Dengan adanya analisa terhadap profil distribusi temperatur nyala api kompor, akan diketahui ketinggian dimana luasan areanya memiliki temperatur rata-rata yang paling optimum. Luasan yang memiliki rata-rata temperatur paling tinggi akan menyebabkan perpindahan panas ke beban semakin besar. Sehingga akan meningkatkan efisiensi pembakaran. Dalam penelitian digunakan dua model kompor engkel yakni kompor dengan dinding api tunggal (D= 3inch) dan kompor dengan dinding api ganda (Do = 3inch, Di = 1,5inch) keduanya berbahan bakar bioetanol 99%. Thermocouple yang digunakan adalah type K yang dinaikkan terus tiap ketinggian 0.5 cm, dari 0 mm yaitu ujung dinding api hingga mencapai ketinggian 11 cm, dengan jarak antar thermocouple adalah 5 mm. pada penelitian mencari besarnya energy bioetanol yang ditransfer, menggunakan metode water boiling test untuk menaikkan temperatur air dari 35oC menjadi 100oC.
Kata Kunci—bioetanol, dinding api, kompor, temperatur rata-rata.
I. PENDAHULUAN
ompor memiliki nilai ekonomi yang tinggi karena setiap rumah tangga pasti memilikinya. Kompor yang banyak digunakan masyarakat adalah kompor berbahan bakar fosil seperti minyak tanah dan LPG. Ketersediaan bahan bakar fosil semakin menipis. Oleh karena itu, penggunaan bahan bakar fosil untuk kompor harus diminimalisir lalu di cari penggantinya.
Pengembangan bioetanol sebagai bahan bakar yang dapat diperbarui, memiliki nilai positif dalam aspek lingkungan dan sosial karena memiliki beberapa kelebihan yaitu biodegradable, ramah lingkungan, hemat penggunaannya, dapat dibuat sendiri, dan lebih efisien terutama jika dibandingkan dengan minyak tanah [10].
Dengan adanya analisa terhadap profil distribusi temperatur nyala api kompor, akan diketahui ketinggian dimana luasan areanya memiliki temperatur rata-rata yang paling optimum. Luasan yang memiliki rata-rata temperatur paling tinggi akan menyebabkan perpindahan panas ke beban semakin besar. Sehingga akan meningkatkan efisiensi pembakaran.
II. METODEPENELITIAN
1. Diagram Alir Penelitian
Penelitian dilaksanakan berdasarkan pada diagram alir sebagai berikut:
Start
Perbandingan bidang api isothermal dari kompor bioethanol
99% berdinding api tunggal dan ganda tanpa beban
Studi Literatur: - Tugas Akhir - Paper/Artikel - Internet - Text Book
Pemeriksaan kompor engkel siap uji dinding api tunggal (D=3inch), dinding api ganda (Do=3inch dan Di=1,5inch) dan
Uji properties bahan bakar
Kompor sesuai kriteria Kriteria: - Tidak Terjadi Kebocoran - Api Biru Persiapan Pengujian Kompor Peralatan Pendukung: - Bahan Bakar Bioethanol - Peralatan Ukur Pengukuran temperatur kompor engkel dinding api
tunggal dan dinding api ganda
Data hasil pengujian : -Temperatur api
- Tinggi api - Luasan penampang api
- Warna api
Komparasi dan analisa profil api
End
2. Pengujian Temperatur Api
Pengujian temperatur api bertujuan untuk menentukan temperatur optimum dari api biru tanpa adanya warna merah
Perbandingan Bidang Api Isothermal Kompor Engkel
Dinding Api Tunggal Dan Dinding Api Ganda
Berbahan Bakar Bioetanol
Yusufa Anis Silmi, Djoko Sungkono
Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111
E-mail: [email protected]
dari profil api tersebut. Temperatur api diukur menggunakan
thermocouple sebanyak 12 buah dengan jarak antar center
thermocouple 5 mm disusun radial.
Gambar 1. Pengambilan data temperatur api
3. Pengujian Waktu Pendidihan Air
Pengujian ini dilakukan setelah pengambilan data dan analisa temperatur api. Dari profil api dan garis isothermal api akan didapatkan lokasi tinggi temperatur yang mampu memberikan energi panas tertinggi. Pengambilan data waktu pendidihan air kembali dengan posisi peletakan beban – 0,5mm dan + 5mm dari ketinggian beban sebelumnya. Sesuai dengan daftar VEG Gas Institute Belanda mengenai penentuan diameter panci berdasarkan dinding api tunggal dan ganda menggunakan panci dengan diameter 24 cm dan volume air 3.5 L.
III. HASILDANDISKUSI
1. Pengukuran Temperatur Api
Pengukuran ini dimaksudkan untuk mengetahui temperatur tertinggi yang dihasilkan oleh api stabil. Terjadinya api stabil dapat diindikasikan melalui temperatur api biru tertinggi yang mampu dihasilkan oleh kompor.
a) b)
Dari gambar diatas dapat diamati nyala api pada kompor uji. Profil api biru mampu dihasilkan oleh semua tipe. Pada kompor uji dinding api ganda, bahan bakar mudah menjadi uap karena jumlah bahan bakar yang berada ditangki lebih sedikit dibanding kompor dinding api tunggal akibat adanya dinding api tengah, dan juga dengan adanya lubang pada bagian tengah kompor menyebabkan pasokan udara untuk kompor dinding api ganda lebih besar dibanding pasokan udara pada kompor dinding api tunggal yang hanya dari sisi samping saja, hal ini menyebabkan pencampuran udara dan uap bahan bakar lebih homogen sehingga pembakaran yang terjadi lebih baik. Di sisi lain dengan adanya dinding api tambahan, maka uap bioetanol akan
cepat terpanasi akibat dari panas yang merambat melalui permukaan kompor.
2. Distribusi Temperatur
Untuk dapat mengetahui bagaimana besar daerah api yang optimal dalam melepaskan panas. Maka dalam sub bab ini akan ditampilkan bagaimana kontur temperatur dan garis-garis isothermal pada kedua kompor uji dengan menggunakan tools MATLAB® R2010b.
Gambar 3. Isothermal temperatur kompor dinding api tunggal
Gambar 4 Ilustrasi model api kompor dinding api tunggal
Bahan bakar cair mula-mula membentuk dorplet, lalu menguap. Uap bahan bakar akhirnya bercampur dengan udara yang mengandung oksigen. Bahan bakar dan oksigen yang telah tercampur secara homogen kemudian terbakar dengan reaksi molekuler. Campuran kaya bahan bakar memiliki temperatur yang tinggi, terdapat tepat di atas dinding api. Campuran miskin, yaitu api difusi, memiliki temperatur yang lebih rendah. Api difusi terjadi karena konsentrasi udara pada api rendah, maka udara berdifusi menuju api.
Gambar 5 Isothermal temperatur kompor dinding api ganda
Gambar 2. Profil api biru kompor uji a) Inding api tunggal; b) dinding api ganda
K et in gg ia n (mm )
Jarak termocouple dari center (mm)
Api Premixed (Premix Flame) Ignition Plane Api Difusi (Diffusion Flame) K et in gg ia n (mm )
Gambar 6. Struktur api kompor firewall 3 inci [1]
Kompor dinding api ganda mempunyai api type
Dual Flame, yaitu terdiri atas api premixed pada bagian
kerucut dalam (inner cone) yang dikelilingi oleh api difusi pada bagian kerucut luar (outer cone). Pada gambar 4.4 dan 4.5 terlihat adanya daerah berbentuk kerucut yang dikelilingi nyala api dan terletak tepat di atas dinding api. Daerah tersebut merupakan daerah api
premixed atau dapat juga disebut sebagai preheating
zone yang ditandai dengan terjadinya kenaikan
temperatur secara bertahap dan belum terjadinya proses pembakaran. Kenaikan temperatur pada daerah ini berasal dari konduksi panas dari reaction zone ke arah
preheat zone. Ignition plane ditandai dengan adanya
batas pembakaran awal yang terletak pada batas luar api premixed.
Reaction zone, adalah daerah dimana semua reaksi kimia
dan pelepasan panas terjadi. Reaction zone dimulai pada titik dimana reaksi stoikiometri mulai terjadi sampai ketika pembakaran telah sempurna. Daerah api difusi ini dibagi menjadi daerah :
1. Luminous Region (yellow region) 2. Non luminous region (blue zone)
Sebagian besar proses reaksi terjadi pada daerah berwarna biru sehingga mempunyai temperatur yang relatif lebih tinggi, sedangkan daerah berwarna kuning menunjukkan persentase partikel karbon.
Burnt gas zone
Daerah dimana terdapat gas-gas yang terbentuk dari api pada proses-proses sebelumnya dengan kecepatan, temperatur dan konsentrasi species (fuel, product, oxidizer) yang sama. Daerah dimana reaksi kimia terjadi biasanya cukup sempit.
3. Analisa Distribusi Temperatur
Untuk membandingkan kualitas distribusi temperatur dari kedua kompor uji dianalisa berdasarkan luasan temperatur rata-rata dengan perhitungan menggunakan rumus di bawah ini:
∑ [ ( )]...(1) ( )
...(2)
Gambar 7. Grafik temperatur rata-rata distribusi temperatur api pada ketinggian tertentu
Gambar 8. Grafik luasan total distribusi temperatur pada ketinggian tertentu
Dari gambar 7 dan 8 terlihat bahwa kompor dinding api ganda memiliki besar luasan total dan temperatur rata-rata yang terdistribusi lebih besar dibandingkan dengan kompor dinding api tunggal. Hal tersebut dikarenakan kompor dinding api ganda memiliki nyala api yang dominan berwarna biru yakni nyala api stoikiometri. Sementara kompor tunggal nyala apinya masih kekuningan atau nyala api yang non-stoikiometri.
Dari data temperatur rata-rata yang diperoleh didapatkan untuk kompor dinding api tunggal ketinggian yang memiliki temperatur rata-rata terbesar adalah ketinggian 5 mm dari rim kompor. Untuk kompor dinding api ganda didapatkan ketinggiannya 30 mm dari dinding api kompor. Selanjutnya data ini akan digunakan dalam pengujian waktu pendidihan air.
4. Analisa Transfer Energi Bioetthanol
Untuk menganalisa besarnya energi yang ditransfer bahan bakar untuk menaikkan temperatur air dalam
bejana aluminium, dari 35oC menjadi 100oC, maka
dibutuhkan data efisiensi kompor yang telah diuji di penelitian terdahulu.
Melalui pengujian dengan standar water boiling test, maka didapatkan data sebagai berikut.
Daerah gas panas Radiasi
Temperatur tinggi Ignitio
Tabel 1. Indikator kinerja kompor Indikator Dinding Jenis kompor
api tunggal Dinding api ganda Temperatur api rata-rata 280.95oC 430.62oC Ketinggian peletakan beban 5 mm 30 mm
Efisiensi 48,733% 51,916 % Waktu pendidihan 26’12” 14’01” Bahan Bakar yang
Dikonsumsi 0.12324 kg 0.115024 kg Energi yang ditransfer bahan
bakar 0,8536 kW 1.58639 kW
Sehingga besarnya energi yang ditransfer oleh bahan bakar ke beban dapat dihitung dengan rumus:
m
t
LHV
η
Semakin lama waktu yang ditempuh untuk mulai mendidihkan air menunjukkan semakin besar bahan bakar yang dikonsumsi. Banyaknya bahan bakar yang dikonsumsi tidak lantas mencerminkan banyaknya energi yang ditransfer oleh bahan bakar selama pembakaran karena dalam pembakaran tersebut belum tercapai pembakaran api dewasa (titik dimana bahan bakar habis terbakar). Tabel diatas menunjukkan kompor uji dinding api ganda lebih cepat mendidihkan air daripada kompor dinding api tunggal yaitu pada rata-rata menit ke-14 , Sedangkan pada kompor uji dinding api tunggal mulai mendidihkan air pada menit ke-26.
Perbedaan kecepatan pendidihan air saat pengujian tersebut dapat terjadi karena beberapa hal. Diantaranya disebabkan karena profil dan temperatur api dari masing-masing bahan bakar pada masing-masing kompor juga berbeda. Mengenai profil api pada saat dilakukan pengambilan data pada semua jenis kompor uji secara visual dapat dilihat pada gambar dibawah.
Hasil yang baik didapatkan pada kompor api dinding api tunggal dan ganda yang dikenai beban, api menyebar pada bagian bawah bejana sehingga uap bioetanol terkumpul dan terbakar di sana, sehingga panas yang dilepaskan bahan bakar akan optimal.
Gambar 9 Kompor dinding api tunggal yang dikenai beban
a) Tampak samping, b) Tampak depan
Gambar 10 Kompor dinding api ganda yang dikenai beban
a) Tampak samping, b) Tampak depan Dari gambar diatas menunjukkan profil api kompor uji saat menampakkan mayoritas nyala api berwarna biru. Hal ini dapat dijelaskan bahwa pada pembakaran bioethanol 99% telah mencapai api dewasa karena penguapan bahan bakar cair yang terdapat pada tangki menjadi bentuk uap bahan bakar sepenuhnya mencapai titik maksimal dimana temperatur dari bahan bakar cair telah mencapai temperatu titik didihnya, hal ini juga dapat dilihat pada temperatur api dimana
temperaturnya dapat mencapai 400C dan bisa juga
lebih, sedangkan temperatur pendidihan dari bahan bakar
sendiri hanya berkisar 30C sehingga dapat dengan
mudah bercampur dan bereaksi dengan oksigen. Tampak samping menunjukkan, kompor dinding api ganda memiliki distribusi api yang menyebar daripada kompor dinding api tunggal, penyebaran api mempengaruhi laju pendidihan. Penyebaran api dipengaruhi oleh posisi peletakan beban. Pada posisi yang tepat, api dapat berkembang dan menyebar ke sekeliling beban. Apabila beban diletakkan terlalu dekat dengan kompor, maka api sulit untuk berkembang, kesempatan api untuk bertemu udara menjadi kecil.
Gambar 4.12 Kompor dinding api tunggal yang dikenai beban tampak atas
a) Kompor dinding api tunggal, b) Kompor dinding api ganda
IV. HASILDANDISKUSI
Temperatur rata-rata maksimal pada kompor dinding api Energi bioetanol yang ditransfer =
a) b)
a) b)
tunggal adalah 363,109 oC sedangkan pada kompor dinding api ganda 505,9933 oC. Waktu untuk menaikkan suhu air pada kompor api ganda 14’01”lebih cepat daripada kompor dinding api tunggal yaitu 26’21”. Energi yang ditransfer bioetanol ke beban pada kompor dinding api ganda sebesar 1,586 kW, lebih besar 0.732kW dibanding kompor dinding api tunggal. Secara umum kompor dinding api ganda memiliki performa yang lebih baik dibanding kompor dinding api tunggal. Dari hasil yang dilakukan pada penelitian ini, penulis sangat berharap agar ada peneliti berikutnya yang dapat melakukan penelitian terhadap angka reynold pada api kompor dan api kompor yang menumbuk bejana, tentang fenomena dan faktor-faktor yang mempengaruhi. Selain itu juga adanya penelitian yang membandingkan kompor dinding api tunggal dan dinding api ganda yang memiliki lubang laluan udara yang sama jumlahnya.
UCAPANTERIMAKASIH
Penulis Y.A.S mengucapkan terima kasih kepada Jurusan Teknik Mesin ITS dan Bapak Djoko Sungkono Kawano selaku dosen pembimbing Tugas Akhir. Ibu Susmiati dan Bapak Kasil Utomo selaku orang tua penulis atas dukungan moril dan materiil. Dosen-dosen dan karyawan Jurusan Teknik Mesin ITS Surabaya, terutama Ibu Suprapti selaku dosen wali dan Bapak Karmono karyawan Lab.TPBB Teknik Mesin ITS. Teman-teman angkatan M51 dan Sona rekan tugas akhir kompor.
DAFTARPUSTAKA
[1] Afanny, Agib Farouq, “Perbandingan Unjuk Kerja Kompor Dinding Api Tunggal dengan Dinding Api Ganda Berbahan Bakar Bioethanol”, ITS, Surabaya, 2012
[2] Dougal, Drysdale, “An Introduction to fire dynamics”, john wiley & sons Inc, New York, 1985
[3] Elihu C. Wacesa, “Permodelan Aliran Fluida Dalam Analisa Pengaruh Diameter Lubang Pengeluaran Udara Panas Terhadap Unjuk Kerja Kompor”, ITS, Surabaya, 1998
[4] Frank P. Incropera and David P. Dewitt. Fundamentals of Heat and Mass Transfer. Fifth Edition. John Wiley and Sons, New York, 1996. [5] http://www.afdc.energy.gov/afdc/pdfs/fueltable.pdf
[6] International Standards. “Testing The Efficiency of Wood-Burning Cookstoves”. USA: Volunteers In Technical Assistance (VITA), Revised May 1985
[7] Juliani, Ryan. “Study Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Kompor Minyak Tanpa Sumbu Berbahan Bakar Bioethanol dengan Kompor Minyak Tanah Bersumbu”, ITS, Surabaya,2010
[8] Kawano, Djoko Sungkono, “Motor BakarTorak (Bensin)”, ITSpress, 2011
[9] Kawano, Djoko Sungkono,“Nyala Api Kompor Minyak Tanah Tanpa Sumbu Berbahan Bakar Bioethanol” (Unpublished research). ITS, Surabaya, 2000
[10] Komarayati,Sri & Gusmailina, “Prospek Bioetanol Sebagai Pengganti Minyak Tanah”. Bogor : Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan, 2010
[11] Santoso, Djoko, “Studi Distribusi Temperatur Api Laminer pada Bunsen Burner”. ITS, Surabaya,2001
[12] Tjokrowisastro E & Utomo B K W, “Teknik Pembakaran dan Bahan Bakar”, ITS, Surabaya,1990.
[13] Turns, S. R., “An Introduction To Combustion Concepts and Application”, McGraw Hill, 1996.
![Gambar 6. Struktur api kompor firewall 3 inci [1]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/4928498.3483121/3.918.242.832.77.621/gambar-struktur-api-kompor-firewall-inci.webp)
