OPTIMASI TUNGKU BERBAHAN BAKAR SEKAM DAN
TEMPURUNG KELAPA DAN ANALISIS TERMAL
HADI ARDIANTO
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
dan Tempurung Kelapa dan Analisis Termal. Dibimbing Oleh Dr. Ir.
Irzaman, M.Si dan Abdul Djamil Husin, M.Si
Pada penelitian sebelumnya telah diteliti efisiensi dan sebaran panas tungku
berbahan bakar sekam padi dan tempurung kelapa dengan diameter bawah 6 cm, 9
cm dan 12 cm. Perlakuan yang dilakukan yaitu tanpa menggunakan plat dan
menggunkan plat. Efisiensi yang dihasilkan untuk perlakuan tanpa menggunakan
plat bahan bakar sekam padi diameter 6 cm, 9 cm, dan 12 cm berturut-turut yaitu
12.50 %, 12.37 %, dan 11.77 % dan tempurung kelapa berturut-turut yaitu 2.41 %,
2.09 %, dan 2.66 %. Untuk efisiensi perlakuan menggunakan plat bahan bakar
sekam padi berturut-turut yaitu 7.76 %, 6.37 %, dan 6.63 % sedangkan tempurung
kelapa 1.53 %, 1.64 %, dan 1.71 %. Sebaran panas yang terjadi pada dinding
reservoir dianalisis dengan metode ineterpolasi lagrange yang diselesaikan secara
komputasi dan untuk mempermudah penggunaannya ditentukan jenis daerah
panas pada dinding reservoir yang terdiri dari dearah panas suhu naik, daerah
panas suhu turun dan sub daerah, sehingga akan menghasilkan fungsi pola sebaran
panas untuk tiap daerahnya.
Kata kunci: Dinding reservoir, daerah panas, efisiensi, interpolasi lagrange
ABSTRACT
HADI ARDIANTO. Optimization of Furnace for Husk Rice and
Coconut Shell Fuels and Thermal Analysis. Under directions Dr. Ir.
Irzaman, M.Si and Abdul Djamil Husin, M.Si
At the previous research have investigated that the efficiency and heat
distribution of furnace for husk rice and coconut shell fuels with bottom diameters
of 6, 9 and 12 cms. The treatments are with and without using a plate. Efficiency
of treatment using a plate for rice husk fuel with diameters of 6, 9 and 12 cms for
coconut shell fuel respectively are 12.50%, 12.37%, and 11.77% and that
respectively are 2.41%, 2.09%, and 2.66%. For efficiency of treatment that using
a plate for rice husk fuel respectively are 7.76%, 6.37%, and 6.63% whereas for
coconut shell are 1.53%, 1.64%, and 1.71%. The distribution of heat that occured
the reservoir wall are analyzed by computing with lagrange interpolation method
and to facilitate its use, determined the type of heat region on the resevoir wall
that consists of the increasing temperatur heat region, the descreasing temperature
heat region and the sub-region, so that it will produce function of heat distribution
pattern for each region.
OPTIMASI TUNGKU BERBAHAN BAKAR SEKAM DAN
TEMPURUNG KELAPA DAN ANALISIS TERMAL
HADI ARDIANTO
Sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana di Departemen Fisika,
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
Judul
: Optimasi Tungku Berbahan Bakar Sekam Padi dan Tempurung
Kelapa dan Analisis Termal
Nama
: Hadi Ardianto
NIM
: G74080074
Disetujui,
Dr. Ir. Irzaman, M.Si
Abdul Djamil Husin, M.Si
Pembimbing 1
Pembimbing 2
Diketahui,
Dr. Akhiruddin Maddu, M.Si
Ketua Departemen Fisika
KATA PENGANTAR
Puji syukur atas kehadirat Allah SWT yang memberikan rahmat, karunia dan
hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian yang berjudul
Optimasi Tungku Berbahan Bakar Sekam dan Tempurung Kelapa dan Analisis
Termal. Penelitian ini disusun sebagai syarat untuk kelulusan program sarjana di
Depatemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut
Pertanian Bogor.
Penulis juga ingin menyampaikan ucapan trimakasi kepada :
1. Kedua orang tua penulis Bapak Saji dan Ibu Supriyati yang senantiasa
mendoakan, memberikan motivasi dan dukungan.
2. Bapak Dr. Ir. Irzaman, M.Si selaku pembimbing I yang selalu memberikan
dukungan, motivasi, dan saran.
3. Bapak Abdul Djamil Husin, M.Si selaku pembimbing II yang selalu
memberikan pengarahan, dan saran.
4. Mulyana sebagai rekan penelitian yang memberikan kritik, saran dan
membantu jalannya penelitian.
5. Rekan–rekan mahasiswa Departemen Fisika FMIPA IPB yang telah
memberikan motivasi dan masukan.
6. Rekan–rekan seperjuangan yang telah memberikan dukungan dan
dorongan untuk menyelesaikan penelitian ini.
Semoga hasil penelitian ini bermanfaat untuk kita dan untuk penelitian
selanjutnya, akhir kata penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun
supaya hasil penelitian ini menjadi lebih baik.
Bogor, Januari 2013
Halaman
DAFTAR TABEL ... vi
DAFTAR GAMBAR ... vii
DAFTAR LAMPIRAN ... ix
PENDAHULUAN ... 1
Latar Belakang ... 1
Tujuan Penelitian ... 1
Perumusan Masalah ... 1
Hipotesis ... 1
TINJAUAN PUSTAKA ... 1
Sekam Padi ... 1
Tempurung Kelapa ... 1
Mekanisme Perpindahan Panas ... 2
Konduksi ... 2
Konveksi ... 2
Radiasi ... 2
Tungku Sekam ... 2
BAHAN DAN METODE ... 3
Tempat dan waktu penelitian ... 3
Alat dan bahan ... 3
Metode penelitian ... 3
Analisis efisiensi tungku sekam ... 4
Pengukuran dan analisis sebaran panas pada tungku sekam ... 4
HASIL DAN PEMBAHASAN ... 5
KESIMPULAN DAN SARAN ... 16
Kesimplan ... 16
Saran ... 16
DAFTAR PUSTAKA ... 17
LAMPIRAN ... 18
vi
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1. Perbandingan efisiensi tungku sekam bahan bakar
sekam padi diameter reservoir bagian bawah
6cm, 9cm, dan 12cm tanpa menggunakan plat ... 6
Tabel 2. Perbandingan efisiensi tungku sekam bahan bakar
sekam padi diameter reservoir bagian bawah
6cm, 9cm, dan 12cm menggunakan plat ... 6
Tabel 3. Perbandingan efisiensi tungku sekam bahan bakar
tempurung kelapa diameter reservoir bagian bawah
6cm, 9cm, dan 12cm tanpa menggunakan pla
t ... 7Tabel 4. Perbandingan efisiensi tungku sekam bahan bakar
tempurung kelapa diameter reservoir bagian bawah
6cm, 9cm, dan 12cm menggunakan plat ... 7
Tabel 5. Jenis daerah panas terhadap jarak pada dinding reservoir
tungku sekam perlakuan tanpa menggunakan plat dan
fungsi hasil interpolasi lagrange ... 12
Tabel 6. Jenis daerah panas terhadap jarak pada dinding reservoir
tungku sekam perlakuan menggunakan plat dan
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1. Desain tungku sekam ... 2
Gambar 2. Diagram alir penelitian ... 3
Gambar 3. Diagram alir algoritma interpolasi lagrange ... 4
Gambar 4.
Perbandingan efisiensi bahan bakar sekam padi ... 5
Gambar 5. Perbandingan efisiensi bahan bakar tempurung kelapa ... 8
Gambar 6. Sebaran panas pada dinding reservoir tungku sekam
dengan diameter bagian bawah 6cm bahan bakar
sekam padi dan tempurung kelapa perlakuan
tanpa menggunakan plat ... 8
Gambar 7. Sebaran panas pada dinding reservoir tungku sekam
dengan diameter bagian bawah 9cm bahan bakar
sekam padi dan tempurung kelapa perlakuan
tanpa menggunakan plat ... 8
Gambar 8. Sebaran panas pada dinding reservoir tungku sekam
dengan diameter bagian bawah 12cm bahan bakar
sekam padi dan tempurung kelapa perlakuan
tanpa menggunakan plat ... 9
Gambar 9. Sebaran panas pada dinding reservoir tungku sekam
dengan diameter bagian bawah 6cm bahan bakar sekam
padi dan tempurung kelapa perlakuan
menggunakan plat ... 9
Gambar 10. Sebaran panas pada dinding reservoir tungku sekam
dengan diameter bagian bawah 9cm bahan bakar sekam
padi dan tempurung kelapa perlakuan
menggunakan plat ... 9
Gambar 11. Sebaran panas pada dinding reservoir tungku sekam
dengan diameter bagian bawah 10 cm bahan bakar sekam
padi dan tempurung kelapa perlakuan
menggunakan plat ... 9
Gambar 12. Perbandingan sebaran panas sekam padi perlakuan
tanpa menggunakan plat ... 10
Gambar 13. Perbandingan sebaran panas tempurung kelapa perlakuan
tanpa menggunakan plat ... 10
Gambar 14. Perbandinan sebaran panas sekam padi perlakuan
menggunakan plat ... 10
Gambar 15. Perbandingan sebaran panas tempurung kelapa perlakuan
menggunakan plat ... 14
Gambar 16. Perbandingan pola sebaran panas diameter 6cm bahan
bakar sekam padi hasil plot data dan hasil interpolasi
lagrange terhadap jarak pada dinding reservoir
untuk perlakuan tanpa menggunakan
plat ... 14
viii
Gambar 17. Perbandingan pola sebaran panas diameter 9cm bahan
bakar sekam padi hasil plot data dan hasil interpolasi
lagrange terhadap jarak pada dinding reservoir
untuk perlakuan tanpa menggunakan
plat ... 14
Gambar 18. Perbandingan pola sebaran panas diameter 12cm bahan
bakar sekam padi hasil plot data dan hasil interpolasi
lagrange terhadap jarak pada dinding reservoir
untuk perlakuan tanpa menggunakan
plat ... 14
Gambar 19. Perbandingan pola sebaran panas diameter 6cm bahan
bakar tempurung kelapa padi hasil plot data dan hasil
interpolasi lagrange terhadap jarak pada dinding reservoir
untuk perlakuan tanpa menggunakan
plat ... 15
Gambar 20. Perbandingan pola sebaran panas diameter 9cm bahan
bakar tempurung kelapa padi hasil plot data dan hasil
interpolasi lagrange terhadap jarak pada dinding reservoir
untuk perlakuan tanpa menggunakan plat ... 15
Gambar 21. Perbandingan pola sebaran panas diameter 12cm bahan
bakar tempurung kelapa padi hasil plot data dan hasil
interpolasi lagrange terhadap jarak pada dinding reservoir
untuk perlakuan tanpa menggunakan
plat ... 15
Gambar 22. Perbandingan pola sebaran panas diameter 6cm bahan
bakar sekam padi hasil plot data dan hasil
interpolasi lagrange terhadap jarak pada dinding reservoir
untuk perlakuan menggunakan
plat ... 15
Gambar 23. Perbandingan pola sebaran panas diameter 9cm bahan
bakar sekam padi hasil plot data dan hasil
interpolasi lagrange terhadap jarak pada dinding reservoir
untuk perlakuan menggunakan
plat ... 15
Gambar 24. Perbandingan pola sebaran panas diameter 12cm bahan
bakar sekam padi hasil plot data dan hasil
interpolasi lagrange terhadap jarak pada dinding reservoir
untuk perlakuan menggunakan
plat ... 15
Gambar 25. Perbandingan pola sebaran panas diameter 6cm bahan
bakar Tempurung kelapa hasil plot data dan hasil
interpolasi lagrange terhadap jarak pada dinding reservoir
untuk perlakuan menggunakan
plat ... 16
Gambar 26. Perbandingan pola sebaran panas diameter 9cm bahan
bakar Tempurung kelapa hasil plot data dan hasil
interpolasi lagrange terhadap jarak pada dinding reservoir
untuk perlakuan menggunakan
plat ... 16
Gambar 27. Perbandingan pola sebaran panas diameter 12cm bahan
bakar Tempurung kelapa hasil plot data dan hasil
interpolasi lagrange terhadap jarak pada dinding reservoir
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Perhitungan efisiensi bahan bakar ... 19
Lampiran 2. Tabel waktu mendidih air dua liter dan massa bahan bakar ... 34
Lampiran 3. Tabel sebaran panas pada dinding reservoir
setelah air dua liter mendidih ... 36
Lampiran 4. Program algoritma untuk fungsi interpolasi lagrange ... 40
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Meningkatnya harga bahan bakar minyak dan gas alam serta makin berkurangnya cadangan minyak bumi dalam negeri, diperlukan sumber energi terbarukan. Sekam padi dan tempurung kelapa dapat dijadikan salah satu pilihan sebagai energi terbarukan, karena potensi hasil gabah dan kelapa di Indonesia yang cukup luas.1,2
Di Indonesia tanaman padi merupakan tanaman pokok untuk menghasilkan beras sebagai kebutuhan pangan masyarakat dan limbahnya berupa sekam padi. Industri penggilingan padi yang ada di daerah pedesaan Indonesia mempu mengolah lebih dari 40 juta ton gabah menjadi beras dengan rendemen yang mendekati 66–80 %. Jika kondisi ini terjadi secara berkelanjutan sebagai kapasitasnya, maka terdapat 8 juta ton sekam yang berasal dari beras yang akan di produksi.1 Jumlah sekam padi yang cukup besar dapat dimanfaatkan untuk kebutuhan energi masyarakat. Pemanfaatan energi dari sekam ini sudah mulai dilakukan salah satunya pemanfaatan sekam padi dengan menggunakan tungku sekam. Ukuran
reservoir tungku disesuaikan dengan kebutuhan, namun yang sudah ada sekarang ini masih belum dapat disesuaikan dalam jumlah kecil karena ukurannya yang relatif besar tingginya berkisar 29-31 cm, diameter bagain atas 39-42 cm dan diameter bagain bawah (lubang pembuangan reservoir)
10-12 cm. Sehingga perlu adanya penelitian untuk menghasilkan tungku yang dapat disesuaikan dalm jumlah kecil dengan efisiensi optimal dan reservoir yang akan digunakan tingginya berkisar 14-18 cm, diameter atas 27 dan lubang pembuangan 6-12cm.
Tempurung kelapa yang dihasilkan buah kelapa merupakan sumber energi terbarukan yang cukup berpotensila. Potensi kelapa di Indonesia yang cukup luas sekitar 3.8 juta ha, produksi 4.18 juta ton kopra/tahun, dengan hasil ikutan 12.54 juta ton sabut dan tempurung 4.18 juta ton/tahun.2
Sekam padi dan tempurung kelapa banyak tersedia namun penggunaannya belum optimum. Tungku sekam adalah salah satu media untuk pemanfaatanya. Sehingga perlu dilakukan untuk membuat tungku sekam yang efisien sebagai pengola bahan energi terbarukan yang tepat guna bagi masyarakat.
Tujuan Penelitian
Mempelajari efisiensi dan sebaran panas pada tungku sekam dengan diameter lubang pembuangan reservoir 6 cm, 9 cm, dan 12 cm.
Perumusan Masalah
1. Apakah tungku sekam dengan diameter lubang pembuangan reservoir yang semakin besar memiliki efisiensi yang lebih optimal?
2. Apakah bahan bakar tungku sekam menggunakan tempurung kelapa lebih efisien pembakarannya dari pada sekam padi?
3. Bagaimana pola sebaran panas pada tungku sekam berbahan bakar sekam padi dan tempurung kelapa?
Hipotesis
1. Tungku sekam dengan diameter lubang pembuangan reservoir semakin besar memiliki efisiensi relatif lebih optimal dari pada diameter yang kecil karena pada diameter lebih besar udara yang masuk (O2) kedalam tungku lebih banyak.
2.
Efisiensi pembakaran tempurung kelapa lebih efisien dari pada sekam padi karena tempurung kelapa memiliki massa jenis lebih besardibandingkan sekam padi
dan banyak rongga udara (celah) yang
terbentuk.
3. Sebaran panas tungku sekam berbahan
bakar sekam padi dan tempurung
berbeda karena suhu yang dihasilkan
berbeda.
TINJAUAN PUSTAKA
Sekam Padi
Sekam tersusun terutama dari jaringan serat– serat selulosa dan mengandung banyak silika.3 Di tinjau dari komposisi kimia, sekam padi mengandung kadar air sebesar 9.02%, protein kasar 3.03 %, lemak 1.18%, serat kasar 35.68 %, abu 17.17 %, dan karbohidrat kasar 33.71 %. Sedangkan komposisi kimia sekam padi menurut DTC IPB yaitu karbon 1.33 %, hidrogen 1.54 %, oksigen 33.64 %, dan silika 16.98 %.4
Tempurung Kelapa
Komposisi tempurung relatif sama dengan kayu keras, tetapi mengandung kadar lignin yang tinggi dan kadar selulosa yang rendah.2
Tempurung merupakan lapisan yang keras pada buah kelapa dengan ketebalan 3–5 mm. Sifat kerasnya disebabkan oleh banyaknya kandungan silikat (SiO2) di tempurung
tersebut. Dari berat total buah kelapa, 15–19 % merupakan berat tempurungnya. selain itu tempurung juga banyak mengandung lignin. Sedangkan kandungan
methoxyl dalam tempurung hampir sama
dengan yang terdapat dalam kayu.5
Tempurung kelapa juga dimanfaatkan untuk berbagai industri, seperti arang tempurung dan karbon aktif yang berfungsi untuk mengabsobsi gas dan uap. Dilaporkan bahwa dari 6.000–7.000 butir kelapa akan di peroleh satu ton tempurung. Nilai panas tempurung kelapa berkisar 7.500– 7.600 kalori/g berat kering.2
Mekanisme Perpindahan Panas
Mekanisme perpindahan panas terdiri atas tiga macam yaitu konduksi, konveksi dan radiasi.
Konduksi
Pada tingkat atom, atom pada daerah panas memiliki rata – rata energi kinetik lebih besar dari pada daerah dingin. Atom – atom daerah panas menabrak atom terdekat, memberikan sebagian energinya. Atom terdekat kembali menabrak atom terdekat lainnya, dan begitu seterusnya di sepanjang bahan. Atom – atom itu sendiri tidak bergerak dari daerahnya, tetapi energinya berpindah.6
Konveksi
Konveksi (convection) adalah perpindahan panas oleh gerakan massa pada fluida dari suatu daerah ruang ke daerah lainnya. Perpindahan panas secara konveksi adalah proses yang sangat kompleks, dan tidak ada persamaan sederhana untuk mendeskripsikannya.6
Tungku dengan udara yang dipaksa,
yaitu
udara
yang
dipanaskan
dan
kemudian ditiup oleh kipas angin kedalam
ruang, merupakan salah satu contoh
konveksi yang dipaksakan. Konveksi
alami juga terjadi, dan satu contoh yang
banyak dikenal adalah bahwa udara panas akan naik karena udara yang dipanaskan kerapatannya akan berkurang.7
Radiasi
Radiasi (radiation) adalah perpindahan panas oleh gelombang elektomagnetik seperti
cahaya tampak, infra merah, dan radiasi ultra ungu. Setiap orang merasakan kehangatan radiasi matahari dan panas yang intens dari pembakaran kayu atau batubara yang membara diperapian. Perpindahan panas ini akan terjadi bahkan jika tidak ada media (hampa udara) di antara Anda dan sumber panas.6
Tungku Sekam
Tungku adalah sebuah peralatan yang digunakan untuk memanaskan bahan serta mengubah bentuknya atau mengubah sifatnya (perlakuan panas), karena bahan bakar yang digunakan berupa sekam jadi tungku untuk pambakaran sekam disebut tungku sekam.8
Tungku sekam harus dibuat sedemikian rupa sehingga tercipta suatu aliran udara secara alamiah yang dapat meningkatkan jumlah aliran zat asam arang melewati bahan bakar yang menyala agar dapat menghasilkan nyala yang bersih dan panas.8
Gambar 1 Desain tungku sekam keterangan :
A. Reservoir (tandon) sekam dalam bentuk kerucut terbalik.
B. Cerobong berlubang untuk membatasi aliran api.
C. Isolator kompor. D. Badan kompor.
E. Ruang antara tatakan abu sementara dan ujung bawah kerucut.
F. Lubang pembuangan reservoir.
BAHAN DAN METODE
Tempat dan waktu Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di desa Babakanlio (Balio), Babakanraya (Bara) Dramaga - Bogor dan di laboratorium material Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor. Dilaksanakan dari bulan April 2012 sampai dengan Oktober 2012.
Alat dan bahan
Alat yang digunakan pada penelitian ini yaitu seperangkat tungku sekam, termometer laser, panci, plat logam diameter 25 cm dengan ketebalan 0.02cm, ayakan dengan lubang 1 x 1 cm2, penggaris, sepidol, terpal, korek api, stopwatch, palu, dan software matlab.
Bahan yang digunakan yaitu sekam padi kering, tempurung kelapa kering, sepirtus, dan kertas.
Metode penelitian
Setelah Alat dan bahan sudah disiapkan, kegiatan yang dilakukan selama penelitian yaitu;
a. Menimbang 18 x 1 kg sekam padi kering. b. Menghancurkan tempurung kelapa
kemudian diayak dengan ayakan ukuran 1x1 cm2.
c. Menimbang 18 x 1.5 kg tempurung kelapa kering yang sudah di ayak. d. Mendidihkan air dua liter menggunakan 1
kg sekam kemudian mengukur waktu pendidihan (dari 27 oC hingga mendidih) untuk tiap pengulangan.
e. Mengukur temperatur reservoir. f. Menimbang sisa pembakaran.
g. Menghitung sekam yang terbakar dan efisiensi pembakaran.
h. Perlakuan 9 kali ulangan tanpa plat penutup atas dan 9 kali memakai plat penutup atas.
i. Mendidihkan air dua liter menggunakan tempurung kelapa 1.5 kg
j. Kemudian melakukan seperti pada poin e, f, g dan h.
Penjelasan kegiatan penelitian ini seperti yang terlihat pada Gambar 2, penelitian ini dimulai dari menyiapakan alat dan bahan. Alat yang disiapkan yaitu satu set kompor tungku sekam, termometer laser, panci, plat logam, ayakan ukuran lubang 1 x1 cm2, korek api dan stopwatch, untuk bahannya yang disiapkan yaitu sekam padi, tempurung kelapa, sepritus
dan kertas. Setelah alat dan bahan disiapkan kemudian tempurung kelapa dihancurkan dan diayak dengan menggunakan ayakan ukuran 1 x 1 cm2 kemudian jemur tempurung kelapa yang sudah dihancurkan dan sekam padi yang sudah disiapkan hingga kering
Timbang sekam padi dan tempurung kelapa berturut turut 1 kg dan 1.5 kg. Setelah itu masukan sekam padi ke tungku sekam dengan diameter lubang pembuangan
reservoir 6cm, 9cm dan 12cm, begitu juga
dengan tempurung kelapa. Setelah itu nyalakan dan didihkan air dalam panci yang sudah disiapkan sebelumnya dan aktifkan stopwatch untuk menghitung waktu pendidihan. ukur suhu di dinding bagian luar reservoir secara periodik dengan interval jaraknya 1.5 cm dan catat waktunya saat air mendidih. Kemudian analisis data yang didapatkan dan disajikan dalam bentuk laporan
Gambar 2 Diagram alir penelitian
Timbang sekam padi dan tempurung kelapa
Hancurkan tempurung kelapa dan ayak menggunakan ayakan dengan ukuran 1x1cm
Jemur sekam padi dan tempurung kelapa yang telah dihancurkan
Masukan tempurung kelapa pada tungku sekam diameter lubang pembuangan reservoir 6 cm, 9 cm dan 12 cm masukan sekam padi
kedalam tungku sekam diameter lubang pembuangan reservoir 6 cm, 9 cm dan 12 cm
Nyalakan tungku sekam dan didihkan air 2 liter pada panci untuk tiap tungku sekam
Ukur dan catat suhu pada dinding reservoir menggunakan termometer laser dan waktu menggunakan stopwatch
Timbang arang hasil pembakaran dan sisa bahan bakar
Analisis data
Pembuatan Laporan Menyiapkan alat dan bahan
Analisis efisiensi tungku sekam
Perhitungan laju energi Qn dan efisiensi ɳ
dilakukan menggunakan persamaan– persamaan yang telah di pakai peneliti sebelumnya.4
...(1) keterangan :
Qn =laju energi yang dibutuhkan (kcal/jam)
mf = massa air (kg)
Es = energi spesifik (kcal/kg)
t = waktu (jam)
efisiensi bahan bakar dapat dihitung menggunakan
...(2) keterangan :
ɳ= efisiensi bahan bakar (%)
FCR = (fuel consumtion rate ) laju bahan bakar yang dibutuhkan (kg/jam) Qn = laju energi yang dibutuhkan (kcal/jam)
HVF = (Heat Value Fuel ) energi yang terkandung dalam bahan bakar (kcal/kg)
Pengukuran dan analisis sebaran panas
pada tungku sekam
Sebaran panas dinding reservoir diukur menggunakan termometer laser yang di tembakan dengan interval 1.5 cm saat air mendidih. Setelah itu data di plot dengan menggunakan matlab kemudian di analisis datanya dengan metode interpolasi Lagrange untuk medapatkan fungsi pola dari sebaran panas pada dindingnya, ada pun fungsi dari interpolasi lagrange: ...(3) untuk ...(4) dengan Qi(x) = (x-x0) (x-x1) (x-x2) ... (x-xi-1) (x-xi+1) …… (x-xn)
Untuk mengaplikasikan fungsi dari interpolasi lagrange menggunakan software matlab, pertama tentukan nilai dari Li(x) dan
P(x). Li(x) didapat dari sejumlah titik yang
diketahuai (data hasil penelitian), sehingga diperlukan perulangan titik yang diketahui. Demikian pula P(x) merupakan penjumlahan dari perkalian yi dan Li(x), untuk mencari nilai
Li(x) diperlukan Qi(x) dan Qi(xi). Adapun
Qi(x) merupakan hasil perkalian (x – xi)
sejumlah titik yang diketahui, maka diperlukan perulangan lagi untuk mencarinya.Untuk (x – xi) tersebut tidak ikut
dalam hasil perkalian. Sehingga proses hanya akan dilakukan untuk nilai selain (x – xi).
Adapun Qi (xi) dapat dicari setelah Qi(x)
diketahui dengan cara mensubtitusi nilai xi ke
dalam Qi(x). Setelah Qi(x) dan Qi(xi) diketahui
dapat dicari Li(x) dan untuk selanjutnya
mencari P(x).
Misalnya banyaknya titik yang diketahui adalah b, maka algoritma diatas dapat diperhalus menjadi sebagai berikut:
Gambar 3 Diagram alir algoritma interpolasi lagrange
If i ~= j
For i = 1:bMasukan data sebanyak b
For j = 1:b ya Qi(x) tidak Qi(xi) Li(x) P(x) For j = 1:b Masukan nilai b
dari Gambar 3 didapatkan program algoritma untuk fungsi interpolasi lagrange yang terlampir pada Lampiran 4.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Perbandingan efisiensi bahan bakar
sekam padi berdasarkan diameter
Secara umum pembakaran dapat didefinisikan sebagai proses atau reaksi oksidasi yang sangat cepat antara bahan bakar (fuel) dan oksidator dengan menimbulkan panas atau nyala.10 Pembakaran sempurna bahan bakar terjadi hanya jika ada oksigen yang cukup. Pada tungku sekam dibuat sedemikian rupa untuk menghasilkan pembakaran sempurna dan efisiensi bahan bakar yang optimal khususnya pada bagian
reservoir (tandon) dibuat sedemikian rupa
sehingga aliran udara (oksigen) dapat mengalir dengan baik. Selain itu efisiensi dipengaruhi oleh laju bahan bakar yang dibutuhkan, dan energi yang terkandung dalam bahan bakar.4 Dari hasil penelitian diperoleh data waktu pendidihan air dua liter, massa sisa pembakaran dan massa pakai yang terlampir pada Lampiran 2, data tersebut digunakan untuk menghitung nilai efisiensi bahan bakar. Perhitungan lengkapnya terlampir pada Lampiran 1.
Dari hasi perhitungan diperoleh nilai efisiensi bahan bakar seperti yang terlihat pada Tabel 1, menunjukkan efisiensi tungku dengan variasi diameter reservoir berturut– turut yaitu 6 cm, 9 cm, dan 12 cm nilai efisiensi rata–rata bahan bakar dari tiga kali pengulangan tiap diameter, untuk perlakuan tanpa menggunakan plat pada bagian atas tandon berturut–turut 12.50 %, 12.37 %, dan 11.77 % data tersebut menunjukkan bahwa perlakuan tanpa menggunakan plat efisiensi optimal pada diameter 6 cm.
Sedangkan untuk perlakuan menggunakan plat pada bagian atas tandon seperti yang terlihat pada Tabel 2 berturut–turut yaitu 7.76 %, 6.37 %, dan 6.63 %. Data tersebut menunjukkan bahwa dimeter 6 cm memiliki efisiensi yang lebih optimal dibandingkan diameter 9 cm dan 12 cm seperti yang terlihat pada tabel 2.
Efisiensi bahan bakar sekam padi berdasarkan dua perlakuan memiliki perbedaan, untuk perlakuan tanpa menggunakan plat efisiensinya lebih optimal dibandingkan perlakuan menggunakan plat hal ini disebabkan adanya konduksi pada plat sehingga terjadi hambatan pada panas ke panci yang berdampak pada semakin lama waktu untuk mendidihkan air dan laju bahan bakar yang dibutuhkan semakin besar karena konsumsi bahan bakar semakin besar. Efisiensi bahan bakar sekam padi optimal pada diameter 6 cm dari kedua perlakuan, hal ini disebabkan massa arang sekam yang masih dapat terbakar tidak terbuang banyak sehingga laju bahan bakar yang dibutuhkan semakin keci. Perbandingan nilai efisiensi dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4 Perbandingan efisiensi bahan bakar sekam padi
Tabel 1 Perbandingan efisiensi tungku sekam bahan bakar sekam padi diameter reservoir lubang pembuangan 6 cm, 9 cm, dan 12 cm tanpa menggunakan plat
Tabel 2 Perbandingan efisiensi tungku sekam bahan bakar sekam padi diameter lubang pembuangan reservoir 6 cm, 9 cm, dan 12 cm menggunakan plat
Perbandingan efisiensi bahan bakar
tempurung
kelapa
berdasarkan
diameter
Data hasil penelitian diperoleh massa sisa dan massa pakai bahan bakar serta waktu yang diperlukan untuk mendidihkan air dua liter yang terlampir di Lampiran 2 halaman 52, digunakan menghitung nilai efisiensinya. Perhitungan lengkapnya terlampir pada Lampiran 1. Hasil perhitungan ditunjukkan
pada Tabel 3 efisiensi rata–rata bahan bakar tempurung kelapa dengan diameter lubang pembuangan reservoir 6 cm, 9 cm dan 12 cm perlakuan tanpa menggunakan plat berturut-turut yaitu 2.41 %, 2.09 %, dan 2.66 % jadi pada perlakuan ini efisiensi bahan bakar optimal pada diameter 12 cm sebesar 2.66 % sedangkan untuk perlakuan menggunkan plat berturut–turut 1.53 %, 1.64 %, dan 1.71 % seperti yang terlihat pada Tabel 4
Diameter (cm) Bahan Bakar Ulangan HVF (kcal/kg) FCR (kg/jam) Q (kcal/jam) Efisiensi (%) Rata -rata Efisiensi (%) 6 Sekam Padi 1 3000 0.79 291 12.28 12.50 2 3000 0.80 304 12.62 3 3000 0.77 292 12.61 9 Sekam Padi 1 3000 0.78 280 11.97 12.37 2 3000 0.76 280 12.28 3 3000 0.66 254 12.86 12 Sekam Padi 1 3000 0.82 292 11.78 11.77 2 3000 0.82 280 11.38 3 3000 0.80 292 12.15 Diameter (cm) Bahan Bakar Ulangan HVF (kcal/kg) FCR (kg/jam) Q (kcal/jam) Efisiensi (%) Rata -rata Efisiensi (%) 6 Sekam Padi 1 3000 0.74 160 7.18 7.76 2 3000 0.68 171 8.33 3 3000 0.71 165 7.78 9 Sekam Padi 1 3000 0.62 136 7.29 6.37 2 3000 0.77 169 7.29 3 3000 1.41 192 4.53 12 Sekam Padi 1 3000 1.01 184 6.06 6.63 2 3000 0.81 165 6.76 3 3000 0.88 187 7.07
Tabel 3 Perbandingan efisiensi tungku sekam bahan bakar tempurung kelapa diameter lubang pembuangan reservoir 6 cm, 9 cm, dan 12 cm tanpa menggunakan plat
Tabel 4 Perbandingan efisiensi tungku sekam bahan bakar tempurung kelapa diameter reservoir lubang pembuangan 6 cm, 9 cm, dan 12 cm menggunakan plat
data tersebut menunjukkan bahwa efisiensi yang optimal pada perlakuan menggunakan plat pada diameter 12 cm. Sehingga efisinsi tungku berbahan bakar tempurung kelapa dari kedua perlakuan yang memiliki efisiensi optimal yaitu pada diameter 12 cm. Hal ini disebabkan daerah pembakaran tempurung kelapa pada diameter 12 cm lebih luas dan massa bahan bakar terpakai lebih besar sedangkan waktu untuk mendidihkan air lebih cepat sehingga laju bahan bakar yang dibutuhkan relatif lebih kecil dibandingkan diameter 6 cm, dan 9 cm yang mengakibatkan efisiensinya lebih besar. Jika dibandingkan antara bahan bakar sekam padi dan tempurung kelapa berdasarkan diameter lubang pembuangan reservoir yang memiliki efisiensi tinggi untuk perlakuan tanpa menggunakan
plat dan menggunakan plat yaitu bahan bakar sekam padi karena laju energi yang dibutuhkan lebih besar, laju dan energi yang terkandung dalam bahan bakar lebih kecil sehingga efisiensi sekam padi lebih besar dari pada tempurung kelapa atau dapat dilihat pada Gambar 5.
Gambar 5 Perbandingan efisiensi bahan bakar tempurung kelapa Diameter ( cm) Bahan Bakar Ulangan HVF (kcal/kg) FCR (kg/jam) Q (kcal/jam) Efisiensi (%) Rata -rata Efisiensi (%) 6 Tempurung kelapa 1 7500 3.0 583 2.26 2.41 2 7500 4.8 778 2.10 3 7500 3.2 700 2.87 9 Tempurung kelapa 1 7500 4.0 560 1.85 2.09 2 7500 3.6 609 2.23 3 7500 3.4 560 2.20 12 Tempurung kelapa 1 7500 3.2 583 2.40 2.66 2 7500 2.8 583 2.75 3 7500 2.9 609 2.83 Diameter (cm) Bahan Bakar Ulangan HVF (kcal/kg) FCR (kg/jam) Q (kcal/jam) Efisiensi (%) Rata -rata Efisiensi (%) 6 Tempurung kelapa 1 7500 4.37 560 1.7 1.53 2 7500 4.05 368 1.2 3 7500 3.53 467 1.7 9 Tempurung kelapa 1 7500 3.23 467 1.9 1.64 2 7500 3.33 467 1.8 3 7500 4.40 400 1.2 12 Tempurung kelapa 1 7500 3.40 400 1.6 1.71 2 7500 2.92 368 1.7 3 7500 3.03 424 1.9
7
Sedangkan perbandingan efisiensi yang optimal berdasarkan diameter lubang pembuangan reservoir dari kedua jenis bahan bakar tersebut adalah untuk sekam pada diameter 6 cm sedangkan tempurung kelapa pada 12 cm.
Sebaran panas terhadap jarak pada
dinding reservoir tungku bahan bakar
sekam padi dan tempurung kelapa
perlakuan tanpa menggunakan plat
Hasil plot data sebaran panas pada dinding
reservoir yang terlampir di Lampiran 3
halaman 53 dan 55, memiliki pola suhu naik turun terhadap jarak permukaan dindingnya yang di ukur dari ujung bawah reservoir (sisi lubang pembuangan reservoir) hingga ujung bibir bagian atas, seperti terlihat pada gambar dibawah ini.Pada Gambar 6 menunjukkan bahwa untuk bahan bakar sekam padi dengan lubang pembuangan reservoir diameter 6 cm suhu naik dari titik 0 cm hingga 4.5 cm kemudian turun di titik 4.5 cm hingga 16.5 cm dan naik di titik 16.5 cm hingga 18 cm. Pada titik 0 cm hingga 4.5 cm suhu naik karena mendekati sumber panas sedangkan titik 4.5 cm hingga 16.5 cm suhu turun karena menjauhi sumber panas dan adanya konduksi pada bahan bakar dan pada titik 16.5 cm suhu naik kembali karena terjadi radiasi langsung dan tidak ada konduksi panas pada tandon dititik 16.5 cm hingga 18 cm. Sedangkan untuk bahan bakar tempurung kelapa menunjukkan jarak dari titik 0 cm hingga 16.5 cm terjadi penurunan suhu dan dari titik 16.5 cm hingga 18 cm terjadi kenaikan suhu. Di titik 0 cm hingga 16.5 cm terjadi penurunan suhu karena sumber panas yang paling panas berada di titik 0 cm sedangkan di titik 16.5 cm hingga 18 cm terjadi kenaikan suhu karena terjadi radiasi dari api.
Gambar 6 Sebaran panas pada dinding
reservoir tungku dengan
diameter lubang pembuangan 6 cm bahan bakar sekam padi dan tempurung kelapa perlakuan tanpa menggunakan plat
Gambar 7 Sebaran panas pada dinding
reservoir tungku dengan
diameter lubang pembuangan 9 cm bahan bakar sekam padi dan tempurung kelapa perlakuan tanpa menggunakan plat
Gambar 8 Sebaran panas pada dinding
reservoir tungku dengan diameter
lubang pembuangan 12 cm bahan bakar sekam padi dan tempurung kelapa perlakuan tanpa
menggunakan plat
Pada Gambar 7 menunjukkan pola sebaran panas diameter 9 cm, suhu turun dari titik 0 cm hingga 13.5 cm dan naik dari titik 13.5 cm hingga 18 cm. Dititik 0 cm hingga 13.5 cm suhu naik karena menjauhi sumber panas dan terjadi konduksi panas pada bahan bakar (sekam padi) dan suhu naik dititik 13.5 cm karena terjadi radiasi langsung dari api ke dinding tandon, sedangkan pada titik 18 cm terjadi penurunan suhu, hal tersebut kemungkinan disebabkan adanya kesalahan pada alat dan pengaruh dari lingkungan. Sedangkan pola sebaran panas untuk bahan bakar tempurung kelapa yang ditunjukkan Gambar 7 di titik 0 cm hingga 9 cm terjadi penurunan suhu karena dititik 0 cm merupakan titik yang terdekat dengan sumber panas sehingga suhu di dinding reservoir dari titik 0 cm hingga 9 cm mengalami penurunan suhu dan di titik 9 cm hingga 18 cm terjadi kenaikan suhu karena dititik ini terjadi pindah panas secara radiasi.
Pola sebaran panas dinding reservoir diameter lubang pembuangan 12 cm diperlihatkan pada Gambar 8 menunjukkan
9
untuk bahan bakar sekam padi dari titik 0 cm hingga 12 cm suhu mengalami penurunan disebabkan di titik 0 cm merupakan titik yang paling dekat dengan sumber panas yang paling panas sehingga jika semakin jauh dari sumber panas suhu menjadi turun, dititik 4.5 cm hingga 12 cm merupakan daerah terdapat bahan bakar (sekam padi) yang memiliki suhu lebih rendah dan terjadi konduksi panas yang menyebabkan pada dinding reservoir di titik 4.5 cm hingga 12 cm memiliki suhu yang paling rendah dan dari titik 12 cm suhu naik hingga titik 15 cm, hal ini disebabkan adanya radiasi dari api. Sedangkan pola sebaran panas bahan bakar tempurung kelapa memiliki karakteristik yang hampir sama yaitu dari titik 0 cm hingga 12 cm terjadi penurunan suhu dan dari titik 12 cm hingga 15 cm terjadi kenaikan suhu hanya suhunya lebih tinggi.
Sebaran panas terhadap jarak pada
dinding reservoir tungku bahan bakar
sekam padi dan tempurung kelapa
perlakuan menggunakan plat
Sebaran panas untuk perlakuan menggunakan plat ditunjukkan pada gambar dibawah ini yang di peroleh dari plot hasil data penelitian yang terlampit di Lampiran 3 halaman 54 dan 56
Seperti yang terlihat pada Gambar 9 menunjukkan bahwa sebaran panas untuk bahan bakar sekam padi dari titik 0 cm hingga 4.5 cm terjadi kenaikan suhu karena di daerah titik 4.5 cm merupakan titik yang paling dekat dengan sumber panas yang paling panas dan dititik 4.5 cm hingga 16.5 cm terjadi penurunan suhu karena dititik tersebut semakin menjauhi sumber panas kemudian dititik 16.5 cm hingga 18 cm terjadi kenaikan suhu karena terjadi transfer panas secara radiasi dari api. Sedangkan untuk tempurung kelapa memiliki karakteristik hampir sama hanya saja suhunya berbeda.Gambar 10 menunjukkan adanya penurunan suhu dan kenaikan suhu di beberapa titik untuk bahan bakar sekam padi dan tempurung kelapa. Untuk sekam padi di titik 0 cm hingga 13.5 cm terjadi penurunan suhu hal ini disebabkan dititik 0 cm merupakan titik sumber panas yang paling panas dan yang terdekat dengan dinding reservoir pindah panas yang terjadi dititik tersebut secara konduksi kemudian dari titik 13.5 cm hingga 18 cm suhu naik karena jenis pindah panas yang terjadi adalah radiasi dari api langsung.
Sedangkan untuk bahan bakar tempurung kelapa hampir sama
Gambar 9 Sebaran panas pada dinding
reservoir tungku dengan
diameter lubang pembuangan 6 cm bahan bakar sekam padi dan tempurung kelapa perlakuan menggunakan plat
Gambar 10 Sebaran panas pada dinding
reservoir tungku dengan
diameter lubang pembuangan 9 cm bahan bakar sekam padi dan tempurung kelapa perlakuan menggunakan plat
Gambar 11 Sebaran panas pada dinding
reservoir tungku dengan
diameter lubang pembuangan 12 cm bahan bakar sekam padi dan tempurung kelapa perlakuan menggunakan plat
karakteristiknya hanya titik yang mengalami penurunan suhu dititik 0 cm hingga 15 cm hal ini sebabakan bahan bakar tempurung kelapa yang berda hingga titik 15 cm akibatnya suhu turun dari titik 0 cm hingga 15 cm kemudian naik dari titik 15 cm
hingga 18 cm karena terjadi radiasi dari api yang keluar.
Gambar 11 menunjukkan pola sebaran panas tungku pada dinding reservoir diameter lubang pembuangan 12 cm. Untuk bahan bakar sekam padi dari titik 0 cm hingga 12 cm terjadi penurunan suhu secara konduksi dan dititik 12 cm hingga 15 cm terjadi kenaikan suhu secara radiasi. Sedangkan untuk bahan bakar tempurung kelapa memiliki pola dititik 0 cm hingga 12 cm terjadi penurunan suhu secara konduksi sendangkan dititik 12 cm hingga 15 cm terjadi kenaikan suhu secara radiasi pola sebaran panas bahan bakar tempurung kelapa memiliki kesamaan hanya suhunya lebih tinggi dibandingkan sekam padi karena tempurung kelapa memiliki nilai panas yang lebih tinggi dibandingkan sekam padi.
Perbandingan
sebaran
panas
perlakuan tanpa menggunakan plat
dan menggunakan plat bahan bakar
sekam padi dan tempurung kelapa
Gambar 12 sampai Gambar 15 merupakan hasil plot data penelitian yang membandingkan bahan bakar yang sama dengan diameter yang berbeda.
Gambar 12 Perbandingan sebaran panas sekam padi perlakuan tanpa menggunakan plat
Gambar 13 Perbandingan sebaran panas tempurung kelapa perlakuan tanpa menggunakan plat
Gambar 14 Perbandingan sebaran panas sekam padi perlakuan menggunakan plat
Gambar 15 Perbandingan sebaran panas tempurung kelapa perlakuan menggunakan plat
Gambar 12 sampai Gambar 15 memperlihatkan bahwa ada daerah yang memiliki suhu dibawah 200 oC yang menunjukan pada daerah tersebut terdapat bahan bakar yang belum terbakar kemudian ada titik suhu naik secara drastis yang menunjukan adanya pindah panas secara radiasi. Jika dilihat pola sebaran panas diameter 9 cm dan 12 cm merupakan perpotongan pola sebaran panas diameter 6 cm karena pada saat membuat varisi diameter dilakukan dengan cara memotong bagian bawah reservoirnya.
Menentukan
daerah
panas
pada
dinding reservoir tungku sekam
Dari penjelasan gambar grafik sebaran panas menunjukkan ada daerah-daerah yang suhunya mengalami penurunann dengan perbedaan suhu antara titik-titik tetangga terdekatnya yang kecil dan ada yang besar besar kemudian ada daerah yang mengalami terjadinya kenaikan suhu dengan perbedaan suhu tetanganya yang kecil dan ada yang besar, selain itu ada daerah memiliki kenaikan atau penurunan suhu dengan perbedan titik tetangga terdekatnya yang kecil. Sehingga perlu adanya penamaan untuk mendefinisikan daerah-daerah tersebut sebagai upaya untuk mempermudah dalam menyelesaikan sebaran termal secara numerik.
11
Untuk penamaan digunakan istilah daerah panas suhu naik, daerah panas suhu turun, dan sub daerah. Daerah panas suhu naik adalah daerah yang memiliki kenaikan suhu dengan perbedaan suhu tetangga terdekat sesudah dan sebelumnya lebih dari sama dengan 25 oC, daerah panas suhu turun adalah daerah yang memiliki penurunan suhu dengan perbedaan suhu tetangga terdekat sesudah dan sebelumnya lebih dari sama dengan 25 oC, dan sub daerah adalah daerah yang masih terdapat dalam suatu daerah panas tetapi dalam daerah tersebut mengalami perubahan suhu (naik atau turun) dengan perbedan suhu kurang dari 25 oC.
Daerah-daerah panas pada dinding
reservoir tungku bahan bakar sekam
padi dan tempurung kelapa dan hasil
pola
sebarannya
dengan
metode
interpolasi lagrange
Daerah-daerah panas pada dinding
reservoir tungku berbahan bakar sekam padi
dan tempurung kelapa yang di peroleh berdasarkan data penelitian kemudian diolah dengan metode interpolasi lagrange yang dieksekusi menggunakan Matlab dengan cara memasukan titik–titik perubahan temperatur dan menghasilkan fungsi pola sebaran panas yang diperlihatkan pada Tabel 5 dan Tabel 6.
Tabel 5 menunjukkan daerah panas terhadap jarak pada dinding reservoir
berbahan bakar sekam padi dan tempurung kelapa dari tabel tersebut tertera jenis daerah panas, sebagai upaya untuk mempermudah dalam menyelesaikan fungsi sebaran suhu pada dinding reservoir secara numerik.
Untuk bahan bakar sekam padi diameter 6 cm memiliki jenis daerah panas yaitu daerah panas sub daerah suhu naik 1 dimulai dari titik 0 cm hingga 4.5 cm dengan fungsi pola sebaran panasnya yang diperoleh dari metode interpolasi yaitu (40x2)/9-(32x3 )/81-(64x)/9+297, di titik 4.5-12 cm merupakan daerah suhu turun 1 dengan fungsi sebaran panasnya (28x3)/27 - 28x2 + (617x)/3 - 134, titik 12–16.5 cm merupakan sub daerah suhu turun 1 dengan fungsi (32x2)/9 - (4x3)/81 - (701x)/9 + 602 dan dititik 16.5–18 cm merupakan suhu naik 2 dengan fungsi hasil metode interpolasi lagrange (232x)/3-1213. Sedangkan untuk bahan bakar tempurung kelapa dititik 0–1.5 cm merupakan jenis daerah panas sub daerah suhu turun 1 dengan fungsi hasil interpolasi lagrange 520-(16x)/3, dititik 1.5–7.5 cm merupakan jenis daerah panas suhu turun 1 dengan fungsinya (142x3)/ 81-(761x2)/27+(761x)/9+1331/3, dititik 7.5– 16.5 cm merupakan jenis daerah panas sub daerah suhu turun 2 dengan fungsinya (16x3)/405-(2x2)/9-(1039x)/45+401 dan dititik 16.5–18 cm merupakan jenis daerah panas suhu naik 2 dengan fungsinya (268x)/3-1337. Untuk jenis daerah panas dan fungsi hasil interpolasi lagrange perlakuan tanpa menggunakan plat yang lainnya dapat dilihat di Tabel 5.
Tabel 5 Jenis daerah panas terhadap jarak pada dinding reservoir tungku perlakuan tanpa menggunakan plat dan fungsi hasil interpolasi lagrange
Bahan Diameter (cm) Jenis Daerah Panas Jarak (cm)
fungsi hasil metode interpolasi lagrange
Sekam Padi
6
Sub daerah suhu
naik 1 0-4.5 (40x2)/9-(32x3)/81-(64x)/9+297 Suhu turun 1 4.5-12 (28x3)/27 - 28x2 + (617x)/3 - 134 Sub daerah suhu
turun 1 12-16.5 (32x2)/9 - (4x3)/81 - (701x)/9 + 602 Suhu naik 2 16.5-18 (232x)/3-1213 9 Suhu naik 1 0-3 (20x2)/9-(16x)/3+341 Suhu turun 1 3-9 (265x3)/81 - (1051x2)/18 + (5041x)/18 - 58
Sub daerah suhu turun 1 9-13.5 (4x2)/3 - (130x)/3 + 400 Suhu naik 2 13.5-18 (5956x2)/9 - (1136x3)/81 - (92764x)/9 + 53101 12 Suhu turun 1 0-3 48x - (116x2)/3 + 345 Sub daerah suhu
turun 1 3-12 (32x 2 )/9 - (8x3)/81 - (388x)/9 + 241 Suhu naik 1 12-15 (3778x)/3 - (400x2)/9 - 8647 Tempurung kelapa 6
Sub daerah suhu
turun 1 0-1.5 520-(16x)/3
Suhu turun 1
1.5-7.5 (142x
3
)/81-(761x2)/27+(761x)/9+1331/3
Sub daerah suhu turun 2
7.5-16.5 (16x3)/405-(2x2)/9-(1039x)/45+401
Suhu naik 2 16.5-18 (268x)/3-1337
9
Sub daerah suhu
turun 1 0-3 80x2)/9-(152x)/3+391 Suhu turun 1 3-4.5 493 - 58x Sub daerah turun 2 4.5-13.5 (104x2)/45 - (8x3)/135 - (122x)/3 + 1868/5 Suhu naik 2 13.5-18 (2474x2)/3 - (1408x3)/81 - (116117x)/9 + 66748 12 Suhu turun 1 0-1.5 527 - 76x Sub daerah turun 1 1.5-10.5 (1426x2)/45 - (572x3)/405 - (10456x)/45 + 695 Suhu naik 1 10.5-15 c (4420x2)/9 - (1028x3)/81 - (56011x)/9 + 26007
13
Tabel 6 Jenis daerah panas terhadap jarak pada dinding reservoir tungku perlakuan menggunakan plat dan fungsi hasil interpolasi lagrange
Bahan Diameter (cm) Jenis Daerah Panas Jarak (cm)
fungsi hasil metode interpolasi lagrange Sekam Padi 6 Sub daerah suhu naik 1 0-4.5 (26x2)/9-(28x3)/81+(4x)/9+268 Suhu turun 1 4.5-10.5 (37x3)/81 - (40x2)/3 + (3071x)/36 + 283/2 Sub daerah turun 1 10.5-16.5 (319x2)/27 - (22x3)/81 - (1565x)/9 + 2801/3 Suhu naik 1 16.5-18 (178x)/3-918 9 Sub daerah suhu turun 1 0-4.5 2x2-(4x3)/9-(40x)/3+280 Suhu turun 1 4.5-6 397 - (118x)/3 Sub daerah turun 2 6-13.5 (187x2)/45 - (4x3)/45 - (2017x)/30 + 434 Suhu naik 1 13.5-18 (3932x2)/9 - (248x3)/27 - (20516x)/3 + 35363 12 Suhu turun 1 0-4.5 (88x3)/81 - (178x2)/9 + (95x)/9 + 392 Sub daerah turun 1 4.5-10.5 (92x2)/9 - (28x3)/81 - (929x)/9 + 427 Suhu naik 1 10.5-15 (8474x2)/9 - (1996x3)/81 - (106298x)/9 + 48804 Tempurung Kelapa 6 Sub daerah suhu naik 1 0-4.5 (40x2)/9-(68x3)/81+(59x)/9+495 Suhu turun 1 4.5-6 871 - 74x Sub daerah turun 1 6-16.5 (128x3)/945 - (458x2)/189 - (3137x)/105 + 13949/21 Suhu naik 1 16.5-18 130x-2025 9 suhu turun 1 0-1.5 473-84x Sub daerah turun 1 1.5-13.5 (25x3)/567 - (11x2)/42 - (2963x)/126 + 2679/7 Suhu naik 1 13.5-18 (6142x2)/9 - (1160x3)/81 - (96439x)/9 + 55644 12 Suhu turun 1 0-4.5 (380x3)/81 - (340x2)/9 - (5x)/9 + 564 Sub daerah turun 1 4.5-10.5 (1327x2)/27 - (158x3)/81 - (1225x)/3 + 1244 Suhu naik 2 10.5-15 804x2 - (188x3)/9 - (30439x)/3 + 42194
Pada Tabel 6 menunjukkan jenis daerah panas terhadap jarak pada dinding reservoir tungku perlakuan menggunakan plat dan fungsi hasil interpolasi lagrange yang dieksekuai dengan menggunakan matlab, bahwa dinding reservoir berdiameter 6 cm bahan bakar sekam padi memiliki jenis daerah panas sub daerah suhu naik 1 dititik 0– 4.5 cm dengan fungsi hasil interpolasi lagrange (26x2)/9-(28x3)/81+(4x)/9+268, suhu turun 1 dititik 4.5–10.5 cm dengan fungsi hasil interpolasi lagrange (37x3)/81 - (40x2)/3 + (3071x)/36 + 283/2, sub daerah turun 1 dititik 10.5–16.5 cm dengan fungsi hasil interpolasi lagrange (319x2)/27 - (22x3)/81 - (1565x)/9 + 2801/3 dan suhu naik 1 dititik 16.5-18 cm dengan fungsi hasil interpolasi lagrange (178x)/3-918. Sedangkan untuk bahan bakar tempurung kelapa diameter reservoir 6 cm memiliki jenis daerah panas sub daerah suhu naik 1 dititik 0-4.5 cm dengan fungsi hasil interpolasi lagrange (40x2)/9-(68x3)/81+ (59x)/9+495, suhu turun 1 dititik 4.5-6 cm dengan fungsi hasil interpolasi lagrange 871 - 74x, sub daerah turun 1 dititik 6-16.5 cm dengan fungsi (76x3)/81-38x2 +(4436x)/9-1882, dan suhu naik 1 dititik 16.5-18 cm dengan fungsi hasil interpolasi lagrange 130x-2025. Sedangakan untuk jenis daerah panas dan fungsi hasil interpolasi diameter yang lainnya dengan bahan bakar sekam padi dan tempurung kelapa dapat dilihat pada Tabel 6.
Dari hasil Tabel 5 dan Tabel 6, fungsi yang dihasilkan dengan metode interpolasi lagrange kemudian dieksekusi dengan menggunakan matlab dan data penelitian sebaran panas terhadap jarak pada dinding
reservoir diplotkan sehingga menghasilkan
gambar pola sebaran panas antara hasil plot data penelitian dan hasil interpolasi lagarange dengan interval tiap titiknya 0.25 seperti yang terlihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 15 Perbandingan pola sebaran panas diameter 6 cm bahan bakar sekam padi hasil plot data dan interpolasi lagrange terhadap jarak pada dinding reservoir untuk perlakuan tanpa menggunakan plat
Gambar 17 Perbandingan pola sebaran panas diameter 9 cm bahan bakar sekam padi hasil plot data dan interpolasi lagrange terhadap jarak pada dinding reservoir untuk perlakuan tanpa menggunakan plat
Gambar 18 Perbandingan pola sebaran panas diameter 12 cm bahan bakar sekam padi hasil plot data dan interpolasi lagrange terhadap jarak pada dinding reservoir untuk perlakuan tanpa menggunakan plat
Gambar 19 Perbandingan pola sebaran panas diameter 6 cm bahan bakar tempurung kelapa hasil plot data dan interpolasi lagrange terhadap jarak pada dinding reservoir untuk perlakuan tanpa menggunakan plat
15
Gambar 20 Perbandingan pola sebaran panas diameter 9 cm bahan bakar tempurung kelapa hasil plot data dan interpolasi lagrange terhadap jarak pada dinding reservoir untuk perlakuan tanpa menggunakan plat
Gambar 21 Perbandingan pola sebaran panas diameter 12 cm bahan bakar tempurung kelapa hasil plot data dan interpolasi lagrange terhadap jarak pada dinding reservoir untuk perlakuan tanpa menggunakan plat
Gambar 22 Perbandingan pola sebaran panas diameter 6 cm bahan bakar sekam padi hasil plot data dan interpolasi lagrange terhadap jarak pada dinding reservoir untuk perlakuan menggunakan plat
Gambar 23 Perbandingan pola sebaran panas diameter 9 cm bahan bakar sekam padi hasil plot data dan interpolasi lagrange terhadap jarak pada dinding reservoir untuk perlakuan menggunakan plat
Gambar 24 Perbandingan pola sebaran panas diameter 12 cm bahan bakar sekam padi hasil plot data dan interpolasi lagrange terhadap jarak pada dinding reservoir untuk perlakuan menggunakan plat
Gambar 25 Perbandingan pola sebaran panas diameter 6 cm bahan bakar Tempurung kelapa hasil plot data dan interpolasi lagrange terhadap jarak pada dinding
reservoir untuk perlakuan
Gambar 26 Perbandingan pola sebaran panas diameter 9 cm bahan bakar Tempurung kelapa hasil plot data dan interpolasi lagrange terhadap jarak pada dinding
reservoir untuk perlakuan
menggunakan plat
Gambar 27 Perbandingan pola sebaran panas diameter 12 cm bahan bakar Tempurung kelapa hasil plot data dan interpolasi lagrange terhadap jarak pada dinding
reservoir untuk perlakuan
menggunakan plat
Gambar 16 sampai Gambar 21 menunjukkan perbandingan pola sebaran panas antara hasil plot data dan fungsi hasil interpolasi lagrange pada dinding reservoir tungku bahan bakar sekam padi dan tempurung kelapa menunjukkan hasil yang lebih halus dibandingkan hasil plot data yang cenderung lebih diskrit. Sedangkan Gambar 22 sampai dengan Gambar 27 menunjukkan hasil plot data dan hasil fungsi interpolasi lagrange untuk perlakuan menggunakan plat menunjukkan bahwa hasil dari interpolasi lagrange lebih halus dan mendekati hasil data, sehingga interpolasi lagrange dapat digunakan untuk menentukan fungsi-fungsi dari sebaran panas pada dinding reservoir tungku yang menghubungkan titik perubahan sebaran panasnya.
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Efisiensi tungku sekam bahan bakar sekam padi lebih efisien dibandingkan bahan bakar tempurung kelapa. Bahan bakar sekam padi memiliki efisiensi optimal pada diameter 6 cm untuk perlakuan tanpa menggunakan plat sebesar 12.50 % dan untuk perlakuan menggunakan plat 7.76 %. Sedangkan bahan bakar tempuurng kelapa untuk perlakuan tanpa menggunakan plat memiliki efisiensi optimal pada diameter 12 cm sebesar 2.66 % dan perlakuan menggunakan plat 1.71 %. Efisinsi perlakuan tanpa menggunakan plat lebih besar dari pada menggunakan plat karena panas yang dihasilkan bahan bakar untuk memanaskan air terhambat oleh plat mengakibatkan proses pendidihan air semakin lama. Nilai efisiensi dipengaruhi oleh luas lubang pembuangan reservoir juga dipengaruhi oleh jenis bahan bakarnya.
Sebaran panas yang terjadi memiliki pola yang sama antara sekam padi dan tempurung kelapa hanya suhunya yang berbeda, sekam padi suhunya lebih rendah dibandingkan tempurung kelapa. Sedangkan sebaran panas dinding reservoir diameter 6 cm, 9 cm, dan 12 cm memiliki pola yang berbeda karena letak titik sumber panas yang berbeda. Pola sebaran panas reservoir dapat diselesaikan dengan menggunkan metode lagrange dan upaya untuk memudahkan dalam penyelesainanya ditentukan daerah suhu panasnya kemudian diolah secara komputasi untuk mendapatkan fungsi sebaran panasnya dari fungsi yang didapatkan dihasilkan pola sebaran panas yang lebih halus.
Saran
Untuk mendapatkan hasil data sebaran panas pada dinding reservoir tungku sekam yang lebih akurat sebaiknya hanya fokus pada satu tujuan yaitu mencarai pola suhu yang tersebar pada dinding reservoir karena saat mengukur suhu diperluakan waktu sedangkan bahan bakar terus terbakar yang berakibat pada konsumsi bahan bakar dalam pembakaran terus bertambah menyebabkan pengaruh pada nilai efisiensinya.
17
Daftar Pustaka
1. Nawawi, F., Puspita, R.D., Desna, Irzaman. (2010). Optimasi Tungku Sekam Skala
Industri Kecil Dengan Sistem Boiler., 3, 77 –
84.
2. Surya, S.E., Budiharto, A., dkk. (2007).
Prosiding Konprensi Nasional Kelapa VI buku 2. Bogor: Pusat Penelitian dan
Pengembangan Perkebunan, halaman 233 – 234.
3. Haryadi. (2008). Teknologi Pengolahan Beras. Gajah Mada University Press. Yogyakarta.
4. Umrih, T. (2011). Analisis Efisiensi Bahan
Bakar Sekam dan Kayu Sangon pada Sterilisasi Media Tumbuh Jamur Tiram Putih
[Skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, IPB.
5. Palungkun, R. (1998). Aneka Produk Olahan
Kelapa. Jakarta : Penebar Swadaya.
6. Young & Freedman. (2002). University
Physics Tehth edition. Diterjemahkan oleh
Endang Juliastuti dengan judul Fisika Universitas Edisi Kesepuluh Jilid I. Jakarta: Erlangga.
7. Giancoli, D.C. (2001). Physics : Principles
with Application, Fifth Edition.
Diterjemahkan oleh Yuhilza Hanum dengan judul Fisika Edisi Kelima Jilid 1. Jakarta : Erlangga.
8. Puspita, R. D. (2010).Tungku Sekam sebagai
Bahan Bakar Alternatif pada Proses Sterilisasi Media Jamur Tiram [Skripsi].
Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, IPB.
9. Krisna. (2007). Implementasi Interpolasi
Lagrange Untuk Prediksi Niai Data Berpasangan Dengan Menggunakan Matlab.
Seminar Nasional 2007. Yogyakarta.
10. Jamilatun, S. (2011). Kualitas Sifat-Sifat
penyalaan Dari Pembakaran Briket Tempurung Kelapa, Briket Serbuk Gergaji Kayu Jati, Briket Sekam Padi dan Briket Batubara. Prosiding Seminar Nasional Teknik
Kimia "Kejuangan". 22 Februari 2011. Yogyakarta.
