PENGARUH TEMPERATUR UDARA TERHADAP KINERJA

TUNGKU TIPE DOWNDRAFT

PUBLIKASI ILMIAH

Disusun Sebagai Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun Oleh :

REYALDO NOPRIYANZA P.W

D200120047

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

TAHUN 2016

ii

i

iii

ii

iv

iii

1

PENGARUH TEMPERATUR UDARA TERHADAP KINERJA TUNGKU

TIPE DOWNDRAFT

Reyaldo Nopriyanza P. W., Subroto dan Sunardi Wiyono

Teknik Mesin FT Universitas Muhammadiyah Surakarta

Jl. Ahmad Yani Tromol Pos Pabelan, Surakarta

Email: nreyaldo@ymail.com

Abstraksi

Sumber bahan bakar alternatif yang bisa di daur ulang secara terus menerus adalah biomassa

misalnya sekam padi. Untuk memanfaatkan sekam padi menjadi sumber energi biasanya

menggunakan metode gasifikasi. Oleh karena itu penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh

temperatur udara pembakaran terhadap temperatur pembakaran rata-rata, waktu penyalaan awal dan

waktu nyala efektif dengan bahan bakar sekam padi.

Dalam penelitian ini menggunakan tungku tipe downdraft. Temperatur udara masuk kedalam

tungku divariasi yaitu udara biasa(30oC), 40

oC, 50

oC dan 60

oC. Data yang diamati meliputi

temperatur pembakaran, waktu penyalaan awal dan waktu nyala efektif.

Hasil penelitian menunjukkan temperatur udara berpengaruh terhadap temperatur pembakaran

rata-rata gas hasil gasifikasi. Temperatur pembakaran rata-rata tertinggi yaitu 560 °C pada temperatur

udara 50 °C dan terendahnya 511 °C pada temperatur 30 °C.Temperatur udara berpengaruh terhadap

waktu nyala efektif yang dihasilkan. Nyala efektif paling lama yaitu pada temperatur 60 oC selama 24

menit dan yang paling pendek pada temperatur 30 oC selama 20 menit.Temperatur udara berpengaruh

terhadap lama penyalaan dari tungku ini. Lama penyalaan tercepat yaitu pada temperatur 60 oC selama

5 menit dan lama penyalaan paling lambat pada temperatur 30 oC selama 10 menit

Kata kunci: Gasifikasi, Sekam Padi, Temperatur,Downdraft Gasifikasi

Abstract

An alternative source of energy that can be recycled continuously is biomassa for examples

husks from rice. Usually the rice husks can be converted in to other energy by using gasification

method. So that, this research aims at getting to know the impacts of the burning air temperature upon

the average burning temperature, the beginning of its flames and the active flames with the fuel

produced by the husks from the rice.

The downdraft gasifier was used in this experiment. Entering the temperature to the gasifier

were variated at usual air (30 °C), 40 °C, 50 °C, and 60 °C. This research observed the burning

temperature, first time flames and the effective flames time.

The result of the research shows that the air temperature infuences to the burning

temperature produced by gasification. The highest temperature is 560 °C on the air temperature 50 °C

and the lowest is 511 °C on the temperature 30 °C. The air temperature gives impact toward the active

time of flaming. The longest active flaming is on the temperature of 60 °C during 24 minutes and the

shortest is on 30 °C during 20 minutes. The air temperature has impacts on the flaming in the

fireplace. The fastest flaming is on the temperature of 60 °C during 5 minutes and the slowest flaming

is on the temperature of 30 °C during 10 minutes.

Keywords: gasification, husks, temperature, gasification downdraft

2

1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kebutuhan manusia terhadap energi setiap tahun cenderung meningkat, hal

ini menyebabkan perlu adanya sumber bahan bakar alternatif penghasil energi

yang bisa didaur ulang secara terus menerus karena pada saat ini manusia sangat

bergantung kepada bahan bakar fosil seperti minyak bumi, gas alam ataupun

batu bara dimana bahan bakar fosil ini tidak bisa di daur ulang dan akan habis

jika terus digunakan. Salah satu sumber bahan bakar alternatif yang bisa di daur

ulang secara terus menerus adalah biomassa. Biomassa merupakan sumber

energi yang mengacu pada bahan biologis yang berasal dari organisme yang

belum lama mati (dibandingkan dengan bahan bakar fosil). Salah satu contoh

biomassa adalah sekam padi, sehingga perlu dikembangkan suatu metode

pemanfaatan sekam padi. Indonesia memiliki potensi yang sangat besar terhadap

energi biomassa sekam padi ini karena berdasarkan data tahun 2010 sampai

dengan 2014, Indonesia setiap tahun panen padi rata-rata sebesar 68.6 juta ton.

Salah satu cara mengkonversi energi biomassa sekam padi adalah dengan

gasifikasi. Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah tungku tipe

downdraft.

Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh variasi temperatur

udara masuk yang digunakan yaitu pada temperature udara biasa 30 o

C, 40 oC ,

50 oC , 60

oC terhadap temperatur pembakaran rata-rata,nyala,waktu awal

penyalaan dan nyala efektif dari tungku tipe downdraft dengan bahan bakar

sekam padi.

1.2 Tinjauan Pustaka

Lailun Najib (2012), dalam jurnalnya yang berjudul “Karakterisasi Proses

Gasifikasi Biomassa Tempurung Kelapa Sistem Downdraft Kontinyu dengan

Variasi Perbandingan Udara-Bahan Bakar (AFR) dan Ukuran Biomassa” Dari

penelitian gasifikasi tempurung kelapa dengan jenis downdraft sistem kontinyu

3

mampu menghasilkan nyala api yang stabil. Semakin besar AFR(Air Fuel Ratio),

semakin kecil komposisi flammable gas dan LHV(Lower Heating Value) syn-

gas.

Samsudin (2008), dalam jurnal “Studi Eksperimen Gasifikasi Sekam Padi

Pada Updraft Circulating Fluidized Bed Gazifier” pemanasan awal yang

dilakukan sebelum masuk gasifier berdampak pada berbagai faktor antara lain

temperatur pembakaran, energi gas yang dihasilkan, komposisi gas hasil

pembakaran, dan efisiensi gasifikasi. Peningkatan temperatur awal udara akan

meningkatkan temperatur pembakaran. Energi gas meningkat dengan

meningkatnya temperatur udara. pemanasan awal udara akan mempercepat

proses pirolisis.

Giri Santosa (2015), crossdraft gasifier yang dijadikan sebagai kompor

untuk mendidihkan 1 liter air menggunakan bahan bakar 1 kg sekam padi dan

udara dilakukan variasi pada temperatur awal udara antara lain temperatur awal

udara normal (32 °C), 50 °C dan 80 °C meyatakan bahwa pemanasan awal

udara berpengaruh terhadap temperatur pembakaran. Semakin tinggi temperatur

awal udara maka semakin tinggi pula nilai temperatur pembakaran dan

pemanasan awal udara tidak berpengaruh signifikan terhadap waktu penyalaan

awal tungku. Pemanasan awal udara juga berpengaruh terhadap waktu nyala

efektif yang dihasilkan, Semakin tinggi temperatur awal udara maka semakin

sebentar nyala efektif yang dihasilkan.

1.3 Dasar Teori

Pembakaran adalah reaksi kimia antara oksigen dan bahan yang dapat

terbakar, disertai cahaya dan menghasilkan kalor. Tujuan dari pembakaran yang

baik adalah melepaskan seluruh panas yang terdapat dalam bahan bakar.

Berdasarkan gas sisa yang dihasilkan, pembakaran dibedakan menjadi dua

macam, yaitu Pembakaran sempurna, pembakaran dimana semua bahan yang

4

terbakar membentuk gas karbon dioksida (CO2), air (H2O) dan sulfur (SO2)

sehingga tidak ada lagi bahan yang tersisa Pembakaran tidak sempurna, yaitu

pembakaran yang menghasilkan gas karbon monoksida (CO), dimana salah satu

penyebabnya adalah kekurangan oksigen.

Gasifikasi adalah sebuah proses yang mengubah bahan mengandung

karbon, seperti batubara, minyak bumi, biofuel ataupun biomassa, menjadi gas

(karbon monoksida, karbon dioksida dan hidrogen) dengan mereaksikan bahan

baku tersebut dengan jumlah oksigen yang terkendali pada temperatur tinggi.

Campuran gas yang dihasilkan disebut gas sintesis atau syngas dan gas itu

sendiri merupakan bahan bakar. Gasifikasi adalah sebuah metode untuk

mengekstraksi energi dari berbagai jenis bahan organik Selama proses gasifikasi

biomassa mengalami urutan tahapan – tahapan proses yang komplek seperti

pengeringan, pirolisis, reduksi, pembakaran. Dimana reaksi - reaksi yang terjadi

pada masing - masing tahap adalah sebagai berikut:

a. Drying atau pengeringan (25 0C < T < 150

0C)

Pada tahap pengeringan, kandungan air pada bahan bakar padat diuapkan oleh

panas.

b. Pirolisis atau devolatilisasi (1500C < T < 550

0C)

Suatu rangkaian proses fisik dan kimia terjadi selama proses Pirolisis yang

dimulai secara lambat pada T > 150 0C dan terjadi secara cepat pada T >

2000C. Produk Pirolisis umumnya terdiri dari tiga jenis , yaitu gas ringan (H2,

CO, CO2, H2O dan CH4), tar dan arang.

c. Oksidasi atau pembakaran (550 0C < T < 900

0C)

Oksidasi atau pembakaran arang merupakan reaksi terpenting yang terjadi

didalam gasifier. Oksigen yang dipasok kedalam gasifier bereaksi dengan

5

bahan yang mudah terbakar. Hasil reaksi tersebut adalah CO2 dan H2O yang

secara berurutan direduksi ketika kontak dengan arang yang diproduksi pada

pirolisis.

d. Reduksi (200 0C < T < 600

0C)

Reduksi merupakan tahapan gasifikasi yang melibatkan suatu rangkaian

reaksi endotermik yang didukung oleh panas, serta diproduksi dari reaksi

pembakaran. Produk yang dihasilkan pada proses ini adalah gas bakar,

seperti: H2, CO, CH4, H2O.

1.4 Jenis-jenis Gasikasi

Berdasarkan arah aliran Gasikasi dapat dibedakan menjadi beberapa macam,

yaitu:

a. Downdraft gasifier yaitu jenis tungku dimana arah aliran gas kebawah.

b. Updraft gasifier yaitu jenis tungku dimana arah aliran gas keatas.

c. Crosdraft gasifier yaitu jenis tungku dimana arah aliran gas

mendatar/menyilang dengan bahan bakar

2. METODE

2.1 Tahapan Penelitian

6

Gambar 1 diagram alir penelitian

2.2 Alat

1. Tungku Downdraft

2. Hair dryer

3. Kran

4. Thermocouple Reader

5. Anemometer Digital

6. Timbangan

7. Stopwatch Digital

7

2,3 Bahan

Bahan yang diguanakan adalah sekam padi

Instalasi Pengujian

Gambar 2 instalasi pengujian

8

Keterangan:

1. Anemometer 8. Storage

2. Pipa penyalur udara 9. Thermocouple

3. Saluran udara 10. Sensor thermocouple

4. Pipa iqnition 11. Burner

5. Katup pengatur udara 12. Lubang abu keluar

6. Hair dryer 13. Penampung abu

7. Tutup

Tahapan Pengujian

Tahapan penelitian pengujian kerja reaktor tungku gasifikasi downdraft adalah

sebagai berikut:

1. Merakit rangkaian komponen yang dibutuhkan yang terdiri dari tungku, hair

dryer, dan saluran udaranya.

2. Memasukkan sekam padi ke dalam reaktor tungku gasifikasi dan menutupnya.

3. Membakar sebagian sekam padi dengan penyalaan awal menggunakan arang

kayu yang sudah membara.

4. Menyalakan blower sebagai pemasok udara utama untuk temperatur udara

biasa(30oC).

5. Menunggu hingga keluar gas metana yang diinginkan keluar dari burner

tungku dan menyalakannya.

6. Mencatat waktu tunggu sampai gas bisa terbakar

7. Mencatat waktu nyala api hingga api padam.

8. Diamkan tungku sampai suhunya turun seperti suhu ruang.

9. Ulangi percobaan sebanyak 3 kali.

10. Mengulang proses diatas dengan mengganti blower dengan hair dryer sebagai

pemasok udara untuk temperatur udara 40 oC, 50

oC dan 60

oC.

9

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Perbandingan temperatur pembakaran dengan variasi temperatur udara

Gambar 2 perbandingan temperatur pembakaran

terhadap waktu

Pada gambar terlihat bahwa temperatur pembakaran pada setiap pengujian

memiliki hasil yang berbeda. Perbedaan temperatur pembakaran itu disebabkan

oleh temperatur udara panas yang digunakan pada saat pengujian. Temperatur

udara akan meningkatkan temperatur pembakaran hal ini terjadi karena kalor

dari udara panas yang masuk ke ruang pembakaran menginduksi peningkatan

temperatur dalam ruang bakar sehingga temperatur pembakaran tertinggi pada

masing-masing penguian antara lain untuk temperatur udara biasa (30 °C )

yaitu 593°C. Temperatur udara 40 °C yaitu 616 °C. Temperatur udara 50 °C

yaitu 630 °C. Temperatur udara 60 °C yaitu 636 °C. Dari semua pengujian yang

dilakukan temperatur pembakaran tertinggi terlihat pada pengujian dengan

temperatur udara 60 °C yaitu 636 °C pada menit ke-18.

0

100

200

300

400

500

600

700

0 5 10 15 20 25 30 35 40

TEM

PER

ATU

R (

°C )

WAKTU (MENIT)

30 40 50 60

10

Perbandingan Nyala Efektif dan Waktu Penyalaan Awal

Gambar 3 Perbandingan nyala efektif dan waktu penyalaan awal

Pada diagram batang diatas menunjukkan bahwa adanya perbedaan

pada setiap pengujian, penyebab perbedaan penyalaan awal serta nyala efektif

yang dihasilkan karna panas yang mempercepat reaksi gasifikasi di dalam

tunggu. Pada pengujian temperatur udara biasa (30°C) waktu penyalaanya 10

menit dan nyala efektif yang dihasilkan selama 20 menit. Pada pengujian

temperatur 40°C waktu penyalaanya 8 menit dan nyala efektif yang dihasilkan

selama 22 menit. Pada pengujian temperatur udara 50 °C waktu penyalaanya 6

menit dan nyala efektif selama 23 menit. Pada pengujian temperatur udara 60

°C waktu penyalaan 5 menit dan nyala efektif selama 24 menit. Dengan

demikian lama penyalaan dan nyala efektif terbaik didapatkan pada temperatur

60 °C.

10 8

6 5

20 22 23 24

0

5

10

15

20

25

30 °C 40 °C 50 °C 60 °C

WA

KTU

(M

ENIT

)

TEMPERATUR (°C )

penyalaan awal nyala efektif

11

Perbandingan Temperatur Pembakaran Rata – rata dan Nyala Efektif

Gambar 4 Perbandingan temperatur pembakaran rata-rata dan nyala

efektif

Pada diagram batang diatas menunjukkan bahwa kenaikan temperatur

diikuti dengan nyala efektif yang lama tetapi tidak dengan pembakaran rata-

rata, pada temperature 60 oC terjadi penurunan yang disebabkan api tidak

konstan. Pada pengujian dengan temperatur udara biasa(30oC) temperatur

pembakaran rata-ratanya 511 o

C. Temperatur 40 oC temperatur pembakaran

rata-rata sebesar 530 oC . Pada temperatur 50

oC temperatur pembakaran rata –

rata sebesar 560 oC. pada temperatur 60

oC temperatur pembakaranya sebesar

523 oC.

Tabel 1 Pengaruh Temperatur Udara

Temperatur

Udara (°C)

Nyala Efektif

(Menit)

Lama Waktu

Nyala(Menit)

Pembakaran rata-

rata (oC)

30 oC 20 10 511

40 °C 22 8 530

50 °C 23 6 560

60 °C 24 5 523

511 530 560

523

20 22 23 24

0

100

200

300

400

500

600

30°C 40 °C 50 °C 60 °CTEM

PER

ATU

R P

EMB

AK

AR

AN

(°C

)

TEMPERATUR UDARA(°C )

pembakaran rata-rata nyala efektif

12

4. KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan

Berdasarkan pembahasan dan analisa data dari pengujian tungku tipe

downdraft dengan menggunakan bahan bakar 2,5 kg sekam padi, dilakukan

variasi temperatur udara dengan temperatur udara biasa(30oC), 40 °C, 50 °C

dan 60 °C, maka dapat disimpulkan sebagai berikut :

1. Temperatur udara berpengaruh terhadap temperatur pembakaran rata-rata

gas hasil gasifikasi. Temperatur pembakaran rata-rata tertinggi yaitu 560 °C

untuk temperatur udara 50 °C dan terendahnya 511 °C untuk temperature

udara biasa(30°C).

2. Temperatur udara berpengaruh terhadap waktu nyala efektif yang

dihasilkan. Nyala efektif paling lama yaitu pada temperatur 60 oC selama 24

menit dan yang paling pendek pada temperatur udara biasa(30oC) selama 20

menit.

3. Temperatur udara berpengaruh terhadap lama penyalaan dari tungku ini.

Lama penyalaan tercepat yaitu pada temperatur 60 oC selama 5 menit dan

lama penyalaan paling lambat pada temperatur udara biasa(30oC) selama 10

menit

Saran

Setelah melakukan pengujian terhadap gasifikasi sekam padi dengan

pemanasan udara, didapatkan saran diantaranya sebagai berikut:

1. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut dengan menggunakan bahan bakar

biomassa selain sekam padi untuk menghasilkan performa tungku yang

lebih maksimal.

2. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut dengan menggunakan filter agar gas

tidak bercampur dengan abu yang keluar untuk menghasilkan performa

tungku yang lebih maksimal.

13

3. Perlu menganalisa pengaruh lama pembakaran dari arang saat awal

penyalaan diruang burner.

4. Pada saat melakukan pemadatan sekam padi didalam tungku janganlah

terlalu padat dan juga terlalu longgar.

DAFTAR PUSTAKA

Agung,Wusana,Sunu H Pranolo,Gede Noorochadi dan Lusita Ratna.(2010).

Perancangan dan Uji-Kinerja Reaktor Gasifikasi Sekam Padi Skala

Kecil.Jurnal.Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas

Maret : Surakarta.

Anis,Samsudin,Karnowo dan Wahyudi.(2008). Studi Eksperimen Gasifikasi Sekam

Padi pada Updraft Circulating Fluidized Bed Gasifier.Jurnal. Jurusan Teknik

Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang : Semarang

Belonio.(2005).Rise Husk Gas Stove Hand Book. Department Of Agryculture central

Philippines University Iloilo city, Philippines.

Handoyo.(2013). Pengaruh kecepatan udara Pada Tungku Gasifikasi Sekam Padi

Terhadap Temperatur Pembakaran. Tugas Akhir. Jurusan Teknik Mesin,

Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta : Surakarta.

Jain,A.K.(2006). Design Parameters for a Rice Husk Throatles Gasifier Reactor.

Agricultural Engineering International : thr CIGR E-journal, Manuscrip.

Lailun, Najib dan Sudjud Darsopuspito.(2012).Karakterisasi Proses Gasifikasi

Biomassa Tempurung Kelapa Sistem Downdraft Kontinyu dengan Variasi

Perbandingan Udara Bahan Bakar dan Ukuran Biomassa. Jurnal. Jurusan

Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh

Nopember (ITS) : Surabaya

Naga, Dali S.1991. Fisika : Ilmu Panas. Jakarta : Gunadharma.

Purwantara,Bambang, Bambang Prastowo.(2011). Kajian Dimensi Tenggorokan

Ruang Reduksi Gasifier Tipe Downdraft Untuk Gasifikasi Limbah Tongkol

Jagung. Jurnal. Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian,

Universitas Gadjah Mada : Yogyakarta.

Santosa, Giri.(2015).Pengaruh Pemanasan Awal Udara Terhadap Performa

Crossdraft Gasifier dengan Bahan Bakar Sekam Padi. Tugas Akhir. Jurusan

14

Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta :

Surakarta

Saputra, Nur hadi.(2015).Pengaruh Variasi Kecepatan Udara Terhadap Kinerja

Tungku Gasifikasi Sekam Padi Tipe Downdraft Kontinu. Tugas Akhir.

Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah

Surakarta : Surakarta.

Shuying, L.(2001). Biomass Gasification For Combined Heat and Power in Jilin

Province.journal of Energy for Sustainable Development.hal 22-23.

Yin, X.L., Wu, C.Z., Zheng, S.P. dan Chen, Y.(2002). Design and operation of CFB

gasification and power generation system for rice husk. Journal of Biomass

and Bioenergi.hal 1-7.