PENGARUH FORMASI LUBANG UDARA TERHADAP KINE TUNGKU GASIFIKASI BIOMASSA

(1)

ABSTRAK

PENGARUH FORMASI LUBANG UDARA TERHADAP KINERJA TUNGKU GASIFIKASI BIOMASSA

Oleh

FADIL MURDA KUSUMA

Teknologi gasifikasi merupakan salah satu teknologi konversi energi biomassa yang masih penting. Proses gasifikasi meliputi 4 tahap yaitu pengeringan, pirolisis, oksidasi parsial, dan reduksi. Panas yang diperlukan secara kesluruhan dalam teknologi gasifikasi dihasilkan oleh oksidasi parsial. Proses oksidasi memerlukan suplai Oksigen secara memadai. Kinerja tungku dipengaruhi oleh suplai Oksigen ke dalam ruang pembakaran. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh lubang udara terhadap kinerja tungku berbahan bakar biomassa yang dirancang bekerja dengan sistem gasifikasi.

Penelitian ini menggunakan 4 formasi lubang udara yang berbeda. Tabung bakar mempunyai tinggi 30 cm dan diameter 14 cm, lubang udara di alas berdiameter 1 cm, di sisi tabung berdiameter 0,3 cm, dan di sisi atas tabung 0,5 cm. Empat formasi lubang udara yaitu: 1) lubang udara pada alas dan satu baris di sisi atas tabung, (2) sama seperti tabung pertama ditambah lubang udara ¼ dari tabung bakar, (3) sama seperti tabung pertama ditambah lubang udara ½ dari tabung bakar, dan (4) lubang udara pada alas dan seluruh tabung bakar. Pengujian tungku dilakukan berdasarkan uji standar dari Baldwin. Parameter yang akan dianalisa meliputi kebutuhan bahan bakar, waktu mendidihkan, kebutuhan energi spesifik, nyala api, dan efisien termal.

(2)

ABSTRACT

EFFECT ON PERFORMANCE AIR HOLE FORMATION GASIFICATION BIOMASS STOVE

By

FADIL MURDA KUSUMA

Gasification technology is one of the biomass energy conversion technologies are still important. Gasification process includes four stages, namely drying,

pyrolysis, partial oxidation, and reduction. Overall heat required in the gasification technology produced by partial Oxidation. Oxidation processes require adequate Oxygen supply. Furnace performance is influenced by the supply of oxygen to the combustion chamber. This study aimed to determine the effect of air holes on the performance of stoves burning biomass gasification system designed to work with.

This study used four different air hole formation. Fuel tube had a height of 30 cm and a diameter of 14 cm, the air holes in the base was 1 cm diameter, on the tube body was 0,3 cm diameter, and on the top tube body was in diameter 0,5 cm. Four air hole formation, included: 1) air holes on the bottom and a single line at the top of the tube, (2) same as the first air holes plus of ¼ of the fuel tube, (3) same as the first plus air holes of ½ of the fuel tube, and (4) the air holes on the bottom and around the fuel tube. The test was based on standard test furnace Baldwin. The all parameters to be analyzed included fuel consumption, boiling time, from specific energy, flame, and thermally efficient.

(3)

(4)

PENGARUH FORMASI LUBANG UDARA TERHADAP

KINERJA TUNGKU GASIFIKASI BIOMASSA

(

Skripsi

)

Oleh

FADIL MURDA KUSUMA

JURUSAN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS LAMPUNG

(5)

DAFTAR GAMBAR

Teks

Gambar

Halaman

1. Dapur tradisional konsumsi banyak kayu, ruangan luas, asap banyak ...

(6)

10. Tungku pot tradisional ...

14. Pengaruh formasi lubang udara terhadap waktu mendidihkan ...

Error! Bookmark not defined.

15. Pengaruh formasi lubang udara terhadap kebutuhan energi ...

20. Pengaruh formasi lubang udara terhadap efisiensi termal ...

21. Pengaruh formasi lubang udara terhadap daya output pada kompor ...

22. Bahan bakar kayu yang digunakan saat pengujian ...

(7)

23. Pengukuran kayu menggunakan timbangan digital Tanita ...

24. Pengukuran suhu air mendidih dengan menggunakan termokopel ...

25. Pada saat proses gasifikasi berlangsung ...

(8)

DAFTAR ISI

Halaman DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR TABEL ... vi

DAFTAR GAMBAR ... vii

I. PENDAHULUAN ...

1.1. Latar Belakang ...

1.2. Tujuan Penelitian ...

1.3. Manfaat Penelitian ...

II. TINJAUAN PUSTAKA ...

2.1. Biomassa ...

2.2. Kompor Biomassa ...

2.3. Bahan Bakar ...

(9)

2.4. Teknologi Gasifikasi ...

III. METODE PENELITIAN ...

(10)

(11)

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2008. Biomassa. http://www.wikipedia.org. Diakses 4 Oktober 2011. Abdullah, K. 2003. Biomas Potensi dan Pemanfaatan di Indonesia. Departemen

Pertanian Teknik IPB. Bogor.

Baldwin, S., 1987. Biomass Stoves: Engineering Design, Development and

Dissemination.Volunteers in Technical Assistance. Arlington, VA, USA.

Belonio, A.T. 2005. Rice Husk Gas Stove Handbook. Departement of Agricultural Engineering an Environtmental Management. Central Philipipnes University. Iloilo. Philippines.

Bhattacharya S.C., and M.A. Leon. 2005. Prospects for Biomass Gasifiers for Cooking Applications in Asia. World Renewable Energy Regional Conference. 17-21 April 2005. Jakarta.

Bilad, R.M. 2010. Teknologi Gasifikasi Biomassa Alternatif Solusi Bahan Bakar Oven Tembakau. Dikutip dari www.m.sasak.org tanggal 4 Oktober 2011.

Daryanto. 2007. Energi; Masalah dan pemanfaatannya Bagi Kehidupan Manusia. Yogyakarta: Pustaka Widyatama.

Alvenher, E. 2012. Pengaruh Lebar Celah dan Selimut Panci Terhadap Kinerja Tungku Rumahan. Universitas Lampung. Bandar Lampung.

Harahap, J.N. 2009. Uji Kinerja Kompor Gas “Belonio” Menggunakan Sekam Padi, Serutan Kayu, Tatal Kayu, dan Ampas Biji Jarak. Universitas Lampung. Bandar Lampung.

Haryanto, A. dan R. Hartanto. 2007. Towards Revitalization of Biomass Gasification Technology. Disampaikan dalam seminar Perteta 15 - 17 November 2007. Bandar Lampung.

Lanya, B. 2005. Energi Pertanian. Universitas Lampung. Bandar Lampung. Nurhuda, M. 2008. Kompor Biru Berbahan Bakar Sampah. Majalah Gatra 9 Juli

(12)

Pambudi, N.A. 2008. Menyulap Biomassa Menjadi Energi. Dikutip dari http://netsains.com tanggal 3 September 2009.

Rezaiyan, J. dan N.P. Cheremisinoff. 2005. Gasification Technologies: A Primer for Engineers and Scientists. Taylor & Francis Group LCC. USA.

Suyitno. 2007. Pengolahan Sekam Padi Menjadi Bahan Bakar Alternatif Melalui Proses Pirolisis Lambat. Dikutip dari www.balitbangda.go.id tanggal 3 September 2009.

Suyitno. 2008. Teknologi Gasifikasi Biomasa untuk Penyediaan Listrik dan Panas Skala Kecil Menengah. Dalam Kumpulan Potret Hasil Karya IPTEK. UNS. Surakarta.

(13)

I

.

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Energi dikategorikan ke dalam dua jenis berdasarkan ketersediaannya, yaitu unrenewable energy (energi tidak terbarukan) dan renewable energy (energi

terbarukan). Sumber energi fosil seperti minyak bumi, batu bara, dan gas alam termasuk ke dalam unrenewable energy. Enam puluh persen lebih penduduk Indonesia menggunakan minyak tanah untuk kebutuhan hidup, sementara konsumsi LPG masih terbatas untuk level menengah ke atas kurang dari 10 % (Departemen ESDM Ditjen MIGAS, 2008). Data di atas menggambarkan masyarakat Indonesia umumnya masih bergantung pada sumber energi fosil dalam memenuhi kebutuhan energi sehari-hari.

Minyak tanah dan LPG (Liquified Petroleum Gas) merupakan bahan bakar yang tidak dapat diperbaharui, persediaannya terbatas, dan semakin lama akan habis. Peningkatan penggunaan minyak tanah dan LPG yang semakin meningkat setiap tahunnya tidak diimbangi dengan ketersediaannya, sehingga menimbulkan

kelangkaan energi yang berakibat pada sulit dan mahalnya bahan bakar tersebut. . Solusi untuk mengatasi masalah tersebut adalah dengan mencari energi alternatif yang tepat guna untuk bisa dipakai oleh masyarakat

Sesungguhnya negara Indonesia mempunyai potensi yang luar biasa mengenai sumber-sumber energi alternatif. Beberapa energi alternatif yang bisa

(14)

angin, tenaga air, tenaga surya, dan biomassa. Secara keseluruhan, Indonesia sebenarnya memiliki potensi energi terbarukan sebesar 311,23 GW, namun kurang lebih hanya 22% yang dimanfaatkan. Sumber energi alternatif yang besar peluangnya untuk dikembangkan pemanfaatannya di Indonesia ialah energi biomassa. Indonesia memiliki sumber biomas yang melimpah, sehingga potensi untuk menjadikannya sebagai sumber energi (bahan bakar) sangatlah besar.

Potensi energi biomassa di Indonesia sebesar 50.000 MW, namun hanya 320 MW yang sudah dimanfaatkan atau hanya 0,64% dari seluruh potensi yang ada. Potensi biomassa di Indonesia bersumber dari produk samping sawit, penggilingan padi, kayu, plywood, pabrik gula, kakao, dan limbah industri pertanian lainnya (Mahajoeno, 2008). Biomassa yang digunakan di Indonesia sebagai sumber energi terutama untuk bahan bakar masih lebih banyak pada sektor tradisional, berupa penggunaan sebagai kayu bakar untuk keperluan rumah tangga di pedesaan.

Penggunaan biomassa secara lebih efisien, memungkinkan penggunaan biomas sebagai sumber energi pada sektor modern. Penggunaan biomassa di sektor modern berarti dikaitkan dengan fasilitas modern misalnya sebagai penggerak motor bakar serta mampu dimanfaatkan berujud energi mekanik atau listrik dengan sumber yang tersentralisasi. Penggunaan biomassa secara modern sebagai contoh dengan cara diubah ke wujud gas baik dengan cara anaerobic digestion maupun melalui gasifikasi, masih sangat terbatas penerapannya.

(15)

gasifikasi biomas juga masih sangat sedikit dilakukan. Teknologi gasifikasi bisa menghasilkan bahan bakar gas yang sangat fleksibel penggunaannya, mulai dari untuk memasak dengan nyala yang bersih sampai untuk menjalankan motor penggerak (motor busi, motor diesel, maupun turbin). Teknologi gasifikasi memungkinkan masyarakat pelosok yang tidak terjangkau dapat memperoleh sumber energi, baik berupa energi panas, energi mekanik, maupun energi listrik secara efisien dengan menggunakan bahan bakar lokal. Gasifikasi biomassa dapat dilakukan dengan skala kecil sehingga sangat prospektif untuk dikembangkan di pedesaan dan wilayah terpencil.

(16)

Berdasarkan gambaran dan penjelasan di atas terutama pada pendistribusian oksigen atau udara pada proses pembakaran dan nyala api yang dihasilkan oleh gasifikasi, diperlukan adanya lubang udara sekunder yang tepat pada suatu rancangan kompor gasifikasi agar pendistribusian oksigen bisa merata ketika proses oksidasi. Oleh karena itu, penelitian ini diharapkan bisa mengetahui pengaruh lubang udara sekunder terhadap kinerja tungku gasifikasi biomassa dan bisa menghasilkan kompor biomassa dengan kinerja yang lebih baik, sehingga bisa digunakan oleh masyarakat sebagai energi alternatif.

1.2. Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh formasi lubang udara terhadap kinerja kompor biomassa dengan teknologi gasifikasi.

1.3. Manfaat Penelitian

(17)

II

.

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Biomassa

Salah satu sumber energi alternatif yang besar peluangnya untuk dikembangkan pemanfaatannya di Indonesia ialah energi biomassa. Indonesia memiliki sumber biomassa yang melimpah, sehingga potensi untuk menjadikannya sebagai sumber energi (bahan bakar) sangatlah besar. Sebagai sumber energi, biomassa memiliki beberapa keuntungan terutama dari sifat terbarukannya, dalam arti bahan tersebut dapat diproduksi ulang. Selain itu, dari segi lingkungan, penggunaan biomassa sebagai bahan bakar memiliki 2 segi positif yaitu 1) bersifat mendaur ulang CO2, sehingga emisi CO2 ke atmosfir secara netto berjumlah nol, dan 2) sebagai sarana mengatasi masalah limbah pertanian.

Menurut Daryanto (2007), Biomassa adalah keseluruhan makhluk hidup (hidup atau mati), misalnya tumbuh-tumbuhan, binatang, mikroorganisme, dan bahan organik (termasuk sampah organik). Unsur utama dari biomassa adalah

bermacam-macam zat kimia (molekul) yang sebagian mengandung atom karbon. Bila kita membakar biomassa, karbon tersebut dilepaskan keudara dalam bentuk karbon dioksida (CO2). Energi biomassa merupakan energi tertua yang telah digunakan sejak peradaban manusia dimulai, sampai saat inipun energi biomassa masih memegang peranan penting khususnya di daerah pedesaan.

(18)

pertanian, hutan, peternakan atau bahkan sampah. Biomassa (bahan organik) dapat digunakan untuk menyediakan panas, membuat bahan bakar, dan membangkitkan listrik, hal ini disebut bioenergi. Bioenergi berada pada level kedua setelah tenaga air dalam produksi energi primer terbarukan di Amerika Serikat (Anonim, 2008).

Indonesia terdapat cukup banyak atau mempunyai potensi sumber energi alternatif yang dapat dikembangkan, baik dengan penerapan teknologi tinggi maupun teknologi sederhana. Indonesia memiliki potensi energi terbarukan sebesar 311,23 GW, namun kurang lebih hanya 22% yang dimanfaatkan. Sumber energi terbarukan yang tersedia antara lain bersumber dari tenaga air (hydro), panas bumi, energi surya, energi angin, dan biomassa. Potensi energi terbarukan di Indonesia banyak belum dimanfaatkan karena harga BBM masih murah. Pada Tabel 1 dijelaskan, Indonesia memiliki potensi energi biomassa sebesar 50.000 MW, tetapi hanya 320 MW yang dimanfaatkan atau hanya 0,64 % dari seluruh potensi yang ada (Sodikin, 2011).

Tabel 1. Potensi energi terbarukan di Indonesia

Sumber Potensi (MW) Energi Terpasang

(MW) Pemanfaatan (%)

Sumber: Ditjen Listrik dan Pemanfaatan Energi, 2001.

Potensi biomassa yang besar di negara, hingga mencapai 49,81 GW tidak

(19)

potensi yang ada dengan menambah jumlah kapasitas terpasang, maka akan membantu bahan bakar fosil yang selama ini menjadi tumpuan dari penggunaan energi. Hal ini akan membantu perekonomian yang selama ini menjadi boros akibat dari anggaran subsidi bahan bakar minyak yang jumlahnya melebihi anggaran sektor lainnya.

Energi biomassa menjadi penting bila dibandingkan dengan energi terbaharukan karena proses konversi menjadi energi listrik memiliki investasi yang lebih murah bila dibandingkan dengan jenis sumber energi terbaharukan lainnya. Hal inilah yang menjadi kelebihan biomassa dibandingkan dengan energi lainnya. Proses energi biomassa sendiri memanfaatkan energi matahari untuk merubah energi panas menjadi karbohidrat melalui proses fotosintesis yang selanjutnya diubah kembali menjadi energi panas (Prambudi, 2008).

Biomassa sebagai sumber energi di Indonesia umumnya diperoleh dari : - Areal hutan (limbah tebangan, patahan cabang, dan ranting)

- Pertanian (limbah pertanian)

- Perkebunan (limbah pasca panen dan limbah pengolahan) - Areal pemukiman (pohon, tanaman kayu, tinja dan sampah) - Peternakan (kotoran ternak)

- Limbah (dari beberapa jenis industri)

(20)

limbah perkebunan kelapa. Pada Tabel 2, dijelaskan tentang potensi limbah biomassa di Indonesia.

Tabel 2. Potensi limbah di Indonesia

Sumber Kuantitas

(106 ton)

Energi (106 GJ)

Perkebunan karet 41,0 120

Limbah penebangan hutan 4,5 11

Indonesia diperkirakan memproduksi biomassa sebesar 146,7 juta ton/tahun atau setara dengan sekitar 470 juta GJ/tahun (Abdullah, 2003). Sementara nilai potensi biomassa nasional secara keseluruhan termasuk biomassa yang masih belum terjamah manusia yaitu sekitar 58 GW (Haryanto, 2007). Ada beberapa cara untuk mengolah biomassa menjadi energi secara lebih bersih efisien, di antaranya adalah gasifikasi. Gasifikasi merupakan suatu proses untuk mengkonversi

material karbon seperti batubara, minyak dan biomassa menjadi karbon monoksida dan hidrogen dengan mereaksikan material pada temperatur tinggi dengan mengontrol oksigen. Hasil campuran gas disebut gas sintesis (synthesis gas) atau biasa disebut dengan syngas. Gasifikasi merupakan metode yang efisien

(21)

2.2. Kompor Biomassa

Kompor biomassa merupakan kompor berbahan bakar biomassa padat. Bahan biomass adalah semua yang berasal dari makluk hidup, seperti kayu, tumbuh-tumbuhan, daun-daunan, rumput, limbah pertanian, limbah rumah tangga, sampah dan lain-lainnya. Komponen terpenting biomassa yang digunakan untuk

pembakaran adalah selulosa dan lingno-selulosa. Sejauh ini biomassa padat terutama kayu sudah dimanfaatkan secara tradisional untuk memasak di daerah-daerah pedesaan, baik melalui dapur tradisional maupun pembakaran langsung. Namun, kualitas pembakaran yang jelek mengakibatkan efisiensi pembakaran biomass sangat rendah. Disamping itu, asap pembakaran mengakibatkan polusi udara yang berbahaya bagi kesehatan. Pada Gambar 1, dapat dilihat dapur tradisional secara umum yang ada di masyarakat Indonesia.

Gambar 1. Dapur tradisional konsumsi banyak kayu, ruangan luas, asap banyak (Nurhuda, 2008).

(22)

monoksida (CO), dan metana (CH4) adalah gas-gas yang dapat terbakar, sehingga dapat dimanfaatkan menjadi bahan bakar. Untuk meningkatkan efisiensi

penggunaan biomassa sebagai bahan bakar, maka asap yang dihasilkan pada proses pengarangan harus dibakar lagi untuk kedua kali dan menghasilkan api yang mempunyai nyala yang lebih bersih (Nurhuda, 2008). Pada Gambar 2, dijelaskan struktur kompor biomassagasifikasi.

Gambar 2. Struktur kompor biomassa gasifikasi (Nurhuda, 2008). Tabung Luar

Udara Sekunder

Kayu, sekam padi, serbuk kayu

(23)

Komponen dan fungsi dari bagian-bagian kompor biomassa gasifikasi sebagai berikut :

a. Reaktor

Bagian reaktor berfungsi sebagai tempat bahan bakar biomassa dan tempat dimana proses gasifikasi dan combustion berlangsung. Bagian reaktor ini terdiri dari dua lapis silinder seng yaitu tabung luar dan tabung dalam. b. Lubang udara

Kompor biomassa gasifikasi terdapat 2 jenis lubang udara yaitu lubang udara primer dan lubang udara sekunder. Lubang udara primer mempunyai fungsi membantu proses pembakaran gasifikasi yang akan menghasilkan gas. Lubang udara sekunder mempunyai fungsi pembentukan gas yang dihasilkan dari proses gasifikasi biomassa.

c. Burner

Burner berfungsi sebagai tempat berlangsungnya pembakaran gas hasil gasifikasi yang digunakan untuk memasak, burner juga merupakan tempat masuknya udara sekunder untuk membantu pembakaran gas. Karena itu burner juga merupakan tempat menaruh wajan atau panci.

Besarnya energi yang dihasilkan oleh pembakaran suatu bahan bakar bergantung pada :

- jumlah karbon yang dikandung dan bentuk senyawanya. - sempurna atau tidaknya pembakaran.

(24)

1. Kandungan Karbon

Semakin besar kandungan karbon dalam suatu bahan, makin baik fungsi bahan tersebut sebagai bahan bakar karena akan menghasilkan energi yang lebih besar.

2. Pembakaran Sempurna (complete combustion)

Pembakaran disebut sempurna bila seluruh unsur karbon yang bereaksi dengan oksigen menghasilkan hanya CO2. Pembakaran yang tidak sempurna akan menghasilkan zat arang (C), gas CO, CO2, atau O. Secara umum, pembakaran biomassa dengan oksigen dapat dilukiskan sebagai berikut:

CHxOy + O2 CO2 + H2O

3. Pembakaran Habis

Pembakaran bahan bakar disebut pembakaran habis (habis terbakar) bila seluruh karbon dalam bahan bakar bereaksi dengan oksigen.

2.3. Bahan Bakar

(25)

Menurut Arntzen (1994), sifat fisik kayu adalah karakteristik kuantitatif dan kemampuan untuk tahan terhadap pengaruh dari luar. Sifat fisik ini sangat penting untuk diketahui karena punya pengaruh besar terhadap kekuatan dan tampilan kayu. Menurut Haygreen dan Bowyer (1989), sifat fisik kayu ditentukan oleh 3 ciri, yaitu:

- porositas atau ukuran volume rongga, yang dapat diperkirakan dengan mengukur kerapatannya.

- organisasi struktur sel, yang meliputi struktur mikro dinding sel, variasi dan ukuran besarnya sel.

- kandungan air.

Beberapa hal yang tergolong dalam sifat kayu adalah berat jenis, keawetan alami, higroskopik, berat volume dan kekerasan. Kayu memiliki berat jenis yang

berbeda-beda, berkisar antara minimum 0,2 (kayu biasa) hingga 1,28 (kayu nani/kayu lara). Tatal kayu yang digunakan pada pengujian kompor gas berbahan bakar biomassa ini adalah kayu yang dipotong-potong kecil dengan bentuk tidak beraturan. Nilai kalori yang terkandung pada tatal kayu ialah sekitar 19.674 kJ/kg. (Lanya. 2005). Pengisian sekam padi sebanyak 90% volume tabung reaktor kompor belonio diperoleh berat rata-rata 0,673 kg.

(26)

2.4. Teknologi Gasifikasi

Teknologi gasifikasi biomassa merupakan teknologi yang relatif sederhana dan mudah pengoperasiannya serta secara teknik maupun ekonomi adalah layak untuk dikembangkan. Teknologi gasifikasi biomassa sangat potensial menjadi teknologi yang sepadan untuk diterapkan di berbagai tempat di Indonesia. Menurut Suyitno (2007), Gasifikasi adalah suatu proses perubahan bahan bakar padat secara termo kimia menjadi gas, dimana udara yang diperlukan lebih rendah dari udara yang digunakan untuk proses pembakaran. Selama proses gasifikasi reaksi kimia utama yang terjadi adalah endotermis (diperlukan panas dari luar selama proses berlangsung). Media yang paling umum digunakan pada proses gasifikasi ialah udara dan uap. Produk yang dihasilkan dapat dikategorikan menjadi tiga bagian utama, yaitu padatan, cairan (termasuk gas yang dapat dikondensasikan) dan gas permanen. Gas yang dihasilkan dari gasifikasi dengan menggunakan udara mempunyai nilai kalor yang lebih rendah tetapi disisi lain proses operasi menjadi lebih sederhana.

Menurut Bilad (2010), Gasifikasi terdiri dari empat tahapan terpisah: pengeringan, pirolisis, oksidasi/pembakaran dan reduksi. Keempat tahapan ini terjadi secara alamiah dalam proses pembakaran. Gasifikasi keempat tahapan ini dilalui secara terpisah sedemikian hingga dapat menginterupsi api dan mempertahankan gas mudah terbakar tersebut dalam bentuk gas serta mengalirkan produk gasnya ke tempat lain. Salah satu cara untuk mengetahui proses yang berlangsung pada gasifier jenis ini adalah dengan mengetahui rentang temperatur masing-masing

(27)

 Pengeringan: T > 150 °C

 Pirolisis/Devolatilisasi: 150 < T < 700 °C  Oksidasi/pembakaran: 700 < T < 1500 °C  Reduksi: 800 < T < 1000 °C

Gambar 3. Tahapan proses gasifikasi (bilad, 2010).

(28)

Tabel 3. Perbedaan antara teknologi gasifikasi dan pembakaran langsung

Perbedaan Gasifikasi Pembakaran

Tujuan

Meningkatkan nilai tambah dan kegunaan dari sampah atau material dengan nilai rendah

Membangkitkan panas atau mendestruksi sampah

Jenis Proses

Konversi kimia dan termal menggunakan sedikit oksigen

Produk padatan Arang atau kerak Abu

Temperatur(oC) 700 - 1500 800 - 1000 Tekanan Lebih dari 1 atm 1 atm

Sumber: Rezaian, 2005

Gasifier unggun tetap (fixed bed gasifier) menggunakan sejumlah bahan padat dimana udara dan gas dapat lewat baik ke atas maupun ke bawah. Jenis ini

merupakan tipe yang paling sederhana dan hanya digunakan untuk aplikasi dalam skala kecil yaitu jenis up, down dan cross draft gasifier (Suyitno, 2008). Tipe jenis ini dapat dijelaskan lebih rinci mengenai gasifier unggun tetap (cross draft, up draft, dan down draft).

1.

Up Draft Gasifikasi

(29)

zona reduksi dan zona oksidasi/pembakaran. Pada Gambar 4, dijelaskan proses teknologi gasifikasi tipe up draft gasifikasi.

Gambar 4. Up draft gasifikasi

2. Down Draft Gasifikasi

Pada tipe down draft biomassa dimasukkan dari atas begitu pula udara untuk pembakaran. Produser gas akan mengalir dari bawah reaktor, jadi aliran biomas dan udara searah (co current flow), sedangkan zona pengeringan, zona pirolisis, dan zona reduksi seperti up draft di atas. Kelebihan utama dari tipe down draft adalah menghasilkan produser gas dengan kandungan tar rendah. Pada Gambar 5, dijelaskan proses gasifikasi tipe down draft.

Kelebihan pada gasifikasi tipe down draft:

• Gas yang dihasilkan lebih panas dibandingkan pada sistem updraft.

• Lebih mudah untuk dilanjutkan ke proses pembakaran.

• Teknik pembersihan gas lebih sederhana karena tar yang relatif rendah.

Gas

Char Combustion

(30)

Gambar 5. Down draft gasifikasi

3. Cross Darft Gasifikasi

Pada tipe ini, udara masuk pada kecepatan tinggi melalui nozzle tunggal, termasuk beberapa aliran sirkulasi, dan mengalir sepanjang unggun dari bahan baku dan kokas (char). Tipe ini menghasilkan temperature yang sangat tinggi pada volume yang sangat kecil sehingga menghasilkan gas tar yang rendah. Bahan bakar beserta abu berguna sebagai isolator sepanjang dinding konstruksi gasifier, sehingga mild-steel dapat digunakan sebagai material konstruksi kecuali nozel dan grate-nya. Gasifier tipe cross draft hanya digunakan untuk kandungan bahan bakar dengan kandungan tar rendah. Beberapa yang berhasil menemukan adanya biomassa yang tidak terpiralisa, dan memerlukan pengaturan jarak antara nozzle dan grate. Bahan baku yang tidak tersortir dengan baik cenderung

menyebabkan bridging, dan chanelling sehingga menyumbat inti ruang pembakaran yang memicu produksi tar yang tinggi. Ukuran bahan baku juga

Air Air

Gas Rice Husk

Pyrolysis

(31)

sangat penting untuk pengoperasian yang baik. Pada Gambar 6, dijelaskan proses gasifikasi tipe cross draft gasifikasi.

Gambar 6. Cross draft gasifikasi

2.5. Kinerja Kompor Gasifikasi

(32)

Gambar 7. Prinsip Kerja Kompor Biomassa

2.5.1. Lama Memasak

Lama memasak pada kompor gasifikasi ini dapat dihitung berapa lama waktu untuk mendidihkan air dengan stopwacth. Parameter yang digunakan adalah 5 liter air. Lama memasak pada kompor ini tergantung pada temperatur yang dihasikan pada proses oksidasi, semakin tinggi suhu atau temperatur maka semakin cepat air akan mendidih.

2.5.2. Kebutuhan Bahan Bakar

(33)

terpakai semua. Banyaknya energi pemakaian bahan bakar utama dapat digunakan dengan rumus:

……….(1)

Dimana E1 = jumlah energi bahan bakar yang terpakai (kJ) Nb = nilai kalori bahan bakar (kJ/kg)

Bb = banyaknya bahan bakar yang terpakai (kg)

2.5.3. Kebutuhan Energi Spesifik

Energi spesifik dalam kompor gasifikasi dapat dihtung dengan jumlah energi konsumsi yang pakai per massa air yang didihkan ketila memasak. Dapat menggunakan persamaan sebagai berikut :

Espesifik =

………...(2)

Dimana : ESpesifik = jumlah energi per massa air (MJ/kg) Etot = konsumsi energi (MJ)

m = massa air yang didihkan (kg)

2.5.4. Efisiensi Thermal

Nilai efisiensi energi kompor berbahan bakar biomassa adalah berapa nilai panas sensibel dan panas latennya dibagi dengan nilai energi bahan bakar biomassa yang terpakai (Belonio, 2005).

(34)

Dimana: Ql = panas laten (kJ) Qs = panas sensibel (kJ)

Ef = effisiensi kompor biomassa (%) E1= energi dari bahan bakar utama (kJ)

E2= energi untuk penyalaan awal (minyak tanah) (kJ) E3= energi bahan bakar sisa (kJ)

Panas sensibel ialah jumlah energi panas yang digunakan untuk menaikkan temperatur air, sedangkan panas laten yaitu jumlah energi panas yang digunakan untuk menguapkan air.

2.5.5. Emisi Pembakaran

(35)

III

.

METODE PENELITIAN

3.1. Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan pada bulan November 2011 sampai dengan bulan Januari 2012 di bengkel Mekanisasi Pertanian Jurusan Teknik Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Lampung.

3.2. Alat dan Bahan

Alat yang digunakan dalam perancangan kompor biomassa ini yaitu panci, bor listrik, mesin pelipat, gergaji besi, gerinda, stop watch, timbangan, termokopel, alat ukur, penjepit bahan bakar, dan alat tulis. Bahan yang digunakan dalam perancangan kompor biomassa dengan prinsip gasifikasi ini adalah kayu kering, air, besi batangan, seng 0,5 cm, tiner dan cat.

3.3. Prosedur Penelitian

Penelitian ini dirancang menggunakan 4 perlakuan tabung bakar dengan letak lubang yang berbeda dengan 6 pengulangan yaitu:

1) Lubang berada di bawah dan di sisi atas.

(36)

3) Lubang berada di bawah, di sisi tabung dengan tinggi ¼ dari tabung bakar, dan di sisi atas.

4) Lubang berada di seluruh bagian tabung.

 Rancangan Tungku Sederhana

Reaktor ini berfungsi sebagai tempat meletakkan dan membakar bahan bakar yang akan digunakan untuk memasak. Reaktor terdiri dari tabung luar dan tabung dalam. Tabung luar dibuat dari seng 0,5 mm yang dibentuk melingkar berdiameter 28 cm dan memiliki tinggi 40 cm, sedangkan tabung dalam atau tabung bakar berdiameter 14 cm dan memiliki tinggi 30 cm. Tabung luar terdapat satu buah pemasukkan bahan bakar yang berfungsi untuk memudahkan mengisi ulang bahan bakar yang mempunyai ukuran panjang 6 cm, dan lebar 4 cm. Tabung luar juga terdapat pengaturan udara dan tempat pengambilan abu yang berbentuk persegi panjang dengan ukuran panjang 10 cm, lebar 6 cm.

(37)

(A) (B)

(C) (D)

Gambar 1. Rancangan tabung perlakuan A, B, C, D

 Tabung bakar yang pertama, lubang udara hanya berada di alas tabung dan bagian tepi atas tabung. Lubang pada alas berdiameter 1 cm dengan jumlah 20 lubang udara yang berfungsi sebagai aliran udara primer dan pada sisi atas lubang berdiameter 5 mm dengan jumlah 30 lubang udara yang berfungsi sebagai aliran udara sekunder.

 Tabung bakar yang kedua lubang udara berada di alas tabung, di sisi tabung dengan ketinggian ¼ dari tabung bakar atau 7,5 cm dari alas tabung, dan sisi atas tabung. Lubang di sisi berdiameter 3 mm dengan jumlah 224 lubang.

(38)

Lubang di alas tabung dan sisi atas mempunyai ukuran yang sama dengan tabung bakar pertama dengan jumlah 16 lubang udara

 Tabung bakar yang ketiga lubang udara berada di alas tabung, di sisi tabung dengan ketinggian ½ dari tabung bakar atau 15 cm dari alas tabung, dan sisi atas tabung. Lubang disamping berdiameter 3 mm dengan jumlah 448 lubang udara sekunder. Lubang di alas tabung dan sisi atas mempunyai ukuran yang sama dengan tabung bakar pertama dengan jumlah 16.

 Tabung bakar yang keempat lubang udara terdapat pada seluruh bagian tabung. lubang pada alas berdiameter 1 cm berjumlah 40 lubang udara primer. Lubang disamping berdiameter 3 mm dengan jumlah 896 lubang udara.

Pada pengaturan udara berfungsi sebagai pengatura masuknya udara pada saat penyulutan, proses gasifikasi berlangsung, dan pada saat mematikan kompor gasifikasi ini, sedangkan mematikannya pengaturan udara ditutup secara penuh. . Pada Gambar 9, dijelaskan gambar rancangan tungku sederhana yang digunakan dalam penelitian ini.

(39)

Pengujian kompor berbahan bakar biomassa ini dilakukan dengan cara merebus air dengan beberapa perlakuan. Perlakuan yang diuji adalah jumlah air yang direbus dan pengaruh luas lubang udara sekunder. Jumlah air yang direbus yaitu 5 liter. Jumlah bahan bakar digunakan dengan tinggi 75 % dari tinggi tabung bakar. Tidak penuhnya isi bahan bakar dimaksudkan agar ada ruang untuk starter awal atau penyulut api. Setelah melakukan pengujian, hasil dari pengujian akan dibandingkan dengan tungku pot tradisional seperti pada Gambar 10 untuk membandingkan kinerja dari kedua tungku tersebut.

Gambar 3. Tungku pot tradisional

Langkah-langkah melakukan pengujian kompor dengan menggunakan tiap-tiap jenis bahan bakar biomassa:

1) Masukkan bahan bakar ke reaktor dengan 4 perlakuan yaitu a) Tabung bakar dengan lubang di bawah dan di sisi atas.

b) Tabung bakar dengan lubang di bawah, di sisi tabung dengan tinggi ¼ dari tabung bakar, dan di sisi atas.

(40)

d) Tabung bakar dengan lubang di seluruh bagian tabung bakar.

2) Mengisi tabung bakar dengan bahan bakar yaitu kayu kering dengan tinggi 75 % dari tabung bakar. Dari masing-masing perlakuan akan dilakukan 6 kali pengulangan.

3) Bahan bakar yang akan digunakan ditimbang dahulu sebelum dimasukkan ke reaktor.

4) Setelah tabung reaktor terisi bahan bakar, kemudian dinyalakan dengan menggunakan minyak tanah sebagai pancingan. Lubang volume api dibuka. 5) Lalu masak air dalam panci sebanyak 5 liter hingga mendidih. Suhu air diukur

sebelum dimasak dan setelah air mendidih dengan termometer. Lamanya waktu yang dibutuhkan untuk mendidihkan akan dihitung juga dengan stopwatch.

6) Warna nyala api akan diamati secara visual.

7) Setelah air mendidih, dihitung waktu mendidihnya. Kompor dibiarkan menyala hingga bahan bakar habis terbakar semua dan dicatat waktunya. 8) Berat air ditimbang dan buka saringan dibawah kompor untuk mengeluarkan bahan bakar yang habis terpakai, lalu ditimbang juga.

Langkah-langkah penyulutan api :

1) Isi tabung bakar dengan bahan bakar dengan tinggi 75 % dari tabung bakar. 2) Jika bahan bakar memiliki kepadatan tumpukan yang besar, maka hendaknya

disiram minyak tanah lebih dari satu kali (+ 10 ml). 3) Nyalakan api dengan korek api.

(41)

Pengujian dan perhitungannya adalah sebagai berikut:

1) Untuk mengetahui kapasitas bahan bakar yang mampu ditampung oleh sebuah kompor dilakukan pengujian dengan cara menghitung volume tabung reaktor menggunakan rumus:

Cara lainnya mengetahui kapasitas bahan bakar yang mampu ditampung kompor adalah dengan cara memasukan bahan bakar hingga penuh setelah itu mengeluarkannya dan menimbangnya.

2) Mengetahui berapa waktu yang dibutuhkan kompor memanaskan air hingga mencapai titik didih dilakukan pengujian dengan perlakuan merebus 5 liter air. Waktu dicatat dari mulai kompor dinyalakan hingga suhu air mencapai 100o C. 3) Mengukur jumlah panas laten yang terjadi, dilakukan perhitungan dengan

menggunakan rumus:

...(5) Dimana : Ql = panas laten (kJ)

Mam = berat rata-rata air yang menguap (kg) Pl = panas laten air (2260 kJ/kg)

4) Untuk mengukur panas sensibel, digunakan rumus :

………...(6) Dimana : Qs = panas sensibel (kJ)

(42)

Ps = panas spesifik air (4,186 kJ/kg) T2 = suhu rata-rata air akhir (oC) T1 = suhu rata-rata air awal (oC)

5) Untuk mengetahui efisiensi energi kompor (Ef) digunakan persamaan (3): 6) Banyaknya energi pemakaian minyak tanah yang terpakai sebagai penyulutan

nyala api, dapat digunakan dengan rumus:

...(7) Dimana : E2 = energi untuk penyalaan awal (minyak tanah) (kJ)

Nm = nilai kalori minyak tanah (37.674 kJ/l) Bm = banyaknya minyak yang terpakai (l)

3.4. Pengamatan

Pengamatan yang dilakukan dalam penelitian ini antara lain : (1) Kebutuhan bahan bakar, (2) Kebutuhan energi spesifik, (3) Warna nyala api, (4) Waktu untuk mendidihkan air, dan (5) Efisiensi konversi energi oleh kompor

1) Kebutuhan Bahan Bakar

Kebutuhan bahan bakar dihitung berdasarkan total penggunaan bahan bakar dari setiap jenis tabung bakar tersebut (kg) selama proses pembakaran bahan bakar habis terpakai semua. Data akan dianalisis secara statistik.

2) Kebutuhan Energi Spesifik

(43)

3) Warna Nyala Api

Untuk warna nyala api dapat dilakukan dari hasil pengamatan langsung secara visual ketika kompor telah dinyalakan dengan setiap jenis tabung bakar yang digunakan pada tungku gasifikasi. Data akan dianalisis secara statistik.

4) Waktu Untuk Mendidihkan Air 5 Liter

Pengujian dilakukan dengan cara memasak air dengan panci sebanyak 5 liter. Suhu air sebelum dimasak dan setelah mendidih diukur. Lalu dihitung lama waktunya untuk mendidih dengan menggunakan stopwatch. Data akan dianalisis secara statistik.

5) Efisiensi Konversi Energi oleh Kompor Gasifikasi

Efisiensi konversi energi oleh kompor gasifikasi pada penggunaan bahan bakar dari masing-masing jenis bahan bakar dihitung berdasarkan total penggunaan bahan bakar tersebut (kg) selama proses pembakaran dikalikan dengan nilai kalori dari masing-masing jenis bahan bakar. Lalu dihitung pula berapa besar energi jumlah energi dari minyak tanah yang terpakai sebagai penyulutan nyala api dan energi bahan bakar sisa. Data kemudian akan dianalisis secara statistik.

3.5. Analisis Data

(44)

(45)

Dan jika kamu berbuat kebaikan, maka kamu berbuat

kebaikan untuk dirimu sendiri. Dan jika kamu berbuat

kejahatan, maka kamu berbuat kejahatan untuk dirimu

sendiri.

(QS. Al-Isra : 7)

Dan bahwasannya seorang manusia tiada memperoleh

selain dari apa yang telah diusahakannya.

(QS. An-Najm : 39)

Bekerjalah akan duniamu seakan-akan kamu hidup

selamanya. Dan bekerjalah untu akhiratmu seakan-akan

kamu mati esok

(Hadist Riwayat Turmudzl)

Bangunlah pondasi-pondasi kesuksesanmu

untuk meraih cita-cita yang sudah

diimpikan dengan cara yang diridhoi Allah

SWT dan Orang Tua.

(46)

(47)

i

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Bojonegoro Provinsi Jawa Timur pada tanggal 31 Mei 1990, dengan nama Fadil Murda Kusuma. Penulis merupakan anak Pertama dari 3 bersaudara pasangan dari Bapak Waskito Tri Sujarwo dan Ibu Murtin.

Penulis menuntut ilmu pendidikan di TK Bungamayang diselesaikan pada tahun 1996, Yayasan SD Bungamayang diselesaikan pada tahun 2002, Yayasan SLTP Bungamayang diselesaikan pada tahun 2005, SMA Negeri 03 Kotabumi

diselesaikan pada tahun 2008. Kemudian pada tahun 2008, penulis diterima di Jurusan Teknik Pertanian Universitas Lampung melalui jalur PKAB.

(48)

2

Pada Juli sampai dengan Agustus tahun 2011, penulis melaksanakan KKN (Kuliah Kerja Nyata) di Desa Lugusari Kecamatan Pagelaran Kabupaten

Pringsewu dengan tema “ Pengembangan Usaha Perikanan Secara Terpadu “.

Penulis juga pada Januari sampai dengan Februari tahun 2012 melaksanakan Praktik Umum di PTPN VII Unit Usaha Bungamayang Lampung Utara dengan judul “Sistem Manajemen Alat Mesin Pertanian di PTPN 7 Unit Usaha

Bungamayang Kabupaten Lampung Utara”.

Penulis pernah mengikuti “Studium General dan Seminar Nasional Ketahanan Pangan” Unila tahun 2008, “PTPN II (Pekan Teknik Pertanian Nasional II)” Bogor pada tahun 2009, mengikuti “Seminar International Symposium

Agricultural Engineering Towards Sustainable Agriculture in Asia” Bogor pada November 2009, mengikuti “Latihan Kepemimpina Manajemen Islam Tingkat Dasar (LKMI-TD)” Unila tahun 2010, mengikuti “Self Motivation and

Development Training” Unila tahun2010, dan mengikuti “International Seminar

On Horticulture To Support Food Security” Bandar lampung tahun 2010.

(49)

SANWACANA

Segala Puji Syukur penulis panjatkan kepada ALLAH SWT, yang telah melimpahkan anugerah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul “Pengaruh Formasi Lubang Udara Terhadap Kinerja Tungku Gasifikasi Biomassa”, tepat pada waktunya.

Penulis menyadari bahwa selesainya skripsi ini tidak terlepas dari bantuan dan bimbingan berbagai pihak, dan segala sesuatu dalam penulisan skripsi ini jauh dari sempurna mengingat keterbatasan kemampuan dari penulis. Oleh karena itu, Penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak Dr. Ir. Agus Haryanto, M.P., selaku Pembimbing Akademik yang telah membimbing dalam menyelesaikan skripsi.

2. Bapak Ir. Budianto Lanya, M.T., selaku Pembimbing II Skripsi atas arahan bagi penulis.

3. Bapak Dr. Ir. Tamrin, M.S., selaku Pembahas Skripsi atas saran dan masukan bagi penulis.

4. Bapak Dr. Ir. Sugeng Triyono, M.Sc., selaku Ketua jurusan Teknik Pertanian fakultas Pertanian Universitas Lampung atas arahan selama ini bagi penulis. 5. Bapak Prof. Dr. Ir. Wan Abbas Zakaria, M.S., selaku Dekan Fakultas

(50)

6. Keluarga tersayang, Bapak, Ibu, Adikku (Feber Febrianto dan Laras Cahya Ningtyas), Nuvita Rochmadeni yang telah memberi doa dan dukungannya. 7. Saudara-saudaraku TEP 2008.

8. _{Keluarga Besar Civitas Teknik Pertanian.}

Semoga seluruh amal baik yang telah Bapak, Ibu, dan rekan-rekan berikan kepada penulis mendapatkan pahala dari Allah SWT dan karya sederhana ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

Bandar Lampung, 2012

Fadil Murda Kusuma 0814071006

(51)

Sebagai wujud ungkapan rasa cinta,

kasih dan sayang

serta bakti yang tulus,

Kupersembahkan karya kecil ini

teruntuk :

Ayah dan Ibu

Adik-adikku (Feber Febrianto Nugroho dan Laras Cahya

Ningtyas), dan Seluruh Keluarga Besar Waskito Tri Sujarwo

dan Murtin

Serta

Almamater Tercinta

Teknik Pertanian

(52)

V. KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Setelah melakukan penelitian ini, maka didapatkan kesimpulan sebagai berikut: 1) Lubang udara pada kompor gasifikasi biomassa merupakan komponen

yang sangat penting agar proses gasifikasi dapat terjadi dan berpengaruh positif terhadap kinerja kompor gasifikasi biomassa.

2) Pengujian kompor gasifikasi ini memiliki 4 jenis tabung bakar dengan formasi lubang udara yang berbeda-beda, dari pengujian tersebut

didapatkan tabung bakar yang terbaik yaitu tabung bakar dengan formasi lubang udara berada di bawah atau alas, di sisi dengan tinggi ½ dari tabung bakar, dan di sisi atas (Tabung C).

3) Pada Tabung C untuk mendidihkan air sebanyak 5 liter memerlukan waktu selama 16,33 menit dengan rata-rata kebutuhan bakar sebanyak 720 g (12401,63 kJ), energi spesifik 2,27 MJ/kg air, dan mempunyai nilai efesiensi sebesar 19,83 %.

(53)

5.2. Saran