UNJUK KERJA KOMPOR BERBAHAN BAKAR BIOGAS
EFISIENSI TINGGI DENGAN PENAMBAHAN REFLEKTOR
D O S E N P E M B I M B I N G :
D R . B A M B A N G S U D A R M A N T A , S T . M T .
B Y . M A R R I O S Y A H R I A L
P E N D A H U L U A N
T I N J U A N P U S T A K A
M E T O D O L O G I
A N A L I S A D A T A
K E S I M P U L A N
PENDAHULUAN *LATAR BELAKANG
POTENSI PERTENAKAN
PEMANFAATAN LIMBAH
PERTERNAKAN BAHAN BAKAR GAS DAN PUPUK
ORGANIK
TAMBAHAN PENGHASILAN
PETERNAK
PEMANFAATAN BIOGAS
SIFAT BIOGAS
KOMPOR DAN GENERATOR
PENGEMBANGAN BIOGAS
PADA KOMPOR
TEKANAN RENDAH, KEBUTUHAN UDARA
PEMBAKARAN SEDIKIT, DAN NILAI
KALOR KECIL
MENINGKATKAN EFISIENSI DENGAN
PENAMBAHAN REFLEKTOR
PENDAHULUAN
*PERUMUSAN MASALAH
Bagaimana mendesain suatu kompor biogas yang memiliki unjuk
kerja tinggi dengan cara pengaturan tekanan biogas, dan
ditambahkan reflektor dengan harapan untuk penghalang panas
yang terbuang ke lingkungan serta reflektor sebagai pengatur
kebutuhan supplay udara dalam reaksi pembakaran.
PENDAHULUAN
*TUJUAN
UNJUK KERJA KOMPOR YANG TERBAIK DENGAN INDIKATOR
KINERJA KOMPOR DALAM DAYA, SFC, DAN EFISIENSI KOMPOR
DENGAN MENAMBAHKAN REFLEKTOR DIHARAPKAN KOMPOR
MENJADI LEBIH EFISIEN
MENU
TINJAUAN PUSTAKA
*KONSEP PEMBAKARAN
Difinisi pembakaran :
Reaksi kimia yang meliputi kombinasi bahan bakar dan oksigen yang
menghasilkan panas dan produk pembakaran. Dimana reaksi pembakaran
dirumuskan seperti berikut :
CnHm + (n + m/4)(O2 + 3,76 N2) nCO2 + m/2H2O + (n + m/4) 3,76 N2
Apabila gas metana yang direaksikan maka :
CH4 + 2(O2+3,76N2) CO2 + 2H2O + 7,52N2
TINJAUAN PUSTAKA
*Biogas
Biogas yang digunakan dari reaktor yang telah diuji komposisi gasnya oleh Joaquim.
DA di Research Center ITS dengan komposisi rata-rata sebagai berikut :
Komposisi biogas Reaktor biogas type Horizontal
TINJAUAN PUSTAKA
*KOMPOR
Type / model : 11 C
No Produksi : TDC – 158411
Daya : 3,68 KW = 4,934 hp
Tekanan Kerja : 0,2107 – 0,4633 lbf/in2
NRP : 267-027-101094
Kode SNI : 7368 – 2007 Kompor gas bahan bakar LPG satu tungku
dengan sistem pemantik mekanik.
*Pengujian Kompor dilakukan dengan metode SNI 7368-2007, meliputi :
Uji Daya dan efisiensi kompor. (terlampir)
TINJAUAN PUSTAKA
SIFAT-SIFAT RADIASI [2]
qradiasi
qrefleksi
qtransmision
Bejana
MENU
METODOLOGI
*RENCANA PEMASANAGAN REFLEKTOR
10 mm 7 mm 4mm
METODOLOGI
*SKEMA PENGUJIAN KOMPOR
TABUNG GAS
KOMPOR
INFRARED
THERMOMETER
ANALOG
THERMOMETER
DIGITAL
THERMOMETER
METODOLOGI
*PELAKSANAAN UJI DAYA KOMPOR DENGAN SNI 7368-2007
Menyalakan kompor selama 60 menit dengan variasi
yang ditentukan : 0.15, 0.2, 0.25, dan 0.3 Lbf/in2
Mencatat massa bahan bakar yang terpakai
Persiapan Alat, Mengisi tabung gas dengan biogas
dan Mencatat temperatur Ruang
METODOLOGI
*PELAKSANAAN UJI EFISIENSI KOMPOR DENGAN SNI 7368-2007
Menentukan diameter bejana, tinggi bejana, dan volume
air yang digunakan sesuai daya dari kompor
Menyalakan kompor selama 60 menit dengan variasi
yang ditentukan : 0.15, 0.2, 0.25, dan 0.3 Lbf/in2
Mencatat massa bahan bakar yang terpakai, waktu awal
mendidih, Tflame, Treflektor dan massa air yang menguap
Persiapan Alat dengan Mengisi tabung gas dengan biogas
dan Mencatat temperatur Ruang dan temperatur awal air
METODOLOGI (FLOWCHART PENELITIAN)
MENU
ANALISA DATA
* ANALISIA TEORITIS KEBUTUHAN UDARA PEMBAKARAN PADA BIOGAS
CH4 + 2(O2+3,76N2) CO2 + 2H2O + 7,52N2
AFRteoritis (stoikiometri) = 17,246 KgUdara/1 Kg Bahan Bakar Biogas
Penelitian suyitno, menyatakan bahwa kebutuhan
udara pembakaran secara stoikiometri tergantung
dari kompoisi gas metana pada biogas sehingga
dari pengujian Joaquim. DA didapat kebutuhan udara
Pembakaran sekitar AFRTeoritis = ±7 kg udara/kg BB
ANALISA DATA
ANALISIS TEORITIS KEBUTUHAN UDARA PEMBAKARAN ACTUAL PADA BIOGAS
AFRactual = 𝑚 𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎
𝑚 𝑏𝑎𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟 (𝑏𝑖𝑜𝑔𝑎𝑠)
= 𝜌𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎.𝑉𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎.𝐴𝑟𝑒𝑓𝑙𝑒𝑘𝑡𝑜𝑟
𝑀𝑐=
1.23𝑥0.2𝑥(8𝑥(𝜋
4(10𝑚𝑚)2)
0,315 𝑘𝑔/𝑗𝑎𝑚
AFRactual = 6,64 Kg udara/kg bahan bakar
SEHINGGA UNTUK EXCESS AIR :
% udara teoritis = 𝐴𝐹𝑅𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙
𝐴𝐹𝑅 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑡𝑖𝑠
= 0,94 = 94%
ANALISA DATA
PROPERTIES BAHAN BAKAR
Desitas Biogas : 1,0539 kg/m3
LHV biogas [1] : 18,939 Mj/kg
KOMPOSISI METANA SENDIRI YANG TERKANDUNG PADA BIOGAS :
1. Berat Molekul : 16,043 kg/kmol
2. Temperatur kritis : -82,7oC
3. Tekanan kritis : 45,96 bar
4. Fasa gas
• Densitas gas : 0,717 kg/m3
• Spesifik graviti : 0,55
• Spesifik volume : 1,48 m3/kg
• CP : 0,035 kJ/mol.K
• CV : 0,027 kJ/mol.K
ANALISA DATA
DESAIN KOMPOR
ANALISA DATA
*PROSES PERPINDAHAN PANAS
*Jaringan thermal antar api dan reflektor
ANALISA DATA
ANALISA PERPINDAHAN PANAS [2]
Daya emisi benda hitam
Eb1 = σ. Tapi4 = 9344,5 W/m2
Eb2 = σ. Tref4 = 4223,6 W/m2
Perhitungan Tahanan pada Permukaan 2
R2 = 1; 𝜀2
𝐴2 𝑥 𝜀2 , dimana
Perhitungan tahanan antar permukaan
reflektor dan dinding api
R12 = 1
𝐴2𝑥𝐹12 = 607,8 m-2
Faktor bentuk dari reflektor
F12 = (𝐿3:𝐿4);(𝐿2:𝐿5)
2𝑥𝐿1
𝐴2 = [𝐻2+(𝑅1 − 𝑅2)2]12. (𝑅1 + 𝑅2)
qradiasi
qrefleksi
qtransmisi
radiositas pada reflektor permukaan 2
𝐽2= (𝑅2.𝐸𝑏1);(𝑅12.𝐸𝑏2)
𝑅12:𝑅2
Laju Perpindahan panas yang direfleksikan
pada permukaan reflektor
𝑄2 = 𝐸𝑏2;𝐽2
𝑅2 = -8,093 W
ANALISA DATA
Qn = 1000 𝑥 𝑀𝑐 𝑥 𝐻𝑠
3600
= 1000 𝑥 0,31
𝑘𝑔
𝑗𝑎𝑚 𝑥 18,939
𝑀𝐽
𝑘𝑔
3600
Qn = 1,683 KW (KiloWatt)
PERHITUNGAN DAYA KOMPOR
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0.15 0.2 0.25 0.3D
aya
(K
W)
Tekanan (Lbf/in2)
Grafik Pengaruh Tekanan
Terhadap Daya Kompor
ANALISA DATA
PENENTUAN BEJANA DAN VOLUME AIR
PENENTUAN TINGGI BEJANA
ANALISA DATA
Pengujian kompor tanpa reflektor mengikuti SNI 7368-2007
CT
CT
KgxAwalMM
menitAwal
menitKgmenitjamxjamKgM
pengujianjamdalamKgM
didihcc
didih
c
c
90
29
1071,0'
73,20
/0051,0)60/1(/31,0
131,0
2
1
%101,50
%100939,181071,0
)]2990(28,07,3[10186,4
%100'
)(10186,4
3
1221
3
xx
xxx
xxHM
TTxMMxx
sc
ee
KgMJH
KgM
KgM
s
e
e
939,18
28,0
7,3
2
1
Data-data lain yang digunakan dalam perhitungan
efisiensi adalah:
Dan untuk data bejana dan air yang digunakan :
Sehingga efisiensi kompor :
ANALISA DATA
PERHITUNGAN EFISIENSI
ANALISA DATA
SPECIFIC FUEL CONSUMPTION KOMPOR
kg/KW.jam 0.34519
225793,029100913,028,02990186,47,3
31,0
21 112
sfc
xxxxxsfc
HMTTxxCpMeTTxxCpMe
Mcsfc
wugpaw
ANALISA DATA
PENGUJIAN KOMPOR DENGAN PENAMBAHAN REFLEKTOR
4949.5
5050.5
5151.5
5252.5
5353.5
54
Tanpa
reflektor
10 mm 7 mm 4 mm
Eff
isie
nsi
Variasi lubang masukan udara pada reflektor (mm)
Grafik Pengaruh Reflektor Terhadap
Effisiensi kompor
ANALISA DATA
PENGARUH PENAMBAHAN REFLEKTOR TERHADAP UNJUK KERJA KOMPOR
ANALISA DATA
PERBANDINGAN UNTUK PERHITUNGAN EFISIENSI KOMPOR DENGAN
BOILING WATER METHODS
0
10
20
30
40
50
60
0.15 0.2 0.25 0.3
Perbandingan Metode Perhitungan Effisiensi
SNI 7368-2007 Methods Boiling Water Methods
ANALISA DATA
PERBANDINGAN TEKANAN KERJA KOMPOR BERBAHAN BAKAR BIOGAS DAN GAS LPG
0,2 Lbf/in2
ANALISA DATA
VISUALISASI API BENTUK API TERHADAP TEKANAN
0,15 Lbf/in2 0,25 Lbf/in2
0,3 Lbf/in2 0,2 Lbf/in2
MENU
KESIMPULAN
Penggunaan reflektor tidak seberapa berpengaruh terhadap daya kompor karena konsumsi bahan bakar cenderung sama.
Efisiensi kompor tanpa menggunakan reflektor dengan bahan bakar biogas ini yang paling baik pada tekanan kerja 0,25 Lbf/in2 yaitu sebesar 50,591 %. Efisiensi kompor ini relatif baik tetapi masih belum sempurna, hal ini dikarenakan komposisi biogas dengan kadar metana sebesar 56,32 % memiliki nilai kalor biogas yang relatif rendah. Dan dengan menambahkan reflektor efisiensi kompor pun meningkat menjadi sebesar 53,416 % pada reflektor yang berdiameter lubang masukan udara sebesar 10 mm.
Specific fuel consumption pada kompor tanpa menggunakan reflektor berbahan bakar biogas yang paling baik pada tekanan kerja 0,25 Lbf/in2 pula sebesar 0,3451 kg/KW.jam. Konsumsi bahan bakar biogas ini relatif besar . Akan tetapi menambahkan reflektor dengan lubang masukan udara yang berdiameter 10 mm, sfc kompor menjadi menurun sebesar 0,3168 kg/KW.jam. Hal ini sangat baik untuk kompor karena untuk menghasilkan panas yang sama biogas membutuhkan energi bahan bakar lebih sedikit atau konsumsi bahan bakar lebih rendah (irit).
Waktu pendidihan air yang lebih cepat atau baik terdapat pada tekanan kerja 0,25 Lbf/in2 dengan menambahkan reflektor maka lebih cepat lagi waktu pendidihan karena panas yang keluar direfleksikan oleh reflektor.
Radiasi panas dari ruang bakar berhasil direfleksikan dengan menggunakan reflektor sehingga meningkatkan efisiensi kompor yang lebih baik. Dalam hal ini temperatur pada ruang bakar menjadi meningkat dengan adanya penambahan reflektor.
Reflektor paling baik yang memiliki lubang masukan udara sebesar 10 mm pada pengujian ini yaitu meningkatkan efisiensi kompor sebesar 5,586% dan juga menurunkan sfc kompor sebesar 8,199%.
MENU
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA 2012
Copyright 2012