## PENINGKATAN PERFORMA HASIL PEMBAKARAN MENGGUNAKAN MIXING COMBUSTION CHAMBER PADA KOMPOR BERBAHAN BAKAR BIOGAS MENUJU DESA MANDIRI ENERGI DI YOGYAKARTA
1 2
K r i s   H a r i y a n t o   ,   B e n e d i c t u s   M a r d w i a n t a
1Prodi Teknik Penerbangan,  2Prodi Teknik Mesin Sekolah Tinggi Teknologi Adisutjipto Jalan Janti Blok R Lanud Adisutjipto, Yogyakarta 1krishariyanto76@gmail.com

## Abstract
Biogas  is an  alternative  energy sources  as a  substitute fo r fossil fuels  in household activities daily,  but  there are  obstacles  in  the  use  o f  biogas,  namely  the difficulty o f  arranging a flam e that  is  stable  and fu e l  consumption  relatively  less  efficient  biogas.  So  it  takes  a  design development system  that will  produce  a  burning stove  produces  biogas-fueled  stove fits  the purpose  o f  research,  on  the  other  hand  biogas  stove  should  be  simple,  cheap  production price,  maximum  efficiency  and  safe  to  use.  Stages  in  the  study  include:  desk  assessment, creation  o f   objective  requirements  desing,  manufacture  conceptual  and  basic  design, manufacture  real  stove.  As  fo r   knowing  the  performance  o f   the  stove  carried  ujji  stove performance are:  test flam e  stability and efficiency.  The  results  showed that the  efficiency o f the biogas  stove design  results  in  only 31 percent higher  than  the  efficiency o f  biogas stoves old design,  while  the fu e l consumption o f  biogas stoves new design  is  16 percent lower when compared with fu e l  consumption  o f  biogas  stoves  old design.  In  terms  o f  manufacture  and ease  o f  repair and maintenance  o f  gas  cookers  new  design  is  more  easily repaired and easy to make and simple in form  compared with  the old design biogas stoves.
Keywords:  design,  efficiency,  biogas stoves, fu e l consumption

## Abstrak
Biogas  merupakan  sumber  energi  alternatif sebagai  pengganti  bahan  bakar  dari  fosil dalam kegiatan rumah tangga sehari-hari, Namun terdapat kendala dalam penggunaan biogas yaitu  sulitnya mengatur nyala api  agar  stabil  dan  konsumsi  bahan bakar biogas  yang relative kurang efisien.  Sehingga dibutuhkan pengembangan  desain sistem pembakaran kompor yang akan menghasilkan  menghasilkan  kompor berbahan bakar  biogas  sesuai  tujuan penelitian,  di sisi  lain  kompor  berbahan  bakar  biogas  harus  sederhana,  harga  produksi  murah,  efisiensi maksimum  dan  aman  digunakan.  Tahapan  dalam  penelitian  ini  meliputi: desk  assessment, pembuatan design  requirement  objective, pembuatan  konseptual  dan  rancangan  dasar, pembuatan  riil  kompor.  Sedangkan  untuk  mengetahui  unjuk  kerja  kompor  dilakukan  uji unjuk kerja kompor yaitu:  uji  stabilitas  nyala api  dan  efisiensi.  Hasil penelitian menunjukkan bahwa  nilai  efisiensi  kompor  biogas  hasil  desain  baru  31  persen  lebih  tinggi  dibandingkan dengan  nilai  efisiensi  kompor  biogas  desain  yang  lama,  sedangkan  konsumsi  bahan  bakar kompor  biogas  desain  baru  adalah  16  persen  lebih  rendah  jika  dibandingkan  dengan
konsumsi  bahan  bakar  kompor  biogas  desain  yang  lama.  Sedangkan  dari  segi  pembuatan serta  kemudahan  dalam  perbaikan  dan  perawatan  kompor  gas  desain  baru  lebih  mudah diperbaiki  dan mudah dibuat  serta sederhana bentuknya dibandingkan dengan kompor biogas desain yang lama.
Kata kunci:  desain,  efisiensi,  kompor biogas,  konsumsi bahan bakar

## 1 . P e n d a h u l u a n
Sepanjang  tahun  2010  sampai  dengan  2011  Kementrian  Lingkungan  Hidup  telah membantu  penerapan  teknologi  biogas  di  beberapa  sentra  ternak  sapi  di  dua  kabupaten Daereah  istimewa Yogyakarta,  yaitu  kabupaten  Kulon  Progo  dan  Kabupaten  Bantul  dengan biaya  dari  APBN.  Sesuai  dengan  road  map  pengembangan  energi  terbarukan  propinsi  DIY target  tahun  2025  biogas  5000  unit  terpasang  dan  Desa  Mandiri  Energi  (DME)  dan  sesuai dengan  rencana  umum  energi  daerah  (RUED)  propisni  DIY  kecamatan  Berbah  merupakan salah  satu  wilayah  yang  potensi  untuk  pengembangan  biomassa  (biogas)  sebagai  sumber energi  alternatif.
Saat  ini  sudah  hampir  25%  dari  jumlah  penduduk  di  desa  tersebut  menggunakan kompor  berbahan  bakar  biogas,  di  mana  sistem  pembakaran  ini  digunakan  utuk  keperluan memasak  sehari-hari,  namun  terdapat  sebuah  kendala  yaitu  sulitnya  mengatur  nyala  api biogas  agar  stabil  dan  penggunaan  biogas  yang  relatif  kurang  efisien  jika  dilihat  dari konsumsi  pemakaian bahan bakar  dengan  kandungan metana yang rendah  (Sugiyono,  2010). Untuk mencari penyelesaian permasalahan tersebut,  perlu diadakannya penelitian lebih lanjut mengenai  sistem pembakaran efisien yang dihasilkan oleh kompor berbahan bakar biogas Parameter  dimensi  terpenting  dari  desain  burner  biogas  adalah  sebagai  berikut  (Seadi,  dkk, 2008, Engineering  design  and  economic  evaluation  o f  a  fam ily-sized  biogas  project  in Nigeria, Itodo,  dkk,  2007):
• Diameter jet (do)
• Panjang lubang masukan angin diukur dari ujung jet (Lmaks)
• Panjang dari mixing pipe (L)
• Jumlah dan diameter lubang port burner (dH)
• Tinggi  dari kepala burner (H)
Diameter Jet (do)
(D
Di mana Vf adalah laju aliran bahan bakar (m3/jam) diperoleh dari persamaan (2)
d = diameter selang karet
Ap = dihitung dari manometer
S = massa jenis udara =  1.2 kg/m3
L = jarak antara manometer
Diameter mixing pipe (d)
d = 6d0
(3)
Panjang lubang masukan udara (L)
L maks(mm) = 7d L min (mm) =  1.35d
(4)
Diameter mixing chamber (D)
D  (mm) =  1.30d (5) Panjang mixing chamber (L)
L =  1.50D (6) Jumlah lubang burner (n) n = 20do2 (7)
Diameter lubang p o rt burner (dH)
dH = 2.5  mm
Sedangkan untuk efisiensi  sebagai berikut  :
£ qty o f commodity (g or 1) time taken (min)
Di mana  :
Q
= kuantitas  aliran udara (m3/jam)
c = penurunan tekanan pada pipa, untuk pipa plastik halus  c = 2.80
Ap = penurunan tekanan
d = diameter hose
S = massa jenis udara
L = jarak antara manometer
Sehingga efisiensi sebuah burner dapat digunakan dengan persamaan berikut ini:

## 2 . M e t o d e
Penelitian  dilakukan  dengan  menggunakan  metode  kualitatif untuk  memenuhi  tujuan dari  penelitian  berupa  data  yang  menunjukkan  peningkatan  kualitas  hasil  pembakaran  atau performa dari kompor biogas.

## 2 . 1 M e t o d e   P e n g u m p u l a n   D a t a
Data  awal  sebagai  referensi  penelitian  dilakukan  dengan  melakukan  pengamatan terhadap  kompor biogas  yang  saat  ini  banyak  beredar  di  pasaran  dan  sering  digunakan  oleh masyarakat.  Setelah  itu  dilakukan  pengujian  performa  kompor  tersebut  untuk  kemudian ditentukan  bagian  yang  harus  dilakukan  modifikasi.  Selain  itu juga  dilakukan  pengambilan data  melalui  kuisoner  yang  diberikan  kepada  masyarakat  yang  telah  mengunakan  kompor berbahan bakar biogas.
Selanjutnya  adalah  melakukan  desain  kompor  biogas  menggunakan  persamaan  di  atas sehingga diperoleh dimensi kompor tersebut.
Adapun  modifikasi  yang  dilakukan  adalah  dengan  memvariasi  arah  sudut  pancar  pada kepala  burner  menjadi  tiga  variasi  yaitu  horizontal,  45o  dan  vertikal,  seperti  terlihat  pada gambar berikut :

## pilllllllllllllfl^
Gambar 1. Burner cup dengan arah lubang vertikal
Gambar 2. Burner cup dengan arah lubang horisontal
Gambar 3. Burner cup dengan arah lubang 45o
Setelah  itu  dilakukan  proses  manufakturing  sehingga  hasil  Dari  desain  teknis  tersebut kemudian  dilanjutkan  proses  manufaktur  dan  setelah  itu  dilakukan  uji  fungsi  untuk mengetahui  performa  kompor  biogas  tersebut.  Instalasi  pengujian  performa  kompor  biogas dapat dilihat pada gambar berikut:
t a b ir u   penampung ttio g js
Gambar 4.  Instalasi percobaan
Pada  setiap  pengujian,  hal  yang  perlu  dilakukan  adalah  pengukuran  dan  pencatatan meliputi  efisiensi  kompor  biogas  dan  stabilitas  nyala  api.  Pengujian  dilakukan  untuk memasak  1  liter beras dan  1  liter air,  dimana untuk waktu pemasakan dicatat.

## 2 . 2 M e t o d e   A n a l i s i s   D a t a
Data  yang  diperoleh  dari  pengumpulan  data  selanjutnya  di  analisa  secara  kualitatif dengan  melakukan  pencatatan  hasil  melalui  uji  fungsi  dari  kompor  biogas  tersebut  sehingga diketahui  performanya  dan  data  tersebut  kemudian  ditampilkan  dalam  bentuk  tabel  serta grafik sehingga akan mudah dalam melakukan analisa.

## 3 . H a s i l   d a n   P e m b a h a s a n
Desain  teknis  dari  kompor  biogas  didapatkan  dengan  melakukan  perhitungan  dimensi sehingga di  dapatkan dimensi kompor sebagai berikut:
Tabel  1.  Hasil perhitungan awal dimensi kompor biogas
N a m a K o m p o n e n k o m p o r D i m e n s i Mixing tube 127.5  mm Tinggi  kompor 90 mm Tinggi  cup 20 mm Diameter cup 96 mm Jumlah lubang api 35  lubang Tinggirangka pendukung 200 mm Lebar rangka kompor 200 mm
Desain teknis kompor biogas  adalah sebagai berikut  :
Gambar 5.  Tampak atas desain kompor hasil perhitmigan.
Gambar 6.  Tampak atas desain kompor hasil perhitungan
Gambar 7.  Foto kompor setelah dirakit
Gambar 8.  Foto kompor biogas yang sudah di finishing
10
b   b   b tn  In  In fe o   o c n o i o i s f t t o o c o i »
arah  sudut pancar burner  cup
Gambar 9.  Grafik perbandingan waktu yang dibutuhkan untuk mencapai  100°C masing-masing pengujian
o o o u - i u - i L n o o o

## O l Œ l Œ l ' t f T l - T f r C C C O C O
Arah  sudut  pancar  burner cup
Gambar 10.  Grafik perbandingan memasak untuk mendidihkan air masing-masing percobaan
Gambar 11. Grafik perbandingan konsumsi biogas untuk mendidihkan air masing-masing percobaan
90 ° 90 ° 90 ° 45 ° 45 ° 45 ° 180 ° 180 ° 180 °
Arah  sudut  pancar burner  cup
Gambar 12..  Grafik perbandingkan waktu yang dibutuhkan untuk mematangkan beras  150g

## Arab  sudut  pancar burner  cup
Gambar 13.  Grafik perbandingan tingkat memasak untuk mematangkan 150g beras
3
g 2,9 E —2,8 3 ^ 2 7 03 2,6 I I I Arah  sudut  pancar burner  cup n n °   n n °   n rf> n c ° n c ° a c® 'i o n ^ o i
Gambar  14.  Grafik perbandingan konsumsi biogas untuk mematangkan  150g beras Dari  grafik  tersebut  terlihat  dengan jelas  bahwa  untuk  mendidihkan  air  dan  memasak beras,  waktu  yang  dibutuhkan untuk  mencapai  kondisi  air  mendidih  dan  beras  masak  paling
cepat  di  dapat  dari  hasil  pembakaran  menggunakan burner  cup yang  lubang  pancarnya membentuk sudut 45o  disusul  selanjutnya oleh burner cup vertikal  dan burner cup horisontal memerlukan waktu paling lama untuk mendidihkan atau memasak beras hingga masak.
Untuk  konsumsi  penggunaan  biogas  selama  proses  untuk  mendidihkan  air  dan memasak  beras, burner  cup dengan  sudut  45o  memerlukan  kuantitas  biogas  yang  relatif paling  sedikit,  disusul  oleh burner  cup horisontal  dan  konsumsi  biogas  paling  banyak dihasilkan  oleh burner  cup vertikal.  Hal  tersebut  terjadi  karena  pada burner  cup  vertikal, panas  hasil  pembakaran terfokus  pada bagian tengah bidang pemanasan pada panci  sehingga waktu  yang  dibutuhkan  untuk  memanaskan  seluruh  bidang  pemanasan  lebih  lama  sehingga konsumsi biogas yang diperlukan juga relatif lebih banyak.
Pembahasan  tersebut  di  dukung  oleh  hasil  observasi  nyala  api  yang  dihasilkan  oleh ketiga arah lubang pancar burner cup. Pada burner cup yang mempunyai  arah lubang pancar vertikal  terlihat  nyala  api  relatif lebih  tinggi  apabila  dibandingkan  dengan burner  cup yang memiliki  arah  lubang  pancar  horisontal  dan  45o,  hal  tersebut  mengindikasikan  bahwa konsumsi  penggunaan biogas  selama pemakain  relatif lebih  banyak.  Sedangkan  pada burner cup yang  memiliki  sudut  pancar  horisontal  memiliki  ketinggian  nyala  api  relatif  paling rendah,  hal tersebut dikarenakan jarak aliran masukan hingga keluar menjadi nyala api relatif lebih panjang,  sehingga penggunaan  konsumsi  bahan bakar  relatif lebih banyak,  namun jika dibandingkan dengan burner cup dengan arah lubang pancar vertikal terlihat konsumsi bahan bakar biogas relatif lebih sedikit untuk melakukan kerja, hal tersebut disebabkan karena nyala api  berada  pada  diameter  terluar  dari burner  cup sehingga  nyala  api  yang  dihasilkan mempunyai radius relatif lebih besar dan dapat memenuhi panas yang diperlukan oleh bidang pemanasan.  Sedangkan untuk burner cup dengan arah lubang pancar 45o ketinggian nyala api yang  dihasilkan  lebih  tinggi  jika  dibandingkan  dengan burner  cup dengan  sudut  pancar horisontal.
Gambar  15.  Foto nyala api burner cup lubang pancar vertikal
Gambar 16. Foto nyala api burner cup lubang pancar 45o
Gambar.17.  Foto nyala api burner cup lubang pancar horisontal.

## 4 . K e s i m p u l a n
Berdasarkan  pembahasan  di  atas,  maka  dapat  diambil  kesimpulan  sebagai  berikut: Penggunaan  kompor  biogas  dengan burner  cup arah  pancar  45o  relatif mampu  mengurangi penggunaan  konsumsi  bahan  bakar  biogas  dan  waktu  untuk  memasak  apabila  dibandingkan dengan  kompor  gas  yang  menggunakan burner  cup arah  pancar  vertikal  dan  horisontal
sehingga  efisiensi  pembarakaran  relatif  lebih  baik.  Stabilitas  dan  nyala  api  kompor  gas dengan burner cup arah pancar 45o relatif lebih  stabil  dibandingkan dengan kompor gas  yang menggunakan burner cup vertikal  dan horisontal.
U c a p a n   T e r i m a   K a s i h
1. Terima kasih  kepada Direktorat  Jenderal  Pendidikan  Tinggi  yanga telah  mendanai penelitian  ini  sesuai  dengan  Surat  Penugasan  Pelaksanaan  Penelitian  (SP3)  Disentralisasi Dikti Tahun Anggaran 2015 Nomor:  030/HB-LIT/III/2015  tanggal 25  Maret 2015.
2. Terima  kasih  kepada  KP4UGM  yang  telah  memperbolehkan  melakukan pengambilan data.
3. Terima  kasih  kepada  masyarakat  Berbah  khususnya  Dusun  Blendangan  yang berkenan memberikan keterangan mengenai penggunaan kompor biogas.

## D aftar P ustaka
Engineering  design  and  economic  evaluation  o f  a family-sized  biogas  project  in  Nigeria.
[Online]. Available:
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0166497299001054,
diakses tanggal  12  September 2015.
Itodo,  I.N.,  Agyo,  G.E.,  and  Yusuf,  P.,  2007, Performance  evaluation  o f  a  biogas  stove fo r cooking in Nigeria, J.  Energy South Africa.,  vol.  18,  no.  3, p.  15. Seadi,  T.A.,  Rutz,  D.,  Prassl,  H.,  Köttner,  M.,  Finsterwalder,  T.,  Volk,  S.,  and  Janssen,  R., 2008, Biogas handbook, University o f Southern Denmark Esbjerg,  Esbjerg. Sugiyono,  A.,  2010, Pengembangan  Energi  A lternatif  di  Derah  Istimewa  Yogyakarta: Prospek Jangka Panjang, Proceeding Call  for Paper  Seminar Nasional VI  Universitas Teknologi Yogyakarta,  pp.  1-13.