UNJUK KERJA KOMPOR BERBAHAN BAKAR BIOGAS EFISIENSI TINGGI DENGAN PENAMBAHAN REFLEKTOR B Y. M A R R I O S Y A H R I A L D O S E N P E M B I M B I N G : D R. B A M B A N G S U D A R M A N T A, S T. M T.
K E S I M P U L A N A N A L I S A D A T A M E T O D O L O G I T I N J U A N P U S T A K A P E N D A H U L U A N
PENDAHULUAN *LATAR BELAKANG POTENSI PERTENAKAN PEMANFAATAN LIMBAH PERTERNAKAN PEMANFAATAN BIOGAS SIFAT BIOGAS PENGEMBANGAN BIOGAS PADA KOMPOR TAMBAHAN PENGHASILAN PETERNAK BAHAN BAKAR GAS DAN PUPUK ORGANIK KOMPOR DAN GENERATOR TEKANAN RENDAH, KEBUTUHAN UDARA PEMBAKARAN SEDIKIT, DAN NILAI KALOR KECIL MENINGKATKAN EFISIENSI DENGAN PENAMBAHAN REFLEKTOR
PENDAHULUAN *PERUMUSAN MASALAH Bagaimana mendesain suatu kompor biogas yang memiliki unjuk kerja tinggi dengan cara pengaturan tekanan biogas, dan ditambahkan reflektor dengan harapan untuk penghalang panas yang terbuang ke lingkungan serta reflektor sebagai pengatur kebutuhan supplay udara dalam reaksi pembakaran.
PENDAHULUAN *TUJUAN UNJUK KERJA KOMPOR YANG TERBAIK DENGAN INDIKATOR KINERJA KOMPOR DALAM DAYA, SFC, DAN EFISIENSI KOMPOR DENGAN MENAMBAHKAN REFLEKTOR DIHARAPKAN KOMPOR MENJADI LEBIH EFISIEN MENU
TINJAUAN PUSTAKA *KONSEP PEMBAKARAN Difinisi pembakaran : Reaksi kimia yang meliputi kombinasi bahan bakar dan oksigen yang menghasilkan panas dan produk pembakaran. Dimana reaksi pembakaran dirumuskan seperti berikut : C n H m + (n + m/4)(o 2 + 3,76 N 2 ) nco 2 + m/2h 2 O + (n + m/4) 3,76 N 2 Apabila gas metana yang direaksikan maka : CH 4 + 2(O 2 +3,76N 2 ) CO 2 + 2H 2 O + 7,52N 2
TINJAUAN PUSTAKA *Biogas Biogas yang digunakan dari reaktor yang telah diuji komposisi gasnya oleh Joaquim. DA di Research Center ITS dengan komposisi rata-rata sebagai berikut : Komposisi biogas Reaktor biogas type Horizontal
TINJAUAN PUSTAKA *KOMPOR Type / model : 11 C No Produksi : TDC 158411 Daya : 3,68 KW = 4,934 hp Tekanan Kerja : 0,2107 0,4633 lbf/in 2 NRP : 267-027-101094 Kode SNI : 7368 2007 Kompor gas bahan bakar LPG satu tungku dengan sistem pemantik mekanik. *Pengujian Kompor dilakukan dengan metode SNI 7368-2007, meliputi : Uji Daya dan efisiensi kompor. (terlampir)
TINJAUAN PUSTAKA SIFAT-SIFAT RADIASI [2] Bejana q refleksi q radiasi q transmision MENU
METODOLOGI *RENCANA PEMASANAGAN REFLEKTOR 10 mm 7 mm 4mm
METODOLOGI *SKEMA PENGUJIAN KOMPOR TABUNG GAS ANALOG THERMOMETER KOMPOR DIGITAL THERMOMETER INFRARED THERMOMETER
METODOLOGI *PELAKSANAAN UJI DAYA KOMPOR DENGAN SNI 7368-2007 Persiapan Alat, Mengisi tabung gas dengan biogas dan Mencatat temperatur Ruang Menyalakan kompor selama 60 menit dengan variasi yang ditentukan : 0.15, 0.2, 0.25, dan 0.3 Lbf/in 2 Mencatat massa bahan bakar yang terpakai
METODOLOGI *PELAKSANAAN UJI EFISIENSI KOMPOR DENGAN SNI 7368-2007 Persiapan Alat dengan Mengisi tabung gas dengan biogas dan Mencatat temperatur Ruang dan temperatur awal air Menentukan diameter bejana, tinggi bejana, dan volume air yang digunakan sesuai daya dari kompor Menyalakan kompor selama 60 menit dengan variasi yang ditentukan : 0.15, 0.2, 0.25, dan 0.3 Lbf/in 2 Mencatat massa bahan bakar yang terpakai, waktu awal mendidih, T flame, T reflektor dan massa air yang menguap
METODOLOGI (FLOWCHART PENELITIAN) MENU
ANALISA DATA * ANALISIA TEORITIS KEBUTUHAN UDARA PEMBAKARAN PADA BIOGAS CH 4 + 2(O 2 +3,76N 2 ) CO 2 + 2H 2 O + 7,52N 2 AFRteoritis (stoikiometri) = 17,246 KgUdara/1 Kg Bahan Bakar Biogas Penelitian suyitno, menyatakan bahwa kebutuhan udara pembakaran secara stoikiometri tergantung dari kompoisi gas metana pada biogas sehingga dari pengujian Joaquim. DA didapat kebutuhan udara Pembakaran sekitar AFR Teoritis = ±7 kg udara/kg BB
ANALISA DATA ANALISIS TEORITIS KEBUTUHAN UDARA PEMBAKARAN ACTUAL PADA BIOGAS AFR actual = m udara m baan bakar (biogas) AFR actual = ρ udara.v udara.a reflektor Mc = 6,64 Kg udara/kg bahan bakar = 1.23x0.2x(8x(π 4 (10mm)2 ) 0,315 kg/jam SEHINGGA UNTUK EXCESS AIR : % udara teoritis = AFRactual AFR teoritis = 0,94 = 94%
ANALISA DATA PROPERTIES BAHAN BAKAR Desitas Biogas : 1,0539 kg/m 3 LHV biogas [1] : 18,939 Mj/kg KOMPOSISI METANA SENDIRI YANG TERKANDUNG PADA BIOGAS : 1. Berat Molekul : 16,043 kg/kmol 2. Temperatur kritis : -82,7 o C 3. Tekanan kritis : 45,96 bar 4. Fasa gas Densitas gas : 0,717 kg/m 3 Spesifik graviti : 0,55 Spesifik volume : 1,48 m 3 /kg CP : 0,035 kj/mol.k CV : 0,027 kj/mol.k
ANALISA DATA DESAIN KOMPOR
ANALISA DATA *PROSES PERPINDAHAN PANAS *Jaringan thermal antar api dan reflektor
ANALISA DATA ANALISA PERPINDAHAN PANAS [2] Daya emisi benda hitam E b1 = σ. T api 4 = 9344,5 W/m 2 E b2 = σ. T ref 4 = 4223,6 W/m 2 Perhitungan Tahanan pada Permukaan 2 R 2 = 1; ε 2 A 2 x ε 2, dimana Perhitungan tahanan antar permukaan reflektor dan dinding api 1 R 12 = = 607,8 m -2 A 2 xf 12 Faktor bentuk dari reflektor F 12 = (L 3:L 4 );(L 2 :L 5 ) 2xL 1 A 2 = [H 2 +(R 1 R 2 ) 2 ] 1 2. (R 1 + R 2 ) q radiasi q refleksi q transmisi radiositas pada reflektor permukaan 2 J 2 = (R 2.E b1 );(R 12.E b2 ) R 12 :R 2 Laju Perpindahan panas yang direfleksikan pada permukaan reflektor Q 2 = E b2;j 2 R 2 = -8,093 W
ANALISA DATA PERHITUNGAN DAYA KOMPOR Qn = 1000 x Mc x Hs 3600 = kg 1000 x 0,31 x 18,939MJ jam kg 3600 Qn = 1,683 KW (KiloWatt) 2.5 2 Grafik Pengaruh Tekanan Terhadap Daya Kompor Daya (KW) 1.5 1 0.5 0 0.15 0.2 0.25 0.3 Tekanan (Lbf/in2)
ANALISA DATA PENENTUAN BEJANA DAN VOLUME AIR PENENTUAN TINGGI BEJANA
ANALISA DATA Pengujian kompor tanpa reflektor mengikuti SNI 7368-2007 Data-data lain yang digunakan dalam perhitungan efisiensi adalah: M M Awal M T T 1 2 c c c ' didih 0,31Kg dalam 1 jam pengujian 0,31Kg / 20,73menit M c 29 C 90 C xawal jam x (1 jam / 60menit ) 0,0051Kg / menit didih 4,186x10 0,1071Kg Dan untuk data bejana dan air yang digunakan : M M H e1 e2 s 3,7 Kg 0,28 Kg 18,939 MJ 3 4,186x10 x[ 3,7 0,28 50,101 % 3 Kg Sehingga efisiensi kompor : x( M e1 M M ' xh c s e2 x(90 29)] 0,1071x18,939 ) x T 2 T 1 x100 % x100%
ANALISA DATA PERHITUNGAN EFISIENSI
ANALISA DATA SPECIFIC FUEL CONSUMPTION KOMPOR sfc sfc Me xcp x T T Me2xCp x T T Mc 1 w 2 1 pa g 1 0,31 3,7 x4,186 x 90 29 0,28x0,913 x 100 29 M H u w 0,93x2257 sfc 0.34519 kg/kw.jam
ANALISA DATA PENGUJIAN KOMPOR DENGAN PENAMBAHAN REFLEKTOR Grafik Pengaruh Reflektor Terhadap Effisiensi kompor Effisiensi 54 53.5 53 52.5 52 51.5 51 50.5 50 49.5 49 Tanpa reflektor 10 mm 7 mm 4 mm Variasi lubang masukan udara pada reflektor (mm)
ANALISA DATA PENGARUH PENAMBAHAN REFLEKTOR TERHADAP UNJUK KERJA KOMPOR
ANALISA DATA PERBANDINGAN UNTUK PERHITUNGAN EFISIENSI KOMPOR DENGAN BOILING WATER METHODS 60 Perbandingan Metode Perhitungan Effisiensi 50 40 30 20 10 0 0.15 0.2 0.25 0.3 SNI 7368-2007 Methods Boiling Water Methods
ANALISA DATA PERBANDINGAN TEKANAN KERJA KOMPOR BERBAHAN BAKAR BIOGAS DAN GAS LPG 0,2 Lbf/in 2
ANALISA DATA VISUALISASI API BENTUK API TERHADAP TEKANAN 0,15 Lbf/in 2 0,25 Lbf/in 2 0,3 Lbf/in 2 0,2 Lbf/in 2 MENU
KESIMPULAN Penggunaan reflektor tidak seberapa berpengaruh terhadap daya kompor karena konsumsi bahan bakar cenderung sama. Efisiensi kompor tanpa menggunakan reflektor dengan bahan bakar biogas ini yang paling baik pada tekanan kerja 0,25 Lbf/in 2 yaitu sebesar 50,591 %. Efisiensi kompor ini relatif baik tetapi masih belum sempurna, hal ini dikarenakan komposisi biogas dengan kadar metana sebesar 56,32 % memiliki nilai kalor biogas yang relatif rendah. Dan dengan menambahkan reflektor efisiensi kompor pun meningkat menjadi sebesar 53,416 % pada reflektor yang berdiameter lubang masukan udara sebesar 10 mm. Specific fuel consumption pada kompor tanpa menggunakan reflektor berbahan bakar biogas yang paling baik pada tekanan kerja 0,25 Lbf/in 2 pula sebesar 0,3451 kg/kw.jam. Konsumsi bahan bakar biogas ini relatif besar. Akan tetapi menambahkan reflektor dengan lubang masukan udara yang berdiameter 10 mm, sfc kompor menjadi menurun sebesar 0,3168 kg/kw.jam. Hal ini sangat baik untuk kompor karena untuk menghasilkan panas yang sama biogas membutuhkan energi bahan bakar lebih sedikit atau konsumsi bahan bakar lebih rendah (irit). Waktu pendidihan air yang lebih cepat atau baik terdapat pada tekanan kerja 0,25 Lbf/in2 dengan menambahkan reflektor maka lebih cepat lagi waktu pendidihan karena panas yang keluar direfleksikan oleh reflektor. Radiasi panas dari ruang bakar berhasil direfleksikan dengan menggunakan reflektor sehingga meningkatkan efisiensi kompor yang lebih baik. Dalam hal ini temperatur pada ruang bakar menjadi meningkat dengan adanya penambahan reflektor. Reflektor paling baik yang memiliki lubang masukan udara sebesar 10 mm pada pengujian ini yaitu meningkatkan efisiensi kompor sebesar 5,586% dan juga menurunkan sfc kompor sebesar 8,199%. MENU
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2012 Copyright 2012