UNJUK KERJA KOMPOR BERBAHAN BAKAR BIOGAS

EFISIENSI TINGGI DENGAN PENAMBAHAN REFLEKTOR

D O S E N P E M B I M B I N G :

D R . B A M B A N G S U D A R M A N T A , S T . M T .

B Y . M A R R I O S Y A H R I A L

P E N D A H U L U A N

T I N J U A N P U S T A K A

M E T O D O L O G I

A N A L I S A D A T A

K E S I M P U L A N

PENDAHULUAN *LATAR BELAKANG

POTENSI PERTENAKAN

PEMANFAATAN LIMBAH

PERTERNAKAN BAHAN BAKAR GAS DAN PUPUK

ORGANIK

TAMBAHAN PENGHASILAN

PETERNAK

PEMANFAATAN BIOGAS

SIFAT BIOGAS

KOMPOR DAN GENERATOR

PENGEMBANGAN BIOGAS

PADA KOMPOR

TEKANAN RENDAH, KEBUTUHAN UDARA

PEMBAKARAN SEDIKIT, DAN NILAI

KALOR KECIL

MENINGKATKAN EFISIENSI DENGAN

PENAMBAHAN REFLEKTOR

PENDAHULUAN

*PERUMUSAN MASALAH

Bagaimana mendesain suatu kompor biogas yang memiliki unjuk

kerja tinggi dengan cara pengaturan tekanan biogas, dan

ditambahkan reflektor dengan harapan untuk penghalang panas

yang terbuang ke lingkungan serta reflektor sebagai pengatur

kebutuhan supplay udara dalam reaksi pembakaran.

PENDAHULUAN

*TUJUAN

UNJUK KERJA KOMPOR YANG TERBAIK DENGAN INDIKATOR

KINERJA KOMPOR DALAM DAYA, SFC, DAN EFISIENSI KOMPOR

DENGAN MENAMBAHKAN REFLEKTOR DIHARAPKAN KOMPOR

MENJADI LEBIH EFISIEN

MENU

TINJAUAN PUSTAKA

*KONSEP PEMBAKARAN

Difinisi pembakaran :

Reaksi kimia yang meliputi kombinasi bahan bakar dan oksigen yang

menghasilkan panas dan produk pembakaran. Dimana reaksi pembakaran

dirumuskan seperti berikut :

CnHm + (n + m/4)(O2 + 3,76 N2) nCO2 + m/2H2O + (n + m/4) 3,76 N2

Apabila gas metana yang direaksikan maka :

CH4 + 2(O2+3,76N2) CO2 + 2H2O + 7,52N2

TINJAUAN PUSTAKA

*Biogas

Biogas yang digunakan dari reaktor yang telah diuji komposisi gasnya oleh Joaquim.

DA di Research Center ITS dengan komposisi rata-rata sebagai berikut :

Komposisi biogas Reaktor biogas type Horizontal

TINJAUAN PUSTAKA

*KOMPOR

Type / model : 11 C

No Produksi : TDC – 158411

Daya : 3,68 KW = 4,934 hp

Tekanan Kerja : 0,2107 – 0,4633 lbf/in2

NRP : 267-027-101094

Kode SNI : 7368 – 2007 Kompor gas bahan bakar LPG satu tungku

dengan sistem pemantik mekanik.

*Pengujian Kompor dilakukan dengan metode SNI 7368-2007, meliputi :

Uji Daya dan efisiensi kompor. (terlampir)

TINJAUAN PUSTAKA

SIFAT-SIFAT RADIASI [2]

qradiasi

qrefleksi

qtransmision

Bejana

MENU

METODOLOGI

*RENCANA PEMASANAGAN REFLEKTOR

10 mm 7 mm 4mm

METODOLOGI

*SKEMA PENGUJIAN KOMPOR

TABUNG GAS

KOMPOR

INFRARED

THERMOMETER

ANALOG

THERMOMETER

DIGITAL

THERMOMETER

METODOLOGI

*PELAKSANAAN UJI DAYA KOMPOR DENGAN SNI 7368-2007

Menyalakan kompor selama 60 menit dengan variasi

yang ditentukan : 0.15, 0.2, 0.25, dan 0.3 Lbf/in2

Mencatat massa bahan bakar yang terpakai

Persiapan Alat, Mengisi tabung gas dengan biogas

dan Mencatat temperatur Ruang

METODOLOGI

*PELAKSANAAN UJI EFISIENSI KOMPOR DENGAN SNI 7368-2007

Menentukan diameter bejana, tinggi bejana, dan volume

air yang digunakan sesuai daya dari kompor

Menyalakan kompor selama 60 menit dengan variasi

yang ditentukan : 0.15, 0.2, 0.25, dan 0.3 Lbf/in2

Mencatat massa bahan bakar yang terpakai, waktu awal

mendidih, Tflame, Treflektor dan massa air yang menguap

Persiapan Alat dengan Mengisi tabung gas dengan biogas

dan Mencatat temperatur Ruang dan temperatur awal air

METODOLOGI (FLOWCHART PENELITIAN)

MENU

ANALISA DATA

* ANALISIA TEORITIS KEBUTUHAN UDARA PEMBAKARAN PADA BIOGAS

CH4 + 2(O2+3,76N2) CO2 + 2H2O + 7,52N2

AFRteoritis (stoikiometri) = 17,246 KgUdara/1 Kg Bahan Bakar Biogas

Penelitian suyitno, menyatakan bahwa kebutuhan

udara pembakaran secara stoikiometri tergantung

dari kompoisi gas metana pada biogas sehingga

dari pengujian Joaquim. DA didapat kebutuhan udara

Pembakaran sekitar AFRTeoritis = ±7 kg udara/kg BB

ANALISA DATA

ANALISIS TEORITIS KEBUTUHAN UDARA PEMBAKARAN ACTUAL PADA BIOGAS

AFRactual = 𝑚 𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎

𝑚 𝑏𝑎𝑕𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟 (𝑏𝑖𝑜𝑔𝑎𝑠)

= 𝜌𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎.𝑉𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎.𝐴𝑟𝑒𝑓𝑙𝑒𝑘𝑡𝑜𝑟

𝑀𝑐=

1.23𝑥0.2𝑥(8𝑥(𝜋

4(10𝑚𝑚)2)

0,315 𝑘𝑔/𝑗𝑎𝑚

AFRactual = 6,64 Kg udara/kg bahan bakar

SEHINGGA UNTUK EXCESS AIR :

% udara teoritis = 𝐴𝐹𝑅𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙

𝐴𝐹𝑅 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑡𝑖𝑠

= 0,94 = 94%

ANALISA DATA

PROPERTIES BAHAN BAKAR

Desitas Biogas : 1,0539 kg/m3

LHV biogas [1] : 18,939 Mj/kg

KOMPOSISI METANA SENDIRI YANG TERKANDUNG PADA BIOGAS :

1. Berat Molekul : 16,043 kg/kmol

2. Temperatur kritis : -82,7oC

3. Tekanan kritis : 45,96 bar

4. Fasa gas

• Densitas gas : 0,717 kg/m3

• Spesifik graviti : 0,55

• Spesifik volume : 1,48 m3/kg

• CP : 0,035 kJ/mol.K

• CV : 0,027 kJ/mol.K

ANALISA DATA

DESAIN KOMPOR

ANALISA DATA

*PROSES PERPINDAHAN PANAS

*Jaringan thermal antar api dan reflektor

ANALISA DATA

ANALISA PERPINDAHAN PANAS [2]

Daya emisi benda hitam

Eb1 = σ. Tapi4 = 9344,5 W/m2

Eb2 = σ. Tref4 = 4223,6 W/m2

Perhitungan Tahanan pada Permukaan 2

R2 = 1; 𝜀2

𝐴2 𝑥 𝜀2 , dimana

Perhitungan tahanan antar permukaan

reflektor dan dinding api

R12 = 1

𝐴2𝑥𝐹12 = 607,8 m-2

Faktor bentuk dari reflektor

F12 = (𝐿3:𝐿4);(𝐿2:𝐿5)

2𝑥𝐿1

𝐴2 = [𝐻2+(𝑅1 − 𝑅2)2]12. (𝑅1 + 𝑅2)

qradiasi

qrefleksi

qtransmisi

radiositas pada reflektor permukaan 2

𝐽2= (𝑅2.𝐸𝑏1);(𝑅12.𝐸𝑏2)

𝑅12:𝑅2

Laju Perpindahan panas yang direfleksikan

pada permukaan reflektor

𝑄2 = 𝐸𝑏2;𝐽2

𝑅2 = -8,093 W

ANALISA DATA

Qn = 1000 𝑥 𝑀𝑐 𝑥 𝐻𝑠

3600

= 1000 𝑥 0,31

𝑘𝑔

𝑗𝑎𝑚 𝑥 18,939

𝑀𝐽

𝑘𝑔

3600

Qn = 1,683 KW (KiloWatt)

PERHITUNGAN DAYA KOMPOR

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0.15 0.2 0.25 0.3D

aya

(K

W)

Tekanan (Lbf/in2)

Grafik Pengaruh Tekanan

Terhadap Daya Kompor

ANALISA DATA

PENENTUAN BEJANA DAN VOLUME AIR

PENENTUAN TINGGI BEJANA

ANALISA DATA

Pengujian kompor tanpa reflektor mengikuti SNI 7368-2007

CT

CT

KgxAwalMM

menitAwal

menitKgmenitjamxjamKgM

pengujianjamdalamKgM

didihcc

didih

c

c

90

29

1071,0'

73,20

/0051,0)60/1(/31,0

131,0

2

1

%101,50

%100939,181071,0

)]2990(28,07,3[10186,4

%100'

)(10186,4

3

1221

3

xx

xxx

xxHM

TTxMMxx

sc

ee

KgMJH

KgM

KgM

s

e

e

939,18

28,0

7,3

2

1

Data-data lain yang digunakan dalam perhitungan

efisiensi adalah:

Dan untuk data bejana dan air yang digunakan :

Sehingga efisiensi kompor :

ANALISA DATA

PERHITUNGAN EFISIENSI

ANALISA DATA

SPECIFIC FUEL CONSUMPTION KOMPOR

kg/KW.jam 0.34519

225793,029100913,028,02990186,47,3

31,0

21 112

sfc

xxxxxsfc

HMTTxxCpMeTTxxCpMe

Mcsfc

wugpaw

ANALISA DATA

PENGUJIAN KOMPOR DENGAN PENAMBAHAN REFLEKTOR

4949.5

5050.5

5151.5

5252.5

5353.5

54

Tanpa

reflektor

10 mm 7 mm 4 mm

Eff

isie

nsi

Variasi lubang masukan udara pada reflektor (mm)

Grafik Pengaruh Reflektor Terhadap

Effisiensi kompor

ANALISA DATA

PENGARUH PENAMBAHAN REFLEKTOR TERHADAP UNJUK KERJA KOMPOR

ANALISA DATA

PERBANDINGAN UNTUK PERHITUNGAN EFISIENSI KOMPOR DENGAN

BOILING WATER METHODS

0

10

20

30

40

50

60

0.15 0.2 0.25 0.3

Perbandingan Metode Perhitungan Effisiensi

SNI 7368-2007 Methods Boiling Water Methods

ANALISA DATA

PERBANDINGAN TEKANAN KERJA KOMPOR BERBAHAN BAKAR BIOGAS DAN GAS LPG

0,2 Lbf/in2

ANALISA DATA

VISUALISASI API BENTUK API TERHADAP TEKANAN

0,15 Lbf/in2 0,25 Lbf/in2

0,3 Lbf/in2 0,2 Lbf/in2

MENU

KESIMPULAN

Penggunaan reflektor tidak seberapa berpengaruh terhadap daya kompor karena konsumsi bahan bakar cenderung sama.

Efisiensi kompor tanpa menggunakan reflektor dengan bahan bakar biogas ini yang paling baik pada tekanan kerja 0,25 Lbf/in2 yaitu sebesar 50,591 %. Efisiensi kompor ini relatif baik tetapi masih belum sempurna, hal ini dikarenakan komposisi biogas dengan kadar metana sebesar 56,32 % memiliki nilai kalor biogas yang relatif rendah. Dan dengan menambahkan reflektor efisiensi kompor pun meningkat menjadi sebesar 53,416 % pada reflektor yang berdiameter lubang masukan udara sebesar 10 mm.

Specific fuel consumption pada kompor tanpa menggunakan reflektor berbahan bakar biogas yang paling baik pada tekanan kerja 0,25 Lbf/in2 pula sebesar 0,3451 kg/KW.jam. Konsumsi bahan bakar biogas ini relatif besar . Akan tetapi menambahkan reflektor dengan lubang masukan udara yang berdiameter 10 mm, sfc kompor menjadi menurun sebesar 0,3168 kg/KW.jam. Hal ini sangat baik untuk kompor karena untuk menghasilkan panas yang sama biogas membutuhkan energi bahan bakar lebih sedikit atau konsumsi bahan bakar lebih rendah (irit).

Waktu pendidihan air yang lebih cepat atau baik terdapat pada tekanan kerja 0,25 Lbf/in2 dengan menambahkan reflektor maka lebih cepat lagi waktu pendidihan karena panas yang keluar direfleksikan oleh reflektor.

Radiasi panas dari ruang bakar berhasil direfleksikan dengan menggunakan reflektor sehingga meningkatkan efisiensi kompor yang lebih baik. Dalam hal ini temperatur pada ruang bakar menjadi meningkat dengan adanya penambahan reflektor.

Reflektor paling baik yang memiliki lubang masukan udara sebesar 10 mm pada pengujian ini yaitu meningkatkan efisiensi kompor sebesar 5,586% dan juga menurunkan sfc kompor sebesar 8,199%.

MENU

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA 2012

Copyright 2012