biasanya terjadi pada zat padat. Nilai konduksi yang melalui media tertentu tergantung pada geometri media, ketebalan dan bahan media tersebut yaitu nilai konduktivitas termal bahan (Gengel 2001). Pindah panas konduksi dalam sistem antara lain terjadi pada permukaan dinding dalam tungku ke permukaan dinding luar tungku, pindah panas dari permukaan dinding dalam tangki ke permukaan dinding luar tangki.
Perpindahan panas secara konveksi terjadi pada aliran pindah panas dari udara pembakaran ke dinding dalam tungku, pindah panas dari permukaan luar tungku ke lingkungan, pindah panas dari udara hasil pembakaran ke tangki pemasak, pindah panas dari bahan yang dimasak ke dinding dalam tangki, pindah panas dari permukaan dinding luar tangki ke lingkungan. Pindah panas secara radiasi terjadi pada saat pindah panas dari api pembakaran ke sekitarnya, pindah panas dari permukaan dinding luar tangki ke lingkungan.
28
percobaan tidak dapat dihitung seluruhnya. Nilai panas yang dapat dihitung meliputi kehilangan panas pada dinding tegak tungku sebesar 1.905 x 104 kJ. kehilangan panas karena aliran udara sebesar 1.117 x 106kJ dan kehilangan panas pada dinding tangki sebesar 225 kJ. Sedangkan panas pembakaran bahan bakar yang digunakan untuk menaikkan suhu sebesar 3.275 x 106 kJ, dan energi panas termanfaatkan yang diterima oleh air untuk menaikkan suhu air dan untuk penguapan sebesar 4.752 x 105 kJ. Karena panas pembakaran dari hasil penjumlahan panas yang hilang dari sistem tungku tidak dapat terukur saluruhnya, maka dalam perhitungan nilai efisiensi pembakaran dan efisiensi pemasakan juga tidak diperhitungkan. Sehingga nilai analisis pindah panas sistem hanya menghitung efisiensi sistem keseluruhan. Diasumsikan bahwa panas radiasi sinar matahari tidak mempengaruhi sistem yang diukur dan diasumsikan juga pindah panas terjadi pada keadaan mantap.
Lama Pemanasan Air Dan Laju Uap
Dengan bahan bakar yang sama, masing-masing pengujian memiliki waktu yang berbeda untuk mendidihkan air. Pada ketiga percobaan yang dilakukan, pemicu api meggunakan kayu bakar kemudian di nyalakan dengan bahan bakar minyak. Pemanasan 320 lt air dilakukan dari api mulai menyala stabil sampai air mendidih pada suhu 100o C kemudian dilanjutkan selama 2 jam untuk menghitung laju uap setiap jamnya. Data hasil pengujian untuk mendapatkan laju penguapan dapat dilihat pada Tabel 14. sama. Hal ini dapat disebabkan karena ketidakseragaman jenis kayu dari serbuk gergaji. Berdasarkan pengamatan secara visual, serbuk gergaji yang berwarna gelap menghasilkan nyala api yang lebih besar daripada serbuk gergaji yang berwarna lebih terang. Faktor cuaca dan kondisi kelembaban di dalam tungku juga berpengaruh pada laju uap.
Efisiensi Sistem
29 bahan bakar yang butuhkan maka efisiensi akan meningkat. Dengan kata lain. nilai efisiensi akan semakin besar apabila energi panas yang termanfaatkan untuk memanaskan air di dalam tangki semakin besar dan energi yang terbuang ke lingkungan sedikit. Data hasil pengujian akhir boiler dapat dilihat pada Tabel 15. Tabel 15 Data hasil pengujian akhir
Parameter Nilai
Massa air 320 kg
Laju bahan bakar 69.3 kg/jam
Laju uap 82.9 kg/jam
Suhu uap terbentuk 135oC
Jumlah uap terbentuk 165.9 kg
Energi panas bahan bakar 3.275 x 106 kJ/kg
Energi panas terpakai 4.752 x 105 kJ
Energi panas hilang 1.136 x 106 kJ
Efisiensi boiler 22.2 %
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Steam boiler terdiri dari bebrapa bagian diantaranya: pengumpan bahan bakar, tungku dan tangki uap. Pengumpan bahan bakar serbuk gergaji dapat beroperasi dengan baik pada bukaan 2.5 cm dan menghasilkan laju pengumpan rata-rata 69.3 kg/jam. Steam boiler berbahan bakar serbuk gergaji mampu menghasilkan uap dengan suhu 135oC dengan laju produksi uap 82.9 kg/jam. Efisiensi steam boiler adalah 22.2 %.
Saran
30
DAFTAR PUSTAKA
Agustina SE. 1982. Modifikasi Disain Brander Minyak Tanah dan Disain Tungku Serta Penerapannya di Lapangan [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Ali N, Ojha TP. 1976. Parboiling Technology of Paddy. Araullo EV, De PDB, Graham M, editor. Ottawa (CA): Rice Postharvest Technology, International Development Research Centre. hlm 163-204.
Budiman N. 1990. Mempelajari Laju Pembakaran Bahan Bakar Kayu dengan Pemberian Dimensi dan Bentuk, Analisis Pindah Panas, dan Efisiensi Tungku Masak [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Burhanudin A. 1981. Mempelajari Pengaruh Proses Pratanak (parboiling) Padi Terhadap Rendemen dan Sifat-Sifat Fisik Beras yang Dihasilkan dari Dua Varietas Padi [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Djatmiko ATW. 1986. Desain dan Uji Penampilan Tungku Bahan Bakar Arang dengan Pemberian Sekat Udara [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Djokosetyarjo MJ. 1989. Ketel Uap. Jakarta (ID): Pradnya Paramita.
Febriyantika. 1998. Studi Kelayakan Kulit Kakao Sebagai Bahan Bakar Alternatif Pada Tungku Biomasa [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Gengel YA, Turner RH. 2001. Fundamentals of Thermal Fluid Science. New
York (US): McGraw-Hill.
Hasbullah R. 2011. Beras Pratanak adalah VHT pada Gabah. [diunduh 2011 Jun 12]. Tersedia pada http://rokhani.staff.ipb.ac.id/.
Kadiman K. 2006. Sumber Energi Terbarukan. METI (ID). Ed 04/11/2006.
Nurhaeni S. 1980. Mempelajari Kebutuhan Panas dan Kecepatan Pengeringan Pengolahan Parboiled Rice [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Patiwiri AW. 2006. Teknologi Penggilingan Padi. Jakarta (ID): Gramedia Pustaka
Utama.
Soetrisno U.S.S dan R.R.S. Apriyantono. Formula Karbohidrat dan Protein Terolah untuk Makanan Jajanan Glikemik Tinggi. Proseding Temu Ilmiah Kongres XIII PERSAGI 2005 Denpasar Bali, pp. 349 : 352.
Tjiptadi W, Nasution MZ. 1985. Padi dan Pengolahannya. Bogor (ID): Agro Industri Press.
Widowati, S. 2008. Pengolahan Beras Pratanak. [diunduh 2013 September 16]. Tersedia pada http://www.pustaka.litbang.deptan.go.id/bppi/lengkap/
bpp08086.pdf
Wimberly JE. 1983. Paddy Rice Postharvest Industry in Developing Countries. Manila (PH): International Rice Research Institute.
31 Lampiran 1 Hasil Pengujian Ulangan Pertama
32
Lampiran 2 Hasil Pengujian Kedua
33 Lampiran 3 Hasil Pengujian Ketiga
34
Lampiran 4 Perhitungan
1. Energi Panas Bahan Bakar (Qinput) Data yang diketahui:
Laju bahan bakar (Mt) = 69.3 kg/jam Waktu pemanasan (t) = 2.97 jam
Nilai panas bahan bakar (U) = 15.9 x 103 kJ/kg 3. Panas hilang pada dinding tegak tungku (Qr1)
E = 0.9
35
36
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Grobogan, 12 September 1988 dari ayah Supriyadi Aris dan Ibu Dyah Nursanti. Penulis adalah putra kedua dari empat bersaudara. Tahun 2007 penulis lulus dari SMA Negeri 3 Semarang dan pada tahun yang sama penulis lulus seleksi masuk Institut Pertanian Bogor melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB dan diterima di Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian.
Selama masa perkuliahan penulis pernah asisten praktikum Gambar Teknik (2010/2011) dan aktif dalam Organisassi Mahasiswa Daerah (OMDA) Paguyuban Putra kota Atlas Semarang sebagai ketua (2009/2010) serta divisi latihan UKM Agria Suara. Penulis melaksanakan Praktik Lapangan di Pabrik Gula Madukismo Yogyakarta serta mendapat dana dari dikti pada PKM Kewirausahaan tahun (2009).
Penulis juga aktif mengikuti lomba seni suara mewakili IPB di tingkat nasional dan internasional. Beberapa prestasi yang pernah diraih oleh penulis antara lain ialah meraih Gold Medal untuk kategori Male Choir dan Silver Medal
untuk kategori Mix Choir pada “Festival Paduan Suara ITB XXI” (2008), meraih
