PENELITIAN KARAKTERISTIK PEMBAKARAN CAMPURAN BATUBARA DAN LIMBAH PERTERNAKAN SAPI

Suprapto Heri SetiyatnoJurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah YogyakartaJalan Lingkar Selatan Tamantirto, Kasihan, Bantul, DIY, Indonesia, 55183(Naskah Diterima Bln XX, 20XX; Revisi Bln XX, 20XX; Diterima Bln XX, 20XX)AbstractHeat exchanger which tested a new tool in the laboratory of mechanical engineering , University of Muhammadiyah Yogyakarta . This study aims to investigate the performance of these tools. From the test results obtained by the convection heat transfer coefficient in the maximum tube 6085 W/m2.C, heat transfer coefficient outside the maximum tube 3957 W/m2.C, maximum overall heat coefficient of 2648 W/m2.C at the heater power of 500 W, 0.93 and maximum effectiveness .The heat transfer coefficient is affected by the discharge volume and speed air blower , his increase also resulted in the increase in Nusselt and Reynolds numbers.

Keywords: HE, Heat Transfer Coefficient, Performance, Empirical correlations.

Jurnal Teknik Mesin UMY Vol XX (2015)www.umy.ac.id

Jurnal Teknik Mesin UMY Vol YY(2015)

Jurnal Teknik Mesin UMY Vol XX (2015)www.umy.ac.id

Jurnal Teknik Mesin UMY Vol YY(2015)

1.

1

2. PendahuluanCadangan minyak bumi nasional apabila tidak ditemukan sumur baru melalui eksplorasi diperkirakan akan habis dalam kurun waktu 10-15 tahun yang akan datang, sehingga pencarian energi baru merupakan suatu keharusan ( Anonim,2005). Indonesia sebagai negara yang berada di bawah garis katulistiwa mempunyai sumber energi baru yang sangat beragam. Beberapa sumber energi baru yang belum diberdayakan meliputi sumber energi baru yang terbarukan dan tidak terbarukan. Indonesia memiliki cadangan batubara yang cukup besar, lebih dari 36 milliar ton yang sangat potensial untuk dimanfaatkan sebagai sumber energi (Mangunwidjaja, 1999). Pengalaman menunjukkan bahwa pemanfaatan sumber energi tunggal mempunyai banyak keterbatasan. Oleh karena itu pemanfaatan secara bersama sama berbagai sumber energi baik yang terbarukan maupun yang tidak terbarukan merupakan salah satu cara yang terbaik dalam menjawab keterbatasan-keterbatasan yang dimiliki oleh beragam sumber energi tersebut. Pemanfaatan batubara sebagai bahan bakar belum terlalu luas jika dibandingkan dengan bahan bakar lain, seperti minyak tanah, gas alam , kayu bakar dan sebagainya. Batubara dipasarkan dalam bentuk briket untuk keperluan rumah tangga . Kesulitan penyalaan briket batubara dibandingkan bahan bakar yang lain menyebabkan batubara kurang diminati sebagai bahan bakar rumah tangga (Saptoadi, 1999)Limbah biomassa dan sampah merupakan salah satu pilihan sumber energi alternatif karena sangat mudah ditemukan dari aktivitas pertanian, peternakan, kehutanan, perkebunan, perikanan diberbagai daerah. Seekor sapi dewasa akan menghasilkan2 limbah padat 20 kg perhari. Penanganan limbah tersebut sampai saat ini masih bersifat tradisional, yaitu hanya ditampung dalam bak besar dan kemudian dapat dimanfaatkan untuk pupuk atau biogas. Untuk jumlah limbah yang cukup besar akan memerlukan tempat yang luas dan pemakaian biogas untuk energi masih sangat terbatas dan relatif mahal ( Wagini, 2000). Kotoran sapi pada umumnya mengandung 80-90% air, namun setelah kering sekitar 6% kandungan air lembabnya akan mengandung senyawa hidrokarbon yang sangat tinggi dan sangat baik pada proses pembakaran. Berdasarkan alasan-alasan tersebut diatas maka dilakukan penelitian pemanfaatan limbah peternakan dalam hal ini limbah peternakan sebagai campuran batubara untuk mempermudah penyalaan bahan bakar tersebut.

3. Metode Penelitian

Bahan Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah batubara dan limbah peternakan sapi.Peralatan Uji 1. BlowerDigunakan untuk mensuplai udara selama proses pembakaran.2. Katup pengaturDigunakan untuk mengatur laju aliran udara pada tabung pembakaran.3. Tabung pembakaran Merupakan tempat terjadinya Pembakaran bahan bakar padat.4. Elektronik Top Pan BalanceDigunakan untuk mengukur massa bahan bakar selama proses pembakaran.5. CawanDigunakan sebagai wadah untuk meletakkan bahan bakar.6. Stop wacthDigunakan untuk mengukur waktu yang dibutuhkan selama proses pembakran.7. Anemometer Digunakan untuk mengukur kecepatan aliran udara di dalam ruangan pembakaran.8. TermokopelDigunakan untuk mengukur temperatur9. Jembatan WheatstonDigunakan untuk meningkatkan sensitifitas dalam pencatatan data.Tahapan analisa DataPada tahapan ini dilakukan berbagai macam analisi data yang telah diperoleh dari percobaan antara lain:a. Analisa tuntas (Analisis Ultimate)b. Analisis Pendekatan (Analisa Proximate)

4. Hasil dan PembahasanDengan pencampuran limbah peternakan sapi yang sempurna diharapkan dapat menghasilkan briket yang memiliki penyalaan yang cepat dan waktu pembakaran yang lama. Adapun komposisi campuran yang diuji adalah sebai berikut : a. Limbah pernakan sapi 20 gramb. Limbah pernakan sapi 15 gram dan batubara 5 gramc. Limbah peternakan sapi 10 gram dan batubara 10 gramd. Limbah pernakan sapi 5 gram dan batubara 15 grame. Batubara 20 gram

Analisis Berdasarkan Grafik

Gambar 1. Grafik hubungan arus, tegangan, dan daya terhadap waktuBerdasarkan grafik diatas terlihat bahwa arus, tegangan, dan daya konstan, tidak ada kenaikan maupun penurunan secara signifikan

Gambar 2. Grafik hubungan temperature terhadap waktu pembakaran pada alat uji karakteristik pembakaran limbah peternakan sapi dan batubara.Pada gambar 2 diatas terlihat bahwa suhu tertinggi pertama adalah pada sensor yang terletak di tempat bahan bakar karena panas yang dihasilkan sangat tinggi

Gambar 3. Grafik tentang hubungan massa terhadap waktuDari gambar 3 menunjukkan bahwa limbah peternakan sapi merupakan bahan yang mudah terbakar. Komposisi limbah peternakan sampai 100% mulai terbakar dan berasap pada saat 15 menit pertama, hal ini dikarenakan kandungan volatile matter yang tinggi pada limbah peternakan sapi sehingga mudah terbakar. Kandungan volatile matter di dalam bahan bakar yaitu :

S + O2 SO2H + O2H2ON + O2 N2ODan proses terbakarnya fixed karbon sebagai berikutC + O2 CO2H + O2H20

Gambar 4. Grafik hubungan temperature terhadap waktu pembakaran pada bahan bakar

Berdasarkan grafik pada gambar 4 terlihat bahwa suhu yang di hasilkan untuk masing masing bahan bakar memiliki perbedaan. Hal ini dikarenakan adanya perbedaan kandungan volatile matter dan fixed carbon pada masing masing komposisi sebagai berikut:

Gambar 5. Temperature bahan bakar

Gambar 6. Grafik hubungan temperature terhadap massa pada pembakaran limbah peternakan sapiPada gambar 4 terlihat bahwa penurunan bahan bakar paling tajam terdapat pada limbah peternakan sapi 100% karena volatile matter yang tinggi sehingga mudah terbakar.Waktu penyalaan untuk masing masing bahan bakar:a. Limbah peternakan sapi 100% titik nyala pada menit ke 15, pada suhu bahan bakar 119 Cb. Limbah peternakan sapi 75% dan batubara 25% titik nyala pada menit ke 17, suhu bahan bakar 141Cc. Limbah peternakan sapi 50% dan batubara 50% titik nyala pada menit ke 19, suhu bahan bakar 146Cd. Limbah peternakan sapi 25% dan batubara 75% titik nyala pada menit ke 16, suhu bahan bakar 148Ce. Batubara 100% titik nyala pada menit ke 21, suhu bahan bakar 150CNilai kalor bahan bakar a. Limbah peternakan sapi 100% adalah HHV = 2727 kcal/kgb. Limbah peternakan sapi 75% dan batubara 50% adalah HHV = 3991 kcal/kgc. Limbah peternakan sapi 50% dan batubara 50% adalah HHV = 5255 kcal/kgd. Limbah peternakan sapi 25% dan batubara 75% adalah HHV = 3991 kcal/kge. Batubara 100% adalah HHV = 7783 kcal/kg

5. KesimpulanTemperatur bahan bakar yang paling tinggi terdapat pada pengujian batubara 100% yaitu 383C, hal ini dikarenakan pada batubara murni memiliki fixed carbon yang tinggi dibandingkan dengan komposisi lainnya.Bahan bakar yang cepat habis selama proses pembakaran terjadi pada pengujian limbah peternakan sapi 100%, hal ini disebabkan oleh kandungan fixed carbon yang lebih rendah pada limbah peternakan sapi tersebut, sehingga bahan bakar cepat habis terbakar.Penururnan massa yang paling tajam terjadi pada pengujian limbah peternakan sapi 100% karena kadar volatile matter pada limbah peternakan sapi murni lebih tinggi dan kadar fixed carbon didalam limbah peternakan sapi murni reltif rendah, sehingga bahan bakar akan mudah terbakar dan cepat habisJadi berdasarkan data yang diperoleh komposisi bahan bakar yang paling tepat untuk kebutuhan rumah tangga mengguankan campuran limbah peternakan sapi 75% dan batubara 25% karena karakteristik penyalaanya sangat cepat. Hal ini dikarenakan kadar volatile matter dalam komposisi ini sangat tinggi sehingga cepat dalam penyalaanya, waktu yang dibutuhkan untuk penyalaan adalah 17 menit dan nilai kalor yang dihasilkan adalah 3991 K.cal/kg sedangkan untuk industri kecil menggunakan campuran limbah peternakan sapi 25% dan batubara 75% karena kadar fixed carbon dalam komposisi ini sangat tinggi sehinggga peoses pembakaran sangat lama, waktu yang dibutuhkan untuk penyalaan adalah 16 menit dan nilai kalor yang dihasilkan adalah 6519 K.cal/kg

Referensi