KAPPA JOURNAL
Physics & Physics Education
https://e-journal.hamzanwadi.ac.id/index.php/kpj/index
___________ How to Cite: Budianto, A., Ridwansyah, H., Rahayu, S., Kurniawidi, D. W., Handayana, I. G. N. Y., & Alaa, S. (2024). Efektivitas Jumlah Lubang Pada Tabung Pembakaran Terhadap Performa Kompor Biomassa. Kappa Journal, 8 (1), 91-95. https://doi.org/10.29408/kpj.v8i1.25335
Efektivitas  Jumlah  Lubang  Pada  Tabung  Pembakaran Terhadap Performa Kompor Biomassa
Arif Budianto 1 , Habib Ridwansyah 2 , Susi Rahayu 3* , Dian W. Kurniawidi 4 , I G N Yudi Handayana 5 , Siti Alaa 6 1,2,3,4,5,6 Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Mataram, Mataram, Indonesia.
Received: 13 February 2024 Revised: 21 April 2024 Accepted: 30 April 2024
Corresponding Author: Susi Rahayu susirahayu@unram.ac.id
© 2024 Kappa Journal is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial- ShareAlike 4.0 International License
DOI: https://doi.org/10.29408/kpj.v8i1.253 35
Abstract: Global  energy  requirements  encourage  innovations  in  developing environmentally friendly alternative energy sources by transforming biomass waste into biopellets. The use of biopellets as fuel was followed by  the development of biomass stoves for households. Developing biomass stove technology design is essential, so this research aims to design a biomass stove with good performance for use as a household stove.  Stove  performance  was  identified  by  reviewing  the  biomass  stove's  fuel consumption  and  thermal  efficiency  relative  to the  number  of  combustion  holes.  The biomass stove fabrication results had been successfully created based on a stove design using galvanized plate material. The design focused on three layers of tubes, including the stove frame, the air supply control, and the combustion tube. The number of holes in the  combustion  tube  affected  fuel  consumption  and  the  thermal  effectiveness  of  the stove. The lowest fuel consumption on a furnace with six combustion holes  was 2,306 kg/hour. Meanwhile, the optimal thermal efficiency for burning 18 holes was 16.17%. However, this thermal efficiency value needs to meet the SNI 7926: 2013 standard. The location and number of combustion holes in the combustion tube  could influence the performance of the biomass stove. Therefore, it is important to modify biomass stoves to fulfill SNI standards.
Keywords: Thermal Efficiency, Fuel Consumption, Biopellets, Biomass Stoves

## Pendahuluan
Peningkatan  kebutuhan  energi  secara  global mendorong  inovasi  dalam  riset  energi  alternatif  yang berkelanjutan.  Adapun  penurunan  jumlah  cadangan minyak  bumi  dan  gas  mengakibatkan  kenaikan  harga yang  signifikan.  Salah  satu  sumber  energi  alternatif yang  banyak  dikembangkan  saat  ini  yaitu  energi biomassa  (Basu,  2018).  Potensi  sumber  biomassa  di Indonesia cukup melimpah, sehingga dapat digunakan sebagai  bahan  baku  secara  jamak.  Bahkan  sumber biomassa  tersebut  juga  sudah  tersedia  dalam  bentuk limbah pertanian maupun industry perkayuan (Seveda et  al.,  2021).  Saat  ini  limbah  tersebut  telah  banyak ditransformasi bentuknya dalam wujud pellet biomassa (biopellet).  Biopellet  terbutkti  lebih  efektif  dan  efisien digunakan  sebagai  bahan  bakar  untuk  kompor
biomassa.  Studi  analisis  kualitas  biopellet  sebagai sumber energi menunjukkan standar SNI mutu C 8021: 2014  (Rahayu  et  al.,  2020).  Prinsipnya  energi  biomassa merupakan  energi  yang  mengubah bahan bakar  padat menjadi  bahan  bakar  gas  melalui  proses  termokimia akibat oksidasi cepat (Djafar et al., 2017).
Untuk  mempermudah  dalam  pemanfaatan energi  biomassa  maka  perlu  dirancang  suatu  kompor dengan  bahan  bakar  dari  biomassa.  Fabrikasi  kompor biomassa  telah  banyak  dilakukan,  salah  satunya rancang bangun kompor biomassa dari bahan plat besi (Santoso  &  Iromo,  2018).  Dalam  merancang  kompor biomassa  beberapa  hal  penting  perlu  diperhatikan diantaranya  ketebalan  bahan  kompor,  jenis  material kompor,  dimensi  tabung  pembakaran,  jumlah  lubang pada tabung pembakaran, dan efisiensi termal kompor.
Efisiensi termal kompor menjadi sangat penting karena berkaitan  dengan  panas  yang  dapat  digunakan  secara efektif  dan  efisien  untuk  memasak.  Penelitian  terkait analisis  efisiensi  termal  telah  banyak  dilakukan diantaranya  analisis  efisiensi  dengan  penambahan udara primer pada tabung pembakaran (Habiby et al., 2024), analisis efisiensi termal kompor biomassa dengan metode Water  Boiling  Test (WBT)  (Aryansyah  et  al., 2022), dan analisis efisiensi termal berdasarkan jumlah lubang pada tabung pembakaran (Pambudi et al., 2019).
Berdasarkan penelitian-penelitian yang dilakukan sebelumnya, terdapat beberapa kendala yang dihadapi  saat  membuat  kompor  biomassa.  Kendala tersebut  diantaranya  efisiensi  termal  kompor  yang belum  optimal,  bahan  baku  pembuat  kompor  yang mudah  mengalami  korosi,  dan  desain  lubang  pada tabung  pembakaran  yang  belum  maksimal.  Masalah tersebut mendorong untuk melakukan penelitian terkait efektivitas dalam merancang kompor biomassa dengan memodifikasi  lubang  udara  primer,  lubang  sekunder, serta  lubang  udara  antara  primer  dan  sekunder.  Oleh karena itu, pengembangan kompor biomass aini penting dilakukan  dengan  berbagai  inovasi  dan  modifikasi untuk memperoleh kompor biomassa dengan performa yang  baik.  Pengembangan  tersebut  tentunya  akan berkontribusi dalam transisi energi alternatif terbarukan dan berkelanjutan.

## Metode
Penelitian  yang  dilakukan  merupakan penelitian eksperimen. Pelaksanaan penelitian dibagi dalam 2 tahapan utama yaitu rancang bangun kompor biomassa  dan  uji  efektivitas  kompos  biomassa. Adapun  alat  dan  bahan  utama  dalam  kegiatan penelitian  yaitu  kipas  AC  220-240V  0,14  A,  plat galvanis , neraca,  pellet  kayu,  minyak  tanah,  dan  air bersih.  Selanjutnya  penelitian  ini  dimulai  dengan mendesain kompor biomassa sesuai gambar berikut :
Gambar  1.  Desain  Rancang  Bangun  Kompor Biomassa
Bahan baku pembuatan kompor biomassa menggunakan  plat  galvanis  dengan  tebal  1  mm  untuk bodi  kompor,  sedangkan  1,5  mm  untuk  tabung pembakaran.  Dalam  tabung  pembakaran  dilakukan variasi  parameter  jumlah  lubang  pembakaran  yang terdiri dari 6 lubang, 12 lubang, 18 lubang, 24 lubang, dan 30  lubang.  Kemudian  kompor  biomassa  diuji pengunaannya untuk mendidihkan air.
Posisi lubang diatur secara merata pada seluruh bagian  tabung  pembakaran.  Pengaturan  lubang dilakukan  untuk  menganalisis  performa  pembakaran dari  parameter  efisiensi  termal  dan  jumlah  konsumsi bahan  bakar.  Dalam  hal ini dimanfaatkan bahan  bakar pellet  kayu  dari  limbah  serbuk  kayu  sisa  industri perkayuan.  Adapun  pengujian  dilakukan  dengan metode  WBT  ( Water  Boiling  Test ).  Menurut  SNI  (2013) perhitungan efisiensi termal dan konsumsi bahan bakar dirumuskan :
𝜂 𝑇 = 𝑚 𝑎 𝐶 𝑎 ∆𝑇 +  ∆𝑚 𝑎 𝐿 ∆𝑚 𝑘 𝐿𝐻𝑉 × 100 (1)
Keterangan:
𝜂 𝑇 = Efisiensi termal (%) 𝑚 𝑎𝑖𝑟 = Massa air (kg)
𝑐 𝑎𝑖𝑟 = Kalor jenis air (4.180 J/kg ℃ ) ∆𝑇 = Selisih suhu ( ℃ ) ∆𝑚 𝑎𝑖𝑟 = Massa air yang menguap (kg) L            = Kalor penguapan air (2.268.000 J/kg) ∆𝑚 𝑘 = Massa bahan bakar yang telah dibakar (kg) 𝐿𝐻𝑉 = Nilai kalor bahan bakar (J/kg)
Adapun  perhitungan  konsumsi  bahan  bakar  biasanya menggunakan persamaan 2.
𝐾𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐵𝑎ℎ𝑎𝑛 𝐵𝑎𝑘𝑎𝑟 = ∆𝑚 𝑘 ∆𝑡 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑢𝑗𝑖𝑎𝑛
(2)
Keterangan:
∆𝑚 𝑘 = Massa bahan bakar yang telah dibakar (kg) Δt pengujian = Lama waktu pengujian (jam)
Hasil  pembuatan  dan  pengujian  kompor  biomassa dianalisis  performanya  menggunakan Microsoft  excel dan Origin  Pro 8.  Hasil  analisis  diinterpretasi  dengan syarat dimana efisensi termal lebih besar sama dengan 20%  memiliki  efektivitas  yang  baik.  Sedangkan  dalam hal  konsumsi  bahan  bakar,  konsumsi  bahan  bakar kurang  dari  1  kg/jam  menginterpretasikan  efektivitas kompor yang baik.

## Hasil dan Pembahasan
Fabrikasi  kompor  biomassa  dari  plat  galvanis berdasarkan  desian  gambar  1  telah  berhasil  dibuat. Selain itu, kompor biomassa berhasil digunakan untuk memasak air hingga mendidih. Bentuk kompor silinder berongga  lebih  memberi  keuntungan  dibandingkan kompor berbentuk kotak. Bentuk silinder mempengaruhi  aliran  udara  yang  masuk  ke  tabung pembakaran.
(a) (b)
(c)
(d)
Gambar  2.  Hasil  Fabrikasi  Kompor  Biomassa  (a)
Tampak  Samping  (b)  Bagian  Dalam  (c)  Tampak Bawah (d) Tabung Pembakaran
Kompor biomassa terbagi dalam 3 lapis tabung.  Tabung pertama dengan diameter 14 cm disebut sebagai tabung pembakaran tempat meletakkan pellet biomassa. Bagian tabung  pembakaran  difabrikasi  dengan  plat  galvanis ketebalan 1,5 mm. Tabung lapis kedua dengan diameter 20  cm  dan  lapis  ketiga diameter  30  cm  dibuat  dengan plat galvanis ketebalan 1 mm. Tabung kedua berfungsi sebagai tempat berkumpulnya supply udara dari kipas dan penghambat panas dari tabung pembakaran keluar dari  kompor.  Sedangkan  tabung  lapis  ketiga difungsikan sebagai rangka kompor biomassa.
(a) (b) (c) (d)
(e)
Gambar 3. Variasi Parameter Jumlah Lubang Pada Tabung Pembakaran (a) 6 Lubang (b) 12 Lubang (c) 18 Lubang (d) 24 Lubang (e) 30 Lubang
Performa  kompor  biomassa  ditinjau  dari efektivitas  jumlah  lubang  pada  tabung  pembakaran. Berdasarkan  desain  gambar  1,  lubang  pada  tabung pembakaran  dibagi  dalam  3  kategori  yakni  lubang udara  primer  sejumlah  20  lubang,  lubang  udara sekunder sejumlah 17 lubang, dan lubang antara primer sekunder  (parameter  lubang  yang  divariasikan).  Hasil fabrikasi  parameter  jumlah  lubang  diwujudkan  pada gambar 3. Adapun pengaturan jumlah lubang dilakukan agar  terjadi  pembakaran  sempurna.  Oleh  karena  itu, jumlah  lubang  akan  mempengaruhi  performa  dari kompor biomassa.
Jumlah bahan bakar efisensi termal dari kompor biomassa dapat dihitung berdasarkan persamaa 1) dan 2).  Jumlah  lubang  akan  mempengaruhi  jumlah  bahan bakar  yang  dibutuhkan  dalam  mendidihkan air  bersih (Tabel 1). Data ini menunjukkan bahwa kompor dengan jumlah  lubang  pembakaran  sebanyak  6  lubang menghabiskan bahan bakar paling sedikit. Berdasarkan data tersebut, meningkatnya jumlah lubang pembakaran  meningkatkan  jumlah  bahan  bakar  yang dibutuhkan. Hal ini terjadi akibat semakin banyak udara yang masuk ke dalam ruang pembakaran.
Tabel 1. Konsumsi Bahan Bakar Kompor Biomassa
No. Jumlah Lubang Pembakaran Δm air (kg) Konsumsi Bahan Bakar (kg/jam) 1 6 0,576 2,306 2 12 0,581 2,323 3 18 0,608 2,431 4 24 0,651 2,606 5 30 0,651 2,604
Selain itu, performa kompor biomassa juga ditinjau dari efisiensi  termal  yang  dihasilkan  oleh  kompor.  Dimana efisiensi  termal  untuk  mengidentifikasi  panas  yang dihasilkan  oleh  kompor  biomassa.  Analisis  dilakukan dengan mensubstitusikan kalor jenis air dan bahan bakar yang  digunakan.  Adapun  kalor  jenis  air  4.180  J/kg ℃ sedangkan  nilai  kalor  bahan  bakar  pelet  kayu  yang digunakan  sebesar  17.665.200  J/kg.  Data  hasil pengukuran dan analisis ditampilkan pada tabel 2.
Tabel  2.  Efisiensi  termal  ( η T )  yang  dihasilkan  oleh kompor biomassa
No Jumlah Lubang Pembakaran ΔT ( ℃ ) Δm air (kg) Δm k (kg) η termal (%) 1 6 68,33 0,53 0,57 14,61 2 12 68,67 0,56 0,58 15,20 3 18 69,00 0,64 0,60 16,17 4 24 69,00 0,59 0,65 14,27 5 30 69,00 0,58 0,65 14,13
Hasil  analisis  efisiensi  termal  menunjukkan  bahwa kompor  biomassa  dengan  jumlah  lubang  pambakaran sebnayak  18  lubang  menghasilkan  efisiensi  tertinggi yakni  16,17%.  Namun  hal  ini  belum  sesuai  dengan standar SNI 7926:2013, dimana efisiensi termal kompor biomassa harus minimal 20%. Oleh karena itu, rancang bangun  kompor  biomassa  yang  telah  dilakukan  perlu dioptimalisasi  kembali  agar  dapat  mencapai  efisiensi termal sesuai standar SNI.

## Kesimpulan
Kompor  biomassa  dari  bahan  plat  galvanis  telah berhasil dibuat sesuai dengan desain gambar. Kompor tersebut  mampu  digunakan  sebagai  kompor  untuk memasak  air  hingga  mendidih.  Fabrikasi  kompor
dengan  meninjau  jumlah  lubang  pada  tabung pembakaran menjadi penting dilakukan. Hal ini terkait dengan  performa  dari  kompor  biomassa  yang  dibuat. Jumlah lubang mempengaruhi jumlah bahan bakar dan efisiensi termal dari kompor biomassa. Oleh karena itu dari  hasil  penelitian  teridentifikasi  bahwa  konsumsi bahan bakar paling sedikit pada lubang pembakaran 6 lubang  sedangkan  efisiensi  tertinggi  pada  lubang pembakaran  18  lubang.  Namun,  nilai  efisiensi  termal belum memenuhi standar SNI 7926:2013 sehingga perlu dilakukan  eksperimen  lanjut  untuk  mengoptimalkan fungsi kerja dari kompor biomassa.

## Ucapan Terimakasih
Penelitian  merupakan  bagian  dari  penelitian  skripsi sebagai  syarat  untuk  memperoleh  gelar  sarjana. Penelitian  di  support  oleh  KPBI  Fisika  Material  dan Laboratorium  Fisika  Lanjut  FMIPA  Universitas Mataram.

## Daftar Pustaka
Aryansyah, M. F., Santoso, H., & Nurdin, M. F. (2022). Analisis Efisiensi Termal Pada Kompor Biomassa Dengan Menggunakan Metode Water Boiling Test (WBT). Journal BEARINGS: Borneo Mechanical Engineering and Science , 1 (1).
Basu, P. (2018). Biomass Gasification, Pyrolysis And Torrefaction: Practical Design And Theory . Academic press.
Djafar, R., Djamalu, Y., Haluti, S., & Botutihe, S. (2017).
Analisis Performa Kompor Gasifikasi Biomassa Tipe Forced Draft Menggunakan Variasi Jumlah Bahan Bakar Tongkol Jagung. Jurnal Technopreneur (JTech) , 5 (2), 90 – 96.
Habiby, M. A., Anggara, M., & Aldrin, A. (2024). Pengaruh Penambahan Saluran Udara Primer dengan variasi Jenis Bahan Bakar Terhadap Efisiensi Termal pada Kompor Biomassa. Jurnal Gear: Energi, Perancangan, Manufaktur & Material , 2 (1), 28 – 33.
Pambudi, P., Widodo, S., & Suharno, K. (2019). Pengaruh Variasi Jumlah Lubang Udara Terhadap Efisiensi Kompor Biomassa. Jurnal Teknik Mesin MERC (Mechanical Engineering Research Collection) , 2 (1).
Rahayu, S., Hilyana, S., Suryani, E., Sari, N. H., & Ali,
M. (2020). Analysis of Wood Pellet Quality from Calliandra Callothyrsus, Gliricida Sepium, and Sawdust As New And Renewable Energy. Proceedings International Conference on Science and Technology (ICST) , 1 , 110 – 115.
Santoso, H., & Iromo, H. (2018). Rancang Bangun Kompor Biomassa Berbahan Dasar Plat Besi dan Beton Dilengkapi Dengan Teknologi Blower. Reaktom: Rekayasa Keteknikan Dan Optimasi, 3(2).
Seveda, M. S., Narale, P. D., & Kharpude, S. N. (2021). Bioenergy Engineering. CRC Press.