Optimasi Diameter Tungku Berbahan Sekam Padi dan Cangkang Kelapa Sawit serta Analisis Efisiensi dan Sebaran Kalornya

(1)

OPTIMASI DIAMETER TUNGKU BERBAHAN SEKAM

PADI DAN CANGKANG KELAPA SAWIT SERTA ANALISIS

EFISIENSI DAN SEBARAN KALORNYA

MULYANA

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

(2)

(3)

i

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN

SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Optimasi Diameter Tungku Berbahan Sekam Padi dan Cangkang Kelapa Sawit serta Analisis Efisiensi dan Sebaran Kalornya adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.

(4)

i

ABSTRAK

MULYANA. Optimasi Diameter Tungku Berbahan Sekam Padi dan Cangkang Kelapa Sawit serta Analisis Efisiensi dan Sebaran Kalornya. Dibimbing oleh IRZAMAN dan ABDUL DJAMIL HUSIN.

Penggunaan sekam padi dan cangkang kelapa sawit sebagai energi alternatif memiliki potensi yang sangat tinggi di Indonesia. Penelitian ini dilakukan variasi diameter bagian bawah ujung kerucut yaitu 6, 9, dan 12 cm yang di pasang pada tungku IPB dengan bahan bakar sekam padi dan cangkang kelapa sawit, masing– masing dilakukan tiga kali ulangan untuk mendidihkan air 1 liter. Efisiensi menggunakan bahan bakar sekam padi dengan diameter bagian bawah ujung kerucut 6 cm adalah 7.91%, diameter bagian bawah ujung kerucut 9 cm adalah 7.25%, dan diameter bagian bawah ujung kerucut 12 cm adalah 6.52%. Sedangkan menggunakan bahan bakar cangkang kelapa sawit dengan diameter bagian bawah ujung kerucut 6 cm adalah 5.46%, diameter bagian bawah ujung kerucut 9 cm adalah 5.25%, dan diameter bagian bawah ujung kerucut 12 cm adalah 4.24%. Hasil pemrosesan persebaran kalor pada bagian tengah panci dengan metode iterasi Gauss-Seidel. Persebaran kalor pada bagian bawah panci dengan pembakaran sekam padi suhunya lebih rendah dibandingkan dengan cangkang kelapa sawit. Makin banyak jumlah elemen titik-titik domain semakin akurat hasil penyebaran kalornya.

Kata kunci: Diameter, efisiensi tungku sekam, kalor, sekam padi

ABSTRACT

MULYANA. Optimization Made by Rice Husk Furnace Diameter and Shell Oil Palm and Analysis of Efficiency and Calor Distribution. Supervised by IRZAMAN and ABDUL DJAMIL HUSIN.

The use of rice husk and palm shells as alternative energy has a very high potential in Indonesia. This research was conducted under variations of the diameter of the plate of the cone, there is 6, 9, and 12 cm were installed at the rice husk stove IPB using rice husk fuel and oil palm shell, then applied three times for each to boil 1 liter of water. Efficiency using rice husk fuel with an inner diameter of 6 cm below the plate of the cone is 7.91%, diameter of the plate of the cone which 9 cm is 7.25%, diameter of the plate of the cone which 12 cm is 6.52%. While using fuel oil palm shell with the plate of the cone diameter 6 cm is 5.46%, the plate of the cone diameter 9 cm is 5.25%, and the plate of the cone diameter 12 cm is 4.24%. The result for processing of the heat distribution at the center of the pan using a Gauss‐Seidel iteration method. Heat distribution on the bottom of the pan with temperature from rice husk combustion has lower temperature than the oil palm shell. The more number of elements domain points the more accurate of the calor spread results.

(5)

ii

OPTIMASI DIAMETER TUNGKU BERBAHAN SEKAM PADI

DAN CANGKANG KELAPA SAWIT SERTA ANALISIS

EFISIENSI DAN SEBARAN KALORNYA

MULYANA

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains

pada

Departemen Fisika

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

(6)

viii

(7)

iv

NIM : G74080060

Disetujui oleh

Dr Ir Irzaman, M.Si Pembimbing I

Abdul Djamil Husin, M.Si Pembimbing II

Diketahui oleh

Dr Akhiruddin Maddu Ketua Departemen

(8)

v

PRAKATA

Assalamu’alaikum warahmatullahi wabarakatuh

Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan nikmat sehat, iman, dan islam. Shalawat dan salam tidak lupa penulis hadiahkan buat junjungan alam yakni Nabi Muhammad SAW. Atas berkat rahmat, hidayah dan dukungan banyak pihak, akhirnya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan judul “Optimasi Diameter Tungku Berbahan Sekam Padi dan Cangkang Kelapa Sawit Serta Analisis Efisiensi dan Sebaran Kalornya” . Penelitian ini di laksanakan di pondok Rizki. Penelitian ini disusun sebagai salah satu syarat kelulusan program sarjana di Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor.

Pada kesempatan ini, penulis juga mengucapkan terima kasih kepada :

1. Kedua orang tua ayah dan ibu yang selalu mendoakan, memberikan semangat.

2. Bapak Irzaman dan bapak Abdul Djamil Husin selaku pembimbing yang telah memberi bimbingan, motivasi, kritik, dan saran.

3. Bapak Tony Sumaryada dan bapak Dahlan selaku penguji atas masukan dan sarannya.

4. Bapak Hanedi Darmasetiawan, selaku Dosen Editor atas bantuannya menyelesaikan skripsi ini.

5. Bapak Firman (TU Fisika) atas semua kebaikan dan bantuannya, semoga Allah membalas semua pengorbanan dan kebaikan bapak.

6. Staf pengajar, Tata Usaha, dan semua Pegawai Departemen Fisika, Institut Pertanian Bogor. Atas bimbingan, semangat, dan pengetahuannya.

7. Kakak (En, Salamah, Lina) dan adik (Dayah) yang selalu memberikan semangat dan canda tawa.

8. Semua keluarga dari ayah dan ibu yang selalu mendoakan penulis agar cepat lulus.

9. Teman seperjuangan Fisika 45 atas segala bantuan, semangat, dan kebersamaan yang indah selama di IPB.

10.Abang (Hanafi dan Zulfian) yang selalu memberikan motivasi dan semangat. 11.Tim peneliti tungku sekam Hadi Ardianto dan masitoh yang telah bekerja

sama dalam penelitian ini.

12.Teman curhat (Rifka, Jalimas, Normaliza, Trisda, Iam, Yenti, Cucun, Dian dan Yuli yang selalu memberi semangat.

13.Teman-teman kostan Salsabila dan Pondok Rizki terima kasih semangatnya. 14.Pihak Pemkab ROHIL dan Pemprop Riau yang telah mendanai selama

kuliah.

15.Seluruh Staf dan Pegawai IPB di lingkungan kampus.

Penulis sadar bahwa penelitian ini masih jauh lebih sempurna. Karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bisa membangun dan memperbaiki kekurangan maupun memperbaiki kesalahan yang terdapat dalam penulisan. Semoga penelitian ini dapat membawa manfaat bagi masyarakat pada umumnya.

(9)

vi

DAFTAR TABEL vii

DAFTAR GAMBAR vii

DAFTAR LAMPIRAN vii

PENDAHULUAN 1

Latar Belakang 1

Tujuan Penelitian 1

Rumusan Masalah 1

Manfaat Penelitian 2

Hipotesis 2

TINJAUAN PUSTAKA 2

Sekam Padi 2

Cangkang Kelapa Sawit 3

Tungku Sekam 3

Perpindahan Kalor 4

METODOLOGI PENELITIAN 5

Tempat dan Waktu 5

Bahan dan Alat 5

Metode 5

Preparasi tungku sekam 5 Pengukuran lama pendidihan air 5 Perhitungan efisiensi tungku sekam 5 Perhitungan sebaran kalor pada bagian bawah panci 6

HASIL DAN PENBAHASAN 8

Perbandingan Efisiensi Energi Bahan Bakar Sekam Padi dan

Cangkang kelapa Sawit 8

Sebaran Kalor Bagian Bawah Panci pada Waktu Pendidihan 12

KESIMPULAN DAN SARAN 16

Kesimpulan 16 Saran 16

DAFTAR PUSTAKA 16

LAMPIRAN 18

RIWAYAT HIDUP 38

(10)

vii

DAFTAR TABEL

1 Komposisi kimia sekam padi 2

2 Komposisi kimia sekam padi 2

3 Komposisi cangkang kelapa sawit 3

4 Komposisi cangkang kelapa sawit 3

5 Perbandingan efisiensi bahan bakar sekam padi dan cangkang kelapa sawit pada masing–masing perlakuan lamanya pendidihan 1 liter air 9 6 Perbandingan lama waktu pendidihan 1 liter air dengan bahan bakar

sekam padi dan cangkang kelapa sawit pada masing–masing perlakuan 11 7 Suhu awal pada grid lines bagian bawah panci 12 8 Suhu awal pada grid lines bagian bawah panci 13 9 Hasil pemrosesan dengan metode iterasi Gauss- Seidel 13

DAFTAR GAMBAR

1 Rancangan tungku sekam 4

2 Bagian bawah panci yang dicatat suhunya 6 3 Skema grid lines dan mesh point pada aplikasi metode finite-difference 7 4 Efisiensi energi tiap waktu pendidihan dan ulangan 10 5 Waktu pendidihan 1 liter air dan ulangan 10 6 Persebaran kalor bagian bawah panci yang menggunakan bahan bakar

sekam padi pada diameter ujung bawah kerucut 6 cm 13 7 Persebaran kalor bagian bawah panci yang menggunakan bahan bakar

cangkang kelapa sawit pada diameter ujung bawah kerucut 6 cm 14 10 Persebaran kalor bagian bawah panci yang menggunakan bahan bakar

cangkang kelapa sawit pada diameter ujung bawah kerucut 9 cm 15 11 Persebaran kalor bagian bawah panci yang menggunakan bahan bakar

cangkang kelapa sawit pada diameter ujung bawah kerucut 12 cm 15

DAFTAR LAMPIRAN

1 Hasil pengukuran parameter sistem tungku sekam berbahan bakar sekam padi untuk mendidihkan 1 liter air dengan 3 diameter ujung bawah

kerucut yang berbeda 18

2 Hasil pengukuran parameter sistem tungku berbahan bakar cangkang kelapa sawit untuk mendidihkan 1 liter air dengan 3 diameter ujung

bawah kerucut yang berbeda 22

(11)

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Indonesia adalah salah satu negara yang memiliki berbagai sumber daya alam yang cukup besar baik dari segi kualitas maupun kuantitas, antara lain sekam padi dan cangkang kelapa sawit. Pemanfaatan sekam padi dan cangkang kelapa sawit sebagai alternatif terbarukan mempunyai potensi yang sangat tinggi untuk diterapkan di Indonesia. Indonesia merupakan negara agraris (pertanian) yang makanan pokoknya berasal dari padi sehingga ketersediaan sekam padi sangat melimpah.1 Indonesia juga merupakan negara penghasil komoditas kelapa sawit terbesar di dunia. Berdasarkan data penelitian tim Tanaman Perkebunan Besar menyatakan bahwa, pemerintah menargetkan luas area kelapa sawit dari tahun 2005–2010 perkembangannya meningkat. Hal ini menyebabkan dalam pengolahannya menghasilkan cangkang kelapa sawit dalam jumlah besar dan sukar diurai secara alami di lingkungan. Jika kondisi ini terjadi secara berkelanjutan dapat mengganggu lingkungan.2

Untuk meningkatkan penggunaan sekam padi dan cangkang kelapa sawit, maka digunakan sebagai salah satu sumber energi terbarukan dan tungku sekam sebagai media alat tempat pembakarannya. Berdasarkan komposisinya, kedua bahan baku ini memiliki kadar selulosa yang cukup tinggi, sehingga baik untuk bahan bakar alternatif pengganti minyak tanah, karena memberikan pembakaran yang merata dan stabil. Berdasarkan dukungan penelitian sebelumnya, hal ini akan menjadi pengolahan bahan energi tepat guna bagi masyarakat.

Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah untuk:

1. Mengamati pengaruh ukuran diameter ujung bawah kerucut pada tungku sekam terhadap efisiensi waktu pendidihan air.

2. Membandingkan penggunaan bahan bakar sekam padi dan cangkang kelapa sawit terhadap efisiensi waktu pendidihan air.

3. Mempelajari sebaran kalor pada bagian bawah panci saat pendidihan air.

Rumusan Masalah

Rumusan masalahnya, antara lain:

1. Bagaimana pengaruh ukuran diameter ujung bawah kerucut pada tungku sekam terhadap efisiensi waktu pendidihan air?

2. Bagaimana efisiensi waktu pendidihan air pada masing-masing penggunaan bahan bakar sekam padi dan cangkang kelapa sawit?

(12)

Manfaat Penelitian

Dapat diterapkan langsung oleh masyarakat dan menjadi referensi untuk pengembangan tungku sekam pada masa yang akan datang.

Hipotesis

Hipotesis yang diajukan, yaitu:

1. Semakin besar ukuran diameter ujung bawah kerucut pada tungku sekam yang digunakan, maka efisiensi waktu pendidihan air semakin meningkat.

2. Pendidihan air yang paling efisien adalah dengan menggunakan bahan bakar cangkang kelapa sawit.

3. Sebaran kalor pada bagian bawah panci tidak homogen.

TINJAUAN PUSTAKA

Sekam Padi

Sekam padi adalah bagian luar dari padi yang tidak ditumbuk dan juga merupakan hasil sampingan dari penggilingan padi. Sebagian besar isi sekam padi adalah serat kasar yang terdiri atas lemma dan palea. Kedua serat tersebut bergabung untuk menyelimuti kariopsis. Menurut Rahmat, kalor pembakaran sekam padi dapat mencapai 3300 kcal/kg dan bulk density 0.100 g/ml serta konduktivitas kalornya 0.068 W/m K. Kadar selulosa yang cukup tinggi dapat memberikan pembakaran yang merata dan stabil.3

Tabel 1 Komposisi kimia sekam padi 3

Komponen Kandungan (%)

Kadar air 9.02 Proten kasar 3.03 Lemak 1.16 Serat kasar 35.68 Abu 17.71 Karbohidrat kasar 33.71 Karbon (zat arang) 1.33 Hidrogen 1.54 Oksigen 33.64 Silika 16.98

Tabel 2 Komposisi kimia sekam padi 4

Komposisi Kandungan (%)

(13)

Cangkang Kelapa Sawit

Cangkang kelapa sawit merupakan salah satu jenis limbah padat hasil samping dari industri pengolahan kelapa sawit.5 Setiap pengolahan buah kelapa sawit menghasilkan 7% limbah padat berupa cangkang dengan kandungan kalori sebesar 4000-4500 kcal/kg.6 Menurut Nurmala dan Hartoyo (1988), cangkang kelapa sawit termasuk bahan berlignoselulosa yang berkadar karbon tinggi dan mempunyai bulk density yang lebih tinggi dari pada kayu mencapai 1,4 g/ml.7 Hal ini memungkinkan cangkang kelapa sawit baik untuk dijadikan arang aktif dan energi kalornya tinggi sebesar 20.093 kJ/kg.

Menurut Budi Santoso, penggunaan cangkang kelapa sawit sebagai pengganti solar dan batubara merupakan salah satu langkah tepat untuk efisiensi, karena dapat menghemat biaya lebih dari lima miliar rupiah dalam satu tahun.8

Tabel 3 Komposisi cangkang kelapa sawit9

Komponen Kandungan (%)

Karbon (zat arang) 50.4

Hidrogen 5.8

Oksigen 34.2

Sulfur 0.3

Air 6

Tabel 4 Komposisi cangkang kelapa sawit 5

Komposisi Kandungan (%)

Lignin 29.4 Hemiselulosa 27.7 Sellulosa 26.6 Air 8.0 Komponen ekstraktif 4.2 Abu 0.6

Tungku Sekam

Tungku sekam merupakan tungku yang sangat tergantung pada aliran udara. Oleh karena itu, tungku sebaiknya dirancang untuk memperoleh aliran udara yang optimal. Badan kompor merupakan pintu masuk utama udara, sehingga besar kecilnya lubang utama pada badan kompor sangat mempengaruhi efisiensi tungku sekam.3

Tungku sekam merupakan alat utama pada penelitian ini. Jika sekam padi dibakar tanpa tungku, sekam padi akan membara pelan-pelan sambil mengeluarkan asap tebal yang terasa pedih di mata. Oleh karena itu, tungku sekam digunakan untuk mengurangi dampak tersebut. Tungku sekam harus dibuat sedemikian rupa sehingga menghasilkan aliran zat asam melewati bahan bakar yang menyala agar dapat menghasilkan nyala yang bersih dan panas.10

(14)

Gambar 1 Rancangan 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, dan (F) reservoir abu sementara.

Perpindahan Kalor

Perpindahan kalor adalah proses hantaran kalor oleh materi atau benda karena adanya perbedaan suhu di dua medium yang berbeda. Kalor akan mengalir dari tempat yang suhunya tinggi ke tempat yang suhunya lebih rendah secara spontan.11

Proses perpindahan kalor dibagi menjadi tiga jenis, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi atau pancaran.

1. Konduksi

Konduksi adalah perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa disertai perpindahan partikel-partikel tersebut.

2. Konveksi

Konveksi adalah perpindahan kalor pada suatu zat yang disertai perpindahan partikel-partikel tersebut. Pada saat memanaskan air di tungku menggunakan sebuah panci, akan terjadi perambatan kalor dari air yang ada di dasar panci ke permukaan secara konveksi.

3. Radiasi atau pancaran

(15)

METODOLOGI PENELITIAN

Tempat dan Waktu

Penelitian ini dilakukan di Bengkel Departemen Fisika FMIPA IPB pada bulan Mei 2012 sampai Mei 2013.

Bahan dan Alat

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah: air, sekam padi, dan cangkang kelapa sawit. Alat yang digunakan, yaitu: tungku sekam, panci berbahan aluminium, korek api, termometer laser, dan stopwatch.

Metode

Penelitian ini dilakukan empat tahap, yaitu: preparasi tungku sekam, pengukuran lama pendidihan air, menghitung efisiensi tungku sekam, dan perhitungan sebaran kalor pada bagian bawah panci berbahan aluminium saat pendidihan air.

1. Preparasi tungku sekam

Menyiapkan tiga buah tungku sekam dengan masing-masing diameter ujung bawah kerucut sebesar 6, 9, dan 12 cm. Reservoir tungku di isi dengan sekam padi dan apinya dinyalakan sampai stabil. Jika sekam padi telah berubah menjadi abu, maka perlu dilakukan penggantian dengan sekam padi yang baru. Hal yang sama dilakukan untuk bahan bakar cangkang kelapa sawit.

2. Pengukuran lama pendidihan air

Panci berisi 1 liter air diletakkan di atas tungku. Air dididihkan sampai suhunya mencapai 100 oC dan waktunya di catat. Pengulangan dilakukan sebanyak 3 kali untuk masing-masing diameter bagian ujung bawah kerucut 6, 9, dan 12 cm. Pendidihan air dilakukan juga dengan berbahan dasar cangkang kelapa sawit.

3. Perhitungan efisiensi tungku sekam

Penghitungan efisiensi bahan bakar perlu dicari terlebih dahulu laju energi yang dibutuhkan untuk memasak dengan menggunakan persamaan:1

(1) Keterangan :

= laju energi yang dibutuhkan (kcal/jam) = massa makanan (kg)

(16)

Efisiensi bahan bakar dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:

% (2)

Keterangan :

= efisiensi bahan bakar (%)

= (fuel consumption rate) laju bahan bakar yang dibutuhkan (kg/jam) = laju energi yang dibutuhkan (kcal/kg)

= (heat value fuel) energi yang terkandung dalam bahan bakar (kcal/kg)

4. Perhitungan sebaran kalor pada bagian bawah panci

Menentukan persebaran kalor pada bagian bawah panci di lakukan pada tiap ulangan pertama pada saat memasak 1 liter air tiap tungku diameter ujung bawah kerucut 6, 9 dan 12 cm. Suhunya dicatat dengan menggunakan termometer laser. Bagian yang dicatat suhunya yaitu bagian titik-titik hitam di sekeliling segiempat bawah panci dengan ukuran 22 x 22 cm, titik di bagian depan panci, kanan panci, belakang panci, dan kiri panci, di gambarkan pada gambar 2.

Persamaan untuk mengukur persebaran kalor pada bagian bawah panci digunakan persamaan diferensial parsial tipe eliptik dengan metode beda hingga skema eksplisit, yaitu:

, , , (3)

Dengan domain , | , , dengan batas domain bertipe disktrit. Jika p = 40 dan q = 40 maka kondisi batas yang digunakan adalah :

(x,0) = 0 ; u(x,40) = 0 ; (0,y) = 0 ; (40,y) = 0 ; (10,y) = 1 ; (20,y) = 1; (30,y) = 1

Gambar 2 Bagian bawah panci yang dicatat suhunya Kana panci Belakang panci

Kiri panci

Depan panci x

(17)

Gambar 3 Skema grid lines dan mesh point pada aplikasi metode finite-difference

Gambar 3 di atas merupakan jaringan titik hitung persamaan Laplace, dan nilai di sekeliling lingkaran atau mesh point. Bentuk diskrit persamaan (3) diperoleh dengan menggunakan metode Beda Hingga skema eksplisit sebagai berikut:10 Jika

,

, , , ,

(4)

,

, ,, , , ₍₅₎

Substitusi persamaan (4) dan (5) ke persamaan (3) menjadi :

, , ,

∆

,, , ,

∆ = 0 (6)

Jika diketahui Δx=Δy, maka persamaan (6) menjadi:

, , , , , = 0 (7)

Bidang hitungan dibagi dalam bentuk grid dengan skala 10 (Gambar 3), dengan memanfaatkan kondisi batas yang telah diketahui, akan ditentukan nilai pada titik mesh point yang diberi tanda titik hitam. Penjabaran dari perhitungan 9 mesh point sebagai berikut:

Koordinat (2,2): _, _, _, _, _,

_, _, _, _, _, Koordinat (3,2): _, _, _, _, _, _, _, _, _, _, Koordinat (4,2): _, _, _, _, _, , , , , ,

Koordinat (2,3): _, _, _, _, _,

, , , , ,

Koordinat (3,3): _, _, _, _, _,

Koordinat (4,3): _, _, _, _, _,

, , , , ,

Koordinat (2,4): _, _, _, _, _,

(18)

Koordinat (3,4): _, _, _, _, _,

, , , , ,

Koordinat (4,4): _, _, _, _, _,

, , , , ,

Penjabaran sistem persamaan diatas dapat dijabarkan dalam bentuk matriks sebagai berikut:

Ruas kanan persamaan (8) merupakan kondisi batas nilai yang telah diketahui. Dari persamaan (8) solusi persamaan Laplace 2 dimensi untuk menyelesaikan masalah perambatan kalor dalam keadaan steady state dapat diselesaikan dengan menentukan nilai vektor kolom menggunakan penyelesaian metode iterasi gauss-seidel.12

HASIL DAN PEMBAHASAN

Perbandingan Efisiensi Energi Bahan Bakar Sekam Padi dan Cangkang Kelapa Sawit

Pembakaran merupakan suatu proses kimia yang terjadi karena adanya kombinasi antara oksigen dan elemen atau campuran kimia yang sangat cepat dan menghasilkan pelepasan panas. Pembakaran bahan bakar atau limbah, terdiri atas komponen utama karbon dan hidrogen. Pelepas panas yang terjadi ditunjukkan oleh reaksi berikut :

C + O2 → CO2 + energi 2H2 + O2→ 2H2O + energi

Berdasarkan reaksi di atas dapat dinyatakan bahwa, dalam proses pembakaran komponen yang utama adalah CO2, H2O dan energi.

Penelitian ini menggunakan limbah sekam padi dan cangkang kelapa sawit. Komposisi kimia pada bahan bakar sekam padi adalah karbon, hidrogen, oksigen, air, dan silika, sedangkan komposisi kimia cangkang kelapa sawit adalah karbon, hidrogen, oksigen, sulfur, dan air. Unsur karbon dan hidrogen yang terkandung dalam bahan bakar bereaksi dengan gas oksigen dan menghasilkan energi.

(19)

Proses pendidihan air terjadi tiga proses perpindahan kalor yaitu konduksi, konveksi dan radiasi. Peristiwa konduksi terjadi saat energi kalor dari api tungku sekam dipindahkan ke panci. Peristiwa konveksi terjadi pada proses pemanasan air di dalam panci, sedangkan radiasi terjadi dari api tungku sekam yang meradiasikan kalornya ke lingkungan sekitar.

Variasi diameter tungku pada bagian bawah ujung kerucut dengan diameter 6, 9, dan 12 cm telah dilakukan. Tiap variasi perlakuan dilakukan tiga kali ulangan. Mengukur perbandingan efisiensi tungku pada diameter yang berbeda berbahan sekam padi dan cangkang kelapa sawit menggunakan air sebanyak 1 liter dan dididihkan.

Nilai efisiensi bahan bakar sekam padi pada pendidihan air 1 liter mencapai 7.91% pada diameter 6 cm, 7.25% pada diameter 9 cm, 6.52% pada diameter 12 cm. Sedangkan bahan bakar kelapa sawit mencapai 5.46% pada diameter 6 cm, 5.25% pada diameter 9 cm, 4.24% pada diameter 12 cm. Efisiensi yang baik pada pendidihan air dengan bahan bakar sekam padi sebesar 7.91% pada diameter 6 cm, pada bahan bakar cangkang kelapa sawit sebesar 5.46% pada diameter 6 cm. Sedangkan jika berdasarkan perbandingan antara kedua bahan bakar sekam padi dan cangkang kelapa sawit, efisiensi bahan bakar sekam padi terbaik dengan diameter 6 cm sebesar 7.91%.

(20)

Gambar 4 Efisiensi energi tiap waktu pendidihan dan ulangan

Gambar 5 Waktu pendidihan 1 liter air dan ulangan

Berdasarkan Tabel 5 dapat dilihat bahwa efisiensi bahan bakar dipengaruhi oleh energi yang dibutuhkan dan banyaknya bahan bakar yang dibutuhkan. Semakin besar laju energi yang dibutuhkan maka efisiensi bahan bakar semakin besar dan semakin banyak laju bahan bakar yang dibutuhkan maka efisiensi energinya semakin kecil. Selain itu, efisiensi bahan bakar juga dipengaruhi oleh jenis bahan bakar. Bahan bakar sekam padi dengan diameter kerucut bawah 6 cm energi yang dibutuhkan rata-rata sebesar 238.09 kcal/jam, pada diameter 9 cm sebesar 257.71 kcal/jam, sedangkan pada diameter 12 cm sebesar 296.06 kcal/jam. Sedangkan bahan bakar cangkang kelapa sawit energi yang dibutuhkan rata–rata sebesar 534.8 kcal/jam pada diameter kerucut bawah 6 cm, 561.54 kcal/jam pada diameter 9 cm, dan 779.84 kcal/jam pada diameter 12 cm.

Berdasarkan Gambar 4 dapat dilihat secara keseluruhan, efisiensi bahan bakar sekam padi lebih efisien dibandingkan bahan bakar cangkang kelapa sawit. Hal ini dikarenakan nilai pemanasan sekam padi lebih besar dan penggunaan bahan bakar sedikit jika dibandingkan pada cangkang kelapa sawit.

Berdasarkan Gambar 5 dapat dilihat bahwa pada bahan bakar cangkang kelapa sawit lebih cepat mendidih dari pada menggunakan sekam padi. Hal ini dikarenakan kandungan kalori kelapa sawit lebih besar dari pada sekam padi,

0

6 U1: Diameter 6 ulangan 1 6 U2: Diameter 6 ulangan 2 9 U1: Diameter 9 ulangan 1 9 U2: Diameter 9 ulangan 2 12 U1: Diameter 12 ulangan 1 12 U2: Diameter 12 ulangan 2

sekam

6 U1: Diameter 6 ulangan 1 6 U2: Diameter 6 ulangan 2 9 U1: Diameter 9 ulangan 1 9 U2: Diameter 9 ulangan 2 12 U1: Diameter 12 ulangan 1…

sekam

(21)

yaitu 4000 kcal/kg berbanding 3300 kcal/kg. Proses pendidihan air juga dipengaruhi oleh kandungan air yang ada di dalam bahan bakar tersebut.

Berdasarkan data pada Tabel 6, pendidihan air dengan menggunakan cangkang kelapa sawit lebih cepat dari pada sekam padi. Waktu yang dibutuhkan pada diameter ujung kerucut 6 cm rata–rata 0.28 jam, diameter 9 cm rata–rata 0.28 jam, dan diameter 12 cm rata–rata 0.25 jam. Sedangkan dengan bahan bakar cangkang kelapa sawit, pada diameter ujung bawah kerucut 6 cm rata–rata 0.14 jam, dimeter 9 cm rata–rata 0.13 jam, dan diameter 12 cm rata–rata 0.12 jam. Massa bahan bakar terpakai lebih banyak cangkang kelapa sawit di bandingkan sekam padi, karena cangkang kelapa sawit lebih berat massanya dibandingkan sekam padi.

Tabel 6 Perbandingan lama waktu pendidihan 1 liter air dengan bahan bakar sekam padi dan cangkang kelapa sawit pada masing- masing perlakuan Bahan bakar Dimeter

(22)

Sebaran Kalor Bagian Bawah Panci pada Waktu Pendidihan

Kalor yang dihasilkan pada tiap bahan bakar berbeda-beda. Penelitian tentang komputasi distribusi temperatur pada bagian bawah panci dalam keadaan tunak dengan penyelesaian persamaan Diferensial Parsial Laplace dua dimensi metode Beda Hingga menggunakan Matlab telah dilakukan. Jika pada sebuah bahan terdapat gradien temperatur, maka akan terjadi perpindahan energi dari bagian bertemperatur tinggi ke bagian bertemperatur rendah (proses perambatan panas). Proses perhitungan perubahan kalor tidak hanya dapat dilakukan melalui pengamatan langsung, tetapi dapat juga melalui perhitungan numerik. Bentuk model matematika perambatan panas adalah bentuk persamaan Diferensial Parsial. Mencatat suhu bagian bawah panci dengan menggunakan termometer laser pada saat panci yang berisi air 1 liter dipanaskan, dan saat air mulai mendidih. Solusi perambatan kalor pada masing-masing titik dengan metode Beda Hingga skema eksplisit dapat diketahui dengan menggunakan persamaan Laplace. Selanjutnya persamaan tersebut diselesaikan secara iterasi.

Berdasarkan data yang telah diambil (empat titik utama yang membentuk persegi dengan ukuran persegi 22 x 22 cm, dan masing–masing sisi persegi diambil empat titik), kemudian masing–masing titik tersebut diukur suhunya dengan menggunakan termometer laser. Sehingga dapat diketahui perubahan suhu yang terjadi di sekitar titik pusat panci selama proses pemanasan air dengan menggunakan bahan bakar sekam padi dan cangkang kelapa sawit. Data yang ada dicari dengan menggunakan metode Beda Hingga skema eksplisit, kemudian data tersebut dibuat dengan matrik ukuran 9x9 dan dimasukan dalam program matlab. Sehingga dapat diketahui suhu sekitar titik pusat panci pada waktu suhu titik didih. Simulasi numerik akan menampilkan grafik dua dimensi dengan sumbu y adalah suhu (0C) dan sumbu x adalah ukuran matrik.

Tabel 7 Suhu awal pada grid lines bagian bawah panci

Bahan bakar

Diameter (cm)

Suhu pada bagian bawah panci (0C)

Suhu depan panci (0C) Suhu kanan panci (0C)

1 2 3 4 1 2 3 4 Sekam 6 180.9 180.0 186.6 190.0 190.7 196.0 193.4 193.5

9 168.1 167.1 167.1 170.1 170.9 170.5 169.8 169.8 12 160.1 158.8 155.5 165.5 160.1 181.1 180.1 178.1 Cangkang

kelapa sawit

(23)

Tabel 8 Suhu awal pada grid lines bagian bawah panci

Tabel 9 Hasil pemrosesan dengan metode iterasi Gauss- Seidel

Suhu (0C) pada titik

Iterasi Gauss-Seidel

Bahan bakar sekam padi Bahan bakar cangkang kelapa sawit

Gambar 6 Persebaran kalor bagian bawah panci yang menggunakan bahan bakar sekam padi pada diameter ujung bawah kerucut 6 cm

1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 12 180.2 188.1 176.1 179.1 211.1 199.1 213.0 201.1 Cangkang

kelapa sawit

(24)

Gambar 9 Persebaran kalor bagian bawah panci yang menggunakan bahan bakar cangkang kelapa sawit pada diameter ujung bawah kerucut 6 cm

(25)

Berdasarkan Tabel 7 dan Tabel 8 dapat dilihat bahwa persebaran kalor pada bagian bawah panci suhu yang didapat pada sisi kanan, kiri, depan dan belakang panci tidak homogen. Suhu yang didapat dibuat program komputasi perhitungan distribusi kalor pada bagian bawah panci dalam keadaan tunak dengan persamaan Laplace dua dimensi dengan penyelesaian persamaan Diferensial Parsial metode Beda Hingga menggunakan Matlab. Semakin banyak jumlah elemen titik-titik domain atau mesh point semakin akurat hasil penyebaran kalornya. Kalor menyebar dari titik yang temperaturnya lebih tinggi menuju ke titik yang temperaturnya lebih rendah.

Berdasarkan Tabel 9 dapat dilihat hasil pemrosesan persebaran kalor pada bagian tengah panci dengan metode iterasi Gauss- Seidel. Persebaran kalor pada bagian bawah panci dengan pembakaran sekam padi suhunya lebih rendah dibandingkan dengan cangkang kelapa sawit, karena nilai kalor yang tersimpan dalam cangkang kelapa sawit lebih besar dibandingkan sekam padi. Sehingga waktu yang digunakan dalam proses pendidihkan air lebih cepat menggunakan cangkang kelapa sawit. Suhu yang dicapai pada proses pembakaran sekam padi lebih rendah yaitu mencapai 659 0C di bagian dasar tengah tungku, sedangkan pada proses pembakaran cangkang kelapa sawit suhu mencapai 788 0C. Warna

(26)

yang terlihat pada masing-masing grafik menunjukan adanya perbedaan suhu. Warna merah berarti bersuhu tinggi dan warna biru adalah suhu yang rendah.

KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian, bahan bakar sekam padi lebih efisien dibandingkan dengan cangkang kelapa sawit. Meskipun nilai kalori yang terkandung dalam cangkang kelapa sawit lebih besar dibandingkan dengan sekam padi, tetapi dalam pemakaian bahan bakar cangkang kelapa sawit lebih boros dibandingkan sekam padi, serta energi yang dibutuhkan pada pendidihan 1 liter air menggunakan cangkang kelapa sawit lebih besar dibandingkan menggunakan sekam padi. Pendidihan air yang paling cepat yaitu dengan menggunakan bahan bakar cangkang kelapa sawit pada ukuran diameter bagian bawah kerucut 12 cm, yaitu 0.12 jam. Efisiensi bahan bakar sekam padi pada diameter bagian bawah kerucut 6 cm adalah 7.91%, diameter bagian bawah kerucut 9 cm adalah 7.25%, dan diameter bagian bawah kerucut 12 cm adalah 6.52%. Sedangkan efisiensi bahan bakar cangkang kelapa sawit pada diameter bagian bawah kerucut 6 cm adalah 5.46%, diameter bagian bawah kerucut 9 cm adalah 5.25%, dan diameter bagian bawah kerucut 12 cm adalah 4.24%.

Suhu pada proses pembakaran sekam padi mencapai 659 0C dibagian dasar tengah tungku, sedangkan pada proses pembakaran cangkang kelapa sawit suhu mencapai 788 0C. Persebaran suhu pada bagian bawah panci tidak homogen. Perhitungan simulasi dengan menggunakan metode Beda Hingga dihasilkan pendidihan 1 liter air untuk sekam padi pada diameter bawah kerucut 6, 9, 12 cm suhu berkisar 173.7-192.9 0C. Sedangkan bahan bakar cangkang kelapa sawit pada diameter bagian bawah kerucut 6, 9, 12 cm suhu berkisar 208.6–336.8 0C. Semakin banyak jumlah elemen titik-titik domain atau mesh point semakin akurat hasil penyebaran kalornya.

Saran

Penelitian lanjutan persebaran kalor sebaiknya dilakukan pengukuran suhu pada bagian bawah panci dengan bentuk lingkaran dan diameter tungku dengan metode Elemen Hingga, sehingga hasilnya bisa dibandingkan dengan metode Beda Hingga.

DAFTAR PUSTAKA

1 F. Nawafi, R. D. Puspita, Desna, dan Irzaman. Optimasi tungku sekam skala industri kecil dengan sistem boiler. Berkala Fisika. 12: 77 – 84. 2010

(27)

Pertanian. 2005

3 Demiati. Pembuatan beberapa macam ukuran lubang pada dinding tubuh tungku sekam untuk mendapatkan efisiensi kalor lebih tinggi [Skripsi]. Bogor(ID): IPB. 2010

4 Bakri dan Baharuddin. Absorpsi air komposit semen sekam padi dengan

penambahan pozzolan abu sekam padi dan kapur pada matriks semen.Jurnal Perennial. 6:70-78. 2001

5 Haji AG, Pari G, Habibati, Amiruddin, Maulina. Kajian mutu arang hasil pirolisis cangkang kelapa sawit. Program Studi Kimia FKIP Unsyiah, Darussalam Banda Aceh. Jurnal Purifikasi. 11:77 – 86. 2010

6 Harris, Anam S, Mahmudsyah S. Studi pemanfaatan limbah padat dari perkebunan kelapa sawit pada PLTU 6 MW di Bangka Belitung. Jurnal Teknik Pomits. 2: ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print). 2010

7. Sipahutar D. Tehnologi briket sekam padi. Balai pengkajian teknologi pertanian (bptp) riau [internet]. Pekanbaru(ID): BPPT Riau. [diacu: 2

Oktober 2012]. Tersedia dari: http//riau.litbang.deptan.go.id/ind/images/stories/PDF/teknologibriket. 2011

8. Buchori L. Perpindahan Panas Bagian 1. Semarang(ID): Universitas Diponegoro. 2004

9. Farel H, Napitupulu. Analisis nilai kalor bahan bakar serabut dan cangkang sebagai bahan bakar kelet uap di pabrik kelapa sawit. 2006

10. Maulana R. Optimasi efisiensi tungku sekam dengan variasi lubang utama pada badan kompor [Skripsi]. Bogor(ID): IPB. 2009

11. Buchori L. Perpindahan Panas Bagian 1. Semarang(ID): Universitas Diponegoro. 2004

(28)

LAMPIRAN

Lampiran 1 Hasil pengukuran parameter sistem tungku sekam berbahan bakar sekam padi untuk mendidihkan 1 liter air dengan 3 diameter ujung bawah kerucut yang berbeda

A. Diameter ujung bawah kerucut 6 cm Suhu awal : 27 oC

Suhu akhir : 100 oC

Ulangan Massa sekam padi (kg) Suhu panci (oC)

Suhu arang (oC)

Waktu didih (menit)

Suhu pada bagian atas kerucut (oC)

maw ms mar mt Tdk Tkak Tkik Tbek Ttek

I 1 0.55 0.16 0.29 97.6 308.8 18.50 T0 59.5 59.4 51.9 51.8 603.2

T1 213.3 202.4 226.0 198.8 601.6

II 1 0.56 0.17 0.27 99.8 300.1 17.90 T0 45.6 49.1 51.1 44.5 605.8

T1 186.6 193.4 182.7 182.6 454.3

III 1 0.51 0.21 0.28 102.0 205.4 18.33 T0 41.0 44.0 41.9 46.3 646.6 T1 222.3 233.1 219.3 219.6 659.5

Mf = 1 kg Es = 73 kcal/kg HVf = 3300 kcal/kg Pengolahan data

a. Ulangan 1

Waktu = 0.31 jam, massa sekam padi terpakai = 0.29 kg

→Laju bahan bakar yang digunakan ,

(29)

→Energi yang di butuhkan

Q M x E_t kg kcal/kg_{. jam} . kcal/jam

→Efisiensi tungku sekam

ε _{FCR x HVf}Q _{. kg/jamx}. kcal/jam_{kcal/kg x} % . %

b. Ulangan 2

→Laju bahan bakar yang digunakan

FCR _waktu m _{. jam}. kg . kg/jam

Q M_waktu x E kg x kcal/kg_{. jam} . kcal/jam

c. Ulangan 3

waktu = 0.31 jam, massa sekam padi terpakai = 0.28 kg

Q M x E_waktu kg x kcal/kg_{. jam} . kcal/jam

ε Q

FCR x HVf

. kcal/jam

(30)

B. Diameter ujung bawah kerucut 9 cm Suhu awal : 27 oC

Suhu akhir : 100 oC

Suhu arang (oC)

Waktu didih (menit)

Suhu bagian atas kerucut (oC)

I 1 0.49 0.20 0.31 107.2 292.8 16.82 T0 36.8 40.0 35.7 37.6 506.8 T1 169.3 171.7 159.9 184.1 577.6

II 1 0.52 0.15 0.33 98.8 303.0 17.62 T0 41.0 40.1 41.4 46.6 649.1 T1 187.6 221.9 213.0 182.1 514.8

III 1 0.50 0.22 0.28 100.5 368.4 16.60 T0 42.3 61.1 81.1 64.9 561.1 T1 161.1 164.8 195.1 182.8 571.6 Mf = 1 kg Es = 73 kcal/kg HVf = 3300 kcal/kg

Pengolahan data

a. Ulangan 1

b. Ulangan 2

c. Ulangan 3

(31)

Q M x E_waktu kg x kcal/kg_{. jam} . kcal/jam

ε _{FCR x HVf}Q _{. kg/jam x}. kcal/jam_{kcal/kg x} % . %

C. Diameter ujung bawah kerucut 12 cm Suhu awal : 27 oC

Suhu akhir : 100 oC

Suhu arang (oC)

Waktu didih (jam)

I 1 0.47 0.21 0.32 120.0 350.4 14.88 T0 42.7 44.3 46.9 46.3 613.9 T1 183.7 196.1 210.1 167.8 620.4

II 1 0.48 0.17 0.35 98.6 205.7 15.06 T0 37.8 43.2 48.3 47.9 623.9 T1 204.9 170.8 172.9 186.2 511.5

Pengolahan data

a. Ulangan 1

b. Ulangan 2

waktu = 0.25 jam, massa sekam padi terpakai = 0.35 kg

(32)

c. Ulangan 3

→Laju bahan bakar yang digunakan FCR m

waktu

. kg

. jam . kg/jam

Q M_waktux E kg x kcal/kg_{. jam} . kcal/jam

Lampiran 2 Hasil pengukuran parameter sistem tungku berbahan bakar cangkang kelapa sawit untuk mendidihkan 1 liter air dengan 3 diameter ujung bawah kerucut yang berbeda

A. Diameter ujung bawah kerucut 6 cm Suhu awal : 27 oC

Suhu akhir : 100 oC

Ulangan Massa cangkang kelapa

sawit (kg) Suhu _panci (oC)

Suhu arang (oC)

Waktu didih (menit)

I 1 0.51 0.18 0.31 120.3 302.6 8.37 T0 51.3 47.8 80.3 77.3 640.0 T1 253.6 226.6 229.6 221.8 628.0

II 1 0.53 0.19 0.28 105.2 150.7 8.13 T0 48.1 63.1 47.8 49.3 628.4 T1 274.2 227.8 311.4 336.4 661.8

Pengolahan data

a. Ulangan 1

Waktu = 0.14 jam, massa cangkang kelapa sawit terpakai= 0.31 kg

→Energi yang di Butuhkan

(33)

b. Ulangan 2

Waktu = 0.14 jam, massa cangkang kelapa sawit terpakai = 0.28 kg

FCR _waktu m _{. jam kg/jam}. kg

ε _{FCR x HVf}Q _{kg/jam x}. kcal/jam_{kcal/kg x} % . %

c. Ulangan 3

Q M x E_t kg x kcal/kg_{. jam} . kcal/jam

ε _{FCR x HVf}Q _{. kg/jam x}. kcal/jam_{kcal/kg x} % . %

B. Diameter ujung bawah kerucut 9 cm Suhu awal : 27 oC

Suhu akhir : 100 oC

Ulangan Massa cangkang kelapa sawit (kg) T1 310.0 202.9 256.5 247.3 696.9

II 1 o.47 0.21 0.32 124.2 370.4 7.7 T0 54.5 58.8 57.6 64.7 648.8 T1 260.6 262.2 287.1 306.1 710.4

Pengolahan data

a. Ulangan 1

(34)

ε _{FCR x HVf}Q _{. kg/jamx}. kcal/jam_{kcal/kg x} % , %

b. Ulangan 2

Q M x E_t kg x kcal/kg_{. jam} . kcal/jam

c. Ulangan 3

ε Q

FCR x HVf

. kcal/jam

(35)

C. Diameter ujung bawah kerucut 12 cm Suhu awal : 27 oC

Suhu akhir : 100 oC

Ulangan Massa cangkang kelapa sawit (kg) T1 219.1 247.6 254.2 234.8 741.4

II 1 0.38 0.16 0.46 141.2 136.3 0.12 T0 63.8 108.4 129.2 130.4 660.5 T1 244.7 279.8 294.0 265.7 750.5

Pengolahan data

a. Ulangan 1

FCR _waktu m _{. jam}. kg kg/jam

→Energi yang di butuhkan Q M x E

waktu

kg x kcal/kg

. jam . kcal/jam

ε _{FCR x HVf}Q _kg/jamx. kcal/jam_{kcal/kg x} % . %

b. Ulangan 2

ε _{FC HV} _{. /}. / _/ x % . %

c. Ulangan 3

(36)

ε Q

FCR x HVf

. kcal/jam

(37)

Lampiran 3 Hasil pengukuran sebaran kalor pada bagian bawah panci berbahan sekam padi dan cangkang kelapa sawit pada pendidihan 1 liter air dengan 3 diameter ujung bawah kerucut yang berbeda

Bahan bakar

Diameter (cm)

Suhu pada bagian bawah panci (0C)

Suhu depan panci Suhu kanan panci Suhu kiri panci Suhu belakang panci

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

Sekam

6 180.9 180 186.6 190 174.6 196 193.4 193.5 178.7 194.5 195.0 198 180 183.5 182.7 180.7

9 168.1 167.1 167.8 170.6 170.9 170.5 169.8 170.0 172.5 178.8 182.8 189.2 180.9 190.4 195.1 188.1

12 160.1 158.8 155.5 165.5 160.1 181.1 180.1 178.1 180.2 188.1 176.1 179.1 211.1 199.1 213.0 201.1

Cangkang kelapa

sawit

6 330.1 340.1 333.8 320.5 322.5 300.5 284.6 290.1 250.5 315.1 334.5 246 348.1 350.1 353.8 340.0

9 302.1 300.5 317.6 315.1 309.1 320.8 327.1 324.5 305.1 315.1 326.4 319.9 320.4 314.1 325.8 321.1

12 323.1 333.3 342.4 340.1 349.1 312.5 310.5 306.5 301.9 304.3 305.5 300.6 305.4 309.8 301.8 319.9

Pengolahan data dengan bahan bakar sekam padi

Dengan menggunakan rumus Laplace: , , ,

, , ,

∆

,, , ,

∆ = 0

Δx= 22 cm, Δy=22 cm Maka persamaan menjadi:

, , , , , = 0

(38)

1.Pada diameter bagian ujung bawah kerucut 6 cm

Batas temperatur pada tepi bagian bawah panci, yaitu:

(39)

Penjabaran persamaan diatas dalam bentuk matriks sebagai berikut:

2.Pada diameter bagian ujung bawah kerucut 9 cm Dengan domain: (0 ≤ x ≤ 22; 0 ≤ y ≤ 22)

172.5 188.1 195.1 190.4 180.9

(40)

Koordinat (3,3): _, _, _, _, _,

,

180.2 _201.1 _213.0 _199.1 _211.1

188.1

176.1

179.1

(41)

Koordinat (2,2): _, _, _, _, _,

,

Pengolahan data bahan bakar cangkang kelapa sawit

(42)

Koordinat (2,2): _, _, _, _, _, _, _, _, . Koordinat (3,2): _, _, _, _, _, _, _, _, _, .

Koordinat (4,2): _, _, _, _, _,

, , , . Koordinat (2,3): _, _, _, _, _, , , , , . Koordinat (3,3): _, _, _, _, _, Koordinat (4,3): _, _, _, _, _, , , , , . Koordinat (2,4): _, _, _, _, _, , , , . Koordinat (3,4): _, _, _, _, _, , , , , . Koordinat (4,4): _, _, _, _, _, , , , .

250.5 340.0 353.8 350.1 348.1

315.1

334.5

246

330.1 340.1 333.8 320.5 322.5 300.5 284.6 290.1

1 ₂ 3 ₄ 5

5

4

3

2 2,2 3,2 4,2 2,3 3,3 4,3 2,4 3,4 4,4

Suhu belakang panci (0C)

Suhu kanan panci (0C) Suhu kiri panci (0C)

Suhu belakang panci (0C)

(43)

Penjabaran persamaan dalam bentuk matriks sebagai berikut:

305 1 _321.1 _325.8 _314.1 _320.4

315.1

326.4

319.9

(44)

Koordinat (4,3): _, _, _, _, _,

,

3.Pada diameter bagian ujung bawah kerucut 12 cm Dengan domain: (0 ≤ x ≤ 22; 0 ≤ y ≤22)

301.9 319.9 301.8 309.8 305.4

306.5 Suhu belakang panci (0C)

Suhu kanan panci (0C) Suhu kiri panci (0C)

(45)

Koordinat (3,2): _, _, _, _, _,

,

(46)

Script Perhitungan metode Iterasi Gauss-Seidel_{dengan matlab}

%Integrasi numerik solusi persamaan laplace 2D % Mulyana - G74080060 - fisika'45

clc;

clear all;

disp('***** persebaran panas pada bagian bawah panci saat

pendidihan*****')

b=[]; % masukkan nilai suhu dari perhitungan matrik sesuai

diameter

xb(1,1)=(-smtr1+b(1,1))/A(1,1);

for i=2:n-1

(47)

break

end

n=5; m=5;

z=zeros(n,m);

z(1:m,1)=[]; % suhu depan

z(1,1:n)=[]; % suhu kiri

z(5,1:n)=[]; % suhu kanan

z(1:m,5)=[]; % suhu belakang

z(2,2)=w(1,1); z(2,3)=w(4,1); z(2,4)=w(7,1);

z(3,2)=w(2,1); z(3,3)=w(5,1); z(3,4)=w(8,1);

z(4,2)=w(3,1); z(4,3)=w(6,1); z(4,4)=w(9,1);

%plot nilai U pada domain mesh(z)

colorbar vert

shading interp

title('grafik kontur solusi numerik');

xlabel('x');

ylabel('y');

(48)