13 eksperimental pembuatan tungku bahan bakar

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.
Jurnal Teknik Mesin Vol. 3, No. 2, Oktober 2013 : 13 - 21
13
Gambar 1.2. Gambar Sket Tungku Pemanas
Bahan Bakar Sekam
Gambar 1.5. Tungku Sekam Pabrik Tahu Milik
Petani Cilamaya (Sistem Aerasi Nako)
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 1.6. Tungku Sekam Model ABC Hasil
Rancangan BB Padi Tahun 2003
Gambar 1.3. Pengering Gabah Bahan Bakar
Sekam APESSI
Gambar 1.7. Box Dryer BBS Bak Pengering
dari Bahan Besi Plat
GAMBAR 1.4. Pengering Gabah Bahan Bakar
Sekam Bimasakti (Tungku Dipisahkan dari
Plenum)
Gambar 1.8. Box Dryer BBS Bak Pengering
dari Bahan Tembok
Jurnal Teknik Mesin Vol. 3, No. 2, Oktober 2013 : 13 - 21
14
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.
2.
3.
4.
Tersedianya dalam jumlah yang banyak.
Relatif murah.
Punya nilai kalor yang tinggi.
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.
Jurnal Teknik Mesin Vol. 3, No. 2, Oktober 2013 : 13 - 21
15
Spesifikasi Bahan Bakar
3. Kadar abu adalah zat yang terkandung
dalam bahan bakar yang tak terbakar.
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.
4. Zat yang mudah terbakar adalah pada
umumnya zat-zat yang mudah menguap.
Perpindahan Panas
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
adalah jumlah atau persentase air
terdapat dalam bahan bakar. Ini
menentukan nilai bakar dari bahan
tersebut.
bakar
yang
akan
bakar
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 :
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.
Jurnal Teknik Mesin Vol. 3, No. 2, Oktober 2013 : 13 - 21
16
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.
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.
Kerangka Konsep
Pelaksanaan penelitian ini dapat dilihat pada
kerangka konsep, seperti yang diperlihatkan
pada gambar 2.1.
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 2.1. Kerangka Konsep Penelitian
Gambar 3.2. Diagram Aliran Pelaksanaan
Penelitian
Jurnal Teknik Mesin Vol. 3, No. 2, Oktober 2013 : 13 - 21
17
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 4.3. Dinding Penyekat dan Saluran
Udara
4. Dinding luar berfungsi untuk menahan
batubata bagian luar (gambar 4.4).
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 4.4. Dinding Luar
5. Proses pemasangan batubata
Berfungsi untuk menahan panas keluar dari
tungku (gambar 4.5.)
Gambar 4.2. Alat Penyekat lantai
3. Penyekat dinding dalam dan saluran pipa
udara
Gambar 4.5. Pemasangan Batu bata
Penyekat dinding dalam berfungsi untuk dapat
mengetahui berapa volume sekam yang
dibutukan. Pipa saluran udara berfungsi untuk
mengalirkan udara panas berkecepatan
(gambar 4.3).
Jurnal Teknik Mesin Vol. 3, No. 2, Oktober 2013 : 13 - 21
18
6. Bentuk tungku sekam
Bentuk tungku bahan bakar sekam yang telah
dikerjakan dapat dilihat pada gambar 4.6.
Tabel 4.1. Data Variasi Kecepatan dan
Temperatur Udara Masuk, Keluar Pipa
Gambar 4.6. Tungku Sekam
Hubungan Jumlah Sekat dan Kecepatan
Udara Panas.
Persiapan Sebelum Pengujian
Hal-hal yang dilakukan sebelum persiapan
melakukan pengujian :
Gambar 4.7. Posisi Pengambilan Data
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 berulangulang.
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
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.
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
Jurnal Teknik Mesin Vol. 3, No. 2, Oktober 2013 : 13 - 21
19
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 :
Gambar 4.8. Grafik Hubungan Jumlah Sekat
Terhadap
Kenaikan
temperatur
Udara
Berkecepatan pada Posisi Kecepatan satu
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
Gambar 4.8. Grafik Hubungan Jumlah Sekat
terhadap
Kenaikan
temperatur
Udara
Berkecepatan pada Posisi Kecepatan Dua
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 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.
Jurnal Teknik Mesin Vol. 3, No. 2, Oktober 2013 : 13 - 21
20
[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.
KESIMPULAN
[8]
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.
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.
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.
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.
Jurnal Teknik Mesin Vol. 3, No. 2, Oktober 2013 : 13 - 21
21