EKSPERIMENTAL PEMBUATAN TUNGKU BAHAN BAKAR SEKAM GABAH
UNTUK MENDAPATKAN TEMPERATUR ALIRAN UDARA
PENGERINGANAN GABAH YANG OPTIMAL
Oleh :Eka Sunitra
Staf pengajar Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Padang
Abstract
Subject matter of this research is focused on the manufacture and research tools husk furnace fuels are useful for generating hot air speed that is used to replace electric heating element before. The flow of hot air coming from the furnace will be used to dry husks of grain. Many previous researchers who have made a husk furnace with a variety of methods and construction, replacing the material in order to produce an optimal temperature. In this paper, the authors conducted a study about how to make tools husk furnace and do research on the tool. This research looks at how adaptable tool to generate a stream of hot air. The method I use is the reset method to find the amount of insulation needed to achieve the speed of air drying temperature. Research using laboratory test equipment such as Airflow meter and thermometer. Test data is retrieved (the speed of air temperature and the amount of insulation required). Measurement methods performed directly on the object of research. Test data were analyzed by using the software Microsoft Excel. The data processing results obtained that the most optimum conditions for temperature 42.60 C, the rate of air velocity of 2.84 m/s with number five bulkheadd.
Keywords: Furnace, Total Insulation, Rice Husk, Temperature, Air Flow
PENDAHULUAN
Usaha untuk meningkatkan pemanfaatan limbah di Indonesia masih sangat kurang. Banyak sekali bahan limbah yang belum dapat diolah untuk diambil manfaatnya. Pada penulisan ini mengangkat topik tentang pemanfaatan limbah sekam padi, yang sekarang dipergunakan oleh masyarakat awam hasil bakarannya untuk keperluan bahan campur cuci piring.
Dari proses penggilingan padi biasanya diperoleh sekam sekitar 20-30% dari bobot gabah dan apabila ini tidak ditangani dengan serius maka akan menimbulkan permasalahan tersendiri. Sekam padi memiliki karakteristik meliputi berat jenis yang kecil sekitar 125 kg/m3 dan nilai kalor antara 3300-3600 kkal/kg. Sekam dengan konduktifitas panas 0,271 btu. Dalam tulisan ini akan melakukan pengambilan energi panas pembakaran sekam tersebut untuk dimamfaatkan sebagai pengering gabah. Penelitian ini merupakan tindak lanjut dari penelitian sebelumnya, yaitu alat pengering gabah yang energi panasnya berasal dari energi listrik. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 1.1.
Gambar 1.1. a. Alat Pengering Gabah (Penelitian sebelumnya) b. Elemen Pemanas yang Memakai Energi Listrik.
Gambar 1.1. a. adalah sebuah alat pengering gabah yang dibuat oleh Eka Sunitra. Alat pengering ini mempunyai temperatur pengeringan 510C, kecepatan aliran agah 0,1 Lt/dt, kecepatan aliran udara panas 0,68 m/dt dan nilai kekeringan gabah 1060gr/lt. Energi panas aliran udara panas berasal dari elemen pemanas listrik, serpti yang diperlihatkan pada gambar 1.1(b. Pada penelitian ini akan mengganti elemen pemanas listrik dengan tungku berbahan bakar sekam. Untuk lebih jelasnya gambar sket tungkut sekam dapat dilihat pada gambar 1.2.
Gambar 1.2. Gambar Sket Tungku Pemanas Bahan Bakar Sekam
Ada banyak bentuk pengering gabah berbahan bakar sekam (BBS) yang telah dibuat oleh peneliti sebelumnya, sepeti Sutrisno membuat model tungku pengering gabah model ABC tahun 2001, seperti yang diperlihatkan pada gambar 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8.
Gambar 1.3. Pengering Gabah Bahan Bakar Sekam APESSI
GAMBAR 1.4. Pengering Gabah Bahan Bakar Sekam Bimasakti (Tungku Dipisahkan dari Plenum)
Gambar 1.5. Tungku Sekam Pabrik Tahu Milik Petani Cilamaya (Sistem Aerasi Nako)
Gambar 1.6. Tungku Sekam Model ABC Hasil Rancangan BB Padi Tahun 2003
Gambar 1.7. Box Dryer BBS Bak Pengering dari Bahan Besi Plat
Gambar 1.8. Box Dryer BBS Bak Pengering dari Bahan Tembok
Berdasarkan alasan di atas penulis mengangkat judul penelitian “Eksperimental Pembuatan Tungku Bahan Bakar Sekam Gabah Untuk Mendapatkan Temperatur Aliran Udara Pengeringanan Gabah Yang Optimal”. Dalam penelitian ini penulis akan melihat pengaruh jumlah pemakaian sekam tungku yang efektif untuk menghasilkan udara panas berkecepatan.
RUMUSAN MASALAH
Bermula dari penelitian sebelumnya yaitu pengering gabah yang dibuat oleh Eka Sunitra. Udara panas yang dihembuskan ke gabah berasal dari elemen listrik. Sedangkan produk sisa dari gabah ini terdapat sekan yang dapat diambil energi panasnya, tentunya dengan mengolah sekam tersebut dengan sebuah alat. Alat ini harus dapat menghasilkan panas ±510C. Dengan membuat sebuah alat (tungku sekam) yang di dalamnya bersekat-sekat untuk mengatur kelebihan atau kekurangan panas. Diantara sekat terdapat sekam yang terbakar. Sedangakn ditengah-tengah sekam terdapat pipa untuk mengambil energi panas bakaran sekam. Pipa panas ditiupkan udara berkecepatan 0,68 m/dt.
Batasan Masalah
Penelitian ini membahas tentang :
1. Proses pembuatan tungku pemanas yang berbahan bakar sekam padi, yang dipergunakan untuk proses pengeringan gabah.
2. Menentukan hubungan jumlah sekat dalam tungku dengan temperatur udara
berkecepatan.
3. Menentukan jumlah sekat pada tungku
untuk mendapatkan temperatur
pengeringan gabah.
Hipotesa
Energi panas pembakaran sekam gabah dapat diambil sebagai media pengering gabah.
Tujuan dalam penelitian ini dibagi dua yaitu : Tujuan Umum
Secara umum tujuan penulisan ini adalah mengetahui pembuatan tungku bahan bakar sekam gabah untuk mendapatkan kecepatan aliran udara bertemperatur yang optimum. Tujuan Khusus
1) Dapat membuat tungku berbahan bakar sekam.
2) Dapat menentukan hubungan jumlah sekat dalam tungku dengan temperatur udara berkecepatan.
3) Dapat menentukan jumlah sekat pada tungku untuk mendapatkan temperatur pengeringan gabah.
TEORI DASAR Bahan Bakar
Ditinjau dari sudut teknis dan ekonomis, bahan bakar diartikan sebagai bahan yang apabila dibakar dapat meneruskan proses pembakaran tersebut dengan sendirinya, disertai dengan pengeluaran kalor. Bahan bakar dibakar dengan tujuan untuk memperoleh kalor. Syarat umum bahan bakar.
1. Tersedianya dalam jumlah yang banyak. 2. Relatif murah.
3. Punya nilai kalor yang tinggi. 4. Emisi rendah.
Beberapa macam bahan bakar yang yang dikenal yaitu:
1. Bahan bakar fosil : batubara, minyak bumi dan gas bumi.
2. Bahan bakar nuklir : uranium dan plutonium.
3. Bahan bakar lain : sisa tumbuhan, minyak nabati dan minyak hewani.
Pembakaran adalah reaksi kimia yang cepat antara oksigen dan bahan bakar, disertai cahaya dan manghasilkan kalor. Pembakaran spontan adalah pembakaran yang mengalami oksidasi perlahan sehingga nilai kalor meningkat dan menyala sampai suhu nyala. Pembakaran sempurna adalah pambakaran kontinius yang dapat terbakar di dalam bahan bakar membentuk gas CO2, H2O dan gas SO2, sehingga tak ada lagi bahan yang tersisa.
Spesifikasi Bahan Bakar
Spesifikasi yang terpenting dari bahan bakar adalah :
1. Nilai kalor adalah kalor yang dihasilkan oleh pembakaran sempurna setiap satu kilogram bahan bakar.
2. Kandungan air di dalam bahan bakar adalah jumlah atau persentase air yang terdapat dalam bahan bakar. Ini akan menentukan nilai bakar dari bahan bakar tersebut.
3. Kadar abu adalah zat yang terkandung dalam bahan bakar yang tak terbakar. 4. Zat yang mudah terbakar adalah pada
umumnya zat-zat yang mudah menguap. 5. Kadar belerang adalah makin banyak
kadar belerang dalam bahan bakar yang apabila terbakar akan bereaksi dengan logam dan menimbulkan gas berbahaya ke udara.
6. Jumlah udara untuk pembakaran adalah banyaknya udara yang dibutuhkan selama proses pembakaran.
Sekam Padi
Sekam padi mempunyai nilai kalor rata-rata 15 MJ/kg. Sekam padi memiliki berat jenis 125 kg/m3 dan nilai kalor antara 3300-3600 Kkal/kg, konduktifitas panas 0,271 BTU. Jumlah abu hasil pembakaran yang tinggi dengan temperatur titik abu yang rendah. Sekam padi mempunyai panjang sekitas 8-10 mm dengan lebar 2-3 mm dan tebal 0,2 mm. Tungku Sekam
Tungku sekam merupakan tempat terjadinya pembakaran, merupakan tempat terjadinya reaksi perubahan energi kimia dan menimbulkan asap. Dibeberapa negara yang berbasis pertanian seperti Indonesia, Thailand dan Pilipina telah digunakan tungku-tungku sekam sederhana yang mengatasi sifat-sifat yang kurang menguntungkan. Untuk mendapatkan hasil nyala yang bersih dan panas tungku sekam tersebut dibuat sedemikian rupa sehingga tercipta suatu aliran udara secara alamiah. Cara-cara yang digunakan untuk membakar sekam padi sebagai bahan bakar dapat dibagi tiga golongan :
a. Dengan cara menyebarkan bahan bakar (sekam padi) pada suatu saluran udara agar nyala api dapat melaluinya atau membakarnya. Agar dapat menyala dengan baik tungku-tungku jenis ini memerlukan sejumlah kecil tambahan bahan bakar yan lain.
b. Dengan menggunakan tungku yang di dalamnya tercipta aliran udara secara alamiah. Tungku-tungku ini mempergunakan sebuah pintu atau kotak pemasukan bahan bakar, sebuah garangan atau rangka bakar, serta sebuah cerobong. c. Membakarnya biasa, seperti banyak
dilakukan oleh banyak masyarakat. Perpindahan Panas
Sistem perpindahan panas dibagi tiga yaitu konduksi, konveksi dan radiasi. secara umum ketiga jenis tersebut dibedakan berdasarkan media dalam upaya memindahkan energi panas. Konduksi menggunakan mesia padat, konveksi menggunakan media cair dan radiasi
menggunakan media gelombang
elektromagnetik.
Konduksi
Adalah proses transfer energi termis melalui antara atom-atom dan molekul yang tidak berpindah. Proses perpindahn panas konduksi secara atomi merupakan pertukaran energi kinetik antar molekul dimana partikel energi rendah dan dapat meningkat dengan menumbuk pertikel dengan energi yang lebih tinggi. Untuk perpindahan panas secara konduksi, setipa material mempunyai nilai konduktifitas termal (kv) yang mempengaruhi perpindahan panas yang terjadi pada material tersebut.
Konveksi
Adalah proses perpindahan panas melalui massa. Proses ini merupakan satu fenomena permukaan bahan. Dalam proses ini struktur bagian bahan kurang penting. Keadaan permukaan dan keadaan sekeliling serta kedudukan permukaan lebih utama. Oleh karena perpindahan panas konveksi hanya dapat terjadi melalui zat cair maka bentuk pengukuran kalor ini terdapat pada zat cair dan gas.
Radiasi
Radiasi adalah proses pancaran energi oleh benda-benda dalam bentuk radiasi elektromagnetik. Radiasi ini bergerak melewati ruang dengan kelajuan cahaya. Semua benda memancarkan dan menyerap radiasi elektromagnetik. Bila benda ada dalam kesetimbangan termis dengan sekitarnya, benda memancarkan dan menyerap energi pada laju yang sama. Namun jika benda dipanaskan sampai tempertur yang lebih tinggi dari pada sekitarnya, maka benda meradiasikan keluar lebih banyak energi dari pada yang diserap.
Energi
Teknologi merupakan salah satu faktor penting penentu daya. Pengembangan dan penerapan ilmu pengetahuan dan teknologi bidang energi yaitu terwujudnya ketersediaan energi yang didukung kemampuan nasional IPTEK. Energi mempunyai peranan penting dalam pencapaian tujuan sosial, ekonomi dan lingkungan untuk pembangunan berkelanjutan serta merupakan pendukung bagi kegiatan ekonomi nasional. Kerangka Konsep
Pelaksanaan penelitian ini dapat dilihat pada kerangka konsep, seperti yang diperlihatkan pada gambar 2.1.
Gambar 2.1. Kerangka Konsep Penelitian
METODOLOGI Waktu dan Tempat
Penelitian ini akan dilaksanakan sejak dinyatakan lulus oleh team seleksi penelitian DIPA Politeknik Negeri Padang. Tempat pelaksanaan dan kegiatan penelitian ini di workshop Politeknik Negeri Padang.
Metode
1. Metode dalam penelitian ini meliputi : a. Pengukuran udara berkecepatan yang
dapat dilihat pada gambar 3.1.
b. Pengukuran temperatur yang dapat dilihat pada gambar 3.1.
c. Analisa dan pengolahan data penelitian, ini dilakukan dengan memakai software komputer microshoft exel.
Gambar 3.1. Posisi Pengukuran Temperatur dan Kecepatan Aliran Udara
2. Diagram Aliran Penelitian
Untuk lebih jelasnya pelaksanaan penelitian ini dapat dilihat pada gambar 3.2.
Gambar 3.2. Diagram Aliran Pelaksanaan Penelitian
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pembuatan Tungku Pembakaran Sekam Pembuatan tungku sekam meliputi proses : 1. Proses pembuatan rangka
Rangka berfungsi sebagai dudukan alat pengering atau tungku sekam (gambar 4.1).
Gambar 4.1. Rangka tungku
2. Proses pembuatan penyekat panas bagian bawah
Berfungsi untuk penahan panas tidak pindah ke lantai dasar tungku (gambar 4.2).
Gambar 4.2. Alat Penyekat lantai 3. Penyekat dinding dalam dan saluran pipa
udara
Penyekat dinding dalam berfungsi untuk dapat mengetahui berapa volume sekam yang dibutukan. Pipa saluran udara berfungsi untuk mengalirkan udara panas berkecepatan (gambar 4.3).
Gambar 4.3. Dinding Penyekat dan Saluran Udara
4. Dinding luar berfungsi untuk menahan batubata bagian luar (gambar 4.4).
Gambar 4.4. Dinding Luar 5. Proses pemasangan batubata
Berfungsi untuk menahan panas keluar dari tungku (gambar 4.5.)
6. Bentuk tungku sekam
Bentuk tungku bahan bakar sekam yang telah dikerjakan dapat dilihat pada gambar 4.6.
Gambar 4.6. Tungku Sekam
Hubungan Jumlah Sekat dan Kecepatan Udara Panas.
Persiapan Sebelum Pengujian
Hal-hal yang dilakukan sebelum persiapan melakukan pengujian :
1. Isikan sekam ke dalam tungku lalu bakar, jaga pembakaran sekam tetap menyala jangan sampai mati.
2. Kipas angin dipasangkan pada saluran masuk aliran udara.
3. Pasangankan termometer pada saluran masuk dan keluar udara berkecepatan. 4. Hidupkan kipas angin dan ukur
kecepatannya sesuaikan dengan kondisi kecepatan kipas.
5. Lihat perobahan temperatur disetiap perubahan kecepatan aliran udara.
6. Lakukan pengambilan data secara berulang-ulang.
Pengambilan data percobaan
Data percobaan yang diambil meliputi : 1. Variasi kecepatan dan temperatur aliran
udara masuk dalam pipa saluran.
2. Variasi kecepatan dan temperatur aliran udara keluar dalam pipa saluran.
Pengambilan data percobaan diambil sebanyak lima kali, untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada tabel 4.1 dan gambar 4.7.
Tabel 4.1. Data Variasi Kecepatan dan Temperatur Udara Masuk, Keluar Pipa
Gambar 4.7. Posisi Pengambilan Data Tabel 4.2. Nilai Rata-rata Kecepatan Udara dan Temperatur Panas
Perhitungan luas bidang kontak panas permukaan luar pipa saluran panas
Panjang keliling pipa (Kp) Kp = π . dp
= π . 13,5 cm = 42,39 cm
Luas bidang kontak pipa panas sekam ke dalam pipa (Lp)
Lp = Ls.Kp.n : Ls = panjang pipa sekat = 10. 42,39. 5 = 10 cm
= 2114,5 cm2 n = jumlah sekat =5
Panas yang dihasilkan setiap sekat.
Untuk menentukan jumlah panas yang dihasilkan oleh satu sekat adalah sama dengan panas rata-rata dibagi jumlah sekat. pada posisi kecepatan kipas satu, kecepatan udara panas = 1,54 m/dt dengan temperatur masuk 290C, temperatur rata-rata keluar pipa saluran = 35,4 0
C, maka jumlah penyarapan panas ke udara berkecepatan pada pipa saluran untuk satu sekat : (35,4 – 27)/ 5 = 1,280C
Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada tabel 4.3.
Tabel 4.3. Tabel Temperatur Udara Masuk dan Keluar rata-rata
Hubungan Jumlah Sekat Terhadap
Kenaikan Temperatur Udara Berkecepatan Untuk melihat hubungan jumlah sekat terhadap kenaikan temperatur udara berkecepatan adalah dapat dilihat pada uraian sebagai berikut :
Sebagai contoh pada kecepatan udara satu, kenaikan temperatur untuk setiap sekat adalah 1,28oC. Untuk lebih jelasnya kenaikan temperatur pada setiap tingkat kecepatan dapat dilihat pada tabel 4.4.
Tabel 4.4. Hubungan Kenaikan Temperatur Terhadap Jumlah Sekat Untuk Ketiga Posisi Kecepatan
Hubungan jumlah sekat terhadap kenaikan temperatur pada tiap posisi dapat dilihat pada gambar 4.8, 4.9, 4.10.
Gambar 4.8. Grafik Hubungan Jumlah Sekat Terhadap Kenaikan temperatur Udara Berkecepatan pada Posisi Kecepatan satu
Gambar 4.8. Grafik Hubungan Jumlah Sekat terhadap Kenaikan temperatur Udara Berkecepatan pada Posisi Kecepatan Dua
Gambar 4.8. Grafik Hubungan Jumlah Sekat terhadap Kenaikan temperatur Udara Berkecepatan pada Posisi Kecepatan tiga Dari ketiga posisi pengujian tersebut terdapat kenaikan temperatur terhadap pertambahan jumlah sekat. Semakin besar kecepatan laju aliran udara panas dalam pipa maka semakin besar pula kenaikan temperatur. Ini menunjukan bahwa luas luas bidang kontak perpindahan panas pada permukaan pipa semakin besar semakin besar laju aliran udara panas ke dalam pipa.
Hubungan Jumlah sekat untuk
Mendapatkan Temperatur yang Optimun Pada penelitian ini laju kecepatan udara panas hanya mempunyai temperatur 42,6oC, dengan jumlah sekat 5 buah kiri kanan, panas yang diserat oleh satu sekan yang paling bagus adalah pada posisi kecepatan tiga sekitar 3,520C. jadi untuk memdapatkan temperatur yang optimum maka luas bidang kontak penyerapan panas sekam diperkiran sekitar 51,2 x (42,6/5) = 6,01 ± 7sekat.
KESIMPULAN
1. Dimensi Tungku sekam adalah :
a. Panjang 114 cm, Lebar 54 cm dan tinggi 60 cm.
b. Lebar sekat 20 cm, tebal dinding penyekat 10 cm.
c. Jumlah penutup abu sekat 20 buah dan panjang 20 cm, lebar 9 cm.
2. Semakin luas bidang penyerapan panas semakin besar energi panas yang diserap. Luas bidang kontak panas 2114,5 cm2. 3. Untuk mendapatkan temperatur yang
optimum sesuai data percobaan terdahulu (51,2oC) maka tungku pemanas sekat dibuat 7 sekat.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Beagle.E.C.1976.Rice Husk Conversion to Energy.Rome, Italy.
[2] Exell,R.B., 1980.A Simple Solar Rice Dryer, dalam Sunworl, Vol.4 (6), New York; Pergamon halam 186-191.
[3] Gusdorf, J.M. and Foulkes, E.G., 1986. Oboe Solar Dryer: Design and Field Testing, dalam Pros. Inters 011985, 2 halaman 1053-1060.
[4] Horrison, Judy.2000.”Preserving Food: Drying Fruid and Vegetable”.University of Georgia.
[5] Jaruga et al., 1998 and Pan et al., 1999. Kunyit (Curcuma Longa Linn). Diperoleh tanggal 20 April 2009 dari http://ccrcfarmasiugm.wordpress.com. [6] Kirk dan Othmer. 1947. Diperoleh
tanggal 10 September 2009 dari http://ferryatsiri.blogspot.com/2007/05/e kstraksi-minyak-atsiri-dengan.html [7] Perry, R.H.,. 1950. chemical Enginer”s
Handbook, 6th edition, mcGraw Hill Book Company,inc., Tokyo, 3-25 p. [8] Sabel dan Waren. 1973. diperoleh
tanggal 10 September 2009 dari http://ferryatsiri.blogspot.com/2007/05/e kstraksi-minyak-atsiri-dengan.html [9] Sutrisno, M. Wahyudin, dan E.Eko
Ananto.2001. The Technical and Econocal Performance Of THE “ABC” Type paddy Dryer. Indonesia Journal Of Agricultural Science. Vol 2 No 2, Oktober 2001. Agency For Agricultural Reseach and Development.
