241
Kajian Efesiensi Energi Tungku Sekam Berdasarkan Jumlah, Bentuk,
dan Ukuran Sirip yang Dipasang
H. Simorangkir1, Irzaman1, H. Darmasetiawan1, A. Yani1, Amas1, Musiran1
1
Departemen Fisika FMIPA, Institut Pertanian Bogor Jalan Meranti Gedung Wing S no 3 Dramaga Bogor – 16680 Email : hartipsimorangkir@hotmail.com, irzaman@yahoo.com
Abstract
One method of using rice husk as alternative fuel is to use the stove. In this study, varying the number of fins mounted on the furnace hull shape, fin size, and discharge water that is boiled is the same. The result showed that the husk furnace without using fins to get the average value of the highest efficiency that is equal to 18.99%. While the average value of the lowest efficiency contained in the husk stoves which use 6 fins that is equal to 13.33%. Kata kunci : tungku sekam, efesiensi tungku, boiler, sirip, energi elternatif
PENDAHULUAN Latar belakang
Kebutuhan energi untuk manusia semakin hari semakin naik, dan kebanyakan sumber energi yang digunakan adalah sumber energi tak terbarukan seperti minyak, gas, dan lain-lain. Sekarang ini krisis energi menjadi isu yang sangat hangat dibahas, karena kebutuhan akan energi adalah mutlak. Penggunaan energi alternatif merupakan sesuatu langkah alternatif yang dapat dilakukan untuk merespon masalah krisis energi.
Sekam merupakan salah satu jenis bio massa yang dapat digunakan oleh masyarakat, dalam penggunaan sekam ada beberapa cara yang biasa dilakukan oleh masyarakat, dengan membarakannya langsung, memadatkan sekam (briket) atau dengan mengunakan tungku. Dengan menggunakan tungku, didapatkan efesiensi yang lebih tinggi karena dapat memfokuskan titik api dan mengatur jumlah udara yang optimal untuk menghasilkan pembakaran yang lebih sempurna dibandingkan dengan hanya membarakannya.
Pada penelitian ini, akan membahas optimasi tungku sekam IPB berdasarkan jumlah, bentuk, dan ukuran sirip yang dipasang pada tungku sekam. Dengan melakukan beberapa variasi terhadap jumlah sirip dengan bentuk dan ukuran sirip yang sama.
Sekam padi adalah lapisan padi yang meliputi kariopsis, terdiri dari dua belahan (disebut lemma dan palea) yang saling bertautan. Presentase sekam dari gabah bervariasi, bergantung pada varietas padi yang digiling, rata-rata berkisar antara 16,3-26% (Andriati, 2007). Pada saat ini potensi ketersediaan limbah sekam dari 60.000 unit penggilingan padi yang ada di Indonesia adalah sekitar 1.150 metrikton sekam per bulan.
Komposisi kimia sekam padi pada Tabel 2.1 menunjukkan bahwa serat kasar dan oksigen adalah komponen yang paling banyak yang terdapat pada sekam padi. Gambar 2.1 merupakan sekam yang sudah siap digunakan untuk bahan bakar, sekam yang digunakan harus kering, mempunyai kadar air yang rendah, karena sangat berpengaruh dalam proses pembakaran yang membutuhkan udara
Tabel 2.1. Komposisi kimia sekam
No Komponen Kandungan (%) 1 Kadar Air 9,02 2 Protein Kasar 3,03 3 Lemak 1,18 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/semikonduktor 16,98
Gambar 2.1. Sekam Padi Tungku sekam
Sekam padi yang dibakar secara langsung akan membara secara perlahan sambil menghasilkan asap tebal yang terasa pedih di mata. Oleh karena itu dibutuhkan tungku untuk mengurangi dampak tersebut. Tungku adalah sebuah peralatan yang digunakan untuk memanaskan bahan serta mengubah bentuknya atau mengubah sifat-sifatnya, karena bahan bakar yang digunakan berupa sekam maka tungku untuk pembakaran sekam disebut tungku sekam (United Nations Environment Programme, 2006).
Di beberapa negara berbasis pertanian seperti Indonesia, Thailand dan Filipina, telah digunakan tungku sekam sederhana. Untuk dapat menghasilkan nyala yang bersih dan panas, tungku sekam harus dibuat sedemikian rupa sehingga tercipta suatu aliran udara secara alamiah yang meningkatkan jumlah aliran udara melewati bahan bakar yang menyala.
Cara-cara yang digunakan untuk menggunakan sekam padi sebagai bahan bakar dapat dibagi dalam tiga golongan :
A. Dengan cara memadatkan sekam, atau disebut dengan briket, sekamnya terlebih dahulu diarangkan kemudian direkatkan dengan tepung tapioka atau bahan perekat yang lain. B. Dengan menggunakan tungku dengan aliran udara secara alamiah. Tungku ini
biasanya menggunakan sebuah pintu atau kotak pemasukan bahan bakar, tabung pembakaran, ventilasi udara, dan cerobong.
C. Membarakannya secara langsung, tanpa menggunakan media. Biasanya ini digunakan pada pembakaran batu bata.
Metode Penelitian
Penelitian dilakukan dengan beberapa tahap yaitu : 1. Pembuatan tungku sekam
Gambar 3.1. Desain tungku sekam (Irzaman et al, 2008) Keterangan gambar :
(A) Wadah sekam dalam bentuk kerucut terbalik (B) Silinder untuk memfokuskan api yang keluar (C) Isolator tungku
(D) Badan tungku (E) Ventilasi udara
(F) Penampung arang sekam sementara
Pada penelitian ini, perlakuan yang berbeda terletak pada bagian A, yaitu membuat beberapa model tungku dengan variasi jumlah sirip, yaitu: tanpa menggunakan sirip, satu buah sirip, dua buah sirip, empat buah sirip, dan enam buah sirip. Design sirip yang akan akan dipasang seperti Gambar 3.2. dan Gambar 3.3 menunjukkan posisi sirip yang telah dipasang pada bagian kerucut terbalik tungku sekam.
Gambar 3.2. Design sirip yang akan di pasang pada tungku.
Gambar 3.3. Posisi sirip yang telah dipasang pada kerucut terbalik
2. Pengukuran lama pendidihan air dengan berbagai model tungku sekam
Pengukuran lama pemasakan dilakukan dengan menggunakan volume air sebanyak 50 liter dengan dua kali pengulangan untuk setiap variasi.
3. Penghitungan efisiensi tungku sekam
Dalam penghitungan efisiensi tungku sekam kita harus mengetahui jumlah energi yang dibutuhkan untuk memasak dengan menggunakan rumus, (A. T. Belonio,1985):
T E M Qn = f × s ...3. 1 Keterangan :
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, (A. T. Belonio,1985):
g HVF Q FCR n ξ × = ... ...3.2 Keterangan :
FCR : Fuel Consumption Rate , bahan bakar yang dibutuhkan, kg/jam Qn : energi yang dibutuhkan (kcal/jam)
HVf : energi yang terkandung dalam bahan bakar, kcal/kg ξg : efisiensi tungku sekam (%)
HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari penelitian didapatkan data seperti pada Tabel 4.1
Tabel 4.1. Data hasil mendidihkan air 50 liter menggunakan tungku sekam dengan variasi jumlah sirip dan perbandingan nilai persentase efesiensi tungku sekam
Jumlah
Sirip Ulangan Waktu (jam)
Sekam awal
(kg) Sekam sisa (kg) Arang kg) Terpakai (kg) FCR Qn % Rata-rata
1 1.03 14.00 5.25 2.40 6.35 6.17 3398.06 0.1837 2 1.06 8.30 0.00 2.40 5.90 5.57 3301.89 0.1977 0 3 1 13.20 4.00 3.00 6.20 6.20 3500.00 0.1882 18.99% 1 1.08 8.80 0.50 2.00 6.30 5.83 3240.74 0.1852 2 1.25 10.50 2.10 2.15 6.25 5.00 2800.00 0.1867 1 3 1.2 9.00 0.55 1.80 6.65 5.54 2916.67 0.1754 18.24% 1 0.89 9.50 1.50 1.95 6.05 6.80 3932.58 0.1928 2 1.03 9.50 0.50 2.20 6.80 6.60 3398.06 0.1716 2 3 1.3 11.20 2.30 2.00 6.90 5.31 2692.31 0.1691 17.78% 1 1.73 12.00 1.55 2.50 7.95 4.60 2023.12 0.1468 2 1.65 12.00 1.55 3.10 7.35 4.45 2121.21 0.1587 4 3 1.8 11.80 2.30 2.00 7.50 4.17 1944.44 0.1556 15.37% 6 1 1.75 15.35 3.50 3.10 8.75 5.00 2000.00 0.1333 13.33%
dipasanf, maka nilai efesiensi tungku sekam semakin kecil.
Pada Gambar. 4.1 dapat kita melihat dengan jelas hubungan antar jumlah sirip dengan nilai efesiensi tungku sekam. Hal ini berhubungan dengan sistem pembakaran yang terjadi dalam tungku sekam setelah diberikan perubahan jumlah sirip.
Pembakaran membutuhkan udara, dengan tersedianya udara yang cukup atau yang pas untuk proses pembakaran, maka akan didapatkan kalor yang lebih besar. Semakin besar jumlah sirip yang dipasang didapatkan nilai efesiensi tungku yang semakin rendah, ini disebabkan udara yang tersedia dalam tungku akan semakin kecil seiring dengan penambahan sirip, udara yang seharusnya digunakan untuk pembakaran malah terbuang keluar dengan bebas. Dengan penambahan sirip juga menyebabkan pembakaran yang terjadi tidak terkonsentrasi (tidak terpusat). 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 0 1 2 4 6 Jumlah sirip Ef e si e n si (% )
Pada Gambar 4.2 terlihat hubungan antara jumlah sirip dan lama waktu pembakaran, semakin besarnya jumlah sirip yang dipasang pada tungku sekam, maka waktu yang dibutuhkan akan semakin lama untuk mendidihkan air 50 liter. Pada Gambar 4.3 terlihat hubungan antara jumlah sirip yang dipasang dengan massa sekam yang terpakai selama pembakaran, dengan semakin besarnya jumlah sirip yang dipakai maka jumlah massa sekam yang terpakai untuk mendidihkan air 50 liter akan semakin tinggi juga.
Hubungan Antar Jumlah sirip dan lama waktu pembakaran
0 0.5 1 1.5 2 0 1 2 4 6 Jumlah sirip W a k tu (ja m )
Gambar 4.2 Hubungan antara jumlah sirip dan lama waktu pembakaran
Hubungan antara jumlah sirip dengan massa sekam yang terpakai
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 0 1 2 4 6 Jumlah sirip M a ss a s e k a m t e r p ak ai ( k g)
tungku sekam yang menggunakan 6 buah sirip yaitu sebesar 13,33 %.
Hal ini terjadi karena dengan semakin bertambahnya sirip tungku sekam, semakin besar juga proses heat lost (kehilangan panas) selama proses pembakaran semakin besar juga.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penelitian ini didanai Program Penelitian Ilmu Pengetahuan Terapan/Penelitian Strategis Nasional 2010, DIPA IPB, Republik Indonesia dengan nomor kontrak 2/I3.24.4/SPK/PSN/2010.
DAFTAR PUSTAKA
Andriati Amir Husin Pemanfaatan Sekam Padi dan Abu Sekam Padi untuk Pembuatan Bata Beton Berlubang. e- jurnal Balitbang PU. Pusat litbang pemukiman. Bandung. 2007. www.pu.go.id/balitbang (27 Agustus 2008) A. T. Belonio. Rice Husk Gas Stove Handbook. Appropriate Techonology Center.
Department of Agricultural Engineering and Environmental Management. College of Agriculture Central Philippine University Iloilo City, Philippines, 2005.
Irzaman, H. Alatas, H.Darmasetiawan, A. Yani dan Musiran.. Development of Cooking Stove from Waste (Rice Husk). Institut Pertanian Bogor, Department of Physics, FMIPA IPB, Kampus IPB Dramaga 2008
United Nations Environment Programme.. Peralatan Energi Panas: Tungku dan Refraktori. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri. 2006
www.energyefficiencyasia.org (27 agustus 2008)
Warta Penelitian dan Pengembangan Pertanian, Giliran Sekam untuk Bahan Bakar Alternatif, 28 (2), 200
