1 BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Menurut mantan Sekjen OPEC, Subroto, seperti dikutip majalah Energi edisi Agustus 2000, dalam 18 tahun ke depan Indonesia tidak dapat dikatakan lagi sebagai negara produsen minyak bila tidak ditemukan cadangan baru. Sebab dengan cadangan terbukti saat ini sebesar 9,85 milyar barrel dan produksi 1,5 juta barrel per hari (bph), hanya mampu bertahan untuk 18 tahun ke depan.
Batubara adalah jawaban untuk alternatif energi masa depan Indonesia. Menurut Theo Matasak, dosen Teknik Geologi Institut Teknologi Bandung, sumber daya alam terbesar yang terkandung di seantero bumi Nusantara adalah batu bara. Diperkirakan terdapat sumber daya batu bara sebanyak 36 milyar ton lebih. Penyebaran bahan baku dari fosil tumbuhan yang membatu sejak 30 juta tahun lalu ini hampir merata di Tanah Air. Diantaranya yang menjadi pulau utama adalah Sumatera dan Kalimantan, sedangkan di Sulawesi, Jawa, dan Irian Jaya juga ada, walau tidak banyak. Oleh karena itulah maka Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral (DESDM) melalui ”Blueprint Pengelolaan Energi Nasional 2005-2025”, telah menata kembali energy-mix nasional dengan menempatkan batu bara sebagai salah satu sumber energi andalan. Jika peran batubara hanya 14% pada tahun 2005, maka akan dinaikkan menjadi 33% pada tahun 2025. Sebaliknya, peran BBM diturunkan dari 54% (2005) menjadi 33% (2025). Namun saat ini baru sekitar 40% dari kemampuan produksi nasional (setara 28 juta ton pertahun) yang dimanfaatkan untuk keperluan pembangkit listrik sedangkan untuk bahan bakar primer, persentasi penggunaan batubara lebih kecil lagi, yakni sekitar 32 juta ton pertahun, atau 15% dari total energy-mix nasional.
2
masyarakat miskin yang tidak mampu membeli minyak tanah. Namun hal ini masih juga kurang mendapatkan respon masyarakat, karena briket batu bara masih mengandung beberapa kelemahan antara lain adanya polusi udara terutama bau dan asap, di samping perlu waktu (5-10 menit, tergantung kualitas briket batu bara) untuk menyulutnya, setelah menyala pun besar api agak sulit diatur
Cara mengatasi hal tersebut salah satunya adalah dengan mengatur dan membuat sistem pembakar sedemikian hingga menghasilkan pembakaran yang sempurna. Pembakaran yang sempurna, selain mengurangi emisi secara signifikan, juga akan membuat kinerja dan efesiensi penggunaan energi menjadi optimal.
1.2. Perumusan Masalah
Dari pemaparan diatas, maka dapat dirumuskan beberapa pertanyaan mendasar yang akan dipecahkan dalam penelitian ini, yaitu
a. bagaimanakah pengaruh jenis bahan/isolator dan perubahan desain tungku briket batu bara terhadap karaktersitik pembakaran briket batu bara ?
b. bagaimanakah pengaruh jenis bahan/isolator dan perubahan desain tungku briket batu bara terhadap tingkat polusi pembakaran briket batu bara yang terjadi ?
63
DAFTAR PUSTAKA
Amorino,Carlo., Madeddu,Alessandra., Raggio,Gianni., Cau,Giorgio., Zotter,Thomas., 2002, Demonstration Plant of Co-combustion of Coal and on Site Pre-treted Waste in a Fluidized
Bed for Electricity Production, CCT 2002
Biagini,E., Tognotti,L., Mallogni,S., Pasini,S., 2002, Co-Combustion of Coal and Tire Residue in A Pilot Plant : A Simplied Modeling approach For Scale-Up Predictions of Char
Oxidation, Combust.Sci. and Tech, 174 (11&12) pp. 129-150
Boavida,D., Abelha,P., Gulyurthu,I., Cabrita,I., 2002, Co-combustion of Coal and Non Recyclable Paper and Plastic Waste in a Fluidized Bed Reactor, ICCT, Sardinia, Italy, 21st
Oct
Borman, Gary L., Ragland, Kenneth W., 1986, Applied Combustion, Dept. of Mechanical Engineering Univ of Wisconsin Madison.
Campbell, P. E., 2005. Advanced Combustion and Gasification of Fuel Blends, Northern Ireland Centre for Energy Research and Technology
Fletcher,Thomas H., 1993, Swelling Properties of Coal Chars During Rapid Pyrolisis and Combustion, Fuel, Vol. 72 Number 11, pp. 1485-1495
Gale, Thomas K., Bartholomew, Calvin H., Fletcher,Thomas H., 1995, Decreases in The Swellings and Porosity of Bituminus Coals During Devolatilization at High Heating Rate,
Combustion and Flame 100 : 94-100
Hase, K., Kori, Y., Ohgi, K., 1991, Effect of The Air/Fuel Ratio Fluctuation on The Formation of Nitogren Oxides, Procedings of the First International Conference, Vilamoura, Portugal,
September 3-5, 1991
Herbawamurti, T. E., 2005. Pemanfaatan Energi Batubara, B2TE Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta
Ito, Kenichi., Balingcongan, Romeo M., Fujita, Osamu., 1991, Flameless Combustion of Premixed Gas Within Porous Radiant Burners using a Ceramic Fiber Mat as Burner
Material, Procedings of the First International Conference, Vilamoura, Portugal, September
64
Ismail, S., 1992. Beberapa Alternatif Pemanfaatan Batubara Indonesia Sebagai Usaha Diversifikasi Sumber Energi Primer, Loka Karya Energi. Pertamina-Komite Nasional
Indonesia-World Energy Council, Jakarta
Kerampran, S., Desbordes, D., Veyssiere B., 2000, Study of The Mechanisms of Flame Acceleration in a Tube of Constant Cross Section, Combust. Sci and Tech, Vol. 158, pp.
71-91
Niode, N., 1988. Pembuatan dan Pemanfaatan Briket dari Batubara Kalimantan, Hasil-hasil Loka Karya Energi 9-10 Agustus 1988, Pertamina-Komite Nasional Indonesia-World Energy Council, Jakarta
Prasetyo, Totok.., Effendy, Marwan., 2003, Formulasi Tinggi Nyala Bahan Bakar LPG Di Daerah Stabilitas Nyala, Jurnal Teknik Gelagar, Vol. 14 No. 01, hal. 73-79
Rahardjo, B. S., 1999. Kajian Pembuatan Kokas Briket Batubara Ombilin dengan Proses Karbonasi Tak Langsung pada Suhu Rendah untuk Peleburan Besi Skala Industri Kecil,
Jurnal Sains dan Teknologi Indonesia. Deputi Bidang Teknologi Pengembangan Sumber Daya Alam, BPPT, Jakarta
Santoso, B.., Himawanto, D.A., 2006, Pengaruh Penambahan Plastik Terhadap Karakteristik Pembakaran Briket Sampah Kota, Gema Teknik, Vol. I/Tahun IX Maret 2006, hal. 7-13
Soedjoko, T.S., dan Susilo, W., 1988. Briket Batubara untuk keperluan Industri Kecil, Hasil-hasil Loka Karya Energi 9-10 Agustus 1988, Pertamina-Komite Nasional Indonesia-World Energy Council, Jakarta.
Stevanovic,A., Mehta,S., Walther,D.C., Pello,Fernandes,A.C., 2002, The effect of Fiberglass concentration on The Piloted Ignition of Polypropylene/fibreglass Composite,
Combust.Sci. and Tech, 174 (11&12) pp. 171-186
Sudarno, 2005, Pengaruh baris Sirip Pada Reflektor Radiasi Panas Terhadap peningkatan Efisiensi Kompor Minyak Tanah Bersumbu, Seminar Nasiona T. Elektro UMY, Juli 2005
Sudrajat,R., 2004, The Potential of Biomass Energy Resouces in Indonesia for the Possible Development of Clean Technology Process (CTP), Proceeding of The International
Workshop on Biomass & Clean Fossil fuel Power Plant Technology 2004, Jakarta, pp. II-1
65
Supriyanto, H., 1994. Pemanfaatan Briket Batubara untuk Rumah Tangga dan Industri Kecil bersih lingkungan, Loka Karya Energi 25 -27 Oktober 1994, Pertamina-Komite Nasional
Indonesia-World Energy Council, Jakarta
Sumaryono., Basyuri, Y., 1991. Teknik Penggunaan Batubara sebagai Bahan Bakar dalam Industri Kecil, Loka Karya Energi 3-5 September 1991, Pertamina-Komite Nasional
Indonesia-World Energy Council, Jakarta
Sumaryono, 1995, Proses Pembuatan Biocoal dan Rancangan Tungku Pembakarannya, Puslitbang Teknologi Mineral, Balai Besar Industri Keramik
Werther,J.,Saenger,M.,Hartge,E-U.,Ogada,T.,Siagi,Z.,2000,Combustion of Agricultural Residues, Progress in Energy and Combustion Science 26,pp.1-27
i
LAPORAN PENELITIAN HIBAH BERSAING
Peningkatan Kualitas Pembakaran
Tungku Briket Batu Bara yang Ramah Lingkungan
Untuk Aplikasi di Rumah Tangga
Oleh :
Ir. Subroto, MT.
Patna Partono, ST., MT.
Ir. Jatmiko, MT.
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Oktober 2009
DIBIAYAI OLEH DIREKTORAT JENDERAL PENDIDIKAN TINGGI, DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL
SESUAI DENGAN SURAT PERJANJIAN PELAKSANAAN HIBAH PENELITIAN 074/SP2H/PP/DP2M/IV/2009, TERTANGGAL 06 APRIL 2009
iii RINGKASAN
Munculnya penelitian ini ditujukan untuk menemukan desain tingku briket batu bara yang lebih efisien dan lebih bersih. Efisien dari sisi karakterisasi pembakaran berarti memiliki efisiensi pembakaran yang tinggi sedangkan lebih bersih berarti polusi yang ditimbulkan lebih rendah bila dibandingkan dengan tungku briket batu bara yang telah ada.
Penelitian ini diawali dengan melihat tingkat efisiensi pembakaran dan tingkat polusi udara yang ditimbulkan dari pembakaran briket batu bara dengan menggunakan tungku yang sekarang ada di pasaran, kemudian akan diteliti mengenai pengaruh jenis bahan pembuat tungku terhadap efisiensi pembakarannya, variasi bahan tungku yang digunakan adalah keramik, pasir cetak, batu tahan api dan glasswool, modifikasi desain lainnya adalah efek Air Fuel Ratio, efek penambahan swirl, efek penambahan tutup tungku, efek susunan lobang pembagi udara primer pada dasar tungku, efek penambahan reflektor panas. Setelah modifikasi desain terbaik ditemukan, Sehingga output di tahun I adalah desain tungku dan jenis bahan tungku briket batu bara terbaik.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan kecepatan udara pembakaran berpengaruh terhadap temperatur pembakaran. Kecepatan udara yang semakin besar maka temperatur pembakaran juga akan meningkat sedangkan penambahan pengganggu aliran udara primer memberikan dampak yang kurang signifikan terhadap temperature pembakaran yang dihasilkan. Penambahan reflektor bentuk silinder sudut 45°, 60° dan 90° ternyata dapat menurunkan dan meningkatkan temperatur pada tungku briket batubara. Sedangkan variasi susunan lobang dasar tungku zig-zag menghasilkan kenaikan temperatur tertinggi jika dibandingkan dengan variasi susunan persegi dan melingkar karena variasi susunan zig-zag aliran udaranya lebih merata. Untuk susunan persegi 703 oC pada menit ke- 42, susunan zig-zag 717 o
C pada menit ke- 22 dan susunan melingkar 700 oC pada menit ke- 54 Temperatur yang tertinggi dihasilkan pada susunan zig-zag dan sementara gas buang CO yang terendah dihasilkan pada susunan persegi. Penambahan tutup pada tungku briket batubara berpengaruh pada menurunkan karbon monoksida hasil pembakaran. Sementara jenis bahan/isolator yang mampu menghasilkan temperatur tertinggi adalah keramik yang mampu menghasilkan temperature hasil pembakaran berkisar 900 0C.
iv SUMMARY
The main objective of this research is to find the best coal briquette stove design in order to make the efficient and clean coal briquette stove.
The 1st years research is begin with to investigated the effect of stove material/isolator variations (i.e. casting sand, ceramics, fire bricks and glass wool), increasing air speed variations, swirl shape variations, heat reflector variations, air distributor hole arrangement variations and stove top closing variations to the coal briquette stove combustion and CO pollution characteristics.
v PRAKATA
Puji syukur tim peneliti haturkan kehadirat Allah SWT, karena hanya karena bimbingan Nya lah maka penelitian ini dapat terlaksana dengan baik.
Penelitian dengan judul “Peningkatan Kualitas Pembakaran Tungku Briket Batu Bara yang Ramah Lingkungan Untuk Aplikasi di Rumah Tangga” ini mengupas mengenai upaya mencari desain tungku briket batubara yang lebih efisien dan lebih bersih guna aplikasi dalam rumah tangga.
Tim Peneliti mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada DP2M Ditjen Dikti Depdiknas atas dibiayainya program penelitian ini melalui Program Penelitian Hibah Bersaing Tahun Anggaran 2009, Tim Peneliti juga mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada semua pihak terkait atas segala dukungannya demi terselenggaranya penelitian ini.
Akhir kata, peneliti menyadari bahwa penelitian ini belum sempurna, sehingga peneliti mengharapkan sumbang saran yang konstruktif demi semakin sempurnanya penelitian ini.
Surakarta, Oktober 2009
vi
Bab III. Tujuan dan Manfaat Penelitian 18 3.1. Tujuan Khusus... 18
3.2. Manfaat penelitian ... 21
Bab IV. Metode Penelitian 19
5.2. Efek Variasi Kecepatan Udara Pada Briket Standar... 32
5.3. Efek Penambahan Pengganggu Aliran Udara Primer Bentuk Segitiga dan Segiempat... 36 5.4. Efek Penambahan Reflektor Bentuk Silinder Sudut 45°, 60° dan 90°... 40 5.5. Efek Susunan Lobang Distributor Udara Pada Lobang Primary Air Flow………. 48 5.6. Efek Penambahan Tutup Pada Tungku Batubara... 56
5.7. Efek Jenis Bahan/Isolator Tungku Batubara ……... 58
Bab. VI. Kesimpulan 60 6.1. Kesimpulan... 60
Daftar Pustaka 63
vii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 4.1. Briket Batubara... 19
Gambar 4.2 Tungku Briket Batubara ………. 19
Gambar 4.3 Anemometer Digital
……….. 20
Gambar 4.4 Thermocouple dan Thermocouple Reader...
20 Gambar 4.5 CO meter... 21
Gambar 4.6 Timbangan Digital ……….. 22
Gambar 4.7 Hygrometer ………….. 22
Gambar 4.8 Thermometer digital……… 23
Gambar 4.9 Stopwatch ……… 23
Gambar 4.10 Pengganggu Aliran Udara………. 23
Gambar 4.11 Reflektor bentuk silinder …………... 24
Gambar 4.12 Susunan lobang dasar tungku ………... 24
Gambar 4.13 Adaptor…………. 25
Gambar 4.14 Blower ………. 25
Gambar 4.15 Tutup Tungku Briket... 26 Gambar 4.16 Skema Peralatan Penelitian ………. 30 Gambar 5.1 Grafik Hubungan Waktu dengan Temperatur pada jarak
0 cm, 1 cm dan 2 cm dari permukaan pada tungku briket batubara yang ada di pasaran...
32 Gambar 5.2 Efek Variasi Kecepatan Udara Terhadap Distribusi
Temperatur...
33 Gambar 5.3 Efek Variasi Kecepatan Udara Terhadap Kadar CO... 34 Gambar 5.4 Grafik Hubungan Waktu dengan Temperatur dan Kadar
CO pada jarak 0 cm, 1 cm dan 2 cm dari permukaan tungku dengan penambahan pengganggu aliran udara primer bentuk segitiga...
38 Gambar 5.5 Grafik Hubungan Waktu dengan Temperatur dan Kadar
CO pada jarak 0 cm, 1 cm dan 2 cm dari permukaan tungku briket batubara dengan penambahan pengganggu aliran udara primer bentuk segiempat...
39 Gambar 5.6 Grafik Hubungan Waktu dengan Temperatur dan Kadar
CO pada jarak 0 cm, 1 cm dan 2 cm dari permukaan tungku briket batubaradengan penambahan reflektor
bentuk silinder sudut 45˚...
42 Gambar 5.7 Grafik Hubungan Waktu dengan Temperatur dan Kadar
CO pada jarak 0 cm, 1 cm dan 2 cm dari permukaan tungku briket batubara dengan penambahan reflektor bentuk silinder sudut 60°.
43 Gambar 5.8 Grafik Hubungan waktu dengan Temperatur dan Kadar
CO pada jarak 0 cm, 1 cm dan 2 cm dari permukaan tungku briket batubara dengan penmabahan reflektor bentuk silinder sudut 90˚...
viii
Gambar 5.9 Grafik Hubungan Waktu dengan Temperatur pada jarak 0 cm dari permukaan tungku dengan penambahan pengarah uadar bentuk segiempat dan penambahan reflektor bulat sudut 90˚...
47 Gambar 5.10 Hubungan temperatur dan kadar CO dengan waktu pada
susunan persegi ...
48 Gambar 5.11 Hubungan temperatur dan kadar CO dengan waktu pada
susunan zig-zag...
50 Gambar 5.12 Hubungan temperatur dan kadar CO dengan waktu pada
susunan melingkar...
48 Gambar 5.13 Hubungan temperatur (T1) dengan waktu pada variasi
susunan persegi, zig-zag dan melingkar... 53 Gambar 5.14 Hubungan temperatur (T2) dengan waktu pada variasi
susunan persegi, zig-zag dan melingkar... 53 Gambar 5.15 Hubungan temperatur (T3) dengan waktu pada variasi
persegi, zig-zag dan melingkar... 54 Gambar 5.16 Hubungan Karbon Monoksida (CO) dengan waktu pada
variasi susunan persegi, zig-zag dan melingkar... 55 Gambar 5.17 Efek Penambahan Tutup Tungku Terhadap Distribusi… 56 Gambar 5.18 Efek Penambahan Tutup Tungku Terhadap Kadar CO… 57 Gambar 5.19 Distribusi Temperatur Pada Tungku Briket Batubara
ix
DAFTAR LAMPIRAN
RINGKASAN
Peningkatan Kualitas Pembakaran Tungku Briket Batu Bara yang Ramah Lingkungan Untuk Aplikasi di Rumah Tangga
Subroto, Patna Partono, Jatmiko Universitas Muhammadiyah Surakarta
Munculnya penelitian ini ditujukan untuk menemukan desain tingku briket batu bara yang lebih efisien dan lebih bersih. Efisien dari sisi karakterisasi pembakaran berarti memiliki efisiensi pembakaran yang tinggi sedangkan lebih bersih berarti polusi yang ditimbulkan lebih rendah bila dibandingkan dengan tungku briket batu bara yang telah ada.
Penambahan tutup pada tungku briket batubara berpengaruh pada menurunkan karbon monoksida hasil pembakaran. Sementara jenis bahan/isolator yang mampu menghasilkan temperatur tertinggi adalah keramik yang mampu menghasilkan temperature hasil pembakaran berkisar 900 0C.
