PERANCANGAN KOMPOR BRIKET BIOMASS UNTUK LIMBAH KOPI

Transkripsi

1 JURNAL TEKNIK POMITS Vol., No., (0) - PERANCANGAN KOMPOR BRIKET BIOMASS UNTUK LIMBAH KOPI Arga Setia Tama, Sarwono, dan Ronny Dwi Noriyati Jurusan Fisika, Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 0 sarwono@ep.its.ac.id Abstrak Semakin habisnya bahan bakar minyak memicu timbulnya banyak pemanfaatan untuk mengganti bahan bakar minyak. Salah satu contohnya adalah briket kopi. Tetapi pemanfaatan briket juga kurang diminati karena tidak adanya alat yang mendukung dipakainya briket. Dalam penelitian ini dilakukan perancangan kompor briket biomass untuk limbah kopi. kemudian mempelajari dan fabrikasi beberapa tipe bentuk kompor serta perhitungan panas yang hilang. Selanjutnya dipilih kompor berbentuk balok dengan dimensi tempat briket tinggi,cm dan lebar 9,cm dengan bagian luar tinggi cm dan berdiameter cm. Dari hasil yang didapat bahwa kompor dapat memanaskan air L dengan briket paling cepat adalah L menit yakni dengan briket Kg. Dan nilai efisiensi kompor paling besar adalah, %, yakni untuk pembakaran briket 0, kg dengan air L. untuk heat loss terbesar adalah,% yang terjadi saat pembakaran briket Kg dengan air L. untuk nilai ekonomis mencapai Rp. 0,-,hemat Rp..00,- dari minyak tanah. Harga kompor adalah Rp..000,-. Relatif mahal tetapi perawatannya mudah. II. METODE A. Metode Percobaan Terdapat beberapa tahapan dalam penelitian ini, tahapan tersebut adalah sebagai berikut: Kata Kunci efisiensi, kompor, briket, ekonomis, heat loss I. PENDAHULUAN erbagai pemanfaatan bahan bakar minyak dilakukan untuk Bmengejar tingkat panas yang besar, namun tidak cepat habis terbakar. Tentunya semua itu diikuti harga yang tinggi[]. Contohnya briket, briket merupakan salah satu energi alternatif terbarukan yang potensinya besar di Indonesia[]. Karena mengingat negara agraris yang dimana banyak bahan baku briket dalam jumlah besar. Pemanfaatan bahan baku briket di kehidupan sehari hari hanya tertuju pada kayu[9]. Hal ini tentunya tidak di izinkan karena semakin lama jumlah kayu di Indonesia juga semakin menipis. Dan nilai konversi terhadap aspek ekonomi juga tidak murah. Tentunya, jika dibandingkan dengan bahan baku minyak yang sekarang digolongkan langkah dan tidak dapat diperbarui, briket termasuk mempunyai kelebihan tersendiri[]. r briket merupakan alat pemanfaatan yang dikhususkan untuk beberapa briket sebagai alat bakar skala rumah tangga. Dalam kehidupan masyarakat benda ini sudah identik dengan harga yang terjangkau dan aman tanpa polusi[0]. Untuk perancangan kompor briket ini bertujuan untuk mendapatkan nilai kalor yang tinggi dengan efisiensi yang maksimal. Maksimal dalam hal nilai kehilangan kalor yang minimum, kerugian gas buang yang minimum, meminimalisir akan kerugian panas karena material. mbar Flowchart penelitian B. Teori Perancangan Untuk merancang sebuah kompor briket diperlukan adanya dimensi briket yang akan digunakan. Vr, x Vb(dalam dimensi penuh) Vb0 x,0 cm Vb, cm Vr, x, cm Vr cm Luas penampang buah briket adalah, x, cm Ar, x Ab Ar, x x, Ar,9 cm

2 JURNAL TEKNIK POMITS Vol., No., (0) - Silinder Vr cm Ar,9 cm Tinggi silinder adalah: Hr/,9 Hr, cm jari-jari silinder: R r, cm Dan juga mampu menentukan kapasitas maksimal kompor yang akan dirancang[]. Pada proses fabrikasi kompor briket yang terpenting adalah mengetahui nilai kandungan yang punyai briket sebagai bahan bakar[]. Terbagi atas bagian, yakni kompor bagian dalam sebagai tempat briket dan bagian luar sebagai main body yakni bentuk kompor[]. Kemudian untuk menghitung besarnya kandungan N (asumsi pembakaran yang sempurna) [,] : %N % nitrogen dalam gas buang % N dalam udara + % N dalam bahan bakar Besarnya karbon dioksida : %CO 00 - %N Factor pengkali (unsur ultimasi) : - M A () Dimana: M kadar air /moisture(%) A kadar abu /Ash(%) Proses pembakaran teoritis didapatkan dari hasil rasio udara bahan bakar teoritis: A F th,m,d (, C +,9H + 0,9S - O ) 0, Untuk pembakaran aktual mempunyai persamaan yang berbeda dengan teoritis, yakni sebagai berikut : (%N )(,0) - Cb - Nf A (%CO + CO ) (,0) () F 0, act,m,d Koefisien pengenceran : Balok Vr cm Ar,9 cm tinggi Balok: Hr /,9 Hr, cm panjang satu sisi: S r 9, cm nilai pembakaran aktual nilai pembakaran teoritis () DC () %kelebihan udara 00(DC-) () Jumlah O yang diperlukan untuk pembakaran bahan bakar sebanyak kg, perhitungannya sebagai berikut : o M ta C + ( H ) + S () Untuk jumlah minimum udara yang dibutuhkan: 00 x Mta, Segi enam Vr cm Ar,9 cm tinggi Balok: Hr /,9 Hr, cm Besarnya sisi : R r, cm M ud () Dilakukan perhitungan untuk jumlah udara pada kondisi nyata. Hal ini bertujuan Untuk meminimalisir terjadinya kesalahan perhitungan ikatan antar udara pembakaran dengan unsur lain dalam waktu yang relative pendek. M ud Mud+(%excess air) (Mud) () kapasitas bahan bakar briket sebanyak kg adalah : M udpembakaran (+m HO ) x Mud (9) Untuk estimasi laju pembakaran: m m briket lama pembakaran laju aliran udara bakar: (0) mudara Q () ρ Jari-jari lubang udara adalah sebesar: Q A u () V C. Penentuan r Metode pemilihan kompor adalah menghitung hambatan dari dinding kompor yang ada. Hasil yang didapat akan diambil untuk nilai kehilangan kalor paling kecil diantara design yang telah dibuat. Dalam perhitungan ini aspek kehilangan kalor secara radiasi diabaikan karena terlalu banyak aspek yang natinya berpengaruh pada dinding kompor. Dan yang digunakan dalam perhitungan adalah persamaan kehilangan panas gabungan, yakni konduksi dan konveksi: Nilai hambatan konveksi[]: Ra L gβ (Ts - T )L GrL.Pr ϑα Nu L / L 9 / / 9 0, + 0,Ra 0,9 + Pr () () Nilai Hambatan Konduksi[]: R () Kc Untuk menentukkan perumusaan nusselt number harus diidentifikasi terlebih dahulu dari nilai reynold number. Jika reynold numbernya>0 9, maka bisa dipastikan aliran yang terjadi adalah aliran turbulen. Begitu pun sebaliknya, jika reynold number<0 9, maka aliran dianyatakan sebagai aliran yang laminar.

3 JURNAL TEKNIK POMITS Vol., No., (0) - D. Hasil Perancangan mbar Hasil perancangan kompor Dari analisis heat loss yang hilang maka bentuk kompor yang dipilih adalah bentuk balok. Setelah mempunyai nilai untuk perancangan, maka hail fabrikasi dapat dilihat pada gambar diatas. r briket ini mempunyai tempat abu yang dapat dibuka sehingga mudah untuk dibersihkan. Dan singgungan antara api dengan dinding juga relative kecil karena tempat briket berbentuk balok. III. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Data Pengujian Data yang didapatkan akan diolah untuk menentukan heat loss total dan juga efisiensi total di ikuti dengan perubahan suhu. Tabel Pengambilan data No Mb Ma Aw al Ma akhir 0, 0, T ( C) 0, 0,0 0, 0, 0,, 0, 0,, 0,9 0,,,,, 9, 0 0,, 0,,, T ( C ) 9 9 T ( C ) 0 T ( C ) 9 Mabu 0, 0,09 0,0 0,0 0, 0,09 0,0 0,0 0, 0,09 0,0 0,0 tdidih (meni t), Lama nyala (jam), 9,,,,,, mbar Grafik perubahan suhu Grafik diatas menyatakan perubahan temperature saat menami pengigihan untuk macam macam massa air yang dimasak. Pada gambar pertama dan kedua adalah proses pendidihan air L dan juga,l.dari grafik dapat dilihat bahwa nilai paling cepat adalah enggunakan briket sebanyak kg. dan untuk massa air L paling cepat adalah 0, Kg. B. Efisiensi Total Pada pengujian efisiensi total ini variable yang dibandingkan adalah nilai kalor yang dimanfaatkan (Q s ) dengan nilai kalor yang dihasilkan(q L ). Nilai efisiensi paling tinggi terdapat pada massa briket 0,kg dengan massa air sebesar kg. Adapun dari data yang diambil beberapa diantaranya dinyatakan air sebagai indikator pendidihan tidak mendidih. Air tidak mendidih paling banyak adalah pada saat massa air L. dari data menunjukkan hanya massa briket Kg saja yang dapat menami proses pendidihan. Dan untuk mendidihkan air L saja membutuhkan durasi yang relative lama. Untuk penyajian data tentang rasio perubahan suhu di tiap massa air akan ditampilkan berupa grafik berikut: mbar Perbandingan efisiensi

4 JURNAL TEKNIK POMITS Vol., No., (0) - No Kode bakar M Ma b M uap air 0, 0, Tabel Efisiensi total T- T, T- T QL 0,9,9 Qs Efisiensi total 0,, 9 90,, 0, 0,9 0 9,0 0,, 0, 0, 9, 0,, 0, 0, 0,, 0, 0,, 0, 0 0,, 0, 9,,,9 90, 0, 0, 9 0,9, 0 0, 0, 9, 90, 0, 0, 9, 0, 0, 0,,9 0,,,90,9 0,,99,90,,90, Dari nilai efisiensi total telah diketahui nilai persentase paling besar adalah pada pendidihan air L dengan briket 0, Kg. tetapi pada kenyataannya. Air sebagai indicator pembakaran ini tidak mendidih. Hanya menami penguapan saja. Dibandingkan dengan massa briket yang lain beitu berbeda. Pada Kg selalu menami pendidihan tapi nilai efisiensinya cenderung kecil. C. Heat Total Pada hasil pengujian heat loss total ditentukan berdasarkan pengurangan nilai efisiensi total terhadap dinding kompor ditambah heat loss bahan bakar dan juga heat loss tidak terduga. No Kode bakar M a M b Dindin g kompor Tabel Heat loss Baha n bakar Tak terduga Heat loss total Efisiensi total 9,9,,,,9 0, 9,9 9,,,, 0, 9,9,,9,, 0, 9,9,,,,, 9,9,09,90 9,9 9, 0,, 9,,0,9 9,9,0 0,,, 9, 0, 9,9, 0,,,0,00,99 9,9, 9 9,9,,9,09,90 0 0, 9,9,,,, 0, 9,9, 0,0,09,90 0, 9,9,,, D. Nilai Ekonomis a.perhitungan nilai material SA gr. A(mm) kg x Rp..00,-/kg Rp.00,- SAgr.A ( mm) kg x Rp.00,-/kg Rp..000,- Pengelasan Rp..000,- Pembubutan + pengeboran Rp ,- Cat tahan panas Rp..000,- Total pengeluaran Rp..00,- b. Perbandingan Emisi r N o Jenis kompo r r biji jarak Tabel Tabel perbandingan Bahan Kap bakar Konversi asit yang dalam as dibutuhka harga air n kg, gram / menit Rp.,- Harga per satuan Rp.,- /gram kupasan Harga kompo r (x0 ) Rp.0 r listrik daya 00 watt kg 00 watt / menit Rp.0,- Rp. 0,9,- /watt Rp.00 mbar Perbandingan heat loss r minyak tanah kg 0, liter / menit Rp..00,- Rp.0.000,- /liter Rp.0 Heat loss paling besar adalah pada saat proses pendidihan air L. dengan 0, Kg massa briket. Tetapi pada pendidihan air L nilai haet loss relative merata tidak terlihat perbedaan yang cukup jauh. r briket kg 0, kg / 9menit Rp. 0,- Rp..000,- /kg Rp.,

5 JURNAL TEKNIK POMITS Vol., No., (0) - E. Countur Pembakaran Simulasi pembakaran dibuat untuk menganalisa pembakaran pada nilai efisiensi terbesar dan arti fisis yang terjadi, kemudian dihubungkan untuk didapatkan kesimpulan[]. pemanasan air tanpa menimbulkan penndidihan. Dan juga untuk kapasitas air L dengan briket 0,kg efisiensi yang didapat, % dibandingkan penelitian sebelumnya hanya mempunyai, %. Ditinjau dari harga kompor briket ini relative mahal tetapi ada beberapa kelebihan yang dimiliki. Contohnya, jika rancangan kompor di pasaran apabila material terjadi korosi maka seluruh kompor harus diganti untuk mencegah perusakkan lebih lanjut. Tetapi kompor hasil rancangan mempunyai tempat briket yang terpisah dengan main body. Ketika terjadi korosi didalam tempat briket maka yang perlu diganti hanya pada tempat briket. Dengan perancangan tempat abu yang mendukung kompor briket menjadi lebih bersih dan ramah lingkungan. mbar Design simulasi (proses meshing) dan countur pembakaran IV. KESIMPULAN Dari hasil perancangan kompor dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : Menghasilkan kompor briket kapasitas kg dengan tempat briket berbentuk balok berukuran tinggi, cm dan tiap sisi sebesar 9, cm. diikuti dengan diameter kompor bagian luar sebesar cm dan tinggi keseluruhan mencapai cm. lubang udara sebanyak buah berdiameter cm tanpa kisi. Efisiensi paling besar adalah sebesar, %, ketika pembakaran massa briket 0, kg dengan massa air kg. Dapat mendidihkan air paling cepat, menit dengan massa briket kg diikuti lama penyalaan briket hingga jam. mbar Grafik pada saat iterasi F. Analisa data Penelitian yang telah dibuat dapat diketahui bahwa nilai kehilangan panas melalui dinding kompor paling kecil adalah berbentuk balok yang berdimensi tinggi, cm dan panjang sisinya 9, cm, yang mempunyai nilai 9,9% Penggunaan main body yang berdimensi diameter cm dan tinggi cm dengan lubang udara sebanyak buah berdiameter cm untuk masing masing lubang. Dengan diketahuinya nilai ini maka dilakukan pengujian efisiensi untuk menghitung secara menyeluruh heat loss dan efisiensi yang dipunyai oleh kompor briket. Dari sejumlah tabel dapat diketahui, efisiensi total paling besar adalah nilai pembakaran pada 0, kg briket dengan massa air sebanyak L, yakni sebesar, %. Jika dibandingkan pada penelitian sebelumnya yang mempunyai efisiensi kalor,9% dengan kapasitas yang sama dan juga perlakuan yang sama free convection. Hal ini dikeranakan sebaran panas yang tidak teratur. Selain itu juga dapat disebabkan penguapan air yang terlalu kecil sehingga tidak membuang energi panas secara sempurna saat proses mendidihkan air berlangsung. Tetapi dampaknya adalah panas yang dikeluarkan oleh briket terjebak dalam temperatur Didapatkan hasil dari perhitungan ekonomis bahwa harga untuk unit kompor briket berharga Rp..00,- dan untuk mendidihkan air liter dibutuhkan briket sebesar 0, kg sebanding dengan Rp.0,-.

6 JURNAL TEKNIK POMITS Vol., No., (0) - DAFTAR PUSTAKA [] Novety, Citria. 00, Tugas Akhir : Perancangan r Hemat Energi Dengan Bahan Bakar Briket Biomassa. Jurusan Teknik Fisika ITS : Surabaya. [] Budhi, Arief S. 00. Pembuatan Briket Arang Dari Feeces Sapi dan Tempurung Kelapa Sebagai Alternative Sumber Energi. Tugas Akhir Jurusan Teknik Lingkungan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya. [] Apriati, Ajeng. 00. Pemanfaatan Sampah Organik Sebagai Briket. Tugas Akhir Jurusan Teknik Lingkungan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya. [] Frank, P. Incropera David, P. Dewitt 00. Fundamental of Heat & Mass Transfer th Edition. [] Saraswati, Delima Ayu. 00. Analisis Sistem pembakaran Sampah Pada Incenerator DiManukan Surabaya. Tugas Akhir Jurusan teknik Fisika, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya. [] Tuakia, Firman. 00. Dasar-Dasar CFD menggunakan Fluent. Informatika, Bandung. [] Hudelson, Nordica A. Bryden and Still,Dean. Department of Mechanical Engineering. Iowa State University. Global Modeling and Testing of Rocket Stove Operating Variations. [] Netherlands development organisation. Kathmandu, March 00. The Beehive Charcoal Briquette Stove in the Khumbu Region. Nepal. [9] Dr. Bryden, Mark, Still, Dean, Scott, Peter. Aprovecho Research Center Shell Foundation. Design Principles for Wood Burning Cook Stoves. [0] Tamrin, Budianto Lanya, Firmayanti, Dwi. Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, UGM Yogyakarta. Rancang Bangun Tungku Portable Bahan Bakar Batubara Yang Aman Untuk Kesehatan Pemakainya. [] Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia. [] SNI 9:00, r Briket Batubara.00