PERBANDINGAN EFISIENSI TUNGKU SEKAM SKALA INDUSTRI KECIL
SISTEM BOILER DAN NON BOILER
FAZMI NAWAFI
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Fazmi Nawafi. PERBANDINGAN EFISIENSI TUNGKU SEKAM SKALA INDUSTRI KECIL
SISTEM BOILER DAN NON BOILER. Dibimbing oleh Irzaman
Abstrak
Tungku sekam merupakan teknologi yang berbasis kearifan lokal untuk mengantisipasi ancaman krisisi energi. Pada mulanya tungku sekam diteliti untuk kegiatan memasak hanya dalam skala rumah tangga, Tapi dewasa ini tungku sekam dikembangkan untuk skala industri mengingat pentingnya aspek komersial yang sangat menjanjikan dari tungku sekam ini. Pada tungku sekam skala industri juga dikembangkan sistem boiler, dimana sistem boiler ini dapat memperbesar efisiensinya, dalam boiler ini terdapat cerobong ditengah panci yang digunakan, karena pada dasarnya proses tungku sekam ini dipengaruhi oleh aliran udara. Efisiensi tungku sekam sangat mempengaruhi banyaknya tungku sekam yang dibutuhkan dalam proses pemasakan.
Kata kunci : Sekam, tungku sekam, aliran udara, efisiensi, kalor, boiler.
Judul : Perbandingan Efisiensi Tungku Sekam Skala Industri Kecil Sistem Boiler dan Non Boiler Nama : Fazmi Nawafi
NRP : G74101017
Menyetujui,
Pembimbing
(Dr. Ir. Irzaman, M.Si) NIP.19630708 199512 1001
Mengetahui,
Ketua Departemen Fisika FMIPA IPB
(Dr. Ir. Irzaman, M.Si) NIP.19630708 199512 1001
PERBANDINGAN EFISIENSI TUNGKU SEKAM SKALA INDUSTRI KECIL
SISTEM BOILER DAN NON BOILER
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor
Oleh: Fazmi Nawafi
G74101017
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
RIWAYAT HIDUP
Penulis lahir di Bogor 30 Mei 1987. Penulis merupakan anak pertama dari dua bersaudara dari pasangan Achmad Affandi dan EN. Titin, S.Pd. Penulis menyelesaikan studinya di SD Cililitan 01, kemudian melanjutkan studi di MTsN 1 Pandeglang selama 3 tahun. Pada waktu MTs, penulis meraih prestasi juara deklamasi puisi, juara II tangkas pramuka dan juara II cerdas cermat tingkat SLTP/MTs se-Kabupaten Pandeglang. Penulis melanjutkan di SMAN 1 Pandeglang. Pada masa SMA penulis meraih prestasi juara II siswa teladan tingkat SMA se-Kabupaten Pandeglang. Penulis diterima di program studi Fisika IPB melalui jalur Undangan Seleksi Mahasiswa IPB (USMI).
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah Swt karena atas segala rahmat, hidayah dan karunia-Nya, penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul ”Perbandingan Efisiensi Tungku Sekam Skala Industri Kecil Sistem Boiler dan Non Boiler” . Skripsi ini dibuat oleh penulis sebagai salah satu syarat kelulusan program sarjana di Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor. Dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada:
1. Kepada Mamah dan Ayah (Alm) tercinta, bimbingan dan do’anya selalu kunanti.
2. Dr. Ir. Irzaman, M.Si selaku pembimbing yang tak kenal lelah memberikan bimbingan, saran, masukan, serta bantuan dalam penulisan skripsi. Saya sangat kagum dengan semangat Bapak. 3. Bapak Abdul Djamil,M.Si dan Ibu Mersi Kurniati, S.Si, M.Si selaku dosen penguji, terima
kasih atas saran dan bimbingannya.
4. Terima kasih untuk Kak Mardanih S.Si yang telah membimbing belajar penulis dalam menghadapi Ujian Komprehensif dan sidang sarjana.
5. Seluruh dosen dan staf Departemen Fisika IPB yang telah memberikan ilmu yang bermanfaat. Pak Firman , Pak Yani, Pak Amas serta Pak Musiran terimakasih atas kerjasamanya.
6. Kepada Bapak Ghofur (Perpustakaan MIPA), terima kasih atas dukungan dan semangatnya. 7. Fisika IPB yang selalu di hati : Erdi, Anto, Kang TB Gamma, Demiyati, Prof Herry, Farid,
Dilla, Rifki, Asfinny, Hassyti, Fifi, Devi, Grice, Casnan, Rahmi, Inna, Hassyati, etc.
8. Saudara-saudaraku Keluarga besar Fisika IPB: Hartip, Lima Nady, Sastri, Desna, Ratih, Mbak Nurul, dll. Bangga bisa berdiskusi dengan para ilmuwan.
9. Kepada adikku Fitriani Azis Ramadhani ,terima kasih atas segala kebersamaannya selama ini dan menjadi inspirasi agar menjadi lebih baik.
10. Kepada Dian Lestari (Deel’) dan Retno Suandari (Meno’) yang selalu memberikan “trigger” semangat dan dorongan kepada penulis, You are My hero.
11. Kepada Kanda dan Yunda Korps Alumni HMI (KAHMI) Bogor,: Pak Sjafri, Bang Sjofyan Sjaf, Bang Amin, Bang Yamin, Bang Syafar, Bang Cupi, Bang Alim. Mbak Rahma, Mbak Talitha Rini.
12. Kepada Kokolot KMB-Bogor: Pak Mukhlis, Pak Rukyat, Kang Solihin, Kang Sulhan, Pak Idath, Pak Handy dan Mamah Yati. Terima Kasih atas kritik dan sarannya.
13. Kepada dulur di KMB-Bogor dan Asrama Mahasiswa Banten: Firdi,Muktar,Uu,Kang Hayat, Kang Wawan, Santoni, Ario,Ucup,Tokek,Muthe,Mega,Widya, Eka, Rady, Yossa, Ares, Dini, Rina, Anisa, Budi, Haya.
Didu, Hamim, Rizka, Yaya, Fitri, Icha Cuhh. Terima Kasih untuk HMI Cabang Bogor, organisasi yang telah memberi arti hidup, bersyukur dan ikhlas. Yakin Usaha Sampai. 15. Teman-teman Sambadha Smansa Pandeglang: Abal, Bambang, Agung, Aris, Moho, Fitri,
Hasilah, Eka, Adi Botak, Asmadi. Kalian memang sahabat sejati.
Penulis sadar bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu segala kritik dan saran yang membangun akan sangat berarti demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi penulis dan semua pihak.
Bogor, Maret 2010
UCAPAN TERIMA KASIH
i
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR ISI ... i
DAFTAR GAMBAR ... ii
DAFTAR TABEL ... iii
DAFTAR LAMPIRAN ... iv
PENDAHULUAN Latar Belakang ... 1
Hipotesis ... 1
Tujuan Penelitian ... 1
TINJAUAN PUSTAKA Sekam Padi ... 2
Tungku Sekam ... 3
Sistem Boiler ... 3
Transfer Energi Kalor ... 3
Tungku Sekam Sebagai Energi Alternatif Berbasis Kearifan Lokal ... 4
Industri Kecil ... 4
BAHAN DAN METODE Waktu dan Tempat Penelitian ... 4
Bahan dan Alat ... 4
Metode Penelitian ... 4
Pembuatan Tungku Sekam Skala Industri Kecil ... 4
Pembuatan Drum Dengan Pipa Cerobong Sebagai Sistem Boiler ... 5
Pengukuran Lama Pendidihan Air Dengan Sistem Boiler dan Non Boiler ... 5
Penghitungan Efisiensi Tungku Sekam ... 5
HASIL DAN PEMBAHASAN Efisiensi Tungku Sekam ... 6
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan ... 7
Saran ... 7
ii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1. Sekam Padi ... 1
Gambar 2. Tungku Sekam Skala Rumah Tangga... 2
Gambar 3. Perpindahan Panas Konduksi dan Difusi Energi ... 2
Gambar 4. Desain Tungku Sekam ... 4
Gambar 5. Tungku Sekam Skala Industri Kecil ... 5
Gambar 6. Drum Dengan Cerobong Boiler ... 5
iii
DAFTAR TABEL
iv
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Alur Penelitian ... 9
Lampiran 2. Perhitungan Efisiensi Tungku Sekam Dengan Sistem Boiler ... 10
Lampiran 3. Perhitungan Efisiensi Tungku Sekam Non boiler ... 13
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Pada saat ini krisis energi merupakan ancaman nasional, bahkan menjadi ancaman global. Krisis energi ini berdampak pada industri, dimana bahan baku industri khususnya bahan bakar seperti industri tahu dan kerupuk sangat sulit sekali untuk mendapatkan minyak tanah atau gas elpiji. Pihak pemerintah dan swasta gencar mencari alternatif untuk mencari solusi dalam memecahkan masalah tersebut. Diantaranya yang sedang dikembangkan adalah pengembangan kompor dari limbah (sekam padi) untuk memasak. Tungku sekam ini sangat cocok untuk negara Indonesia karena Industri penggilingan padi di Indonesia mampu memproses lebih dari 40 juta padi yang tidak ditumbuk menjadi beras dengan rendenment yang mendekati 60% - 80%. Jika kondisi ini terjadi secara berkelanjutan sebagai kapasitasnya, maka terdapat 8 juta ton sekam yang berasal dari beras yang akan diproduksi, namun disisi lain hal ini dapat menganggu lingkungan. Laju prediksi (Aram II) dari BPS pada tahun 2004 mengasumsikan bahwa total produksi dari padi kering yang tidak ditumbuk adalah 53,7 juta ton yang setara dengan 33, 92 juta ton beras (Husin, 2007).
Pada penelitian ini dikaji optimasi efisiensi tungku sekam untuk memasak dalam skala industri kecil dengan sistem boiler dan non boiler .
Hipotesis
Tungku sekam merupakan tungku yang sangat tergantung pada aliran udara. Oleh karena itu desain tungku harus didesain untuk menciptakan aliran udara tersebut. Sistem boiler yang dibuat pada dinding drum mempengaruhi nilai efisiensi yang dihasilkan. Sehingga diperoleh efisiensi optimal.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan efisiensi tungku sekam skala industri kecil dengan sitem boiler.
Tinjauan Pustaka
Sekam Padi
Sekam padi adalah lapisan padi yang meliputi kariopsis, terdiri dari dua belahan (disebut lemma dan palea) yang saling bertautan. Sekam yang dihasilkan oleh
penggilingan padi tipe Enggelberg berbentuk hancuran sekam bercampur bekatul, sedangkan sekam dihasilkan dari mesin pengupas tipe rol karet. Presentase sekam dari gabah bervariasi , bergantung pada varietas, berkisar antara 16,3-26% (Andriati,2007)
Oleh karena itu penggunaan energi dengan menggunakan sekam, selain menekan pengeluaran bahan bakar juga juga dapat mengurangi limbah yang berfungsi untuk menjaga keseimbangan lingkungan.
Hal tersebut dikarenakan industri pengilingan padi yang ada di daerah pedesaan Indonesia mampu mengolah lebih dari 40 juta ton gabah menjadi beras giling dengan rendemen 66 – 80 persen. Bila kondisi ini berjalan sesuai dengan kapasitasnya, terdapat sekam yang berpotensi sebesar 8 juta ton.selain itu menurut Angka Ramalan (Aram II) tahun 2004, BPS memperkirakan jumlah produksi gabah kering giling (GKG) sebanyak 53,7 juta ton atau setara dengan 33,92 juta ton beras dan sekitar 10,7 juta ton sekam (Irzaman, 2008).
Tabel 1. Komposisi Kimiawi Sekam Padi
No Komponen Persentase
Kandungan (%)
1 Kadar air 9,02 2 Protein kasar 3,03
3 Lemak 1,16
4 Serat kasar 35,68
5 Abu 17,71
6 Karbohidrat kasar 33,71 7 Karbon(zat arang) 1,33 8 Hidrogen 1,54 9 Oksigen 33,64 10 Silika 16,98
(Suharno, 1979)
2
Tungku Sekam
Tungku merupakan alat yang sangat penting dalam pemanfaatan energi menggunakan limbah sekam. Tungku adalah sebuah peralatan yang digunakan untuk memanaskan bahan serta mengubah bentuknya (atau merubah sifat-sifatnya (perlakuan panas), karena bahan bakar yang digunakan berupa sekam maka tungku untuk pembakaran sekam disebut tungku sekam
Sejak tahun 2009 Departemen Fisika IPB telah mensosialisasikan tungku sekam skala rumah tangga.
Namun, untuk tungku sekam skala industri kecil belum optimal. Tungku sekam skala industri kecil lebih besar ukurannya dibandingkan dengan tungku sekam skala rumah tangga.
Sistem Boiler
Boiler adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau steam. Sistem Boiler yang dipakai dalam peneliti ini yaitu panci berupa drum yang dibuat pipa seperti cerobong sepanjang 202 cm dengan diameter 24 cm.
Transfer Energi Kalor
Sistem perpindahan panas dibagi menjadi 3 jenis yaitu konduksi, konveksi dan radiasi.
Gambar 2. Tungku Sekam Skala Rumah Tangga
Gambar 3. Perpindahan Panas Konduksi dan Difusi Energi.
Konduksi
Konduksi ialah transfer energi termis melalui interaksi antara atom-atom dan molekul, walaupun atom-atom dan molekulnya sendiri tidak ikut berpindah.
Proses perpindahan panas secara konduksi bila dilihat secara atomik merupakan pertukaran energi kinetik antar molekul (atom), dimana partikel yang energinya rendah dapat meningkat dengan menumbuk partikel dengan energi yang lebih tinggi. Untuk perpindahan panas secara konduksi, setiap material mempunyai nilai konduktivitas panas (k) yang mempengaruhi besar perpindahan panas yang dilakukan pada suatu material.
Konveksi
3
Radiasi
Radiasi ialah proses perpindahan panas dimana energi dipancarkan dan diserap oleh benda-benda dalam bentuk radiasi elektromagnetik. Radiasi ini bergerak melewati ruang dengan kelajuan cahaya. Semua benda memancarakan dan memancarkan radiasi elektromagnetik.
Tungku Sekam Sebagai Energi Alternatif Berbasis Kearifan Lokal
Mahalnya harga bahan bakar minyak menyebabkan meningkatnya biaya produksi kegiatan industri. Hal ini mendorong untuk penggunaan bahan baku alternatif. Dewasa ini telah dikembangkan tungku sekam untuk mengatasi masalah tersebut. Tungku sekam telah terbukti dapat digunakan sebagai pengganti kompor minyak untuk kebutuhan sehari-hari, seperti memasak selain itu tentu tungku sekam juga dapat diaplikasikan untuk berbagai kegiatan lain, seperti untuk pemanas dalam proses penyulingan.
Pemerintah selama kurun waktu tahun 2005 – 2008 telah menaikkan harga Bahan Bakar Minyak (BBM) bersubsidi sebanyak 3 kali, yaitu pada bulan Maret 2005, Oktober 2005, dan Mei 2008. BBM yang disubsidi pemerintah adalah minyak tanah, solar, dan premium. Sejak bulan Agustus 2005 pemerintah menetapkan BBM bersubsidi hanya untuk sektor rumah tangga dan sektor transportasi, termasuk untuk usaha mikro, kecil, dan menengah (UMKM). Untuk industri pengolahan skala menengah dan besar dikenakan harga BBM non-subsidi, yaitu harga BBM yang mengikuti pergerakan harga minyak mentah (crude oil) dunia. Kenaikan harga BBM bersubsidi tersebut rata-rata sebesar 28% (Maret 2005), 126% (Oktober 2005),
dan 28,9% (Mei 2008). (Sri Susilo dan Soeroso, 2008). Demikian
pula dengan harga gas elpiji (LPG) dan tarif dasar listrik (TDL) pernah juga dinaikkan beberapa kali. Pada dasarnya, pereekonomian sumberdaya energi bukan saja ditentukan oleh harga sumber energi itu sendiri, tetapi ditentukan pula oleh harga sumber energi sejenis yang akan dipersaingkan. Jadi, ketika sekam padi
diperkenalkan untuk mengganti BBM, maka bisa tidaknya sekam masuk pasaran sangat bergantung pada harga minyak mentah. Karena semakin meningkatnya harga minyak mentah akan berakibat pada meningkatnya harga produk kilang seperti
minyak tanah. Sehingga dengan kenaikan tersebut akan mengakibatkan semakin kecilnya perbedaan antara harga sekam dengan BBM yang menjadikan sekam padi
menarik secara ekonomi untuk dimanfaatkan sebagai sumber energi alternatif.
Panas pembakaran sekam dapat mencapai 3300 kcal dan bulk density 0,100 g/ml serta konduktivitas panas 0,068 kcal (Rahmat, 2006). Sementara itu beberapa penelitian mengenai biomassa sebagai bahan bakar telah dilakukan oleh beberapa peneliti. Riset menunjukkan pada tahun 1987, di Indonesia pemanfaatan sekam padi kurang dari 10%. Sedangkan di India sekam padi hingga tahun 1980 pemanfaatan sekam padi menjadi bahan bakar mencapai 40%.
Sedangkan dari aspek ekonomi perbandingan harga tahun 2006 (2500) menunjukkan bahwa elpiji Rp. 5.000 per kg,) harga minyak tanah per liter Rp. 3.400,
sedangkan batu bara Rp. 2.000/ kg ( Rachmat, 2006). Sekam yang didapat pada
kawasan lingkar kampus IPB Darmaga Rp 2000,- hingga Rp3000,-/karung.
Tabel 2. Perbandingan mendidihkan 6 liter air dengan berbagai bahan bakar (Irzaman dalam Maulana, 2009)
Bahan Waktu Massa Harga
Bahan Biaya Literatur
Bakar (menit) Bahan Bakar (Rp)
Gas 11 0.1 kg 5.000,-/kg 500,-
Warta penelitian Elpiji dan pengembangan pertanian 2006
Minyak 25 140ml 7.500,-/kg 1.050,- Warta penelitian Tanah dan pengembangan pertanian 2006 Sekam Warta penelitian
Padi 35 1 kg 4000,-/20kg 20,- dan pengembangan
pertanian 2006
Sekam 23 1 kg 2000,-/7kg 285,- Irazaman, dkk
4
Nilai ini sangat menguntungkan bagi pengusaha industri kecil seperti pengusaha manisan korma yang sebelumnya
menghabiskan 150 ikat kayu bakar seharga Rp 150.000,- s/d Rp200.000,- untuk satu
kali produksi sedangkan dengan
menggunakan bahan bakar sekam padi terpakai hingga 2-3 karung senilai Rp 6.000,- s/d Rp 9.000,- pada produksi
yang sama. Biaya produksi semakin efesien. Tungku sekam sangat efektif dan merupakan solusi alternatif berbasis kearifan lokal dimana Indonesia yang merupakan negara agraria, sebagian besar penduduknya adalah petani. Sekam yang melimpah di pedesaan dan merupakan limbah dimanfaatkan untuk energi alternatif. Hasil buangan dari tungku sekam yaitu berupa arang sekam sangat baik digunakan untuk media tanam tanaman dan bisa dibuat briket arang sekam.
Industri Kecil
Berdasarkan jumlah tenaga kerja yang dibutuhkan, industri dapat dibedakan menjadi industri kecil, industri sedang dan industri besar. Industri kecil ialah industri yang tenaga kerjanya berjumlah 5-15 orang. Ciri dari industri kecil adalah memiliki modal yang relatif kecil, tenaga kerjanya berasal dari lingkungan sekitar atau masih ada hubungan saudara misalnya industri tahu/tempe, industri makanan ringan dan industri batubata. Industi Kecil Menegah Penggerak Perekonomian Daerah adalah industri barang dan jasa yang menggunakan bahan baku utamanya berbasis pada pendayagunaan sumber daya alam, bakat dan karya seni tradisional dari daerah setempat. IKM memiliki ciri dan kriteria antara lain bahan bakunya mudah diperoleh karena tersedia di daerah dan menggunakan teknologi sederhana sehingga mudah dilakukan alih teknologi, keterampilan dasar umumnya sudah dimiliki secara turun temurun, bersifat padat karya atau menyerap tenaga kerja yang cukup banyak, peluang pasar cukup luas sebagian besar produknya terserap di pasar lokal/domestik dan tidak tertutup sebagian lainnya berpotensi untuk diekspor, beberapa komoditi tertentu memiliki ciri khas terkait dengan karya seni budaya daerah setempat melibatkan masyarakat ekonomi lemah setempat. Secara ekonomis menguntungkan. (Kartasasmita, 1996).
BAHAN DAN METODE
Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilakukan di laboraturium material dan perbengkelan Físika IPB. Waktu yang diperlukan untuk penelitian ini adalah 8 bulan, yakni April 2009- November 2009.
Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sekam padi yang diperoleh dari sekitar wilayah kecamatan Dramaga. Seng (Zn) Besi (Fe) yang digunakan untuk membuat tungku sekam.
Peralatan yang digunakan adalah palu, gunting, repand, kipas, thermometer, panci, meteran, dan timbangan
Metode Penelitian
1. Pembuatan Tungku Sekam Skala Industri Kecil
Gambar 4. 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
5
Gambar 5. Tungku Sekam Skala Industri Kecil.
Dalam pembuatan tungku sekam skala industri kecil ini berbeda ukurannya dengan tungku sekam skala rumah tangga. Untuk lubang pada badan tungku sekam skala indusri kecil berukukran 40 x 68 cm.
2. Pembuatan Drum Dengan Pipa Perobong Sebagai Sistem Boiler
Gambar 6. Drum Dengan Cerobong Boiler
Dalam penelitian ini menggunakan panci sebagai tempat memasak air berupa drum yang ditambahkan cerobong sebagai sistem boiler pada penelitian ini. Ukuran cerobong pada drum ini yaitu panjang 202 cm dan berdiameter 24 cm.
3. Pengukuran Lama Pendidihan Air Dengan Drum Boiler dan Non Boiler
Pengukuran lama pemasakan dilakukan dengan menggunakan air sebanyak 50 liter, 100 liter dan 150 liter. Air tersebut dimasak menggunakan tungku sekam skala industri kecil dan dengan membandingan air yang dimasak melalui drum boiler dan non boiler serta menghitung banyaknya sekam yang dibutuhkan untuk mendidihkan air tersebut. Sehingga mendapatkan laju bahan bakar yang dibutuhkan pada setiap jenis tungku sekam. Pemasakan air dilakukan dengan 3 kali ulangan.
4.Penghitungan efisiensi tungku sekam
Dalam penghitungan efisiensi tungku sekam harus mengetahui jumlah energi yang dibutuhkan untuk memasak dengan menggunakan rumus, ( Belonio dan Irzaman, 2007, 2008, 2009)
(1)
Qn = Energi yang dibutuhkan
(kcal/jam) Mf = Massa makanan (kg ) Es = Energi spesifik (kcal/kg) T = Waktu pemasakan (jam)
Pemasukan energi mengacu pada jumlah energi yang diperlukan, dalam istilah bahan bakar, energi yang harus dimasukan ke dalam kompor. Hal ini dapat dihitung
menggunakan rumus berikut, ( Belonio dan Irzaman, 2007, 2008, 2009)
(2)
Keterangan :
FCR = Fuel Consumption Rate (FCR) Laju bahan bakar yang digunakan (kg/jam) Qn = Laju energi yang digunakan (kcal/jam)
HVF = Heat Value Fuel (HVF) nilai kalor bahan bakar (kcal/kg)
6
HASIL DAN PEMBAHASAN
Efisiensi Tungku Sekam
Tungku sekam membutuhkan aliran udara yang maksimum untuk melakukan proses pembakaran. Oleh karena itu udara yang terperangkap harus dibuat sebanyak mungkin. Udara masuk melalui lubang dengan satu lubang udara memiliki efesiensi yang tinggi (Maulana, 2008). Pembakaran merupakan suatu proses kimia yang terjadi karena kombinasi yang sangat cepat antara oksigen dan elemen atau campuran kimia yang mengasilkan pelepasan panas. (Osmen Gultom, 2000).
Dalam pembakaran bahan bakar atau limbah dimana komponen utama terdiri dari karbon dan hidrogen pelepasan panas yang terjadi ditunjukkan oleh reaksi berikut:
C + 0
2CO
2+ energy
2H
2+ O
22H
2O + energy
Gambar 3. reaksi pembakaran karbon dan hidrogenDari reaksi diatas terlihat bahwa produk utama dari pembakaran bahan bakar organik adalah CO2, H2O dan energy (panas).
Pada saat proses pemasakan terjadi perpindahan panas hasil dari pembakaran sekam. Perpindahan kalor tersebut mengalir dengan konduksi ataupun konveksi. Tabel 1 sampai dengan tabel 6 menunjukkan hasil data pemasakan air 50 liter, 100 liter dan 150 liter masing-masing 3 kali ulangan dengan metode boiler dan non boiler. Nilai efisiensi dari 2 jenis perlakuan metode boiler dan non boiler dapat dilhat di gambar. Dari data tabel 1 dapat dilihat hasil rata-rata 3 kali ulangan efisiensi tungku sekam pada pemaskan air 50 liter dengan metode boiler ialah membutuhkan waktu rata-rata sekitar 60 menit serta memilki laju konsumsi bahan bakar (FCR) sebesar 5,26 Kg/jam sedangkan energi panas yang dibutuhkan(Qn) untuk mendidihkan air sebanyak 50 liter adalah 3500 K cal /jam sehingga diperoleh efisiensi tungku sekam sebesar 22,18%. Pada tabel 2 (Pemaskan 100 liter dengan metode boiler) dengan waktu pemasakan rata-rata selama 1,83 jam serta memiliki laju konsumsi bahan bakar (FCR) sebesar 6,63kg/jam, sedangkan energi panas yang dibutuhkan(Qn) untuk mendidihkan air sebanyak 100 liter adalah
3825,17 Kcal /jam sehingga diperoleh efisiensi tungku sekam sebesar 19,23%. Untuk data tabel 3 (pemasakan air 150 liter dengan metode boiler) dengan waktu pemasakan rata-rata selama 2,23 jam serta memiliki laju konsumsi bahan bakar (FCR) sebesar 7,38kg/jam, sedangkan energi panas yang dibutuhkan(Qn) untuk mendidihkan air sebanyak 150 liter adalah 4708,52 Kcal /jam sehingga diperoleh efisiensi tungku sekam sebesar 21,26%.
Pada pemasakan air dengan menggunakan sistem non boiler dilakukan perlakuan sama yaitu dengan 3 kali ulangan dan air yang dimasak antara lain 50 liter, 100 liter dan 150 liter. Pada tabel 4 (Pemaskan 50 liter dengan metode non boiler) dengan waktu pemasakan rata-rata selama 1,1 jam serta memiliki laju konsumsi bahan bakar (FCR) sebesar 5,18kg/jam, sedangkan energi panas yang dibutuhkan(Qn) untuk mendidihkan air sebanyak 50 liter adalah 3181,18 Kcal /jam sehingga diperoleh efisiensi tungku sekam sebesar 20,47%. Untuk data tabel 5 (pemasakan air 100 liter dengan metode non boiler) dengan waktu pemasakan rata-rata selama 2 jam serta memiliki laju konsumsi bahan bakar (FCR) sebesar 6,65kg/jam, sedangkan energi panas yang dibutuhkan(Qn) untuk mendidihkan air sebanyak 100 liter adalah 3500 Kcal /jam sehingga diperoleh efisiensi tungku sekam sebesar 17,54%. Untuk data tabel 6 (pemasakan air 150 liter dengan metode non boiler) dengan waktu pemasakan rata-rata selama 2,46 jam serta memiliki laju konsumsi bahan bakar (FCR) sebesar 6,76 kg/jam, sedangkan energi panas yang dibutuhkan(Qn) untuk mendidihkan air sebanyak 150 liter adalah 4268,29 Kcal /jam sehingga diperoleh efisiensi tungku sekam sebesar 21,04%.
7
.
adalah 19,23% sedangkan pemasakan air dengan sistem non boiler, efisiensinya sebesar 17,54 %. Perbedaan efisiensi juga terlihat dala pemaskan air 150 liter, dimana pemasakan air 150 liter dengan sistem boiler, efisiensinya sebesar 21,26 % sedangkan pemasakan air 150 liter dengan sistem non boiler, efisiensinya 21,04%.
Berdasarkan hasil penelitian, menunjukkkan bahwa metode boiler dapat meningkatkan efisiensi tungku sekam dibandingkan dengan metode non boiler, ini dikarenakan metode boiler terjadi perpindahan panas secara konduksi melalui poros pipa yang dapat memanaskan secara langsung air yang berada diatasnya dan aliran udara panas secara konveksi.
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Pada tungku sekam skala industri juga dikembangkan sistem boiler, dimana sistem boiler ini dapat memperbesar efisiensinya, dalam boiler ini terdapat cerobong ditengah drum yang digunakan, ini dikarenakan metode boiler terjadi perpindahan panas secara konduksi melalui poros pipa yang dapat memanaskan secara langsung air yang berada diatasnya dan aliran udara panas
secara konveksi. Karena pada dasarnya proses tungku sekam ini dipengaruhi oleh aliran udara. Efisiensi tungku sekam sangat mempengaruhi banyaknya sekam yang dibutuhkan dalam proses pemasakan.
Saran
Bila penelitian ini akan dilanjutkan, disarankankan bahwa : dapat dibuat fungsi pada bagian pipa boilernya sehingga energi yang dikeluarkan dapat dimanfaatkan serta Jumlah bahan bakar sekam yang dimasukkan dan yang terbakar diamati secermat mungkin agar perhitungan mencari efisiensi energinya menjadi lebih teliti.
DAFTAR PUSTAKA
Belonio. 1985. Rice Huso gas store
handbook.Approriate Technology
Centre. Departement of Agricultural
Engineering and Environmental
Management. Collage of Agricultura
Central Philipine University Iloilo City. Philipine.
Husin, AA. 2007. Pemanfaatan Sekam Padi dan Abu Sekam Padi untuk Pembuatan Batu Bata beton Berlubang. e-jurnal Balitbang PU. Pusat Litbang Pemukiman.Bandung.
Irzaman, H. Alatas, H.Darmasetiawan, A. Yani dan Musiran. 2007. Tungku
0,00% 2,00% 4,00% 6,00% 8,00% 10,00% 12,00% 14,00% 16,00% 18,00% 20,00% 22,00% 24,00% 26,00% 28,00% 30,00%
air 50 liter air 100 liter air 150 liter
Boiler Non boiler
8
Sekam Padi Sebagai Energi Alternatif dalam Meningkatkan Kesejahteraan Masyarakat (Kajian Ekonomi dan Finansial Tungku Sekam Padi : Skala Rumah Tangga ) . Laporan Kegiatan Pengembangan IPTEK. Institut Pertanian Bogor.
Irzaman, H. Alatas, H.Darmasetiawan, Irmansyah, A.D. Husin, M.N. Indro. 2008. Reneable Energy Technology Applications to Support E3i Village, 22-24 July 2008. Jakarta Indonesia. Irzaman, dan H. Darmasetiawan. 2008.
Tungku Sekam. Paten di Indonesia
dengan no S0020080027, Jakarta. Irzaman, H. Syafutra, M.Rifki, Mardanih.
2008. Optimasi Efisiensi Tungku Sekam Padi Sebagai Energi Alternatif Pengganti Kompor Minyak Tanah.
Laporan Kegiatan Hibah Kompetensi DP2M Depdiknas.
Irzaman, H. Alatas, H.Darmasetiawan, Irmansyah, A.D. Husin, M.N Indro. 2008. Development of Cooking Stove
with Rice-Husk Fuel. Workshop on
Renewable Energy Technology Applications to Support E3i Village, Jakarta Indonesia, 22-24 July.
Irzaman, H. Darmasetiawan, H. Alatas, Irmansyah, A.D. Husin, M.N. Indro, H. Hardhienata, K. Abdullah, T. Mandang, S. Tojo. Optimazation of Thermal Efficiency of Cooking Stove with Rice-Husk Fuel in Supporting the Proliferation of Alternative Energy in Indonesia. 2009. Proceeding Advanced Technological Development of Biomass Utilization in Southeast Asia, Tokyo University of Agriculture and Technology, Japan.
Kartasasmita,G.1996.Strategi
Pengembangan Usaha Tani. Seminar
Nasional HUT-HIPPI. Jakarta.
Maulana.2008. Optimasi efisiensi Tungku Sekam dengan Variasi Lubang pada
Badan Kompor. Institut Pertanian
Bogor. Skripsi. Bogor.
Rachmat, Ridwan. 2006. Kompor Sekam Segar. Tablot Sinar Tani. Jakarta. Susilo. 2008. Strategi Bertahan Industri
Kecil Pasca Kenaikkan Haraga
Pangan dan energi : Kasus Pada
Industri makanan di Yogyakarta.
Seminar Sains dan Teknologi-II Bandar Lampung.
Thorburn, Craig. 1982. Rice Husk as a Fuel. Bandung : PT Tekton Books Pusat
Teknologi Pembangunan Institut Teknologi Bandung
9
9
Lampiran 1. Alur penelitian
Disiapkan sampel (air)
Ditimbang massa sekam sisa
Ditimbang massa arang Ditimbang massa sekam mula-mula
Dimasukan sekam ke dalam kerucut terbalik, dinyalakan, didihkan
sampel (air)
Diukur suhu bagian utama tungku sekam Dicatat
lama pendidihan
Dihitung efisiensi Dihitung massa sekam terpakai
Dibuat laporan
Selesai
10
Lampiran 2. Perhitungan efisiensi tungku sekam dengan sistem boiler
Tabel 1.
Perlakuan :.Pemasakan air dengan massa air 50 Liter
M
f= 50 Kg E
s= 70 Kcal/Kg T =60 menit=1 hr HVf = 3000Kcal/Kg
Jika HVf = 3000Kcal/Kg
Jika HVf = 3300Kcal/Kg
FCR = Qn / (HVf ξg)
FCR = Qn / (HVf ξg)
5,26 = 3500/ (3000ξg)
5,26 = 3500/ (3300
g
ξg = 3500 / (5,26 x 3000)
ξg = 3500 / ( 5,26 x 3300)
ξg = 0, 2218
ξg = 0,2016
ξg =22,18 %
ξg =20,16 %
Massa
air
Suhu
awal
Suhu
akhir
waktu Massa
sekam
(Kg)
Massa
arang
sekam
(Kg)
Suhu
kerucut
terbalik
Suhu
badan
tungku
Suhu
isolator
Suhu
panci
50
liter
30
oC 100
oC 65
menit
8,0
2,6
90
0c
125
0c
280
0c
95
0c
50
liter
30
oC 100
oC 55
menit
7,2
2,2
92
0c
120
0c
290
0c
97
0c
50
liter
30
oC 100
oC 60
menit
11
Tabel 2.
Perlakuan : Pemasakan air dengan massa air 100 Liter (boiler)
Massa
air
Suhu
awal
Suhu
akhir
waktu Massa
sekam
(Kg)
Massa
arang
sekam
(Kg)
Suhu
kerucut
terbalik
Suhu
badan
tungku
Suhu
isolator
Suhu
panci
100
liter
30
oC
100
oC
110
menit
15
3,7
83
0c
115
0c
300
0c
97
0c
100
liter
30
oC
100
oC
115
menit
17
3,9
85
0c
120
0c
270
0c
98
0c
100
liter
30
oC
100
oC
105
menit
16
4,0
86
0c
120
0c
280
0c
95
0c
M
f= 100 Kg E
s= 70 Kcal/Kg T ==1,83 hr HVf = 3000Kcal/Kg
Jika HVf = 3000Kcal/Kg
Jika HVf = 3300Kcal/Kg
FCR = Qn / (HVf ξg)
FCR = Qn / (HVf ξg)
6,63 = 3825,17 / (3000ξg)
6,63 = 3825,17 / (3300ξg )
ξg = 3825,17 / ( 6,63 x 3000)
ξg=3825,17 / (6,63 x 3300)
ξg = 0,1923
ξg =0,1748
12
Tabel 3.
Perlakuan :. Pemasakan air dengan massa air 150 Liter (boiler)
Massa
air
Suhu
awal
Suhu
akhir
Waktu Massa
sekam
(Kg)
Massa
arang
sekam
(Kg)
Suhu
kerucut
terbalik
Suhu
badan
tungku
Suhu
isolator
Suhu
panci
150
liter
30
oC
100
oC 134
menit
21,2
5,5
82
0c
123
0c
310
0c
98
0c
150
liter
30
oC
100
oC 129
menit
22,0
5,3
83
0c
125
0c
287
0c
97
0c
150
liter
30
oC
100
oC 138
menit
23,0
6,0
80
0c
120
0c
298
0c
94
0c
M
f= 150 Kg E
s= 70 Kcal/Kg T =2,23hr HVf = 3000Kcal/Kg
Jika HVf = 3000Kcal/Kg
Jika HVf = 3300Kcal/Kg
FCR = Qn / (HVf ξg)
FCR = Qn / (HVf ξg)
7,38= 4708,52/ (3000ξg)
7,38 = 4708,52/ (3300ξg
ξg = 4708,52 / (7,38 x 3000)
ξg = 4708,52/ ( 7,38 x 3300)
ξg = 0,2126
ξg =0,1933
13
Lampiran 3. Perhitungan efisiensi tungku sekam non boiler
Tabel 4.
Perlakuan Pemasakan Air dengan massa 50 Liter
M
f= 50 Kg E
s= 70 Kcal/Kg T =66,67 menit=1,1hr HVf =
3000Kcal/Kg
Jika HVf = 3000Kcal/Kg
Jika HVf = 3300Kcal/Kg
FCR = Qn / (HVfξg)
FCR = Qn / (HVf ξg)
5,18 = 3181,18/ (3000ξg)
5,18 = 3181,18 / (3300ξg
ξg = 3181,18 / (5,18 x 3000)
ξg = 3181,18 / (5,18 x 3300)
ξ= 0,2047
ξg = 0,1860
ξg =20,47 %
ξg =18,6 %
Massa
air
Suhu
awal
Suhu
akhir
waktu Massa
sekam
(Kg)
Massa
arang
sekam
(Kg)
Suhu
kerucut
terbalik
Suhu
badan
tungku
Suhu
isolator
Suhu
panci
50
liter
30
oC 100
oC 65
menit
7,4
1,9
85
0c
125
0c 280
0c
99
0c
50
liter
30
oC 100
oC 70
menit
8,0
2,0
84
0c
120
0c 300
0c
96
0c
50
liter
30
oC 100
oC 65
menit
14
Tabel 5.
Perlakuan :. Pemasakan Air dengan massa 100 Liter (non boiler)
Massa
air
Suhu
awal
Suhu
akhir
waktu
Massa
sekam
(Kg)
Massa
arang
sekam
(Kg)
Suhu
kerucut
terbalik
Suhu
badan
tungku
Suhu
isolator
Suhu
panci
100
liter
30
oC
100
oC
120
menit
17,5
4,2
81
0c
125
0c
310
0c
98
0c
100
liter
30
oC
100
oC
115menit 17,0
3,8
83
0c
120
0c
300
0c
98
0c
100
liter
30
oC
100
oC
125menit 18,0
4,6
87
0c
120
0c
286
0c
96
0c
M
f= 100 Kg E
s= 70 Kcal/Kg T =120menit=2 hr HVf =
3000Kcal/Kg
Jika HVf = 3000Kcal/Kg
Jika HVf = 3300Kcal/Kg
FCR = Qn / (HVf ξg)
FCR = Qn / (HVf ξg)
6,65= 3500/ (3000ξg)
6,65 = 3500/ (3300ξg
ξg = 3500 / (6,65 x 3000)
ξg = 3500 / ( 6,65 x 3300)
ξg = 0,1754
ξg =0,1594
15
Tabel 6.
Perlakuan 3. Pemasakan Air dengan massa 150 Liter (non boiler)
Massa
air
Suhu
awal
Suhu
akhir
waktu
Massa
sekam
(Kg)
Massa
arang
sekam
Suhu
kerucut
terbalik
Suhu
badan
tungku
Suhu
isolator
Suhu
panci
150
liter
30
oC 100
oC 145
menit
24,3
7,2
83
0c
127
0c 280
0c
97
0c
150
liter
30
oC 100
oC 148
menit
25,0
8,1
84
0c
125
0c
303
0c
98
0c
150
liter
30
oC 100
oC 150
menit
24,5
8,6
82
0c
123
0c 300
0c
98
0c
M
f= Kg E
s= 70 Kcal/Kg T =147,67 menit=2,46hr HVf =
3000Kcal/Kg
Jika HVf = 3000Kcal/Kg
Jika HVf = 3300Kcal/Kg
FCR = Qn / (HVf ξg)
FCR = Qn / (HVf ξg)
6,76= 4268,29/ (3000ξg)
6,76 = 4268,29 / (3300ξg
ξg = 4268,29 / (6,76 x 3000)
ξg = 4268,29/ ( 6,76 x 3300)
ξg = 0,2104
ξg =0,1913
16
Lampiran 4. Grafik perbandingan efisiensi tungku sekam boiler dan non boiler
0,00% 2,00% 4,00% 6,00% 8,00% 10,00% 12,00% 14,00% 16,00% 18,00% 20,00% 22,00% 24,00% 26,00% 28,00% 30,00%
air 50 liter air 100 liter air 150 liter
Boiler Non boiler
