Jurnal SAINS Vol.4.No.1.Januari 2015 ISSN : PERANCANGAN KOMPOR BIOMASSA YANG BEBAS POLUSI. Design of Free Pollution Biomass Stove

Transkripsi

1 PERANCANGAN KOMPOR BIOMASSA YANG BEBAS POLUSI Design of Free Pollution Biomass Stove Jhonni Rahman Fakultas Teknik Universitas Islam Riau, Jl. Kaharuddin Nasution 113, Pekanbaru Riau Telp: ext. 123, Fax: jhonni_rahman@eng.uir.ac.id [Diterima September 2014; Disetujui November 2014] ABSTRAK Biomass stove is a stove that use solid biomass fuel for cooking, such as wood, agriculture residu, etc. A lot of people in many urban areas use biomass fuel in traditional way or open fire for daily cooking purposes. Using biomass fuel in traditional stove may cause harmful indoor air pollution that affect significant health problems to the user. So, people need a stove that can reduce harmful emission from biomass fuel combustion in order to solve some of those problems. This research aimed to design a stove that can do complete combustion of fuel by burning the smoke (gases) released from the wood. Then, in the end it can reduce fuel use and increase the efficiency of fuel without pollution. This research used Water Boiling Test (WBT) methode in order to determine performance of biomass stove. Performance test results show that designed stove has 24% thermal efficiency, 446 grams of fuel consumption and 14 minutes for boiling 5 kg water. Its has better performance compared to thermal efficiency (14.1 %), fuel consumption (752 grams) and water boiling time (32 minutes) of traditional stove. On the smog, it was observed that designed stove showed less air pollution compared to traditional stove. Keywords : Biomass, Efficiency, Stove, Performance, and Pollution ABSTRACT Kompor biomassa adalah kompor yang menggunakan bahan bakar biomassa padat untuk memasak, seperti kayu, residu pertanian, dll. Banyak orang di berbagai daerah perkotaan menggunakan bahan bakar biomassa dengan cara tradisional atau api terbuka untuk tujuan memasak sehari-hari. Menggunakan bahan bakar biomassa di tungku tradisional dapat menyebabkan polusi udara dalam ruangan berbahaya yang mempengaruhi masalah kesehatan yang signifikan kepada pengguna. Jadi, orang memerlukan kompor yang dapat mengurangi emisi berbahaya dari pembakaran bahan bakar biomassa untuk memecahkan masalah tersebut. Penelitian ini bertujuan untuk merancang kompor yang dapat melakukan pembakaran sempurna dengan membakar asap (gas) yang dilepaskan dari kayu. Kemudian, pada akhirnya dapat mengurangi penggunaan bahan bakar dan meningkatkan efisiensi bahan bakar tanpa polusi. Penelitian ini menggunakan Uji Air Didih (WBT) metode untuk menentukan kinerja kompor biomassa. Hasil tes menunjukkan bahwa kinerja kompor dirancang memiliki efisiensi termal 24%, 446 gram konsumsi bahan bakar dan 14 menit untuk merebus 5 kg air. Kompor tersebut memiliki kinerja yang lebih baik dibandingkan dengan efisiensi termal (14,1%), konsumsi bahan bakar (752 gram) dan waktu didih air (32 menit) dari kompor tradisional. Pada asap nya, diamati bahwa kompor dirancang menunjukkan polusi udara kurang dibandingkan dengan tungku tradisional. Kata kunci: Biomassa, Efisiensi, Kompor, Kinerja, dan Polusi 555

2 PENDAHULUAN Masyarakat pedesaaan biasanya memanfaatkan sisa-sisa pertanian tersebut untuk kebutuhan memasak dengan menggunakan tungku-tungku tradisional. Hal ini disebabkan karena mahal dan susahnya mendapatkan bahan bakar fosil dan gas LPG, sehingga mereka harus memasak dengan bahan bakar seadanya dari alam seperti kayu, ranting, pelepah sawit dan lain-lain. Namun yang menjadi perhatian adalah memasak dengan menggunakan kompor tradisional sering menimbulkan efek samping berupa polusi asap pembakaran yang membahayakan kesehatan. Asap tersebut apabila terhirup dalam jumlah yang berlebihan akan mengakibatkan ganguan pernafasan, perih dan iritasi pada mata, katarak dan lain-lain. Berdasarkan kondisi ini maka diperlukan sebuah model rancangan kompor biomassa yang efesien dalam penggunaan bahan bakar dan mampu memberikan solusi untuk menangani masalah yang dihadapi masyarakat. Kompor biomassa yang dirancang adalah kompor gasifikasi sistem natural dengan konsep pre-heating, counter flow, air flow regulation dan diffused combustion. Pada sistem natural, oksigen yang masuk keruang bakar mengalir secara alami sesuai dengan kebutuhan pembakaran, tanpa memerlukan energy listrik atau energi lainnya untuk mendorong udara (oksigen) masuk ke ruang bakar. Asap yang dihasilkan dari proses pembakaran biomassa biasanya tersusun atas gas-gas seperti H2, CO, CH4, CO2, SOx, NOx dan uap air. Sebagian gas-gas tersebut seperti hydrogen (H 2), karbonmonoksida (CO), dan metana (CH 4) adalah gas-gas yang dapat terbakar ( combustible gases). Apabila pada combustible gases tersebut ditambahkan pasokan udara/oksigen yang cukup, maka akan terjadi pembakaran yang kedua (pembakaran combustible gases) sehingga menghasilkan nyala api yang jauh lebih bersih. Kompor yang bekerja dengan sistem ini disebut sebagai kompor gasifikasi. Gambar 1. Bentuk tungku tradisional pedesaan di Indonesia METODE PENELITIAN Rancangan kompor biomassa dalam penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan model, dimensi, bentuk, dan ukuran kompor biomassa yang mampu meningkatkan performance (efisiensi thermal, fuel consumption dan lama pembakaran) yang lebih baik dibandingkan kompor biomassa tradisional. Penelitian ini dimulai dengan melakukan perancangan (design) kompor biomassa yang menerapkan konsep pre-heating, counter flow, air flow regulation dan diffused combustion dengan sistem natural pada gambar dua dimensi. Tahapan selanjutnya adalah fabriksi kompor dengan menggunakan bahan stainless steel untuk dinding ruang bakar dan alumunium untuk dinding kompor bagian luar

3 Dan terakhir adalah tahap pengujian. Bahan bakar biomassa yang digunakan dalam penelitian ini adalah potongan kayu limbah industri kayu dengan kadar moisture content sebesar 8,9 %. Dalam tahapan pengujian ini digunakan metode WBT ( Water Boiling Test) untuk mendapatkan performance rancengan kompor biomassa dan melakukan perbandingan dengan kompor tradisional. Parameter yang diukur pada pengujian ini meliputi waktu operasi, konsumsi bahan bakar, temperatur air, massa air yang terevaporasi. HASIL DAN PEMBAHASAN Rancangan Kompor Biomassa Model kompor biomassa yang dirancang pada penelitian ini adalah pengembangan dari kompor biomassa yang telah ditemukan sebelumnya. Pengembangan yang dominan pada rancangan kompor biomassa ini terdapat pada aliran udara masuk yang terdapat pada bagian bawah kompor. Begitu juga halnya dengan dimensi, bentuk dan ukuran. Berikut ini merupakan bentuk dan dimensi rancangan kompor biomassa: Gambar 2. Sketsa kompor biomassa Fabrikasi Kompor Pembuatan awal dari rancangan kompor biomassa dilakukan sendiri dengan bantuan mahasiswa Program Studi Teknik Mesin Universitas Islam Riau. Kompor biomassa dibuat dengan menggunakan material kontruksi berupa lembaran stainless steel untuk ruang bakar dan garangan, serta menggunakan alumunium untuk silinder bagian luar. Berikut ini adalah kompor 557

4 biomassa hasil fabrikasi dalam keadaan dilakukan pembakaran. Gambar 3. Hasil fabrikasi kompor biomassa Kinerja Kompor Biomassa Pengujian kinerja (performance) kompor biomassa pada penelitian ini menggunakan metode Water Boiling Test (WBT) fase cold start. Pada tahap pengujian dengan metode ini, variabel yang digunakan sebagai parameter adalah waktu operasi, konsumsi bahan bakar, temperatur air, massa air yang terevaporasi. a. Waktu start-up Penyalaan awal kompor dilakukan dengan menggunakan bantuan sedikit minyak tanah yang dituangkan pada bagian atas bahan bakar. Waktu yang dibutuhkan dari awal penyulutan api sampai biomassa terbakar dengan baik disebut waktu start-up. Dalam penelitian ini start up time adalah sekitar 1-2 menit. Nilai ini sungguh sangat kecil jika dibandingkan dengan pembakaran pada kompor tradisional yang membutuhkan start up time jauh lebih lama yaitu sekitar 5 10 menit. Hal ini dikarenakan aliran udara lebih mudah masuk melewati bagian bawah kompor, sehingga pembakaran dapat terjadi dengan baik tanpa kekuranngan oksigen. Alasan lain waktu start-up rancangan kompor biomassa lebih singkat adalah keberadaan bahan bakar pada ruang bakar yang tertutup, sehingga tidak berkontak langsung dengan udara luar dapat dihindari. Dengan demikian keunggulan pertama yang diperoleh dari kompor biomassa yang dirancang adalah start up time lebih cepat dan mudah. b. Waktu pendidihan dan konsumsi bahan bakar Selanjutnya adalah mengukur waktu yang dibutuhkan untuk mendidihkan 5 liter air. Dari data eksperimen didapatkan waktu yang dibutuhkan untuk mendidihkan 5 liter air berkisar menit dengan massa bahan bakar yang terbakar berkisar 446 gram. Nilai sangat rendah jika dibandingkan dengan pembakaran kompor tradisional yang membutuhkan waktu pendidihan air selama 32 menit dan bahan bakar biomassa yang terbakar sebesar 752 gram. Kemudian kompor dibiarkan menyala sampai api kompor biomassa mati dengan sendirinya. Waktu yang dibutuhkan sejak awal bahan bakar terbakar hingga api pembakaran mulai mati dinamakan operating time. Untuk biomassa wood chip operating timenya berkisar 75 menit. Tabel 1. Perbandingan kompor biomassa dengan kompor tradisional No Biomassa 1 Kompor Biomassa 2 Kompor tradisional Time (min) Used Mass (gram) Operation Time (min) Tabel 2. Hasil pengujian Water Boiling Test (WBT) Used Mass of Time No Biomassa Mass Char and (min) (gram) Abu 1 Tatal kayu ,6 % 2 Potongan kayu 558

5 Tabel 3. Nyala api kompor biomassa serbuk kayu 1 menit 7 menit 13 menit 19 menit 24 menit 30 menit 36 menit 42 menit 45 menit 46 menit c. Efisiensi termal Pengukuran efisiensi termal dilakukan dengan menggunakan persamaan dibawah, yang merupakan persamaan umum yang biasa digunakan pada metode Water Boiling Test (WBT) dan sesuai dengan standar SNI = Dimana : η = Efisiensi termal Ma = Massa awal air (kg) Cp = Kalor jenis air (kj/kg 0 C) T = Selisih suhu akhir air terhadap suhu awal air ( 0 C) Ma = Massa air yang menguap (kg) Mk = Massa Bahan Bakar yang telah dibakar/digunakan (kg) L = Kalor penguapan air (kj/kg 0 C) LHV = Nilai kalor netto bahan bakar (kj/kg 0 C) Adapun variabel variabel yang bersifat umum dapat diketahui melalui literaturliteratur yang ada. Berikut ini adalah data-data variabel yang didapatkan dari literatur. Tabel 4. Variabel umum pada metoda WBT No Variabel Umum Nilai 1 Kalor Jenis Air (Cp) 4,180 kj/kg.k 2 Kalor Penguapan Air 2260 (L) 3 Nilai Kalor Netto Bahan Bakar (LHV) kj/kg kj/kg 559

6 Adapun variabel variabel lainnya adalah data-data yang didapatkan dari hasil pengujian. Berikut ini adalah data-data hasil pengujian WBT. Tabel 5. Data hasil pengujian metoda WBT Variabel Potongan Tatal No Umum Kayu Kayu 1 Massa 5 kg 5 kg Air(Ma) 2 Massa Air 0,092 Menguap 0,084 kg kg ( Ma) 3 Selisih Suhu Air ( T) 4 Massa Bahan Bakar Digunakan ( M k) 0,446 kg 0,438 kg Dari perhitungan dengan menggunakan persamaan diatas maka didapat nilai efisiensi termal sebagai berikut: Tabel 6. Perbandingan efisiensi termal kompor biomassa dengan kompor tradisional 1 2 No Biomassa Efisiensi Termal (%) Kompor Biomassa Kompor tradisional 24 14,1 Tabel diatas menunjukkan bahwa nilai efisiensi termal kompor biomassa lebih tinggi dengan konsumsi bahan bakar yang lebih rendah dibandingkan dengan kompor tradisional. KESIMPULAN Berdasarkan hasil pengujian yang dilakukan terhadap rancangan kompor biomassa, maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: 1. Rancangan akhir kompor biomassa bagian luar memiliki dimensi dengan tinggi 365 mm dan diameter 240 mm. Sedangkan tabung reaktor memiliki tinggi 295 mm, diameter 185 dan diameter mulut api sebesar 120 mm. 2. Kinerja kompor biomassa yang dirancang layak untuk digunakan karena memiliki nilai efisiensi termal diatas batas standar standard SNI yaitu sebesar 24%. 3. Keuntungan-keuntungan dimiliki kompor biomassa dibandingkan kompor tradisional adalah polusi udara yang sangat sedikit, hemat bahan bakar serta kondisi panas yang dihasilkan lebih stabil. DAFTAR PUSTAKA Amiebenomo, S.O, Igbesi F.C, Omorodion I.I, Fabrication and Performance Evaluation of An Improved Biomass Cook Stove. International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT) Vol. 2 Issue 3: 1-9. Ayo S.A, Design, Construction and Testing of an Improved Wood Stove. AU J.T 13(1): Anelia Milbrandt, Dr. Ralph P. Overend, 2008, Survey of Biomass Resource Assessments and Assessment Capabilities in APEC Economies. Energy Working Group. Fisafarani, Hanani Identifikasi Karakteristik Sumber Daya Biomassa dan Pengembangan Pelet Biomassa di Indonesia. Skripsi, Program Sarjana Fakultas Teknik UI. Depok. Resiana Winata, 2012 Perancangan dan Optimasi Kompor Gas-Biomassa Yang Beremisi Gas CO Rendah Menggunakan 560

7 Bahan Bakar Pelet Biomassa Dari Limbah Bagas. Skripsi, Program Sarjana Fakultas Teknik UI. Depok. Shinya Yokoyama, 2008, The Asian Biomass Handbook. The Japan Institute of Energy Syamsuri, Portabel Dengan dan Tanpa Sirip Bahan Bakar Briket dari Kulit Kacang. Seminar Nasional Rekayasa Energi, Mekatronik dan Teknologi Kendaraan (RIMTEK). Umogbai, V.I. and J. G. Orkuma, 2011, Development and Evaluation of a Biomassa Stove. Journal of Emerging Trends in Engineering and Applied Sciences, 2 (3): Zulfansyah, Hermanto, Muhammad Iwan Fermi, 2013, Pengaruh Dimensi Kompor dan Kadar Air Biomassa Terhadap Kinerja Kompor Gasifikasi Forced Draft. Jurnal Teknik Kimia Indonesia Vol. 11, No