## PISTON Journal of Technical Engineering:

## Pengaruh Dimensi Kompor Biomasa Terhadap Performansinya
Ahsonul Anam a) , Sugiono, Dwi Gunadi, dan Dahrudin
Balai Teknologi Bahan Bakar dan Rekayasa Disain (BTB2RD), BPPT
E-mail: a) ahsonul.anam@bppt.go.id
Masuk : 12 April 2017 Direvisi : 22 Mei 2017 Disetujui : 17 Juni 2017
Abstrak: Desain  kompor  berbahan  bakar  biomasa  untuk  keperluan  memasak,  dimaksudkan  untuk  mendapatkan  performa yang  optimal.  Performa  dilihat  dari  efisiensi  pembakaran,  efisiensi  termal,  dan  emisi  gas  buang.  Ketinggian  ruang  bakar kompor biomasa didesain sama dengan diameternya (H = D) atau 1-2 kali diameter (H = 1-2 D). Pada penelitian ini digunakan dua buah kompor dengan perbedaan ketinggian ruang bakar (H 1 = 20 cm dan H 2 = 27 cm), dan diameter (D = 20 cm) dan menggunakan bahan bakar biomas yang sama. Performa dari kedua kompor diukur dari efisiensi termal, laju konsumsi bahan bakar, efisiensi pembakaran dan emisi gas buang. Pemantauan emisi gas buang dianalisa dengan menggunakan gas analyzer portabel. Hasil efisiensi pembakaran kedua kompor berbeda yaitu 99,5% (kompor 1) dan 98,2% (kompor 2). Efisiensi termal dari kompor 1 dan 2 adalah 25,4 dan 11,1%. Laju konsumsi kompor 1 relatif stabil dibandingkan dengan kompor 2 selama pembakaran. Emisi CO yang dihasilkan dari kompor 1 dan 2 adalah 328 dan 555 ppm. Hasil gas buang SO x dari kompor 1 dan 2 adalah 31 dan 38 ppm. Sedangkan emisi gas buang NO x dari tungku 1 dan 2 relatif berbeda dengan nilai 19 dan 13 ppm.
Kata kunci: kompor biomasa, efisiensi pembakaran, efisiensi termal, emisi gas buang
Abstract: Design of the stove based on biomass fuel for cooking system have been performed. The performances are evaluated by burning efficiency, thermal efficiency, and flow gas emission. Design of high (H) and diameter (D) of biomass furnace is 1 until 2 times of the diameter. In this research, the 2 stoves with difference of high of furnace (H 1 = 20 cm and H 2 = 27 cm) and same  of  diameter  (D  =  20  cm)  and  biomass  fuel  was  used.    The  performance  of  stoves  are  measured  from  thermal,  fuel consumption rate, burning efficiency and flow gas emission. Portable gas analyzer is used to monitor of emission gas (CO, SO x , NO x ). The results of burning efficiency of both stoves are different, that is 99.5% (stove 1) and 98.2% (stove 2). Thermal efficiency of stove 1 and 2 are 25.4 and 11.1%, respectively. The consumption rate of stove 1 is relatively stable depend on stove 2 as long as burning time. The CO emission of stove 1 and 2 are 328 and 555 ppm. The results of stove 1 and 2 for SO x emission are 31 and 38 ppm.  The NO x emission of stove 1 and 2 are different with value of 19 and 13 ppm.
Keyword: biomass stove, burning efficiency, thermal efficiency, flow gas emission

## PENDAHULUAN
Bahan  bakar  yang  berasal  dari  fosil  dalam  waktu  akhir-akhir  ini  sudah  mulai  dikurangi  perannya  karena sifatnya yang tidak dapat diperbarui. Selain itu, program konversi bahan bakar minyak ke gas belum bisa diterima sepenuhnya oleh masyarakat, terutama untuk kalangan menengah ke bawah. Di samping itu, terjadi 189 kali kasus ledakan tabung LPG 3 kg antara tahun 2008 hingga 2010 (Pusat Studi Kebijakan Publik, Puskepi), menambah keengganan masyarakat untuk menerima program pemerintah tersebut [1].
Meskipun banyak rumah tangga di Indonesia yang beralih ke kompor modern, namun sekitar 40 persen masih mengandalkan biomasa untuk memasak. Rumah tangga yang menggunakan kayu sedikit menurun dalam beberapa tahun terakhir, dari 49 persen pada tahun 2007 menjadi 40 persen pada tahun 2010 yaitu sekitar 24,5 juta rumah tangga  di  Indonesia  masih  mengandalkan  kayu  sebagai  bahan  bakar  utama  untuk  memasak.  Sekitar  11,7  juta rumah tangga tinggal di Jawa Timur, Jawa Tengah dan Jawa Barat. Kayu tetap menjadi bahan bakar memasak yang dominan di 18 dari 33 propinsi [2].
Biomasa merupakan sumber energi yang jumlahnya banyak tersedia di alam dan dapat diperbarui, sehingga berpotensi untuk dikembangkan menjadi  sumber energi alternatif pengganti energi fosil  [3]. Dari penggunaan
awalnya  yang  berupa  kayu,  kemudian  berkembang  ke  penggunaan  biomasa  yang  telah  diolah  menjadi  briket, tablet ataupun pelet. Kompor biomasa yang ada saat ini masih memiliki performansi yang kurang bagus, misalnya efisensi termal yang rendah serta emisi CO yang tinggi [1,4]. Disain kompor biomasa sangat berpengaruh terhadap performansinya. [5] Disain kompor niasanya disesuaikan dengan peruntukannya. Untuk keperluan rumah tangga, ketinggian (H) ruang bakar kompor briket/biomasa biasanya didisain sama dengan diameternya (H = D) atau 1-2 kali diameter (H = 1-2 D) [1,6,4].

## METODOLOGI
Biomasa dari kayu yang dibuat dengan bentuk tertentu yang seragam (nilai kalor 4.500 kkal/kg) digunakan sebagai bahan bakar. Pada penelitian ini, digunakan dua buah kompor dengan dimensi ruang bakar yang berbeda ketinggiannya, yaitu 20 cm (kompor 1) dan 27 cm (kompor 2), sedangkan dimeter ruang bakarnya sama yaitu 20 cm.  Bukaan  udara  untuk  mengatur  udara  pembakaran  yang  masuk  ke  ruang  bakar  dibuka  penuh  (Gambar  1). Sedangkan pengisian bahan bakar biomasa dilakukan sekali isi (sistem batch ) sesuai dengan kapasitas ruang bakar masing-masing kompor. Untuk kompor 1 adalah 1,5 kg sedangkan untuk kompor 2 adalah 2 kg.
Gambar 1 . Skema kompor dengan bukaan udara primer penuh.
Sebelum digunakan sebagai bahan bakar, biomasa diuji karakteristiknya yaitu uji proksimat, ultimat dan nilai kalor  berdasarkan  metode  ASTM  D5373  [7].  Evaluasi  performansi  ke  dua  kompor  difokuskan  pada  tingkat efisiensi termal, efisiensi pembakaran, laju konsumsi bahan bakar dan emisi pembakarannya.
Untuk pengujian efisiensi termal, pengujian dilakukan dengan metode pendidihan air sebanyak 2 liter dalam panci sampai suhu air mencapai 100 derajat C. Pada saat suhu air sudah mencapai 100 derajat C, maka diganti dengan panci yang berisi air sebanyak 2 liter yang baru, sampai panci terakhir, yaitu suhu air tidak bisa mencapai 100 derajat C, pengujian dihentikan. Saat pengujian dilakukan pencatatan parameter performansi kompor antara lain suhu ambien, suhu awal air dalam panci, suhu akhir air dalam panci, suhu api tepat di bagian atas kompor, suhu dinding kompor bagian atas dan bawah. Pengujian efisiensi termal dilakukan dengan menempatkan 6 titik pengukuran  yaitu  2  titik  pada  lidah  api,  1  titik  pada dinding  kompor  bagian  atas,  1  titik  pada dinding  kompor bagian bawah, 1 titik udara ambien dan 1 titik air dalam panci (Gambar 2). Sistem pengukuran suhu menggunakan data  logger  dengan  sisitem  menyimpanan  data  pada  waktu  cuplik  1  menitan.  Panas  yang  digunakan  untuk mendidihkan air dibandingkan dengan kandungan kalori dalam bahan bakar digunakan sebagai dasar perhitungan efisiensi termal, seperti terlihat pada rumus 1.
Efisiensi termal dihitung menggunakan rumus (1) di bawah  ini :
𝜂 𝑇 = 𝑚 𝑤 .𝐶 𝑝𝑤 ∆𝑇 𝑤 𝐻𝐻𝑉 𝑓𝑢𝑒𝑙
(1) dimana: η T = Efisiensi termal (%) m w = Massa Air (kg) Cp w = Kapasitas Panas Air (Kkal/kg.K) ΔT w
= Suhu Air Akhir – Suhu Air Awal (K) HHV fuel = Nilai kalor bahan bakar (Kkal/kg)
Untuk  pengujian  efisiensi  pembakaran,  laju  konsumsi  dan  uji  emisi  (Gambar  3),  pelaksanaan  pengujian dilakukan secara bersamaan dalam suatu ruangan yang didisain khusus sebagai  simulasi dapur yang dilengkapi dengan  cerobong  untuk  pengukuran  emisi  gas  buang  CO,  SO x ,  dan  NO x menggunakan  gas  analyzer  [8]. Pengukuran dilakukan dengan menempatkan kompor uji di atas timbangan sehingga pengurangan bahan bakar dapat dipantau dan direkam  dengan interval waktu tertentu (2 menit), dimulai saat bahan bakar mulai terbakar sampai  dengan  nyala  api  dalam  ruang  bakar  padam.  Bersamaan  itu  pula  pada  akhir  pengujan,  dilakukan  uji kandungan  karbon  dalam  abu  sisa  pembakaran  ( unburn  carbon )  menggunakan  metode  ASTM  D5373 1) ,  yang digunakan untuk menghitung efisiensi pembakaran menggunakan rumus 2.
Gambar 3. Skema pengujian efisiensi pembakaran, laju konsumsi bahan bakar dan emisi.
Efisiensi Pembakaran dihitung berdasarkan konversi atom karbon yang ada dalam bahan bakar dan dalam abu sisa pembakaran menggunakan rumus (2) di bawah ini :
𝜂 𝑐𝑜𝑚𝑏 = 𝐶 𝑓𝑢𝑒𝑙 −𝐶 𝑎𝑠ℎ 𝐶 𝑓𝑢𝑒𝑙 (2)
dimana : η comb = Efisiensi pembakaran (%) C fuel
= karbon dalam bahan bakar (kg) C ash = karbon dalam abu hasil pembakaran (kg)

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil pengujian efisiensi termal kedua kompor ditampilkan dalam bentuk grafik profil suhu pada Gambar 4. Profil suhu yang ditampilkan hanya pada 3 titik pengukuran utama yaitu 2 titik pengukuran lidah api dan 1 titik di air dalam panci.
0 40 80 120 160 200 150 300 450 600 190 380 570 760 26 52 78 104 Waktu (menit) Lidah Api 1 Air Lidah Api 2 Su hu ( o C ) Su hu ( o C ) Su hu ( o C ) 0 20 40 60 80 100 170 340 510 680 170 340 510 680 26 52 78 104 Lidah Api 1 Su hu ( o C ) Waktu (menit) Air Lidah Api 2 Su hu ( o C ) Su hu ( o C ) (a) (b)
Gambar 4 . Hasil Uji a) Kompor 1 dan b) Kompor 2.
Dari Gambar 4, khususnya grafik profil suhu air dalam panci, puncak grafik adalah siklus suhu air mencapai 100 o C  dan  1  siklus  pendidihan  air  dimulai  dari  suhu  ambien  sampai  dengan  suhu  air  mencapai  100 o C.  Pada kompor 1 (Gambar 4a), mampu mendidihkan air 2 liter sebanyak 11 kali, sedangkan kompor 2 (Gambar 4b) hanya mampu mendidihkan air 2 liter sebanyak 7 kali. Efisiensi termal kompor 1 adalah 25,4 % sedangkan kompor 2 sebesar 11,1 %.
Suhu di lidah api pada kompor 1 mencapai 600 o C dan berlangsung sekitar 66  menit pertama dan berhasil mendidihkan air sebanyak 8 kali, setelah itu suhu lidah api mulai menurun namun masih mampu mendidihkan air sebanyak 3 kali lagi selama 105 menit dengan siklus yang mulai merenggang. Pada kompor 2, suhu di lidah api mencapai rata-rata sekitar 700 o C namun bertahan hanya sekitar 37,5 menit dan berhasil mendidihkan air sebanyak 4  kali.  Setelah  itu,  suhu  lidah  api  mulai  menurun  sampai  sekitar  500 o C  dan  masih  mampu  mendidihkan  air sebanyak 3 kali dan berlangsung selama 60 menit dengan siklus yang mulai merenggang.
Laju konsumsi bahan bakar kedua kompor ditampilkan dalam bentuk grafik seperti terlihat pada Gambar 5 sebagai berikut :
0 15 30 45 60 75 90 0 15 30 45 60 Konsums i B ahan Bak ar (g) Waktu (Menit) Kompor 1 0 20 40 60 80 100 120 0 15 30 45 60 Waktu (Menit) Kompor 2 Konsums i B ahan Bak ar (g) (a) (b)
Gambar 5. Konsumsi bahan bakar pada a) kompor 1 dan b) kompor 2
Dari Gambar 5a, laju konsumsi bahan bakar pada kompor 1 tertinggi terjadi pada 12 menit pertama dengan jumlah  konsumsi  bahan  bakar  sebanyak  330  gram  atau  ekuivalen  dengan  laju  27,5  g/menit.  Sementara,  untuk mencapai suhu rata-rata 600 o C, laju konsumsi bahan bakar rata-rata sekitar 17 g/menit. Konsumsi bahan bakar mengalami  penurunan  pada  rentang  14  –  48  menit  (relatif  stabil)  dengan  laju  rata-rata  20  g/menit.  Kemudian terjadi penurunan tajam laju konsumsi bahan bakar pada menit ke 50 sampai bahan bakar habis terbakar (menit ke 78). Jadi kompor 1 berperformansi secara efektif sekitar 50 menit.
Dari Gambar 5b, laju konsumsi bahan bakar pada kompor 2 tertinggi terjadi pada 10 menit pertama dengan jumlah konsumsi bahan bakar sebanyak 214 gram atau dengan laju konsumsi 21,4 g/menit. Namun setelah itu, terjadi penurunan laju konsumsi bahan bakar yang tajam sampai bahan bakar habis terbakar pada menit ke 132,
Efisiensi  Pembakaran  dihitung  berdasarkan  perbandingan  konversi  karbon  yang  ada  dalam  bahan  bakar sehingga tersisa dalam abu pembakaran menggunakan rumus (2). Hasil analisa kandungan karbon dalam bahan bakar dan dalam abu sisa pembakaran disajikan dalam Tabel 1 sebagai berikut :
Tabel 1. Kandungan Karbon dalam Bahan Bakar dan dalam Abu Sisa Pembakaran
Parameter Kompor 1 (g) Kompor 2 (g) C Awal 95,17 95,17 C Akhir 0,48 1,75
Efisiensi  pembakaran  kompor  1  adalah  99,5  %  sedangkan  kompor  2  sebesar  98,2  %.  Kedua  kompor menunjukkan efisiensi pembakaran yang tidak jauh berbeda.
Emisi pembakaran menggambarkan emisi gas CO, NO x dan SO x selama bahan bakar dibakar. Ketiga jenis gas tersebut sangat berbahaya bagi seseorang yang selalu berada di dekat kompor selama kegiatan memasak. Hasil uji emisi kompor 1 dan 2 ditunjukkan pada Gambar 6.
0 20 40 60 80 100 0 230 460 690 920 0 11 22 33 0 28 56 84 112 Konse ntr asi ( pp m) Waktu (menit) CO Konse ntr asi ( pp m) NO Konse ntr asi ( pp m) SO 2 0 50 100 150 200 0 550 1100 1650 0.0 9.5 19.0 28.5 0 29 58 87 116 Konse ntr asi ( pp m) Waktu (menit) CO Konse ntr asi ( pp m) NO Konse ntr asi ( pp m) SO 2 (a) (b)
Gambar 6. Hubungan konsentrasi emisi gas buang terhadap waktu pada a) kompor 1 dan b) kompor 2
Pada  kompor  1,  emisi  SO x yang  dihasilkan  selama  pembakaran  rata-rata  31  ppm  (minimal  4  ppm  dan maksimal  102  ppm),  sedangkan  kompor  2  emisi  SO x yang  dihasilkan  selama  pembakaran  rata-rata  38  ppm (minimal 17 ppm dan maksimal 107 ppm). Sementara emisi NO x yang dihasilkan kompor 1 selama pembakaran
rata-rata 19 ppm (minimal 1 ppm dan maksimal 36 ppm), sedangkan kompor 2 emisi NO x yang dihasilkan selama pembakaran rata-rata 13 ppm (minimal 2 ppm dan maksimal 31 ppm). Selain itu, emisi CO yang dihasilkan oleh kompor 1 selama pembakaran rata-rata 328 ppm (minimal 12 ppm dan maksimal 792 ppm), sedangkan kompor 2 emisi CO yang dihasilkan selama pembakaran rata-rata 555 ppm (minimal 13 ppm dan maksimal 1719 ppm).
Dari Gambar 6 secara umum  terlihat bahan konsentrasi tertinggi dihasilkan pada  menit awal pembakaran, namun setelah itu berkecenderungan menurun.

## KESIMPULAN
Desain  kompor berbahan bakar biomasa  untuk  tungku bakar 1 dan 2 dianalisa berdasarkan dimensi  untuk mendapatkan performa yang optimal. Performa kompor biomasa 1 lebih baik dibandingkan kompor 2 dengan nilai efisiensi pembakaran yaitu 99,5% (kompor 1) dan 98,2% (kompor 2). Sementara itu, efisiensi termal dari kompor 1 dan 2 adalah 25,4 dan 11,1%. Emisi gas buang dari kompor 1 yaitu CO = 328 ppm, SO x = 31 ppm, dan NO x = 19 ppm. Sedangkan  kompor  2  memiliki emisi  gas buang  CO = 555 ppm,  SO x = 38 ppm, dan  NO x = 13 ppm. Dengan demikian, performa kompor 1 relatif lebih baik dibanding kompor 2.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]. Resiana  Winata,  Perancangan  dan  Optimasi  Kompor  Gas  Biomasa  yang  Beremisi  Gas  CO  rendah Menggunakan Bahan Bakar Pelet Biomasa dari Limbah Bagas, FT UI, 2012
[2]. The Apex Consulting Group, Kasus Kompor Biomassa Bersih di Indonesia, Sebuah Inisiatif Pemerintah Indonesia dan Bank Dunia, 2013
[3]. Dijan Supramono dan Resiana Winata, Unjuk Kerja Kompor Gas Biomassa dengan Bahan Bakar Pellet Biomassa dari Limbah Bagas Tebu, Seminar Nasional Teknik Kimia Indonesia dan Musyawarah Nasional APTEKINDO, 2012
[4]. Rahmad  Hari  Purnomo,  Endo  Argo  Kuncoro,  Dian  Wahyuni , Rancang  bangun  dan  uji  teknik  kompor berbahan bakar limbah biomasa pertanian, Buana Sains, Vol.14 No.2: 71-78, 2014.
[5]. Arga Setia Tama, Sarwono dan Ronny Dwi Noriyanti, Perancangan Kompor Briket Biomass untuk Limbah Kopi, Jurnal Teknik Pomits Vol 1 No 1, 2012.
[6]. SNI 7498 : 2008, Kompor Briket Batubara
[7]. Annual Book of Standards ASTM-D5373, 2014 [8]. --, Method 3 USEPA, Gas Analysis for Carbon Dioxide, Oxygen, Excess Air, and Dry Molecular Weight, California: Air Resources Board, 1999.