Top Banner
20 DEPARTEMEN TEKNIK FAKULTAS TEKNOLOGI INSTITUT PERTANIAN DESAIN DAN UJI UNJUK KERJA TUNGKU BRIKET BIOMASSA Oleh: YUANITA UTAMI F14104114
185

kompor biomasa

Nov 15, 2015

Download

Documents

Aries Rezpector

Rumah tangga merupakan salah satu sektor pengguna energi terbesar ketiga setelah sektor industri dan transportasi. Menurut data distribusi persentase pemakaian energi final, pemakaian energi untuk rumah tangga mencapai 23% dari total pemakai energi di Indonesia (Handbook Statistik Ekonomi Energi Indonesia,
2005). Salah satu kegiatan yang memerlukan energi untuk rumah tangga adalah memasak. Konsumsi energi untuk memasak di pedesaan Indonesia adalah sebesar
822.13 x 103 kkal/kapita per tahun. Sebagian besar energi yang digunakan oleh rumah tangga di Indonesia saat ini adalah minyak tanah. Konsumsi minyak tanah yang tinggi tidak diimbangi dengan cadangan minyak yang dimiliki Indonesia maka sebagian minyak tanah yang dikonsumsi dalam negeri didatangkan dari luar.
Biomassa merupakan salah satu potensi sumber energi yang dapat dimanfaatkan untuk mengatasi masalah tersebut. Potensi biomassa pada tahun
2004 tercatat setara dengan 49.81 GW namun baru dimanfaatkan sebesar
302.4 MW. Limbah biomassa pada umumnya berbentuk butiran, serbuk, atau potongan-potongan kecil sehingga penggunaannya menjadi bahan bakar langsung kurang diminati masyarakat. Selain itu, penggunaan limbah biomassa dalam bentuk aslinya sangat sulit untuk ditransportasikan, memiliki kadar pembakaran rendah karena nilai kerapatannya (bulk density) rendah, kadar airnya masih tinggi, dan nilai kalornya rendah. Oleh karena itu, perlu pengembangan teknologi untuk meningkatkan minat penggunaan limbah biomassa yaitu dengan cara mengempa limbah biomassa tersebut menjadi bahan bakar padat (briket) melalui proses densifikasi.
Penggunaan briket biomassa perlu disertai dengan pengadaan kompor atau tungku yang sesuai dengan bahan bakar tersebut dan kebutuhan masyarakat. Penelitian ini bertujuan untuk merancang dan membuat tungku briket biomassa dengan pertimbangan aspek teknis seperti efisiensi yang tinggi, keamanan, serta aspek ergonomis atau kemudahan dan kenyamanan penggunaan.
Penelitian ini dibagi menjadi dua tahap, yaitu perancangan tungku dan uji unjuk kerja tungku yang telah dirancang tersebut serta membandingkannya dengan tungku yang ada di pasaran dan tungku gerabah (anglo). Pada penelitian ini, briket biomassa yang digunakan adalah briket arang sekam. Arang sekam dipilih karena potensinya yang cukup besar. Berdasarkan Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian (2006) dalam Mawarti (2006) produksi sekam padi sebesar 10.8 juta ton atau sebesar 23% dari total produksi padi tahun 2005. Limbah ini memiliki peluang besar untuk menggantikan peran energi fosil terutama dalam penggunaannya di skala rumah tangga dan industri kecil.
Metode penelitian yang digunakan pada proses perancangan adalah metode rekayasa (suatu kegiatan rancang bangun) yang tidak rutin, sehingga di dalamnya terdapat kontribusi baru, baik dalam bentuk proses maupun produk/prototipe (Umar, 1994). Metode yang digunakan dalam pengujian tungku adalah Water Boiling Test (WBT). WBT adalah simulasi kasar dari proses

pemasakan yang dapat membantu para perancang tungku untuk mengetahui seberapa baik energi panas dapat ditransfer pada alat masak (Bailis, 2007).
Analisis pindah panas pembakaran dibedakan atas efisiensi tungku dan efisiensi sistem. Efisiensi tungku (ηt) merupakan perbandingan antara panas efektif untuk pemasakan (Qe) dengan jumlah panas input bahan bakar terpakai selama pemasakan. Efisiensi sistem (ηs) merupakan perbandingan jumlah panas yang untuk mendidihkan dan menguapkan air terhadap panas bahan bakar terpakai.
Tungku hasil rancangan terdiri atas beberapa bagian, yaitu ruang
pembakaran (dinding dalam), dinding tengah, dinding luar, plenum, saluran udara pembakaran, cerobong, lubang dapur, kisi-kisi, dan tempat meletakkan alat masak. Kapasitas ruang bakar adalah 1.5 kg briket arang sekam, dilengkapi dengan pengatur inlet udara.
Tungku hasil rancangan 6 lubang inlet
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript

DESAIN DAN UJI UNJUK KERJA TUNGKU BRIKET BIOMASSA

Oleh: YUANITA UTAMI F14104114

2008DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIANFAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIANINSTITUT PERTANIAN BOGOR

DESAIN DAN UJI UNJUK KERJA TUNGKU BRIKET BIOMASSA

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Departemen Teknik PertanianFakultas Teknologi Pertanian

Institut Pertanian Bogor

Oleh: Yuanita Utami F14104114

INSTITUT PERTANIAN BOGOR FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

DESAIN DAN UJI UNJUK KERJA TUNGKU BRIKET BIOMASSA

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Departemen Teknik PertanianFakultas Teknologi PertanianInstitut Pertanian Bogor

Oleh: Yuanita Utami F14104114

Dilahirkan pada tanggal 19 Desember 1986 di JakartaTanggal lulus:

Menyetujui,

Bogor, 1 September 2008

Ir.Sri Endah Agustina, MS Dosen Pembimbing Akademik

Mengetahui,

Dr.Ir. Wawan Hermawan, MS Ketua Departemen Teknik Pertanian

Yuanita Utami. F14104114. Desain dan Uji Unjuk Kerja Tungku Briket

Biomassa. Di bawah bimbingan Ir. Endah Agustina, MS. 2008.

RINGKASAN

Rumah tangga merupakan salah satu sektor pengguna energi terbesar ketiga setelah sektor industri dan transportasi. Menurut data distribusi persentase pemakaian energi final, pemakaian energi untuk rumah tangga mencapai 23% dari total pemakai energi di Indonesia (Handbook Statistik Ekonomi Energi Indonesia,2005). Salah satu kegiatan yang memerlukan energi untuk rumah tangga adalah memasak. Konsumsi energi untuk memasak di pedesaan Indonesia adalah sebesar822.13 x 103 kkal/kapita per tahun. Sebagian besar energi yang digunakan oleh rumah tangga di Indonesia saat ini adalah minyak tanah. Konsumsi minyak tanah yang tinggi tidak diimbangi dengan cadangan minyak yang dimiliki Indonesia maka sebagian minyak tanah yang dikonsumsi dalam negeri didatangkan dari luar.Biomassa merupakan salah satu potensi sumber energi yang dapat dimanfaatkan untuk mengatasi masalah tersebut. Potensi biomassa pada tahun2004 tercatat setara dengan 49.81 GW namun baru dimanfaatkan sebesar302.4 MW. Limbah biomassa pada umumnya berbentuk butiran, serbuk, atau potongan-potongan kecil sehingga penggunaannya menjadi bahan bakar langsung kurang diminati masyarakat. Selain itu, penggunaan limbah biomassa dalam bentuk aslinya sangat sulit untuk ditransportasikan, memiliki kadar pembakaran rendah karena nilai kerapatannya (bulk density) rendah, kadar airnya masih tinggi, dan nilai kalornya rendah. Oleh karena itu, perlu pengembangan teknologi untuk meningkatkan minat penggunaan limbah biomassa yaitu dengan cara mengempa limbah biomassa tersebut menjadi bahan bakar padat (briket) melalui proses densifikasi.Penggunaan briket biomassa perlu disertai dengan pengadaan kompor atau tungku yang sesuai dengan bahan bakar tersebut dan kebutuhan masyarakat. Penelitian ini bertujuan untuk merancang dan membuat tungku briket biomassa dengan pertimbangan aspek teknis seperti efisiensi yang tinggi, keamanan, serta aspek ergonomis atau kemudahan dan kenyamanan penggunaan.Penelitian ini dibagi menjadi dua tahap, yaitu perancangan tungku dan uji unjuk kerja tungku yang telah dirancang tersebut serta membandingkannya dengan tungku yang ada di pasaran dan tungku gerabah (anglo). Pada penelitian ini, briket biomassa yang digunakan adalah briket arang sekam. Arang sekam dipilih karena potensinya yang cukup besar. Berdasarkan Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian (2006) dalam Mawarti (2006) produksi sekam padi sebesar 10.8 juta ton atau sebesar 23% dari total produksi padi tahun 2005. Limbah ini memiliki peluang besar untuk menggantikan peran energi fosil terutama dalam penggunaannya di skala rumah tangga dan industri kecil.Metode penelitian yang digunakan pada proses perancangan adalah metode rekayasa (suatu kegiatan rancang bangun) yang tidak rutin, sehingga di dalamnya terdapat kontribusi baru, baik dalam bentuk proses maupun produk/prototipe (Umar, 1994). Metode yang digunakan dalam pengujian tungku adalah Water Boiling Test (WBT). WBT adalah simulasi kasar dari proses

iv

pemasakan yang dapat membantu para perancang tungku untuk mengetahui seberapa baik energi panas dapat ditransfer pada alat masak (Bailis, 2007).Analisis pindah panas pembakaran dibedakan atas efisiensi tungku dan efisiensi sistem. Efisiensi tungku (t) merupakan perbandingan antara panas efektif untuk pemasakan (Qe) dengan jumlah panas input bahan bakar terpakai selama pemasakan. Efisiensi sistem (s) merupakan perbandingan jumlah panas yang untuk mendidihkan dan menguapkan air terhadap panas bahan bakar terpakai.Tungku hasil rancangan terdiri atas beberapa bagian, yaitu ruangpembakaran (dinding dalam), dinding tengah, dinding luar, plenum, saluran udara pembakaran, cerobong, lubang dapur, kisi-kisi, dan tempat meletakkan alat masak. Kapasitas ruang bakar adalah 1.5 kg briket arang sekam, dilengkapi dengan pengatur inlet udara.Tungku hasil rancangan 6 lubang inlet dan 16 lubang inlet memiliki panas efektif masing-masing sebesar 174.848 kcal dan 183.829 kcal, panas input bahan bakar sebesar masing-masing 702.8 kcal dan 586.6 kcal. Nilai efisiensi tungku briket hasil rancangan 6 lubang inlet dan 16 lubang inlet masing-masing sebesar24.88% dan 31.34% sedangkan nilai efisiensi sistem masing-masing sebesar20.78% dan 26.46%. Sebagai pembanding, tungku yang ada di pasaran dan anglo memiliki panas efektif masing-masing sebesar 172.954 kcal dan 150.228 kcal, panas input bahan bakar sebesar masing-masing 702.8 kcal dan 1054.2 kcal. Nilai efisiensi tungku yang ada di pasaran dan anglo masing-masing sebesar 32.68% dan 14.25% sedangkan nilai efisiensi sistem masing-masing sebesar 21.48% dan11.40%.Bila dibandingkan antara tungku briket hasil rancangan dengan dua tungku pembanding, maka tungku briket hasil rancangan memiliki nilai efisiensi tungku dan efisiensi sistem lebih baik dari tungku gerabah (anglo). Tungku briket hasil rancangan memiliki nilai efisiensi tungku yang lebih rendah dibanding tungku briket yang ada di pasaran tetapi memiliki nilai efisiensi sistem yang lebih tinggi pada kondisi 16 lubang inlet.Faktor pendukung unjuk kerja tungku meliputi waktu penyalaan, keamanan dan kenyamanan. Pengamatan waktu penyalaan dimulai dari memercikan api ke bahan bakar sampai bara menyala stabil. Lama penyalaan tungku hasil rancangan 6 lubang inlet, 16 lubang inlet, tungku yang ada di pasaran, dan anglo masing-masing adalah 10 menit, 9 menit, 10 menit, dan9 menit. Tingkat keamanan dilihat dari keselamatan dari pengguna, seperti ada tidaknya ledakan sewaktu pembakaran, ada tidaknya percikan api ke pengguna, dan lain-lain. Semua tungku yang diuji dianggap memilki tingkat keamanan yang baik. Parameter kenyamanan yang dapat terlihat adalah warna api dan warna asap. Dari ketiga jenis tungku yang diuji, semuanya memiliki warna api dan warna asap yang sama, yaitu menghasilkan warna api merah dan warna asap putih.Bila tungku briket arang sekam dibandingkan dengan kompor minyak tanah, maka tungku briket arang sekam dianggap layak menggantikan kompor minyak tanah. Hal ini dikarenakan biaya pemakaian tungku briket arang sekam lebih rendah dibandingkan dengan biaya pemakaian kompor minyak tanah dan ketersediaan bahan bakar briket arang sekam melimpah.

Kata kunci : Desain tungku, Briket biomassa

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan pada tanggal 19 Desember 1986 di Jakarta. Penulis adalah anak pertama dari dua bersaudara dari pasangan Ir. Handy Suryadarma dan Ermiwati. Pendidikan dasar penulis diselesaikan pada tahun 1998 di SDN Depok Jaya I. Pendidikan lanjutan menengah pertama diselesaikan pada tahun 2001 di SLTPN 2 Depok dan pendidikan menengah atas diselesaikan pada tahun 2004 diSMUN 1 Depok. Penulis diterima sebagai mahasiswa Depertemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor pada tahun 2004 melalui jalur SPMB.Selama mengikuti pendidikan, penulis pernah menjabat sebagai staf Departemen Minat dan Bakat BEM Fateta IPB selama periode 2006-2007 dan staf Humas Himpunan Mahasiwa Teknik Pertanian IPB selama periode2007-2008. Penulis pernah menulis laporan praktek lapangan yang berjudul Mempelajari Proses Produksi dan Pengolahan Kelapa Sawit di PTPN VIII Kertajaya, Lebak, Banten. Sebagai syarat memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian penulis menulis skripsi berjudul Desain dan Uji Unjuk Kerja Tungku Briket Biomassa.

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, salawat serta salam, penulis haturkan kehadirat Nabi Muhammad SAW serta para sahabatnya. Semoga kita menjadi umatnya yang dimuliakan. Berkat Rahmat dan Karunia-Nya lah penulis dapat menyelesaikan skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh

vi

gelar Sarjana Teknologi Pertanian yang berjudul Desain dan Uji Unjuk Kerja

Tungku Briket Biomassa.

Ucapan terima kasih tak lupa penulis ucapkan kepada pihak-pihak yang telah membantu kelancaran penelitian dan penulisan skripsi:

1. Ir. Sri Endah Agustina, MS, selaku dosen pembimbing akademik yang telah memberikan arahan dan bimbingan selama penulis melakukan penelitian hingga penyusunan skripsi.2. Dr. Ir. Dyah Wulandani, M.Si dan Ir. Agus Sutejo, M.Si selaku dosen penguji yang telah memberikan kritik dan saran yang membangun kepada penulis.3. Papa (Ir. Handy Suryadarma) dan Mama (Ermiwati) yang selalu memberikan kasih sayang, semangat, serta bantuan moril dan materil selama ini.4. Tommy Herdiansyah, Aprilia Susanti, Mutia Tridamayanti yang selalu memberikan motivasi dan dorongan serta seluruh keluarga yang telah mendukung penulis.5. Kru CV Daud Teknik Maju Cibereum dan Johar Teknik atas bantuan selama melakukan penelitian.6. Teman sebimbingan : Sulistiono Ary Wibowo, Elyana Rohmaningrum, dan Triono atas bantuan, jajak pendapat, kritikan, dan masukan yang diberikan selama ini. Kebersamaan kita selalu memberikan masukan positif untuk kebaikan kita.7. Teman-teman seperjuangan TEP 41 (Prima, Vidy, Age, Anggi, Firly, Tiwi, Anan, Nurul, Tania, Candra, Badar, Asep, Ian, Gilang, Frima, Ronal, Arif, Winda, Adi Budi, Ludy, Salix, Dede, Ana, Shohib, Anes, Nana, Nera, Ida, Cahya, Kusnanto, Wahid, Lia, Mely, Ismi, Eko, Taopik, Boris, Ambi, Ali, Dara, Aris, Sukris, Heru dan lain-lain) atas semangat, dukungan, ide-ide kreatif, dan kerjasama selama ini.8. Teman-teman Wisma Ar-Riyadh (Ary, Prima, Indri, Uci, Tiara, Isna, Hadidah, Tiwi, Mita, Nia dan lain-lain) atas motivasi, semangat, dan keceriaan yang selalu kita bagi bersama.9. Anissa Putri Nasyiah, Revi Desrizki, Febrisa Harmitha, Sandra Veradillavita,

Armand Syarif, Novi Sulistiani Pratiwi, Susetyo Dwi Prio dan teman-teman

vii

SMAN 1 Depok angkatan 2004 atas keceriaan, semangat, dan kebersamaan yang telah diberikan.10. Pramadita Suryanagara, atas motivasi terbaik dan keceriaan yang diberikan kepada penulis.11. Elizabeth Siagian, Lukman Adlin Harahap, Trimufli Hamdy, dan Zinuria

Wafa atas semangat dan keceriaan yang diberikan.

12. Mas Firman, Pak Harto, dan Mas Darma, atas bantuannya selama melakukan penelitian.13. Pihak-pihak lain yang tidak bisa penulis sebutkan satu per satu.

Tak ada gading yang tak retak, begitu juga dengan penulisan kali ini, masih banyak kekurangannya. Penulis mohon maaf atas segala kekurangan selama pelaksanaan penelitian dan selama penulisan skripsi. Maka dari itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun untuk penyempurnaan penulisan berikutnya. Semoga laporan penelitian ini bermanfaat bagi pembacanya.

Bogor, September 2008

Penulis

viii

DAFTAR ISI

Kata Pengantar ..............................................................................................i

Daftar Isi .......................................................................................................iii

Daftar Tabel ..................................................................................................v

Daftar Gambar...............................................................................................vii

Daftar Lampiran ............................................................................................ix

I. PENDAHULUAN .....................................................................................1

A. Latar Belakang .............................................................................1

B. Tujuan...........................................................................................4

II. TINJAUAN PUSTAKA..........................................................................5

A. Biomassa Sebagai Sumber Energi Alternatif ..............................5

B. Potensi Limbah Biomassa Sebagai Sumber Energi .....................7

C. Briket Biomassa ...........................................................................9

D. Tungku Briket Biomassa .............................................................11

E. Teori Pembakaran Bahan Bakar Biomassa ..................................17

F. Pindah Panas Pada Sistem Tungku ..............................................23

G. Efisiensi Tungku .........................................................................25

III. METODOLOGI PENELITIAN.............................................................28

A. Perancangan Tungku Briket Biomassa ........................................28

B. Uji Unjuk Kerja ...........................................................................30

IV. RANCANGAN TUNGKU BRIKET BIOMASSA ...............................38

A. Pendekatan Desain.......................................................................38

B. Observasi Kebutuhan ...................................................................40

C. Analisis Teknik ............................................................................42

D. Desain Fungsional .......................................................................45

E. Desain Struktural.......................................................................... 46

V. HASIL DAN PEMBAHASAN................................................................ 49

A. Tungku Briket Biomassa Hasil Rancangan ................................. 49

B. Uji Unjuk Kerja Tungku Briket Biomassa Hasil Rancangan ...... 52

B.1 Uji tungku hasil rancangan, 6 lubang inlet .......................... 52

B.2 Uji tungku hasil rancangan, 16 lubang inlet......................... 58

B.3 Perbandingan Unjuk Kerja Tungku Hasil Rancangan denganTungku yang ada di Pasaran dan Anglo (Tungku Gerabah) 62

B.3.1 Lama Pemanasan Air dan Laju Pembakaran ............... 63

B.3.2 Panas Efektif ................................................................ 66

B.3.3 Analisis Pindah Panas Sistem ...................................... 67

B.3.4 Efisiensi Sistem ........................................................... 71

B.3.5 Faktor Pendukung Unjuk Kerja Tungku ..................... 72

C. Analisis Prospek Penggunaan Tungku Briket Arang Sekam sebagai Pengganti Kompor Minyak Tanah ................................... 74

C.1 Analisis kelayakan tungku briket arang sekam ................... 75

C.2 Analisis kelayakan kompor minyak tanah........................... 76

VI. KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................. 78

A. Kesimpulan .................................................................................. 78

B. Saran ............................................................................................ 79

Daftar Pustaka ............................................................................................... 80

Lampiran ....................................................................................................... 83

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Konsumsi energi untuk memasak di pedesaan Indonesia.............1

Tabel 2.1 Potensi beberapa jenis limbah biomassa di Indonesia ..................7

Tabel 2.2 Nilai kalor limbah biomassa pada berbagai kadar air ...................8

Tabel 2.3 Nilai kalor beberapa jenis briket dan limbah biomassa ................10

Tabel 2.4 Kesetimbangan panas pada berbagai jenis tungku .......................15

Tabel 2.5 Hasil pengujian beberapa jenis tungku briket ...............................17

Tabel 2.6 Kandungan unsur dan sifat-sifat beberapa bahan bakar padat......18

Tabel 2.7 Faktor koreksi kelembaban udara .................................................22

Tabel 4.1 Hubungan suhu ruang pembakaran untuk jarak saluran udara0.21 m terhadap luas saluran udara .............................................. 44

Tabel 4.2 Spesifikasi tungku briket hasil rancangan dengan dua tungku pembanding .................................................................................. 47

Tabel 4.3 Perbandingan tungku briket hasil rancangan dengan dua tungku pembanding .................................................................................. 48

Tabel 5.1 Spesifikasi tungku briket hasil rancangan..................................... 50

Tabel 5.2 Data hasil pengukuran tungku hasil rancangan, 6 lubang inlet .... 53

Tabel 5.3 Data suhu hasil pengamatan tungku hasil rancangan, 6 lubang inlet (ulangan pertama).................................................................. 54

Tabel 5.4 Data suhu hasil pengamatan tungku hasil rancangan, 6 lubang inlet (ulangan kedua) ..................................................................... 55

Tabel 5.5 Data suhu hasil pengamatan tungku hasil rancangan, 6 lubang inlet (ulangan ketiga) ..................................................................... 56

Tabel 5.6 Data hasil pengukuran tungku hasil rancangan, 16 lubang inlet .. 58

Tabel 5.7 Data suhu hasil pengamatan tungku hasil rancangan, 16 lubang inlet (ulangan pertama).................................................................. 59

Tabel 5.8 Data suhu hasil pengamatan tungku hasil rancangan, 16 lubang inlet (ulangan kedua) ..................................................................... 60

Tabel 5.9 Data suhu hasil pengamatan tungku hasil rancangan, 16 lubang inlet (ulangan ketiga) ..................................................................... 61

Tabel 5.10 Unjuk kerja tungku hasil rancangan dan tungku-tungku pembanding .................................................................................. 63

Tabel 5.11 Lama pemanasan air pada tiap tungku........................................ 64

Tabel 5.12 Laju pembakaran bahan bakar pada tiap tungku......................... 64

Tabel 5.13 Faktor pendukung unjuk kerja tungku ........................................ 73

Tabel 5.14 Perbandingan penggunaan tungku briket arang sekam dengan kompor minyak tanah ................................................................... 77

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Pilihan alur konversi biomassa .................................................6

Gambar 2.2 Kegunaan briket untuk pemenuhan kebutuhan masyarakat......10

Gambar 2.3 Skema kompor briket ...............................................................12

Gambar 2.4a Kompor briket buatan Tekmira ...............................................13

Gambar 2.4b Kompor briket buatan pengrajin di Surabaya .........................14

Gambar 2.4c Tungku berbahan bakar biomassa di Cambodia .....................14

Gambar 2.5 Sistem pindah panas pada tungku .............................................25

Gambar 3.1 Tahapan perancangan................................................................28

Gambar 3.2 Tungku briket hasil rancangan ..................................................31

Gambar 3.3 Tungku yang ada di pasaran......................................................31

Gambar 3.4 Tungku gerabah (anglo) ............................................................31

Gambar 3.5 Tahapan uji unjuk kerja.............................................................33

Gambar 3.6 Prosedur pengujian dan data yang diperlukan ..........................34

Gambar 3.7 Skema pemasangan alat ukur ....................................................36

Gambar 3.8 Skema pindah panas sistem tungku hasil pengujian .................37

Gambar 4.1 Tungku briket metal yang ada di pasaran .................................39

Gambar 4.2 Tungku gerabah (anglo) ............................................................39

Gambar 4.3 Skema bagian-bagian kompor briket biomassa.........................40

Gambar 5.1a Tungku hasil rancangan ..........................................................49

Gambar 5.1b Tungku hasil rancangan, lubang inlet tertutup ........................49

Gambar 5.1c Tungku hasil rancangan, 6 lubang inlet ..................................49

Gambar 5.1d Tungku hasil rancangan, 16 lubang inlet ................................49

Gambar 5.2 Tiga lapis dinding tungku hasil rancangan ...............................51

Gambar 5.3 Tuas pengatur pembukaan lubang udara...................................51

xiii

Gambar 5.4 Grafik pengamatan suhu tungku hasil rancangan, 6 lubang inlet (ulangan 1)............................................................................. 54

Gambar 5.5 Grafik pengamatan suhu tungku hasil rancangan, 6 lubang inlet (ulangan 2)............................................................................. 55

Gambar 5.6 Grafik pengamatan suhu tungku hasil rancangan, 6 lubang inlet (ulangan 3)............................................................................. 56

Gambar 5.7 Grafik pengamatan suhu tungku hasil rancangan, 16 lubang inlet (ulangan 1)............................................................................. 59

Gambar 5.8 Grafik pengamatan suhu tungku hasil rancangan, 16 lubang inlet (ulangan 2)............................................................................. 60

Gambar 5.9 Grafik pengamatan suhu tungku hasil rancangan, 16 lubang inlet (ulangan 3)............................................................................. 61

Gambar 5.10 Grafik perbandingan laju pembakaran, lama pemanasan air dan suhu bara pada tiap tungku ..................................................... 65

Gambar 5.11 Perbandingan panas efektif yang dihasilkan tiap tungku ........ 67

Gambar 5.12 Nilai QL1-QL6 dan Qoutput pada masing-masing tungku yang diuji ....................................................................................... 69

Gambar 5.13 Perbandingan suhu bara, QL1-QL6 dan Qoutput pada masing-masing tungku yang diuji ................................................. 69

Gambar 5.14 Efisiensi tiap tungku................................................................ 72

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Gambar isometri tungku briket hasil rancangan........................84

Lampiran 2 Gambar tampak samping tungku briket hasil rancangan ..........85

Lampiran 3 Gambar detail tungku briket hasil rancangan ............................86

Lampiran 4 Spesifikasi tungku yang diuji ....................................................87

Lampiran 5 Kehilangan panas dan panas terpakai........................................88

Lampiran 6 Panas dari hasil penjumlahan QL ..............................................89

Lampiran 7 Panas efektif tiap tungku ...........................................................90

Lampiran 8 Energi panas input dari bahan bakar terpakai............................91

Lampiran 9 Hasil pengujian efisiensi tungku ...............................................92

Lampiran 10 Efisiensi sistem tiap tungku.....................................................93

Lampiran 11 Koefisien perhitungan kehilangan panas pada sistem tungku .94

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Rumah tangga merupakan salah satu sektor pengguna energi terbesar ketiga setelah sektor industri dan transportasi. Menurut data distribusi persentase pemakaian energi final, pemakaian energi untuk rumah tangga mencapai 23% dari total pemakai energi di Indonesia (Handbook Statistik Ekonomi Energi Indonesia, 2005). Hal ini berarti pemenuhan kebutuhan energi rumah tangga merupakan hal terpenting yang harus diperhatikan. Kebutuhan dasar energi rumah tangga merupakan jumlah energi yang efektif untuk menghasilkan tenaga yang diperlukan untuk memenuhi kebutuhan dasar manusia seperti memasak, penerangan, dan lain-lain yang berasal dari berbagai sumber energi yang tersedia.Salah satu kegiatan yang memerlukan energi untuk rumah tangga adalah memasak. Berdasarkan penelitian Hadi (1979) dalam Amaru (2004) konsumsi energi untuk memasak di pedesaan Indonesia adalah sebesar 822.13 x 103 kkal/kapita per tahun seperti terlihat pada Tabel 1.1.

Tabel 1.1 Konsumsi energi untuk memasak di pedesaan Indonesia/kapita per tahun

Bahan bakarJumlah

(kg)Jumlah

(m3/liter)Nilai Kalor

(103 kkal)Efisiensi

(%)Kebutuhan energi

memasak (103 kkal)

Kayu bakar879.31758 m33077.522.4689.36

Semak dan

nabati lain162.40.325 m3568.522.4127.34

Jumlah1041.72083 m33645.9816.70

Minyak tanah19.074 lt186.93565.43

Jumlah3832.92882.13

Sumber : Hadi (1979) dalam Amaru (2004)

Penelitian lainnya mengatakan bahwa konsumsi energi untuk memasak pada tahun 2000 diperkirakan berdasarkan asumsi kebutuhan energi untuk memasak dengan kayu bakar sebesar 0.96 m3 kayu bakar per orang per tahun (Purnomo, 1990 dan CSIS, 1983 dalam Niode, 2000). Jumlah kapita per rumah tangga diasumsikan empat, nilai kalor kayu bakar rata-rata sebesar0.0135 x 10-6 PJ/kg, berat jenis rata-rata kayu bakar 0.62 ton/m3, dan efisiensi

tungku kayu bakar 12.5%, sehingga energi berguna rata-rata untuk memasak adalah 1.0044 x 10-6 PJ/kapita per tahun (Niode, 2000).Menurut Handbook Statistik Ekonomi Energi Indonesia dalam neraca energi Indonesia tahun 2004, penggunaan BBM sebagai sumber energi untuk rumah tangga sebesar 60 856 SBM (Setara Barel Minyak). Sebagian besar energi yang digunakan oleh rumah tangga di Indonesia saat ini adalah minyak tanah. Penggunaan minyak tanah sebagai sumber energi untuk rumah tangga atau industri kecil, yang masih perlu mendapatkan subsidi.Konsumsi minyak tanah yang tinggi tidak diimbangi dengan cadangan minyak yang dimiliki Indonesia. Karena terbatasnya produksi minyak tanah yang dihasilkan kilang-kilang dalam negeri, maka sebagian minyak tanah yang dikonsumsi dalam negeri didatangkan dari luar, antara lain dari Singapura, India, dan Timur Tengah. Harga minyak tanah impor akan membubung tinggi saat harga minyak mentah juga tinggi. Demikian juga subsidi yang harus diberikan pemerintah akan semakin besar manakala harga minyak mentah tinggi.Harga minyak di pasaran internasional pada Juli 2008 berada di US$140/barrel (Susanto, 2008). Oleh sebab itu pemerintah harus mengembangkan berbagai macam sumber energi termasuk sumber energi yang dapat diperbaharui. Salah satu sumber energi terpenting untuk negara berkembang adalah biomassa atau limbah biomassa. Pemanfaatan biomassa sebagai sumber energi merupakan salah satu alternatif penggadaan energi terbarukan untuk masyarakat yang murah dan ramah lingkungan.Biomassa merupakan salah satu potensi sumber energi yang dapat dimanfaatkan untuk mengatasi masalah tersebut. Potensi biomassa pada tahun

xvii

2004 tercatat setara dengan 49.81 GW namun baru dimanfaatkan sebesar

302.4 MW (www.esdm.go.id dalam Riseanggara, 2008).

Indonesia memiliki potensi sumber energi biomassa yang tinggi berasal dari limbah pertanian-kehutanan seperti sekam padi (280 kg/ton gabah), batang padi (5000 kg/ton gabah), bagas (280 kg/ton gula), batok kelapa (150 kg/ton kelapa), dan lain-lain (Agustina, 2006 dalam Riseanggara, 2008). Pemanfaatan limbah biomassa dapat dilakukan secara langsung sebagai bahan bakar, dikonversi dulu menjadi arang, atau dikempa terlebih dahulu menjadi briket.Limbah biomassa pada umumnya berbentuk butiran, serbuk, atau potongan-potongan kecil sehingga penggunaannya menjadi bahan bakar langsung kurang diminati masyarakat. Selain itu, penggunaan limbah biomassa dalam bentuk aslinya sangat sulit untuk ditransportasikan, memiliki kadar pembakaran rendah karena nilai kerapatannya (bulk density) rendah, kadar airnya masih tinggi, dan nilai kalornya rendah. Oleh karena itu, perlu pengembangan teknologi untuk meningkatkan minat penggunaan limbah biomassa yaitu dengan cara mengempa limbah biomassa tersebut menjadi bahan bakar padat (briket) melalui proses densifikasi.Penggunaan briket sebagai bahan bakar memiliki beberapa keuntungan, antara lain lebih mudah dalam proses pembakaran dan penyimpanannya. Selain itu, pemanfaatan limbah biomassa menjadi briket juga membuka peluang bisnis yang menjanjikan. Keunggulan pembakaran briket biomassa yaitu lebih aman karena tidak menghasilkan emisi karbonmonoksida (CO), nitromonoksida (NO), atau sulfur (SO) saat dibakar sedangkan briket batubara mengeluarkan emisi CO sekitar 106 ppm sepanjang dua hingga tiga jam pembakaran (Republika online, 2005).Penggunaan briket biomassa perlu disertai dengan pengadaan kompor atau tungku yang harus disesuaikan dengan kebutuhan masyarakat. Tungku briket biomassa perlu dibuat berdasarkan standar teknis dan ergonomis agar penggunaannya tidak membahayakan masyarakat yang menggunakan tungku tersebut. Persyaratan kompor atau tungku adalah memiliki ruang bakar untuk briket, aliran udara (oksigen) dari lubang bawah menuju lubang atas dengan

xviii

melewati ruang bakar briket yang terdiri dari aliran udara primer dan sekunder, dan ada ruang untuk menampung abu briket yang terletak di bawah ruang bakar briket.Penelitian ini bertujuan untuk merancang dan membuat tungku briket biomassa dengan pertimbangan aspek teknis seperti efisiensi yang tinggi, keamanan, serta aspek ergonomis atau kemudahan dan kenyamanan pemakaian. Target pengguna dari tungku yang dirancang adalah rumah tangga, penjual makanan saji di jalan, restoran, warung dan penjual makanan yang menggunakan gerobak dorong.

B. Tujuan Penelitian

1. Merancang tungku briket biomassa untuk rumah tangga atau home industry.2. Melakukan uji unjuk kerja tungku hasil rancangan tersebut.

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Biomassa Sebagai Sumber Energi Alternatif

Biomassa adalah bahan organik yang dihasilkan melalui proses fotosintesis, baik berupa produk maupun buangan. (Abdullah et all, 1998). Dalam industri produksi energi, biomassa merujuk pada bahan biologis yang hidup atau yang baru mati yang dapat digunakan sebagai sumber bahan bakar atau untuk produksi industrial. Umumnya biomassa merujuk pada materi tumbuhan yang dipelihara untuk digunakan sebagai biofuel, tapi dapat juga mencakup materi tumbuhan atau hewan yang digunakan untuk produksi serat, bahan kimia, atau panas. Biomassa dapat pula meliputi limbah terbiodegradasi yang dapat dibakar sebagai bahan bakar. Biomassa tidak mencakup materi organik yang telah tertransformasi oleh proses geologis menjadi zat seperti batubara atau minyak bumi. Contoh biomassa antara lain tanaman, pepohonan, rumput, ubi, limbah pertanian dan limbah hutan, tinja dan kotoran ternak.Penemuan pemanfaatan biomassa sebagai bahan baku energi secara umum menarik perhatian dunia dalam beberapa tahun terakhir ini. Tujuan utama dari usaha-usaha tersebut adalah untuk mencari pengganti sumber daya fosil seperti minyak bumi, gas alam, dan batubara dengan sumber-sumber yang dapat diperbaharui (renewable). Biomassa atau limbah biomassa kini dapat dijadikan sebagai salah satu sumber energi alternatif dengan berbagai pilihan jalur konversi energi yang diinginkan.Biomassa terutama dalam bentuk kayu bakar dan limbah pertanian merupakan sumber energi tertua. Hingga sekarang, biomassa sebagai sumber energi masih cukup berperan terutama di negara-negara berkembang (tidak termasuk OPEC) pada tahun 1977 adalah 2.6 BOE per kapita per tahun, atau sekitar 54% dari konsumsi energi secara keseluruhan (Abdullah et all, 1998). Selain itu, menurut satu perkiraan teroritis, jumlah biomassa yang dihasilkan setahun oleh seluruh dunia mencapai 75 milyar ton, atau sekitar 1500 juta barrel minyak equivalen per hari.Di Indonesia, biomassa merupakan salah satu sumber daya alam yang sangat penting. Produk primer yang dihasilkan seperti serat, kayu, minyak,

bahan pangan, dan lain-lain, selain digunakan untuk kebutuhan domestik juga diekspor untuk mendatangkan devisa bagi negara. Selain digunakan untuk tujuan primer, biomassa juga digunakan sebagai sumber energi (bahan bakar). Umumnya yang digunakan sebagai bahan bakar adalah biomassa yang nilai ekonomisnya rendah atau merupakan limbah setelah diambil produk primernya. Biomassa sebagai sumber energi biasanya diperoleh dari areal hutan (limbah tebangan, patahan cabang dan ranting), pertanian (limbah pertanian), perkebunan (pohon atau tanaman yang diremajakan, limbah pasca panen dan limbah pengolahan), pemukiman (pohon, tanaman kayu, tinja dan sampah), peternakan (kotoran ternak), dan limbah beberapa jenis industri (Abdullah et all, 1998).Alternatif jalur konversi yang dapat dilakukan dalam pemanfaatan

biomassa sebagai sumber energi dapat dilihat pada Gambar 2.1.

Mikrobiologis

Gas

Engine/motor

Generator

Energi listrik

Gasifikasi

Turbin

Biomassa/ Limbah biomassa

Pirolisa

Arang

Tungku/kompor/burner

Energi mekanis

Pembakaran langsung

Densifikasi

Tar

Bahan bakar padatan

Boiler Uap

Sistem engine/turbin uap

Energi panas

Jalur teknologi yang dipilih pada penelitian ini

Gambar 2.1 Pilihan alur konversi biomassa

(Sumber: Abdullah et all, 1998)

B. Potensi Limbah Biomassa Sebagai Sumber Energi

Limbah Biomassa yang digunakan sebagai sumber energi pada umumnya adalah biomassa yang nilai ekonomisnya rendah atau merupakan limbah setelah diambil produk primernya. Potensi beberapa limbah biomassa dapat dilihat pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Potensi beberapa jenis limbah biomassa di Indonesia

NoKomoditi/produkTipe limbah biomassaPotensi limbah

1Padi (gabah)Batang padi5000 kg/ton gabah

2BerasSekam padi280 kg/ton gabah

3CPOPelepah daun24.84 ton/Ha

4CPOTandan kosong (FEB)200 kg/ton FFB

5CPOSerat dan cangkang420 kg/ton CPO

6CPOKayu (replanting)74.5 ton/Ha replanting

7CPOLumpur sawitNA

8JagungBonggol jagungNA

9Ubi kayuBatang pohon800 kg/ton ubi kayu

10Gula tebuBagas280 kg/ton gula

11KayuSerbuk gergajiNA

12KelapaSerat280 kg/ton kelapa

13KelapaBatok kelapa150 kg/ton kelapa

14KaretKayu (peremajaan)1500 m3/Ha peremajaan

15KakaoKulit buah kakaoNA

16KopiDaging buah & kulit kopiNA

17Minyak jarakKulit/daging buahNA

18Minyak jarakCangkang buahNA

19Minyak jarakGetahNA

20Minyak jarakAmpas jarak700 kg/ton biji jarak

Sumber: Agustina, 2006 dalam Riseanggara, 2008xxii

Tiap limbah biomassa memiliki potensi yang dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif. Hal ini dapat dilihat dari nilai kalor yang terkandung dalam limbah biomassa tersebut. potensi limbah biomassa dan nilai kalor yang dikandungnya dapat dilihat pada Tabel 2.2.

Tabel 2.2 Nilai kalor limbah biomassa pada berbagai kadar air

ProdukKadar airNilai kalor (MJ/kg)

Bubuk kayu (papan)817.9

Bubuk kayu (kayu padat)1216.6

Serbuk gergaji (papan)1017.6

Serbuk gergaji (kayu padat)1515.9

Serutan kayu (shaving)1515.9

Kepingan kayu (wood chip)1515.9

Balak kering-udara2015.3

Balak basah6010.7

Kulit kayu6010.5

Sekam**1013.8

Arang kayu**NA23.9

Sumber : Philip, 1980 dalam Budiman, 1990

** www.pustaka-deptan.go.id, NA = Not Available

Bila melihat potensi limbah biomassa yang begitu besar sebagai sumber energi alternatif maka pemasyarakatan penggunaan limbah biomassa sebagai energi altenatif sangat dimungkinkan. Pengurangan konsumsi bahan bakar fosil sesuai dengan blue print pengelolaan energi nasional 2005-2025, kebijakan Indonesia memiliki sasaran salah satunya adalah meningkatkan energi terbarukan (penggunaan energi biomassa) menjadi 15% dari total pemakaian sumber energi (Agustina, 2006 dalam Riseanggara, 2008). Energi biomassa kadang tidak dimasukkan sebagai sumber energi komersial seperti BBM, tetapi transaksi energi biomassa di Indonesia (kayu bakar, arang, briket

xxiii

biomas) mencapai 2,317 juta US dollar pertahun (Regional Wood Energi

Development Program-RWEDP-FAO, 1996 dalam Robith, 2004).

C. Briket Biomassa

Densifikasi atau pengempaan adalah salah satu cara untuk memperbaiki sifat suatu bahan agar mudah dalam penanganan maupun penggunaannya (Abdullah et all, 1998). Densifikasi merupakan alternatif konversi biomassa yang bertujuan untuk meningkatkan nilai ekonomis suatu limbah biomassa. Limbah biomassa yang tidak bernilai ekonomis dikonversi menjadi produk lain yang memiliki nilai tambah. Proses ini merupakan usaha pemanfaatan sumber daya alam yang renewable untuk menghasilkan sumber energi yang ramah lingkungan.Pada prinsipnya, semua jenis biomassa atau limbah biomassa dapat dimampatkan atau dikempa menjadi bahan bakar briket. Teknologi pembriketan atau densifikasi dapat membantu memperbaiki karakteristik bahan bakar biomassa. Umumnya yang diolah dengan proses ini adalah bahan yang ukuran partikelnya kecil, berbentuk serbuk, atau berbentuk lainnya yang mengakibatkan penanganan maupun penggunaannya sebagai bahan bakar kurang disukai. Sebagai contoh adalah serbuk gergaji, sekam, bagase, rumput dan daun-daunan, dan sebagainya. Dalam proses ini, bahan baku biomassa atau limbah biomassa dikempa dengan tekanan tertentu sehingga diperoleh kepadatan yang dikehendaki. Hasil pengempaan biomassa atau limbah biomassa disebut briket biomassa atau bio-briquatte. Densifikasi juga dapat dilakukan pada bahan berupa arang, dan hasilnya disebut briket arang. Nilai kalor beberapa briket biomassa dapat dilihat pada Tabel 2.3.Menurut Abdullah et all (1998), beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam densifikasi (pengempaan) yaitu kondisi bahan, perekat, tekanan pengempaan, alat/mesin pengempa, karbonisasi, dan mutu briket yang dihasilkan. Kegunaan briket biomassa dapat dilihat pada Gambar 2.2. Proses pembuatan briket biomassa dimulai dari persiapan bahan baku, karbonisasi, sortasi dan penggilingan, pencampuran dengan perekat, pengempaan, pengeringan, briket (Riseanggara, 2008).

xxvi

Tabel 2.3 Nilai kalor beberapa jenis briket biomassa dan limbah biomassa

NoJenis briket dan biomassaNilai kalor (kJ/kg)

1Briket bagasse17 638

2Briket ampas jarak (B2TE-BPPT)16 399

3Briket ampas jarak (Tracon Ind)16 624

4Briket arang ampas jarak19 724

5Briket serbuk gergaji18 709

6Kayu bakar (jenis Akasia)17 270

7Arang batok kelapa18 428

8Bonggol jagung15 455

9Briket arang bonggol jagung20 174

10Briket limbah lumpur sawit10 896

11Getah jarak (gum)23 668

12Briket alang-alang16 247

Sumber : Agustina, 2007 dalam Riseanggara, 2008

Gambar 2.2 Kegunaan briket untuk pemenuhan kebutuhan masyarakat

(Sumber : www.tekmira.esdm.go.id)

D. Tungku Briket Biomassa

Tungku merupakan alat yang digunakan untuk mengkonversi energi potensial biomassa menjadi energi panas. Tungku bagi masyarakat merupakan salah satu alat yang penting untuk memasak. Jenis tungku beraneka ragam sesuai dengan kebudayaan daerah setempat dan jenis bahan bakar yang digunakan. Penggunaan briket biomassa sebagai sumber energi alternatif pembakaran harus disertai dengan keberadaan kompor atau tungku yang menunjang kebutuhan pembakaran bahan bakar briket biomassa tersebut.Pada prinsipnya, kompor atau tungku dibedakan menjadi dua macam, yaitu tungku portabel atau kompor, jenis ini pada umumnya memuat briket antara 1 - 8 kg serta dapat dipindah-pindahkan, jenis ini digunakan untuk keperluan rumah tangga atau rumah makan dan tungku permanen, memuat lebih dari 8 kg briket dibuat secara permanen, jenis ini dipergunakan untuk industri kecil atau menengah.Johannes (1984) dalam Djatmiko (1986) membedakan tungku atau kompor pembakaran biomassa atas beberapa jenis, yaitu:(1) Tungku biomassa, dimana bahan bakar biomassa langsung dibakar, misalnya tungku lorena, singer, dan lain-lain.(2) Tungku bioarang, menggunakan bahan bakar arang, misalnya anglo dan keren.(3) Tungku hibrida, menggunakan bahan bakar biomassa dan arang yang disusun sedemikian agar asap dapat terbakar sehingga menghasilkan energi lebih banyak.

Persyaratan kompor atau tungku briket biomassa harus memiliki antara lain ada ruang bakar untuk briket, adanya aliran udara (oksigen) dari lubang bawah menuju lubang atas dengan melewati ruang bakar briket yang terdiri dari aliran udara primer dan sekunder, dan ada ruang untuk menampung abu briket yang terletak di bawah ruang bakar briket. Skema kompor briket dapat dilihat pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Skema kompor briket

(Sumber : www.tekmira.esdm.go.id)

Selain itu, tungku juga harus memenuhi beberapa kriteria agar produknya dapat digunakan oleh masyarakat, antara lain memiliki efisiensi yang tinggi, higienis, mudah dinyalakan, alat masak dapat diletakkan di atas lubang dapur setelah pembakaran awal, tidak menghasilkan asap dan debu yang berlebihan, bersih, ramah lingkungan, ekonomis, dan mudah digunakan.Beberapa kriteria dalam desain tungku atau kompor rumah tangga yang harus diperhatikan antara lain kriteria teknis, budaya, kesehatan, dan keamanan (Hydari et all, 1979 dalam Febriyantika, 1998). Kriteria teknis tungku atau kompor harus mencapai tiga sasaran, yaitu:(1) Mendapat produk yang dapat diproses dengan mudah dan dapat diandalkan. Untuk tujuan itu suhu dan siklus tungku atau kompor harus dikendalikan.(2) Harus menggunakan bahan bakar dan bahan bantuan seminimal mungkin.

Penghematan bahan bakar menyangkut dua hal, yaitu:

a. Pemanfaatan kalor maksimum dengan cara alih kalor yang baik dan isolasi pada tempat-tempat tertentu.b. Pemanfaatan kalor terbuang.

(3) Mendapat hasil dengan modal awal dan pemeliharaan murah. Kapasitas dan kualitas tungku atau kompor menentukan sasaran yang ketiga ini. Kualitas tungku atau kompor tergantung pada desain sederhana dari penyediaan bahan lokal yang baik untuk konstruksi tungku atau kompor.

xxvii

Dasar pemikiran dalam mendesain suatu tungku antara lain kebutuhan penggunaan sumber daya yang ada. Data teknis dan parameter sosial diperlukan untuk mendesain tungku yang tepat guna. Beberapa data yang dibutuhkan untuk mendesain suatu tungku menurut project officer Cambodia Fuelwood Saving Project (CFSP) dalam Glow, 2001 antara lain:1. Fungsi tungku : dilihat dari keperluan penggunaan, seperti untuk merebus, menggoreng, mengukus, memanggang, mengasap, mendidihkan dalam waktu lama, dan lain-lain.2. Bahan-bahan tungku: material yang digunakan (aluminium, tembaga, kuningan, plat besi, besi tuang, stainless stell, keramik, tembikar), bentuk (dataratau dasarnya berbentuk bola), karakteristik penggunaan (pemberian tekanan atau tekanan normal), tipe penggunaan (merebus, menggoreng, dan lain-lain), ukuran (diameter, tinggi).3. Kebiasaan memasak: posisi memasak (duduk, berdiri, jongkok, menekuk kaki), tradisi dan kebisaan-kebiasaan sosial.4. Tipe bahan bakar dan ukuran: tipe (balok, kayu, limbah pertanian, batubara, limbah biomassa, kayu keras), ukuran bahan bakar.5. Konstruksi tungku: bahan-bahan lokal yang tersedia, ukuran tungku, satu atau lebih lubang dapur .Beberapa tungku atau kompor briket yang telah beredar di pasaran dapat dilihat pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4a Kompor briket buatan Tekmira

(sumber : www.tekmira.esdm.go.id)

xxviii

Gambar 2.4b Kompor briket buatan pengrajin di Surabaya

(Sumber : http://surabaya.indonetwork.co.id)

Gambar 2.4c. Tungku berbahan bakar biomassa di Cambodia

(Sumber: Glow, 2001)

Untuk memperoleh efisiensi pembakaran yang baik dari sebuah kompor atau tungku, desain teknis tungku atau kompor harus diperhatikan. Menurut Drapper (1977) dalam Djatmiko (1986) perapian terbuka hanya menyadap tidak lebih dari 10 persen energi kayu sedangkan sebuah tungku yang ditingkatkan (tertutup) dapat memanfaatkan efisiensi 20 persen atau lebih. Rancangan tungku sangat menentukan sempurna atau tidaknya proses pembakaran berlangsung dan besarnya energi yang dapat dimanfaatkan oleh

tungku atau kompor tersebut. Selain itu, rancangan tungku juga akan menentukan laju pembakaran atau jumlah bahan bakar terbakar per satuan waktu (Abdullah et all, 1998). Tabel 2.4 memuat berbagai jenis tungku berbahan bakar biomassa dengan kesetimbangan panas yang terjadi pada tungku.

Tabel 2.4 Kesetimbangan panas pada berbagai jenis tungku

Jenis tungkuKestimbangan panas yang terjadi

Tungku tradisional perapian terbukaBerguna:8% Untuk pemasakan

Losses:10% hilang terevaporasi dilubang dapur82% hilang di lingkungan

Tungku permanen dengan dua lubangdapur dan sebuah cerobongBerguna:11.8% diserap oleh alat masak pertama3.6% diserap oleh alat masak kedua

Losses:29.2% diserap oleh badan tungku1.9% hilang oleh radiasi dan konveksi dari badan tungku39% hilang sebagai energi panas dalam aliran gas2.7% hilang selama pembakaran tidak sempurna11.8% tidak terhitung

Tungku permanen dengan tiga lubangdapur dan sebuah cerobongBerguna:6% untuk pemasakan

Losses:4% hilang terevaporasi di lubang dapur2.1% hilang dari permukaan alat masak13.9% diserap oleh badan tungku30.2% hilang sebagai energi panas dalam aliran gas1.1% hilang sebagai monodiokasida1.9% hilang untuk evaporasi bahan bakar5.9% hilang sebagai panas laten dari penguapan uap air11% hilang sebagai abu

Tungku batubara Thailand Berguna:3.1 % diserap untuk pemasakan

Sumber : Baldwin, 1987

Losses:4.6% hilang terevaporasi di lubang dapur0.2% hilang karena konveksi dan radiasi dari jarank antara lubang dapur dengan alat masak13% diserap oleh badan tungku1.3% hilang karena konveksi dan radiasi dari badan tungku2.1% hilang sebagai energi panas dalam aliran gas0.7% hilang sebagai monodiokasida selama pembakaran tak sempurna75% hilang saat konversi biomassa menjadi arang

Menurut Arnold (1978) dalam Djatmiko (1986) untuk mengurangi kehilangan panas pada tungku atau kompor dapat dilakukan dengan memberi insulasi pada tungku atau kompor, mengatur lubang pemasukan udara dan penyempurnaan pembakaran, aliran udara dikonsentrasikan ke lubang dapur, desain pengeluaran (cerobong) yang sesuai untuk pengeluaran udara, pemakaian alat masak yang mengurangi kebocoran dan kehilangan panas.Dalam membuat tungku dengan efisiensi tinggi, faktor yang harus diperhatikan adalah konservasi panas. Panas yang hilang pada tungku dapat terjadi karena pembakaran yang tidak sempurna (incomplete combustion), kehilangan panas akibat pemanasan tungku, kehilangan panas dari dinding tungku ke alat pemasak, penggunaan energi untuk menguapkan air yang berlebih pada bahan bakar kayu yang memiliki kadar air tinggi, tidak digunakannya penutup alat masak ketika memasak, dan penggunaan potongan-potongan bahan bakar kayu yang telalu besar atau kecil (Axinn et all, 1980 dalam Surtikasari, 1995).Surtikasari menguji berbagai jenis tungku untuk mengetahui efisiensi termal. Jenis tungku yang diuji yaitu tiga jenis tungku khusus briket batubara dan tungku-tungku tradisional Indonesia, seperti tungku tanah liat, tungku semen,dan tungku seng. Bahan bakar yang digunakan Surtikasari adalah

batubara. Hasil pengukuran beberapa jenis tungku pada penelitian Surtikasari,

1995 dapat dilihat pada Tabel 2.5.

Tabel 2.5 Hasil pengujian beberapa jenis tungku

Tungku tanah liatTungku semenTungku senganglo

Qin (kJ/kg)6956.8015515.3555815.7387992.04

Qg (kJ/kg)5008.9173765.9714090.1927121.76

g (%)72.08868.27770.39288.949

Qe (kJ/kg)1906.7031366.7361837.2191833.04

t (%)27.59124.7431.61922.958

Qout (kJ/kg)1778.8231238.361704.0131754.51

p (%)93.390.3892.70695.695

s (%)25.7422.42329.32221.969

Sumber : Surtikasari, 1995

E. Teori Pembakaran Bahan Bakar Biomassa

Pembakaran adalah reaksi suatu zat dengan oksigen (O2). Pembakaran adalah salah satu konversi energi biomassa yang paling banyak dipakai karena menghasilkan energi panas langsung. Energi panas yang dihasilkan selain dapat dimanfaatkan langsung untuk proses panas, juga dapat diubah menjadi bentuk lain (listrik atau mekanis) dengan jalur konversi yang lebih panjang seperti pada Gambar 2.4. Pembakaran membutuhkan bahan bakar dan udara. Bahan bakar umumnya adalah senyawa hidrokarbon. Biomassa juga dapat digunakan sebagai bahan bakar. Proses pembakaran akan menghasilkan energi, semakin besar energi yang dihasilkan oleh pembakaran maka semakin baik fungsinya sebagai bahan bakar. Besarnya energi yang dihasilkan oleh pembakaran suatu bahan bakar tergantung pada jumlah karbon yang dikandung dan bentuk senyawanya, sempurna atau tidaknya pembakaran tersebut, terjadinya pembakaran habis.Menurut Dutt dan Ravindranath (1992) dalam Febriyantika (1998), syarat-syarat bahan bakar yang dapat digunakan di sektor rumah tangga maupun industri adalah:- Mudah dinyalakan

-Tidak mengeluarkan asap yang berlebihan dan tidak berbau xxxii

- Tidak mudah pecah dalam penanganan

-Kedap air dan tidak berjamur atau tidak mengalami degradasi jika disimpan dalam waktu yang relatif lama- Kandungan abunya rendah (kurang dari 7% berat kering)

- Harga dapat bersaing dengan bahan bakar lain

Bahan bakar padat adalah bahan bakar yang berasal dari biomassa maupun hasil metamorfosa fosil-fosil tanaman masa lalu. Klasifikasi bahan bakar padat menurut Djokosetyardjo (1993) dalam Febriyantika (1998) adalah sebagai berikut :-Biomassa dan hasil-hasil olahannya. Contoh hasil biomassa adalah kayu, sedangkan contoh hasil olahan biomassa adalah arang kayu.-Barubara dan hasil olahannya. Yang tergolong batubara adalah peat, lignit, antrasit, dan sebagainya. Contoh hasil olahan batubara adalah briket batubara.- Kokas

Bahan bakar padat mengandung unsur karbon (C), hidrogen (H), oksigen

(O), nitrogen (N), abu, dan air (Djokosetyardjo, 1993 dalam Febriyantika

1998). Unsur-unsur tersebut membentuk ikatan kimia yang memiliki sifat khas untuk setiap jenis bahan bakar padat. Sifat-sifat bahan bakar padat berikut unsur-unsur yang terkandung di dalamnya dapat dilihat pada Tabel2.6.

Tabel 2.6 Kandungan unsur dan sifat-sifat beberapa bahan bakar padat

Bahan BakarKomposisi Persen BeratNilaiKalor(kJ/kg)Tpenyalaan(0C)

CHO+NSH2OAbu

Antrasit83-873.5-4.03.0-4.70.91-34-632500300-550

Semi Antrasit63-763.5-4.88-100.5-1.85-154-1426700-

BatubaraBituminous46-563.5-5.09-160.2-3.018-322-1017000-

Lignit37713.50.537516300250-400

Peat38-493.0-4.519-250.2-1.016-291-913800225-300

Kokas80-900.5-1.51.5-5.00.5-1.51-55-1228000600-700

Kayu Kering35-453.0-5.0--7-220.3-3.014400200-300

Arang Kayu851--12329600-

Sumber : Porges (1976) dan Djokosetyardjo (1993) dalam Febriyantika (1998)

xxxiii

Proses pembakaran bahan bakar padat terbagi menjadi dua tahap, yaitu tahap perubahan bahan bakar padat menjadi gas-gas yang beraneka ragam susunanya (ontgassing) misalnya H2, CH4, N2, C dan tahap mengoksidasi gas- gas yang terbentuk pada ontgassing (Djokosetyardjo, 1993 dalam Febriyantika, 1998). Lebih lanjut Djokosetyardjo juga menyatakan bahwa bahan akar yang akan mengalami proses pembakaran, temperaturnya harus dinaikkan hingga mencapai temperatur penyalaan. Pada temperatur penyalaan proses penguraian dan oksidasi bahan bakar dapat berlangsung. Penguraian bahan bakar padat membutuhkan sejumlah panas, sedangkan oksidasi unsur- unsur yang telah diuraikan membentuk panas. Bila panas yang terbentuk telah melebihi panas yang dibutuhkan maka proses penguraian dan oksidasi bahan bakar akan berlangsung lebih cepat, hingga seluruh bahan bakar dalam ruang pembakaran dapat terbakar.Secara umum pembakaran dibagi menjadi tiga, yaitu pembakaran sempurna, pembakaran tidak sempurna dan pembakaran habis. Pembakaran sempurna terjadi bila seluruh unsur karbon yang bereaksi dengan oksigen menghasilkan hanya CO2. Pembakaran yang tidak sempurna adalah pembakaran yang akan menghasilkan zat arang (C), gas CO, CO2 atau O2. Pembakaran habis terjadi bila seluruh karbon dalam bahan bakar tersebut bereaksi dengan oksigen. Pembakaran yang diharapkan terjadi adalah pembakaran sempurna dan habis.Pembakaran biomassa dengan oksigen dapat dituliskan dengan persamaan sebagai berikut:CH1.4O0.6 + 1.05 O2 CO2 + 1.4 H2O (1)

atau

1.05 volume oksigen 1.7 volume gas hasil pembakaran

Jika pembakaran menggunakan udara, bukan oksigen murni, maka perhitungan akan berubah karena harus ditambahkan unsur nitrogen pada kedua sisi persamaan reaksi tersebut.

Bila X menyatakan persentase udara tambahan untuk suplai O2, maka bentuk reaksi serta kebutuhan dari masing-masing komponennya adalah sebagai berikut:1 m C + 4.76 m (1+X/100) m udara

1 m CO2 + 3.76 (1+X/100) m N2 + (X/100) m O2 (2)

dimana m adalah mol.

Persentase hasil reaksi dalam basis volume menjadi:

CO2 = 100 (1+X/100) / 4.76%................................................................... (3) O2 = 100 ((X/100)/(4.7691 + X/100)) %................................................. (4) N2 = 100 (3.7691 + X/100) /4.76 (1 + X/100))%.................................... (5)Apabila udara tambahan tidak diperlukan maka X = 0 hingga persentase dari masing-masing gas adalah CO2 = 21%, O2 = 0%, N2 = 79%. Vtotal pada T=840oC adalah 196.4 m3/mol C.

Reaksi dasar untuk proses pembakaran tidak habis dinyatakan dalam persamaan:1 m C + 0.5 m O2 1 m CO.. (6)

Jika pembakaran dilaksanakan dengan pemberian udara lebih X, maka bentuk persamaan keseluruhan menjadi:1 kg C + 5.72 (1 + X/100) kg udara

1.33 kg CO + 4.39 (1 + X/100) kg N2 + (X/100) 1.33 kg O2 (7)

Reaksi pembakaran unsur karbon dapat dijabarkan sebagai berikut:

1 mol C + 1 mol O2 1 mol CO2. (8)

atau

12.01 kg C + 32 kg O2 44.01 kg CO2.. (9)

Satu kilogram karbon memerlukan oksigen sebanyak 2.664 kg, sedangkan volume spesifik oksigen pada suhu 600F adalah 0.7375 m3/kg (Perry dan Chilton, 1973 dalam Budiman, 1990), maka volume oksigen yang dibutuhkan untuk pembakaran satu kilogram karbon adalah 1.9647 m3 oksigen.

atau

Reaksi pembakaran unsur hidrogen adalah:

1 mol H2 + 0.5 mol O2 1 mol H2O (10)

2.016 kg H2 + 16 kg O2 18.016 kg H2O(11) Satu kilogram hidrogen memerlukan oksigen sebanyak 7.94 kg atau

5.85575 m3.

Dari reaksi pembakaran di atas didapatkan volume oksigen minimum: Omin = 1.9647 C + 5.85575 H2 (m3/kg bahan bakar) (12) dimana :Omin = Oksigen minimum yang dibutuhkan untuk pembakaran (m3/kg bahan bakar)C = Persentase unsur karbon

H2 = Persentase unsur hidrogen

Untuk tujuan perhitungan pada proses pembakaran sering dianggap dalam udara terkandung oksigen 21 persen volume dan nitrogen 79 persen volume, maka jumlah minimum yang diperlukan untuk pembakaran (Lmin) adalah:

Lmin = 100/21 Omin (m3/kg bahan bakar)

= 100/21 (1.9647 C + 5.85575 H2). (13)

Lebih lanjut Zabidi (1981) dalam Budiman (1990) menyatakan bahwa kelembaban mempengaruhi proses pembakaran, makin lembab udara maka pembakaran makin terganggu. Untuk memperhitungkan faktor kelembaban tersebut maka kebutuhan udara sesungguhnya adalah :Lw = Lmin * f (14)

dimana :

Lw = kebutuhan udara sesungguhnya (m3/kg bahan bakar) F= faktor koreksi kelembaban udara (Tabel 2.7)

Tabel 2.7 Faktor koreksi kelembaban udara

Suhu (oC)010203040

Nilai f1.00491.00981.0191.0351.063

Jumlah aliran udara yang masuk melalui lubang masuk udara dapat didekati dengan persamaan :Q = A x V. (15) Jumlah bahan bakar yang terbakar dapat diduga dengan persamaan :Bbt = Q / Lw.. (16)

di mana:

Q= Jumlah aliran udara melalui lubang masuk udara (m3/detik) A= Luas lubang masuk udara (m2)V = Kecepatan aliran udara masuk (m/detik)

Bbt= Jumlah bahan bakar yang terbakar per satuan waktu (kg bahan bakar/detik)

Massa udara kering teoritis untuk pembakaran sempurna berbagai bahan bakar tergantung pada persen dari berat karbon (C), hidrogen (H), oksigen (O), dan belerang (S) yang terkandung dalam bahan bakar tersebut dan dirumuskan sebagai :Mt = 11.47 C + 34.28 (H-0/8) + 4.31 S. (17) Dalam kenyataannya pembakaran sempurna sulit terjadi dengan kondisilaju massa udara kering teoritis, maka untuk mendekati keadaan pembakaran sempurna, perlu ditambah dengan X persen udara berlebihan (excess air).Ma = Mt + Mt (X).. (18) Laju massa teoritis gas kering hasil pembakaran sempurna tergantungpada persen berat dari unsur karbon (C), hidrogen (H), oksigen (O), belerang

(S), dan nitrogen (N) yang terkandung dalam bahan bakar.

Ft = 12.47 C + 35.28 (H-O/8) + 5.31 S + N (19) Sedangkan laju massa sebenarnya gas hasil pembakaran:Fa = Ft + Mt (X).. (20)

xxxvii

di mana :

Mt = Laju massa udara kering teoritis ( kg udara kering/detik)

Ma = Laju massa udara kering sebenarnya (kg udara kering/detik) Mt(X) = Laju massa udara berlebih (kg udara kering/detik)Ft = Laju massa teoritis gas kering (kg udara kering/detik)

Fa = Laju massa sebenarnya gas kering (kg udara kering/detik)

F. Pindah Panas pada Sistem Tungku

Perpindahan panas yang terjadi akibat pembakaran bahan bakar terjadi secara konduksi, konveksi, dan radiasi. Pada keadaan mantap (steady state), kehilangan panas dari hasil pembakaran terjadi melalui permukaan dinding tungku dan melalui saluran udara dan gas hasil pembakaran. Sedangkan untuk gabungan aliran kalor konduksi dan konveksi dinyatakan dalam koefisien pindah panas menyeluruh (Holman, 1981 dalam Febriyantika, 1998).Pada keadaan mantap, kehilangan panas dari hasil pembakaran terjadi melalui permukaan dinding tungku secara konveksi (QL11) dan radiasi (QL12), yaitu:

4QL11 = h x A x (Tt-Tling)..(21) QL12 = eb x x A x (Tt4-Tling )......(22) di mana :Tt = suhu permukaan tungku (K) Tling = suhu lingkungan (K)H = konveksi udara luar (W/m2K)

A = luas permukaan lapisan luar dinding tegak (m2)

eb = emisivitas bahan

= konstanta Steven-Boltzman (w/m2K4).

Panas yang hilang melalui dinding dasar tungku secara konveksi

(QL21) dan radiasi (QL12), yaitu:

QL21 = hd x Ad x (Tt-Tling)(23) QL22 = eb x x Ad x (Tt4-Tling4)...(24)

xxxviii

di mana :

hd = konveksi udara di bawah tungku (W/m2K)Ad = luas permukaan luar dinding dasar tungku (m2) Panas yang hilang melalui saluran udara masuk,QL3 = Am x x (Tg4-Tling4)(25)

di mana :

Am = luas saluran udara masuk (m2) Tg = suhu ruang pembakaran (K).Panas efektif yang tersedia untuk pemanasan sebagian terbawa aliran udara dan sebagian diterima alat memasak. Panas yang ke alat memasak diterima oleh air dan untuk menaikkan suhu alat memasak serta terbuang melalui dinding alat memasak.Panas yang terbawa aliran udara, yaitu:

QL4 = ma x Cpu x (Tk-Tling)(26)

di mana :

ma = laju massa udara (kg/s)

Cpu= kapasitas panas udara (kJ/kg K) Tk = suhu udara/gas yang keluar (K) Tling = suhu udara lingkungan (K).Panas untuk menaikkan suhu alat masak, yaitu:

QL5 = Mp x Cpp x T.(27)

di mana :

Mp = massa alat memasak (kg)

Cpp = kapasitas panas alat memasak (KJ/kg K)

T = perubahan suhu alat memasak (K).

Panas yang hilang melalui dinding alat masak, yaitu:

4QL6 = h x Ap x (Tp-Tling) + ep x x Apx (Tp4-Tling )(28)

di mana :

Ap = luas permukaan alat masak yang memancarkan panas (m2) Tp = suhu alat masak (K)ep = emisivitas bahan alat masak.

Panas yang diteima oleh air (untuk menaikkan suhu air), yaitu:

Qout = mair x Cpair x (T2-T1) + Muap x Hfg..(29) Dimana :mair = massa air (kg)Cpair = kapasitas panas air (4.2kJ/kgoC) T2 = suhu akhir airT1 = suhu awal air

muap = massa air yang diuapkan (kg)

Hfg = panas laten penguapan air (kJ/kg).

G. Efisiensi Tungku

Efisiensi pada analisis panas pembakaran untuk tungku dibedakan atas efisiensi pembakaran, efisiensi tungku, efisiensi pemasakan, dan efisiensi total sistem. Efisiensi sistem merupakan perbandingan jumlah panas yang untuk menaikkan suhu air dan untuk penguapan terhadap panas bahan bakar terpakai. Panas bahan bakar terpakai adalah selisih massa bahan bakar awal dengan massa bahan bakar sisa dikali dengan nilai kalornya.Sistem yang terjadi dalam pengujian tungku dapat dilihat pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5 Sistem pindah panas tungku

Panas efektif yang tersedia untuk memasak adalah:

3Qe1 = Qg QLii =1

(kcal) ....(30)

sehingga,

Efisiensi tungku (t ) = Qe1Qg

(%) .(31)

Pada pembakaran komplit panas pembakaran (Qg) sama dengan jumlah kehilangan panas yang terjadi pada sistem tungku (QLi).Panas yang diterima oleh bahan yang dimasak/air, yaitu:

6Qe2 = Qe1 QLi = Qouti =4

(kcal) (32)

sehingga,

Efisiensi pemasakan (p) = Qe2 Qe1

(%) ...(33)

maka,

Efisiensi total

(tt1) = Qe 2 Qe1 Qe1 Q g

tt1 = Qe2 Qg

(%) (34)

Pada kenyataannya, keadaan pembakaran komplit sulit tercapai. Hanya sebagian panas bahan bakar yang terlepas sebagai panas pembakaran (Qg),maka:

Efisiensi pembakaran (g ) =

Qg

Qinput

(%) ..(35)

Qinput

= M bb terbakar nilaikalorbb

(kcal) ... (36)

6Qg = Qli + Qouti 1

(kcal) ... (37)

Efisiensi sistem (s) = Qout Qinput

(%) .. (38)

di mana:

Qe1 = panas efektif untuk menaikkan suhu air dan menguapkan air (kcal) Qe2 = panas efektif untuk pemasakan (kcal)Qg = panas pembakaran (kcal)

Qin = panas bahan bakar terpakai (kcal)

g = efisiensi pembakaran (%)

t = efisiensi tungku (%)

p = efisiensi pemasakan (%)

s = efisiensi sistem (%)

xlii

III. METODOLOGI PENELITIAN

Penelitian desain tungku briket biomassa ini dibagi menjadi dua tahap, yaitu perancangan tungku dan uji unjuk kerja tungku yang telah dibuat. Penjabaran tentang rancangan tungku briket biomassa akan dijelaskan pada Bab IV.

Pada penelitian ini, briket biomassa yang digunakan adalah briket arang sekam. Arang sekam dipilih karena potensinya yang cukup besar. Berdasarkan data potensi limbah biomassa dalam Tabel 2.1, potensi sekam cukup besar yaitu sebesar 280 kg/ton gabah. Berdasarkan Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian (2006) dalam Mawarti (2006) produksi sekam padi sebesar 10.8 juta ton atau sebesar 23% dari total produksi padi tahun 2005. Limbah ini memiliki peluang besar untuk menggantikan peran energi fosil terutama dalam penggunaannya di skala rumah tangga dan industri kecil.

A. Perancangan Tungku Briket Biomassa

Metode penelitian yang digunakan metode rekayasa (suatu kegiatan rancang bangun) yang tidak rutin, sehingga di dalamnya terdapat kontribusi baru, baik dalam bentuk proses maupun produk/ prototipe (Umar, 1994).Pelaksanaan kegiatan penelitian rekayasa yang dilakukan adalah :

Mulai

Observasi Kebutuhan

Penentuan Kriteria Desain

Perancangan

Pembuatan tungku

Hasil rancangan

Gambar 3.1 Tahapan perancangan

xliii

- Observasi Kebutuhan

Observasi kebutuhan dilakukan dengan menganalisis kebutuhan bahan bakar untuk memasak pada rumah tangga. Analisis kebutuhan bahan bakar untuk memasak dilakukan untuk mencari rata-rata rumah tangga memasak dalam sehari, kebutuhan energi untuk memasak per hari, harapan pengguna tungku bila telah dibangun dan dapat menggantikan bahan bakar konvensional yang telah ada. Selain itu, dilakukan juga observasi dari mekanisme penggunaan tungku melalui penelitian pendahuluan.

- Penentuan Kriteria Desain

Penentuan kriteria disain dilakukan untuk menentukan kriteria dasar tungku yang akan digunakan sebagai dasar perancangan yang berdasarkan atas observasi kebutuhan.

- Perancangan

Perancangan meliputi rancangan fungsional untuk menentukan fungsi dari komponen utama tungku dan rancangan struktural untuk menentukan bentuk dan tata letak dari komponen utama. Analisis teknik dilakukan untuk menghitung ukuran dimensi tungku. Selain itu ergonometri dari tungku perlu dipertimbangkan untuk kenyamanan kerja pengguna.

- Pembuatan Tungku

Setelah perancangan selesai, langkah selanjutnya adalah pembuatan tungku. Pembuatan tungku dilakukan di bengkel yang memiliki peralatan memadai. Bahan tungku yang telah dipilih, dibuat pola sehingga mudah dibentuk sesuai hasil perancangan. Proses yang terjadi dalam pembuatan tungku antara lain: pembuatan pola, pemotongan bahan, penekukan plat, pengelasan, pengecatan, perakitan bagian-bagian menjadi sistem tungku. Tungku hasil rancangan yang telah dibuat kemudian dilakukan pengujian untuk diketahui efisiensinya.

1. Waktu dan Tempat

Perancangan dan pembuatan tungku briket arang sekam ini dilaksanakan selama kurang lebih tiga bulan, yaitu bulan Maret-Mei2008 bertempat di Laboratorium Energi dan Elektrifikasi Pertanian

Fateta IPB, Bogor dan CV. Daud Teknik Maju, Cibereum Bogor.

2. Alat dan Bahan

a. Software Autocad

b. Komputer

c. Plat galvanil 1 mm

d. Peralatan las dan elektroda e. Alat tekuk platf. Alat potong plat g. Gerindah. Cat semprot i. Bor listrikj. Jangka besi

k. Alat tulis ( pulpen, pensil, penggaris, spidol)

l. Peralatan bengkel lainnya

B. Uji Unjuk Kerja

Uji unjuk kerja bertujuan untuk mengetahui efisiensi pada tungku, seperti efisiensi pembakaran, efisiensi tungku, efisiensi pemasakan dan efisiensi total sistem. Selain menguji tungku briket hasil rancangan, juga dilakukan pengujian tungku briket yang telah ada di pasaran dan anglo sebagai pembanding tungku briket hasil rancangan. Gambar tungku yang diuji dapat dilihat pada Gambar 3.2, 3.3, dan 3.4.

Gambar 3.2 Tungku briket hasil rancangan

Gambar 3.3 Tungku yang ada di pasaran Gambar 3.4 Anglo

Metode yang digunakan baik untuk menguji tungku briket hasil rancangan dan tungku briket lainnya adalah Water Boiling Test (WBT). WBT adalah simulasi kasar dari proses pemasakan yang dapat membantu para perancang tungku untuk mengetahui seberapa baik energi panas dapat ditransfer pada alat masak (Bailis, 2007). Pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui efisiensi tungku dan efisiensi sistem. Parameter yang diukur pada WBT didasarkan pada audit rinci kompor, yaitu Qinput = jumlah panas bahan bakar yang terpakai, Qe = panas efektif, Qoutput = panas yang digunakan untuk mendidihkan dan menguapkan air. Dalam menghitung parameter-

parameter yang telah ditentukan, diperlukan data-data yang menunjang. Data- data yang diperlukan antara lain:1. Data yang dibutuhkan untuk mencari Qin:

- Nilai kalor bahan bakar

- Jumlah bahan bakar yang terbakar

2. Data yang dibutuhkan untuk mencari Qe:

- Luas bidang pembakaran

- Suhu bara

- Luas permukaan dinding tungku

- Suhu tungku

- Konduktivitas panas tungku

- Waktu pemanasan

- Suhu outlet

- Suhu lingkungan

- Suhu panci

- Suhu cerobong

- Emisivitas tungku

- Panas jenis panci

- Emisivitas panci

- Tinggi celah dan panci

- Suhu inlet

- Luas lubang udara

- Luas permukaan panci

3. Data yang dibutuhkan untuk mencari Qoutput :

- Massa awal air

- Massa akhir air

- Massa jenis air

- Suhu awal air

- Suhu akhir air

xlvii

Kegiatan uji unjuk kerja tungku ini dilakukan pada bulan Juni 2008 di

Laboratorium Surya Bagian Energi dan Elektifikasi Pertanian IPB.

Hasil rancangan

xlviiiFaktorpendukung

Water boiling test

Waktu penyalaan, keamanan, kenyamanan

1. Efisiensi (%)

2. Kapasitas panas tungku

Analisis

Rekomendasi

Gambar 3.5 Tahapan uji unjuk kerja

Pengujian tungku menggunakan metode WBT memerlukan alat-alat sebagai berikut:a. 2 liter air dan 1 buah panci

b. 1 buah tungku hasil rancangan, tungku pasar, anglo c. Bahan bakar briket arang sekamd. 1 buah termometer alkohol dengan selang 0-100oC

e. 5 buah termokopel tipe CC

f. 1 buah termokopel tipe CA (K.075, 900oC, 6385) Chino Tokyo Japan g. 1 unit Pen Recorder (Yokogawa 3056)a. 1 unit Multi point recorder (Yokogawa 3058)

j. 1 unit Cold Junction (KTE-20, Tc K.T, Komatsu Electronic inc.)

k. 5 buah kabel, 1 rol tape

l. Timbangan & penggaris.

Langkah-langkah pengujian Data data dari pengujian

Mulai

Persiapan alat dan bahan

-Dimensi dan berat tungku

-Dimensi dan berat panci

-Berat awal air

-Nilai kalor bahan bakar

Set up recorder

Kecepatan kertas pen recorderdan multi point recorder.

Pemasukan bahan bakar ke dalam tungku

Berat awal tungku + bahan bakar

Fire up sampai bara menyala

- Berat tungku + bahan bakar setelah bara menyala

- Lama penyalaan

Perebusan air

- Tlingkungan, Tair, Tpanci, Tinlet, Toutlet, Ttungku, Tbara, Tcerocong

- Waktu mulai perebusan

Air mendidih

- Waktu selesai perebusan

- Berat akhir tungku + Bahan bakar

- Berat akhir air

Selesai

Gambar 3.6 Prosedur pengujian dan data yang diperlukan

Dalam pengujian dengan metode water boiling test yang didekati dengan audit rinci kompor, maka diperlukan batasan sistem, yaitu :a. Proses pembakaran dimulai ketika briket telah menjadi bara.

b. Proses dimulai ketika briket arang sekam telah menjadi bara dan panci diletakkan di atas kompor. Pengukuran suhu pada tiap parameter tetap berlangsung hingga sepuluh menit setelah air di dalam panci mendidih.c. Input energi yang diperhitungkan adalah semua energi langsung yang digunakan dalam proses pemanasan. Energi langsung berupa energi bahan bakar yaitu briket arang sekam.d. Tekanan atmosfir didekati dengan nilai 1 atm.

e. Kehilangan energi akibat perpindahan panas dari bara ke permukaan meja tidak diperhitungkan.f. Energi output hanya dihitung berdasarkan panas yang digunakan untuk memanaskan air dan menguapkan air.

Prosedur pengujian dengan metode water boiling test :

a. Briket arang sekam dimasukkan ke dalam ruang bakar kemudian tungku yang telah diisi briket ditimbang.b. Air sebanyak 2 liter dimasukkan ke dalam panci yang telah disediakan.

c. Termokopel tipe CC dipasang antara lain berada di dinding tungku, dinding panci, tengah-tengah air (termokopel tercelup di dalam air), lubang pemasukan udara (inlet), saluran keluaran (outlet), dan cerobong asap, kemudian rekatkan dengan tape.d. Termokopel tipe CA (yang berukuran besar) dihubungkan dengan Cold Junction di saluran input dan hubungkan sebuah kabel (diusahakan ukurannyapendek agar resistansi minimum sehingga mengurangi kesalahan dalam membaca suhu yang akan diukur) dari saluran output Cold Junction ke Pen Recorder.e. Termokopel tipe CC dihubungkan dengan Multi point recorder.

f. Briket dibakar kemudian tungku dan briket yang telah menjadi bara ditimbang kembali.

g. Panci diletakkan di atas bahan bakar kemudian recorder dinyalakan secara bersamaan setelah semua termokopel terhubung dengan recorder.h. Suhu diukur pada masing-masing termokopel yang tercatat pada recorder

selama selang waktu 5 menit. Apabila air sudah mendidih, biarkan selama

10 menit, kemudian hentikan percobaan.i. Volume air segera diukur, lalu dilanjutkan dengan menimbang kompor dan bara sisa pembakaran.

Termokopel untuk air

Termokopel untuk dinding panci

Termometer batang untuk cerobong

Termokopel untuk bara

Termokopel untuk dinding kompor

Termokopel outlet

Gambar 3.7 Skema pemasangan alat ukur

Setelah melakukan pengujian, maka dilakukan analisis pindah panas sistem tungku untuk mengetahui besarnya efisiensi tungku dan efisiensi sistem. Perhitungan didasarkan pada analisis pindah panas pada sistem tungku Subbab F dan Subbab G pada Bab II. Tetapi pada perhitungan, panas pembakaran (Qg) tidak dapat dihitung dikarenakan tidak semua QL (Q losses) dapat terukur, seperti panas untuk pemanasan sistem tungku, panas yang hilang ke meja pengujian. Maka skema pindah panas tungku hasil pengujian dapat dilihat pada Gambar 3.8.

lii

Qout

QL5

QL6

QL4

Qefektif

Qin

QL1

QL3

QL2

Gambar 3.8 Skema pindah panas sistem tungku hasil pengujian

Karena nilai panas pembakaran (Qg) dari hasil penjumlahan panas yang hilang dari sistem tungku tidak dapat terukur seluruhnya, maka dalam perhitungan panas pembakaran (Qg) tidak diperhitungkan. Jika Qg tidak diperhitungkan maka nilai efisiensi pembakaran dan efisiensi pemasakan juga tidak diperhitungkan. Sehingga nilai efisiensi yang diperhitungkan dalam analisis pindah panas sistem tungku hanya efisiensi tungku dan efisiensi sistem yang dianggap dapat mewakili performa tungku. Nilai kehilangan panas (Q losses) juga diperhitungkan untuk dapat melihat losses terbesar dari sistem tungku sehingga dapat digunakan untuk perbaikan desain atau modifikasi.

Qinput

= M bb terbakar nilaikalorbb

(kcal)

3Panas efektif (Qe) = QLi + Qout (kcal)i =4

Qout = mair x Cpair x (T2-T1) + Muap x Hfg (kcal)

Efisiensi tungku (t) = Qe Qinput

Efisiensi sistem (s) = Qout Qinput

(%) (%)

IV. RANCANGAN TUNGKU BRIKET BIOMASSA

A. Pendekatan Desain

Pendekatan desain dihitung berdasarkan observasi kebutuhan dan analisis teknik. Observasi kebutuhan bertujuan untuk mengetahui jumlah kebutuhan energi memasak rumah tangga per hari. Analisis teknik bertujuan untuk menentukan dimensi tungku. Tungku briket biomassa ini menggunakan bahan bakar arang sekam, sehingga analisis teknik didekatkan pada bentuk dan dimensi briket arang sekam yang telah ada di pasaran. Tungku briket biomassa ini diharapkan dapat menjadi pilihan alternatif bagi masyarakat yang biasanya menggunakan kompor minyak tanah.Tungku briket biomassa hasil rancangan ini bersifat portabel sehingga dapat dipindahkan dari satu tempat ke tempat lainnya dan ukurannya tidak terlalu besar. Tungku ini dilengkapi dengan lubang saluran udara pembakaran dan lubang pembuangan gas hasil pembakaran ukuran lubang disesuaikan dengan rancangan desain.Fungsi tungku yang akan dibuat antara lain untuk merebus, menggoreng, mengukus, memanggang, dan mengasap. Pengguna tungku adalah ibu-ibu sehingga tingkat kemudahan dan keamanannya perlu diperhatikan. Posisi penggunaan kompor (berdiri), tingkat kemudahan dan keamanan termasuk dalam pertimbangan aspek ergonomi. Berdasarkan pengamatan, kebiasaan memasak pengguna adalah dengan posisi berdiri. Tungku akan diletakkan di atas meja sehingga memenuhi kebiasaan memasak pengguna. Pengguna tungku ini adalah rumah tangga atau home industry.Pada penelitian ini dibuat tungku sederhana yang berbahan plat galvanil. Tungku dirancang sehingga memiliki efisiensi yang tinggi dengan memperhatikan kelancaran proses pembakaran. Kelancaran proses pembakaran ditentukan oleh jumlah oksigen yang kontak dengan bahan bakar dan kelancaran pembuangan gas hasil pembakaran itu sendiri. Tungku briket biomassa ini memiliki satu lubang dapur. Skema bagian-bagian kompor briket biomassa dapat dilihat pada Gambar 4.1.

liii

RangkaRuang pembakaran

Inlet ke ruang bakar

Kisi-kisi

Plenum/tempat abu

Lubang dapurCerobongTempat meletakkan alat masak

Dinding luar

Dinding keduaDinding dalam

Saluran udara pembakaran

Inlet

Gambar 4.1 Skema bagian-bagian kompor briket biomassa

B. Observasi Kebutuhan

Sebelum melakukan analisis teknis, harus dilakukan observasi kebutuhan yang meliputi kebutuhan bahan bakar untuk memasak pada rumah tangga dan kebutuhan udara pembakaran.

1. Kebutuhan bahan bakar untuk memasak pada rumah tangga

Berdasarkan penelitian Hadi (1979) dalam Amaru (2004), Konsumsi energi untuk memasak di pedesaan Indonesia /kapita per tahun sebesar882.13 x 103 kkal/kapita per tahun. Bila diasumsikan total hari memasak

adalah 300-356 hari per tahun, maka didapat rata-rata kebutuhan energi memasak masyarakat adalah sebesar 3000 kkal/hari atau setara dengan12600 kJ/hari (1 kal = 4.2 Joule). Nilai kalor briket arang sekam adalah

3514 kkal/kg atau 14758.8 kJ/kg.

Rata-rata rumah tangga memasak selama 3-5 jam sehari (rata-rata 4 jam/hari) tungku briket yang ditingkatkan dapat mencapai efisiensi sistem30%. Dari data di atas maka laju pembakaran pada tungku briket:

wa1

= 12600kJ / hari = 0.71kg / jam4 jam / hari 0.3 14758kJ / kgBeberapa jenis bahan bakar menunjukkan lama waktu yang berbeda untuk mendidihkan 3 kg air, yakni kompor minyak 26.5 menit, tungku kayu bakar satu lubang dapur 15.83 menit, tungku tradisional 30.04 menit dan anglo 28 menit (Djatmiko, 1986). Sehingga waktu rata-rata yang diperlukan untuk mendidihkan 3 kg air adalah 25 menit atau 0.4 jam. Untuk mendidihkan air dalam jumlah dan lama waktu yang sama dibutuhkan tungku briket dengan laju pembakaran sebesar:

wa2

= mair Cpair t = 0.53kg / jam t Np

Dimana:

mair = Massa air yang dimasak, 3 kgCpair = Panas spesifik air, 4.2 kJ/kg0Ct = Selisih suhu akhir dan suhu awal, 90-240C = 75oC

t = Waktu untuk mendidihkan air, 0.4 jam

= Efisiensi tungku briket, 30%

Np = Nilai kalor briket arang sekam, 14758 kJ/kg

Jadi rata-rata laju pembakaran briket arang adalah sebesar 0.62 kg/jam.

2. Kebutuhan udara pembakaranPembakaran merupakan reaksi antara oksigen dan partikel bahan bakar. Jumlah oksigen yang dibutuhkan untuk pembakaran sempurna dinyatakan sebagai (Padua, 1978 dalam Agustina, 1982):

Wo = 2.67C + 8(H O ) + S8

kg/kg bahan bakar

Untuk briket arang sekam, kandungan bahan bakarnya diasumsikan mendekati arang sekam, yaitu C = 36%, H = 2.6%, N = 0.4%, S = 0.1%, O = 11.7%, Ash = 49.2% (Baldwin, 1987).Wo = 2.67(0.36) + 8(0.026 0.117 ) + 0.001 = 1.0532 kg/kg b.b8

Oleh karena oksigen diberikan dalam campuran udara bebas, maka dinyatakan dalam kebutuhan udara bebas. Berat udara teoritis yang dibutuhkan untuk pembakaran sempurna adalah:

Ath = 11.47C + 34.28(H + O ) + 4.31S8

kg/kg bahan bakar

Ath = 11.47(0.36) + 34.28(0.026 + 0.117 ) + 4.31(0.001)8

Ath = 5.52

kg/kg bahan bakar

Berat aktual yang dibutuhkan adalah:

Aa = x Ath

dimana, x adalah faktor excess air, untuk briket arang x = 40% dan 100%. x = 40% x = 100%Aa = 7.728 kg/kg bahan bakar Aa = 11.04 kg/kg bahan bakar

Volume udara yang diperlukan per kg bahan bakar:

q = m , Aa 3udara

= 1.293 kg/m3 udara

q = 7.728 =40% 1.293

5.98 m3

q = 11.04 =100% 1.293

8.54 m3

C. Analisis Teknik

1. Bentuk Ruang PembakaranBentuk tungku disesuaikan dengan bentuk ruang pembakaran. Ruang pembakaran dibuat berbentuk silinder yang mempunyai luasan minimum, yaitu:d2 (isi silinder) = d2 (R2L) = 0

L = 2R R = jari-jari silinder, L = tinggi silinderTinggi plenum ditetapkan 100 mm dan kapasitas ruang pembakaran adalah

0.62 kg/jam x 2.5 jam = 1.5 kg. Densitas briket arang sekam adalah 575 kg/m3. Dengan demikian ukuran ruang pembakaran adalah:R 2 (L) = 2.5 jam 0.62kgbriket / jam575kg / m 3

R = 95 mm

L = 190 mm

2. Saluran Masuk dan Pembuangan Udara dan Gas

Kelebihan udara yang baik untuk pembakaran bahan bakar arang adalah 40%. Untuk laju pembakaran 0.62 kg/jam, debit udara yang dibutuhkan untuk pembakaran adalah:Vmo = (1 + 0.4) 5.98m3 / kg 0.62kg / jam = 5.19m3 / jam

Bila suhu udara pembakaran pada saluran udara masuk (Tm) sama dengan suhu lingkungan (T=303 K), maka debit udara pembakaran menjadi:Vtm = Vmo Tm = 5.76m3 / jamTo

di mana, Vtm = debit udara pembakaran pada suhu Tm Vmo= debit udara pembakaran pada suhu To To= 273 KTm = 303 K

Udara dan gas yang dihasilkan pada laju pembakaran briket arang sekam 0.62 kg/jam berdasarkan persamaan 20 adalah:Fa = Ft + Mt( x) = 0.62(Ft + Mt x) = 4.16kg / jam

Sehingga debit udara dan gas hasil pembakaran tersebut:

Vko = Fa = 2.93kg / jam g

Vtm = Vko TkTo

di mana: Vko = debit gas hasil pembakaran pada To

Vk = debit gas hasil pembakaran pada Tk

Tk = suhu gas hasil pembakaran yang keluar = Tg

3 g = kerapatan gas hasil pembakaran, 1.421 kg/m

Aliran udara untuk pembakaran terjadi karena ada efek cerobong. Kecepatan aliran udara (v) ditentukan oleh tinggi cerobong (h) dan perbedaan suhu di dalam (Tg, oC) dengan suhu udara sekitar (T)berdasarkan persamaan berikut:

V = 4.48

h(Tg T) c273 + T

m/s lvii

c adalah konstanta yang dicari.Luas lubang masuk udara pembakaran (Am) dan luas lubang keluar udara atau gas hasil pembakaran (Ak) masing-masing adalah:

Am = VtmVm

Ak = Vk vk

Dimana Vm adalah kecepatan udara pembakaran pada lubang masuk dan vk adalah kecepatan udara atau gas pada sela saluran pembuangan. Celah pembuangan gas atau udara hasil pembakaran adalah:Celah = Ak , di mana ks adalah keliling lingkaran silinder, 741.04 mm.ks

Nilai-nilai v, Am, Vk, Ak, dan celah untuk berbagai suhu ruang pembakaran pada jarak saluran masuk dengan saluran pembuangan gas hasil pembakaran 0.21 meter ditunjukkan pada Tabel 4.1

Tabel 4.1 Hubungan suhu ruang pembakaran untuk jarak saluran udara

0.21 m terhadap luas saluran udara

Tg-Ta(0C)V (m/s)Am (cm2)Tkb (oK)Vk(m3/jam)Ak (cm2)Celah (cm)2001.6686.1125035.9339.8800.142501.8655.4675536.5239.7160.143002.0434.9906037.1129.6700.143502.2064.6206537.7029.6980.144002.3594.3227038.2929.7640.144502.5024.0757538.8829.8600.145002.6373.8668039.4719.9770.145502.7663.68685310.06110.1040.146002.8893.52990310.65110.2410.156503.0073.36095311.24110.3840.157003.1903.267100311.83010.3010.157503.2303.156105312.42010.6810.15aT=300CbTk = TgDalam desain, luas saluran masuk udara (Am) diperluas menjadi 18 cm2 dan lebar celah diperlebar menjadi 3 cm. hal ini untuk mendapatkan laju pembakaran yang diinginkan dan efisiensi sistem yang tinggi.

lviii

D. Desain Fungsional

NoBagian Tungku BriketBiomassaFungsi

1Ruang PembakaranTempat meletakkan bahan bakar dan tempat terjadinya reaksi antara udara (O2) dengan bahan bakar briket arang sekam.

2Dinding dalamPembatas panas yang lolos ke dinding dan mengarahkan gerak penyebaran panas pembakaran ke lubang dapur.

3Dinding keduaSebagai penyekat udara sehingga heat loss dapat diminimalisir.

4Dinding luarPenahan beban alat masak dan seluruh sistem. Selain itu, dinding luar juga berfungsi sebagai penyekat panas agar heat loss pada sistem minimum.

5Lubang udaraPenyedia udara untuk proses pembakaran dan memfokuskan udara ke ruang pembakaran sehinggaapi hasil pembakaran menuju ke lubang dapur.

6Inlet ke ruang bakarPenyedia udara bebas untuk pembakaran ke dalamruang pembakaran.

7CerobongMenyalurkan gas hasil pembakaran ke luar yangmerupakan lanjutan dari lubang dapur. Apabila pengeluaran tersebut kurang lancar maka akan terjadi konveksi balik udara yang menghambat aliran udara masuk ke dalam tungku. Hal ini menyebabkan proses pembakaran tidak sempurna dan tidak efektif. Fungsi cerobong diganti oleh celah di sekeliling dapur.

8Lubang dapurPenyalur panas menuju alat masak.

9Kisi-kisiPenyaring kotoran atau abu terletak pada bagiandasar ruang pembakaran, untuk penyangga ruang pembakaran dan media masuknya udara dari saluran udara pembakaran.

10PlenumSebagai tempat menampung udara pembakaranyang bergerak naik ke arah bahan bakar secara alamiah karena efek cerebong, tempat penampungan abu hasil pembakaran.

11Tempat meletakkanalat masakTempat dudukan alat memasak sekaligus membuatsela saluran gas hasil pembakaran.

E. Desain Struktural

Tungku bahan bakar briket biomassa ini dirancang untuk menampung bahan bakar sebanyak 1.5 kg briket biomassa untuk memenuhi kebutuhan memasak selama 2.5 jam atau 150 menit. Struktur tungku briket meliputi:1. Ruang pembakaran disesuaikan untuk menampung jumlah bahan bakar yang ditetapkan. Ruang pembakaran berbentuk silinder dengan diameter dan tinggi yang sama yaitu 190 mm. Di bagian bawah ruang pembakaran terdapat kisi-kisi yang membatasi antara ruang pembakaran dengan plenum.2. Dinding dalam merupakan bagian yang membentuk ruang pembakaran.

Dinding dalam dibuat dari bahan plat galvanil 1 mm. Pemilihan plat galvanil karena tidak retak atau meleleh pada suhu tinggi.3. Dinding luar selain merupakan penahan panas dari dinding dalam, juga untuk menopang beban seluruh sistem tungku. Dinding luar terbuat dari bahan yang sama dengan dinding dalam. Tinggi dinding luar adalah tinggi ruang pembakaran ditambah dengan tinggi plenum.4. Lubang udara dibuat pada sisi-sisi dinding dalam dan dinding luar. Luasnya disesuaikan dengan kebutuhan udara untuk pembakaran. Lubang udara diharapkan dapat membantu memfokuskan panas menuju lubang dapur. Lubang udara berbentuk lingkaran yang akan melubangi dinding dalam dan dinding luar tungku.5. Saluran udara pembakaran dibuat pada sisi bawah tungku, yaitu pada plenum dengan luas disesuaikan dengan kebutuhan udara yang diinginkan.6. Cerobong merupakan celah antara lubang dapur dengan alat masak.

Lebarnya disesuaikan dengan debit gas hasil pembakaran sehingga dapat meloloskan gas hasil pembakaran pada laju bahan bakar yang diinginkan tanpa menghambat proses pembakaran.7. Lubang dapur dibuat sama besar dengan diameter ruang pembakaran dan merupakan bagian yang meyalurkan panas dari ruang pembakaran menuju alat masak.8. Kisi-kisi dibuat untuk meyaring abu hasil pembakaran bahan bakar dan mengalirkan udara dari saluran udara pembakaran menuju ruang

pembakaran dan cerobong. Kisi-kisi ini dibuat dari bahan yang sama dengan dinding dalam dan menyatu dengan dinding dalam. Jadi dinding dalam dan kisi-kisi dapat diangkat atau dikeluarkan untuk memasukkan bahan bakar. Kisi-kisi dilubangi dan memiliki diameter 10 mm.9. Plenum terletak di bawah kisi-kisi, tingginya adalah 100 mm.

10. Tempat meletakkan alat masak dibuat dari plat galvanil 1 mm dan dibentuk untuk penopang alat masak.

Tungku briket arang sekam ini dibuat dengan mempertimbangkan tungku yang telah ada di pasaran, seperti tungku briket metal yang telah ada di pasaran dan anglo. Tungku-tungku tersebut menjadi pertimbangan dalam mendesain tungku briket yang akan dirancang. Tungku-tungku tersebut dianggap sudah dapat memenuhi kebutuhan masyarakat baik dari segi fungsi dan keamanan pemakaian, walaupun performanya belum tentu terbaik. Maka dari itu, perancangan tungku briket arang sekam ini diharapkan dapat memberikan nilai yang lebih baik dari segi efisiensi, keamanan, dan kenyamanan penggunaan dengan pemilihan bahan yang baik dan rancangan yang dapat memenuhi kebutuhan memasak rumah tangga dibanding tungku-tungku briket yang telah ada di pasaran. Gambar 4.2 danGambar