perancangan dan optimasi kompor gas- biomassa...

UNIVERSITAS INDONESIA

PERANCANGAN DAN OPTIMASI KOMPOR GAS-BIOMASSA YANG BEREMISI GAS CO RENDAH

MENGGUNAKAN BAHAN BAKAR PELET BIOMASSA DARI LIMBAH BAGAS

SKRIPSI

RESIANA WINATA 0806456783

FAKULTAS TEKNIK

TEKNIK KIMIA DEPOK

JUNI 2012

Perancangan dan..., Resiana Winata, FT UI, 2012

UNIVERSITAS INDONESIA

PERANCANGAN DAN OPTIMASI KOMPOR GAS-BIOMASSA YANG BEREMISI GAS CO RENDAH

MENGGUNAKAN BAHAN BAKAR PELET BIOMASSA DARI LIMBAH BAGAS

SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

RESIANA WINATA 0806456783

FAKULTAS TEKNIK

TEKNIK KIMIA DEPOK

JUNI 2012


ii

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS

Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, dan semua sumber baik yang

dikutip maupun dirujuk telah saya nyatakan dengan benar.


iii

HALAMAN PENGESAHAN


iv

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena

atas anugerah-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini sesuai dengan waktu

yang ditetapkan. Makalah yang berjudul “Perancangan dan Optimasi Kompor

Gas-Biomassa yang Beremisi Gas CO Rendah dengan Bahan Bakar Pelet

Biomassa dari Limbah Bagas” disusun secara sistematis untuk memenuhi mata

kuliah spesial skripsi, yang merupakan salah satu persyaratan dalam

menyelesaikan pendidikan Strata Satu (S1) di Departemen Teknik Kimia,

Fakultas Teknik Universitas Indonesia.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini dapat selesai melalui bantuan dan

dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini, penulis

mengucapkan terima kasih kepada:

1. Orang tua penulis, ayahanda Wanto Winata dan ibunda Lie Mei Hwa, yang

selalu memberikan doa, kasih sayang, dan dukungan kepada penulis.

2. Ir. Dijan Supramono, M.Sc., selaku pembimbing seminar dan skripsi atas

bimbingan, pengarahan, saran, dan kritik membangun kepada penulis.

3. Eva Fathul Karamah, S.T., M.T., selaku pembimbing akademis dari penulis

selama empat tahun berkuliah di Departemen Teknik Kimia Universitas

Indonesia.

4. Prof. Dr. Widodo Wahyu Purwanto, DEA, selaku ketua Departemen Teknik

Kimia Universitas Indonesia.

5. Dr. Ir. Asep Handaya Saputra, M. Eng., selaku Kepala Laboratorium Energi

Berkelanjutan.

6. Ir. Yuliusman, M.Eng., sebagai koordinator mata kuliah spesial skripsi Teknik

Kimia Universitas Indonesia.

7. Bapak dan Ibu dosen Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia yang

sudah mengajar dan memberikan banyak ilmu pengetahuan kepada penulis

selama empat tahun.

8. Adik, Reddy Febrianto Winata, dan cici sepupu, Silviana Stevanni sebagai

saudara yang dikasihi oleh penulis.


v

9. Keluarga besar Winata dan keluarga besar Lie yang merupakan keluarga

tercinta dari orang tua penulis.

10. Gembala Sidang GSJA Anugerah, Pdt. Dwi Muryani, beserta dengan keluarga

besar GSJA Anugerah Serpong yang selalu memberikan dukungan kepada

penulis, dalam bentuk materiil maupun spirituil.

11. Karyawan Departemen Teknik Kimia UI, antara lain Mang Izal, Kang Jajat,

Mas Taufik, Mas Sri, Pak Masturo, dan Pak Mugeni yang merupakan

karyawan-karyawan yang sangat berkontribusi dalam membantu penelitian,

baik penelitian penulis maupun penelitian mahasiswa/i lainnya.

12. Pak Dudi (pihak yang melakukan manufaktur kompor) dan Pak Parlan (pihak

yang membantu modifikasi kompor), serta Pak Tahmid (karyawan Balai

Mekanisasi Pertanian Serpong) dan istri yang membantu dalam pembuatan

pelet biomassa untuk bahan bakar kompor.

13. Farah Inayati, sebagai rekan satu pembimbing dan satu topik penelitian, atas

semangat dalam mengusahakan selesainya skripsi ini tepat waktu, perjuangan

melakukan penelitian, dan tukar pikiran selama proses penulisan skripsi ini.

14. Henry Septian, atas kenangan baik, janji dan doanya yang senantiasa

memberikan semangat bagi penulis untuk segera menyelesaikan skripsi.

15. Lydia, atas bantuannya dalam memberikan limbah bagas yang dipergunakan

oleh penulis sebagai bahan bakar kompor gas-biomassa dalam penelitian.

16. Matius Wisnu, Dessy, Intan A., Y. M. Togar, dan Nur M. Arifin atas

bantuannya dalam meminjamkan laptop kepada penulis ketika laptop penulis

rusak sehingga penulisan skripsi tetap dapat berjalan, atas bantuannya dalam

hal transportasi, serta doa dan semangat yang diberikan.

17. Antoni Stefan dan Antonius Chrisnandy, atas bantuannya kepada penulis

dalam pembuatan gambar teknik tiga dimensi dari rancangan kompor gas-

biomassa dan bantuan dalam bentuk tenaga. Ucapan terimakasih yang spesial,

penulis berikan kepada koko Antoni Stefan atas bantuan dalam bentuk tenaga

dan transportasi untuk mengantarkan kompor ke tempat modifikasi.

18. Kenny Viriya, Haryo Wibisono, Habib, Santoso Wijaya, Antonius Erick,

David Santos, Ivan Merry, Illyin, Raditya, Fakhrian, dan Guntur, terimakasih


vi

buat bantuan kalian yang sangat berarti terutama dalam hal tenaga dan

transportasi.

19. Kelompok kecil tercinta (Chakrita T., Ingrid C., dan Vania C.), atas segala doa

dan bantuannya, berbagai kenangan manis, serta pertumbuhan rohani yang

dialami bersama.

20. Catur N. V. N., Bernadet V., Lolyta R. N., Maylen R. V., Indriani M., dan

Tania D., atas segala dukungan sebagai para sahabat perempuan dari penulis.

21. Chandra Hadiwijaya, Marcho Rizal, Nirwanto Honsono, Sukha Adi Putra,

Andry Prasthio, Gregorius Stefanus, Eldo Marbun, dan Gabriel A. M., atas

segala dukungan dan bantuan sebagai para sahabat laki-laki dari penulis.

22. Agustina Rahayu, Glifanny R., Dessy C., dan Ichwan Agusta, sebagai rekan-

rekan satu pembimbing skripsi yang berjuang bersama mencapai kelulusan.

Terimakasih atas bantuan kalian.

23. Gina A., Maria S., dan teman-teman satu Laboratorium Energi Berkelanjutan

lainnya, atas kenangan-kenangan menikmati nge-lab bersama.

24. Teman-teman Rohani Kristen (ROHKRIS) Departemen Teknik Kimia seluruh

angkatan, khususnya angkatan 2008, atas semangat dan doa yang diberikan.

25. Seluruh teman Departemen Teknik Kimia 2008, angkatan yang tidak kenal

lelah berjuang bersama-sama menyelesaikan skripsi. Terimakasih buat

kenangan suka dan duka selama empat tahun masa perkuliahan.

26. Seluruh pihak, termasuk senior dan junior di Departemen Teknik Kimia,

teman-teman di Persekutuan Oikumene Fakultas Teknik, dan pihak lainnya.

Penyusunan skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu,

penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun untuk perbaikan di masa

mendatang. Akhir kata, semoga skripsi ini bermanfaat bagi para pembaca.

Depok, 27 Juni 2012

Penulis


vii

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai sivitas akademik Universitas Indonesia, saya yang bertanda tangan di bawah

ini:

Nama : Resiana Winata

NPM : 0806456783

Program Studi : Teknik Kimia

Departemen : Teknik Kimia

Fakultas : Teknik

Jenis karya : Skripsi

demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada

Universitas Indonesia Hak Bebas Royalti Noneksklusif (Non-exclusive Royalty-

Free Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul :

”PERANCANGAN DAN OPTIMASI KOMPOR GAS-BIOMASSA YANG

BEREMISI GAS CO RENDAH MENGGUNAKAN BAHAN

BAKAR PELET BIOMASSA DARI LIMBAH BAGAS”

beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti

Noneksklusif ini Universitas Indonesia berhak menyimpan,

mengalihmedia/formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database),

merawat, dan memublikasikan tugas akhir saya selama tetap mencantumkan nama

saya sebagai penulis/pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.


viii Universitas Indonesia

ABSTRAK

Nama : Resiana Winata Program Studi : Teknik Kimia Judul : Perancangan dan Optimasi Kompor Gas-Biomassa yang

Beremisi Gas CO Rendah Menggunakan Bahan Bakar Pelet Biomassa dari Limbah Bagas

Kompor biomassa konvensional yang ada saat ini masih memiliki permasalahan dengan emisi gas CO yang tinggi dibandingkan kompor LPG. Pada penelitian ini, dirancang suatu kompor gas-biomassa menggunakan prinsip Top-Lit Up Draft Gasifier yang diharapkan menghasilkan emisi gas CO yang rendah dengan membakar gas pirolisis dari pelet biomassa. Kompor memiliki diameter dalam sebesar 15 cm, diameter luar 20 cm, tinggi reaktor gasifikasi 51 cm, dan tinggi keseluruhan 95 cm. Kompor menggunakan pelet biomassa dari limbah bagas yang mengandung volatile matter tinggi. Dengan memvariasikan rasio antara laju alir udara sekunder dan udara primer, didapatkan emisi gas CO rata-rata terendah, 16,4 ppm (dengan emisi gas CO maksimum yang diperbolehkan adalah 25 ppm), yang terjadi pada rasio 11:1. Perbandingan antara nilai rasio tersebut menunjukkan suhu api maksimum tertinggi yang dicapai adalah 544,44oC pada rasio 6:1. Menggunakan Water Boiling Test, efisiensi termal tertinggi yang dicapai adalah 55%, dimana waktu tersingkat untuk mendidihkan 1 L air adalah 6 menit. Api kompor berwarna kuning menunjukkan pembentukan jelaga.

Kata kunci: bagas; kompor gas-biomassa; Top-Lit Up Draft Gasifier; pelet biomassa; volatile matter; Water Boiling Test


ix Universitas Indonesia

ABSTRACT

Name : Resiana Winata Study Program : Chemical Engineering Title : Design and Optimization of Low CO Gas Emission

Biomass-Gas Stove Using Biopellet Fuel from Bagasse Waste

Nowadays conventional biomass stoves still have a problem of having high CO gas emission compared to LPG stoves. In this research, a biomass-gas stove has been designed using Top-Lit Up Draft Gasifier principle, which had been expected to have low CO gas emission by burning pyrolysis gas from biopellets. The stove has 15 cm inner diameter, 20 cm outer diameter, 51 cm gasification reactor height, and 95 cm overall height. The stove uses biopellet made of bagasse waste, which have high volatile matters content. By varying the ratio of secondary air flow to primary air flow, it was found that the lowest CO gas emission, 16,4 ppm (with maximum CO gas emission allowable is 25 ppm), occurred at the ratio of 11:1. Comparison of different values of the ratio shows that the highest maximum flame temperature achieved was 544,44oC occurring at the ratio of 6:1. Using Water Boiling Test, the highest thermal efficiency achieved was 55%, which corresponds to the shortest time to boil 1 L of water (6 minutes). The stove has yellow flame that indicates the formation of soot.

Keywords: bagasse; biomass-gas stove; biopellet; Top-Lit Up Draft Gasifier; volatile matter; Water Boiling Test.


x Universitas Indonesia

DAFTAR ISI

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS .................................................. ii

HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................. iii KATA PENGANTAR ........................................................................................ iv

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ........................... vii ABSTRAK ....................................................................................................... viii

DAFTAR ISI ....................................................................................................... x DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xii

DAFTAR TABEL ............................................................................................ xiii DAFTAR LAMPIRAN ..................................................................................... xiv

BAB 1 PENDAHULUAN ................................................................................... 1 1.1 Latar Belakang ....................................................................................... 1 1.2 Perumusan Masalah................................................................................ 7

1.2.1 Rumusan Masalah .............................................................................. 7 1.2.2 Pendekatan Masalah ........................................................................... 7 1.2.3 Hipotesis ............................................................................................ 8

1.3 Tujuan Penelitian ................................................................................... 8 1.4 Ruang Lingkup Masalah ......................................................................... 8

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................... 10 2.1 Biomassa .............................................................................................. 10

2.1.1 Definisi Biomassa dan Pelet Biomassa.............................................. 10 2.1.2 Ketersediaan Biomassa di Indonesia ................................................. 11 2.1.3 Kandungan Biomassa ....................................................................... 13 2.1.4 Uji Analisis Karakteristik Bahan Bakar Biomassa............................. 16 2.1.5 Tahap-tahap Pembakaran Biomassa .................................................. 18 2.1.6 Gasifikasi sebagai Konversi Termal Biomassa .................................. 22

2.2 Kompor Biomassa .................................................................................. 28 2.2.1 Definisi Kompor Biomassa ............................................................... 28 2.2.2 Komponen-komponen Kompor Biomassa ......................................... 28 2.2.3 Perkembangan Berbagai Jenis Kompor Biomassa ............................. 29 2.2.4 Kompor Gas-Biomassa dengan Prinsip T-LUD Gasifier ................... 30 2.2.5 Faktor Pertimbangan Perancangan Kompor Gas-Biomassa ............... 37

2.3 Uji Performa dan Evaluasi Operasi Kompor ......................................... 44 2.3.1 Parameter Evaluasi Operasi Kompor ................................................ 44 2.3.2 Uji Efisiensi Termal dengan Metode WBT ....................................... 45

BAB 3 METODE PENELITIAN ....................................................................... 47

3.1 Model Penelitian .................................................................................. 47


xi Universitas Indonesia

3.2 Variabel Penelitian ............................................................................... 48 3.3 Tahapan Penelitian ............................................................................... 48

3.3.1 Tahap Perancangan Kompor ............................................................. 51 3.3.2 Tahap Preparasi Alat dan Bahan ....................................................... 54 3.3.3 Tahap Fabrikasi Kompor .................................................................. 55 3.3.4 Tahap Preparasi Bahan Bakar ........................................................... 55 3.3.5 Tahap Pengujian ............................................................................... 57 3.3.6 Tahap Analisa dan Evaluasi .............................................................. 60

3.4 Jadwal Pelaksanaan Penelitian .............................................................. 60

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................................. 61 4.1 Tahap Perancangan Kompor ................................................................. 61 4.2 Tahap Fabrikasi Kompor ...................................................................... 68 4.3 Tahap Preparasi Bahan Bakar ............................................................... 72 4.4 Tahap Pengujian ................................................................................... 73

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................. 95

5.1 Kesimpulan .......................................................................................... 95 5.2 Saran .................................................................................................... 95

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 97 LAMPIRAN .................................................................................................... 103


xii Universitas Indonesia

DAFTAR GAMBAR Gambar 1. 1 Produksi dan konsumsi minyak bumi Indonesia ............................. 2 Gambar 2. 1 Pelet biomassa .............................................................................. 10 Gambar 2. 2 Skema proses produksi pelet biomassa ......................................... 11 Gambar 2. 3 Potensi biomassa di Indonesia ...................................................... 12 Gambar 2. 4 Pilihan utama teknologi metode pengubahan biomassa ................. 22 Gambar 2. 5 Skema proses pembakaran gas producer ...................................... 23 Gambar 2. 6 Skema Up Draft Gasifier .............................................................. 24 Gambar 2. 7 Skema Down Draft Gasifier ......................................................... 25 Gambar 2. 8 Skema Cross Draft Gasifier ......................................................... 26 Gambar 2. 9 Skema Top-Lit Up Draft (T-LUD) Gasifier .................................. 27 Gambar 2. 10 Wood-Gas Turbo Stove dengan konveksi alami yang terbuat dari

15 cm riser sleeve (kiri) dan Wood-Gas Turbo Stove dengan konveksi paksa 3 W blower yang menghasilkan 3 kW api (kanan) ................................................................................................... 32

Gambar 2. 11 Champion T-LUD ND (Natural Draft) ....................................... 34 Gambar 2. 12 Belonio’s Rice Husk T-LUD Gasifier ......................................... 35 Gambar 2. 13 SPRERI Gasifier Stove ............................................................... 36 Gambar 3. 1 Diagram alir penelitian ................................................................. 50 Gambar 3. 2 Pressure pelletizer ........................................................................ 57 Gambar 3. 3 Gas Analyzer ................................................................................ 59 Gambar 4. 1 Hasil fabrikasi kompor gas-biomassa awal sebelum modifikasi .... 69 Gambar 4. 2 Hasil fabrikasi kompor gas-biomassa setelah modifikasi (dengan

centrifugal blower) ..................................................................... 71 Gambar 4. 3 Pelet bagas yang dibuat dalam penelitian ...................................... 72 Gambar 4. 4 Emisi gas CO terhadap waktu ....................................................... 77 Gambar 4. 5 Suhu api terhadap waktu............................................................... 85 Gambar 4. 6 Nyala api berwarna merah pada uji performa ke-2 ........................ 86 Gambar 4. 7 Warna nyala api kompor gas-biomassa dan kompor LPG ............. 89 Gambar 4. 8 Nyala api kompor gas-biomassa dalam penelitian ......................... 90 Gambar 4. 9 Suhu air terhadap waktu ............................................................... 92


xiii Universitas Indonesia

DAFTAR TABEL

Tabel 2. 1 Limbah biomassa di Indonesia .......................................................... 13 Tabel 2. 2 Analisis proximate biomassa ............................................................. 17 Tabel 2. 3 Analisis ultimate biomassa ................................................................ 18 Tabel 2. 4 Data Operasi dan Turunan untuk Bahan Bakar yang Dipilih dalam

Pengujian Wood-Gas Turbo Stove .................................................... 33 Tabel 3. 1 Kalor Spesifik dan Energi yang Diperlukan untuk Memasak Suatu

Makanan ........................................................................................... 52 Tabel 4. 1 Perbedaan antara desain kompor gas-biomassa dan Belonio’s Rice

Husk T-LUD Gasifier ....................................................................... 68 Tabel 4. 2 Perhitungan moisture content dari biomassa bagas ............................ 73 Tabel 4. 3 Persentase massa char dan abu terhadap massa bahan bakar ............. 75 Tabel 4. 4 Hasil pengolahan data laju alir udara dan emisi gas CO .................... 78 Tabel 4. 5 Hasil pengolahan data suhu api ......................................................... 86 Tabel 4. 6 Hasil pengolahan data suhu air dan perhitungan efisiensi termal ....... 93


xiv Universitas Indonesia

DAFTAR LAMPIRAN LAMPIRAN A. 1 Rancangan Kompor Gas-Biomassa Secara Umum .............. 103 LAMPIRAN A. 2 Rancangan Kompor Gas-Biomassa Tampak Depan, Samping,

dan Atas ............................................................................ 104 LAMPIRAN A. 3 Rancangan Kompor Gas-Biomassa Secara Detail ............... 105 LAMPIRAN B. 1 Data Emisi Gas CO ............................................................ 106 LAMPIRAN B. 2 Data Suhu Api .................................................................... 107 LAMPIRAN B. 3 Data Suhu Air..................................................................... 114 LAMPIRAN B. 4 Data Persentase Massa Char dan Abu................................. 119 LAMPIRAN C. 1 Data Konversi Satuan Laju alir Udara Primer dan Sekunder120 LAMPIRAN D. 1 Hasil Uji Karakterisasi Bahan Bakar Biomassa oleh BPPT . 121 LAMPIRAN E. 1 Perhitungan Udara Stoikiometrik ........................................ 122 LAMPIRAN E. 2 Perhitungan Efisiensi Termal Kompor Gas-Biomassa ......... 126


1 Universitas Indonesia

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Salah satu teknologi yang berperan penting sebagai penopang terbesar

pemanfaatan energi dalam rumah tangga adalah kompor. Menurut Kamus Besar

Bahasa Indonesia, kompor didefinisikan sebagai perapian untuk memasak yang

menggunakan minyak tanah, gas, atau listrik sebagai bahan bakar. Adapun di

Indonesia, pada umumnya masyarakatnya menggunakan kompor berbahan bakar

minyak tanah dan LPG untuk memasak. Kompor minyak tanah dan kompor LPG

memiliki keunggulan dalam hal efisiensi yang tinggi, emisi yang bersih, aplikasi

yang praktis, dan desain kompor yang modern sehingga banyak digunakan oleh

masyarakat di negara-negara berkembang. Akan tetapi, bahan bakar kompor-

kompor tersebut merupakan produk pengolahan minyak bumi dan gas alam yang

notabenenya merupakan bahan bakar fosil. Bahan bakar fosil termasuk sumber

energi tak terbarukan sehingga penggunaan bahan bakar kompor tidak dapat

selamanya bergantung pada bahan bakar tersebut. Apalagi, bahan bakar fosil tidak

hanya digunakan untuk kebutuhan bahan bakar kompor saja.

Adapun persediaan bahan bakar fosil yang dimiliki oleh Indonesia,

khususnya untuk minyak bumi, sudah tidak mampu mencukupi kebutuhan

penduduknya yang amat bergantung terhadap BBM sebagai sumber energi.

Menurut www.kamase.com, berdasarkan laporan Department of Energy (DOE)

Amerika Serikat pada Oktober 2005, Indonesia sebenarnya sudah menjadi net-

importer bahan bakar minyak bumi sejak tahun 2004. Pada Gambar 1.1 dapat

dilihat bahwa mulai tahun 2004, terjadi titik potong antara volume produksi dan

konsumsi minyak bumi Indonesia, di mana setelah tahun 2004 volume produksi

minyak bumi lebih rendah dibandingkan volume konsumsi minyak bumi.


2

Universitas Indonesia

Gambar 1. 1 Produksi dan konsumsi minyak bumi Indonesia

(www.kamase.com)

Apalagi, menurut ekonomi.kompasiana.com, dana yang dianggarkan untuk

subsidi BBM tahun 2011 melonjak dari Rp 92,79 triliun menjadi sebesar Rp

178,59 triliun akibat kenaikan harga minyak mentah dari US$ 80 (patokan dalam

APBN) menjadi US$ 113 per barel. Adapun anggaran pemerintah untuk subsidi

minyak tanah mencapai Rp 38 triliun pada tahun 2008 (IISD, n.d.).

Selain itu, konversi bahan bakar yang dilakukan oleh pemerintah dari

minyak tanah ke LPG dinilai gagal. Hal ini dikarenakan hingga saat ini program

pemerintah tersebut belum diterima sepenuhnya oleh masyarakat Indonesia,

terutama untuk kalangan menengah ke bawah. Apalagi sosialisasi program yang

kurang dan sulit untuk dimengerti oleh masyarakat tersebut, material konstruksi

komponen tabung gas yang kurang aman, dan proses distribusi yang kurang baik,

mengakibatkan banyaknya terjadi ledakan tabung LPG 3 kg yang menimbulkan

banyak kerugian. Menurut Pusat Studi Kebijakan Publik (Puskepi) sejak tahun

2008 hingga Juli 2010, di Indonesia telah terjadi kasus ledakan sebanyak 189 kali

dalam pemakaian tabung LPG rumah tangga (www.metro.news.viva.co.id).

Selain itu, pemenuhan kebutuhan LPG nasional tersebut pun sebenarnya

belum dapat disediakan oleh pemerintah sepenuhnya dari kilang gas dan minyak

yang dimiliki oleh Indonesia. Hal ini disebabkan oleh jumlah permintaan LPG

yang lebih besar daripada jumlah penawarannya. Dengan demikian, pemerintah


3


masih harus melakukan impor LPG untuk memenuhi kebutuhan LPG nasional

tersebut, dimana pada tahun 2007 saja impor LPG telah mencapai angka 50.193

metrik ton (IISD, n.d.).

Berdasarkan kondisi yang telah diuraikan tersebut, Indonesia memerlukan

suatu energi alternatif terbarukan yang ketersediaannya besar di Indonesia untuk

menggantikan bahan bakar fosil tersebut, misalnya biomassa. Energi biomassa

adalah energi hijau dan merupakan sumber energi yang potensial di Indonesia

(Kong, 2010). Berdasarkan informasi dari www.energiterbarukan.net, Indonesia

diestimasi memproduksi 146,7 juta ton biomassa/tahun yang dapat disetarakan

dengan sekitar 470 GJ/tahun.

Sebagai Negara Agraris, Indonesia memiliki potensi bahan baku biomassa

yang tinggi dan mudah diperoleh, terutama yang berasal dari limbah pertanian.

Bagas sebagai salah satu biomassa yang berasal dari limbah pertanian, memiliki

potensi yang cukup besar di Indonesia. Menurut data Kementerian Lingkungan

Hidup Republik Indonesia tahun 2002 pada www.menlh.go.id, potensi bagas

nasional yang dapat tersedia dari jumlah seluruh luas tanaman tebu mencapai

39.539.944 ton per tahun. Potensi bagas yang cukup besar tersebut menunjukkan

bagas amat potensial dan tersedia secara ekonomis untuk dimanfaatkan sebagai

bahan bakar alternatif di Indonesia.

Meskipun persediaan biomassa yang dimiliki oleh Indonesia sangat

melimpah, tetapi kompor biomassa yang ada saat ini masih memiliki efisiensi

termal yang rendah dan emisi CO yang tinggi sebagai indikasi terjadinya

pembakaran yang tidak sempurna (Smith, 2000a, Bhattacharya, 2000). Seperti

telah diketahui, kandungan karbon yang tinggi memang merupakan karakteristik

dari bahan bakar padat dibandingkan bahan bakar non padat (Handayani, 2009).

Berdasarkan data WHO (World Health Organization) 2007, jumlah populasi

penduduk Indonesia yang menggunakan bahan bakar padat sebesar 72% dari

217.131 jumlah penduduk Indonesia dan kematian per tahun akibat dari polusi

udara di dalam ruangan tertutup mencapai 15.300 jiwa (Colbeck, 2010). Hal ini

disebabkan oleh peningkatan kadar gas CO yang melebihi ambang batas di

atmosfer mampu menyebabkan hemoglobin dalam darah cenderung mengikat CO

dibandingkan O2 sehingga beracun bagi tubuh dan mampu menyebabkan


4


kematian. Oleh karena itu, perlu ditemukan suatu solusi untuk mengembangkan

kompor biomassa beremisi gas CO rendah sehingga permasalahan energi nasional

tentang ketersediaan bahan bakar fosil yang semakin menipis dan bahaya polusi

udara dalam ruangan terhadap kesehatan penduduk Indonesia dapat diatasi.

Penelitian mengenai pengembangan kompor biomassa untuk

menanggulangi permasalahan efisiensi termal dan emisi gas CO sebenarnya telah

banyak dilakukan, mulai dari kompor biomassa tradisional (traditional biomass-

fired stove) yang memiliki efisiensi termal sangat rendah, yakni berkisar antara 5-

20%, kompor biomassa dikembangkan (improved biomass-fired stove), kompor

biogas (biogas-fired stove), hingga kompor gas-biomassa (producer gas-fired

stove). Meskipun begitu, kompor gas-biomassa merupakan jenis kompor yang

paling potensial dikembangkan untuk menggantikan kompor yang menggunakan

bahan bakar tak terbarukan, seperti kompor LPG dan kompor minyak tanah,

karena memiliki efisiensi energi tinggi dan mampu meminimasi emisi gas

berbahaya dari kompor (termasuk gas CO) dengan cara membakar gas yang

dihasilkan dari pirolisis biomassa (Bhattacharya, & Salam, 2002).

Salah satu kompor gas-biomassa yang telah dirancang adalah Wood-Gas

Turbo Stove atau yang dikenal dengan Reed’s Wood-Gas Campstove. Kompor

tersebut memiliki efisiensi termal lebih besar dari 30% dan mampu menekan

emisi gas CO yang tinggi hingga konsentrasi gas CO pada ketinggian 80 cm di

atas kompor mencapai 22 ppm. Pada Wood-Gas Turbo Stove, aliran udara primer

dan sekunder bergerak secara konveksi alami pada rancangan awal, sedangkan

pada rancangan terbarunya, aliran udara primer dan sekunder bergerak secara

konveksi paksa namun daya berasal dari penggunaan satu fan yang sama (Reed, et

al., 2000).

Kemudian, SPRERI Gasifier Stove, kompor gas-biomassa yang telah

dievaluasi performanya dengan menggunakan biomassa dari jarak pagar. Kompor

tersebut mencapai efisiensi termal sebesar 31,10%, dan emisi gas CO sekitar 3-6

ppm yang diukur dengan jarak 1 m dari ketinggian kompor (Panwar, 2010).

Lalu, Anderson merancang Champion T-LUD ND (Natural Draft) Stove

yang memanfaatkan konveksi alami, baik untuk aliran udara primer maupun udara


5


sekunder. Kompor tersebut menghasilkan emisi gas CO sebesar 3,5 g/L (Roth,

2011).

Selanjutnya, Belonio’s Rice Husk T-LUD Gasifier yang memanfaatkan

aliran konveksi paksa untuk udara primernya dan konveksi alami untuk udara

sekundernya. Kompor tersebut merupakan kompor gas-biomassa pertama dengan

pembakaran partikel halus limbah biomassa menggunakan prinsip T-LUD

Gasifier yang mampu menghasilkan gasifikasi yang sempurna, menghasilkan

nyala api biru yang konsisten, dan emisi yang rendah, menggunakan biomassa

dari sekam padi (Belonio, 2005).

Adapun kompor-kompor gas-biomassa tersebut menggunakan prinsip

Inverted Down Draft (IDD) atau Top-Lit Up Draft (T-LUD) Gasifier. Prinsip ini

pada dasarnya adalah memproduksi gas-gas yang dapat terbakar, terutama gas CO

dan asap hidrokarbon, melalui proses pirolisis pada suhu tinggi (udara primer

yang diperlukan dalam jumlah terbatas) untuk selanjutnya seluruh gas tersebut

dibakar sempurna di bagian atas dengan udara sekunder berlebih sehingga

dihasilkan emisi yang bersih. Jadi, bahan bakar dinyalakan mulai dari bagian atas

kompor sehingga timbul api di bagian atas (top lit). Api pada penyalaan awal

tersebut akan memicu pelet pada lapisan paling atas untuk mengeluarkan volatile

matter karena menerima panas dari api secara radiasi dan konveksi. Volatile

matter yang keluar terus-menerus dari biomassa tersebut menghalangi oksigen

(oksigen disuplai dari aliran udara primer yang bergerak ke atas) untuk

berpenetrasi ke partikel biomassa sehingga terjadilah pirolisis yang memproduksi

gas-gas pirolisis dan panas. Panas tersebut akhirnya membentuk api pirolisis di

sekitar partikel pelet biomassa ketika oksigen berpeluang berpenetrasi ke partikel

pelet biomassa. Zona dimana api pirolisis berada itulah yang disebut dengan zona

flaming pyrolisis. Posisi zona ini bergerak turun, sementara bahan bakar tetap

(fixed bed). Dengan demikian, api pirolisis tersebut akan bergerak ke bawah dan

terus-menerus menyebabkan biomassa mengeluarkan volatile matter-nya hingga

habis dan hanya tersisa char-nya saja. Sedangkan volatile matter yang keluar dari

biomassa tersebut selanjutnya akan bergerak ke atas, sama seperti aliran udara

primer (up draft), untuk dibakar dengan udara sekunder (Roth, 2011).


6


Meskipun kompor-kompor dengan prinsip Top-Lit Up Draft (T-LUD)

Gasifier tersebut sudah cukup berhasil dalam menurunkan emisi gas CO, dimana

masih termasuk batas emisi gas CO yang diperbolehkan dalam atmosfer oleh

Kementerian Tenaga Kerja Republik Indonesia sebesar 25 ppm (Supramono,

2009), namun masih memiliki beberapa kekurangan. Kekurangannya ialah

terutama pada masalah pergerakan aliran udara, optimasi teknik pembakaran, dan

karakteristik dari bahan bakar biomassa yang dipergunakan. Pada beberapa

kompor gas-biomassa seperti Wood-Gas Turbo Stove, pencampuran gas-udara

(turbulensi) masih kurang baik sehingga menimbulkan warna kuning pada api.

Hal ini mungkin disebabkan oleh aliran udara yang bergerak secara konveksi

alami sehingga amat bergantung pada aliran udara di lingkungan sekitarnya, dan

pengaturan udara primer dan sekunder belum dilakukan secara independen dari

dua sumber daya yang berbeda. Selain itu, masih ada char yang ikut terbakar yang

menandakan bahwa flaming pyrolisis dan glowing pyrolisis terjadi pada waktu

yang beririsan. Sedangkan masalah karakteristik biomassa, yaitu mengenai

optimasi dengan biomassa yang tepat (kandungan volatile matter tinggi) yang

belum dilakukan terhadap kompor (Reed, et al., 2000) dan penggunaan biomassa

dari jarak pagar yang memiliki kadar keabuan tinggi pada SPRERI Gasifier Sove

sehingga menimbulkan masalah tingginya emisi partikulat (Panwar, 2010).

Berdasarkan peluang yang tersedia tersebut, maka penelitian ini dilakukan

terutama untuk mengembangkan rancangan kompor gas-biomassa guna

memperbaiki kelemahan kompor gas-biomassa yang sudah ada dan mengoptimasi

performa kompor dengan memilih biomassa yang memiliki kandungan volatile

matter tinggi (sesuai dengan prinsip perancangan kompor), seperti bagas.

Tujuannya ialah untuk memperoleh kompor dengan nyala api biru seperti kompor

LPG dengan parameter yang digunakan adalah emisi gas CO yang serendah

mungkin. Oleh karena itu, dapat dirancang kompor gas-biomassa baru dengan

menggunakan prinsip serupa, yakni prinsip Top-Lit Up Draft (T-LUD) Gasifier,

dimana desain kompor yang menjadi acuan utama adalah desain Belonio’s Rice

Husk T-LUD Gasifier yang merupakan kompor gas-biomassa pertama yang

dinilai mampu menghasilkan nyala api biru secara konsisten dan memiliki emisi

yang rendah. Selain itu, kompor gas-biomassa tersebut harus dirancang dengan


7


udara devolatilisasi (udara primer) dan udara pembakaran (udara sekunder)

mengalir secara konveksi paksa menggunakan blower yang independen agar

gasifikasi yang dicapai dapat lebih sempurna lagi sehingga dapat menghasilkan

nyala api biru. Adapun timbulnya warna biru pada nyala api disebabkan oleh

adanya radikal CH dan C2 yang tereksitasi. Radikal-radikal yang tereksitasi

tersebut mengemisikan gelombang elektromagnetik, dimana CH dan C2

mengemisikan gelombang hijau dan biru (Ballester, & Armingol, 2010).

Dengan prinsip Top-Lit Up Draft (T-LUD) Gasifier, maka emisi gas CO

kompor dapat dikurangi hingga konsentrasi sangat rendah dan mampu

menghasilkan nyala api berwarna biru yang dapat disetarakan dengan kompor

LPG yang sekarang banyak digunakan. Dengan demikian, kompor gas-biomassa

dapat dikatakan sebagai interface antara kompor biomassa dan kompor LPG.

1.2 Perumusan Masalah

1.2.1 Rumusan Masalah

Masalah yang dirumuskan untuk diselesaikan dalam penelitian yang akan

dilakukan, antara lain:

desain kompor gas-biomassa dengan prinsip Inverted Down Draft (IDD) atau

Top-Lit Up Draft (T-LUD) Gasifier yang mampu meminimasi emisi gas CO

sehingga mampu menghasilkan nyala api biru, dan

mencapai performa kompor yang optimum dari kompor gas-biomassa melalui

penggunaan bahan bakar pelet biomassa dari limbah bagas yang memiliki

kandungan volatile matter tinggi.

1.2.2 Pendekatan Masalah

Hingga saat ini, para peneliti sudah tertuju pada penyelesaian masalah

dalam mengembangkan desain kompor biomassa yang mampu menurunkan emisi

gas CO, namun hasilnya tidak semua memuaskan. Mengacu pada emisi gas CO

yang dihasilkan oleh Wood-Gas Turbo Stove sebesar 22 ppm pada ketinggian 80

cm dan SPRERI Gasifier Stove sebesar 3-6 ppm pada ketinggian 1 m di atas

kompor, dimana kompor masih memiliki berbagai kelemahan yang harus

diperbaiki, antara lain ketidakstabilan warna api karena ketidaksempurnaan


8


pencampuran gas-udara, serta desain kompor dan kandungan bahan bakar yang

belum mampu mengoptimasi proses gasifikasi (Reed, et al., 2000, Panwar, 2010).

Adapun Belonio’s Rice Husk T-LUD Gasifier mampu mencapai emisi CO rendah

dan nyala api biru secara konsisten. Hasil tersebut diperoleh untuk kompor gas-

biomassa yang menggunakan prinsip Top-Lit Up Draft (T-LUD) Gasifier. Maka,

penelitian sekarang berusaha merancang kompor gas-biomassa beremisi gas CO

rendah dengan prinsip yang sama dan mengoptimasi performanya dengan

biomassa yang mengandung volatile matter tinggi, seperti bagas.

1.2.3 Hipotesis

Melalui devolatilisasi dari biomassa yang menghasilkan gas-gas pirolisis

dengan bantuan udara primer terbatas (salah satunya gas CO) dan melalui

pembakaran sempurna gas-gas pirolisis tersebut di bagian atas dengan udara

sekunder berlebih, dimana pembakaran sempurna gas-gas pirolisis tersebut di

bagian atas harus terjadi lebih cepat dibandingkan pembakaran char dari pelet

biomassa yang terbentuk (Depner, & Jess, 1999), maka dapat diduga bahwa

rancangan kompor gas-biomassa akhir dalam penelitian ini memiliki nyala api

yang berwarna biru sebagai akibat emisi gas CO yang sangat rendah.

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah merancang kompor gas-biomassa untuk

penggunaan rumah tangga yang beremisi gas CO rendah dan memiliki nyala api

biru seperti kompor LPG, dengan bahan bakar pelet biomassa dari limbah bagas.

1.4 Ruang Lingkup Masalah

Adapun ruang lingkup masalah yang akan dibahas adalah sebagai berikut:

Perancangan kompor gas-biomassa dengan ukuran, bentuk, dan bahan

fabrikasi tertentu dengan menggunakan prinsip Top-Lit Up Draft (T-LUD)

Gasifier yang mayoritas diadopsi dari Belonio’s Rice Husk T-LUD Gasifier.

Bahan bakar yang digunakan adalah 100% biomassa dari limbah bagas yang

dikompakkan menjadi pelet dengan moisture content sebesar 10%;


9


Penggunaan dua buah blower untuk sistem konveksi paksa aliran udara

devolatilisasi (udara primer) dan udara pembakaran (udara sekunder) secara

independen.

Emisi gas CO serendah mungkin dijadikan sebagai parameter kuantitatif dan

pengamatan visual warna api dijadikan sebagai parameter kualitatif dari nyala

api biru yang diharapkan dari kompor gas-biomassa yang dirancang.



BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Biomassa

2.1.1 Definisi Biomassa dan Pelet Biomassa

Biomassa merupakan sumber energi terbarukan yang berasal dari derivat

ternak maupun tumbuhan (dapat ditanam ulang) dan dikenal sebagai energi hijau

(Kong, 2010). Biomassa merupakan istilah yang digunakan untuk berbagai jenis

bahan organik dalam bentuk padat yang dapat digunakan sebagai bahan bakar,

seperti kayu, arang, kotoran hewan, limbah pertanian, dan limbah padat lainnya

yang dapat terbiodegradasi (Fisafarani, 2010).

Pelet telah diproduksi sejak seabad yang lalu dengan menggunakan panas

dan tekanan sehingga pelet berbentuk silindris, dapat diproduksi dari berbagai

macam materi untuk tujuan yang berbeda-beda. Keuntungan yang diperoleh dari

penggunaan pelet adalah densitasnya yang maksimal sekitar 40 lbs/ft3, mengalir

seperti cairan dan ideal dipergunakan untuk sistem yang otomatis, dapat

digunakan pada kompor dan boiler, dapat digunakan dalam aplikasi berskala kecil

maupun besar, mudah untuk ditangani, disimpan, dan ditransportasikan, serta

meningkatkan karakteristik pembakaran dari bahan baku yang dipergunakan

(www.pelheat.com). Penampilan fisik pelet biomassa dapat dilihat pada Gambar

2.1 di bawah ini.

Gambar 2. 1 Pelet biomassa

(www.pelheat.com)

Peletisasi biomassa merupakan salah satu upaya untuk mengembangkan

penanganan, transportasi, pengubahan yang lebih mudah, dan penyimpanan

sewaktu-waktu (Erlich, 2005). Untuk menghasilkan pelet biomassa yang memiliki


11


kualitas yang baik, tahapan prosesnya dideskripsikan dalam skema pada Gambar

2.2 sebagai berikut:

Gambar 2. 2 Skema proses produksi pelet biomassa

(www.pelheat.com)

Dalam penelitian ini, biomassa yang digunakan adalah 100% biomassa

yang berasal dari limbah bagas dan karakterisasi utama yang dilihat ialah

kandungan volatile matter yang tinggi (karena volatile matter dari biomassa

tersebutlah yang menjadi bahan bakar dari kompor gas-biomassa yang dirancang).

Untuk digunakan sebagai bahan bakar, limbah bagas dikompakkan dalam bentuk

pelet. Menurut hasil penelitian yang dilakukan oleh Erlich (2005) dengan

membandingkan antara pelet bagas berdiameter 6 mm dan 12 mm, semakin besar

ukuran diameter pelet bagas maka semakin tinggi tingkat kerapuhan dan semakin

tinggi char yang dihasilkan. Char yang tinggi akan membentuk lapisan tebal pada

char zone sehingga mencegah udara atau gas untuk melewatinya.

2.1.2 Ketersediaan Biomassa di Indonesia

Sumber daya biomassa di Indonesia sangat melimpah. Salah satu

penyebabnya adalah Indonesia yang termasuk negara beriklim tropis dengan

wilayah yang cukup luas. Berikut ini merupakan peta persebaran potensi biomassa

di Indonesia pada Gambar 2.3, dimana pada Pulau Jawa dan Sumatra, limbah dari

penggilingan tebu menempaatai persentasi dengan urutan tertinggi.

Reduksi Ukuran Pengeringan Pencampuran Persiapan

Pembuatan PeletPengayakanPendinginanPengemasan


12


Gambar 2. 3 Potensi biomassa di Indonesia

(ZREU, 2000)

Berdasarkan peta persebaran potensi biomassa di Indonesia tersebut, dapat

diamati bahwa salah satu sumber daya biomassa yang memiliki potensi yang

cukup tinggi di Indonesia adalah tebu. Potensi yang besar tersebut disebabkan

oleh fungsi tebu sebagai bahan baku utama industri pembuatan gula yang

jumlahnya cukup banyak di Indonesia terutama di Pulau Jawa dan Sumatera. Oleh

karena itu, dalam penelitian ini digunakan biomassa dari limbah bagas yang

merupakan limbah dari penggilingan tebu di pabrik gula.

Adapun jumlah limbah biomassa di Indonesia (termasuk bagas) per tahun

beserta dengan potensi energinya disajikan dalam Tabel 2.1 sebagai berikut:


13


Tabel 2. 1 Limbah biomassa di Indonesia

Sumber Biomassa Limbah

Rasio Limbah

(%)

Jumlah Limbah

(juta ton/tahun)

LHV (MJ/kg)

Potensi Energi (juta

GJ/tahun)

Crude Oil Equivalent

(106 toe/tahun)

Tebu

Bagas 32 8,5 18,1 78,00 1,87 Daun dan Pucuk Tebu

30 1,3 15,81 20,55 0,49

Kelapa Sawit

TKKS 27 12,9 8,16 105,26 2,53 Serat 15 6,7 11,34 75,98 1,82 Tempurung 9 3,5 18,83 65,91 1,58

Pohon Karet

Limbah Kayu Karet

- 2,8 - 46,45 1,11

Kelapa Serabut - 6,7 18,62 124,75 2,99 Tempurung 16 3 16,78 50,34 1,21

Padi Sekam Padi

23 13,5 12,69 171,32 4,11

Jerami 40 49 10,9 534,10 12,82

Ubi Kayu Limbah Cair Pabrik Tapioka

- 7,3 - 133,13 3,20

Industri Kayu

Limbah Kayu

- 8,3 - 70,11 1,68

JUMLAH 1.475,90 35,42

(FAO 1998; Febijanto 2007; Priyanto 2007; ZREU 2000)

2.1.3 Kandungan Biomassa

Menurut Kong (2010), terdapat beberapa aspek yang perlu diperhatikan

sebagai bahan pertimbangan dalam penggunaan biomassa, yakni selain aspek

ketersediaan biomassa yang telah dibahas sebelumnya dan rantai suplai biomassa

ialah aspek nilai kalori dan kandungan dari biomassa tersebut (moisture content,

ash content, volatile matter, unsur klorin, dan sebagainya). Dengan mengetahui

kandungan yang dimiliki oleh suatu biomassa tertentu, maka dapat ditentukan


14


jalur konversi termal (pembakaran langsung, pirolisis, gasifikasi, atau fermentasi)

yang paling cocok untuk jenis biomassa tersebut.

Misalnya, kadar air atau moisture content yang tinggi mengakibatkan

biomassa menjadi sulit terbakar karena dibutuhkan sejumlah kalor laten untuk

menguapkan air yang terkandung dalam biomassa tersebut dan kalor sensibel

untuk menaikkan suhu. Sedangkan, kadar abu atau ash content yang tinggi

berpengaruh terhadap perancangan garangan (grate) dari kompor. Hal ini juga

akan mengakibatkan timbulnya emisi partikulat yang tinggi dalam pembakaran

sehingga perlu penanganan khusus untuk abu dan partikulat yang dihasilkan.

Selain itu, abu bersifat inert sehingga mampu mengurangi efisiensi kalor yang

dihasilkan dari bahan bakar (Chigier, 1981). Volatile matter yang tinggi

menunjukkan bahwa biomassa tersebut lebih mudah menyala dan lebih cepat

terbakar (Fisafarani, 2010). Kandungan zat volatil ini dapat menguntungkan

dalam hal penyalaan biomassa karena kandungan zat volatil (campuran dari uap

dan gas yang keluar saat proses pirolisis dari biomassa) tersebut dapat melepaskan

kalo secara konveksi maupun radiasi, serta membentuk pori pada permukaan

ketika zat volatil lepas dari permukaan biomassa. Sedangkan, karbon tetap (fixed

carbon) yang tinggi menyebabkan semakin tinggi nilai kalori dari suatu biomassa.

Karbon tetap bertindak sebagai pembangkit utama panas selama pembakaran.

Biomassa merupakan produk reaksi fotosintetik dari karbon dioksida

denga air, yang terdiri dari karbon, oksigen, dan hidrogen, yang terdapat dalam

bentuk polimerik makroskopik kompleks. Oleh karena itu, selain kandungan-

kandungan biomassa yang telah diuraikan di atas, kandungan yang juga patut

diperhatikan adalah kandungan biopolimer dari biomassa yang terdiri dari

hemiselulosa, selulosa, dan lignin. Jumlah kandungan dan sifat struktur dari ketiga

komponen biomassa tersebut menjadi penting untuk diketahui karena dalam

prinsip kompor gas-biomassa yang dirancang melibatkan proses pirolisis

biomassa. Pirolisis biomassa terbagi menjadi empat tahap, yaitu perubahan

moisture content, dekomposisi hemiselulosa, dekomposisi selulosa, dan

dekomposisi lignin.

Adapun hemiselulosa, selulosa, dan lignin memiliki komposisi yang

bervariasi untuk setiap spesies tumbuhan. Pada umumnya, dalam setiap basis


15


kering biomassa mengandung 20-40% berat hemiselulosa, 40-60% berat selulosa,

dan 10-25% berat lignin.Berdasarkan analisis menggunakan FTIR, spektrum infra

merah ketiga komponen biomassa tersebut mayoritas terdiri dari alkena, ester,

aromatik, keton, alkohol, dengan gugus fungsional, antara lain OH (3400-3200

cm-1), C=O (1765-1715 cm-1), C-O-C (1270 cm-1), C-O-(H) (~1050 cm-1), dan

lain-lain. Ketiga komponen tersebut memiliki perilaku pirolisis yang berbeda-

beda. Berikut ini merupakan uraian mengenai masing-masing ketiga komponen

tersebut:

a. Hemiselulosa [(C5H8O4)y]

Hemiselulosa mirip dengan selulosa yang merupakan polimer gula.

Namun, berbeda dengan selulosa yang hanya tersusun dari glukosa, hemiselulosa

tersusun dari bermacam-macam jenis gula. Monomer gula penyusun hemiselulosa

terdiri dari monomer gula berkarbon lima (C-5) dan enam (C-6). Dekomposisi

hemiselulosa terjadi paling mudah dan paling awal di antara komponen lainnya, di

mana dekomposisi terjadi pada suhu 220-315oC dengan menghasilkan CO dan

CO2 lebih tinggi, senyawa organik (C=O, C-O-C, dan sebagainya), dan sedikit

CH4 sebagai gas pirolisis yang dilepaskan (Tanto, 2011; Yang, 2007).

b. Selulosa [(C6H10O5)x]

Selulosa adalah polimer glukosa (hanya glukosa) yang tidak bercabang.

Bentuk polimer ini memungkinkan selulosa saling menumpuk dan terikat menjadi

bentuk serat yang sangat kuat. Panjang molekul selulosa ditentukan oleh jumlah

unit glucan di dalam polimer yang disebut dengan derajat polimerisasi, di mana

pada umumnya terdapat sekitar 2.000-27.000 unit glucan dalam selulosa. Selulosa

terdekomposisi pada suhu pirolisis 315-400oC dengan melepaskan CO dan CO2

dalam jumlah sedikit, senyawa organik (C=O, C-O-C, dan sebagainya), dan

sedikit CH4, dengan hasil residu padatan yang paling rendah (Tanto, 2011; Yang,

2007).

c. Lignin [(C9H10O3(CH3O)0,9-1,7)y]

Lignin adalah molekul komplek yang tersusun dari unit phenylphropane

yang terikat di dalam struktur tiga dimensi. Lignin adalah material yang paling


16


kuat dalam biomassa. Lignin memiliki titik leleh yang cukup rendah, yaitu pada

suhu 140oC. Lignin bersifat sangat resisten terhadap degradasi, baik secara

biologi, enzimatis, maupun kimia. Lignin memiliki rasio C dan O serta rasio H

dan O yang lebih besar daripada fraksi karbohidrat lainnya dalam biomassa. Hal

inilah yang membuat lignin lebih potensial untuk proses oksidasi dibandingkan

dengan yang lainnya. Adapun lignin terdekomposisi pada suhu pirolisis 150-

900oC, di mana tidak ada CO dan senyawa organik yang dihasilkan sebagai gas

pirolisis, melainkan CH4 dalam jumlah tinggi, dengan residu padatan yang

dihasilkan paling tinggi dibandingkan dengan komponen biopolimer lainnya

(Tanto, 2011; Yang, 2007).

2.1.4 Uji Analisis Karakteristik Bahan Bakar Biomassa

Supaya pemanfaatan biomassa sebagai bahan bakar menjadi optimal,

perlunya untuk mengetahui karakteristik biomassa yang digunakan untuk

mendesain ruang bakar yang sesuai bagi proses pembakaran biomassa. Adapun

untuk mengetahui karakteristik dari suatu biomassa perlu dilakukan uji analisis.

Secara umum, metode untuk menganalisis kandungan biomassa diklasifikasikan

menjadi dua metode, yaitu analisis proximate dan analisis ultimate.

Analisis proximate merupakan analisis yang menunjukkan nilai kuantitatif

(dalam persen berat) dari fixed carbon, volatile matter, ash content, dan moisture

content dalam suatu biomassa. Analisis proximate terhadap biomassa yang

digunakan dalam penelitian ini penting untuk dilakukan, terutama guna

mengetahui kandungan volatile matter yang dimiliki oleh biomassa tersebut.

Seperti telah dijelaskan sebelumnya, prinsip kompor gas-biomassa yang dirancang

dalam penelitian ini adalah membakar volatile matter yang telah keluar dari

biomassa dan mengalami pirolisis menjadi gas. Oleh karena itu, pemilihan jenis

biomassa untuk bahan bakar kompor gas-biomassa didasarkan pada kandungan

volatile matter yang tinggi.

Analisis ultimate ialah analisis untuk menentukan berbagai macam

kandungan kimia berupa unsur-unsur, seperti karbon, hidrogen, oksigen, sulfur,

dan lain-lain dalam suatu biomassa. Analisis ini berguna untuk menentukan

jumlah udara yang diperlukan dalam suatu proses pembakaran dan komposisi dari


17


gas pembakaran. Tidak seperti analisis proximate yang dapat dilakukan dengan

peralatan sederhana, analisis ultimate harus dilakukan di laboratorium dengan

peralatan yang lengkap oleh ahli kimia yang terampil (Tanto, 2011).

Adapun analisis proximate dan ultimate untuk biomassa dari bagas yang

diperoleh dari literatur, dapat dilihat pada Tabel 2.2 dan Tabel 2.3. Menurut hasil

karakterisasi biomassa yang dilakukan oleh Fisafarani (2010), bagas memiliki

kandungan hemiselulosa, selulosa, dan lignin secara berurutan sebesar 27,63%,

39,29%, dan 21,98% berdasarkan persentase berat keringnya. Sedangkan, hasil uji

karakterisasi bahan bakar biomassa dari bagas yang digunakan dalam penelitian

(analisis proximate, ultimate, dan nilai kalori) yang dilakukan oleh Balai Besar

Teknologi Energi yang terdapat di Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi

(BPPT), Serpong, dapat dilihat pada LAMPIRAN.

Tabel 2. 2 Analisis proximate biomassa

Biomass Moisture Content

Ash Content

Volatile Matter

Fixed Carbon

%, adb %, adb %, adb %, adb Straw 11.98 17.42 56.48 14.12

Rice Husk 7.78 21.84 57.05 13.33 Kamper Wood 15.52 1.21 68.22 15.05 Rubber Wood 10.85 4.29 69.76 15.1 Coconut Fiber 10.27 3.27 62.64 23.82

EFB 10.45 3.43 68.67 17.45 Bagasse 8.76 1.34 75.94 13.96

(Purwanto, 2010)


18


Tabel 2. 3 Analisis ultimate biomassa

Biomass C H N S O % adb

Straw 36.48 4.7 0.61 0.09 40.7 Rice Husk 35.18 4.46 0.15 0.01 38.36

Kamper Wood 45.67 5.74 0.12 Trace 47.26 Rubber Wood 45.62 5.57 0.72 0.04 43.76 Coconut Fiber 46.87 5.77 0.04 0.08 43.97

EFB 44.06 6.06 0.29 0.11 46.05 Bagasse 46.1 6.1 0.11 0.17 46.18

(Purwanto, 2010)

2.1.5 Tahap-tahap Pembakaran Biomassa

Untuk dapat mengontrol dan mengoptimasi suatu proses pembakaran,

pertama-tama hal yang perlu diketahui adalah kondisi-kondisi yang berpengaruh

terhadap pembakaran tersebut. Kondisi-kondisi yang dimaksud di sini adalah

terkait dengan setiap tahap yang berlangsung secara terpisah dan kronologis

seiring dengan kenaikan suhu dari material yang digunakan sebagai bahan bakar.

Berikut ini merupakan uraian secara rinci mengenai setiap tahap yang terjadi

dalam pembakaran biomassa:

a. Pengeringan

Dalam tahap ini, air yang terkandung dalam biomassa menguap. Seperti

diketahui dalam proses pengeringan, keberadaan air dalam suatu bahan bakar

padat terdiri dari dua bentuk, yaitu air bebas (air yang terdapat dalam pori-pori

pada permukaan luar suatu bahan bakar padat dan jenis air ini mudah untuk

menguap) dan air terikat (air yang berada di struktur permukaan dalam atau

internal dari bahan bakar padat, memiliki gaya ikat atau adhesi yang cukup kuat

dengan partikel bahan bakar padat tersebut, dan lebih sulit untuk menguap

sehingga memerlukan energi yang berlebih jika ingin menguapkan jenis air

tersebut). Adapun waktu yang dibutuhkan untuk mengubah seluruh air menjadi

uap air bergantung pada moisture content yang dimiliki oleh biomassa yang

digunakan. Semakin rendah moisture content, semakin singkat waktu pengeringan

dan semakin besar energi yang dihasilkan untuk pembakaran.


19


Menurut www.pellheat.com, target untuk moisture content dalam pelet

yang telah menjadi produk jadi sebaiknya di bawah 10%, karena jika lebih dari

10% maka membutuhkan energi yang lebih besar untuk membakarnya.

Sedangkan, menurut Roth (2011), moisture content 8-20% adalah yang terbaik

untuk pelet, meskipun pada kompor yang menggunakan sistem aliran konveksi

paksa (seperti kompor gas-biomassa yang dirancang dalam penelitian ini) masih

dapat membakar bahan bakar dengan moisture content hingga 30%. Berdasarkan

informasi-informasi yang diperoleh dari data literatur tersebut, dengan demikian

pelet bagas yang digunakan dalam penelitian ini diatur untuk memiliki moisture

content sebesar 10% agar tidak meningkatkan biaya untuk efisiensi pembakaran.

b. Devolatilisasi (Pirolisis)

Jika pengeringan partikel-partikel dalam biomassa telah selesai terjadi,

maka suhu akan meningkat. Ketika suhu naik dan panas diabsorpsi oleh partikel

biomassa, biomassa terdekomposisi melalui tahapan secara lengkap (dimulai dari

hemiselulosa, selulosa, dan lignin). Sebagai akibatnya, biomassa melepaskan

volatile matter dan menyisakan produk padatan (char). Adapun dalam proses

dekomposisi biomassa tersebut, sebenarnya antara pelepasan volatile matter atau

produk gas pirolisis dan pembentukan produk padatan (char) terjadi secara

terpisah. Bila dipandang dari sisi pelepasan volatile matter dari biomassa,

fenomena ini disebut dengan devolatilisasi. Sedangkan, dipandang dari sisi

pembentukan char, fenomena ini dikenal dengan nama karbonisasi (Roth, 2011).

Volatile matter sendiri diyakini berasal dari spesi turunan dari putusnya

ikatan -H2, -CH, -CH2, -CH3, dan -OH yang terdapat di sekeliling biomassa, di

mana spesi-spesi tersebut memiliki berat molekul yang ringan (Tanto, 2011) Pada

saat devolatilisasi terjadi, volatile matter mengalir keluar dari pori-pori partikel

biomassa sehingga oksigen dari luar tidak dapat berpenetrasi ke dalam partikel.

Oleh karena itu, fenomena devolatilisasi ini sering juga disebut dengan tahap

pirolisis (Borman, & Ragland, 1998). Pirolisis merupakan destruksi termal dari

material organik tanpa keberadaan oksigen (Demirbas, 2004).

Selanjutnya, produk gas pirolisis akan menyala dan membentuk api yang

mengelilingi sekitar partikel sebagai akibat dari oksigen yang berdifusi ke produk


20


gas pirolisis. Kemudian, api tersebut memberikan panas ke partikel sehingga

pelepasan volatile matter dari biomassa terulang kembali dan demikianlah

devolatilisasi terjadi terus-menerus hingga volatile matter dalam biomassa

tersebut habis dan hanya tertinggal padatan (char) biomassa saja.

Karena adanya energi panas yang dilepaskan seiring dengan pelepasan

volatile matter itulah, semakin banyak kandungan volatile matter, maka semakin

rendah suhu penyalaan yang dibutuhkan (Tanto, 2011). Apalagi, jika volatile

matter dalam jumlah banyak tersebut mengalami devolatilisasi, maka pada saat

volatile matter tersebut telah terbakar habis akan mengakibatkan porositas char

yang terbentuk semakin besar dan hal ini berperan dalam pembakaran char yang

terjadi selanjutnya. Membesarnya porositas char menyebabkan aliran udara yang

melewati partikel char menjadi semakin turbulen sehingga menimbulkan ulakan

(eddy) yang mempermudah oksigen berdifusi lebih lanjut ke permukaan internal

char (Singh, et al., 2009). Dengan demikian, pembakaran pun menjadi semakin

sempurna dan efisien. Adapun laju dari devolatilisasi dan produk pirolisis

bergantung pada suhu dan jenis bahan bakar (Borman, & Ragland, 1998; Tanto,

2011).

c. Pembakaran Gas

Biomassa mengandung komponen penyusun yang sangat kompleks

dimana volatile matter yang ada di dalamnya berbeda untuk setiap jenis

biomassanya. Berikut ini merupakan reaksi pembakaran sederhana dari volatile

matter yang seringkali terjadi pada proses pembakaran bahan bakar padat

(Fisafarani, 2010):

퐻 + 푂 → 퐻 푂 QP = +242 kJ/mol (2.1)

퐶푂 + 푂 → 퐶푂 QP = +283 kJ/mol (2.2)

퐶퐻 + 푂 → 퐶푂 + 퐻 푂 QP = +35,7 kJ/mol (2.3)

퐶퐻 + 퐻 푂 → 퐶푂 + 퐻 QP = -206 kJ/mol (2.4)

퐶푂 + 퐻 푂 → 퐶푂 + 퐻 QP = +41,1 kJ/mol (2.5)


21


Diman QP sama dengan –ΔH (Glassman, 1996). Adapun panas yang dihasilkan

oleh reaksi eksotermis sangat penting dalam pelepasan volatile matter dan

penyalaan api pada char.

d. Pembakaran Padatan (Char) Biomassa

Tahap akhir dalam proses pembakaran suatu bahan bakar padat adalah

pembakaran char. Ketika devolatilisasi selesai terjadi, maka yang tersisa adalah

char dan abu saja. Char merupakan bahan residu yang kaya akan karbon namun

miskin akan oksigen dan hidrogen. Partikelnya memiliki patahan dan lubang yang

disebabkan oleh hilangnya gas dan volatile matter sehingga ukurannya membesar

dari sebelumnya. Oleh karena itu, pada umumnya char memiliki tingkat porositas

yang tinggi. Porositas untuk char yang berasal dari biomassa kayu adalah sekitar

0,9 (90% voids) dengan luas permukaan internalnya sekitar 10.000 m2/g.

Ketika volatile matter keluar dari biomassa dan meninggalkan char, terdapat

lubang-lubang yang menyebabkan char memiliki pori yang besar sehingga

oksigen dapat berdifusi melalui boundary layer yang terdapat pada sekitar lubang-

lubang berpori partikel dan masuk ke dalam partikel char tersebut. Oleh karena

itu, laju pembakaran char amat bergantung pada laju reaksi kimia, yakni reaksi

heterogen antara karbon dalam char dan oksigen yang terjadi pada permukaan

keduanya (gas-solid interface). Produk utama dari reaksi permukaan ini terutama

berupa gas CO. Selanjutnya, gas CO tersebut akan bereaksi di luar partikel untuk

membentuk CO2. Reaksi pembentukan CO2 tersebut sangat eksotermis sehingga

mampu meningkatkan suhu char 100-200oC di atas suhu gas luar. Tahap ini relatif

lebih lama dibandingkan devolatilisasi.

Adapun reaktivitas char bergantung pada jenis biomassanya, suhu gas,

tekanan, bilangan Reynold, karakteristik char (ukuran, porositas, luas permukaan,

dan lain-lain), dan konsentrasi oksigen. Konsentrasi oksigen dan laju difusi

oksigen tersebut melewati boundary layer dan masuk ke dalam partikel char juga

merupakan faktor penting dalam laju pembakaran char, selain laju reaksi kimia

yang telah dijelaskan (Borman, & Ragland, 1998; Tanto, 2011).


22


2.1.6 Gasifikasi sebagai Konversi Termal Biomassa

2.1.6.1 Definisi Gasifikasi

Gasifikasi merupakan salah satu proses pengubahan bertahap dari bahan

bakar padat dengan ketersediaan oksigen yang terbatas sehingga gas yang

dihasilkan masih berpotensi untuk terbakar, dimana hampir semua bahan organik

dari biomassa diubah menjadi gas bakar yang bersih dan netral (Faaij, 2006).

Posisi gasifikasi di antara berbagai malam jalur konversi biomassa dapat dilihat

pada Gambar 2.4 berikut ini.

Gambar 2. 4 Pilihan utama teknologi metode pengubahan biomassa

(Faaij, 2006)

Gasifier biomassa adalah suatu sistem yang mengubah biomassa padat

menjadi gas dan membakarnya dengan cara yang dapat dikontrol melalui

pengaturan suplai udara (Roth, 2011). Sistem tersebut memanfaatkan teknologi

gasifikasi untuk mengubah biomassa secara termokimia menjadi gas yang dapat

dibakar. Gasifikasi sebenarnya merupakan suatu bentuk pirolisis pada suhu tinggi

untuk mengoptimasi gas yang dihasilkan. Gas pirolisis yang dihasilkan disebut

dengan gas producer (merupakan campuran gas yang didominasi oleh gas CO,

H2, dan CH4, bersama dengan CO2 dan N2) (Demirbas, 2004). Teknologi

gasifikasi biomassa sendiri belum banyak dilakukan di Indonesia, namun


23


teknologi ini menawarkan kelebihan berupa efisiensi yang tinggi dan emisi yang

bersih (Agung, et al., 2010). Hal ini disebabkan oleh gas pirolisis yang dihasilkan

selanjutnya dibakar secara sempurna. Pada Gambar 2.5 berikut ini adalah skema

proses yang terjadi dalam suatu gasifier.

Gambar 2. 5 Skema proses pembakaran gas producer

(Roth, 2011)

2.1.6.2 Jenis Gasifier

Pada umumnya, ada dua jenis gasifier, yaitu fixed bed gasifier dan

fluidized bed gasifier. Adapun untuk kompor gas-biomassa yang dirancang dalam

penelitian, jenis fixed bed gasifier dianggap lebih sesuai untuk diterapkan dengan

susunan bahan bakar padat yang tetap.

a. Fixed Bed Gasifier

Fixed bed gasifier merupakan jenis gasifier yang memiliki garangan

(grate) yang dikonstruksikan untuk menopang bahan bakar dan mempertahankan

unggun bahan bakar dalam keadaan tetap atau tidak bergerak seperti fluida. Jenis

gasifier ini relatif mudah untuk didesain dan dioperasikan, namun memiliki

kapasitas yang terbatas. Oleh karena itu, fixed bed gasifier lebih banyak


24


digunakan untuk aplikasi skala kecil hingga sedang, dimana kalor yang diperlukan

mencapai 1 MW (Akudo, 2008).

1) Up Draft Gasifier

Pada jenis gasifier ini, udara disuplai dari bagian bawah. Api juga

dinyalakan dari bawah. Sedangkan, gas panas bergerak mengalir ke atas dan

kemudian keluar menuju atmosfer, sementara bahan bakar terus-menerus

bergerak ke bawah secara berkelanjutan sebagai akibat pirolisis volatile

matter. Karena gerakan yang berlawanan tersebut, jenis gasifier ini sering

disebut dengan Countercurrent Gasifier. Jenis gasifier ini memiliki kelebihan,

yaitu sederhana, suhu keluaran gas relatif rendah, efisiensi termal tinggi, dan

masih dapat melakukan pembakaran meskipun moisture content dari biomassa

mencapai 60%. Akan tetapi, jenis gasifier ini tidak cocok untuk diaplikasikan

pada kompor gas-biomassa yang dirancangan karena menghasilkan tar dan

asap hidrokarbon dalam kadar yang tinggi (Akudo, 2008; Belonio, 2005).

Skema Up Draft Gasifier dapat dilihat pada Gambar 2.6 sebagai berikut.

Gambar 2. 6 Skema Up Draft Gasifier

(Belonio, 2005)

2) Down Draft Gasifier

Pada Down Draft Gasifier, udara disuplai dari atas secara kontinu dan

bergerak mengalir ke bawah sehingga membawa gas yang keluar untuk ikut

mengalir ke bawah menuju zona gasifikasi hot-char, menyalakan api, dan

membakar tar. Dengan demikian, emisi yang dihasilkan sangat bersih.


25


Sementara itu, bahan bakar juga bergerak ke bawah, seperti gas pirolisis,

sehingga dikenal dengan Co-current Gasifier. Meskipun begitu, jenis gasifier

ini memiliki efisiensi keseluruhan yang lebih rendah serta penanganan yang

sulit untuk biomassa dengan moisture content dan kandungan abu yang tinggi

daripada Up Draft Gasifier. Pada jenis gasifier ini juga amatlah penting untuk

memperhatikan distribusi suhu tinggi yang merata di seluruh area dalam

reaktor gasifikasi. Oleh karena itu, Down Draft Gasifier terbatas hanya untuk

range daya kurang dari 1 MW (Akudo, 2008; Belonio, 2005). Skema Down

Draft Gasifier dapat dilihat pada Gambar 2.7 sebagai berikut.

Gambar 2. 7 Skema Down Draft Gasifier

(Belonio, 2005)

3) Cross Draft Gasifier

Pada jenis gasifier ini, udara mengalir dari samping reaktor gasifikasi

dan bergerak melewati bahan bakar bersama dengan gas pirolisis yang

dihasilkan. Zona pembakaran menyilang dalam reaktor dan berada dalam arah

menuju keluaran gas. Jenis gasifier ini dioperasikan secara kontinu dengan

penyalaan awal bahan bakar dapat dimodifikasi untuk meminimasi asap yang

dihasilkan (Belonio, 2005). Skema Cross Draft Gasifier dapat dilihat pada

Gambar 2.8 sebagai berikut.


26


Gambar 2. 8 Skema Cross Draft Gasifier

(Belonio, 2005)

4) Inverted Down Draft atau Top Lit Up Draft (TLUD) Gasifier

Jenis gasifier ini dioperasikan secara batch sehingga pengisian bahan

bakar pada saat gasifier beroperasi tentunya dapat mengganggu proses

gasifikasi. Pada jenis gasifier ini, bahan bakar dinyalakan dari bagian atas

setelah reaktor gasifikasi diisi oleh bahan bakar tersebut. Bahan bakar tetap,

sedangkan zona flaming pyrolisis (zona dimana biomassa terdekomposisi

menjadi gas pirolisis dan char) yang bergerak menurun. Sedangkan, gas

pirolisis yang dihasilkan mengalir ke atas. Baik desain penyalaan awal yang

dilakukan di atas maupun gas pirolisis yang mengalir ke atas, tujuannya

adalah kemudahan aktivitas memasak dan efektivitas perpindahan kalornya

(Belonio, 2005; Roth, 2011). Skema Top-Lit Up Draft Gasifier dapat dilihat

pada Gambar 2.9 sebagai berikut.


27


Gambar 2. 9 Skema Top-Lit Up Draft (T-LUD) Gasifier

(Belonio, 2005)

b. Fluidized Bed Gasifier

Fluidized Bed Gasifier dikembangkan untuk mengatasi permasalahan

yang terjadi pada Fixed Bed Gasifier. Jenis gasifier ini cocok untuk kapasitas

yang besar, seperti untuk keperluan institusi atau skala industri, dimana biaya

yang diperlukan untuk peralatan ini sudah ditetapkan. Pada jenis gasifier ini,

bahan bakar mengalami pergerakan di dalam reaktor. Oleh karena itu,

diperlukan kipas (fan) bertekanan tinggi untuk mendorong pergerakan partikel

bahan bakar tersebut. Bahan bakar dimasukkan ke dalam reaktor gasifikasi

dan bercampur dengan cepat bersama material unggun dalam reaktor yang

mengalir seperti fluida. Dengan karakterisai turbulensi yang tinggi, pirolisis

terjadi dengan cepat dan menghasilkan gas pirolisis dalam jumlah banyak.

Kekurangan dari jenis gasifier ini adalah menghasilkan kandungan tar yang

tinggi, pembakaran karbon yang tidak sempurna, dan permasalahan dalam

pengisian bahan bakar (Akudo, 2008; Belonio, 2005).

2.1.6.3 Reaksi Gasifikasi

Berikut ini merupakan reaksi yang terjadi pada suatu proses gasifikasi

bahan bakar biomassa (Kythavone, n.d.):

a. Gasifikasi dengan oksigen

퐶 + 푂 → 퐶푂 (2.6)


28


b. Pembakaran dengan oksigen

퐶 + 푂 → 퐶푂 (2.7)

c. Gasifikasi dengan karbon dioksida

퐶 + 퐶푂 → 2퐶푂 (2.8)

d. Gasifikasi dengan uap air

퐶 + 퐻 푂 → 퐶푂 + 퐻 (2.9)

e. Gasifikasi dengan hidrogen

퐶 + 2퐻 → 퐶퐻 (2.10)

f. Water-gas shift

퐶푂 + 퐻 푂 → 퐻 + 퐶푂 (2.11)

g. Metanasi

퐶푂 + 3퐻 → 퐶퐻 + 퐻 푂 (2.12)

2.2 Kompor Biomassa

2.2.1 Definisi Kompor Biomassa

Kompor biomassa adalah sistem yang membakar bahan biomassa untuk

memproduksi kalor melalui pembakaran untuk penggunaan proses memasak

domestik atau tujuan perancangan lain yang disesuaikan dengan kebutuhan

pemakai (Rizqiardihatno, 2008). Kompor gas-biomassa yang dirancang dalam

penelitian merupakan kompor biomassa yang dikembangkan untuk memiliki

karakteristik seperti kompor LPG, yaitu membakar gas untuk memperoleh emisi

yang rendah dan nyala api biru.

2.2.2 Komponen-komponen Kompor Biomassa

Pada umumnya, suatu kompor biomassa memiliki komponen-komponen

yang terdiri dari:

a. kotak api/ruang pembakaran, sebagai tempat proses pembakaran terjadi;

b. garangan (grate), untuk mendistribusikan udara ke bagian bawah bahan bakar

secara lebih merata sehingga meningkatkan performa kompor dan

keekonomisan bahan bakar, dimana dalam penelitian udara yang

didistribusikan melalui garangan adalah udara devolatilisasi (udara primer);


29


c. lubang panci (pot hole), sebagai tempat panci diletakkan yang didesain

sehingga gas buang tidak keluar melalui celah bawah panci;

d. cerobong (chimney), sebagai jalur keluar gas buang, dimana sirkulasi

cerobong (chimney draught) merupakan salah satu daya pendorong (selain

buoyancy force dan frictional force) terbentuknya aliran fluida (bergantung

pada perbedaan suhu antara fluida pada dasar cerobong dengan lingkungan

luar dan tinggi dari cerobong);

e. penghalang (baffle), sebagai penghalang lintasan aliran gas buang di bawah

panci untuk meningkatkan laju alir aliran gas buang sehingga laju perpindahan

kalor juga meningkat;

f. sambungan (connecting tunnels), untuk menyambungkan ruang-ruang dalam

kompor jenis multi-pot;

g. pengatur api (damper), untuk mengatur induksi udara dalam kompor sehingga

daya keluaran dapat diatur.

Komponen yang terdapat pada rancangan kompor gas-biomassa dalam penelitian,

antara lain ruang pembakaran (dalam rancangan kompor lebih tepat disebut

reaktor gasifikasi), garangan, lubang panci, dan penghalang. Beberapa

penambahan komponen dilakukan sebagai modifikasi, antara lain ruang char

(char chamber), blower untuk aliran udara secara konveksi paksa, dan burner

(zona pembakaran gas dengan udara sekunder).

2.2.3 Perkembangan Berbagai Jenis Kompor Biomassa

Kompor biomassa diklasifikasikan menjadi empat jenis, yaitu antara lain

kompor biomassa tradisional (traditional biomass-fired stove), kompor biomassa

dikembangkan (improved biomass-fired stove), kompor biogas (biogas-fired

stove), dan kompor gas-biomassa (producer gas-fired stove).

Adapun kompor biomassa tradisional memiliki bentuk, ukuran, dan

material konstruksi yang variatif, serta efisiensi energi yang sangat rendah, yakni

berkisar antara 5-20% saja, dan emisi gas CO yang dihasilkan pun masih tinggi,

yaitu antara 13-426 g udara / kg bahan bakar kering.

Selanjutnya, kompor biomassa tradisional dikembangkan kembali untuk

meningkatkan efisiensi energinya dan meminimasi emisinya yang kemudian


30


disebut dengan improved biomass-fired stove, yang diaplikasikan melalui program

ICS (Improved Cook Stove) di negara-negara berkembang. ICS sendiri memiliki

pengerrtian, yakni suatu sistem yang membakar bahan biomassa untuk

memproduksi kalor melalui pembakaran untuk penggunaan proses memasak

domestik atau tujuan perancangan lain yang disesuaikan dengan kebutuhan

pemakai (Barnes, 1994).

Sedangkan, kompor biogas merupakan kompor yang menggunakan biogas

sebagai bahan bakarnya, di mana biogas berasal dari limbah kotoran manusia atau

hewan yang difermentasi oleh bakteri anaerobik dalam ruang tertutup. Kompor

jenis ini cukup mampu mengurangi emisi gas CO dan gas berbahaya lainnya yang

dihasilkan dari pembakaran kompor secara signifikan.

Meskipun begitu, kompor gas-biomassa mampu meminimasi emisi gas

CO secara lebih efektif dan signifikan sekaligus memiliki efisiensi energi yang

tinggi untuk jenis kompor biomassa. Kompor ini memiliki sistem yang

memproduksi gas-gas pirolisis (oleh karena itu jenis kompor ini menggunakan

prinsip gasifier) untuk selanjutnya dibakar secara sempurna sehingga jenis

kompor ini tidak menghasilkan asap hitam dan tidak mengemisikan gas-gas

berbahaya seperti CO, H2, CH4, dan sebagainya (Bhattacharya, & Salam, 2002).

2.2.4 Kompor Gas-Biomassa dengan Prinsip T-LUD Gasifier

2.2.4.1 Pengertian Udara Primer dan Udara Sekunder

Udara yang masuk dari bagian bawah garangan (grate) disebut udara

primer. Udara primer berperan dalam tahap pertama dari sistem gasifikasi pada

kompor yang bertujuan memproduksi gas, yaitu devolatilisasi atau pirolisis. Udara

primer mempunyai pengaruh yang besar terhadap panas di dalam reaktor

gasifikasi, serta laju dan intensitas dari proses pirolisis. Semakin sedikit udara

primer yang tersedia, maka semakin sedikit gas pirolisis yang terbentuk.

Sedangkan, udara yang masuk ke bagian atas bahan bakar dan bereaksi dengan

volatile matter disebut udara sekunder. Udara sekunder berperan dalam tahap

kedua dari sistem gasifikasi pada kompor yang bertujuan membakar gas, yaitu

pembakaran sempurna gas pirolisis. Bila udara sekunder semakin ditingkatkan,

maka gas pirolisis akan terbakar secara sempurna. Adapun dengan adanya udara,


31


panas dapat berpindah ke sekitar sehingga dapat mempercepat penyalaan pada

bahan bakar padat (Roth, 2011; Tanto, 2011).

2.2.4.2 Mekanisme Kerja dari Prinsip T-LUD Gasifier

T-LUD Gasifier (disebut juga dengan Inverted Downdraft Gasifier)

merupakan salah satu prinsip gasifier, yang memiliki konsep penyalaan bahan

bakar pada bagian atas dari unggun pelet (top-lit). Panas yang dihasilkan

penyalaan bahan bakar bermanfaat untuk dekomposisi material organik dari bahan

bakar biomassa sehingga melalui pirolisis, biomassa dipisahkan menjadi volatile

matter (gas) dan char (padat). Adapun laju devolatilisasi yang menghasilkan

volatile matter tersebut dibantu oleh aliran udara devolatilisasi (udara primer) dari

bawah ke atas yang jumlahnya terbatas. Baik aliran udara primer maupun aliran

gas pirolisis, bergerak menuju ke bagian atas gasifier (up draft). Gas pirolisis

yang naik tersebut akan bercampur dengan aliran udara pembakaran (udara

sekunder) yang laju alirnya lebih besar daripada laju alir udara devolatilisasi

(udara primer) di bagian atas sehingga terjadi pembakaran sempurna yang

mengakibatkan emisi gas CO yang dicapai menjadi rendah.

Adapun pirolisis biomassa yang terjadi mulai dari susunan unggun pelet

paling atas terlebih dahulu menyebabkan terbentuknya lapisan char sehingga di

bagian atas terdapat char zone. Sementara itu, di bawah char zone terdapat

flaming pyrolysis zone. Kemudian, diikuti oleh ungasified fuel zone, yakni zona

bahan bakar yang belum mengalami proses konversi ke gas (Panwar, 2010).

Flaming pyrolysis memiliki pengertian bahwa peristiwa devolatilisasi dan

pembakaran gas-gas yang terdevolatilisasi terjadi secara simultan dan

berkelanjutan (Erlich, 2005). Menurut www.woodgas.com, kata “flaming”

tersebut menunjuk pada flaming combustion yang digunakan untuk

mendefinisikan pembakaran dengan visible flame. Flaming combustion tersebut

diikuti dengan glowing combustion, di mana pembakaran terjadi pada permukaan

char dari biomassa sehingga char berpijar. Pertama-tama, biomassa mengalami

pirolisis dan gas-gas pirolisis terbakar dalam flaming combustion, kemudian api

menghilang dan char yang terbentuk terbakar pada glowing combustion. Jadi,

sebenarnya pada prinsip tersebut, pembakaran sempurna gas (CO, H2, dan lain-


32


lain) yang terjadi lebih dahulu daripada pembakaran char di dalam kompor

mengakibatkan produk emisi dari pembakaran tidak sempurna, seperti CO, dapat

dikurangi hingga konsentrasi sangat rendah. Emisi CO yang sangat rendah

mampu menyebabkan nyala api biru sehingga kompor dengan prinsip ini

berpotensial untuk menggantikan kompor LPG (Panwar, 2010).

Wood-Gas Turbo Stove dirancang pada tahun 2000 menggunakan prinsip

T-LUD Gasifier, dimana rancangan dapat diperhatikan pada Gambar 2.10.

Gambar 2. 10 Wood-Gas Turbo Stove dengan konveksi alami yang terbuat dari 15 cm riser sleeve

(kiri) dan Wood-Gas Turbo Stove dengan konveksi paksa 3 W blower yang menghasilkan 3 kW api (kanan)

(Reed, et al., 2000)

Wood-Gas Turbo Stove, kompor ini secara aplikatif telah dapat digunakan untuk

keperluan memasak indoor dan telah mampu meminimasi emisi gas CO hingga

22 ppm (pengukuran 80 cm dari atas kompor). Perancangan kompor tersebut

dilatarbelakangi oleh penggunaan bahan bakar gas yang lebih diminati karena

lebih bersih dibandingkan dengan bahan bakar padat. Adapun laju produksi gas

dan pemanasan dikontrol oleh ketersediaan udara devolatilisasi (udara primer)

yang mengalir dari bawah (Reed, et al., 2000). Meskipun begitu, bahan bakar

yang telah digunakan untuk uji operasi pada Wood-Gas Turbo Stove masih belum

memperhatikan kandungan volatile matter yang tinggi. Bahan bakar yang telah

digunakan, antara lain peanut shell pellets, coconut shell, palm nut shell, kayu

(wood pellets dan wood chips), dan batubara (coal). Hal tersebut dapat dilihat


33


pada data operasi dan turunan yang dihasilkan dari pengujian Wood-Gas Turbo

Stove yang disajikan pada Tabel 2.4.

Tabel 2. 4 Data Operasi dan Turunan untuk Bahan Bakar yang Dipilih dalam Pengujian Wood-

Gas Turbo Stove

TEST FUEL

PEANUT

SHELL

PELLETS

WOOD

PELLETS

COCONUT

SHELL

PALM NUT

SHELL

WOOD

CHIPS COAL

Test Date 5/25 5/9 4/22 4/27 4/26 4/28

FUEL DATA

Moisture Content 6,4 6,5 6,2 6 7,8 3,1

Fuel Wt. – g 500 500 305 150 180 260

Fuel Density-

g/cm3 0,58 0,64 0,48 0,26 0,265 1,69

RUN DATA

Volatile burn

time-min 30 41 19 13 15 37

Volatiles burned-g 490 410 215 130 150 150

Times to Boil-min 7,2 7,0 13,0 8,0 6,0 10,0

Charcoal yield-g 130,0 90,0 90,0 20,0 30,0 130,0

Water boiled-g 930,0 850,0 220,0 100,0 145,0 850,0

DERIVED DATA

Charcoal Yield-% 26,0 18,0 29,0 13,0 17,0 50,0

Boiling Efficiency 31,0 31,8 37,5 33,0 20,0 24,0

Average Intensity 2,1 2,5 2,8 2,5 2,5 2,4

(Reed, et al., 2000)

Batubara (coal) sebagai bahan bakar sebenarnya sangat membuang energi dan

menimbulkan polusi yang tinggi akibat kandungan C yang tinggi, sedangkan

penggunaan kayu sebagai bahan bakar masih berbenturan dengan masalah

deforestasi (Reed, et al., 2000; Achard, 2002). Oleh karena itu, untuk jenis bahan

bakar biomassa lainnya, Wood-Gas Turbo Stove masih membutuhkan optimasi

dan penyesuaian dengan keperluan penggunaannya. Selain itu, walaupun

pembakaran dalam kompor tersebut relatif bersih, namun kualitas pencampuran


34


gas-udara masih rendah akibat ketidakstabilan api sehingga terkadang api yang

timbul berwarna kuning. Selain itu, pada pengujian Wood-Gas Turbo Stove

diperoleh char yield 20-25% (basis massa kering), yang berarti bahwa masih ada

char yang terbakar dan hal ini tentunya memerlukan penanganan (Reed, et al.,

2000). Hal tersebut dapat terjadi karena berkaitan dengan reaktivitas dari char

yang terbentuk (Erlich, 2005). Pembakaran char yang mengandung C tinggi dapat

mengakibatkan meningkatnya emisi gas CO karena reaksi C menjadi CO

berlangsung cepat.

Kemudian, ada pula Anderson’s Juntos “Model B” T-LUD Gasifier yang

dibuat pada tahun 2004. Kompor tersebut memanfaatkan konveksi paksa, baik

untuk aliran udara primer maupun udara sekunder. Anderson juga merancang

kompor gas-biomassa dengan memanfaatkan aliran udara secara konveksi alami,

dimana kompor tersebut diberi nama Champion T-LUD ND (Natural Draft) yang

dimanufaktur oleh Servals Automation Pvt. Ltd, India. Kompor tersebut berhasil

memenangkan penghargaan sebagai kompor dengan pembakaran paling bersih di

antara sembilan jenis kompor biomassa lainnya pada Aprovecho Stove Camp

2005, dimana kompor tersebut menghasilkan emisi gas CO sebesar 3,5 g/L

dengan bahan bakar pelet dari biomassa kayu. Desain ruang gasifikasi dan

pembakaran berhasil diselesaikan pada akhir bulan Agustur tahun 2005 dan

kompor tersebut mulai diproduksi secara komersial di India pada tahun 2009.

Champion T-LUD ND (Natural Draft) dapat dilihat pada Gambar 2.11 sebagai

berikut (Roth, 2011).

Gambar 2. 11 Champion T-LUD ND (Natural Draft)

(Roth, 2011)


35


Selanjutnya, Belonio’s Rice Husk T-LUD Gasifier yang memanfaatkan

aliran konveksi paksa untuk udara primernya dan konveksi alami untuk udara

sekundernya. Kompor tersebut merupakan kompor gas-biomassa pertama dengan

pembakaran partikel halus limbah biomassa menggunakan prinsip T-LUD

Gasifier yang mampu menghasilkan gasifikasi yang sempurna, menghasilkan

nyala api biru yang konsisten, dan emisi yang rendah, menggunakan biomassa

dari sekam padi (Belonio, 2005). Belonio’s Rice Husk T-LUD Gasifier telah

diproduksi di Filipina dalam jumlah terbatas denganharga US$ 200 per unit. Hasil

rancangan secara fisik dari kompor tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.12.

Pengembangan kompor Belonio tersebut dilakukan secara komersial dengan

memproduksi kompor yang serupa dalam tiga jenis ukuran oleh Paul Olivier di

Vietnam pada tahun 2008 dengan bahan stainless steel dan diberi nama Belonio’s

Rice Hull T-LUD.

Gambar 2. 12 Belonio’s Rice Husk T-LUD Gasifier

(Belonio, 2005)

N. L. Panwar dan N. S. Rathore (2008) awalnya merancang wood-gas

stove dengan 5 kW producer gas stove, dimana emisi gas CO yang dihasilkan

oleh kompor tersebut mencapai 1-3 ppm, namun diukur dengan jarak 1 m dari

ketinggian kompor menggunakan Gas Analyzer. Efisiensi termal dan suhu api

maksimum yang diperoleh sebesar 26,5% dan 736oC. Lalu, N. L. Panwar (2010)


36


melakukan evaluasi performa SPRERI Gasifier Stove menggunakan jarak pagar

sebagai bahan bakar, dimana kompor tersebut mampu mencapai efisiensi termal

sebesar 31,10% dan menekan konsentrasi emisi gas CO hingga 3-6 ppm diukur

dengan jarak 1 m dari ketinggian kompor menggunakan Gas Analyzer. Adapun

biomassa dari jarak pagar memiliki kandungan abu yang tinggi, yakni 15,23%,

dan kandungan abu tersebut melebur pada suhu 750oC sehingga tidak sesuai untuk

zona oksidasi pada kompor tersebut yang dapat mencapai suhu 900o-1000oC.

Kandungan abu yang tinggi dapat menimbulkan masalah dalam penanganannya

karena emisi partikulat yang tinggi. Jarak pagar pun sebenarnya masih jarang

digunakan di Indonesia sebagai pelet biomassa untuk kompor (Suhartini, 2010)

dan lebih umum digunakan sebagai bahan baku biodiesel. Suhu permukaan terluar

kompor tersebut pun masih mencapai suhu tinggi, yaitu sebesar 110oC, yang

berarti masih ada peluang untuk meminimasi kehilangan kalor (heat loss) yang

terjadi akibat adanya konduksi dan radiasi. Nyala api biru juga hanya muncul

ketika lima menit pertama pada penyalaan awal. Adapun Material konstruksi

SPRERI Gasifier Stove terbuat dari mild steel (IS 2062) dengan insulator dari

Insulite-7, skema kompor dapat dilihat pada Gambar 2.13. Harga untuk SPRERI

Gasifier Stove pun cukup mahal, yaitu sebesar US$ 22 (Panwar, 2010).

Gambar 2. 13 SPRERI Gasifier Stove

(Panwar, 2010)

Selain itu, di Indonesia, kompor gas-biomassa yang telah dibuat antara lain

kompor gas-biomassa yang juga diadopsi dari Belonio’s Rice Husk T-LUD


37


Gasifier, namun bahan bakar kompor berupa pelet biomassa dan wood charcoal

Kompor tersebut diberi nama MJ Biomass-Gas Stove, yang dimanufaktur oleh PT

Minang Jordanindo Approtech. Kompor tersebut hanya memiliki daya keluaran

sebesar 1 kW dengan sistem batch dalam pengisian bahan bakar (Roth, 2011).

Mahasiswa dari UNS, W. Agung, et al. (2011) juga mengadopsi kompor yang

didesain oleh Belonio tersebut. Di Indonesia sendiri, sebenarnya sudah diproduksi

kompor gas-biomassa dengan prinsip T-LUD yang merupakan hasil karya

Muhammad Nurhuda dari Departemen Fisika Universitas Brawijaya, Malang,

yang terdiri dari dua model, yaitu bernama UB-02 dan UB-03-1 (Roth, 2011).

Kompor tersebut berhasil mencapai efisiensi lebih dari 50%. Menurut Nurhuda,

kunci keberhasilan dari kompor tersebut adalah pada gerak turbulen atau gerakan

mengaduk antara aliran gasifikasi terpanaskan dan aliran udara sekunder yang

menyebabkan pembakaran sempurna (www.fisika.ub.ac.id).

2.2.5 Faktor Pertimbangan Perancangan Kompor Gas-Biomassa

Menurut Belonio (2005), faktor-faktor yang perlu dipertimbangkan dalam

perancangan kompor gas-biomassa, antara lain jenis reaktor (Down Draft, Up

Draft, Cross Draft, atau Top-Lit Up Draft Gasifier), cross sectional area dari

reaktor (semakin luas, semakin besar power output dari kompor, semakin banyak

bahan bakar yang digasifikasi dan dibakar), tinggi dari reaktor (menentukan

waktu yang dibutuhkan oleh gasifier untuk dapat beroperasi secara kontinu dan

banyaknya gas pirolisis yang dapat diproduksi untuk ketinggian kolom reaktor

tersebut, dimana semakin tinggi reaktor, semakin besar pressure draft yang

dibutuhkan untuk mengatasi resistansi dalam reaktor), ketinggian bahan bakar,

tekanan dan laju alir udara blower, jenis desain burner, insulasi dari reaktor,

lokasi penyalaan api bahan bakar, lokasi dan ukuran char chamber, dan

pertimbangan safety. Adapun pertimbangan lainnya diklasifikasikan berdasarkan

aspek tinjauannya. Pertimbangan tersebut, antara lain:

a. Material Konstruksi

Material konstruksi yang biasa digunakan untuk fabrikasi kompor

biomassa ada bermacam-macam sesuai dengan skala produksi yang diinginakan,

Material tersebut meliputi logam (metal stoves), tanah liat (clay stoves), dan


38


keramik (fired-clay). Kompor logam dapat dibuat dari lembaran logam atau

cetakan besi. Pada umumnya, kompor logam diproduksi di pabrik karena

memerlukan pekerja ahli dan biaya produksinya tinggi karena rancangannya

rumit, dan memiliki kelemahan, yakni dapat mengalami korosi. Namun, masalah

korosi tersebut dapat dicegah dengan pelapisan (coating). Adapun, untuk kompor

tanah liat, kualitasnya bergantung pada komposisi. Kandungan tanah liat

mempengaruhi sifat plastisitas dan kohesi, sedangkan kandungan pasir dan

endapan pada kompor tanah liat mempengaruhi tingkat kekasaran bahan.

Sedangkan, kompor keramik memiliki kelemahan, yaitu perlunya ditambahkan

aditif untuk meningkatkan ketahanan termal dan tegangan mekanik (Handayani,

2009).

Bahan konstruksi yang dipilih untuk kompor gas-biomassa dalam

penelitian ini adalah mild steel dan refraktori jenis ceramic fiber. Mild steel

digunakan untuk reaktor gasifikasi dan dipilih karena logam bersifat konduktor

panas sehingga kalor dalam reaktor gasifikasi yang diterimanya mampu

dilepaskan dengan mudah untuk memanaskan (preheating) udara pembakaran

(udara sekunder) yang mengalir melalui anulus di kedua sisinya sehingga laju alir

udara tersebut meningkat. Sedangkan, refraktori jenis ceramic fiber dipilih

sebagai bahan insulator di bagian terluar kompor gas-biomassa untuk menghindari

terjadinya heat losses. Selain itu, udara pembakaran yang mengalir di sebelah

kanan dan kiri kompor juga dapat membantu upaya insulasi karena udara juga

bersifat isolator panas.

b. Teknik Pembakaran

Mekanisme gasifikasi dan pembakaran pada kompor gas-biomassa yang

dirancang dalam penelitian harus diperhatikan, dimana suplai udara devolatilisasi

(udara primer) dan udara pembakaran (udara sekunder) harus dalam proporsi yang

tepat dan distribusi yang merata untuk mencapai reaksi yang diinginkan dapat

berlangsung. Selain itu, kestabilan posisi api untuk berada tetap di bagian atas

kompor juga memberikan kontribusi terhadap penurunan emisi gas CO yang

menjadi tujuan utama dari penelitian ini. Adapun kestabilan posisi api di atas

unggun pelet dipengaruhi oleh laju alir udara devolatilisasi (udara primer) gas


39


pirolisis yang mengalir ke atas. Besar laju alir superfisial udara devolatilisasi

(udara primer) dan gas tersebut ke atas harus sama dengan laju alir propagasi api

(flame speed) yang memberikan kalor ke bawah untuk mempertahankan posisi

stasioner api. Hal ini disebabkan oleh udara dan bahan bakar yang bercampur

dalam ruang pembakaran sebelum mendekati daerah nyala api sehingga api yang

terbentuk digolongkan premixed flame. Premixed flame dipengaruhi oeh beberapa

faktor, antara lain turbulensi, suhu, tekanan, komposisi campuran dan rasio

ekuivalen, serta jenis dan karakteristik bahan bakar (Turns, 1996). Oleh karena

itu, mempertahankan posisi api di atas unggun pelet merupakan salah satu

pekerjaan penting dalam penelitian untuk memperoleh kompor gas-biomassa yang

beremisi gas CO rendah menggunakan prinsip T-LUD Gasifier.

c. Mekanika Fluida

Selain itu, aspek mekanika fluida juga diperhatikan, misalnya mengatur

jalannya aliran udara (draft) dengan baik dan membuat turbulensi aliran yang

menyebabkan pencampuran bahan bakar-udara dalam ruang pembakaran menjadi

merata dan semakin sempurna karena aliran yang homogen sehingga

memperbesar perpindahan kalor secara konveksi yang terjadi (Bryden, 2002).

Masalah turbulensi aliran sebenarnya berkaitan erat dengan aliran konveksi.

Misalnya, dalam penelitian ini, preheat udara pembakaran gas-biomassa

menyebabkan suhu udara pembakaran meningkat sehingga densitasnya menjadi

rendah dan laju alir alirannya menjadi meningkat.

Aspek mekanika fluida lainnya adalah friksi, yang dapat menurunkan

besar laju alir fluida. Kehilangan friksi akan semakin meningkat dengan

meningkatnya laju alir (Lepeleire, 1981). Meningkatnya laju alir akibat

meningkatnya kehilangan friksi mengakibatkan turbulensi aliran pun meningkat

sehingga kesempurnaan pencampuran udara dan gas lebih homogen. Adapun laju

alir udara dan gas yang menurun dapat mengakibatkan terjadi ketidakstabilan

posisi api di atas unggun pelet, suhu api menurun, dan laju perpindahan kalor

secara konveksi menurun sehingga proses memasak menjadi kurang efektif.


40


d. Perpindahan Kalor

1) Konveksi

Konveksi adalah perpindahan kalor melalui suatu medium (fluida)

yang disertai dengan perpindahan medium tersebut. Konveksi dibagi menjadi

dua, yaitu konveksi alami dan konveksi paksa. Konveksi alami disebabkan

oleh daya (buoyance force) yang dihasilkan oleh perbedaan massa jenis akibat

perbedaan suhu. Sedangkan, konveksi paksa disebabkan oleh daya dari

blower, fan, atau kondisi berangin yang menyebabkan timbulnya udara paksa.

Rumus dasar konveksi:

푞 = ℎ퐴(푇 − 푇∞) (2.13)

Perpindahan kalor konveksi bergantung pada viskositas fluida dan

sifat-sifat termal fluida (kalor spesifik, densitas). Hal ini dikarenakan

viskositas mempengaruhi profil laju alir dan laju perpindahan energi di daerah

dinding (Holman, 1981; Lepeleire, 1981). Konveksi merupakan perpindahan

kalor utama yang terjadi pada kompor, di mana terjadi pada daerah gas panas

dari api ke panci, aliran melewati cerobong, celah antara panci dan dinding,

dan lain-lain (Rizqiardihatno, 2008). Koefisien perpindahan kalor konveksi

merupakan fungsi dari jenis aliran (laminar atau turbulen), driving force untuk

aliran (buoyancy, dan lain-lain), laju alir aliran, bentuk geometri, dan sifat

fisik dari fluida yang mengalir (Lepeleire, 1981).

Adapun, sistem yang digunakan dalam kompor gas-biomassa dalam

penelitian ini adalah sistem konveksi paksa dengan menggunakan dua buah

blower secara independen. Perhitungan konveksi paksa melibatkan bilangan

Nusselt yang merupakan fungsi dari bilangan Reynold dan bilangan Prantdl,

di mana faktor jenis aliran dan bentuk geometri perlu diperhatikan (Holman,

1981).

2) Konduksi

Konduksi adalah perpindahan energi panas dari daerah yang memiliki

suhu lebih tinggi ke daerah bersuhu lebih rendah melalui transfer molekular

pada material padat yang dapat menghantarkan panas (bersifat konduktor).

Mekanismenya ketika kalor dikenai pada permukaan salah satu sisi benda


41


padat/logam, maka atom-atom di permukaan akan mentransfer kalor yang

diterimanya ke atom-atom lain didekatnya. Begitu seterusnya sampai akhirnya

kalor diterima atom-atom pada sisi-sisi lainnya (Holman, 1981). Laju

perpindahan kalor secara konduksi berbanding lurus dengan gradien suhu

normal dan dinyatakan oleh Persamaan Fourier:

푞 = −푘퐴 (2.14)

Adapun perpindahan kalor konduksi terjadi pada daerah dari panci ke

isi panci, kalor hilang lewat dinding, penyimpanan kalor dalam pelet, panci,

dan badan kompor (Rizqiardihatno, 2008). Oleh karena itu, dalam

perancangan kompor penting untuk diperhatikan sifat fisik berupa nilai

konduktivitas termal dari bahan panci, bahan dinding ruang pembakaran

kompor, dinding terluar kompor, dan pelet biomassa (Reed, 1981). Untuk

bahan panci dan dinding ruang pembakaran kompor, semakin besar

konduktivitas termalnya, maka semakin baik karena perpindahan kalor secara

konduksi yang terjadi semakin besar sehingga memasak dengan panci tersebut

menjadi lebih cepat dan preheating udara pembakaran melalui kalor yang

dilepaskan dari dinding ruang pembakaran juga semakin efektif. Sedangkan

untuk dinding terluar kompor, sebaiknya digunakan bahan dengan

konduktivitas termal rendah sehingga dapat berfungsi sebagai insulator untuk

menghindari heat losses. Adapun konduktivitas termal untuk biomassa

bergantung pada konstituen utamanya, seperti moisture content, hemiselulosa,

selulosa, dan lignin (Lepeleire, 1981).

Kalor yang hilang melalui perpindahan konduksi juga berperan penting

dalam analisis quenching distance, yakni jarak atau diameter kritikal untuk api

menjadi padam. Dalam analisis quenching dengan menggunakan neraca

energi, besar kalor yang dihasilkan dari reaksi sama dengan besar kalor yang

hilang secara konduksi melalui dinding ruang pembakaran (Turns, 1996).

3) Radiasi

Radiasi merupakan perpindahan kalor tanpa adanya medium sehingga

tidak ada transfer momentum maupun transfer massa yang dapat dianalogikan.

Radiasi termal dapat didefinisikan sebagai energi yang dipancarkan oleh


42


permukaan suatu bahan yang panas, dalam bentuk gelombang elektromagnetik

(Holman, 1981). Menurut hukum Stefan, radiasi adalah pancaran energi dari

suatu sumber kalor dan dinyatakan oleh rumus:

퐻 = 푒휎퐴푇 (2.15)

Perpindahan kalor secara radiasi dapat berlangsung di dalam kompor

antara api yang menyala di atas dengan char dari biomassa yang terbentuk

sehingga memungkinkan untuk char yang terbentuk juga berpijar. Selain itu,

perpindahan kalor secara radiasi juga dapat berlangsung pada permukaan

terluar kompor yang panas atau bersuhu tinggi ke lingkungan di sekitarnya

sehingga terjadi heat loss. Kedua contoh radiasi pada kompor tersebut tidak

menguntungkan sehingga harus diminimasi pada desain kompor yang

dirancang dalam penelitian. Namun, ada pula radiasi yang menguntungkan,

seperti kalor yang dipancarkan api yang berpindah secara radiasi ke

permukaan bawah panci sehingga dapat mempercepat proses memasak

(Lepeleire, 1981).

e. Kinetika Reaksi

Sebelum memahami bagaimana penurunan emisi gas CO dapat terjadi

melalui pembakaran fase gas sehingga desain kompor gas-biomassa mampu

mencapai emisi gas CO yang rendah, hal yang perlu dipahami adalah kinetika

reaksi dari pembentukan gas CO dan CO2 yang merupakan gas polutan hasil

pembakaran yang terjadi dalam kompor. Untuk CO, gas ini biasanya dihasilkan

ketika udara pembakaran yang tersedia kurang dari jumlah stoikiometrik yang

seharusnya (µ < 1, di mana µ = udara aktual/udara stoikiometrik) (Ndiema,

Mpendazoe, & Williams, 1998).

Pertama-tama, selama penyerangan awal oksigen terhadap hidrokarbon,

gas CO terbentuk melalui mekanisme reaksi yang cepat (fast reaction) pada

daerah sempit pada zona reaksi dan reaksi yang berlangsung bersifat eksotermis.

Sementara itu, gas CO yang terbentuk kemudian dikonversi menjadi CO2 melalui

mekanisme reaksi yang lambat (slow reaction) pada daerah luas pada zona reaksi,

memerlukan waktu tinggal (residence time) yang cukup lama untuk mencapai


43


pembakaran sempurna. Pada umumnya, dalam pembakaran terdapat dua jalur

pembentukan yang terjadi (Sugiyanto, 2010), yaitu:

퐶 + 푂 → 퐶푂, ∆H298K = -110,53 kJ/mol (2.16)

퐶푂 + 푂 → 퐶푂 , ∆H298K = -393,52 kJ/mol (2.17)

Reaksi tersebut bersifat eksotermis dan berjalan lambat (slow reaction) sehingga

akan lebih menguntungkan apabila suhu reaksi tinggi. Suhu yang semakin tinggi

akan semakin mempercepat laju reaksi konversi gas CO menjadi CO2. Oleh

karena itu, apabila desain kompor yang dirancang buruk, maka hal tersebut sangat

memungkinkan emisi gas CO yang dihasilkan menjadi signifikan sekalipun udara

berlebih dalam jumlah besar. Dengan demikian, pemahaman tentang kinetika

reaksi tersebut berpengaruh terhadap aspek perancangan kompor.

Yang kedua, karena proses pembakaran melalui unggun pelet setelah

reaksi awal, O2 dikonsumsi dalam jumlah sangat banyak sehingga CO2 direduksi

melalui reaksi Boudouard sebagai berikut:

퐶푂 + 퐶 → 2퐶푂 (2.18)

di mana reaksi bersifat endotermis (Ndiema, 1998).

Menurut Makino (1992), untuk memperoleh reaksi yang sempurna menuju

pembentukan CO2, ada tiga syarat yang harus dipenuhi, yaitu kecukupan waktu

tinggal reaksi untuk reaksi CO ke CO2, kecukupan oksigen untuk

menyempurnakan reaksi oksidasi, dan suhu reaksi yang cukup tinggi untuk

memperbesar kinetika reaksi oksidasi. Untuk memperpanjang waktu tinggal, dua

hal dapat dilakukan, yakni meneliti efek kedalaman chimney dan memasang hood

di ata bibir kompor (Sugiyanto, 2010). Adapun berdasarkan uraian kinetika reaksi

gas CO dan CO2 di atas, maka untuk mengurangi emisi gas CO memang dapat

dilakukan dengan memperhatikan suhu reaksi yang sesuai dan konsentrasi O2

dalam udara yang digunakan untuk pembakaran dalam perancangan kompor.

Suhu reaksi yang sesuai, di mana diperlukan suhu yang tinggi untuk reaksi

konversi gas CO menjadi CO2 sehingga emisi gas CO dapat dikurangi.

Sedangkan, untuk waktu tinggal, pada kompor gas-biomassa yang dirancang

dalam penelitian tidak berdampak signifikan terhadap konversi gas CO menjadi

CO2 karena posisi api yang berada di atas menghalangi gas CO untuk keluar ke


44


atmosfer dan membakar gas CO tersebut. Kemudian, konsentrasi O2 dalam udara

yang tinggi atau dengan kata lain jumlah udara berlebih mampu meminimasi

reaksi Boudouard yang terjadi karena O2 tidak habis terkonsumsi pada awal reaksi

yang menyebabkan CO2 tidak digunakan untuk dikonversi kembali menjadi CO

melalui reaksi tersebut.

2.3 Uji Performa dan Evaluasi Operasi Kompor

2.3.1 Parameter Evaluasi Operasi Kompor

Berikut ini merupakan parameter yang pada umumnya digunakan sebagai

ukuran dalam evaluasi performa suatu kompor gas-biomassa (Belonio, 2005):

a) Waktu start up

Parameter ini merupakan waktu yang diperlukan untuk menyalakan bahan

bakar sehingga gas-gas pirolisis diproduksi, diukur dari penyalaan awal

dengan pembakaran potongan kertas hingga timbulnya gas-gas pirolisis yang

dihasilkan.

b) Waktu operasi

Parameter ini merupakan durasi waktu sejak gas-gas pirolisis timbul hingga

tidak nampak lagi gas tersebut diproduksi (berhentinya produksi gas

ditunjukkan dengan padamnya api karena volatile matter dalam bahan bakar

habis dan hanya tinggal char saja).

c) Total waktu operasi

Parameter ini merupakan hasil penjumlahan waktu start up dan waktu operasi.

d) Laju konsumsi bahan bakar (Fuel Consumption Rate/FCR)

Parameter ini merupakan jumlah bahan bakar biomassa yang diperlukan

dibagi dengan waktu operasi

e) Laju gasifikasi spesifik (Specific Gasification Rate/SGR)

Parameter ini merupakan jumlah bahan bakar biomassa yang diperlukan per

satuan waktu per satuan luas reaktor gasifikasi.

f) Laju zona pembakaran (Combustion Zone Rate/CZR)

Parameter ini merupakan waktu yang dibutuhkan untuk zona pembakaran

bergerak menurun di sepanjang reaktor, dimana tinggi reaktor dibagi dengan

waktu operasi didapatkan laju zona pembakaran.


45


g) Waktu pendidihan

Parameter ini merupakan waktu yang diperlukan untuk mendidihkan sejumlah

air dengan massa tertentu, diukur sejak panci diletakkan di atas kompor

hingga air mencapai suhu 100oC.

h) Kalor sensibel

Parameter ini merupakan jumlah energi kalor yang dibutuhkan untuk

meningkatkan suhu air, dihitung sebelum dan sesudah air mencapai suhu

100oC.

i) Kalor laten

Parameter ini merupakan jumlah energi kalor yang dibutuhkan untuk

menguapkan air (mengubah wujud air dari cair menjadi uap).

j) Energi kalor yang masuk (Heat Energy Input)

Parameter ini merupakan jumlah energi kalor yang terdapat di dalam bahan

bakar.

k) Efisiensi termal

Parameter ini merupakan perbandingan antara jumlah energi kalor yang

dibutuhkan untuk mendidihkan dan menguapkan air terhadap jumlah energi

kalor yang terdapat di dalam bahan bakar.

l) Daya yang masuk (Power Input)

Parameter ini merupakan jumlah energi yang disuplai ke kompor berdasarkan

jumlah bahan bakar yang dikonsumsi.

m) Daya yang keluar (Power Output)

Parameter ini merupakan jumlah energi yang dilepaskan oleh kompor untuk

memasak.

n) Persentase char yang diproduksi

Parameter ini merupakan perbandingan antara jumlah char yang diproduksi

terhadap jumlah bahan bakar yang digunakan.

2.3.2 Uji Efisiensi Termal dengan Metode WBT

Metode WBT yang dikembangkan oleh VITA (Volunteers in Technical

Assistance), Amerika Serikat. Secara garis besar, metode WBT menghasilkan

rasio perbandingan kalor yang dihasilkan oleh bahan bakar terhadap kalor yang


46


diterima oleh air untuk menaikkan suhunya dan menguapkannya (Rizqiardihatno,

2008). Metode tersebut sangat sederhana dan mudah diaplikasikan, serta data

yang dibutuhkan pun relatif singkat namun menunjukkan hasil yang relatif akurat.

Secara umum, WBT dilakukan dalam tiga tahap.

Tahap pertama disebut uji high power (cold start), di mana penguji

menggunakan kompor pada suhu ruang dan sejumlah bahan bakar untuk

mendidihkan sejumlah air dalam sebuah panci standar. Untuk pengujian tahap

berikutnya digunakan panci yang baru.

Tahap kedua disebut uji high power (hot start), di mana air dididihkan

dengan kompor yang telah panas dengan tujuan untuk mengidentifikasi perbedaan

daya guna kompor ketika dingin dan ketika panas.

Kemudian, tahap ketiga adalah uji low power (simmering), di mana

penguji menggunakan panci dan air yang telah dididihkan pada tahap kedua.

Dengan menggunakan sejumlah bahan bakar, air yang telah mendidih tersebut

dipanaskan selama 45 menit dan suhu air harus tetap terjaga sekitar 3oC di bawah

titik didih. Tujuan dari tahap ketiga ini ialah menguji kemampuan kompor untuk

memanaskan air dengan menggunakan bahan bakar seminimal mungkin

(Handayani, 2009; Suhartini, 2010). Perhitungan efisiensi termal kompornya

dinyatakan dengan rumus sebagai berikut:

휂 =× ( )×( ) × ( )×( ) ×

× (2.19)

dengan M massa air, cp1 kalor jenis air, M1 massa bejana, cp2 kalor jenis bejana,

M2 massa air terevaporasi, HL kalor laten penguapan, dan HC kalor pembakaran

(Rizqiardihatno, 2008; Handayani, 2009).

Dengan demikian, parameter efisiensi termal dalam perancangan kompor

gas-biomassa dapat diukur secara kuantitatif melalui metode WBT ini. Adapun

pengukuran efisiensi termal dengan metode WBT perlu dilakukan karena

berkaitan dengan sisi aplikatif kompor gas-biomassa. Yang dimaksud sisi aplikatif

di sini adalah alangkah baiknya apabila kompor gas-biomassa yang dirancang

dalam penelitian ini tidak hanya baik dari segi kesehatan pengguna, yakni dengan

emisi gas CO yang rendah, tetapi juga dengan efisiensi termal yang tinggi mampu

digunakan sesuai dengan fungsinya, yakni untuk memasak dengan lebih cepat.



BAB 3 METODE PENELITIAN

3.1 Model Penelitian

Eksperimen dalam penelitian bertujuan untuk mendapatkan dimensi,

bentuk, dan ukuran kompor gas-biomassa dengan menggunakan prinsip Top-Lit

Up Draft (T-LUD) Gasifier, serta hasil uji operasi kompor tersebut yang mampu

mencapai emisi gas CO rendah. Top-Lit Up Draft (T-LUD) Gasifier yang

digunakan sebagai prinsip dari perancangan kompor dalam penelitian ini

merupakan jenis gasifier yang sesuai dengan karakteristik biomassa yang

memiliki volatile matter tinggi, di mana kompor yang dirancang diperuntukan

bagi pelet biomasssa dari limbah bagas dan kayu karet. Prinsip tersebut

memanfaatkan perpindahan kalor dari api ke pelet di bawahnya sehingga pelet

mengalami flaming pyrolisis terlebih dahulu dibandingkan glowing pyrolisis.

Sebagai akibatnya, terjadi peristiwa devolatilisasi yang menyebabkan pelepasan

volatile matter dan pembentukan char dari biomassa. Volatile matter yang

dilepaskan oleh pelet tersebut kemudian dibakar dengan udara devolatilisasi

(udara primer) dalam jumlah terbatas sehingga menghasilkan gas pirolisis yang

selanjutnya mengalami proses pembakaran karena berkontakan dengan udara

pembakaran (udara sekunder). Dengan demikian, dimensi, bentuk, dan ukuran

kompor gas-biomassa dirancang untuk memaksimalkan pembakaran fasa gas dan

meminimalkan pembakaran fasa padat dari biopellet sehingga diperoleh emisi CO

seminimal mungkin pada saat uji operasi kompor dilakukan.

Penelitian dimulai dengan perancangan kompor yang mencakup

perhitungan desain yang diadaptasi dari literatur (Belonio, 2005, Rizqiardiahatno,

2008), serta pembuatan desain dua dimensi dari kompor. Setelah perancangan,

tahap berikutnya adalah fabrikasi kompor dengan bahan konstruksi yang

dikehendaki, yakni dengan menggunakan lembaran mild steel untuk dinding

gasification reactor, aluminium untuk dinding kompor bagian terluar, ceramic

fiber sebagai insulator bagi dinding kompor bagian terluar, dan stainless steel 314

untuk grate kompor. Kemudian, tahap berikutnya adalah tahap preparasi alat dan

bahan yang diperlukan untuk preparasi pelet biomassa dan uji operasi dari kompor


48


gas-biomassa. Dalam tahap preparasi pelet biomassa tersebut, bahan biomassa

yang digunakan direduksi ukurannya dan dikeringkan hingga moisture content

10%. Lalu, bahan biomassa tersebut digunakan untuk membuat bahan bakar

biomassa yang berupa pelet dengan cara mencetak dna menekannya dengan alat

pressure pelletizer. Adapun biomassa yang dibentuk menjadi pelet dalam

penelitian ini berasal dari limbah bagas. Selanjutnya, barulah dilakukan pengujian

yang utama, yaitu mengukur emisi CO dengan Gas Analyzer. Pengukuran suhu

api dalam range waktu tertentu dengan menggunakan termokopel juga dilakukan

untuk memperoleh profil suhu kompor dan mengetahui kecenderungan

pemerataan api dyang dihasilkan oleh bahan bakar yang berpengaruh terhadap

aspek perpindahan kalor dalam penggunaan kompor untuk memasak. Lalu,

variabel lainnya yang diuji adalah efisiensi termal dengan Water Boiling Test.

Adapun batasan emisi gas CO yang diharapkan pada kompor gas-

biomassa dalam penelitian ini adalah lebih kecil sama dengan 25 ppm, di mana

batasan tersebut merupakan batasan emisi gas CO yang diberikan oleh

Kementerian Tenaga Kerja Republik Indonesia.

3.2 Variabel Penelitian

Variabel yang terdapat dalam penelitian ini dibagi menjadi tiga jenis:

a. Variabel terikat, antara lain:

emisi gas CO dalam satuan ppm;

suhu api;

suhu air dan efisiensi termal.

b. Variabel bebas, yakni rasio antara laju alir devolatilisasi (udara primer) laju

alir udara pembakaran (udara sekunder).

c. Variabel kontrol, yakni waktu.

3.3 Tahapan Penelitian

Penelitian terdiri dari dua tahap, yaitu tahap pra-penelitian dan penelitian

yang diuraikan dalam diagram alir penelitian pada Gambar 3.1. Tahap pra-

penelitian merupakan tahap awal di mana peneliti melakukan studi literatur

tentang materi-materi yang berkaitan dengan judul dan tujuan penelitian.


49


Selanjutnya, tahap penelitian yang merupakan inti dari eksperimen yang

dilakukan meliputi perancangan kompor, fabrikasi kompor yang dilakukan

dengan bantuan pihak lain, preparasi alat dan bahan, preparasi bahan bakar,

pengujian emisi gas CO, suhu, dan efisiensi termal sebagai variabel-variabel yang

menjadi parameter performa operasi dari kompor gas-biomassa yang dirancang,

serta analisa dan evaluasi hasil hingga pembuatan kesimpulan untuk menguji

hipotesis.


50


Gambar 3. 1 Diagram alir penelitian


51


3.3.1 Tahap Perancangan Kompor

Tahap perancangan kompor difokuskan pada perhitungan dimensi, bentuk,

dan komponen kompor sesuai dengan ukuran dan spesifikasi yang diinginkan,

pembuatan gambar dari dimensi kompor, serta penentuan bahan untuk konstruksi

kompor. Prosedur untuk tahap perancangan kompor:

a. Menyiapkan dan memutuskan konsep rancangan kompor gas-biomassa yang

dipilih berdasarkan identifikasi rancangan-rancangan kompor gas-biomassa

pada berbagai literatur yang sudah ada dan diaplikasikan. Mendesain dimensi

dan bentuk kompor, beserta komponen-komponen kompor. Rancangan dibuat

sesuai dengan pertimbangan fungsi dan optimasi dari rancangan kompor

dengan melakukan modifikasi, dan sebagainya.

b. Mengumpulkan data-data yang diperlukan untuk perhitungan rancangan

kompor gas-biomassa. Jika ada data yang tidak didapatkan, maka dapat

melakukan pendekatan dengan menyamakan dan menggunakan data dari

literatur yang tersedia.

c. Setelah data-data yang diperlukan terkumpul, melakukan perhitungan

berdasarkan langkah-langkah perhitungan yang diuraikan beserta rumus yang

diberikan oleh Belonio (2005), yaitu antara lain:

1) Menentukan jumlah daya yang diperlukan oleh kompor gas-biomassa yang

dirancang. Jumlah daya yang diperlukan oleh kompor diestimasi dari

jumlah energi yang diperlukan untuk memanaskan sejumlah air.

Perhitungan jumlah daya yang diperlukan tersebut dilakukan berdasarkan

data dan rumus (Belonio, 2005) sebagai berikut:


52


Tabel 3. 1 Kalor Spesifik dan Energi yang Diperlukan untuk Memasak Suatu Makanan

Makanan Kalor Spesifik

(Kkal/kg.oC)

Total Energi yang

Diperlukan

(Kkal/kg)*

Beras 0,42-0,44 79,3

Daging 0,48-0,93 56,5

Sayuran 0,93 74,5

Air 1,0 72

* Pada perbedaan suhu 72oC

푄 = × (3.1)

di mana,

Qn = energi yang diperlukan, Kkal/jam

Mf = massa makanan, kg

Es = energi spesifik, Kkal/kg

T = waktu memasak, jam

2) Menentukan kebutuhan jumlah bahan bakar yang disuplai sesuai dengan

jumlah energi yang diperlukan dengan menggunakan rumus berikut:

퐹퐶푅 =×

(3.2)

di mana,

FCR = laju konsumsi bahan bakar, kg/jam

Qn = energi yang diperlukan, Kkal/jam

HVf = nilai kalor dari bahan bakar, Kkal/kg

ξg = efisiensi gasifier stove, %

3) Menghitung ukuran combustion chamber dari kompor, yakni diameter dan

tinggi dari gasification reactor. Berikut ini adalah rumus yang digunakan:

퐷 = , , (3.3)


53


di mana,

D = diameter dari reaktor, m


SGR = laju gasifikasi spesifik dari bahan bakar, kg/m2.jam

퐻 = × (3.4)

di mana,

H = tinggi dari reaktor, m

SGR = laju gasifikasi spesifik dari bahan bakar, kg/m2.jam

T = waktu yang diperlukan untuk mengkonsumsi bahan bakar, jam

ρrh = densitas dari bahan bakar yang digunakan, kg/m3

4) Menghitung jumlah udara dan jumlah draft yang diperlukan untuk proses

gasifikasi dari bahan bakar biomassa yang digunakan.

퐴퐹푅 = × × (3.5)

di mana,

AFR = laju alir udara devolatilisasi (udara primer), m3/jam

ε = rasio ekuivalen, 0,3 sampai 0,4


SA = udara stoikiometrik dari bahan bakar, kg udara/kg biomassa

ρa = densitas udara, 1,25 kg/m3

푉 = ( )

(3.6)

di mana,

Vs = laju alir superfisial gas, m/s

AFR = laju alir udara devolatilisasi (udara primer), m3/jam

D = diameter dari reaktor, m

5) Menghitung tinggi bagian api dengan menggunakan rumus

(Rizqiardihatno, 2008):

퐻 = 퐶 × 푃 ⁄ (3.7)


54


di mana, 퐶 adalah konstanta, yang besarnya 75 mm/kW0,4 untuk kompor

dengan garangan, dan P adalah daya keluaran.

6) Menghitung tinggi total ruang pembakaran (jumlah tinggi bagian bahan

bakar ditambah dengan tinggi bagian api).

d. Menentukan bahan, bentuk, dan ukuran garangan (grate).

e. Menentukan bentuk dan ukuran lubang untuk udara devolatilisasi (udara

primer), lubang untuk udara pembakaran (udara sekunder), lubang untuk api,

dan jarak antar lubang-lubang tersebut.

f. Menentukan besar gap yang optimal untuk peletakan panci atau wajan,

dengan mempertimbangkan penggunaan secara umum.

g. Mengkombinasikan hasil perhitungan secara manual untuk memperoleh

desain kompor yang optimum. Penentuan dimensi, bentuk, dan ukuran

kompor tidak hanya mutlak ditentukan dengan menggunakan rumus, tetapi

juga secara eksperimental dengan menggunakan prinsip similarity terhadap

penelitian-penelitian sebelumnya berdasarkan referensi yang tersedia.

h. Membuat gambar teknik dari kompor rancangan dua dimensi sesuai dengan

hasil penentuan dan perhitungan yang diperoleh.

3.3.2 Tahap Preparasi Alat dan Bahan

Dalam tahap ini, prosedur yang dilakukan ialah menentukan dan

menyediakan berbagai alat dan bahan yang dipergunakan dalam penelitian

mencakup:

a. Menentukan dan menyediakan alat dan bahan untuk tahap preparasi bahan

bakar.

Alat: Oven, cetakan pelet, pressure pelletizer, gunting, blender, crusher

dan alat penepung

Bahan: Limbah bagas (ampas tebu) yang diperoleh dari limbah industri

gula Sugar Group.


55


b. Menentukan dan menyediakan alat dan bahan untuk tahap pengujian.

Alat: Kompor gas-biomassa hasil fabrikasi, termokopel jenis K yang

dihubungkan dengan Data Logger Temperature, Gas Analyzer,

anemometer, Personal Computer, alat pencatat waktu (timer), gelas ukur,

neraca digital, bunsen, kaki tiga, korek api, panci berdiameter 17 cm,

sarung tangan anti panas, masker, goggle, penjepit besi, exhaust fan.

Bahan: Bahan bakar pelet biomassa dari limbah bagas yang telah dibuat

dengan diameter seragam sebesar 1,5 cm dan panjang 3 cm, etanol 90%,

air.

3.3.3 Tahap Fabrikasi Kompor

Prosedur tahap fabrikasi kompor dilakukan oleh pihak di luar dan juga

dengan bantuan dari pihak di dalam Departemen Teknik Kimia Universitas

Indonesia. Pihak luar yang mengerjakan fabrikasi dan modifikasi kompor gas-

biomassa, antara lain Bapak Dudi (profesional di bidang fabrikasi alat

laboratorium, termasuk kompor) dan Bapak Parlan (karyawan Laboratorium

Teknik Mesin Politeknik Negeri Jakarta. Sedangkan pihak dalam Departemen

Teknik Kimia Universitas Indonesia sendiri yang turut membantu memberi

informasi dan membantu pemasangan alat, seperti dimmer lamp, yaitu Pak

Wanizal dan Pak Jajat.

3.3.4 Tahap Preparasi Bahan Bakar

Tahap preparasi bahan bakar merupakan tahap persiapan sedemikian rupa

untuk biomassa yang digunakan sehingga dapat diuji, dianalisis, dan dapat

dilakukan proses peletisasi (Fisafarani, 2010). Prosedur umum tahap preparasi

bahan bakar tersebut dapat diuraikan sebagai berikut (Rizqiardihatno, 2009,

Fisafarani, 2010):

a. Menyediakan bahan baku biomassa yang telah disiapkan sebelumnya untuk

digunakan dalam penelitian, dimana biomassa yang digunakan adalah bagas.

b. Mereduksi ukuran biomassa yang masih kasar dan tidak beraturan dengan

memotongnya dengan gunting dan menghancurkannya dengan blender atau

crusher, dan sejenisnya hingga menjadi halus.


56


c. Mereduksi ukuran biomassa kembali dengan menghancurkannya hingga

berukuran seperti tepung menggunakan mesin penepung.

d. Mengeringkan bahan yang telah dihaluskan tersebut dengan oven hingga

moisture content mencapai 10%. Untuk mengetahui besar moisture content

dalam biomassa sebelum dikeringkan dan berapa lama waktu pengeringan

dalam oven yang diperlukan untuk mencapai moisture content 10%, maka

dilakukan prosedur sebagai berikut:

1) Menimbang massa wadah yang digunakan untuk menimbang dengan

menggunakan neraca digital dan mencatat besar massa hasil timbangan.

2) Memasukkan biomassa yang telah dihaluskan ke dalam wadah, kemudian

menimbang kembali untuk mendapatkan besar massa wadah dan

biomassa, di mana biomassa yang ingin digunakan sebanyak 10 gram.

3) Menyalakan oven dengan menyambungkan kabel oven ke sumber arus

listrik, mengatur suhu sebesar 105oC, serta mengatur pemerataan panas api

atas dan bawah.

4) Setelah itu, memindahkan biomassa yang telah ditimbang tersebut ke tray

oven, lalu memasukkannya ke dalam oven.

5) Memutar tombol oven untuk mengatur waktu pengeringan yang

diinginkan dan di saat bersamaan dengan pemutaran tombol, menyalakan

timer atau stopwatch, di mana interval waktu pengeringan yang diinginkan

adalah selama 5 menit.

6) Setiap 5 menit, mematikan pengatur waktu oven agar suplai panas

berhenti, kemudian mengambil tray oven yang berisi biomassa yang telah

dikeringkan selama 5 menit tersebut dan memindahkannya kembali ke

wadah yang digunakan di awal.

7) Selanjutnya, menimbang massa wadah dan biomassa tersebut dan

mencatat besar massa yang diperoleh.

8) Setelah itu, biomassa dapat dipindahkan kembali ke tray oven dan

dimasukkan kembali dalam oven untuk mengulangi pengeringan selama 5

menit, dan begitu seterusnya langkah 1-7 dilakukan selama 25 menit

hingga data moisture content yang diperoleh menunjukkan perubahan

yang tidak signifikan atau cenderung konstan.


57


9) Berdasarkan data yang diperoleh, membuat plok grafik moisture content

terhadap waktu. Lalu, dengan melakukan interpolasi untuk moisture

content 10%, maka dapat diperoleh waktu yang diperlukan untuk

mengeringkan biomassa menggunakan oven selama waktu tersebut.

e. Memasukkan biomassa ke pencetak pelet untuk ukuran diameter pelet 1,5 cm

dan panjang pelet 3 cm.

f. Menekan hingga terbentuk bahan bakar pelet biomassa yang kompak

menggunakan alat pressure pelletizer yang dapat dilihat pada Gambar 3.2.

Gambar 3. 2 Pressure pelletizer

3.3.5 Tahap Pengujian

Tahap ini dibagi menjadi dua, yaitu pengujian emisi gas CO dan pengujian

efisiensi termal, yang digabung menjadi prosedur berikut ini (Belonio, 2005;

Handayani, 2009; Rizqiardihatno, 2008):

a. Menyiapkan alat dan bahan yang diperlukan untuk tahap pengujian.

b. Menyiapkan dan menimbang air sebanyak 1 L atau setara 1 kg air (suhu

ambien). Mengukur massa awal (M) dan kalor jenis (cp1).

c. Memasukkan air tersebut ke dalam panci berdiameter 17 cm yang sudah

diketahui massa (M1) dan kalor jenisnya (cp2). Kemudian, mengukur juga

massa panci dan air atau menjumlah dari pengukuran masing-masing.

d. Menyiapkan dua buah termokopel, dimana satu termokopel untuk mengukur

suhu api dan satu termokopel yang lain untuk mengukur suhu air. Kemudian,

menghubungkan termokopel tersebut dengan Data Logger Temperature dan


58


Personal Computer. Melakukan kalibrasi pengukuran suhu oleh termokopel

dengan cara meletakkannya pada api bunsen.

e. Menyiapkan kompor pada suhu ruang.

f. Menimbang dan memasukkan pelet bagas yang telah dipreparasi dan

dikeringkan ke dalam reaktor gasifikasi sebanyak 1,4 kg.

g. Mencelupkan potongan-potongan kertas dalam etanol 90% dan

meletakkannya pada lapisan paling atas dari bahan bakar pelet. Setelah itu,

menyalakan api dengan cara menyulut potongan-potongan kertas di atas pelet

bahan bakar tersebut dengan korek api. Adapun pelet biomassa yang

dibutuhkan untuk satu kali operasi sebanyak FCR atau Fuel Consumption

Rate hasil perhitungan pada tahap perancangan kompor gas-biomassa (W).

Nilai kalor pembakaran (HC) juga telah diketahui.

h. Menyiapkan dan menjalankan alat pengukur waktu pada skala 00:00 untuk

menghitung waktu start up, dimana alat pengukur waktu tersebut dimatikan

pada saat gas pirolisi mulai dihasilkan dan lidah api stabil mulai terbentuk.

i. Mengatur dan mengukur laju alir udara devolatilisasi (udara primer) dan

mengukur laju alir udara pembakaran (udara sekunder) yang ditentukan.

Pengaturan laju alir putar blower dilakukan dengan memutar dimmer lamp

yang disambungkan dengan blower kompor, sedangkan pengukuran laju alir

udara menggunakan anemometer. Menetapkan laju alir udara devolatilisasi

(udara primer) dan mengukur laju alir udara pembakaran (udara sekunder)

hingga lidah api stabil dan tidak asap yang banyak keluar.

j. Meletakkan panci yang berisi air dan termokopel yang telah dicelupkan ke

dalamnya di atas kompor. Meletakkan termokopel yang lain ke bagian tengah

dalam api yang terbentuk.

k. Menekan tombol run pada software Advantech Data Logger Temperature

yang ter-install pada Personal Computer. Lalu, menyiapkan dan menjalankan

alat pengukur waktu kembali pada skala 00:00 yang menandakan dimulainya

waktu operasi dari kompor gas-biomassa. Lalu, mendidihkan air.

l. Menyalakan dan mengukur besar emisi gas CO menggunakan Gas Analyzer

seperti pada Gambar 3.3 setiap 2 menit hingga api mulai meredup dan

pembakaran gas pirolisis hampir berakhir.


59


m. Menghentikan run dari software Advantech Data Logger Temperature dan

mengambil data suhu api dan air yang terekam setiap 10 detik. Ketika air

mencapai suhu didihnya yang terlihat pada suhu yang terekam, mencatat

waktu didih.

n. Mematikan alat pengukur waktu dan mencatat waktu operasi yang didapatkan

dan kemudian menyalakan alat pengukur waktu kembali untuk menghitung

waktu pembakaran char yang diperlukan.

o. Menimbang massa air akhir dan menghitung massa air menguap (M2) yang

merupakan selisih massa air awal dengan massa air akhir. Kalor laten

penguapan (HL) telah diketahui.

p. Setelah pembakaran char (glowing combustion) selesai dan kompor menjadi

dingin, mengambil seluruh sisa bahan bakar (char dan abu) untuk kemudian

ditimbang dan menghitung persentasenya terhadap massa bahan bakar awal.

Gambar 3. 3 Gas Analyzer

q. Menghitung efisiensi termal dengan rumus 2.19 yang digunakan pada metode

Water Boiling Test.

r. Mengulangi prosedur di atas dengan mendinginkan kompor hingga kembali

pada suhu ruang untuk rasio antara laju alir udara devolatilisasi (udara primer)

dan laju alir udara pembakaran (udara sekunder) divariasikan.

Keterangan: (Pada kompor gas-biomassa, komponen yang dibakar ialah volatile

matter-nya, maka char yang tersisa dapat dimanfaatkan untuk karbon aktif (yang


60


dapat berguna sebagai adsorben atau untuk biochar yang berguna sebagai bahan

penyubur tanah.)

3.3.6 Tahap Analisa dan Evaluasi

Analisa dan evaluasi hasil penelitian dilakukan setelah data penelitian

telah diperoleh dan diolah dengan perhitungan manual maupun komputer. Hal-hal

yang perlu dianalisa dan dievaluasi, antara lain mengenai perancangan kompor

(mulai dari dimensi, bentuk, ukuran, material konstruksi, dan lain-lain), serta

grafik-grafik yang diperoleh [grafik emisi gas CO terhadap waktu, grafik suhu air

terhadap waktu, dan grafik suhu air terhadap waktu pada berbagai rasio laju alir

udara devolatilisasi (udara primer) dan udara pembakaran (udara sekunder), dan

efisiensi termal. Perbandingan hasil variasi variabel bebas yang dilakukan, serta

kelebihan, kekurangan, dan kinerja optimum dari desain kompor dan performa

yang dicapai dari pengujian dengan pelet bagas juga menjadi agenda untuk

dianalisa dan dievaluasi.

3.4 Jadwal Pelaksanaan Penelitian


61


BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil yang diperoleh dari penelitian ini adalah berupa hasil perhitungan

dimensi, bentuk, dan ukuran kompor gas-biomassa dengan prinsip Top-Lit Up

Draft (T-LUD) Gasifier, serta data-data yang didapatkan dari uji performa

kompor tersebut berupa data emisi gas CO, suhu, dan sebagainya. Adapun

pembahasan dan analisis hasil penelitian akan dilakukan secara rinci sesuai

dengan metode penelitian yang sudah diuraikan pada BAB III METODE

PENELITIAN.

4.1 Tahap Perancangan Kompor

Bentuk kompor gas-biomassa yang dirancang ditetapkan berbentuk

silinder berongga. Bentuk tersebut lebih dipilih untuk digunakan bagi kompor

gas-biomassa daripada bentuk kubus berongga berdasarkan pertimbangan

distribusi udara dan gas pirolisis di dalam rongga bentuk itu sendiri. Dengan

bentuk silinder berongga, distribusi udara dan gas pirolisis akan bergerak lebih

bebas dan lebih merata dibandingkan kubus karena bentuk tersebut tidak memiliki

sudut-sudut yang mampu mempengaruhi arah aliran dari udara dan gas tersebut.

Dengan demikian, proses gasifikasi bahan bakar dalam kolom reaktor menjadi

seragam (Belonio, 2005).

Adapun berikut ini merupakan uraian perhitungan dengan menggunakan

rumus-rumus dari literatur yang dilakukan untuk mendapatkan dimensi dan

ukuran kompor gas-biomassa, terutama diameter dan tinggi reaktor gasifikasi.

a. Jumlah daya yang diperlukan oleh kompor diestimasi dari jumlah energi yang

diperlukan untuk memanaskan 1 L air atau setara dengan 1 kg air (Mf) dalam

waktu 5 menit. Adapun energi spesifik untuk air pada Tabel 3.1 sebesar 1,0

kkal/kg.oC dikali dengan perubahan suhu yang terjadi sebesar 72oC yakni,

selisih suhu air mendidih (100oC) dengan suhu lingkungan (diasumsikan

28oC) sehingga diperoleh Es sebesar 75 kkal/kg. Perhitungan jumlah daya

yang diperlukan tersebut dilakukan berdasarkan data dan rumus pada

persamaan 3.1 (Belonio, 2005). Dengan demikian, diperoleh:


62


푄 =푀 × 퐸

푇 =1 푘푔× 72 푘푘푎푙 푘푔 × ( 60 푚푒푛푖푡 푗푎푚⁄ )⁄

5 푚푒푛푖푡 = 864푘푘푎푙 푗푎푚⁄

= 1 푘푊

Sedangkan, menurut Reed (2000), jumlah daya yang diperlukan oleh kompor

gas-biomassa berkisar antara 1-3 kW. Berdasarkan pertimbangan tersebut,

maka desain kompor gas-biomassa dalam penelitian menggunakan nilai

maksimum dari jumlah daya yang diperlukan, yaitu sebesar 3 kW (sama

dengan tiga kali jumlah daya yang diperlukan untuk memanaskan 1 kg air

selama 5 menit). Adapun daya yang lebih besar dipilih dengan tujuan

mendesain kompor gas-biomassa yang dapat digunakan dalam waktu operasi

yang lebih lama, mengingat sistem kompor gas-biomassa ini beroperasi secara

batch, dimana pengisian bahan bakar akan mengganggu proses gasifikasi yang

sedang berlangsung. Oleh karena itu, dipilih kapasitas maksimum sehingga

pengguna tidak perlu direpotkan dengan pengisian bahan bakar yang terlalu

sering.

푄 푑푒푠푖푔푛 = 3 푘푊 = 2.581,15푘푘푎푙 푗푎푚⁄

b. Untuk menentukan kebutuhan jumlah bahan bakar yang disuplai sesuai

dengan kebutuhan energi, data yang digunakan antara lain, jumlah daya yang

diperlukan, nilai kalori bahan bakar, dan efisiensi kompor gas-biomassa.

Jumlah daya yang diperlukan sebesar 2.581,15 kkal/jam (diperoleh dari

perhitungan sebelumnya). Nilai kalori bahan bakar merupakan nilai kalori

rata-rata dari dua jenis biomassa yang digunakan sebagai bahan bakar untuk

kompor dalam penelitian ini, di mana kompor gas-biomassa yang dirancang

digunakan untuk dua penelitian, yaitu uji performa dengan pelet biomassa dari

bagas dan pelet biomassa dari kayu karet. Berdasarkan hasil uji karakterisasi

bahan bakar biomassa yang digunakan dalam penelitian oleh Balai Besar

Teknologi Energi yang terdapat di Badan Pengkajian dan Penerapan

Teknologi (BPPT), Serpong, nilai kalori (HHV/High Heating Value) untuk

bagas sebesar 3.913 kal/g (16.379 kJ/kg) dan nilai kalori (HHV/High Heating

Value) untuk kayu karet sebesar 3.771 kal/g (15.784,7 kJ/kg). Adapun nilai

kalori yang digunakan dalam perhitungan merupakan LHV atau Low Heating

Value, yang dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:

퐿퐻푉 = 퐻퐻푉 − 3.240 (푘퐽 푘푔⁄ ) (Napitupulu, 2006) (4.1)


63


Dengan demikian, didapatkan LHV untuk bagas sebesar 13.139 kJ/kg dan

LHV untuk kayu karet sebesar 12.544,7 kJ/kg sehingga LHV rata-rata untuk

kedua biomassa tersebut adalah sebesar 12.841,8 kJ/kg (3.069,2 kkal/kg).

Kemudian, efisiensi dari kompor gas-biomassa yang dirancang (yang

merupakan sebuah reaktor gasifikasi) diasumsikan sebesar 60%, mendekati

efisiensi kompor LPG. Maka, dengan menggunakan rumus berikut ini

diperoleh:

퐹퐶푅 =푄

퐻푉 × 휉 =2.581,15푘푘푎푙 푗푎푚⁄

3.069,2푘푘푎푙 푘푔⁄ × 0,6 = 1,4 푘푔 푗푎푚⁄

c. Selanjutnya, perhitungan yang dilakukan adalah menghitung ukuran reaktor

gasifikasi dari kompor, yakni diameter dan tinggi dari reaktor gasifikasi.

Untuk menghitung diameter dan tinggi dari reaktor gasifikasi diperlukan data

SGR atau Specific Gasification Rate, yaitu jumlah bahan bakar biomassa yang

digunakan per satuan waktu per satuan luas penampang reaktor gasifikasi.

Nilai SGR untuk bagas dan kayu karet tidak berhasil diperoleh dari studi

literatur. Dalam literatur, justru diperoleh SGR untuk sekam padi sebesar 110-

210 kg/m2.jam, di mana Belonio’s rice husk stove menggunakan SGR 90

kg/m2.jam dengan FCR sebesar 1,5 kg/jam (Belonio, 2005). Oleh karena itu,

nilai rata-rata SGR untuk bagas dan kayu karet diasumsikan sebesar 80

kg/m2.jam dengan FCR sebesar 1,4 kg/jam. Waktu yang diperlukan untuk

mengoperasikan reaktor gasifier atau membakar seluruh bahan bakar

biomassa, dari bagas atau kayu karet yang digunakan, diasumsikan selama 1,3

jam. Lalu, densitas untuk bagas adalah 122,5 kg/m3 dan densitas untuk kayu

karet adalah 290,67 kg/m3 (Fisafarani, 2010) sehingga densitas rata-rata untuk

kedua biomassa tersebut sebesar 206,58 kg/m3. Berikut ini merupakan

perhitungan diameter dan tinggi kompor berdasarkan rumus yang didapatkan

dari literatur:

퐷 =1,27 퐹퐶푅푆퐺푅

,

=1,27 × 1,4 푘푔 ℎ푟⁄

80 푘푔 푚 .ℎ푟⁄

,

= 0,1491 푚 = 14,91푐푚

≈ 15 푐푚


64


퐻 =푆퐺푅 × 푇휌 =

80 푘푔 푚 . ℎ푟⁄ × 1,3 푗푎푚206,58 푘푔 푚⁄ = 0,5034 푚 = 50,34 푐푚

≈ 51 푐푚

d. Perhitungan berikutnya adalah menghitung jumlah udara yang diperlukan

untuk proses gasifikasi dari bahan bakar biomassa yang digunakan, yang

disebut dengan AFR atau Air Flow Rate. Variabel ini sangat penting karena

erat kaitannya dengan penentuan spesifikasi dari blower yang akan digunakan

untuk menggasifikasi bahan bakar biomassa. Rasio ekuivalen (휀) yang

merupakan perbandingan antara jumlah udara aktual dan jumlah udara

stoikiometrik berdasarkan Belonio (2005) sebesar 0,3-0,4. Untuk kompor gas-

biomassa yang dirancang ini, perhitungan menggunakan rasio ekuivalen

minimum, yaitu sebesar 0,3. Sedangkan, nilai SA atau Stoichiometric Air

diperoleh dengan melakukan perhitungan persamaan reaksi terlebih dahulu, di

mana uraian perhitungannya untuk masing-masing bagas dan kayu karet dapat

dilihat pada LAMPIRAN. Dari hasil perhitungan, diperoleh pendekatan rata-

rata SA untuk bagas dan kayu karet sebesar 6,01 kg udara per kg biomassa.

Sedangkan, densitas air sebesar 1,25 kg/m3 (Belonio, 2005).

퐴퐹푅 =휀 × 퐹퐶푅 × 푆퐴

휌

=0,3 × 1,4 푘푔 푗푎푚⁄ × 7,394푘푔 푢푑푎푟푎 푘푔 푏푖표푚푎푠푠푎⁄

1,25푘푔 푚⁄

= 2,484푚 푗푎푚⁄

Kemudian, untuk menghitung superficial velocity (푉 ), yakni laju alir alir

udara dalam unggun bahan bakar, dapat menggunakan rumus sebagai berikut:

푉 =4 퐴퐹푅휋(퐷) =

4 × 2,484푚 푗푎푚⁄휋(0,15 푚) = 114,656푚 푗푎푚 = 0,039푚 푠⁄⁄

e. Selanjutnya, menghitung tinggi bagian api dengan menggunakan rumus

(Rizqiardihatno, 2008) sebagai berikut, di mana 퐶 adalah konstanta yang

besarnya 75 mm/kW0,4 untuk kompor dengan garangan seperti kompor dalam

penelitian ini, dan 푃 adalah daya keluaran atau sama dengan 푄 , yaitu sebesar

3 kW sehingga:

퐻 = 퐶 × 푃 ⁄ = 75푚푚 푘푊 ,⁄ × (3 푘푊) ⁄ = 116,4 푚푚 = 11,64 푐푚

≈ 12 푐푚


65


f. Menghitung tinggi total ruang pembakaran (jumlah tinggi bagian bahan bakar

ditambah dengan tinggi bagian api).

Tinggi unggun bahan bakar dalam reaktor gasifikasi didapatkan melalui

persamaan:

퐻 푏푎푔푎푠 =퐹퐶푅

휌 × 퐴 =4 × 퐹퐶푅

휌 × 휋(퐷) =4 × 1,4 푘푔 푗푎푚⁄

122,5푘푔 푚⁄ × 휋(0,15 푚)

= 0,647 푚 = 64,7 푐푚 ≈ 65 푐푚

퐻 푘푎푦푢 푘푎푟푒푡 =4 × 1,4 푘푔 푗푎푚⁄

290,67푘푔 푚⁄ × 휋(0,15 푚) = 0,273 푚 = 27,3 푐푚

≈ 27 푐푚

Dengan demikian, tinggi unggun bahan bakar rata-rata adalah sekitar 46 cm,

ditambah dengan 12 cm (tinggi bagian api) sehingga tinggi total ruang

pembakaran menjadi 58 cm. Adapun reaktor gasifikasi dirancang dengan

tinggi 51 cm sehingga desain tinggi tersebut perlu ditambah 7 cm lagi,

termasuk penutup bagian atas sebesar 2 cm untuk lubang keluar flue gas.

Selain tinggi total ruang pembakaran, bagian bawah kompor gas-biomassa

juga ditambahkan tingginya sebesar 30 cm untuk keperluan penempatan blower,

di mana blower untuk udara devolatilisasi (udara primer) diletakkan di bagian atas

dari blower untuk udara pembakaran (udara sekunder). Maka, tinggi total kompor

adalah 88 cm.

Adapun blower untuk udara devolatilisasi (udara primer) diarahkan

langsung ke arah garangan (grate) karena berfungsi sebagai pensuplai udara untuk

mengalirkan panas dan volatile matter yang keluar dari biomassa ke bagian atas

kompor. Sedangkan, blower untuk udara pembakaran (udara sekunder) berada di

bagian bawah, di mana udara mengalir di kedua sisi kompor gas-biomassa melalui

anulus dengan diameter 2,5 cm (Belonio, 2005) sehingga total diameter dalam

ditambah dengan diameter anulus menghasilkan diameter luar sebesar 20 cm.

Udara pembakaran (udara sekunder) yang melalui kedua sisi kompor

tersebut juga berguna sebagai insulator panas untuk menghindari heat loss

berlebih. Apalagi, kompor gas-biomassa yang dirancang ini belum begitu

berfokus pada efektivitas perpindahan kalor dan penggunaan material insulator

yang baik untuk mencegah terjadinya heat loss. Selain itu, udara pembakaran

(udara sekunder) yang melalui anulus tersebut juga mengalami pemanasan


66


(preheating) karena menerima panas dari dinding luar reaktor gasifikasi secara

radiasi dan konveksi Hal ini berguna untuk memperoleh suhu api yang tinggi dan

efisiensi bahan bakar yang dikonsumsi. Setelah melalui anulus, udara akan masuk

ke melalui lubang-lubang di silinder bagian dalam (reaktor gasifikasi) yang

terletak di bagian selimut silinder atas untuk bercampur dengan gas pirolisis yang

terbentuk dan juga panas yang dibawa mengalir ke atas bersama udara

devolatilisasi (udara primer). Dengan demikian, terbentuklah api yang dihasilkan

oleh pembakaran sempurna dari gas pirolisis yang terbentuk. Diameter untuk

lubang udara sekunder tersebut adalah sebesar 1,3 cm atau setara dengan 0,5 in

(Belonio, 2005).

Kemudian, pada kompor juga dirancang ruang untuk mengumpulkan char

dan abu hasil pembakaran yang disebut dengan char chamber. Char chamber

tersebut dirancang berada pada kedua sisi kompor dekat dengan garangan (grate),

di mana antara garangan (grate) dan char chamber terdapat pintu fleksibel yang

terbuat dari plat, yang dapat ditutup dan dibuka untuk mengeluarkan char dan abu

tersisa. Adapun char chamber berbentuk kubus dengan ukuran sisi sebesar 15 cm.

Garangan (grate) dibuat melengkung seperti berbentuk dome agar char dan abu

tidak jatuh ke bawah yang merupakan tempat diletakkannya blower untuk udara

devolatilisasi (udara primer), melainkan terdorong ke samping di mana terdapat

pintu yang terhubung dengan char chamber sehingga memudahkan pengeluaran

limbah char dan abu. Char dan abu dalam jumlah banyak dengan frekuensi waktu

yang sering mengenai blower pun tidak baik, apalagi bila char dan abu

mengembun pada material blower, hal tersebut dapat menyebabkan terjadinya

korosi dan membuat blower tersebut menjadi cepat rusak (Belonio, 2005).

Lalu, bagian atas dibuat fleksibel untuk memudahkan aktivitas

memasukkan bahan bakar ke dalam reaktor gasifikasi. Pada bagian atas tersebut,

terdapat lubang flue gas yang berjumlah 87 lubang dengan diameter sebesar 0,5

cm atau setara dengan 0,1875 in, di mana menurut Belonio (2005), lubang untuk

flue gas berkisar antara 3/18-1/4 in. Selain itu, dibuat pula pemegang terbuat dari

besi pada bagian atas yang dibuat fleksibel tersebut untuk memudahkan

pemasangan dan pembukaannya, serta pertimbangan safety dari paparan panas


67


(panas berpindah secara konduksi pada material padat seperti logam), terutama

setelah kompor beroperasi.

Berdasarkan hasil perhitungan dimensi dan ukuran dari kompor, deskripsi

rancangan kompor gas-biomassa secara detail dapat dilihat pada LAMPIRAN A.

Walaupun mayoritas rancangan kompor mengadopsi dari Belonio’s Rice Husk T-

LUD Gasifier, namun hasil rancangan kompor gas-biomassa memiliki beberapa

perbedaan desain dibandingkan dengan Belonio’s Rice Husk T-LUD Gasifier.

Adapun perbedaan desain keduanya dapat dilihat pada Tabel 4.1 berikut ini:


68


Tabel 4. 1 Perbedaan antara desain kompor gas-biomassa dan Belonio’s Rice Husk T-LUD Gasifier

Perbedaan Kompor Gas-Biomassa Belonio’s Rice Husk T-LUD Gasifier

Garangan (grate) Berbentuk melengkung

seperti dome

Berbentuk tidak melengkung tetapi

diberi sudut kemiringan tertentu dan

bersifat fleksibel

Aliran udara sekunder Konveksi paksa dengan

blower melalui anulus

Konveksi alami dari aliran udara di

lingkungan sekitar

Lubang udara

sekunder

Pada dinding dalam (reaktor

gasifikasi) Pada dinding luar burner

Desain penutup

fleksibel di bagian atas

Fleksibel dengan

menggunakan plat, pada

penutup tidak ada lubang

udara sekunder

Pada penutup terdapat lubang udara

sekunder sehingga berfungsi juga

sebagai burner

Jumlah, letak, dan

ukuran char chamber

2, di kedua sisi reaktor

gasifikasi dengan bentuk

kubus berukuran 15 cm x 15

cm x 15 cm

1, di bawah garangan (grate) dengan

bentuk balok berukuran 30 cm x 22,4

cm x 16 cm

Jumlah blower yang

dipergunakan 2 blower 1 blower

Ukuran tinggi kompor 95 cm ±106 cm

Material konstruksi

kompor

Dominasi mild steel,

insulator menggunakan

ceramic fiber dengan

dinding terluar di-cover

dengan aluminium.

Garangan terbuat dari

stainless steel 314.

Reaktor gasifikasi menggunakan

stainless steel, permukaan luar

menggunakan lembaran galvanized

iron. Insulator yang digunakan adalah

abu sekam padi yang dicampur dengan

semen.

(Belonio, 2005; Winata, 2012)

4.2 Tahap Fabrikasi Kompor

Fabrikasi awal dari rancangan kompor gas-biomassa dilakukan oleh pihak

luar Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia. Kompor gas-biomassa

dibuat dengan material konstruksi yang digunakan adalah dari mild steel,

termasuk reaktor gasifikasi di bagian dalam juga terbuat dari mild steel. Pada

silinder bagian luar, sekelilingnya dipasang insulator berupa ceramic fiber dan


69


kemudian ditutup dengan lembaran aluminium. Sedangkan, garangan (grate)

kompor terbuat dari stainless steel 314 agar tidak cepat mengalami korosi karena

bagian yang akan selalu berkontakan dengan char dan abu hasil pembakaran.

Namun, pada kompor gas-biomassa hasil fabrikasi tahap awal pada

Gambar 4.1 masih ada sedikit kekurangan. Ketika dilakukan uji coba (trial),

ternyata kedua blower yang digunakan, baik untuk udara devolatilisasi (udara

primer) maupun udara pembakaran (udara sekunder), tidak mampu memberikan

suplai udara yang cukup terutama untuk melewati unggun bahan bakar dimana

laju alir udara yang terukur hampir nol. Dengan demikian, pemilihan alat

pendorong udara atau blower termasuk hal yang penting untuk diperhatikan.

Gambar 4. 1 Hasil fabrikasi kompor gas-biomassa awal sebelum modifikasi


70


Awalnya, kompor gas-biomassa sebelum dimodifikasi menggunakan jenis

axial blower seperti kipas (fan) yang banyak digunakan pada CPU komputer.

Namun, daya dorong blower tersebut kurang mampu untuk melewati hambatan

berupa tekanan yang diberikan oleh susunan unggun pelet dan juga porositas kecil

dalam reaktor gasifikasi akibat susunan unggun pelet yang rapat sehingga udara

sudah cukup sulit untuk melewati unggun pelet tersebut. Oleh karena itu, blower

tersebut diganti dengan centrifugal blower yang bertekanan Menurut Belonio

(2005) dan Rizqiaradihatno (2009), daya dorong yang dihasilkan oleh jenis

blower tersebut cukup besar untuk dapat melewati hambatan dan mampu

mencegah sebagian aliran terpantul kembali. Centrifugal blower yang digunakan

untuk udara devolatilisasi (udara primer) adalah centrifugal blower berdiameter 2

in dengan spesifikasi 220 V dan 1 A, sedangkan untuk udara pembakaran (udara

sekunder) adalah centrifugal blower berdiameter 2,5 in dengan spesifikasi 220 V

dan 1,6 A. Sebagai akibatnya, beberapa desain dimodifikasi termasuk

pemasangan pipa fleksibel, penutupan lubang yang tidak diperlukan, serta

penambahan tinggi kompor di bagian bawah sebesar 7 cm sehingga total tinggi

kompor menjadi 95 cm. Adapun modifikasi kompor gas-biomassa dilakukan oleh

karyawan Laboratorium Teknik Mesin Politeknik Negeri Jakarta. Hasil modifikasi

dari kompor gas-biomassa dapat dilihat pada Gambar 4.2 sebagai berikut.


71


Gambar 4. 2 Hasil fabrikasi kompor gas-biomassa setelah modifikasi (dengan centrifugal blower)

Selain hal tersebut, kekurangan lainnya adalah penutup bagian atas

kompor dimana terdapat lubang-lubang untuk flue gas, setelah dilakukan beberapa

modifikasi, pada akhirnya belum dapat digunakan. Hal ini terkait dengan total

luas lubang flue gas tersebut dan total luas lubang untuk udara udara sekunder.

Perbandingan kedua total luas tersebut harus dilakukan percobaan secara khusus

sehingga dapat memenuhi quenching distance untuk pembakaran dalam kompor

gas-biomassa dalam penelitian. Quenching distance adalah jarak atau diameter

kritikal untuk api menjadi padam (Turns, 1996). Adapun pada kompor gas-

biomassa dalam penelitian total luas lubang flue gas (17,07 cm2) lebih kecil

daripada total luas lubang udara sekunder (31,84 cm2) sehingga api tidak dapat

keluar melalui lubang-lubang flue gas. Oleh karena itu, perlu dilakukan percobaan

secara khusus untuk menentukan diameter lubang yang tepat sehingga diperoleh

total luas lubang yang tepat pula. Kekurangan tersebut akan diteliti dan diperbaiki

oleh peneliti selanjutnya.


72


4.3 Tahap Preparasi Bahan Bakar

Pada tahap ini, biomassa yang digunakan, yaitu limbah bagas, dipotong

dan dihaluskan hingga seukuran tepung (sekitar 2 mesh) dengan menggunakan

mesin penghancur. Setelah dihaluskan, biomassa dimasukkan ke cetakan pelet dan

kemudian ditekan dengan menggunakan pressure pelletizer sehingga memiliki

bentuk silindris yang kompak. Tujuan dari pembentukan biomassa menjadi pelet

adalah untuk reduksi volum dan meningkatkan karakteristik bahan bakar. Pelet

biomassa dari limbah bagas yang dicetak dalam penelitian dapat dilihat hasilnya

pada Gambar 4.3 berikut ini:

Gambar 4. 3 Pelet bagas yang dibuat dalam penelitian

Adapun dalam tahap preparasi bahan bakar ini, salah satu langkah yang

penting untuk dilakukan adalah mengatur moisture content dari biomassa.

Moisture content dalam biomassa yang terlalu tinggi mampu menyebabkan bahan

bakar menjadi sulit terbakar, waktu penyalaan lama, dan efisiensi pembakaran

menjadi rendah (Fisafarani, 2010). Adapun moisture content dapat diketahui

dengan melakukan pengeringan biomassa pada oven dengan suhu 105oC (W.

Agung, et al., 2010; Lubwama, 2010) yang berlangsung dalam selang waktu

tertentu. Adapun prosedur pengeringan dapat dicermati pada BAB 3 METODE

PENELITIAN Sub Bab 3.3 Tahapan Penelitian. Berikut ini merupakan data yang

diperoleh dari hasil pengeringan sampel biomassa bagas sebanyak 10,001 g dan

hasil pengolahannya disajikan dalam Tabel 4.2 sebagai berikut.


73


Tabel 4. 2 Perhitungan moisture content dari biomassa bagas

t (detik ke-) mwadah (g)

mwadah+biomassa (g)

mbiomassa (g) Moisture Content (%)

0 14,1754 24,176 10,001 12,414 300 23,234 9,059 1,824 600 23,155 8,980 0,935 900 23,123 8,947 0,571

1200 23,083 8,908 0,126 1500 23,072 8,896 0

Berdasarkan pengolahan data yang dilakukan, diperoleh moisture content

dalam biomassa bagas yang digunakan dalam penelitian sebesar 12,41%. Padahal,

biomassa yang diinginkan untuk dijadikan sebagai bahan bakar pelet bagi kompor

gas-biomassa adalah biomassa dengan moisture content sebesar 10%. Oleh karena

itu, biomassa bagas tersebut harus dikeringkan terlebih dahulu. Adapun waktu

yang diperlukan untuk mengeringkan biomassa bagas tersebut hingga memiliki

moisture content sebesar 10% dapat dihitung dengan melakukan interpolasi data

moisture content pada detik ke-0 dan detik ke-300 sehingga diperoleh waktu

pengeringan selama 69 detik.

Sedangkan, menurut hasil uji karakterisasi bahan bakar biomassa yang

digunakan dalam penelitian oleh Balai Besar Teknologi Energi yang terdapat di

Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT), Serpong, diperoleh moisture

content sebesar 11,20% (basis persentase massa kering).

4.4 Tahap Pengujian

Dalam tahap ini, performa operasi dari kompor gas-biomassa yang telah

dirancang dan difabrikasi akhirnya diuji. Variabel utama yang diuji adalah emisi

gas CO, karena kompor gas-biomassa dalam penelitian memang dirancang dengan

tujuan untuk mengatasi masalah polusi dalam dapur rumah tangga akibat emisi

gas CO yang berlebih dan berbahaya bagi kesehatan manusia. Emisi gas CO

diukur menggunakan Flue Gas Analyzer E-Instrument Type E4400-S yang

mampu mengukur gas CO hingga 8000 ppm. Kemudian, variabel yang lain yang

diuji adalah suhu api dan efisiensi termal (suhu air digunakan untuk mengukur

efisiensi termal dari kompor gas-biomassa). Suhu tersebut diukur menggunakan


74


termokopel yang dihubungkan dengan Advantech Data Logger Temperature.

Adapun tahap pengujian ini dilakukan di Laboratorium Energi Berkelanjutan

Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia.

Tahapan pengujian performa kompor ini dimulai dengan menimbang

massa bahan bakar pelet biomassa sebanyak 1400 g, kemudian bahan bakar

tersebut dimasukkan ke dalam reaktor gasifikasi pada kompor gas-biomassa.

Penutup kompor yang digunakan hanya bagian dalam saja, bagian luar tidak

dipergunakan karena alasan seperti yang telah diuraikan pada tahap fabrikasi

kompor. Selanjutnya, penyalaan awal dilakukan dengan menggunakan potongan-

potongan kertas yang telah dicelupkan ke dalam etanol. Potongan-potongan kertas

tersebut dimasukkan ke dalam reaktor gasifikasi dan diletakkan di atas susunan

pelet paling atas. Setelah itu, dilakukan penyulutan dengan menggunakan korek

api sehingga terbentuk api. Api tersebut perlahan mulai membentuk bara dan

membakar susunan pelet paling atas sehingga volatile matter dari susunan pelet

biomassa paling atas tersebut mulai keluar. Lalu, blower mulai dinyalakan dan

diatur laju alirnya meningkat secara perlahan. Laju alir udara perlu diatur hingga

mendapatkan nyala api yang cukup stabil (lidah api yang terbentuk stabil).

Adapun waktu yang diperlukan dari penyalaan, gas mulai diproduksi hingga

blower mulai dinyalakan disebut dengan start up time, dimana dalam penelitian

ini start up time berkisar antara 2-5 menit. Sedangkan, waktu yang diperlukan dari

sejak blower dinyalakan hingga gas-gas pirolisis dari biomassa habis diproduksi

dan api mulai mati disebut dengan operating time. Operating time dalam

penelitian berkisar antara 30-50 menit, termasuk waktu yang diperlukan untuk

mendapatkan laju alir udara devolatilisasi (udara primer) dan udara pembakaran

(udara sekunder) yang mampu membentuk lidah api yang stabil (sekitar 5-10

menit). Dengan demikian, total operating time dapat mencapai 35-55 menit.

Kemudian, proses pembakaran dilanjutkan dengan pembakaran char (glowing

combustion) yang berlangsung lebih lama, yakni sekitar 40-60 menit.

Adapun setelah pembakaran char berakhir, char dan abu yang bersisa

ditimbang massanya. Data pada Tabel 4.3 berikut ini merupakan hasil perhitungan

persentase massa dari char dan abu yang dihasilkan dari pembakaran kompor gas-

biomassa dalam penelitian, dimana persentase char dan abu tersebut sangatlah


75


kecil, yakni berkisar antara 2-6%. Jika dibandingkan dengan Belonio’s Rice Husk

T-LUD Gasifier yang menghasilkan char dan abu hingga 16,9-35% dan Wood

Gas Turbo Stove 13-50% dengan variasi bahan bakar, nilai persentase tersebut

sangatlah kecil. Hal ini sebenarnya tidak mengherankan karena kandungan abu

(ash content) dan karbon tetap (fixed carbon) yang dimiliki oleh bahan bakar

biomassa yang digunakan (bagas) dalam penelitian relatif rendah, yaitu sebesar

1,32% dan 14,33%, sedangkan volatile matter dalam bagas tersebut mencapai

73,16% (basis massa kering) (lihat LAMPIRAN). Dengan demikian, pemilihan

karakteristik bahan bakar yang dipergunakan memang merupakan salah satu

faktor penting dalam mengoptimasi performa suatu kompor.

Tabel 4. 3 Persentase massa char dan abu terhadap massa bahan bakar

Uji ke-

Kapasitas loading

Massa bahan bakar (kg)

Massa char+abu (%)

1 Penuh 1,4 2,32 2 Penuh 1,4 2,88 3 Penuh 1,4 2,64 4 Penuh 1,4 6,04

4.4.1 Pengujian Emisi Gas CO

Pengambilan data dalam pengujian emisi gas CO dilakukan sebanyak lima

kali operasi. Meskipun begitu, data yang diambil hanya data pada empat operasi

karena terdapat satu operasi yang data suhu apinya menunjukkan malfungsi dari

termokopel yang digunakan sehingga suhu api yang terukur sangat rendah,

bahkan tidak mencapai suhu 100oC. Dalam penelitian, pengambilan data emisi gas

CO dilakukan sejak pengaturan udara telah mencapai api stabil hingga api

meredup dalam satu kali operasi.

Adapun operasi kompor gas-biomassa dilakukan dengan variasi rasio

antara laju alir udara devolatilisasi (udara primer) dan udara pembakaran (udara

sekunder). Laju alir udara devolatilisasi (udara primer) berfungsi untuk membantu

proses devolatilisasi berlangsung secara kontinu hingga volatile matter dalam

biomassa habis. Laju alir udara devolatilisasi (udara primer) menentukan seberapa

banyak volatile matter yang bereaksi tak sempurna dengan udara menjadi CO dan


76


menjadi driving force pengeluaran volatile matter karena panas yang dihasilkan

dari reaksi pembentukan CO yang bersifat eksotermis tersebut (Sugiyanto, 2010).

Sedangkan, gas-gas hasil pembakaran tak sempurna dengan udara devolatilisasi

(udara primer) terbatas, yang bergerak ke atas bersama aliran udara devolatilisasi

(udara primer) adalah bahan bakar yang sesungguhnya. Gas-gas tersebut

selanjutnya dibakar dengan sempurna setelah mengalami kontak dengan udara

pembakaran (udara sekunder) dan api di bagian atas reaktor gasifikasi dari

kompor gas-biomassa. Oleh karena itu, udara pembakaran (udara sekunder)

berperan sebagai salah satu faktor penting untuk pembakaran sempurna dari gas

pirolisis yang naik sehingga dihasilkan emisi yang bersih dengan kadar emisi gas

CO yang rendah. Dengan demikian, laju alir udara pembakaran (udara sekunder)

inilah yang menentukan kesempurnaan reaksi konversi CO menjadi CO2.

Data emisi gas CO yang diperoleh dari hasil uji performa kompor gas-

biomassa dapat dilihat pada LAMPIRAN B. Data emisi gas CO tersebut diplot

terhadap waktu sehingga menghasilkan grafik yang dapat dilihat pada Gambar 4.4

berikut ini:


77


Gambar 4. 4 Emisi gas CO terhadap waktu

0

24

48

72

96

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39

Emis

i Gas

CO

(ppm

)

Waktu (detik)

Uji Performa (Running 1) Uji Performa (Running 2) Uji Performa (Running 3) Uji Performa (Running 4)


78


Adapun berdasarkan hasil pengolahan data yang diperoleh, rasio antara

udara pembakaran (udara sekunder) dan laju alir udara devolatilisasi (udara

primer) secara berurutan mulai dari uji performa ke-1 hingga uji performa ke-4,

antara lain 15:1, 6:1, 11:1, , dan 21:1. Hubungan yang terdapat pada rasio antara

kedua laju alir udara tersebut dengan rata-rata dan standar deviasi emisi gas CO

yang dihasilkan dapat diamati pada data yang disajikan dalam Tabel 4.4 sebagai

berikut:

Tabel 4. 4 Hasil pengolahan data laju alir udara dan emisi gas CO

Uji ke-

Laju alir udara primer (m3/s)

Laju alir udara

sekunder (m3/s)

Laju alir

udara total

Rasio udara

sekunder dan udara

primer

Emisi gas CO

rata-rata (ppm)

Standar deviasi

emisi gas CO (ppm)

1 0,00038 0,00557 0,00595 15 16,33 6,51 2 0,00029 0,00172 0,00201 6 33,61 19,83 3 0,00019 0,00212 0,00231 11 16,4 16,10 4 0,00010 0,00212 0,00222 21 26,10 22,95

Data di atas menunjukkan bahwa emisi gas CO rata-rata terendah

diperoleh pada rasio antara laju alir udara devolatilisasi (udara primer) dan laju

alir udara pembakaran (udara sekunder) sebesar 15:1. Namun, data pada uji

performa ke-1 hanya memberikan tiga titik dalam grafik emisi gas CO terhadap

waktu pada Gambar 4.5, dimana data yang jumlahnya terbatas tersebut tentunya

masih memiliki tingkat keakuratan yang rendah. Hal ini disebabkan oleh

pengukuran emisi gas CO dilakukan dalam rentang waktu yang berbeda

dibandingkan data pada uji performa yang lain (lihat Gambar 4.5). Pada uji

performa ke-1, emisi gas CO diukur per 5 menit, sedangkan emisi gas CO pada uji

performa ke-2 hingga ke-5 diukur per 2 menit. Oleh karena itu, penyimpangan

yang terjadi pada data di uji performa ke-1 ini juga cukup signifikan. Hal tersebut

dapat dilihat dari nilai standar deviasi emisi gas CO yang diperoleh sebesar 6,51

ppm) sehingga data tersebut termasuk data yang kurang dapat merepresentasikan

hubungan antara rasio udara dan emisi gas CO secara akurat dan presisi.

Meskipun begitu, emisi gas CO pada uji performa ke-1 akan tetap dianalisis.


79


Analisis untuk uji performa ke-1, dilakukan dengan membandingkan hasil

uji performa ke-1 dan uji performa ke-3, dimana kedua uji performa tersebut

menunjukkan bahwa emisi gas CO rata-rata yang dihasilkan hampir sama, yaitu

16,33 ppm dan 16,4 ppm. Perbandingan laju alir udara total (udara primer dan

sekunder) antara kedua uji performa tersebut menunjukkan bahwa laju alir total

pada uji performa ke-1 mencapai dua kali laju alir total pada uji performa ke-3.

Kondisi tersebut mengindikasikan bahwa sebenarnya produksi panas yang

dihasilkan dari devolatilisasi dapat ditingkatkan dengan secara bersamaan dengan

meningkatkan laju alir udara total. Suhu nyala api rata-rata uji (lihat LAMPIRAN)

performa ke-3 lebih tinggi dibandingkan uji performa ke-1. Hal ini menunjukkan

bahwa panas eksotermis yang dihasilkan pada uji performa ke-1 kemungkinan dua

kali lebih kecil daripada panas eksotermis yang dihasilkan pada uji performa ke-3.

Meskipun laju alir udara devolatilisasi (udara primer) pada uji performa ke-1

tinggi sehingga panas eksotermis yang dihasilkan dari reaksi pembentukan CO

juga tinggi, namun laju alir udara pembakaran (udara sekunder) yang juga tinggi

menyebabkan panas eksotermis tersebut diserap untuk memanaskan udara.

Dengan demikian, kemungkinan banyaknya gas CO yang dihasilkan dari

pembakaran volatile matter yang dihasilkan pada uji performa ke-1 dua kali lebih

besar daripada yang dihasilkan pada uji performa ke-3. Meskipun begitu,

diperkirakan bahwa pada uji performa ke-1, turbulensi yang dihasilkan lebih

besar karena laju alir udara total yang lebih besar sehingga pencampuran udara-

bahan bakar lebih merata. Oleh karena itu, emisi gas CO yang dihasilkan pun

hampir sama.

Selanjutnya, data yang perlu diperhatikan adalah data pada uji performa

ke-2, ke-3, dan ke-4, dimana ketiga data tersebut dapat dibandingkan karena

memiliki laju alir total yang hampir sama. Adapun berdasarkan rata-rata dan

standar deviasi emisi gas CO yang terdapat pada Tabel 4.4, di antara ketiga uji

performa tersebut, emisi gas CO rata-rata terendah dan terbaik untuk kesehatan

pengguna kompor dicapai pada uji performa ke-3, yakni sebesar 16,4 ppm.

Walaupun jika dibandingkan dengan hasil penelitian yang dilakukan oleh Chiang,

et al. (2000), dimana konsentrasi rata-rata tertinggi CO dalam dapur rumah tangga

terjadi selama periode memasak menggunakan kompor LPG (waktu 24 jam rata-


80


rata) adalah 0,1-13,9 ppm, sebenarnya emisi gas CO kompor gas-biomassa dalam

penelitian ini masih lebih besar daripada emisi gas CO kompor LPG.

Adapun pada uji performa ke-3 tersebut, emisi gas CO relatif rendah,

dimana tingkat penyebaran data emisi gas CO cukup merata. Hal ini berarti laju

alir udara devolatilisasi (udara primer) yang disuplai juga cukup merata dan udara

pembakaran (udara sekunder) tersedia cukup untuk pembakaran sempurna gas-gas

pirolisis. Dengan demikian, laju alir udara devolatisasi (udara primer) yang

optimal dan mendekati stoikiometrik didapatkan pada uji performa ke-3 ini, yaitu

sebesar 0,02 m/s atau 0,00019 m3/s, dimana rasio antara laju alir udara

pembakaran (udara sekunder) dan laju alir udara devolatilisasi (laju alir udara

primer) pada uji performa tersebut sebesar 11:1. Laju alir udara devolatilisasi

(udara primer) yang mendekati stoikiometrik untuk reaksi pembentukan CO dari

pembakaran volatile matter dari biomassa sehingga konsentrasi gas CO yang

dihasilkan untuk direaksikan selanjutnya dengan udara pembakaran (udara

sekunder) juga mendekati stoikiometrik untuk reaksi pembentukan CO menjadi

CO2 (konsentrasi gas CO tidak terlalu kecil atau tidak terlau berlebih

dibandingkan konsentrasi udara sekunder). Selain itu, reaksi pembentukan CO

yang berlangsung dengan sebagaimana mestinya menghasilkan panas yang cukup

juga untuk mendukung proses devolatilisasi berjalan dengan baik dan

menghasilkan volatile matter dalam jumlah yang cukup.

Kemudian, nilai rasio berikutnya mulai dari yang memiliki emisi gas CO

rata-rata terendah secara berurutan adalah rasio udara 21:1 pada uji performa ke-4

dengan emisi CO rata-rata sebesar 26,10 ppm dan 6:1 pada uji performa ke-2

sebesar 33,61 ppm. Meskipun begitu, bila diamati lebih detail data emisi gas CO

pada LAMPIRAN, pada uji performa ke-2 sebenarnya emisi gas CO mayoritas

rendah bila dibandingkan dengan uji performa ke-4. Hal tersebut ditunjukkan

dengan standar deviasi emisi gas CO yang ada, dimana pada uji performa ke-2

didapatkan emisi gas CO rata-rata sebesar 33,61 ppm, tetapi standar deviasinya

justru sebesar 19,83 ppm. Hal tersebut berarti bahwa penyimpangan data emisi

gas CO yang terjadi pada rasio ini cukup besar atau dapat dikatakan bahwa data

yang diperoleh memiliki tingkat penyebaran yang kurang merata.


81


Adapun grafik emisi gas CO terhadap waktu yang terbentuk pada Gambar

4.5 untuk uji performa ke-2 menunjukkan bahwa emisi gas CO kompor gas-

biomassa menjadi tinggi pada awal dan akhir operasi. Hal ini disebabkan oleh

nyala api yang masih belum stabil di awal operasi sehingga asap timbul akibat

gas-gas pirolisis (terdiri dari CO, H2, dan lain-lainya) yang terbentuk dari hasil

pembakaran tak sempurna, masih belum terbakar secara sempurna bersama

dengan udara pembakaran (udara sekunder). Nyala api yang belum stabil tersebut

menunjukkan proses gasifikasi yang belum berjalan dengan baik (W. Agung, et

al., 2010). Sedangkan, emisi gas CO di akhir operasi meningkat akibat nyala api

yang perlahan meredup menunjukkan api akan segera mati dan pembakaran

sempurna gas pirolisis segera berakhir. Pada saat itu pula proses pembakaran di

dalam kompor dilanjutkan oleh pembakaran char (glowing combustion). Pada

tahap pembakaran tersebut, kandungan karbon yang tinggi dalam char akan

terkonversi menjadi gas CO melalui suatu reaksi eksotermik. Sementara itu, gas

CO yang dihasilkan tersebut cenderung membutuhkan waktu tinggal yang lebih

lama untuk terkonversi menjadi CO2. Karena reaksi tersebut merupakan reaksi

eksotermik, maka reaksi konversi akan lebih menguntungkan apabila terjadi pada

suhu tinggi sehingga peningkatan suhu mampu mempercepat kinetika reaksi

(Sugiyanto, 2010). Akan tetapi, di akhir operasi, dimana api telah meredup dan

mulai memasuki tahap pembakaran char, suhu api yang tinggi tidak tersedia lagi.

Oleh karena itu, emisi gas CO di akhir operasi menjadi tinggi.

Adapun emisi gas CO yang tinggi yang dihasilkan oleh kompor gas-

biomassa pada uji performa ke-2 tersebut, disebabkan oleh laju alir udara

devolatilisasi (udara primer) pada uji performa ke-2 dibandingkan dengan laju alir

udara devolatilisasi (udara primer) pada uji performa ke-3 dan ke-4. Seperti

diketahui, bahwa semakin besar laju alir udara devolatilisasi (udara primer), maka

semakin besar laju pirolisis sehingga adanya kemungkinan volatile matter yang

dikonversi menjadi gas pirolisis cukup banyak (Yang, Sharifi, & Swithenbank,

2004). Sebagai akibatnya, CO yang dihasilkan dari reaksi juga cukup banyak,

akan tetapi hal tersebut tidak didukung oleh laju alir udara pembakaran (udara

sekunder) yang cukup besar. Dari data pada Tabel 4.4, dapat dilihat bahwa laju

alir udara pembakaran (udara sekunder) pada uji performa ke-2 lebih kecil


82


daripada laju alir udara pembakaran (udara sekunder) pada uji performa ke-3 dan

ke-4. Oleh karena itu, udara yang ada tidak menyediakan oksigen yang cukup

untuk reaksi pembakaran sempurna CO menjadi CO2, dimana konsentrasi CO

tinggi namun konsentrasi udara rendah. Padahal, untuk mencapai pembakaran

sempurna diperlukan udara yang berlebih (Turns, 1996).

Sedangkan, grafik emisi gas CO terhadap waktu untuk uji performa ke-4

(lihat Gambar 4.4) justru terlihat tidak stabil, dimana terdapat beberapa puncak

emisi gas CO yang tinggi. Grafik emisi gas CO terhadap waktu yang cenderung

tidak stabil dan berfluktuasi tersebut kemungkinan disebabkan oleh susunan pelet

yang sedikit berubah akibat zona flaming pyrolisis yang bergerak turun terus-

menerus hingga seluruh susunan pelet hanya menyisakan char. Susunan pelet

yang berubah menyebabkan kemampuan pemerataan udara devolatilisasi (udara

primer) yang mengalir ke atas melewati susunan pelet juga berubah karena

porositas yang juga berubah (terkait dengan channeling effect). Sebagai akibatnya,

suplai udara devolatilisasi (udara primer) menjadi tidak stabil. Hal ini diperburuk

dengan desain kompor yang kurang menimbulkan turbulensi sehingga

kesempurnaan pencampuran udara dan gas pirolisis juga menjadi kurang

homogen. Meskipun begitu, analisis tersebut tidak dapat dibuktikan secara

konkret karena fenomena pirolisis yang terjadi di dalam kompor tidak dapat

diamati secara langsung, apalagi kompor didesain sebagai fixed bed gasifier,

dimana susunan pelet seharusnya tidak berubah.

Selain hal tersebut, analisis grafik emisi gas CO terhadap waktu untuk uji

performa ke-4 memperlihatkan bahwa emisi gas CO pada uji performa ini tinggi,

dengan emisi gas CO rata-rata sebesar 26,10 ppm dan standar deviasi emisi gas

CO sebesar 22,95 ppm. Hal ini disebabkan oleh udara devolatilisasi (udara

primer) yang disuplai terlalu kecil, dimana laju alir udaranya paling rendah

dibandingkan uji performa lainnya. Sebagai akibatnya, gas CO yang dihasilkan

dari pembakaran tak sempurna sangat banyak karena reaksinya kekurangan udara.

Ditambah lagi, hal tersebut tidak diimbangi dengan udara pembakaran (udara

sekunder) yang disuplai, dimana laju alir udara pembakaran (udara sekunder)

terlalu berlebih sehingga berpengaruh terhadap suhu api, dimana suhu menjadi

menurun drastis. Pada akhirnya, suhu yang terlalu rendah tersebut tidak cukup


83


untuk menyediakan suhu yang tinggi untuk membantu reaksi konversi CO ke CO2

agar berlangsung lebih cepat sehingga gas CO pada uji performa ke-4 ini

terakumulasi dan keluar menuju atmosfer lingkungan dalam konsentrasi yang

tinggi. Hubungan antara emisi gas CO dan suhu api akan dibahas pada pembahasa

pengujian suhu api.

Adapun pengaruh laju alir udara devolatilisasi (udara primer) terhadap

emisi gas CO yang dihasilkan dapat terlihat lebih jelas jika dibandingkan antara

uji performa ke-3 dan ke-4 yang memiliki laju alir udara devolatilisasi (udara

primer) yang berbeda namun laju alir udara pembakaran (udara sekunder) yang

sama. Emisi gas CO pada uji performa ke-3 lebih rendah daripada pada uji

performa ke-4, tetapi laju alir devolatilisasi (udara primer) pada uji performa ke-3

lebih tinggi daripada pada uji performa ke-4. Hal ini disebabkan oleh semakin

tinggi laju alir udara devolatilisasi (udara primer), maka akan semakin tinggi laju

devolatilisasi atau laju pirolisis (Yang, Sharifi, & Swithenbank, 2004). Namun,

laju alir udara devolatilisasi (udara primer) tidak boleh terlalu tinggi daripada

flame speed karena dapat menyebabkan api mati (blow off) secara tiba-tiba (Turns,

1996), dimana api yang terbentuk pada kompor gas-biomassa dalam penelitian ini

termasuk premixed flame (bahan bakar bercampur dengan oksidan sebelum

mendekati daerah nyala). Pada uji performa ke-4, laju alir udara devolatilisasi

(udara primer) yang rendah mengakibatkan gas-gas pirolisis yang dihasilkan

menjadi lebih sedikit jumlahnya karena laju pirolisis yang juga menjadi semakin

rendah. Gas-gas pirolisis yang sedikit tersebut berkontakan dengan udara

pembakaran (udara sekunder) dalam jumlah banyak sehingga konsentrasi udara

pembakaran (udara sekunder) terhadap gas-gas pirolisis menjadi terlalu berlebih.

Sebagai akibatnya, gas menjadi dingin dan menyebabkan suhu api menjadi

menurun sehingga konversi gas CO menjadi CO2 membutuhkan waktu yang lebih

lama. Dengan demikian, akumulasi gas CO dalam gas buang mengalami

peningkatan. Sedangkan, pada uji performa ke-3 tidaklah demikian, karena baik

laju alir udara devolatilisasi (udara primer) maupun udara pembakaran (udara

sekunder) sama-sama tersedia dalam jumlah yang mendekati stoikiometrik untuk

reaksi yang terjadi.


84


4.4.2 Pengujian Suhu Api

Selain emisi gas CO, variabel yang diuji berikutnya adalah suhu api. Suhu

api diukur setiap 10 detik, dimana grafik suhu api terhadap waktu dapat dilihat

pada Gambar 4.5. Sementara itu, suhu api maksimum untuk masing-masing uji

operasi dengan rasio laju alir udara devolatilisasi (udara primer) dan laju alir

udara pembakaran (udara sekunder) yang berbeda dapat diamati pada Tabel 4.5.


85


Gambar 4. 5 Suhu api terhadap waktu

0

80

160

240

320

400

480

560

640

0 150 300 450 600 750 900 1050 1200 1350 1500 1650 1800 1950 2100 2250 2400

Suhu

Api

(o C)

Waktu (detik)



86


Tabel 4. 5 Hasil pengolahan data suhu api

Uji ke-

Suhu api maksimum

(oC)

Suhu api rata-rata

(oC) 1 489,81 224,45 2 544,44 427,94 3 428,13 342,35 4 248,14 221,45

Dari data di atas, suhu maksimum tertinggi diperoleh pada saat uji

performa ke-2. Pada suhu tersebut, terlihat jelas peningkatan suhu api terkait

dengan peningkatan produksi jelaga (soot) dimana warna nyala api cenderung

kuning hingga merah. Warna nyala api pada saat uji performa ke-2 tersebut dapat

diamati secara jelas pada Gambar 4.6 berikut ini:

Gambar 4. 6 Nyala api berwarna merah pada uji performa ke-2

Lalu, suhu maksimum tertinggi berikutnya secara berurutan adalah uji

performa ke-1, ke-3, dan ke-4. Meskipun begitu, bila dilihat dari grafik yang

terbentuk pada Gambar 4.5 dan nilai rata-rata suhu api yang didapatkan,

sebenarnya suhu api lebih stabil pada uji performa ke-3 daripada uji performa ke-

1. Terkait dengan emisi gas CO yang dihasilkan, terlihat bahwa bila suhu api

rendah maka emisi gas CO rata-rata yang dihasilkan semakin tinggi. Penyebabnya

adalah reaksi CO menjadi CO2 bersifat eksotermis dan memerlukan waktu tinggal

yang lama sehingga untuk mempercepat waktu reaksi dibutuhkan kondisi operasi


87


berupa suhu yang tinggi untuk meningkatkan kinetika reaksi. Salah satunya

dengan meningkatkan suhu api. Oleh karena itu, bila suhu api rendah, CO yang

banyak tersebut tidak terkonversi menjadi CO2 dan terakumulasi dalam gas buang

sehingga pada pengukuran emisi gas CO yang dilakukan, diperoleh emisi gas CO

yang tinggi. Berdasarkan penjelasan hubungan suhu api dan emisi gas CO

tersebut, dapat dipahami bahwa suhu api merupakan salah satu faktor penting

yang patut diperhatikan untuk mencapai emisi gas CO yang rendah, walaupun

masih ada faktor lainnya, yaitu kecukupan waktu tinggal dan kecukupan oksigen.

Perbandingan antara suhu api rata-rata antara uji performa ke-2, ke-3, dan

ke-4 yang memiliki laju alir udara total hampir sama menunjukkan bahwa suhu

api uji performa ke-2 > uji performa ke-3 > uji performa ke-4. Suhu api pada uji

performa ke-3 tinggi karena udara aktual yang tersedia merupakan udara yang

mendekati stoikiometrik sehingga suhu api yang dicapai juga maksimum

(Glassman, 1996). Suhu api yang tinggi pada uji performa ke-2 dibandingkan uji

performa ke-3 diduga banyaknya karena banyaknya volatile matter dan gas CO

yang dihasilkan pada uji performa ke-2 sehingga walaupun emisi gas CO pada uji

performa ke-2 lebih tinggi, panas eksotermis yang dihasilkan tetap lebih besar

pada uji performa tersebut.

Sedangkan, rendahnya suhu api pada uji performa ke-4 diprediksi karena

laju alir udara devolatilisasi (udara primer) yang terlalu rendah sehingga panas

eksotermis yang dihasilkan juga rendah. Selain itu, laju alir udara sekunder yang

berlebih pada uji performa ke-4 juga menyebabkan suhu api menjadi rendah. Jadi,

hal yang turut berpengaruh terhadap besar suhu api adalah laju alir udara

pembakaran (udara sekunder). Suhu api maksimum dapat dicapai ketika udara

mencapai udara stoikiometrik, dimana rasio ekuivalen sama dengan satu

(pembakaran sempurna) (Glassman, 1996). Namun, laju alir udara pembakaran

(udara sekunder) yang terlalu tinggi mampu menyebabkan suhu api menurun. Hal

ini disebabkan oleh terlalu besarnya jumlah udara pembakaran (udara sekunder)

yang disuplai ke dalam reaktor gasifikasi sehingga konsentrasi gas-gas pirolisis

yang dibakar menjadi relatif lebih kecil karena adanya konsentrasi N2 yang cukup

signifikan terikut di dalam udara tersebut. Seperti diketahui, konsentrasi gas inert

yang cukup signifikan dapat menurunkan suhu api (W. Agung, et al., 2010,


88


Borman, & Ragland, 1998). Adapun suhu api yang tinggi menunjukkan proses

pembakaran yang lebih baik, nyala yang lebih stabil, dan efisiensi konversi energi

yang lebih tinggi. Meskipun begitu, suhu api yang terlalu tinggi mengindikasikan

peluang untuk terbentuknya jelaga (soot) meningkat. Hal ini disebabkan oleh

terbentuknya jelaga (soot) dalam api yang semakin tinggi mengakibatkan semakin

meningkatnya dominasi perpindahan kalor secara radiasi sehingga suhu api

semakin meningkat. Oleh karena itu, suhu api maksimum perlu dibatasi untuk

memastikan tidak terjadinya pembentukan jelaga (soot).

Adapun pembentukan jelaga (soot) dapat terjadi karena kurang meratanya

pencampuran antara udara pembakaran (udara sekunder)-gas pirolisis sehingga

menyebabkan api yang seharusnya termasuk premixed flame menjadi partially

premixed flame. Semakin meningkatnya partially premixed flame tersebut, maka

pembentukan jelaga (soot) semakin meningkat. Nyala api dapat berubah dari

warna kuning menjadi biru dengan cara mengurangi efek terjadinya partially

premixed flame tersebut. Jadi, pada umumnya pembentukan jelaga (soot) terjadi

karena kurang cukupnya udara yang tersedia untuk membakar bahan bakar. Selain

itu, terlalu tingginya laju alir udara devolatilisasi (udara primer) mampu

menyebabkan gas pirolisis dikelilingi oleh N2 yang terlalu banyak jumlahnya

sehingga menghalangi udara pembakaran (udara sekunder) untuk berpenetrasi ke

gas pirolisis. Dengan demikian, emisi jelaga (soot) ditentukan melalui kompetisi

yang terjadi antara laju pembentukan jelaga (soot) dengan laju oksidasi yang

terjadi dalam api. Proses pembentukan jelaga (soot) sendiri terdiri dari beberapa

tahap, antara lain pembentukan spesies prekursor, soot particle inception,

pertumbuhan permukaan dan aglomerasi partikel yang menyebabkan partikel

jelaga (soot) saling menyatu dan menjadi semakin besar dalam api, dan oksidasi

jelaga (soot) dimana emisi produk oksidasi disini mampu membahayakan

kesehatan manusia (Jr Goldstein, et al., 2002).

Selain suhu api, hal yang diamati pula dan terkait dengan suhu api tersebut

adalah warna nyala api. Luminositas nyala api akan meningkat seiring dengan

meningkatnya rasio ekuivalensi dan produksi jelaga (soot). Nyala api pun semakin

terang jika kandungan volatile matter yang dimiliki oleh bahan bakar biomassa

semakin tinggi (Lu, et al., 2008). Jadi, warna nyala api sebenarnya merupakan


89


perpaduan antara partikel volatile matter, jelaga (soot) yang terbentuk, dan udara

yang bercampur. Perbandingan antara luminositas nyala api pada kompor gas-

biomassa dalam penelitian dan kompor LPG dapat dilihat pada Gambar 4.7

sebagai berikut.

Gambar 4. 7 Warna nyala api kompor gas-biomassa dan kompor LPG

(Belonio, 2005)

Sebenarnya, warna nyala api tersebut menunjukkan bahwa terdapat fenomena di

dalam api dimana secara spontan api mengemisikan gelombang elektromagnetik

dengan panjang gelombang tertentu. Gelombang elektromagnetik dengan panjang

gelombang tertentu tentunya memiliki spektrum yang tertentu pula, dimana

partikel-partikel yang berpengaruh terhadap hal tersebut diklasifikasikan menjadi

tiga, antara lain solid bodies (seperti abu, char, jelaga/soot, dan lain-lain) yang

dengan black bodies spectral, molekul gas pada suhu tinggi, dan spesies

tereksitasi yang dihasilkan oleh beberapa reaksi kimia, dimana spesies tersebut

mencapai state dasarnya dengan mengemisikan cahaya atau terang dengan

intensitas tertentu (chemiluminescence). Untuk radiasi termal, solid bodies dan

molekul gas mengemisikan gelombang elektormagnetik dengan panjang

gelombang pada range gelombang VIS-IR dan IR, sedangkan chemilunescence

pada range gelombang UV dan VIS. Spektrum chemilunescence sendiri

merupakan hasil radikal yang tereksitasi, dimana radikal-radikal yang utamanya

berperan sebagai pengemisi pada api, antara lain OH*, CH*, C2*, dan CO2*.

Radikal OH* mengemisikan spektrum gelombang UV sehingga cenderung

berwarna kuning hingga merah, sedangkan CH* dan C2* mengemisikan spektrum

gelombang hijau dan biru, dimana intensitasnya masing-masing dipengaruhi oleh


90


rasio ekuivalen, turbulensi, karakteristik bahan bakar, ataupun tekanan (Ballester,

2010). Jadi, api yang terbentuk pada kompor gas-biomassa dalam penelitian ini

dengan warna nyala kuning hingga merah diperkirakan karena adanya

pembentukan jelaga (soot), kandungan volatile matter yang tinggi dalam bahan

bakar (biomassa dari limbah bagas), dan adanya kemungkinan spektrum yang

diemisikan dari radikal OH* dalam jumlah signifikan. Adapun warna nyala api

dari kompor gas-biomassa dalam penelitian lebih detail dapat dilihat pada Gambar

4.8 sebagai berikut:

Gambar 4. 8 Nyala api kompor gas-biomassa dalam penelitian

4.4.2 Pengujian Efisiensi Termal

Pengujian berikutnya adalah efisiensi termal. Pengujian ini sebenarnya

dilakukan secara simultan dengan pengukuran emisi gas CO dan pengukuran suhu

api. Metode yang digunakan adalah Water Boiling Test (WBT) seperti yang telah

dijelaskan dalam BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA Sub Bab 2.3 Uji Performa dan

Evaluasi Operasi Kompor dan BAB 3 METODE PENELITIAN Sub Bab 3.3

Tahapan Penelitian. Pada metode ini, air dengan massa tertentu dipanaskan dan


91


diukur suhunya per satuan waktu. Pada penelitian ini, massa air yang dipanaskan

sebanyak 1 kg atau setara dengan 1 L air. Pada akhir eksperimen (pada saat uji

operasi selesai), massa air tersebut ditimbang kembali. Adapun grafik suhu air

dapat diamati pada Gambar 4.9 berikut ini, sedangkan data Water Boiling Test

(WBT) dan nilai efisiensi termal yang diperoleh dari kompor gas-biomassa dapat

dilihat pada Tabel 4.6 sebagai berikut:


92


Gambar 4. 9 Suhu air terhadap waktu

0

30

60

90

120

150

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400

Suhu

Air

(o C)

Waktu (detik)




Tabel 4. 6 Hasil pengolahan data suhu air dan perhitungan efisiensi termal

Uji ke-

Volum air (L)

Suhu awal air (oC)

Suhu maksimum air

(oC)

Waktu pendidihan

(menit)

Efisiensi termal (%)

1 1 25,03 100,13 9,33 41 2 1 27,41 101,89 6,17 49 3 1 42,74 101,88 6,5 38 4 1 24 141 6 55

Dari data di atas, suhu air maksimum dan nilai efisiensi termal tertinggi

terjadi pada uji performa ke-4. Meskipun suhu api rata-rata dan suhu api

maksimum pada uji performa ke-4 tidak tinggi, namun efisiensi termal yang

diperoleh justru paling tinggi. Dalam hal ini dapat dilihat peranan jelaga (soot)

yang terbentuk pada api yang mampu meningkatkan perpindahan kalor secara

radiasi. Radiasi yang tinggi tidak hanya diberikan api ke panci, tetapi adanya

kemungkinan api yang tinggi menyebabkan radiasi panas dari api langsung ke air

pun terjadi. Sebagai akibatnya, waktu yang diperlukan untuk mendidihkan 1 L air

pada uji performa ke-4 ini juga paling singkat.

Pada uji performa ke-2, efisiensi termalnya termasuk efisiensi termal

tertinggi dibandingkan uji performa yang lain. Hal ini wajar karena suhu api rata-

rata dan suhu api maksimumnya juga tinggi sehingga panas yang diberikan api ke

panci juga lebih besar dibandingkan uji performa yang lain. Apalagi, efek radiasi

yang diberikan oleh jelaga (soot) yang terbentuk membantu laju perpindahan

kalor semakin cepat, terutama radiasi. Meskipun begitu, seharusnya uji performa

ke-2 tersebut memiliki efisiensi termal paling tinggi daripada uji performa ke-4

bila ditinjau dari suhu api. Hal ini mungkin terjadi karena memang efek radiasi

akibat pembentukan jelaga (soot) yang terlalu dominan atau adanya kemungkinan

laju alir gas yang tinggi mengaami kontak dengan panci sehingga timbul friksi

yang meningkatkan efektivitas perpindahan kalor dari api ke panci pada uji

performa ke-4 dibandingkan uji performa ke-2.

Pada uji performa ke-1 dan ke-3, dapat dilihat dengan suhu api rata-rata

dan suhu api maksimum yang lebih rendah daripada suhu api pada uji performa

ke-2, namun mampu mencapai suhu air maksimum yang tidak berbeda jauh


94


dengan suhu air maksimum pada uji performa ke-2. Walaupun efisiensi termalnya

lebih rendah daripada uji performa ke-2, namun dapat diperkirakan hal tersebut

disebabkan oleh efek radiasi yang rendah akibat tidak banyaknya jelaga (soot)

yang terbentuk. Dengan demikian, diprediksi kemungkinan perpindahan kalor

secara konveksi lebih dominan. Dominasi perpindahan kalor secara konveksi

tersebut menunjukkan baiknya performa pembakaran yang terjadi pada kedua uji

performa kompor gas-biomassa ini. Oleh karena itu, kedua uji performa dikatakan

lebih sehat dan sekaligus lebih aman bagi pengguna untuk keperluan memasak di

dapur karena emisi gas CO yang rendah dan efek radiasi jelaga (soot) yang

rendah.

Dengan demikian, efisiensi termal dari kompor gas-biomassa dalam

penelitian telah dihitung menggunakan persamaan 2.19 dan hasilnya berada pada

range 39-55%. Bila dibandingkan dengan efisiensi gasifikasi yang dirancang pada

perhitungan desain awal kompor, dimana efisiensi dirancangn sebesar 60%, maka

dapat diperhatikan bahwa masih terjadi kehilangan kalor (heat loss) pada kompor

gas-biomassa yang dirancang, yang dapat diperbaiki pada penelitian berikutnya.

Meskipun begitu, efisiensi termal tersebut tergolong cukup baik, dimana

memerlukan waktu 6-9,33 menit untuk mendidihkan 1 L air. Sedangkan,

Belonio’s Rice Husk T-LUD Gasifier membutuhkan waktu 7,93-8,67 menit untuk

mendidihkan 1 L air atau dengan efisiensi termal sebesar 12,3-13,3% (Belonio,

2005) dan Wood-Gas Turbo Stove membutuhkan waktu 6-13 menit atau efisiensi

termal sebesar 20-37,5% dengan variasi bahan bakar (Reed, et al., 2000).



BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil dan pembahasan dari pengolahan data yang diperoleh

dalam penelitian ini, maka dapat disimpulkan:

1. Rancangan akhir dari dimensi kompor biomassa yang dimanufaktur:

Tinggi keseluruhan = 95 cm

Diameter keseluruhan = 20 cm

Tinggi reaktor gasifikasi = 51 cm

Diameter reaktor gasifikasi = 15 cm

2. Untuk kompor gas-biomassa dengan bahan bakar pelet biomassa dari limbah

bagas, emisi rata-rata gas CO yang dihasilkan dari setiap pengujian bervariasi

dari 16,33 ppm hingga 37,38 ppm.

3. Suhu api maksimum tertinggi yang berhasil dicapai oleh kompor gas-

biomassa dalam penelitian adalah sebesar 544,44oC.

4. Kompor gas-biomassa yang dihasilkan memiliki efisiensi termal berkisar

antara 39-55%, lebih daripada efisiensi termal yang dimiliki oleh kompor

biomassa tradisional yang hanya sekitar 5-20%.

5. Persentase massa char dan abu tersisa dalam satu kali operasi kompor gas-

biomassa dalam penelitian termasuk rendah, yakni berkisar antara 2,32-6,04%.

6. Dari hasil perancangan dan optimasi kompor gas-biomassa, didapatkan

kondisi terbaik dengan mempertimbangkan rendahnya emisi CO, yaitu kondisi

laju alir udara devolatilisasi (udara primer) sebesar 1,90 m3/s dan laju alir

udara pembakaran (udara sekunder) sebesar 22,23 m3/s, dimana emisi gas CO

rata-ratanya sebesar 16,4 ppm. Hal ini memenuhi syarat ambang batas CO di

atmosfer menurut Kementerian Tenaga Kerja I ndonesia, yaitu 25 ppm.

5.2 Saran

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, saran dari penulis untuk

penelitian berikutnya yang akan dilakukan di masa yang akan datang, antara lain:


96


1. Aspek desain yang meningkatkan turbulensi pada kompor perlu dilakukan

untuk mencapai pencampuran udara-bahan bakar gas pirolisis yang maksimal.

Jadi, desain burner perlu diperbaiki, serta distribusi laju alir udara primer dan

sekunder patut diperhatikan.

2. Penentuan ukuran lubang untuk aliran gas buang dari kompor perlu diteliti

lebih lanjut untuk memperoleh kompor dengan api yang baik seperti pada

kompor LPG, dimana hal ini terkait dengan quenching distance.

3. Penggunaan bahan konstruksi yang tahan panas dan insulasi yang baik patut

dipertimbangkan karena berkaitan erat dengan aspek efektivitas perpindahan

kalor yang terjadi dan aspek safety bagi pengguna kompor tersebut.

4. Supaya dapat mengamati bentuk api dan karakter penyebarannya pada

kompor, serta proses pembakaran pelet biomassa yang terjadi di dalam

kompor secara lebih detail diperlukan sebuah celah khusus yang transparan

untuk melihatnya, namun tidak mengganggu sistem pembakaran. Alternatif

lain dapat dipilih dengan menggunakan berbagai jenis peralatan flame imaging

(Ballester, J., & Hernandez, R., 2008).

5. Penggunaan pelet biomassa dengan ukuran diameter yang lebih kecil dan lebih

besar dapat dilakukan pada penelitian berikutnya untuk melihat pengaruh

ukuran diameter pelet biomassa terhadap fenomena pembakaran yang terjadi

dan emisi gas CO yang dihasilkan.

6. Untuk penelitian berikutnya, aspek portabilitas dan aspek komersialisasi

kompor di masa depan perlu dipertimbangkan, terutama menyangkut dimensi

dan ukuran normal kompor yang digunakan untuk rumah tangga pada

umumnya, kemudahan penggunaan, serta analisis keekonomian dari kompor

gas-biomassa tersebut.

7. Ketersediaan peralatan untuk keperluan penelitian pada laboratorium-

laboratorium di Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia patut

diperhatikan dan dicari solusinya mengingat peralatan yang tersedia sangat

terbatas, sedangkan jumlah mahasiswa/i sangat banyak. Dalam penelitian

selanjutnya yang bertujuan untuk memperbaiki penelitian ini dan terkait

dengan pelet biomassa, alangkah baiknya jika memiliki mesin pencetak pelet

biomassa otomatis.


97


DAFTAR PUSTAKA

Achard, F., et al. (2002). Determination of deforestation rates of the world’s humid tropical forests. Science, 297, 999-1002.

Akudo, C. O. (2008). Quantification of Tars and Particulates from A Pilot Scale, Downdraft Biomass Gasifier. Master of Science Thesis in Biological and Agricultural Engineering, Faculty of The Louisiana State University and Agricultural and Mechanical College.

Anonim. Biomassa. http://www.energiterbarukan.net. 18 April 2011. 15:00 WIB.

Anonim. 2010 ini, 78 Kasus Ledakan Tabung Gas Terjadi. http://www.metro.news.viva.co.id. 9 Juni 2012. 20:30 WIB.

Anonim. Kompor. http://istilahkata.com/kompor.html. 9 Juni 2012. 21:00 WIB.

Anonim. Subsidi BBM Diganti dengan Penghapusan Pajak Kendaraan. http://ekonomi.kompasiana.com. 18 April 2011. 15:30 WIB.

Ballester, J., & Hernandez, R. (2008). Flame Imaging as Diagnostic Tool dor Industrial Combustion. Combustion and Flame 155: 509-528.

Ballester, J., & Armingol, T. G. (2010). Diagnostic Techniques for The Monitoring and Control of Practical Flames. Progress In Energy and Combustion Science 36: 375-411.

Barnes, DF., et al. (1994). What Makes People Cook with Biomass Cookstove?-A Comparative International Review of Cookstoves Programs. The World Bank Publication (1994).

Belonio, Alexis T. (2005). Rice Husk Gas Stove Hand Book. Philippines: Department of Agricultural Engineering and Environmental Management College of Agricultural Central Philippine University Iloilo City.

Bhattacharya, S.C., et al. (2000). Emissions from biomass energy use in some selected Asian countries. Energy 25(2):169-188.


98


Bhattacharya, S. C. & Salam, P. Abdul (2002). Low greenhouse gas biomass options for cooking in the developing countries. Biomass and Bioenergy 22(4): 305-317.

Borman, Gary L, & Ragland, Kenneth W. (1998). Combustion Engineering.

United States of America: The McGraw-Hill Companies, Inc.

Bryden, M., et al. (2002). Design Principles for Wood Burning Cook Stove. Aprovecho Research Center Publication.

Chiang, et al. (2000). The Influence of An Architectural Design Alternative (Transoms) on Indoor Air Environment in Conventional Kitchens in Taiwan. Building and Environment 35: 579-585.

Chigier, Norman. Energy, Combustion, and Environment. United States of America: The McGraw-Hill Companies, Inc.

Colbeck, I., et al. (2010). The state of indoor air quality in Pakistan—a review. Environ Sci Pollut Res 17:1187–1196.

Demirbas, A. (2004). Combustion characteristics of different biomass fuels. Progress in Energy and Combustion Science 30(2): 219-230.

Depner, H., & Jess, A. (1999). Kinetics of nickel-catalyzed purification of tarry fuel gases from gasification and pyrolysis of solid fuels. Fuel 78(12): 1369-1377.

Erlich, C., Öhman, M., et al. (2005). Thermochemical characteristics of sugar cane bagasse pellets. Fuel 84(5): 569-575.

Faaij, Andre (2006). Modern Biomass Conversion Technologies. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 11: 343–375.

Fisafarani, Hanani. Identifikasi Karakteristik Sumber Daya Biomasa dan Pengembangan Pelet Biomasa di Indonesia. Skripsi, Program Sarjana Fakultas Teknik UI. Depok. 2010.

Handayani, N. Perancangan Kompor Biomassa untuk Masyarakat Urban dengan Prinsip Pre Heating Bahan Bakar dan Udara Masuk Menggunakan Panas Gas Buang. Skripsi, Program Sarjana Fakultas Teknik UI. Depok. 2009.


99


Glassman, Irvin. (1996). Combustion (3rd ed.). The United States of America: Academic Press.

Holman, J.P. (1981). Heat Transfer. Singapore: McGraw Hill Book Company.

Huboyo, H. S., Budisulistiorini, S. H., & Hidayat, A. Analisis Emisi Karbon Monoksida (CO) dan Distribusi Aliran Gas Pembakaran pada Udara dalam Ruang Dapur Rumah Tangga Menggunakan Model Computational Fluid Dynamics (CFD). Program Studi Teknik Lingkungan Fakultas Teknik UNDIP, Semarang.

International Institute for Sustainable Development (IISD). Panduan Masyarakat tentang Subsidi Energi di Indonesia.

Jr Goldstein, L., Fassani, F. L., & Santos, A. A. B. (2002). Experimental Study of Secondary Air Diffusion Effects on Soot Concentration Along A Partially Premixed Acetylene/Air Flame. Elsevier Science Ltd.

Komisi Pengawas Persaingan Usaha Republik Indonesia. Background Paper Analisis Kebijakan Persaingan dalam Industri LPG Indonesia.

Kong, G.T. Peran Biomassa bagi Energi Terbarukan. Jakarta: PT Elex Media Komputindo. 2010.

Lepeleire, G. De, et al. (1981). A Woodstove Compendium. The Netherlands: Eindhoven University of Technology.

Lu, Gang, et al. (2008). Impact of Co-firing Coal and Biomass on Flame Characteristics and Stability. Fuel 87: 1133-1140.

Lubwama, Michael. (2010). Technical Assessment of The Functional and Operational Performance of A Fixed Bed Biomass Gasifier Using Agricultural Residue. Master of Science Thesis Energy Technology, KTH School of Industrial Engineering and Management Division of Heat and Power Technology, Stockholm.

Makino, A. (1992). Drag coefficient of a slowly moving carbon particle undergoing combustion. Combustion Science and Technology. Vol. 81. pp. 169-192.


100


Martono, R.W.A. Bahan Bakar Nabati: What, and Whose, Costs? http://www.kamase.org. 25 Februari 2011. 19:15 WIB.

Napitupulu, F. H. Pengaruh Nilai Kalor (Heating Value) Suatu Bahan Bakar terhadap Perencanaan Volume Ruang Bakar Ketel Uap Berdasarkan Metode Penentuan Nilai Kalor Bahan Bakar yang Dipergunakan. Jurnal Sistem Teknik Industri Volume 7, No. 1, Departemen Teknik Mesin FT USU.

Ndiema, C. K. W., Mpendazoe, F. M., & Williams, A. (1998). Emission of pollutants from a biomass stove. Energy Conversion and Management 39(13): 1357-1367.

Panwar, N. L., & Rathore, N. S. (2008). Design and Performance Evaluation of a 5 kW Producer Gas Stove. Biomass and Bioenergy 32:1349–1352.

Panwar, N.L. (2010). Performance Evaluation of Developed Domestic Cook Stove. Waste Biomass Valor 1:309–314.

PelHeat. Biomass Pellet Production Guide. http://www.pelheat.com. 9 Juni 2012. 21:15 WIB.

Purwanto, W.W., et al. (2010). The Identification of Biomass Resources Characteristics and Bio-pellet Potency in Indonesia. The 1st International Seminar on Fundamental & Application Chemical Engineering, ISFAChE 2010, September 3-4, 2010, Bali.

Reed, T.B. (1981). Biomass Gasification: Principles and Technology. U.S.A: Park Ridge, New Jersey.

Reed, T.B. (2002). Flaming Pyrolysis Defined. http://www.repp.org. 19 Juni 2011. 15:00 WIB.

Reed, T.B., et al. (2000). Testing and Modeling The Wood-Gas Turbo Stove, Presented at the Progresss in Thermochemical Biomass Conversion Conference, Sept. 17-22, 2000, Tyrol, Austria.

Reed, T.B., & Desrosiers, R. The Equivalence Ratio: The Key To Understanding Pyrolysis, Combustion And Gasification of Fuels. http://www.woodgas.com. 19 Juni 2011. 15:30 WIB.


101


Rizqiardihatno, R.F. Perancangan Kompor Biomassa Berefisiensi Tinggi dan Ramah Lingkungan dengan Prinsip Heat Recovery untuk Masyarakat Urban. Skripsi, Program Sarjana Fakultas Teknik UI. Depok. 2008.

Roth, Christa. (2011). Micro-gasification: Cooking With Gas From Biomass (1st ed.). GIZ HERA – Poverty-oriented Basic Energy Service.

Singh, et al. (2009). Biobriquettes-an Alternative Fuel for Sustainable Development.

Smith, K.R., et al. (2000a). Greenhouse implications of household stoves: an analysis for India. Annu Rev Energy Environ 25:741–763.

Sugiyanto, A. Studi Awal Pola Aliran dalam Chimney sebagai Dasar Usaha Mengurangi Emisi CO pada Kompor Briket Batubara. Skripsi, Program Sarjana Fakultas Teknik UI. Depok. 2010.

Suhartini, Sri. (2010). Uji Coba Rekayasa Kompor Berbahan Bakar Biji Jarak. http://digilib.its.ac.id. 17 Juni 2011. 14:00 WIB.

Supramono, D., et al. (2009). Designing Biomass Pellet Stove of High Efficiency and Environmental Friendly Using Heat Recovery Principle. International Seminar on Sustainable Biomass Production and Utilization: Challenges and Opportunities.

Surjadi, Eko. (2012). Kaji Eksperimental Performa Tungku Gasifikasi Biomassa Tipe Top Lit Up-Draft pada Berbagai Kombinasi Ukuran Biomassa dan Kecepatan Udara Primer Awal. Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri Universitas Surakarta.

Tanto, M. Ers H. Y.. Pengaruh Penggunaan Briket Bio-Batubara Subbituminous, Briket Biomassa dan Pellet Biomassa sebagai Promotor terhadap Waktu Nyala pada Kompor Briket Batubara. Skripsi, Program Sarjana Fakultas Teknik UI. Depok. 2011.

Turns, S.R. (1996). An Introduction to Combustion: Concepts and Applications. The United States of America: McGraw-Hill, Inc.

W. Agung, Wusana, et al. (2010). Perancangan dan Uji Kinerja Reaktor Gasifikasi Sekam Padi Skala Kecil. Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik UNS.


102


Yang, H., et al. (2007). Characteristics of hemicellulose, cellulose and lignin pyrolysis. Fuel 86(12-13): 1781-1788.

Yang, Y. B., Sharifi V. N., & Swithenbank, J. (2004). Effect of air flow rate and fuel moisture on the burning behaviours of biomass and simulated municipal solid wastes in packed beds. Fuel 83(11-12): 1553-1562.

ZREU (Zentrum fur Rationell Energieanwendung and Umwelt GmbH), (2000). Biomass in Indonesia-Business.


103


LAMPIRAN

LAMPIRAN A. 1 Rancangan Kompor Gas-Biomassa Secara Umum


104


Lanjutan

LAMPIRAN A. 2 Rancangan Kompor Gas-Biomassa Tampak Depan, Samping, dan Atas


105


Lanjutan

LAMPIRAN A. 3 Rancangan Kompor Gas-Biomassa Secara Detail


106


Lanjutan

LAMPIRAN B. 1 Data Emisi Gas CO

Tabel B1. Data emisi gas CO

Waktu (detik ke-)

Emisi CO

(ppm) Waktu (detik ke-)

Emisi CO (ppm)

Running 1

Running 2

Running 3

Running 4

0 16 0 75 11 3 300 10 120 46 26 18 600 23 240 14 5 16

360 26 6 19 480 36 9 23 600 25 4 22 720 28 12 79 840 12 10 26 960 15 24 14 1080 5 57 15 1200 7 42 1320 26 19 1440 30 24 1560 44 16 1680 48 93 1800 52 34 1920 56 12 2040 60 9 2160 12 2280 2400


107


LAMPIRAN B. 2 Data Suhu Api

Tabel B2. Data suhu api

Waktu (detik ke-)

Suhu Api (oC) Running 1 Running 2 Running 3 Running 4

0 13,098 48,948 234,177 136,679 10 12,894 448,224 235,164 138,397 20 12,872 544,437 237,497 141,746 30 12,852 524,24 265,647 144,241 40 26,691 450,158 296,935 150,81 50 13,31 465,598 313,143 149,025 60 26,347 475,552 293,209 152,759 70 27,342 475,075 289,939 153,329 80 130,971 468,863 294,214 160,778 90 175,145 457,482 300,867 157,901

100 191,4 459,999 323,404 160,018 110 199,312 475,675 353,977 165,566 120 204,048 491,827 358,603 163,513 130 240,616 498,361 385,668 169 140 400,783 501,337 387,863 166,673 150 438,036 499,541 372,635 168,158 160 383,483 503,117 374,377 172,457 170 428,687 506,441 373,244 171,38 180 489,806 509,924 382,893 172,786 190 387,101 512,308 377,613 176,411 200 284,758 509,89 370,687 175,523 210 257,864 505,653 363,031 178,904 220 251,004 500,67 367,377 177,761 230 241,552 500,514 346,121 178,879 240 265,25 501,781 369,95 180,061 250 261,912 504,325 345,762 181,288 260 250,836 506,65 351,076 182,551 270 253,53 505,259 350,879 189,262 280 247,626 490,674 315,684 184,682 290 238,211 493,448 347,583 189,891 300 247,875 494,618 340,011 190,133 310 250,592 493,123 332,957 188,278 320 264,658 496,907 330,589 193,457 330 258,732 501,466 330,768 189,935 340 237,676 485,366 323,84 191,6


108


Lanjutan

Waktu (detik ke-)


350 223,151 473,982 322,598 199,322 360 216,172 467,769 329,468 190,83 370 219,351 466,206 316,685 194,851 380 222,791 466,381 307,703 193,707 390 221,899 465,262 310,117 194,761 400 222,954 465,921 308,313 196,4 410 224,067 465,216 321,111 197,206 420 225,023 465,713 288,693 203,355 430 225,312 426,262 311,628 199,687 440 225,958 456,95 313,1 200,33 450 226,78 418,553 321,737 202,656 460 228,139 445,317 349,648 203,605 470 230,869 441,496 321,544 204,955 480 234,066 445,184 332,105 209,67 490 236,287 473,919 363,063 211,619 500 237,081 499,751 359,097 206,299 510 236,4 524,806 357,986 205,895 520 236,237 489,572 356,711 209,415 530 235,791 430,095 365,665 210,991 540 236,56 406,726 372,666 208,433 550 237,345 395,836 362,613 209,393 560 237,822 391,893 366,249 212,208 570 237,713 390,052 378,016 210,668 580 239,007 387,345 363,761 212,181 590 239,529 380,943 381,845 214,419 600 240,508 397,329 359,166 213,748 610 241,177 386,62 357,623 214,888 620 241,692 391,677 355,061 214,598 630 241,999 401,433 362,551 215,241 640 237,572 394,335 356,472 216,06 650 233,288 403,873 362,312 216,417 660 231,796 401,651 388,596 219,019 670 237,183 407,085 370,688 221,41 680 231,963 414,338 356,168 222,332 690 233,649 420,539 360,743 222,921 700 235,427 439,276 361,758 223,242 710 231,371 445,758 362,745 227,408 720 223,853 411,512 363,212 221,398


109


Lanjutan

Waktu (detik ke-)


730 233,526 448,797 368,13 221,464 740 241,668 412,72 367,359 223,119 750 225,089 419,026 378,28 224,159 760 225,152 412,784 388,037 224,801 770 224,73 392,053 383,972 225,38 780 239,295 384,857 371,424 225,676 790 246,07 394,155 383,42 227,517 800 245,222 398,114 394,709 226,536 810 244,934 406,638 402,14 227,057 820 239,058 413,641 391,879 227,69 830 243,657 410,701 395,755 226,732 840 241,946 422,386 393,602 230,805 850 244,974 435,082 406,007 229,128 860 245,81 436,855 428,131 230,951 870 245,02 440,82 425,851 227,4 880 245,463 434,298 405,495 228,316 890 216,973 435,158 404,204 235,72 900 243,403 438,182 415,008 229,316 910 245,428 436,922 399,443 229,381 920 219,927 437,457 392,32 230,263 930 220,154 437,023 383,494 231,403 940 234,343 433,584 375,497 232,471 950 218,899 431,192 375,796 229,527 960 228,992 429,542 380,833 230,21 970 217,556 426,954 378,466 231,039 980 217,103 428,354 385,028 235,216 990 216,823 428,054 380,172 234,971

1000 214,286 424,816 378,205 235,291 1010 210,504 424,827 315,409 238,354 1020 212,896 424,223 378,547 235,588 1030 209,615 429,211 372,856 236,629 1040 208,835 430,488 373,984 237,996 1050 207,154 436,118 387,875 238,153 1060 206,521 430,685 396,544 237,712 1070 203,294 429,192 390,386 231,868 1080 201,905 429,359 419,044 235,312 1090 219,52 451,35 392,199 236,819 1100 218,773 434,033 400,215 234,62


110


Lanjutan

Waktu (detik ke-)


1110 204,004 433,929 308,081 234,902 1120 195,916 458,367 276,865 235,029 1130 214,763 463,136 352,918 235,599 1140 197,421 462,214 322,283 235,882 1150 212,295 460,81 318,761 238,535 1160 211,375 450,394 314,54 237,906 1170 210,589 451,546 320,059 236,877 1180 209,565 444,861 330,199 236,881 1190 208,662 427,449 327,578 237,328 1200 427,484 319,622 237,941 1210 449,275 335,883 237,28 1220 463,663 293,389 236,986 1230 466,386 330,321 245,524 1240 427,483 331,587 238,168 1250 427,435 326,4 238,469 1260 427,124 346,166 239,351 1270 446,523 360,971 238,739 1280 458,977 332,494 239,026 1290 451,355 333,886 239,572 1300 452,904 336,552 239,437 1310 451,593 333,462 239,715 1320 460,536 336,226 242,568 1330 463,078 294,498 243,007 1340 451,722 353,246 246,15 1350 455,096 336,595 243,26 1360 435,723 344,781 242,966 1370 417,619 341,395 243,428 1380 456,858 333,92 243,596 1390 442,272 328,13 243,928 1400 424,228 315,3 235,588 1410 417,969 308,916 238,356 1420 412,222 299,357 244,671 1430 411,8 291,863 244,245 1440 449,393 295,979 244,54 1450 447,476 290,459 244,507 1460 427,945 286,056 244,456 1470 409,42 282,107 244,516 1480 449,398 278,268 244,44


111


Lanjutan

Waktu (detik ke-)


1490 411,274 272,769 245,76 1500 408,362 265,164 245,126 1510 412,255 261,31 245,293 1520 430,518 260,563 248,142 1530 419,091 259,744 245,652 1540 405,707 254,666 245,775 1550 389,401 252,824 245,565 1560 380,842 252,86 246,732 1570 385,766 246,671 246,368 1580 386,583 245,394 1590 359,112 243,889 1600 354,92 244,334 1610 370,31 243,324 1620 406,278 244,543 1630 372,017 243,07 1640 309,259 243,172 1650 299,128 243,024 1660 289,361 245,826 1670 274,998 244,108 1680 263,398 245,666 1690 287,526 245,814 1700 253,82 244,49 1710 249,86 244,541 1720 244,882 242,524 1730 239,46 243,463 1740 226,946 243,218 1750 217,848 242,869 1760 242,659 1770 242,621 1780 242,527 1790 241,25 1800 242,341 1810 240,976 1820 240,791 1830 242,052 1840 239,974 1850 237,491 1860 237,566


112


Lanjutan

Waktu (detik ke-)


1870 237,126 1880 236,877 1890 236,531 1900 236,575 1910 236,466 1920 237,118 1930 235,788 1940 235,567 1950 236,757 1960 235,856 1970 236,817 1980 233,765 1990 233,367 2000 233,308 2010 227,961 2020 232,706 2030 232,789 2040 231,7 2050 238,293 2060 234,095 2070 232,707 2080 230,798 2090 231,039 2100 230,238 2110 230,181 2120 229,899 2130 229,76 2140 230,681 2150 227,872 2160 221,658 2170 222,864 2180 218,159 2190 2200 2210 2220 2230 2240


113


Lanjutan

Waktu (detik ke-)


2250 2260 2270 2280 2290 2300 2310 2320 2330 2340 2350 2360 2370 2380 2390 2400 2410 2420 2430 2440 2450 2460 2470 2480 2490 2500 2510 2520 2530 2540 2550 2560 2570 2580 2590 2600


114


Lanjutan

LAMPIRAN B. 3 Data Suhu Air

Tabel B3. Data suhu air

Waktu (detik ke-)

Suhu Air(oC) Waktu (detik ke-)

Suhu Air (oC) Running

1 Running

2 Running

3 Running

4 Running

5 0 25,027 27,412 42,738 0 34 24

10 25,885 27,654 42,591 120 54 52 20 27,217 12,22 45,862 240 57 75 30 27,286 13,624 41,717 360 62 102 40 27,234 19,486 44,587 480 65 119 50 27,327 35,843 48,738 600 66 122 60 27,214 41,076 46,839 720 71 124 70 27,208 42,08 51,755 840 74 128 80 27,298 41,08 53,486 960 73 126 90 27,2 45,106 56,658 1080 80 125

100 28,96 45,409 54,575 1200 77 131 110 29,866 52,97 57,85 1320 79 129 120 16,801 52,346 57,254 1440 79 129 130 33,923 60,033 63,966 1560 79 130 140 34,278 54,927 60,851 1680 80 141 150 20,169 59,209 66,258 1800 81 138 160 22,755 62,831 67,774 1920 80 138 170 25,55 64,038 68,118 2040 79 133 180 31,588 65,646 70,112 2160 77 112 190 26,609 68,159 75,666 2280 76 200 30,544 69,187 72,084 2400 77 210 30,892 72,853 70,177 81 220 37,889 76,654 75,869 230 51,071 75,747 76,03 240 41,93 75,876 71,47 250 47,249 79,207 80,292 260 41,433 82,996 81,468 270 62,872 82,505 81,923 280 48,417 83,879 82,222 290 54,221 87,875 83,635 300 55,161 87,214 84,584 310 56,651 90,573 84,664 320 73,02 92,858 85,417 330 75,095 94,186 85,831 340 70,119 95,569 83,806


115


Lanjutan

Waktu (detik ke-)



1 Running

2 Running

3 Running

4 Running

5 350 71,07 99,2 85,611 360 73,213 99,562 83,627 370 83,044 101,695 83,03 380 85,397 101,475 82,675 390 87,044 101,886 101,051 400 88,631 101,771 99,054 410 90,738 101,78 88,049 420 92,224 101,207 83,235 430 94,075 87,025 81,451 440 95,9 101,415 81,116 450 97,421 81,157 92,741 460 98,729 101,027 101,677 470 99,574 100,922 88,813 480 99,729 101,031 81,521 490 99,695 79,468 101,185 500 99,664 89,083 101,204 510 99,67 101,81 84,239 520 99,93 100,224 84,179 530 99,751 99,793 86,774 540 99,751 98,824 89,868 550 99,825 98,775 83,902 560 100,037 99,366 83,742 570 99,923 94,321 84,091 580 99,983 99,298 83,573 590 99,926 88,265 88,541 600 100,002 95,383 83,911 610 99,982 88,182 81,117 620 84,453 96,582 82,759 630 100,125 94,819 90,5 640 96,755 85,657 80,241 650 98,426 90,951 94,74 660 97,899 89,451 85,074 670 93,334 88,748 101,548 680 95,027 88,041 81,42 690 91,68 89,055 100,269 700 84,167 98,404 98,648 710 82,832 98,724 94,045


116


Lanjutan

Waktu (detik ke-)



1 Running

2 Running

3 Running

4 Running

5 720 82,555 77,904 98,118 730 89,344 99,05 83,844 740 96,614 77,723 87,295 750 82,498 78,614 83,106 760 84,223 78,333 84,951 770 82,495 78,348 86,16 780 96,403 78,432 82,026 790 99,839 78,518 84,844 800 93,55 78,35 84,385 810 96,58 95,083 81,422 820 93,972 78,162 81,058 830 97,774 78,124 88,102 840 99,493 77,859 81,267 850 99,872 80,743 80,99 860 96,433 78,148 80,893 870 99,977 80,058 93,602 880 98,427 78,072 80,692 890 74,103 77,848 82,703 900 98,89 78,61 80,95 910 99,8 78,133 83,33 920 79,524 78,172 86,036 930 79,617 78,094 85,607 940 79,804 77,904 84,263 950 79,827 78,199 98,283 960 99,45 78,607 89,901 970 79,429 78,9 88,281 980 79,501 78,777 85,334 990 79,839 78,553 85,274

1000 79,628 78,689 81,883 1010 79,351 77,756 84,971 1020 80,926 79,304 78,833 1030 80,456 78,121 80,959 1040 80,502 77,756 101,522 1050 80,64 81,074 97,723 1060 85,188 78,16 97,587 1070 80,854 77,558 81,317 1080 80,466 77,902 81,295


117


Lanjutan

Waktu (detik ke-)



1 Running

2 Running

3 Running

4 Running

5 1090 97,729 78,546 101,88 1100 97,694 79,97 86,161 1110 86,945 80,292 100,885 1120 78,636 96,597 101,359 1130 97,235 80,962 81,001 1140 84,18 97,542 81,278 1150 90,779 97,684 81,206 1160 89,475 94,335 81,896 1170 95,08 95,968 80,941 1180 94,842 89,434 84,184 1190 94,501 77,582 89,487 1200 78,705 88,655 1210 89,356 82,883 1220 91,619 89,994 1230 97,194 81,935 1240 76,073 81,959 1250 77,11 82,883 1260 90,843 82,313 1270 87,037 81,146 1280 94,476 80,723 1290 86,505 81,02 1300 93,364 90,368 1310 90,764 81,182 1320 97,024 97,119 1330 97,325 81,137 1340 92,62 86,463 1350 94,1 81,192 1360 82,123 87,362 1370 97,301 89,341 1380 79,866 86,918 1390 76,188 86,764 1400 91,306 87,177 1410 92,954 86,993 1420 76,437 86,782 1430 74,685 86,157 1440 93,236 85,765 1450 97,498 86,759


118


Lanjutan

Waktu (detik ke-)



1 Running

2 Running

3 Running

4 Running

5 1460 84,075 85,992 1470 75,455 86,497 1480 97,635 85,793 1490 75,914 85,142 1500 74,818 84,25 1510 76,985 84,19 1520 91,759 84,163 1530 97,682 84,277 1540 97,046 84,03 1550 76,407 82,799 1560 76,428 82,58 1570 91,053 83,091 1580 83,421 1590 75,677 1600 83,813 1610 75,211 1620 76,323 1630 92,952 1640 72,59 1650 76,157 1660 80,008 1670 78,879 1680 76,776 1690 82,795 1700 76,569 1710 80,314 1720 76,764 1730 77,785 1740 76,169 1750 75,591


119


Lanjutan

LAMPIRAN B. 4 Data Persentase Massa Char dan Abu

Tabel B4. Data persentase massa char dan abu

Uji ke- Massa wadah (mg) Massa wadah+char+abu (mg) Massa char+abu

mg kg 1 66.349,2 98.837,5 32.488,3 0,032 2 66.349,2 106.627,3 40.278,1 0,040 3 66.349,2 103.302,9 36.953,7 0,037 4 66.349,2 150.878,1 84.528,9 0,084


120


LAMPIRAN C. 1 Data Konversi Satuan Laju alir Udara Primer dan Sekunder

Adapun data laju alir udara primer dan sekunder yang diperoleh dari hasil

pengukuran menggunakan anemometer adalah dalam satuan m/s. Laju alir kedua

udara tersebut diukur dalam keadaan dingin atau dalam kondisi ambien. Oleh

karena itu, laju alir udara diukur pada saluran penarikan udara dari masing-masing

blower. Untuk mengkonversi laju alir kedua udara tersebut ke satuan m3/s, maka

laju alir udara yang terukur harus dikali dengan luas penampang saluran masing-

masing blower tersebut. Adapun penampang saluran berbentuk lingkaran, dimana

untuk udara primer, penampang berdiameter 11 cm atau 0,11 m, sedangkan untuk

udara sekunder, penampang berdiameter 13 cm atau 0,13 m. Maka, luas

penampang masing-masing blower tersebut dapat dihitung sebagai berikut:

a. Udara primer

퐴 =휋(퐷)

4 =3,14 × (0,11 푚)

4 = 0,0095 푚

b. Udara sekunder

퐴 =휋(퐷)

4 =3,14 × (0,13 푚)

4 = 0,0133 푚

Dengan demikian, hasil perkalian laju alir udara terukur dan luas penampang di

atas dapat dilihat pada tabel di bawah ini:

Tabel C1. Data konversi satuan udara primer dan sekunder

Uji ke-

Laju alir udara primer terukur (m/s)

Laju alir udara sekunder

terukur (m/s)

Laju alir udara primer

(m3/s)

Laju alir udara sekunder (m3/s)

1 0,04 0,42 0,00038 0,00557 2 0,03 0,13 0,00028 0,00172 3 0,02 0,16 0,00019 0,00212 4 0,03 0,86 0,00028 0,01141 5 0,01 0,16 0,00010 0,00212


121


LAMPIRAN D. 1 Hasil Uji Karakterisasi Bahan Bakar Biomassa oleh BPPT


122


LAMPIRAN E. 1 Perhitungan Udara Stoikiometrik

1. Penentuan Komposisi Biomassa Seperti telah dijelaskan sebelumnya, biomassa terdiri dari biopolimer,

yaitu selulosa, hemiselulosa, dan lignin, dimana pada kompor gas-biomassa

yang dirancang dalam penelitian ini ketiga komponen biopolimer dari

biomassa tersebut akan terdekomposisi pada suhu tertentu secara pirolisis.

Oleh karena itu, untuk menentukan komposisi biomassa, hal pertama yang

harus dilakukan adalah menentukan rumus kimia kandungan ketiga komponen

biopolimer tersebut. Berikut ini diuraikan penentuan rumus kimia untuk

masing-masing komponen tersebut:

a. Selulosa: (C6H10O5)a

b. Hemiselulosa: (C5H8O4)b

c. Lignin: (C9H10O3(CH3O)0.9-1.7)c 0.9 – 1.7 diambil nilai 1

Basis nilai untuk a, b, dan c di atas digunakan nilai 100, dengan variasi nilai

tersebut menurut referensi1 antara 60-1000.

Maka, rumus kimia disederhanakan menjadi CxHyOz sehingga untuk

biomassa dari limbah bagas didapatkan nilai x = 594, y = 900, dan z = 395

atau dengan kata lain rumus kimia bagas adalah C594H900O395 dengan Mr =

14.361,1 g/mol. Sedangkan, untuk biomassa dari limbah kayu karet

didapatkan nilai x = 649, y = 989, dan z = 438 atau dengan kata lain rumus

kimia bagas adalah C649H989O438 dengan Mr = 15.799,4 g/mol. Adapun nilai

x, y, dan z yang merupakan subskrip pada rumus kimia biomassa untuk C, H,

dan O diperoleh dengan mengalihkan setiap angka subskrip rumus empiris

komponen biomassa dengan persentasi kandungan komponen tersebut dalam

biomassa. Setelah dikalikan, kemudian angka subskrip untuk C, H, dan O bagi

masing-masing komponen (selulosa, hemiselulosa, dan lignin) dijumlahkan,

dimana angka subskrip untuk C dalam selulosa dijumlahkan dengan angka

subskrip untuk C dalam hemiselulosa dan lignin, dan begitu juga seterusnya

untuk H dan O.

1 en.wikipedia.com/biomass


123


Lanjutan

2. Persamaan Reaksi Pembakaran Prinsip dari kompor gas-biomassa yang dirancang adalah gasifikasi,

dimana udara yang digunakan terbatas untuk menghasilkan gas-gas dari

pembakaran tidak sempurna, yang kemudian dikonversi kembali menjadi

emisi gas yang lebih bersih dengan pembakaran sempurna. Meskipun begitu,

untuk perhitungan udara stoikiometri (udara yang diperlukan untuk mencapai

pembakaran sempurna), reaksi pembakaran diasumsikan sebagai berikut:

aCxHyOz + bO2 + cN2 dCO2 + eH2O + fO2 + gN2

a. Seluruh biomassa terbakar sempurna sebab udara yang diperlukan pada pembakaran sempurna (tanpa produk gas CO dan H2) merupakan udara yang maksimum. Jadi, jika terjadi pembakaran tidak sempurna, maka udara aktual yang dibutuhkan kurang dari udara maksimum tersebut dan rasio ekuivalen lebih kecil daripada 1.

b. Komposisi udara ialah Oksigen 21% dan Nitrogen 79%. c. Ekses udara adalah 25% (diambil dari literatur, dimana pada literatur

disebutkan 25%-30%) .

Fuel Type of furnace or burner % excess air

Mazout Large boilers (power plant) 15 – 20

Typical industrial boilers 20 – 30 Solar Heating equipment 10 – 15 Industrial boilers 10 – 15 Natural gas Register burners 5 – 10

Dual-fuel burners 7 – 12 Bagasse All types 25 – 30

Dengan demikian, koefisien reaksi pembakaran untuk komponen dari masing-

masing biomassa:


124


Lanjutan

Bagas 1C594H900O395 + 776,88O2 + 2.922,53N2 594CO2 + 450H2O +

310,75O2 + 2.922,53N2

Kayu Karet 1C653H996O443 + 846,56O2 + 3.184,69N2 649CO2 + 494,5H2O +

338,63O2 + 3.184,69N2

Kemudian, dengan basis penggunaan bahan bakar sebesar 1,4 kg atau 1400 g

selama 1 jam, maka

푛 푏푖표푚푎푠푠푎 (푏푎푔푎푠) =푚푀푟 =

1400 푔14.361,1푔 푚표푙⁄ = 0,098 푚표푙

Secara stoikiometrik, maka kesetimbangan mol dan massa yang dihasilkan

untuk bagas:

Molekul Massa molekul relatif / Mr

(g/mol)

Jumlah mol / n

(mol)

Massa / m

(g)

O2 32 75,734 2.423,484

N2 28 284,904 7.977,303

CO2 44,01 57,906 2.548,455

H2O 18,02 43,868 790,333

O2 tersisa 32 30,294 969,394

Sedangkan, maka kesetimbangan mol dan massa yang dihasilkan untuk kayu

karet:

Molekul Massa molekul relatif / Mr

(g/mol)

Jumlah mol / n

(mol)

Massa / m

(g)

O2 32 75,015 2.400,471

N2 28 282,198 7.901,549

CO2 44,01 57,508 2.530,949

H2O 18,02 43,818 789,427

O2 tersisa 32 30,006 960,188


125


Lanjutan

3. Penentuan Udara Stoikiometrik Adapun udara stoikiometrik dihitung berdasarkan rasio antara massa

total udara yang diperlukan untuk pembakaran sempurna dan massa bahan

bakar yang digunakan sesuai dengan basis yang digunakan. Dengan demikian,

S퐴 푢푛푡푢푘 푏푎푔푎푠 = ( ) = ( , , ),

=

7,429 푘푔 푢푑푎푟푎 푘푔 푏푖표푚푎푠푠푎⁄

S퐴 푢푛푡푢푘 푘푎푦푢 푘푎푟푒푡 = ( ) = ( , , ),

=

7,359 푘푔 푢푑푎푟푎 푘푔 푏푖표푚푎푠푠푎⁄

sehingga SA rata-rata yang diperlukan sebesar 7,394 kg udara/kg biomassa.


126


Lanjutan

LAMPIRAN E. 2 Perhitungan Efisiensi Termal Kompor Gas-Biomassa

Adapun perhitungan efisiensi termal kompor diukur dengan menggunakan

persamaaan 2.19, yang merupakan persamaan umum yang biasa digunakan pada

metode Water Boiling Test (WBT). Akan tetapi, untuk kompor gas-biomassa yang

hanya memanfaatkan volatile matter dari biomassa sebagai bahan bakarnya, maka

persamaan 2.19 tersebut dimodifikasi menjadi sebagai berikut:

휂 =푀 × 푐 ( ) × (푇 − 푇 ) + 푀 × 푐 ( ) × (푇 − 푇 ) + 푀 × 퐻

퐻 × × % 푣표푙푎푡푖푙푒 푚푎푡푡푒푟 × 푊

dengan M massa awal air, cp1 kalor jenis air, M1 massa bejana, cp2 kalor jenis

bejana, M2 massa air terevaporasi (yakni, selisih massa air awal dengan massa air

tersisa), HL kalor laten penguapan, Tb suhu panci yang diasumsikan sama dengan

suhu air maksimum, Ta suhu lingkungan yang diasumsikan sama dengan suhu

awal air, HC nilai kalori pembakaran dari volatile matter atau gas pirolisis dalam

satuan kJ/Nm3, ρgas densitas volatile matter atau gas pirolisis dalam satuan

kg/Nm3, dan W massa bahan bakar per jam.

Adapun variabel-variabel yang bersifat umum, datanya diperoleh

berdasarkan literatur yang digunakan (Akudo, 2008, Lubwama, 2010,

Rizqiardihatno, 2009). Berikut ini data-data yang diperoleh dari literatur tersebut:

M (massa awal air) 1 kg Cp (air) 4,186 kJ/kg.K M1 (massa air menguap) 0,18 kg Cp (panci) 0,902 kJ/kg.K HL (kalor laten air) 2260 kJ/kg HC volatile matter 3300 kJ/Nm3 W (massa bahan bakar) 1,4 kg %volatile matter 0,7316 Densitas volatile matter 1 kg/m3

Selain data-data di atas, data densitas gas pirolisis untuk bagas tidak berhasil

diperoleh sehingga data tersebut diperoleh dengan melakukan pendekatan, dimana


127


Lanjutan

pada literatur (Akudo, 2008), terdapat data 1/densitas untuk biomassa dari

woodchips. Oleh karena itu, untuk mendapatkan 1/densitas untuk bagas, dilakukan

ekstrapolasi dengan menggunakan data tersebut. Berikut ini ekstrapolasi yang

dilakukan:

Uji ke- Massa biomass yang

dikonsumsi (kg) Total volum syngas

(Nm3) 1 6,5 7,65 2 9,75 10,2 3 9,75 10,84 4 9,75 9,56 5 6,5 7,01 6 6,5 7,27

Kemudian, data tersebut diplot menjadi grafik total volum syngas terhadap massa

bahan bakar yang dikonsumsi sehingga diperoleh persamaan sebagai berikut:

Setelah mendapatkan persamaan di atas, maka dengan memasukkan massa bahan

bakar bagas yang digunakan sebesar 1,4 kg sehingga diperoleh volum syngas

sebesar 2,77 Nm3. Kemudian, volum syngas dibagi dengan massa bahan bakar

sehingga diperoleh 1/densitas sebesar 1,98 Nm3/kg.

y = 0,889x + 1,53R² = 0,924

0

2

4

6

8

10

12

0 5 10 15

Volu

m S

ynga

s (N

m3)

Massa Bahan Bakar (kg)

Volum Syngas terhadap Massa Biomassa

Volum Syngas terhadap Massa Bahan Bakar

Linear (Volum Syngas terhadap Massa Bahan Bakar)


128


Lanjutan

Sedangkan, data-data yang diperoleh dari penelitian yang telah dilakukan

dan telah diolah antara lain:

Uji ke-

Massa air sisa,

kg

Massa air menguap (M2), kg

Suhu panci

(Tb), oC

Suhu panci

(Tb), K

Suhu lingkungan

(Ta), oC

Suhu lingkungan

(Ta), K 1 0,45 0,55 100,13 373,13 25,03 298,03 2 0,22 0,78 101,89 374,89 27,41 300,41 3 0,5 0,5 101,88 374,88 42,74 315,74 4 0,6 0,4 81 354 34 307 5 0,12 0,88 141 414 24 297

Pada akhirnya, dengan memasukkan data-data tersebut ke dalam

persamaan, maka diperoleh efisiensi termal sebesar 41% untuk uji performa ke-1,

49% untuk uji performa ke-2, 39% untuk uji performa ke-3, 55% untuk uji

performa ke-4.


perancangan dan optimasi kompor gas- biomassa...

Documents