Gasifikasi biomassa

LAPORAN PENELITIAN

KINERJA KOMPOR GASIFIKASI PP-PLUSBERBAHAN BAKAR LIMBAH SAWIT

OLEH

SAUT MELKY JOEL0607113443

JURUSAN TEKNIK KIMIAFAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS RIAU

PEKANBARU2012

Abstract

Energy for cooking activity that used in household in Indonesia, still depend onLPG and kerosene. The problem of distribution and the unrenewable of fuel causethe need of alternative energy. The solid wastes of palm oil are potential fuel(frond, empty fruit bunch). With gasification stove, usage of solid wastes palm oilcan be more efficient and environmentally friendly. This research carried out toobserve the effect of the fuel type and size variation on PP-Plus stoveperformance using WBT analysis. Thermal efficiency of stove is 8.25-34.44%with maximal start up and operating time up to 3.45 minutes and 31.5 minutes.The usage of palm oil wastes on the stove produce 2.85-6.94 kWth firepower. Theflame temperature can rise to 7820C using palm oil frond. Result of this researchshows the effect of process variable on the peformance of gasification stove.

Key word: PP-Plus, Gasification Stove, Palm Oil Waste, Thermal Efficiency

iv

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena berkat

dan karunia-NYA akhirnya kami dapat menyelesaikan laporan penelitian dengan

judul “Kinerja Kompor Gasifikasi PP-Plus Berbahan Bakar Limbah Sawit”.

Penelitian ini merupakan mata kuliah yang harus kami tempuh untuk

menyelesaikan studi pada Program Sarjana Teknik Kimia Universitas Riau.

Ucapan terima kasih kami berikan kepada Bapak Zulfansyah ST., MT dan

Bapak M. Iwan Fermi ST., MT yang telah membimbing dan mengarahkan kami

dalam penulisan laporan penelitian ini. Selama menyusun laporan penelitian ini

kami banyak menerima masukan, terutama dari Bapak Hari Rionaldo, ST., MT,

baik yang berupa materi maupun moril. Selanjutnya terima kasih kepada kedua

orang tua kami dan semua pihak yang telah memberikan dukungan moril maupun

materil kepada kami.

Saran dan kritikan kami butuhkan agar laporan penelitian ini menjadi

semakin baik. Kami berharap informasi yang terdapat dalam laporan penelitian ini

bermanfaat baik bagi kami dan para pembaca.

Pekanbaru, Oktober 2012

Peneliti

v

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ......................................................................................... iLEMBAR PERSETUJUAN .............................................................................. iiKATA PENGANTAR ....................................................................................... iiiDAFTAR ISI ...................................................................................................... ivDAFTAR TABEL .............................................................................................. vDAFTAR GAMBAR ......................................................................................... vi

BAB I PENDAHULUAN.................................................................................. 11.1 Latar Belakang ..................................................................................... 11.2 Perumusan Masalah ............................................................................. 21.3 Tujuan Penelitian ................................................................................. 31.4 Manfaat Penelitian ............................................................................... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...................................................................... 42.1 Biomassa .............................................................................................. 42.2 Gasifikasi ............................................................................................. 52.3 Kompor Gasifikasi ............................................................................... 82.4 Faktor yang Mempengaruhi Kinerja Kompor Gasifikasi .................... 12

2.4.1 Dimensi Kompor Gasifikasi........................................................ 132.4.2 Jenis Biomassa ............................................................................ 142.4.3Laju Alir Udara ............................................................................ 152.4.4 Kondisi Biomassa ....................................................................... 15

BAB III METODE PENELITIAN .................................................................. 173.1 Bahan dan Alat..................................................................................... 17

3.1.1 Bahan .......................................................................................... 173.1.2 Alat.............................................................................................. 17

3.2 Variabel Penelitian............................................................................... 183.2.1 Variabel Tetap ........................................................................... 183.2.2 Variabel Berubah....................................................................... 19

3.3 Percobaan Evaluasi Kinerja Kompor Gasifikasi.................................. 193.3 Analisa Data Hasil Penelitian ............................................................. 20

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................... 224.1 Densitas Unggun Bahan Bakar ............................................................ 224.2 Kadar Air Bahan Bakar........................................................................ 234.3 Kinerja Kompor Gasifikasi .................................................................. 24

4.3.1 Waktu Start Up ........................................................................... 244.3.2 waktu Didih................................................................................. 274.3.3 Laju Konsumsi Bahan Bakar ...................................................... 294.3.4 Efisiensi Termal .......................................................................... 324.3.5 Waktu Operasi dan Nyala Api .................................................... 34

vi

BAB V KESIMPULAN .................................................................................... 385.1 Kesimpulan .......................................................................................... 38

DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 39LAMPIRAN A................................................................................................... 41LAMPIRAN B ................................................................................................... 43LAMPIRAN C................................................................................................... 47LAMPIRAN D................................................................................................... 49LAMPIRAN E ................................................................................................... 52LAMPIRAN F ................................................................................................... 58

vii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Jumlah Potensi Limbah Sawit Riau Tahun 2010 ............................... 4Tabel 2.2 Sifat Fisik dan Kimia Limbah Sawit .................................................. 5Tabel 4.1 Waktu Start Up dan Waktu Didih Kompor PP-Plus........................... 25

viii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Jenis-Jenis Reaktor Fixed Bed ....................................................... 8Gambar 2.2 Skema Kompor Gasifikasi PP-Plus ............................................... 10Gambar 2.3 Diagram Pegngaruh Jumlah Biomassa Terhadap Waktu Operasi . 13Gambar 2.4 Grafik Pengaruh Diameter Ruang Bakar Kompor Terhadap

Efisiensi.......................................................................................... 14Gambar 2.5 Grafik Pengaruh Kalor Bahan Bakar Terhadap Efisiensi Termal.. 15Gambar 2.6 Grafik Pengaruh Laju Alir Udara terhadap Laju Konsumsi Bahan

Bakar ..............................................................................................Gambar 2.7 Grafik Pengaruh Bulk Density Terhadap Waktu Start Up dan

Waktu Operasi ............................................................................... 16Gambar 3.1 Dimensi Kompor Gasifikasi .......................................................... 18Gambar 3.2 Diagram Alir Evaluasi Kinerja Kompor Gasifikasi ....................... 19Gambar 3.3 Rangkaian Alat Percobaan Kompor Gasifikasi ............................. 21Gambar 4.1 Pengaruh Variasi Ukuran Bahan Bakar terhadap Waktu Start up . 26Gambar 4.2 Waktu didih dari Beberapa Variasi Bahan Bakar .......................... 27Gambar 4.3 Laju Konsumsi Bahan Bakar pada Kompor PP-Plus..................... 29Gambar 4.4 Firepower Kompor PP-Plus........................................................... 30Gambar 4.5 Pengaruh Variasi Ukuran Bahan Bakar terhadap Laju Konsumsi

Bahan Bakar................................................................................... 31Gambar 4.7 Efisiensi Termal Kompor PP-Plus Pada Fase Low power ............ 34Gambar 4.8 Nyala Api Kompor Gasifikasi PP-Plus dengan Bahan Bakar........ 36

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang

Energi untuk kebutuhan memasak di sektor rumah tangga Indonesia masih

bergantung pada liquified petroleum gas (LPG) dan minyak tanah. Penggunaan

LPG dan minyak tanah lebih disukai karena lebih praktis. Namun, LPG dan

minyak tanah belum terdistribusi ke seluruh daerah khususnya di pedesaan dan

harga yang semakin meningkat. Selain itu, program konversi minyak tanah ke

LPG belum berhasil di beberapa daerah sehingga menyebabkan kelangkaan bahan

bakar. Kemudian LPG dan minyak tanah bersumber dari minyak bumi yang

ketersediaannya semakin menipis karena tidak dapat diperbarui. Sehingga

dibutuhkan bahan bakar alternatif untuk memenuhi kebutuhan memasak di sektor

rumah tangga.

Biomassa adalah sumber daya alam yang dapat diperbaharui dan

berpotensi sebagai bahan bakar alternatif. Salah satu sumber biomassa berasal dari

agroindustri seperti limbah sawit. Pada tahun 2009 potensi biomassa limbah sawit

di Riau diperkirakan sebesar 28,18 juta ton dan akan semakin bertambah seiring

meningkatnya luas perkebunan sawit [Hayashi, 2007; BPS, 2010; Mathius, 2003].

Selama ini, biomassa limbah sawit belum dimanfaatkan secara optimal. Biasanya

hanya dibiarkan menumpuk di lahan perkebunan atau terbatas dimanfaatkan untuk

kebutuhan bahan bakar pada pabrik crude palm oil (CPO).

Kompor gasifikasi merupakan teknologi pemanfaatan biomassa untuk

keperluan memasak. Pada kompor gasifikasi terjadi proses konversi termo-kimia

biomassa yang menghasilkan gas mudah terbakar berupa karbonmonoksida (CO),

hidrogen (H2) dan metana (CH4). Pembakaran gas mudah terbakar pada kompor

gasifikasi lebih ramah lingkungan dibandingkan dengan pembakaran pada kompor

tradisional karena hanya sedikit emisi CO yang dihasilkan [Belonio, 2005].

Keunggulan lain dari kompor gasifikasi adalah mampu menghasilkan efisiensi

termal hingga 35% sehingga penggunaan biomassa dapat lebih hemat [Panwar,

2

2009]. Oleh karena itu, kompor gasifikasi dapat dijadikan teknologi pemanfaatan

biomassa sebagai energi terbarukan yang efisien dan ramah lingkungan.

1.2 Perumusan Masalah

Beberapa faktor yang mempengaruhi kinerja kompor gasifikasi yaitu,

sistem pasokan udara dan jenis biomassa. Sistem pasokan udara kompor gasifikasi

dibedakan menjadi dua tipe, yaitu natural draft dan forced draft [Mukunda dkk.,

2010]. Kompor gasifikasi tipe forced draft menggunakan kipas untuk

meningkatkan laju alir udara gasifikasi sehingga membutuhkan daya untuk

mengoperasikannya, sedangkan natural draft tidak membutuhkan daya tambahan

untuk mengoperasikannya. Sementara itu, semakin besar jumlah energi dalam

biomassa menyebabkan semakin besar efisiensi termal yang dihasilkan oleh

kompor gasifikasi [Panwar, 2009].

Belonio [2005] melaporkan evaluasi kinerja kompor gasifikasi berbahan

bakar sekam padi dengan tipe forced draft. Efisiensi termal mencapai 12-13%

pada temperatur nyala api 465-6100C. Sedangkan evaluasi kinerja kompor

gasifikasi tipe natural draft, menghasilkan efisiensi termal mencapai 35.4% dan

temperatur nyala api lebih dari 7600C dengan bahan bakar briket serbuk kayu

[Panwar, 2009]. Kemudian evaluasi kinerja kompor PP-Plus, yang merupakan

salah satu tipe kompor natural draft, dengan menggunakan beberapa biomassa

seperti tongkol jagung, biji jarak, ilalang dan kayu menghasilkan efisiensi termal

mencapai 18.64% [Ariho dkk., 2011]. Keunggulan utama dari kompor PP-Plus

yaitu dapat beroperasi menggunakan berbagai jenis bahan bakar karena memiliki

disain yang spesifik yaitu adanya konsentrator yang berfungsi untuk

meningkatkan kecepatan nyala api. Umumnya disain kompor gasifikasi

disesuaikan untuk jenis bahan bakar yang berpotensi di daerah setempat. Sehingga

perlu dilakukan penelitian untuk mengetahui kinerja kompor gasifikasi

menggunakan berbagai jenis bahan bakar limbah sawit seperti pelepah sawit,

tandan sawit dan cangkang sawit.

3

1.3 Tujuan Penelitian

Adapun yang menjadi tujuan dari penelitian ini adalah:

1. Memanfaatkan limbah sawit sebagai bahan bakar sektor rumah tangga

dengan menggunakan kompor gasifikasi PP-Plus.

2. Mengetahui kinerja kompor gasifikasi PP-Plus dengan menggunakan

bahan bakar limbah sawit.

1.4 Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan memberikan kajian penggunaan biomassa limbah

sawit yang selama ini belum banyak dimanfaatkan masyarakat untuk memasak.

Selain itu, dengan pemanfaatan biomassa limbah sawit, dapat membantu

mengurangi ketergantungan masyarakat terhadap bahan bakar fosil.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Biomassa

Biomassa adalah bahan organik yang berasal dari tumbuhan dan hewan

yang tersusun dari atom karbon (C), hidrogen (H) dan oksigen (O). Biomassa juga

mencakup gas dan cairan dari material non-fosil dan degradasi bahan organik.

Pada dasarnya biomassa terbentuk dari interaksi karbon dioksida (CO2), udara, air,

tanah dan sinar matahari [Basu, 2010]. Biomassa merupakan sumber energi ramah

lingkungan yang sumber karbonnya berasal dari CO2 di udara. Pembakaran

biomassa menghasilkan CO2 yang sama jumlahnya dengan yang terserap oleh

proses fotosintesis [Reed dan Das, 1988].

Tumbuhan merupakan sumber biomassa yang banyak digunakan sebagai

sumber energi. Sumber biomassa yang berpotensi digunakan sebagai bahan bakar

berasal dari limbah perkebunan dan pertanian. Di provinsi Riau sebagian besar

biomassa berasal dari limbah sawit yang dihasilkan perkebunan sawit dan limbah

industri CPO. Limbah yang dihasilkan dari perkebunan sawit adalah pelepah

sawit, sedangkan limbah dari industri CPO adalah cangkang sawit, tandan kosong

dan serat sawit. Potensi limbah sawit di Riau pada tahun 2010 dapat dilihat pada

Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Jumlah Potensi Limbah Sawit Riau Tahun 2010

Biomassa Jumlah (juta ton)Pelepah Sawit 17.76Cangkang sawit 1.80Serat 3.12TKS 5.50

Hayashi, [2007]; BPS, [2010]; Mathius, [2003] (data olahan)

Setiap jenis biomassa memiliki karakteristik yang berbeda satu dengan

lainnya. Karakterisitik biomassa dapat dilihat dari sifat fisik dan kimia setiap

5

biomassa. Proximate analysis dan ultimate analysis dilakukan untuk mengetahui

sifat fisik dan kimia biomassa. Proximate analysis digunakan untuk mengetahui

jumlah zat volatil, fix carbon dan abu sedangkan ultimate analysis digunakan

untuk mengetahui jumlah unsur penyusun biomassa seperti C, H, O, N, dan

mineral lain. Sifat fisik dan kimia biomassa ditampilkan pada Tabel 2.2.

Tabel 2.2 Sifat Fisik dan Kimia Limbah Sawit

Parameter Pelepah (%) Cangkang (%) TKS (%)Proximate AnalysisZat Volatil 53 73.74 79.67Fixed Carbon 41 18.37 8.65Abu 6 2.21 3.02Ultimate AnalysisC 42.5 53.78 48.79H 5.48 7.2 7.33O 36.3 40.18N 2.18S 0.11 0.51 0.68

Caloric Value (MJ/kg) 16.64 20.09 18.80Atnaw dkk. [2011]

2.2 Gasifikasi

Gasifikasi telah berkembang sejak tahun 1800-an, tetapi penggunaannya

secara komersial tidak banyak jika dibandingkan bahan bakar lain. [Anderson dan

Reed, 2009]. Gas yang dihasilkan dari gasifikasi digunakan untuk pemanasan dan

pembangkit energi dengan bahan bakar batubara dan gambut [Rajvanshi, 1986].

Gasifikasi semakin berkembang khususnya di Eropa selama Perang Dunia II,

ketika ketersediaan bahan bakar fosil sangat langka. Pada saat Perang Dunia II

teknologi gasifikasi digunakan untuk mengoperasikan kendaraan pengangkut dan

truk yang diproduksi sebanyak lebih dari 1 juta unit. Penelitian dan

pengembangan proses gasifikasi menjadi berkurang setelah ketersediaan bahan

bakar fosil menjadi normal dan harganya rendah [Mukunda dkk., 2010].

Gasifikasi biomassa merupakan reaksi konversi termal yang mengubah

bahan bakar padat menjadi gas yang mudah terbakar. Gas yang mudah terbakar

6

dari gasifikasi disebut juga gas producer yang terdiri dari gas CO, H2, CH4

[Rajvanshi, 1986]. Proses gasifikasi terdiri dari beberapa tahapan yang memiliki

kondisi termal berbeda. Tahapan-tahapan ini kemudian menghasilkan gas yang

mudah terbakar. Berikut ini tahapan-tahapan gasifikasi.

1. Pengeringan

Proses pengeringan adalah proses pelepasan air yang terdapat dalam

biomassa. Pada suhu 2000C, air sudah terlepas dari biomassa [Rajvanshi, 1986].

Pengeringan biomassa terjadi pada gasifier karena adanya perpindahan panas dari

tahapan yang memiliki reaksi eksotermis. Air yang direduksi keluar sebagai uap

[Kythavone, 2009]

2. Pirolisis

Pirolisis merupakan penguraian biomassa atau bahan organik melalui

proses pemanasan. Reaksi pirolisis belum dapat diketahui secara detil, namun

diperkirakan bahwa molekul-molekul besar yang terdapat dalam biomassa

(selulosa, hemiselulosa dan lignin) terkonversi menjadi molekul lebih kecil.

Biomassa yang dipanaskan hingga 3500C membentuk arang, gas dan tar

[Kythavone, 2009].

3. Pembakaran

Reaksi pembakaran disebut juga reaksi oksidasi. Reaksi ini sangat

eksotermis yang ditandai dengan suhu yang tinggi. Suhu pada zona pembakaran

mencapai 1200-15000C [Kythavone, 2009].

4. Reduksi

Reaksi yang paling penting adalah pada zona reduksi pada gasifier. Pada

zona reduksi terjadi reaksi pembentukan syngas (H2, CO dan CH4). Kemudian gas

yang dihasilkan direaksikan dengan udara untuk menghasilkan nyala api. Reaksi

pada zona reduksi merupakan reaksi endotermis atau merupakan reaksi yang

membutuhkan panas.

Selama proses gasifikasi berlangsung, terjadi beberapa reaksi kimia yang

mengubah bahan bakar padat menjadi bahan bakar gas. Reaksi yang terjadi tidak

7

hanya eksotermis, namun terjadi juga beberapa reaksi endortermis. Gas yang

dihasilkan akan menghasilkan energi yang besar apabila dibakar. Reaksi-reaksi

yang terjadi sebagai berikut [Higman, 2008]:

C + O2 CO2 ΔH0298 = -283 MJ/kg mol…...(2.1)

C + 1/2O2 CO ΔH0298 = -111 MJ/kg mol…...(2.2)

C + 2H2 CH4 ΔH0298 = -75 MJ/kg mol….....(2.3)

CO + H2O CO2 + H2 ΔH0298 = -41 MJ/kg mol …....(2.4)

CO + 3H2 CH4 + H2O ΔH0298 = -206 MJ/kg mol …..(2.5)

C + H2O CO + H2 ΔH0298 = +131 MJ/kg mol…..(2.6)

C + H2O CO + H2 ΔH0298 = +131 MJ/kg mol…..(2.6)

C + CO2 2CO ΔH0298 = +172 MJ/kg mol…..(2.7)

Berdasarkan tipe unggun bahan bakar, reaktor gasifikasi dibedakan

menjadi dua tipe yaitu fixed bed dan fluidized bed. Pada reaktor fixed bed, unggun

bahan bakar tidak bergerak dengan adanya udara yang dialirkan ke dalam reaktor.

Sedangkan pada reaktor fluidized bed, unggun biomassa bergerak karena adanya

aliran yang masuk ke dalam reaktor.

Ada beberapa jenis reaktor fixed bed yang dibedakan berdasarkan arah

aliran udara dan biomassa yaitu reaktor updraft, downdraft dan crossdraft. Pada

reaktor updraft, udara masuk dari bagian bawah dan produk gas keluar dari bagian

atas. Pada reaktor downdraft, aliran udara ke bawah sedangkan reaktor crossdraft,

udara masuk dan keluar mengalir horizontal. Skema reaktor gasifikasi fixed bed

dapat dilihat pada Gambar 2.1.

8

Gambar 2.1 Jenis-Jenis Reaktor Fixed Bed [Basu, 2010]

Reaktor updraft dapat digunakan untuk biomassa dengan kelembaban dan

kadar abu yang tinggi. Gas yang dihasilkan juga berkadar tar yang rendah. Namun

reaktor ini tidak cocok digunakan untuk biomassa dengan kadar volatil tinggi dan

cocok banyak digunakan menjadi kompor karena dapat dibuat dalam ukuran

kecil. Reaktor downdraft menghasilkan tar paling rendah dari semua tipe reaktor

karena udara masuk dan gas keluar melewati daerah yang bersuhu tinggi. Reaktor

jenis ini tidak cocok digunakan untuk bahan bakar dengan kadar abu yang tinggi.

Sedangkan, reaktor crossdraft biasa digunakan dengan biomassa berkadar abu

rendah. Udara dimasukkan dengan kecepatan tinggi untuk menghasilkan

temperatur tinggi [Basu, 2010].

2.3 Kompor Gasifikasi

Awalnya teknologi gasifikasi digunakan untuk transportasi dengan tipe

gasifier top-lit downdraft (TLDD) khususnya selama perang dunia II, tetapi tidak

untuk kompor masak [Anderson dan Reed, 2009]. Besarnya ukuran gasifier

TLDD menyebabkan penggunaannya tidak cocok untuk rumah tangga. Oleh

sebab itu dikembangkan kompor gasifikasi yang dipakai untuk memasak pada

rumah tangga. Kompor gasifikasi yang berkembang adalah kompor tipe top-lit

updraft (TLUD) yang merupakan hasil karya dari Dr. T.B. Reed. Selama sepuluh

tahun mulai tahun 1985, Reed mengembangkan kompor gasifikasi TLUD dengan

Up Draft Down Draft Cross Draft

9

tipe natural draft. Pada tahun 1998 barulah Reed mengembangkan kompor

gasifikasi dengan tipe natural draft dengan bantuan kipas [Anderson & Reed,

2009]. Kata “updraft” pada nama kompor menunjukkan udara primer yang

mengalir ke atas, sedangkan “top lit” menunjukkan penyalaan kompor dari

tumpukan biomassa bagian paling atas [Andreatta, 2007]. Tipe kompor awalnya

dikembangkan dengan nama Inverted Downdraft Gasifier (IDD), namun

kemudian seiring perkembangan berikutnya oleh beberapa peneliti seperti Paal

Wendelbo, Paul Anderson dan Andreatta maka kompor IDD lebih dikenal dengan

nama kompor gasifikasi TLUD.

Kompor gasifikasi TLUD telah dikembangkan dalam beberapa bentuk,

beberapa diantaranya menggunakan pasokan udara forced draft dan pasokan udara

natural draft [Andreatta, 2007]. Forced draft menggunakan fan atau blower yang

bertujuan untuk meningkatkan laju alir udara. Untuk natural draft, udara mengalir

dari lingkungan ke dalam kompor karena adanya perbedaan tekanan yang

disebabkan perbedaan suhu pada gasifier dengan lingkungan. Disain kompor

harus memiliki karakteristik yang sesuai agar dapat dimanfaatkan untuk

kebutuhan memasak di sektor rumah tangga [Andreatta, 2007]. Pertimbangan

pemilihan kompor tersebut yaitu:

1. Polusi yang dihasilkan sangat rendah. Ketika beroperasi, kompor tidak

menghasilkan asap dan bau serta emisi karbon monoksida dan emisi

partikel rendah.

2. Nyala api konstan tanpa ada bantuan atau intervensi oleh pengguna. Ketika

beroperasi, kompor dapat beroperasi lebih dari satu jam, tanpa ada nyala

yang terlalu besar.

3. Gas hasil gasifikasi menghasilkan nyala api dengan temperatur tinggi.

4. Tingginya energi yang bisa dimanfaatkan dan mampu dikendalikan. Nyala

api dapat dikendalikan dengan menutup katup udara masuk.

5. Kompor memiliki disain yang sederhana

6. Bertipe natural draft.

10

Kompor gasifikasi Peko-Pe Plus (PP-Plus) merupakan kompor jenis

TLUD natural draft, kolaborasi dari pengembangan oleh Paal Wendelbo dan Paul

Anderson. Nama PP-Plus menandakan Paal + Paul atau Peko-Pe Plus. Kompor

Peko-Pe awalnya dikembangkan di Uganda oleh Wendelbo bertipe natural draft.

Kemudian dikolaborasikan dengan Juntos Stove dengan tipe forced draft yang

dikembangkan Anderson sehingga menjadi kompor PP-Plus seperti terlihat pada

Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Skema Kompor gasifikasi PP-Plus [Anderson dan Wendelbo, 2011]

Kompor natural draft bergantung pada kemampuan udara sekunder yang

dipanaskan untuk bergerak ke atas, reaksi udara dengan gas hasil gasifikasi

menyebabkan konsentrasi udara di dalam kompor berkurang sehingga udara baru

masuk ke zona pembakaran dan membuat proses gasifikasi kontinu. Perpindahan

udara secara vertikal dalam satuan volume dan kecepatan dapat mempengaruhi

kinerja kompor gasifikasi.

Kompor gasifikasi PP-Plus terdiri dari beberapa bagian dengan masing-

masing kegunaannya. Berikut ini adalah bagian-bagian dari kompor gasifikasi PP-

Plus.

11

1. Ruang bahan bakar

Bagian yang paling penting pada kompor TLUD PP-Plus adalah setengah

bagian paling bawah yang disebut ruang bahan bakar. Ruang bahan bakar juga

disebut silinder dalam. Temperatur operasi pada kompor gasifikasi PP-Plus yang

tinggi mengharuskan dindingnya terbuat dari bahan tahan panas tinggi seperti

steel. Bagian bawah ruang bahan bakar dari gasifier terdapat saluran udara masuk

primer. Sedangkan pada bagian horizontal paling bawah dari ruang bakar

berfungsi sebagai penahan logam yang memiliki celah-celah penahan bahan

bakar. Celah-celah (grate) juga berfungsi sebagai lubang yang mengalirkan udara

primer.

2. Lubang udara primer.

Saluran udara terbuat dari lembaran steel. Saluran udara berbentuk silinder

dengan diameter 50 mm, namun bisa juga dibuat segi empat dengan luas

permukaan yang sama dengan saluran berbentuk silinder. Posisi dari saluran udara

dibuat berada di tengah dari lubang udara dari silinder luar.

3. Grate bahan bakar

Ukuran grate tergantung ukuran bahan bakar yang akan digunakan pada

kompor. Ukuran grate yang besar tidak cocok untuk bahan bakar dengan ukuran

kecil karena bahan bakar akan jatuh melewati grate dan menutupi saluran udara

primer. Apabila digunakan bahan bakar dengan ukuran yang besar, maka

mempercepat pirolisis terjadi.

4. Silinder luar.

Diameter silinder luar berukuran lebih besar sekitar 1-1.5 inci dari ruang

bakar silinder dalam. Celah antara ruang bakar dengan silinder luar inilah yang

menjadi saluran udara sekunder berbentuk annular ring. Beberapa kegunaan

silinder luar adalah sebagai berikut:

a. Sebagai saluran pemanasan awal udara sekunder yang naik melewati ruang

antara silinder dalam dan luar. Hal ini juga membantu mengurangi

tingginya panas pada ruang bakar.

12

b. Sebagai penopang konsentrator.

c. Sebagai penopang ruang bakar sehingga bagian bawah menjadi lebih

tinggi sekitar 10-15 mm dari silinder luar.

d. Untuk membatasi perpindahan panas secara langsung dari ruang bakar ke

lingkungan.

5. Gagang.

Gagang atau tangkai adalah aksesori kompor yang memudahkan

penggunaan kompor namun, tidak berpengaruh kepada proses gasifikasi dan

pembakaran. Tujuan utama dari penggunaan tangkai untuk membantu

memindahkan kompor pada saat masih dalam keadaan panas.

6. Spacers.

Agar jarak antara ruang bakar dengan silinder luar sama besar, maka

digunakan spacers yang juga untuk menempelkan ruang bakar dengan silinder

luar.

7. Penutup konsentrator.

Konsentrator dibuat sederhana untuk membentuk lubang berdiameter

sekitar 3 inci pada bagian tengah atas kompor. Konsentrator terbuat dari lembaran

logam dan harus tepat menyelimuti sedikit dinding bagian atas silinder luar.

Diameter konsentrator sedikit lebih besar dari silinder luar sehingga lebih mudah

pelepasan dan pemasangannya.

8. Riser

Riser sangat dibutuhkan untuk lebih menyempurnakan kompor natural

draft. Bentuknya seperti cerobong asap yang menjadi saluran naiknya nyala api.

Riser menempel pada konsentrator dengan ukuran sedikit lebih besar dari

konsentrator yaitu sekitar 4.5-5 inci. Sedangkan tinggi dari riser sekitar 4-5 inci.

2.4. Faktor yang Mempengaruhi Kinerja Kompor Gasifikasi.

Kompor gasifikasi telah berkembang dan dirancang dengan disain dan

spesifikasi tertentu. Kinerja kompor ditentukan oleh beberapa faktor. Informasi

13

tentang faktor yang berpengaruh pada kompor gasifikasi dapat dijadikan

pertimbangan dalam perancangan kompor. Berikut ini beberapa faktor yang

mempengaruhi kinerja kompor gasifikasi.

2.4.1 Dimensi Kompor Gasifikasi

Dimensi kompor mencakup diameter dan tinggi ruang bakar kompor

gasifikasi. Tinggi ruang bakar berpengaruh kepada waktu operasi, sedangkan

diameter berpengaruh terhadap jumlah panas yang dihasilkan per satuan waktu

[Belonio, 2005]. Semakin tinggi dimensi kompor maka semakin banyak biomassa

yang bisa dimuat ke dalam kompor sehingga semakin lama waktu operasi

kompor. Pengaruh jumlah bahan bakar terhadap waktu operasi kompor dapat

dilihat pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Diagram Pengaruh Jumlah Biomassa Terhadap Waktu Operasi[Andreatta, 2007]

Pengaruh variasi diameter ruang bakar kompor dilaporkan oleh Mukunda

dkk. [2010]. Semakin besar diameter ruang bakar kompor maka semakin besar

panas yang dihasilkan per satuan waktu dan efisiensi kompor menjadi semakin

besar seperti terlihat pada Gambar 2.4. Kompor yang digunakan adalah kompor

Oorja dan kompor Swosthee. Variasi diameter yang digunakan adalah 220 mm,

260 mm dan 320 mm dengan efisiensi yang meningkat dari 40% hingga 55%.

13



















13



















14

Gambar 2.4 Grafik Pengaruh Diameter Ruang Bakar Kompor Terhadap EfisiensiAndreatta [2007]

2.4.2 Jenis Biomassa

Setiap jenis biomassa memiliki jumlah energi yang berbeda-beda.

Besarnya energi pada biomassa dapat terlihat dari proximate dan ultimate

analysis. Jumlah energi pada biomassa yang digunakan sebagai bahan bakar

berpengaruh terhadap efisiensi kompor dan jumlah energi yang dihasilkan

kompor. Pengaruh jumlah energi yang terdapat pada biomassa terhadap efisiensi

kompor terlihat pada Gambar 2.5. Semakin besar jumlah energi pada biomassa

maka efisiensi kompor cenderung semakin meningkat.

Gambar 2.5 Grafik Pengaruh Nilai Kalor Bahan Bakar Terhadap Efisiensi[Panwar, 2009]

15

2.4.3 Laju Alir Udara.

Kebutuhan udara pada kompor gasifikasi dibagi menjadi udara primer dan

sekunder. Besarnya laju alir udara primer berpengaruh kepada besarnya laju

konsumsi bahan bakar serta jumlah energi yang dihasilkan tiap waktunya. pada

kompor gasifikasi. Semakin besar laju alir udara primer menyebabkan besarnya

jumlah energi yang dihasilkan dan besarnya laju konsumsi bahan bakar

[Andreatta, 2007]. Pengaruh laju alir udara primer terhadap laju konsumsi bahan

bakar terlihat pada Gambar 2.6.

Gambar 2.6 Grafik Pengaruh Laju Alir Udara terhadap Laju Konsumsi BahanBakar [Andreatta, 2007]

2.4.4 Kondisi Biomassa.

Setiap biomassa memiliki ukuran dan bentuk berbeda-beda yang

berpengaruh kepada densitas unggun. Semakin kecil ukuran biomassa maka

densitas unggun biomassa menjadi besar. Pada kompor gasifikasi, variasi densitas

unggun akan berpengaruh kepada waktu operasi dan waktu start up kompor

gasifikasi. Pada Gambar 2.7 (a) dan (b) menunjukkan semakin besar densitas

unggun maka waktu start up dan waktu operasi cenderung semakin lama.

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,28 0,47 0,7 0,94Laj

u K

onsu

msi

Bah

an B

akar

(gra

m/d

etik

)

Laju Alir Udara Primer (gram/detik)

16

020406080100120140160

40 95 160 260 390 555

Wak

tu O

pera

si (

men

it)

Variasi Bulk Density (kg/m3)

0

5

10

15

20

25

40 95 160 260 390 555

Wak

tuSt

art U

p(m

enit

)

Variasi Bulk Density (kg/m3)

(a) (b)

Gambar 2.7 Grafik Pengaruh Densitas unggun terhadap (a) Waktu Start up dan(b) Waktu Operasi Kompor [Ariho dkk., 2011]

17

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1. Bahan dan Alat

3.1.1 Bahan

Bahan bakar yang digunakan pada penelitian kompor gasifikasi PP-Plus

adalah tandan kosong, cangkang dan potongan pelepah sawit. Bahan bakar

dijemur dengan panas matahari terlebih dahulu untuk mengurangi kadar air.

Proses penjemuran dilakukan sampai menjadi kering. Sejumlah sampel bahan

bakar diambil untuk menganalisa kadar air yang masih tersisa pada bahan bakar

dengan bantuan oven. Ukuran sampel bahan bakar diperkecil agar mempercepat

proses analisa kadar air.

3.1.2 Alat

Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah kompor gasifikasi PP-Plus

yang terdiri dari silinder luar, silinder dalam dan konsentrator. Dimensi kompor

mengikuti rancangan yang didisain Anderson dan Wendelbo [2009] seperti

terlihat pada Gambar 3.1. Silinder luar berdiameter 20 cm, dan tinggi 30 cm

sedangkan silinder dalam berdiameter 15 cm dengan tinggi 25 cm. Diameter

konsentrator ± 20 cm dan di tengah konsentrator dipasang riser dengan tinggi 10

cm dan diameter 12 cm. Pada silinder luar dibuat celah dengan ukuran 10 cm × 8

cm sebagai lubang udara pipa udara primer. Panjang pipa udara primer 10 cm

dengan diameter 5 cm. Selengkapnya gambar kompor gasifikasi PP-Plus juga

dapat dilihat pada Lampiran A. Alat-alat pendukung lainnya yang digunakan

untuk mengevaluasi kinerja kompor gasifikasi PP-Plus dapat dilihat pada

Lampiran A.

18

Gambar 3.1 Dimensi Kompor Gasifikasi PP-Plus

3.2. Variabel Penelitian

3.2.1 Variabel Tetap

Variabel tetap pada penelitian ini adalah dimensi kompor gasifikasi dan

kadar air pada masing-masing biomassa. Kadar air biomassa yang digunakan

adalah kadar air setelah proses penjemuran dengan kisaran 6-9%.

3.2.1 Variabel Berubah

Variasi variabel penelitian yang digunakan adalah jenis dan ukuran bahan

bakar. Jenis bahan bakar yang digunakan yaitu tandan kosong, cangkang dan

pelepah sawit. Sedangkan ukuran bahan bakar pada penelitian ini divariasikan

menjadi 3, namun untuk cangkang sawit hanya divariasikan menjadi 2 ukuran.

Tandan kosong sawit divariasikan berdasarkan potongan spiklet menjadi ±2 cm, 4

19

cm dan 6 cm. Pelepah sawit divariasikan menjadi ± 2 cm, 4 cm dan 6 cm dengan

tebal potongan ±1-1.5 cm. Cangkang sawit divariasikan dengan ukuran <0.5 cm

dan 0.5-1 cm. Variasi ukuran bahan bakar terlihat pada Lampiran F. Semua variasi

bahan bakar dengan masing-masing ukuran tersusun secara acak kedalam kompor

gasifikasi.

3.3. Percobaan Evaluasi Kinerja Kompor Gasifikasi.

Percobaan evaluasi gasifikasi yang dilakukan meliputi beberapa tahapan

dimulai dari penyalaan kompor, proses gasifikasi pada kompor dan shut down

seperti yang terlihat pada Gambar 3.2.

Gambar 3.2 Diagram Alir Kinerja Kompor Gasifikasi

Percobaan gasifikasi dimulai dengan menyalakan kompor pada bagian

atas. Bahan bakar dimasukkan ke dalam silinder dalam dan kemudian dinyalakan.

Penyalaan kompor membutuhkan material starter yang mudah menyala. Kertas

tidak disarankan untuk digunakan sebagai material starter karena kertas terbakar

sangat cepat, oleh sebab itu cairan yang mudah menyala seperti kerosene

digunakan sebagai material starter. Selama proses penyalaan berlangsung,

penambahan kerosene tidak perlu karena mengakibatkan gasifikasi berlangsung

singkat. Penyalaan dilakukan pada seluruh areal permukaan bahan bakar tanpa

memasang konsentrator. Setelah seluruh permukaan terbakar dan gasifikasi sudah

20

mulai terjadi yang ditandai dengan nyala api yang konstan, maka konsentrator

dipasang pada bagian atas kompor [Anderson, 2009]. Seluruh rangkaian

percobaan untuk mengevaluasi kinerja kompor gasifikasi dilakukan mengikuti

prosedur WBT oleh Bailis [2007]. Rangkaian alat percobaan dapat dilihat pada

Gambar 3.3 Selengkapnya seluruh tahapan percobaan dapat dilihat pada Lampiran

A. Selain itu juga dilakukan pencatatan suhu nyala api dan waktu operasi kompor.

21

Gambar 3.3 Rangkaian Alat Percobaan Kompor Gasifikasi.

3.4. Analisa Data Hasil Penelitian.

Kinerja kompor gasifikasi ditentukan oleh beberapa parameter sebagai

acuan evaluasi. Beberapa parameter evaluasi kinerja kompor gasifikasi adalah

waktu start up, boiling time, efisiensi termal, laju konsumsi bahan bakar, waktu

operasi dan profil nyala api.

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Densitas unggun Bahan Bakar

Ukuran maksimal cangkang sawit umumnya hanya ± 1 cm dengan

densitas unggun mencapai 0.39-0.5 gram/cm3. Pada penelitian ini variasi 3 ukuran

tidak dilakukan karena pada dasarnya bahan bakar cangkang sawit sangat sulit

untuk dinyalakan. Oleh sebab itu variasi ukuran cangkang hanya untuk ukuran

<0.5 cm dan 0.5-1 cm. Cangkang dengan ukuran <0.5 cm menghasilkan densitas

unggun sekitar 0.4 gram/cm3, namum dengan ukuran ini kompor PP-Plus tidak

dapat dioperasikan. Kecilnya porositas pada unggun cangkang ukuran <0.5 cm

sangat menyulitkan udara primer melewati unggun sehingga gasifikasi tidak

terjadi. Selain itu tinggi unggun cangkang pada kompor tidak bisa diisi penuh

karena tinggi unggun semakin memperbesar resistansi terhadap aliran udara

primer.

Kompor PP-Plus dengan cangkang sawit berukuran 0.5-1 cm hanya bisa

dioperasikan pada tinggi unggun maksimal 13 cm dengan densitas unggun 0.39

gram/cm3. Waktu start up yang diperlukan adalah 3-5 menit. Namun, dengan

tinggi unggun 13 cm kompor menghasilkan nyala api yang cenderung kecil dan

tidak mampu mendidihkan 2.5 liter air. Besarnya resistansi oleh unggun terhadap

aliran udara primer mengakibatkan jumlah gas yang dihasilkan juga sedikit

sehingga nyala api pun menjadi kecil. Waktu operasi dengan tinggi unggun 13 cm

adalah 40-56 menit, namun tidak semua cangkang yang tergasifikasi. Proses

gasifikasi mengubah bahan bakar padat menjadi gas dan menyisakan arang

dengan ukuran yang semakin kecil dari ukuran bahan bakar semula. Tumpukan

arang hasil gasifikasi menjadikan unggun semakin rapat sehingga gas-gas pirolisis

dari bahan bakar paling bawah semakin sulit untuk melewati tumpukan arang.

Sulitnya gas-gas pirolisis melewati tumpukan arang mengakibatkan nyala api

yang dihasilkan menjadi kecil atau dengan sendirinya nyala menjadi padam.

23

Pada penelitian ini tinggi unggun untuk cangkang sawit berukuran 0.5-1

cm adalah 11 cm dengan densitas unggun 0.39 gram/cm3. Sedangkan untuk

cangkang dengan ukuran <0.5 cm tidak dilakukan analisa WBT karena cangkang

sangat sulit dinyalakan dengan ukuran kecil walaupun tinggi unggunnya rendah.

Dengan densitas unggun 0.5 gram/cm3, cangkang dengan ukuran <0.5 cm hanya

bisa menyala dengan tinggi unggun 6 cm. Sedangkan pada penelitian Ariho dkk

[2011] kompor PP-Plus mampu beroperasi dengan densitas unggun bahan bakar

lebih dari 0.5 gram/cm3. Namun pada penelitian Ariho dkk [2011] tidak

dilaporkan proses start up kompor.

Pelepah sawit dan TKS dioperasikan pada kompor PP-Plus dengan tinggi

unggun 19 cm atau 2 cm lebih rendah dari tinggi ruang bakar. Variasi pelepah

sawit dengan ukuran potongan 2 cm, 4 cm dan 6 cm menghasilkan densitas

unggun masing-masing 0.280 gr/cm3, 0.250 gr/cm3 dan 0.225 gr/cm3. Sedangkan

variasi TKS berukuran 2 cm, 4 cm dan 6 cm memiliki densitas unggun 0.98

gr/cm3, 0.88 gr/cm3 dan 0.78 gr/cm3.

4.2. Kadar Air Bahan Bakar

Kadar air biomassa yang digunakan pada penelitian sebesar 6 – 9%. Kadar

air pada rata-rata pada pelepah sawit adalah 6.6% sedangkan pada TKS 9.1% dan

cangkang sawit sebesar 6.8%. Pengujian kadar air bahan bakar dilakukan 3 kali

untuk tiap jenis bahan bakar dengan tujuan data yang didapat lebih akurat.

Pengujian kadar air bahan bakar dilakukan dengan menggunakan oven pada suhu

100-110 0C dengan sampel ± 90-100 gram. Langkah-langkah dan hasil analisa

kadar air bahan bakar selengkapnya terdapat pada lampiran C. Sedangkan kadar

air bahan bakar dihitung dengan menggunakan persamaan berikut

%100%

BeratAkhir

BeratAkhirBeratAwalKadarAir

Perbedaan bentuk dan tekstur fisik bahan bakar juga menyebabkan

perbedaan kadar air masing-masing biomassa. Cangkang sawit berbentuk kecil

padat dengan porositas yang kecil sehingga memiliki kadar air yang kecil

………………………...(4.1)

24

dibandingkan dengan pelepah dan TKS. Kadar air pada TKS cenderung lebih

besar dibandingkan cangkang dan pelepah karena tersusun serat-serat pada spiklet

dengan porositas yang besar.

4.3. Kinerja Kompor Gasifikasi

4.3.1 Waktu Start up

Start up kompor gasifikasi PP-Plus dilakukan dengan minyak tanah ±5-7

ml sebagai material utama pemicu gasifikasi. Start up kompor umumnya masih

menghasilkan sedikit asap namun apabila nyala gas dari kompor mulai konstan,

maka hasil pembakaran kompor tidak menimbulkan asap. Bahan bakar yang

sudah tergasifikasi ditandai dengan adanya tumpukan bara yang kemudian

menimbulkan banyak asap. Pada saat semua bahan bakar sudah terkonversi

menjadi arang maka dilakukan proses shut down. Rata-rata waktu start up kompor

PP-Plus dengan bahan bakar limbah sawit yaitu 2.23 menit.

Waktu start up rata-rata TKS adalah 1.07 menit, pelepah 3.21 menit dan

cangkang 2.75 menit. Waktu start up kompor PP-Plus cenderung meningkat

dengan bahan bakar yang memiliki densitas unggun yang juga semakin besar

[Ariho dkk., 2011]. Namun, waktu start up kompor dengan pelepah cenderung

lebih lama dibandingkan dengan bahan bakar lainnya, padahal bahan bakar

dengan densitas unggun terbesar adalah cangkang sawit. Start up kompor PP-Plus

dengan cangkang sawit cenderung sulit digunakan pada penelitian ini sehingga

tinggi unggun cangkang yang dipakai dikurangi 8 cm menjadi 11 cm. Penggunaan

cangkang dengan tinggi unggun yang sama dengan bahan bakar lainnya

membutuhkan waktu start up 15 hingga 20 menit. Namun, nyala gas yang

dihasilkan tidak konstan dan tidak berlangsung lama. Selain itu start up juga harus

dibantu dengan sedikit pengadukan bahan bakar pada bagian atas. Tabel 4.1

menampilkan perbandingan waktu start up kompor PP-Plus dengan beberapa

bahan bakar.

25

Tabel 4.1 Waktu Start up dan Waktu didih kompor PP-Plus

Peneliti

Spesifikasi

Bahan BakarDensitasUnggun(gr/cm3)

Waktu Startup

(menit)

Waktu didih(menit)

Ariho, dkk[2010]

Briket 0.56 22.5 23

Ariho, dkk[2010]

Wood 0.27 2.2 10

Ariho, dkk[2010]

Tongkol Jagung 0.175 2.5 17

Penelitianini

Pelepah Sawit 0.25 3.2 14.6

Penelitianini

TKS 0.1 1 9.3

Penelitianini

Cangkang Sawit 0.39 2.75 17.9

Waktu start up pada penelitian ini dan Ariho, dkk [2010] cenderung

meningkat dengan densitas unggun yang semakin besar. Namun, jenis bahan

bakar juga ikut mempengaruhi waktu start up. Penelitian Ariho, dkk [2010]

menggunakan tongkol jagung dengan densitas unggun 0.175 gr/cm3

menghasilkan waktu start up 2.5 menit, sedangkan wood dengan densitas unggun

0.27 gr/cm3 menghasilkan waktu start up 2.2 menit. Sementara itu variasi ukuran

masing-masing bahan bakar pada penelitian ini juga tidak menghasilan perbedaan

waktu start up yang besar seperti yang terlihat pada Gambar 4.1. Waktu start up

untuk variasi ukuran TKS adalah 1 hingga 1.15 menit, sedangkan pelepah sawit

2.98 hingga 3.45 menit. Bahan bakar cangkang membutuhkan waktu 2.75 menit

untuk proses start up.

26

Gambar 4.1 Pengaruh Variasi Ukuran Bahan Bakar terhadap Waktu Start up

Variasi ukuran terhadap waktu start up hanya terlihat pada pelepah dan

TKS. Waktu start up pada TKS semakin bertambah dengan densitas unggun yang

semakin kecil, sedangkan dengan pelepah waktu start up semakin berkurang pada

densitas unggun yang semakin kecil. Pada penggunaan TKS dengan ukuran

potongan 6 cm sebagian besar bahan bakar terbakar secara langsung karena

densitas unggun yang kecil menyebabkan pembakaran mendekati sempurna.

Sehingga untuk mendapatkan bahan bakar mengalami gasifikasi semakin lama

meskipun nyala api yang dihasilkan cukup besar.

Waktu start up tidak hanya dipengaruhi oleh densitas unggun bahan bakar,

namun juga fase penyalaan kompor. Dalam penelitian ini dilakukan analisa WBT

dengan fase cold start, hot start dan simmering test. Pada fase cold start, kompor

dinyalakan dalam keadaan dingin kemudian dilanjutkan dengan fase hot start dan

simmering tanpa berhenti dalam keadaan panas. Waktu start up kompor dalam

keadaan panas cenderung lebih singkat dibandingkan kompor dalam keadaan

dingin seperti yang terlihat pada Lampiran D. Penyalaan kompor merupakan

pemicu terjadinya gasifikasi dan sebagai sumber panas untuk pengeringan bahan

bakar. Dengan penggunaan kompor yang panas maka energi dari penyalaan yang

digunakan untuk pengeringan menjadi lebih sedikit sehingga penyalaan kompor

menjadi lebih cepat.

0

1

2

3

4

Variasi I

Wak

tu S

tart

Up

(men

it)

26





















Variasi IVariasi II

Variasi II

Variasi Ukuran Bahan Bakar

26





















Cangkang

TKS

Pelepah

27

4.3.2 Waktu didih

Rata-rata waktu didih pada penelitian ini adalah 14.75 menit dengan

rentang waktu dari 9.33 hingga 18.37 menit. Penggunaan limbah sawit sebagai

bahan bakar menghasilkan waktu didih yang lebih cepat dari bahan bakar yang

digunakan oleh Ariho, dkk [2011]. Waktu didih paling lama pada penelitian

Ariho, dkk [2011] adalah 22.5 menit dan paling singkat hanya 10 menit seperti

terlihat pada tabel 4.1. Waktu didih tersingkat penelitian ini didapat dengan bahan

bakar TKS ukuran potongan 2 cm pada fase hot start. Sedangkan cangkang

berukuran 0.5-1 cm merupakan sampel dengan waktu didih terlama. Analisa WBT

dengan bahan bakar TKS umumnya tidak dapat mendidihkan air, kecuali fase hot

start dengan TKS berukuran 2 cm. Penggunaan TKS berukuran 4 dan 6 cm hanya

menghasilkan suhu maksimal 850C dan 76.50C. Gambar 4.2 menampilkan rata-

rata waktu didih dari masing-masing bahan bakar.

Gambar 4.2 Waktu Didih Air dari Beberapa Variasi Bahan Bakar

Perbedaan waktu didih masing-masing bahan bakar pada penelitian ini

cukup lama. Cangkang sawit menghasilkan waktu didih yang cukup lama

dibandingkan dengan pelepah dan TKS yaitu 17.9 menit sedangkan pelepah dan

TKS 14.61 dan 9.33 menit. Namun untuk pengaruh ukuran masing-masing bahan

0

5

10

15

20

Variasi I

Wak

tu (

men

i)

27

4.3.2 Waktu didih


















Variasi IVariasi II

Variasi III


Cangkang

TKS

Pelepah Sawit

27

4.3.2 Waktu didih


















Cangkang

TKS

Pelepah Sawit

28

bakar hanya terlihat pada pelepah sawit karena cangkang hanya bisa digunakan

hanya satu variasi, sedangkan penggunaan bahan bakar TKS sebagian besar tidak

mampu mendidihkan 2.5 kg air.

Peningkatan ukuran bahan bakar tidak hanya memperbesar porositas

unggun atau memperkecil densitas unggun, tetapi juga mempercepat waktu didih

2.5 kg air. Pelepah dengan potongan 2 cm memiliki waktu didih rata-rata 15.73

menit. Pada ukuran 4 dan 6 cm terjadi penurunan waktu didih menjadi 14.38

menit dan 13.72 menit. Pada penelitian ini tidak terdapat perbedaan waktu didih

yang signifikan antara fase cold start dengan hot start meskipun waktu didih pada

fase hot start umumnya sedikit lebih cepat dari cold start. Perbedaan waktu didih

terbesar hanya 1.22 menit potongan pelepah 6 cm. Sedangkan perbedaan waktu

didih dengan pelepah berukuran 2 dan 4 cm hanya 25 dan 24 detik.

Waktu didih kompor dengan analisa WBT hanya didapatkan pada fase

cold start dan hot start sedangkan fase simmering tidak bertujuan untuk

mendidihkan air. fase simmering yang dirancang hanya untuk menguji

kemampuan kompor dengan menjaga suhu air 30C dibawah suhu didih selama 45

menit. Namun pada penelitian ini hanya bahan bakar pelepah ukuran 2 cm yang

mampu beroperasi pada fase simmering. Sulitnya mengendalikan nyala api agar

air tetap berada 30C dibawah suhu didih merupakan alasan tidak berhasilnya

pengoperasian bahan bakar pada fase simmering. Selain itu pada fase simmering

umumnya kurang efisien karena selama beroperasi menghasilkan sedikit asap

akibat ketidakteraturan jumlah udara primer yang masuk.

4.3.3 Laju Konsumsi Bahan Bakar dan Firepower

Laju konsumsi bahan bakar merupakan banyaknya massa bahan bakar

yang terpakai selama beroperasi. Sedangkan firepower adalah jumlah energi yang

dihasilkan kompor selama beroperasi. Laju konsumsi bahan bakar dan firepower

masing-masing dihitung dengan menggunakan persamaan E.5 dan E.7. Jumlah

bahan bakar terkonsumsi selama waktu didih dihitung dengan E.2. Selengkapnya

29

contoh perhitungan dan hasil kinerja kompor PP-Plus dapat dilihat pada Lampiran

E.

Pada penelitian ini laju konsumsi bahan bakar dan firepower dihitung

berdasarkan waktu pendidihan air. Namun, untuk data bahan bakar yang tidak

mampu mendidihkan 2.5 kg air tetap dihitung laju pembakaran dan firepower.

Perbedaan fase pada analisa WBT antara high power (cold start dan low start) dan

low power menunjukkan perbedaan laju konsumsi bahan bakar dan firepower.

Gambar 4.3 dan Gambar 4.4 masing-masing menampilkan perbandingan rata-rata

laju konsumsi bahan bakar dalam fase high power dan low power.

Gambar 4.3 Laju Konsumsi Bahan Bakar pada Kompor PP-Plus

Rata-rata laju konsumsi bahan bakar pada fase high power adalah 16.5

gram/menit, dimana laju konsumsi TKS 22.15 gr/menit, pelepah 15 gr/menit dan

cangkang 11.61 gr/menit. Kemudian rata-rata laju konsumsi bahan bakar pada

fase low power adalah 12.22 gr/menit, dimana laju konsumsi TKS 14.78 gr/menit,

pelepah 13.38 gr/menit dan cangkang 8.52 gr/menit. Perbedaan laju konsumsi

bahan bakar ini disebabkan perbedaan densitas unggun bahan bakar dari variasi

jenis dan ukran bahan bakar. Pada bahan bakar cangkang dengan densitas unggun

terbesar menghasilkan laju konsumsi bahan bakar terendah. Densitas unggun yang

besar menyebabkan resistansi aliran udara primer semakin besar sehingga jumlah

0

5

10

15

20

25

Laj

u K

onsu

msi

Bha

n B

akar

(gra

m/m

enit

)

29


E.


















Cangkang

TKS

Pelepah

High PowerLow Power

29


E.


















Cangkang

TKS

Pelepah

30

bahan bakar yang terkonsumsi setiap waktu menjadi semakin sedikit. Sedangkan

pada TKS dengan densitas unggun terkecil menghasilkan laju konsumsi bahan

bakar terbesar karena resistansi udara primer tidak terlalu besar.

Analisa WBT pada fase high power dilakukan dengan mendidihkan air

sedangkan fase low power dirancang untuk menguji kemampuan kompor dengan

nyala api kecil [Bailis, 2007]. Fase low power dilakukan dengan menutup

sebagian besar lubang udara primer agar nyala gas yang dihasilkan menjadi lebih

kecil dan dijaga sehingga suhu air ±30 C dibawah suhu didih air. Penutupan

sebagian lubang udara primer mengakibatkan berkurangnya laju konsumsi bahan

bakar pada fase low power, sehingga laju konsumsi bahan bakar pada fase low

power menjadi lebih kecil dibandingkan fase high power.

Gambar 4.4 Firepower Kompor PP-Plus

Profil rata-rata firepower dari masing-masing bahan bakar dengan fase

high power dan low power cenderung sama dengan profil laju konsumsi bahan

bakar. Dari Gambar 4.4 terlihat bahwa fase low power menghasilkan firepower

cenderung lebih rendah dari fase high power. Fire power rata-rata fase high power

dan low power adalah 5.06 kWth dan 3.73 kWth. Pada fase high power, kompor

menghasilkan firepower 3.88 kWth, 4.36kWth dan 6.94 kWth dengan bahan bakar

cangkang, pelepah dan TKS. Sedangkan pada fase low power menghasilkan fire

0

2

4

6

8

High Power

Fir

epow

er(k

Wth

)

30




















Cangkang

TKS

Pelepah

High PowerLow Power

30




















Cangkang

TKS

Pelepah

31

power 2.85 kWth, 3.71 kWth dan 4.63 kWth. Dari Gambar 4.3 dan Gambar 4.4

dapat dibandingkan sehingga terlihat bahwa semakin besar laju konsumsi bahan

bakar maka semakin besar firepower kompor.

Variasi bahan bakar juga berpengaruh terhadap laju pembakaran dan

firepower. Dari Gambar 4.3 dan Gambar 4.4 terlihat perbedaan laju konsumsi dan

firepower bahan bakar masing-masing bahan bakar. Cangkang memiliki laju

konsumsi bahan bakar dan firepower yang lebih kecil dibandingkan pelepah dan

TKS. Kecenderungan kecilnya laju konsumsi dan firepower cangkang terlihat

pada kedua fase analisa, high power dan low power. Densitas unggun cangkang

lebih besar dari pelapah dan TKS sehingga resistansi unggun terhadap aliran udara

primer semakin besar. Dengan besarnya resitansi terhadap aliran udara primer

maka semakin sedikit udara primer untuk proses gasifikasi yang ditandai dengan

semakin kecilnya laju pembakaran dan firepower. Sedangkan variasi bahan bakar

terhadap laju konsumsi bahan bakar dan firepower dapat dilihat pada Gambar 4.5.

Gambar 4.5 Pengaruh Variasi Ukuran Bahan Bakar terhadap Laju KonsumsiBahan

Bakar

Laju konsumsi bahan bakar selama mendidihkan air menunjukkan

perbedaan yang cukup signifikan dengan variasi ukuran bahan bakar. Laju

konsumsi TKS dengan variasi I (2 cm) adalah 19.29 gr/menit, lebih lambat

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

Laj

u K

onsu

msi

Bah

an B

akar

(gra

m/m

enit

)

31
















Bakar




0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

Variasi IVariasi II

Variasi III


31
















Bakar




Cangkang

TKS

Pelepah

32

dibandingkan variasi II (4 cm) dan III (6 cm) yaitu 24.7 gr/menit dan 22.47

gr/menit. Kecenderungan meninggkatnya laju konsumsi bahan bakar pada

peningkatan variasi ukuran juga disebabkan karena densitas unggun bahan bakar.

Peningkatan laju konsumsi bahan bakar juga terjadi pada variasi pelepah. Laju

konsumsi pelepah variasi I dengan ukuran potongan 2 cm adalah 16.44 gr/menit

dan semakin menigkat pada variasi II (4 cm) dan variasi III (6 cm) yaitu 18.74

gr/menit dan 18.93 gr/menit.

4.3.4 Efisiensi Termal

Rata-rata efisiensi termal kompor PP-Plus berbahan bakar limbah sawit

adalah 23.65% pada fase high power dan 16.75% pada fase low power. Sedangkan

rata-rata efisiensi dengan variasi bahan bakar juga berbeda. Rata-rata efisiensi

termal pada fase high power dengan bahan bakar TKS, pelepah dan cangkang

adalah 27.20%, 22.3% dan 21.58%. Pada fase low power, kinerja kompor PP-Plus

dengan bahan bakar TKS, pelepah dan cangkang menghasilkan efisiensi rata-rata

20.9%, 20.84% dan 8.5%. Gambar 4.6 dan 4.7 menampilkan efisiensi termal fase

high power dan low power dengan berbagai kondisi proses.

Gambar 4.6 Efisiensi Termal Kompor PP-Plus Pada Fase High power

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

Variasi I

Efi

sien

si (

%)

32


















Variasi IVariasi II

Variasi IIIVariasi Ukuran Bahan Bakar

32


















Cangkang

Pelepah

TKS

33

Efisiensi terendah fase high power kompor PP-Plus didapat dengan

menggunakan bahan bakar pelepah pada variasi I (2 cm) sebesar 21.21%.

Sedangkan efisiensi tertinggi didapat dengan TKS pada variasi I (2 cm) sebesar

34.44%. Efisiensi termal dengan variasi pelepah menunjukkan peningkatan

dengan peningkatan ukuran, namun pada TKS terjadi hal yang berbeda. Efisiensi

termal pada pelepah semakin meningkat 2.14% dari variasi I sebesar 21.21% ke

variasi III (6 cm) menjadi 23.35 %. Sedangkan pada bahan bakar TKS

peningkatan ukuran dari 2 cm menjadi 6 cm justru menurunkan efisiensi termal

sekitar 12% menjadi 22.47%. Penggunaan bahan bakar cangkang hanya

menghasilkan efisiensi sebesar 21.58%. Perbedaan kecenderungan peningkatan

dan penurunan efisiensi termal kemungkinan disebabkan karena unggun bahan

bakar yang tersusun secara random (acak) sehingga kemungkinan pressure drop

unggun juga tidak beraturan.

Gambar 4.7 Efisiensi Termal Kompor PP-Plus Pada Fase Low power

Fase low power menghasilkan efisiensi terbesar dengan bahan bakar TKS

pada variasi 6 cm yaitu 26.06%, sedangkan efisiensi terendah didapat dengan

bahan bakar cangkang sawit sebesar 8.25%. Berbeda dengan fase high power,

pengaruh peningkatan ukuran pelepah sawit pada fase low power cenderung

menurunkan efisiensi termal. Variasi I dengan ukuran 2 cm menghasilkan

0

5

10

15

20

25

30

Variasi I

Efi

sien

si T

erm

al (

%)

33




















Variasi IVariasi II

Variasi IIIVariasi Ukuran Bahan Bakar

33




















Cangkang

TKS

Pelepah

34

efisiensi termal 22,26% dan menurun 2.51% menjadi 19.75% pada ukuran

terbesar. Sedangkan peningkatan ukuran pada TKS cenderung meningkatkan

efisiensi termal. TKS dengan ukuran 2 cm, 4 cm dan 6 cm menghasilkan efisiensi

19.84%, 16.8% dan 26,06%.

4.3.5 Waktu Operasi dan Nyala Api

Waktu operasi kompor PP-Plus dengan bahan bakar limbah sawit adalah

antara 7.4 menit hingga 31.5 menit. Waktu operasi terlama didapat dengan bahan

bakar cangkang sedangkan waktu operasi tersingkat dengan bahan bakar TKS.

Waktu operasi kompor gasifikasi dihitung mulai dari gas-gas hasil dari gasifikasi

mulai menyala dengan stabil hingga tak ada nyala yang dihasilkan. Waktu operasi

kompor PP-Plus dengan bahan bakar limbah sawit cenderung lebih singkat

dibandingkan dengan Ariho dkk [2011]. Waktu operasi penelitian Ariho dkk

[2011] adalah 4 menit hingga 149.5 menit. Hasil penelitian Ariho dkk [2011] juga

menunjukkan pengaruh variasi bahan bakar dan semakin besarnya densitas

unggun bahan bakar menyebabkan semakin lamanya waktu operasi. Ariho dkk

[2011] menggunakan bahan bakar biji jarak sebagai bahan bakar dengan densitas

unggun bahan bakar yang tertinggi.

Waktu operasi dengan variasi bahan bakar menunjukkan perbedaan yang

cukup signifikan. Rata-rata waktu operasi kompor PP-Plus dengan bahan bakar

TKS adalah 8.3 menit, paling singkat dibandingkan bahan bakar lainnya.

Penggunaan bahan bakar pelepah menghasilkan waktu operasi rata-rata selama

25.08 menit sedangkan bahan bakar cangkang cenderung lebih lama yaitu 31.5

menit. Perbedaan waktu operasi dikarenakan jumlah bahan bakar yang termuat di

dalam kompor juga berbeda-beda. Karakteristik bahan bakar yang berbeda

menyebabkan terjadi perbedaan jumlah bahan bakar yang termuat. Pada bahan

bakar TKS, bentuk spiklet yang memiliki bagian menyerupai duri cenderung

membutuhkan ruang yang besar bila ditumpuk menjadi unggun. Sedangkan

potongan pelepah sawit menyerupai kayu sehingga pelepah sawit bisa dimuat

lebih banyak dibandingkan TKS. Pada bahan bakar cangkang memiliki ukuran

35

yang halus dan bisa termuat ke dalam kompor dengan jumlah yang banyak. Data

waktu operasi kompor PP-Plus dengan menggunakan limbah sawit dapat dilihat

pada Lampiran E.

Kompor gasifikasi menghasilkan gas sehingga nyala api berada pada

bagian atas karena adanya aliran udara sekunder yang bertemu dengan gas hasil

gasifikasi. Nyala api kompor PP-Plus dengan bahan bakar limbah sawit umumnya

berwarna kuning kemerah-merahan seperti terlihat pada Gambar 4.8. Warna nyala

api ini mengindikasikan gas CH4 yang dihasilkan hanya sedikit. Sedangkan

ketinggian nyala api cenderung berbeda-beda dari setiap bahan bakar yang

digunakan. Bahan bakar dengan nyala yang paling tinggi adalah TKS dan

kemudian pelepah sawit.

(a) (b) (c)

Gambar 4.7 Nyala Api Kompor Gasifikasi PP-Plus dengan Bahan Bakar (a)TKS, (b) Cangkang dan (c) Pelepah Sawit

Ketinggian nyala api dipengaruhi oleh densitas unggun bahan bakar.

Bahan bakar dengan densitas unggun yang kecil menghasilkan nyala api yang

besar. Pada penelitian ini TKS merupakan bahan bakar dengan densitas unggun

terkecil sehingga laju pembakarannya juga paling besar dibandingkan bahan bakar

lain. Laju pembakaran TKS inilah yang besar menyebabkan nyala api yang

dihasilkan menjadi lebih tinggi dibandingkan pelepah dan cangkang.

36

Nyala api kompor PP-Plus mencapai suhu maksimal 7820C dengan

menggunakan bahan bakar pelepah, sedangkan dengan penggunaan TKS dan

cangkang menghasilkan suhu nyala 695 0C dan 672 0C. Perbedaan nilai kalor

bahan bakar tidak memberi pengaruh terhadap suhu maksimal nyala api. Namun

suhu nyala api dipengaruhi oleh proses gasifikasi yang terjadi pada bahan bakar.

Proses gasifikasi menggunakan TKS tidak terjadi dengan sempurna karena

udara primer yang masuk terlalu banyak sehingga suhu nyala gas yang dihasilkan

tidak terlalu tinggi dan sebagian biomassa terbakar sempurna. Penggunaan TKS

sebagai bahan bakar menghasilkan nyala pada bagian atas kompor namun ada

juga terlihat juga nyala pada bagian dalam kompor. Besarnya aliran udara primer

pada penggunaan TKS ditandai dengan besarnya laju konsumsi bahan bakar

selama WBT dilakukan namun tidak menghasilkan suhu yang tinggi meskipun

nyala gas api yang dihasilkan paling tinggi. Gasifikasi pada cangkang dan pelepah

sawit terjadi tanpa adanya nyala bahan bakar pada bagian dalam kompor. Nyala

api yang dihasilkan tepat pada bagian atas pada bagian konsentrator dimana nyala

api dihasilkan karena adanya reaksi antar udara sekunder dengan gas hasil

gasifikasi. Tingginya suhu nyala yang dihasilkan dengan menggunakan pelepah

dibandingkan cangkang disebabkan laju konsumsi bahan bakar cangkang lebih

kecil meskipun cangkang memiliki nilai kalor yang lebih tinggi dari pelepah. Data

suhu nyala api yang dihasilkan dapat dilihat pada Lampiran E.

38

BAB VKESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil penelitian kinerja kompor gasifikasi PP-Plus berbahan bakar

limbah sawit, maka didapatkan kesimpulan yaitu :

1. Limbah sawit dapat dimanfaatkkan pada kompor gasifikasi PP-Plus

sebagai bahan bakar untuk kebutuhan memasak sektor rumah tangga.

2. Penggunaan limbah sawit menghasilkan kinerja berupa waktu start up 1-4

menit, waktu didih air 9-18 menit, konsumsi bahan bakar spesifik 0.06-

0.13 gram/gram bahan bakar, firepower 2.8-8 kWth, dan efisiensi termal

16-34%. Sedangkan waktu operasi antara 7-31 menit dan suhu nyala api

maksimal mencapai 672-7820C.

5.2 Saran

Untuk memperbaiki kinerja kompor gasifikasi PP-Plus perlu dilakukan

penambahan ukuran lubang udara primer dan dilengkapi dengan katup pengendali

udara primer. Dengan perbesaran lubang udara primer maka penggunaan

cangkang bisa dilakukan dengan tanpa mengurangi tinggi unggun.

39

DAFTAR PUSTAKA

Anderson, P.S., Reed, T.B., 2009, Biomass Gasification: Clean Residental Stoves,Commercial Power Generation, and Global Impacts www.bioenergylists.org, 13November 2009.

Anderson, P.S., T.B. Reed., P.W. Wever., 2007, Micro-Gasfication: What it is andWhy it Work, Boiling Point, No 53, pp. 35-37 http://www.hedon.info/docs/BP53-Anderson-14.pdf, 9 April 2010.

Anderson, P.S., 2011, Construction Plans for the “Champion-2008” TLUDGasifier CookStove, http://www.bioenerylist.org, 7 Juni 2011.

Anderson, P.S., dan P.Wendelbo., 2010, Construction Plans for the “PP-Plus”TLUD Gasifier Cookstove, http://www.bioenerylist.org, 13 Maret 2010.

Andreatta, D., 2007, A Report on Some Experiments with Top-Lit Up Draft(TLUD) Stove, http://www.bioenerylist.org, 14 Maret 2010.

Ariho, D., P. Tumutegyereize., K. Bechtel., 2011, Evaluation of the EnergyEfficiencies of Commonly Available Biomass Fuel in Uganda in a “Champion-2008” Top Lit Updraft stove, http://www.bioenerylist.org, 26 Mei 2011.

Atnaw, S.M., S.A. Sulaiman., S. Yusup., 2011, Downdraft Gasification of OilPalm Frond, Trends in Applied Sciences Research, pp. 1-13

Bailis, R., D. Ogle, N. MacCarty, K.R Smith, dan Edwards, R., 2007, The WaterBoiling Test, http://ehs.sph.berkeley.edu, 19 Januari 2011.

Basu, P., 2010, Biomass Gasification and Pyrolysis: Practical Design andTheory, Elsevier Inc., Amerika, pp. 167-177

Belonio, A.T., 2005, Rice Husk Gas Stove Handbook, Appropriate TechnologyCenter, Department of Agriculture Engineering and Environmental Management,Collage of Agriculture, Central Philippine University, Iloilo City, Philippines.

BPS, 2010, Riau Dalam Angka 2010

Hayashi, K., 2007, Environmental Impact of Palm Oil Industry in Indonesia,Proceedings of International Symposium on EcoTopia Science, pp. 646-651.

Higman, C., V.D B. Maarten., 2008, Gasification, 2nd edition, Elsevier Inc

Kythavone, S., 2009, Gasification, Promotion of the Efficient of RenewableEnergies in Developing Countries, pp.199-206

40

Mathius, W., 2003, Perkebunan Kelapa Sawit dapat Menjadi BasisPengembangan Sapi Potong, Warta Penelitian dan Pengembangan Pertanian,vol.25, no. 5, pp. 1-4.

Mukunda, H.S., Dasappa, S., Paul, P.J., Rajan, N.K.S., Yagnaraman, M., Kumar,D.R., Deogaonkar, M., 2010, Gasifier Stove-Science, Technology and FieldOutreach, Current Science, vol.98, no 5, pp. 627-638.

Panwar, N.L., 2009, Design and Performance Evaluation of Energy EfficientBiomass Gasifier Based Cookstove on Multi Fuels, Mitig Adapt Strateg GlobChange, vol.14, pp. 627-623.

Rajvansi, A.K., 1986, Biomass Gasification, Alternatif Energy in Agriculture,vol.2 no 4, pp. 83-102.

Reed, T.B., dan R. Larson., 1996 A wood-gas for Developing Countries, Energyfor Sustainable Development, vol. 3 no. 2, pp. 34-37.

Reed, T.B., dan Das, A., 1988, Handbook of Biomass Downdraft Gasifier EngineSystem, Solar Energy Research Institute, Colorado, pp. 1-2

LAMPIRAN AGAMBAR KOMPOR GASIFIKASI PP-PLUS

Gambar A.1 Gambar dan Dimensi Kompor Gasifikasi PP-Plus

Ø 12

Ø 20

Ø 7.5

40

30

8

10 15

2.5

5

10

Ket : Semua Ukuran dalam centimeter

42

Gambar A.2 Bagian-bagian Kompor Gasifikasi PP-Plus

LAMPIRAN B

PROSEDUR PERCOBAAN

B.1 Metoda Water Boiling Test [Bailis 2007]

B.1.1 Peralatan yang digunakan dalam prosedur WBT.

1. Timbangan dengan kapasitas paling tidak 6 kg dan akurasi ± 1 gram.

2. Digital termometer, akurasi 0,1 derajat dengan kawat termokopel.

3. Timer.

4. Kayu penyangga kawat termokopel.

5. Bahan tahan panas untuk menyangga timbangan.

6. Air besih.

7. Sekop kecil untuk mengeluarkan arang dalam kompor.

8. Tong untuk menampung arang.

9. Dust pan untuk memindahkan arang.

10. Piringan besi untuk menyangga arang waktu penimbangan.

11. Sarung tangan tahan panas.

B.1.2 Tahapan persiapan sebelum tes

1. Persiapan bahan bakar (ukuran dan kadar air).

2. Tes awal dilakukan untuk mengetahui titik didih air daerah pengujian,

prosedurnya:

a. Pilih pot standar berkapasitas 3,7 liter, pastikan high power output dan

pada saat dites, air mendidih seluruhnya.

b. Gunakan termometer yang sama untuk setiap percobaan, termometer

diletakkan 5 cm dari atas panci.

c. Tes dilakukan dengan mencatat maksimum dan minimum titik didih

yang terjadi selama 5 menit. Nilai rata-rata dari hasil pengukuran

merupakan local boiling temperature.

3. Dibutuhkan sedikitnya 10 liter air bersih untuk setiap pengujian.

B.1.3 Tahap awal (dilakukan setiap tes)

1. Isi data tentang kompor, bahan bakar dan kondisi tes.

2. Ukur dan catat setiap parameter yang dilakukan pada setiap tes.

44

a. Suhu udara

b. Dimensi rata-rata bahan bakar

c. Kadar air bahan bakar

d. Berat pot yang akan digunakan

e. Berat tempat menampung arang

f. Local boiling point of water

g. Foto dari kompor

3. Dua bundel bahan bakar, kondisi (berat dan kadar air telah diukur).

4. Setelah parameter-parameter tersebut diukur dan dicatat dan bahan bakar

telah disiapkan, tes dapat dimulai.

B.2 Prosedur Water Boling Test [Bailis 2007]

B.2.1 Fase 1 : High Power (cold start)

1. Siapkan timer dan jangan mulai sampai api menyala.

2. Isi setiap panci (pot) dengan 2,5 liter air (air pada suhu ruangan).

3. Gunakan penyangga kayu untuk setiap termokopel pada panci untuk

mengukur suhu air.

4. Kompor harus pada suhu ruangan, nyalakan api.

5. Ketika api menyala, catat waktunya, letakkan panci diatas kompor ketika

api telah stabil.

6. Waktu dari menyalakan api hingga api menyala dengan stabil dicatat

sebagai waktu startup.

7. Ketika air mendidih, lakukan hal-hal berikut:

Catat waktu dan juga suhu air.

Matikan kompor dan keluarkan semua arang dan sisa bahan bakar

untuk ditimbang.

Timbang bahan bakar sisa dan catat.

Timbang panci beserta airnya dan catat.

Keluarkan seluruh arang dan timbang beratnya.

8. Setelah tes high power (cold start) selesai langsung dilanjutkan tes high

power (hot start), jangan biarkan kompor dingin.

45

B.2.2 Fase 2: High Power (hot start)

1. Reset timer

2. Isi ulang panci dengan air, ukur berat dan suhu air.

3. Nyalakan api.

4. Catat waktu awal hingga api menyala stabil sebagai waktu startup dan

biarkan hingga air mendidih.

5. Catat suhu dan waktu ketika air mendidih.

6. Setelah air mendidih, lakukan hal berikut:

Keluarkan bahan bakar dan timbang.

Catat suhu air dan timbang berat panci beserta air.

7. Ganti bahan bakar dan nyalakan kembali bahan bakar yang telah

dikeluarkan dan lakukan low power test.

8. Tanpa berhenti langsung lanjutkan dengan tes low power (simmering)

B.2.3 Fase 3: Low Power (simmering)

Fase ini dirancang untuk mengetes kemampuan kompor untuk mendidihkan

air secara perlahan menggunakan bahan bakar yang sedikit. Air dididihkan selama

45 menit dengan suhu 3 derajat dibawah boiling point.

1. Catat berat bahan bakar

2. Ketika air masih mendidih, timbang pot dengan air. Catat berat dan

suhunya.

3. Nyalakan kembali api dengan bahan bakar yang yang telah ditimbang.

Ganti pot pada kompor dan catat waktu ketika api mulai dinyalakan.

4. Catat waktu. Jaga nyala api selama 45 menit agar suhu air berada sedekat

mungkin dengan 3 derajat di bawah titik didih.

5. Setelah 45 menit, lakukan hal berikut:

Catat waktu akhir tes.

Catat suhu air.

Keluarkan semua kayu dari kompor dan pindahkan arang sisa ke

tempat penampungan arang. Timbang sisa kayu, termasuk kayu yang

tidak terpakai dari kumpulan kayu yang tidak ditimbang. Catat berat

kayu.

46

Timbang pot beserta air yang masih tersisa dan catat beratnya.

Keluarkan semua arang yang tersisa di dalam kompor dan timbang

berat arang beserta tempat penampungnya.

Water boiling test yang lengkap harus dilakukan 3 kali pada setiap kondisi operasi

untuk keakuratan data.

LAMPIRAN C.1ANALISA KADAR AIR BIOMASSA

Prosedur analisa kadar air menggunakan metode oven dry method. Secara

keseluruhan metode untuk menganalisa kadar air adalah sebagai berkut:

1. Siapkan sampel biomassa yang akan dianalisa.

2. Lakukan pengecilan ukuran agar keseluruhan kadar air biomassa bisa

dihilangkan.

3. Timbang sebanyak 90-100 gram sampel kemudian masukkan kedalam

oven dengan suhu 100-1100C selama 1 jam.

4. Keluarkan biomassa kering dan dinginkan di dalam desikator.

5. Setelah dingin timbang berat biomassa sisa.

6. Selisih berat awal dan berat akhir biomassa adalah berat air yang terikat

dalam biomassa.

7. Gunakan persamaan 4.1 untuk menghitung persen kadar air biomassa.

48

LAMPIRAN C.2DATA KADAR AIR BAHAN BAKAR

Berikut ini adalah data analisa kadar air bahan bakar kompor gasifikasi PP-Plus.

Tabel C.1 Hasil Analisa Kadar Air Bahan Bakar

BahanBakar Run

Berat awal(gr)

Berat Akhir(gr)

Berat Air(gr)

% KadarAir

Pelepah1 96.01 89.23 6.77 7.062 100.76 92.93 7.84 7.783 96.62 91.89 4.72 4.89

Rata-rata 6.57

TKS1 95.02 85.72 9.3 9.7872 95.24 87.5 7.74 8.1273 95 86.12 8.88 9.347

Rata-rata 9.087

Cangkang1 92.2 87.45 4.75 5.1522 98.23 89.89 8.34 8.4903 95.215 88.67 6.545 6.874

Rata-rata 6.839

LAMPIRAN D

TABULASI DATA PERCOBAAN

Caloric Value : 18.8 MJ/kg

Tinggi/diameter Bed : 19 cm / 15 cm

Volume Bed : 3359.93 cm3

Suhu Udara : 25-26 0C

Tabel D.1 Data Hasil Analisa WBT dengan Bahan Bakar TKS

Variasiukuran

Fase RunDensitasunggun

KadarAir

Waktu (Menit) Suhu Air(0C Berat Air (gram)Berat Bahan bakar

(gram)Startup

BoilingTime

Awal akhir Awal Sisa Awal Akhir Arang

2 cmCold Start 0.099 0.091 1.167 - 26 95 2502.70 2435.66 332.35 0 56.98

Hot Start 0.101 0.091 0.833 9.33 24.5 99 2513.05 2426.47 338.72 0 91.53

Simmering 0.098 0.091 1.083 16.48 87 97 2503.20 2424.18 330.08 0 56.22

4 cmCold Start 0.088 0.091 1.358 - 24 80 2509.90 2479.25 294.55 0 53.49

Hot Start 0.089 0.091 0.958 - 24 85 2514.95 2479.99 297.39 0 57.49

Simmering 0.089 0.091 1.400 13.80 75 97 2511.00 2360.70 297.45 0 57.66

6 cmCold Start 0.079 0.091 1.267 - 25 72.5 2503.95 2483.58 263.70 0 47.22Hot Start 0.079 0.091 0.875 - 25 76.5 2513.45 2468.08 263.88 0 50.15

Simmering 0.078 0.091 0.750 12.35 79 97 2512.00 2294.90 262.98 0 64.98

50

Caloric Value : 16.64 MJ/kg




Tabel D.2 Data Hasil Analisa WBT dengan Bahan Bakar Pelepah Sawit

Variasiukuran


KadarAir

Waktu (Menit) Suhu Air(0C) Berat Air (gr) Berat Bahan bakar (gr)Startup

BoilingTime


2 cmCold Start 0.280 0.066 3.692 15.95 27 99 2504.3 2421.8 939.95 440.9 131.62Hot Start 0.281 0.066 3.217 15.52 27 99 2506.75 2462.5 943.15 473.89 123.24

Simmering 0.282 0.066 4.583 45.00 61 97 2502 1741.4 945.8 0 206.64

4 cmCold Start 0.251 0.066 3.425 14.57 24 99 2511.15 2417.7 841.7 343.19 119.5Hot Start 0.251 0.066 2.975 14.18 24 99 2510.85 2418.7 843.3 381.32 113.89

Simmering 0.251 0.066 3.75 42.93 81 97 2508 1744.4 843 0 150.52

6 cmCold Start 0.225 0.066 3.267 14.33 24 99 2508.1 2402.9 757 297.91 113.52Hot Start 0.230 0.066 2.708 13.11 24 99 2504.4 2417.7 771.7 289.93 118.46

Simmering 0.223 0.066 2.667 33.20 62 97 2504 1959.2 748.2 0 137.71

51

Caloric Value :20.09 MJ/kg




Tabel D.3 Data Hasil Analisa WBT dengan Bahan Bakar Cangkang Sawit

Variasiukuran


KadarWaktu (Menit) Suhu Air(0C Berat Air (gr) Berat Bahan bakar (gr)Startup

BoilingTime


0.5-1cm

Cold Start 0.389 0.068 3.333 17.43 26 99 2508 2437.9 756.7 275.18 158.74Hot Start 0.389 0.068 2.183 18.37 27 99 2504 2450.6 756.8 327.14 125.36

Simmering 0.392 0.068 2.750 39.05 86 97 2507 1889.1 762 0 247.28

LAMPIRAN E

CONTOH PERHITUNGAN

Data hasil analisa WBT pada Lampiran C dengan bahan bakar pelepah

sawit pada fase cold start sebagai berikut:

Tabel E.1

Parameter Satuan Jumlah NotasiKadar air % 0.066 m

Waktu Start Up menit 3.692 tcf

Boiling Time menit 15.95 Δtc

Suhu air awal 0C 27 Ti

Suhu air akhir 0C 99 Tf

Berat air awal gram 2504.3 Wci

Berat air akhir gram 2421.8 Wcf

Berat bahan bakar awal gram 939.95 Fci

Berat bahan bakar akhir gram 440.9 Fcf

Berat arang gram 131.62 ΔCc

1. Konsumsi bahan bakar bakar (gram) merupakan bahan bakar yang terbakar

selama pendidihan air. dengan data fci dan fcf dari tabel D.1 maka konsumsi

bahan bakar dapat dihitung menjadi :

f = f − f ………………...……….(E.1)f = 939.95 − 440.9f = 499.052. Konsumsi bahan bakar equivalen (gram) merupakan jumlah biomassa yang

terbakar dengan memperhitungkan energi yang dibutuhkan untuk

menghilangkan kadar air dan energi dari arang yang terbentuk, konsumsi

bahan bakar equivalen dapat dihitung dengan persamaan berikut:

f = f × 1 − (1.12 ×m) − 1.5 × ∆C ..…….…(E.2)f = 449.05 × 1 − (1.12 × 0.066) − 1.5 × 131.62f = 264.87

53

3. Selama pendidihan air terdapat sejumlah air yang menguap. Jumlah air yang

menguap dapat dihitung dengan persamaan:w = w −w …….......…………………….…(E.3)w = 2504.3 − 2421.76w = 82.54. Efisiensi termal (%) merupakan perbandingan antara energi yang dibutuhkan

untuk memanaskan dan menguapkan air dengan energi yang terpakai dari

pembakaran biomassa, efisiensi termal dapat dihitung dengan persamaan

berikut: h = . × ( )×( ) ×( )× …………………(E.4)

h = . × . ×( ) × .. ×h = 0.2135. Laju pembakaran (gram/menit) merupakan laju berkurangnya bahan bakar

untuk mendidihkan air, laju pembakaran dapat dihitung dengan persamaan

berikut: = …………………………………………(E.5)

= ..= 16.76. Konsumsi bahan bakar spesifik (gram bahan bakar/gram air) merupakan

jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk mendidihkan sesuatu, konsumsi

bahan bakar spesifik dapat dihitung dengan persamaan berikut:= = ………………………………....(E.6)

= . .= 0.109

54

7. Fire power (watt) merupakan perbandingan laju konsumsi energi bahan bakar per

satuan waktu, fire power dapat dihitung dengan persamaan berikut:

= ×× …………………..……………..(E.7)= . ×× .= 4631.03

55

LAMPIRAN E.2

DATA KINERJA KOMPOR GASIFIKASI PP-PLUS

Tabel E.2 Data Hasil Perhitungan Kinerja Kompor Gasifikasi PP-Plus dengan Bahan Bakar TKS

BiomassaVariasiukuran

Fase Run fd fm wv ΔTc hc rb Sc Firepower

TKS

2 cmCold Start 332.35 213.05 72.155 69 22.14 20.251 0.087 6345.37Hot Start 338.715 166.95 86.58 74.5 34.44 18.332 0.069 5744.15

Simmering 330.08 212.16 303.94 10 19.85 20.015 0.088 6271.26

4 cmCold Start 294.55 184.34 30.695 56 18.98 25.693 0.074 8050.44Hot Start 297.39 180.89 34.955 61 21.42 23.706 0.073 7427.90

Simmering 297.45 180.69 150.3 22 16.81 13.093 0.077 4102.54

6 cmCold Start 263.7 166.03 20.37 47.5 17.50 19.569 0.067 6131.60Hot Start 263.88 161.81 20.365 51.5 19.55 25.374 0.066 7950.49

Simmering 262.98 138.74 217.1 18 26.07 11.234 0.060 3520.11

56

Tabel E.3 Data Hasil Perhitungan Kinerja Kompor Gasifikasi PP-Plus dengan Bahan Bakar Pelepah Sawit


Fase Run fd fm wv ΔTc hc rb Sc Firepower

Pelepah


Simmering 945.8 565.83 760.6 36 22.26 12.574 0.325 3487.16


Simmering 843 554.82 763.6 16 20.51 12.923 0.318 3583.90

6 cmCold Start 459.085 254.81 105.2 75 24.27 17.728 0.106 4916.50Hot Start 481.77 268.42 86.72 75 22.24 20.140 0.111 5585.40Cold Start 748.2 486.25 544.8 35 19.75 14.646 0.248 4061.83

Tabel E.4 Data Hasil Perhitungan Kinerja Kompor Gasifikasi PP-Plus dengan Bahan Bakar Cangkang Sawit


Fase Run fd fm wv ΔTc h rb Sc Firepower

Cangkang 0.5-1 cmCold Start 481.52 206.62 70.14 73 22.28 11.852 0.082 3968.52Hot Start 429.66 208.80 53.44 72 20.87 11.368 0.083 3806.45

Simmering 762 332.87 617.9 11 22.61 8.524 0.133 2854.15

57

Tabel E.5 Data waktu Operasi dan Suhu Nyala Api Kompor PP-Plus

BahanBakar

UkuranSuhu Nyala Api

(0C)Waktu Operasi

(Menit)

Pelepah2 cm 782 304 cm 755 24.56 cm 721 20.75

TKS2 cm 715 9.254 cm 699 8.256 cm 695 7.4

Cangkang 0.5-1 cm 672 31.51

LAMPIRAN FDOKUMENTASI PENELITIAN

Berikut ini adalah Gambar alat utama, bahan bakar kompor gasifikasi

Gambar A. Kompor Gasifikasi PP-Plus

59

Gambar B. Oven

Gambar C. Timbangan Digital

60

Gambar D Termokopel Tipe K

(a) (b) (c)

Gambar E Variasi Potongan Pelepah (a) 6 cm, (b) 4 cm dan (c) 2 cm.

61

Gambar F TKS dengan Ukuran Potongan 6 cm

Gambar G TKS dengan Ukuran Potongan 4 cm

62

Gambar H. TKS dengan Ukura Potongan 2 cm

(b) (b)

Gambar I Variasi Ukuran Cangkang Sawit (a) <0.5 cm dan (b) 0.5-1 cm

Date post:	08-Apr-2016
Category:	Documents
Upload:	hermanto-kenan
View:	161 times
Download:	7 times

Gasifikasi biomassa

Documents