## KAJIAN PINDAH PANAS TUNGKU BIOMASSA DAN HEAT EXCHANGER PADA ALAT PENGERING HYBRID BERBAHAN BAKAR LIMBAH BIOMASS
Heat Transfer Study on Biomass Furnace and Heat Exchanger of Biomass Waste Hybrid Type Dryer
Oleh :
Guyup Mahardhian Dwi Putra 1 , Diah Ajeng Setiawati 1 , Sri Hartini 2
1 Program Studi Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pangan Dan Agroindustri Universitas Mataram
2 Alumni mahasiswa Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor E-mail : guyup.mahardhian@yahoo.co.id

## ABSTRACT
Objective of this research was to conduct performance test on additional heat system of Green House Effect (ERK) dryer type. Experimental research methodology was conducted by analyzing heat losses on  wall  furnaces,  bottom  of  furnace,  ventilation  of  furnace,  and  analyzing  heat  received  by greenhouse  from  heat  exchanger.  The  experimental  result  showed  that  the  greatest  heat  losses occured on wall furnace as much as 79.41% and the drying process efficiency of furnace system and heat exchanger as much as 14.48%.
Keywords: biomass furnace, heat exchanger, efficiency

## ABSTRAK
Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  melakukan  uji  kinerja  pada  sistem  pemanas  tambahan  pada  alat pengering  ERK.  Metodologi  yang  dilakukan  adalah  dengan  melakukan  penelitian  eksperimental dengan  menganalis  kehilangan  panas  pada  dinding  tungku,  kehilangan  panas  pada  dasar  tungku, kehilangan  panas  pada  lubang  udara  tungku  dan  menganalisis  panas  yang  diterima  rumah  kaca  dari pipa heat  exchanger .  Hasil  dari  penelitian  ini  diperoleh  kehilangan  panas  terbesar  terdapat  pada dinding tungku sebesar 79,41 % dan nilai efisiensi sistem tungku dan HE proses pengeringan sebesar 14.48%.
Kata kunci : tungku biomassa, heat exchanger , efisiensi

## PENDAHULUAN
Salah satu alat pengering yang menggunakan energi surya adalah pengering tipe Efek Rumah Kaca (ERK). Keuntungan dari tipe pengering  ini  adalah  desain  yang  tidak  terlalu rumit,  pengoperasian  yang  sederhana,  bahan pembuatan  alat  yang  mudah  diperoleh,  dan produk  tidak  terkontaminasi  oleh  benda  asing (Nelwan,1997).  Pada  prakteknya  pengering  ini juga  mempunyai kekurangan yaitu radiasi surya yang  sampai  ke  permukaan  bumi  sangat bergantung  pada  waktu  dan  cuaca.  Untuk mengatasi  masalah  tersebut  maka  pengering  ini perlu  diberi  pemanas  tambahan  sehingga  alat pengering  ini  dapat  digunakan  kapan  saja  dan tidak  bergantung  pada  cuaca  dan  dapat
dioperasikan  malam  hari.  Usaha  yang  umum digunakan  adalah  dengan  penggunaan  pemanas tungku biomassa. Penggunaan biomassa sebagai bahan bakar berdasarkan atas beberapa pertimbangan,  yaitu  nilai  ekonomisnya  rendah namun  memiliki  nilai  kalor  yang  tinggi,  murah dan  mudah  didapat  karena  biomassa  banyak dijumpai  dimana  saja,  contohnya  limbah pertanian.  Pada  penelitian  ini  bahan  bakar  yang digunakan  berupa  kayu.  Menurut  Wijaya  2007, kayu dengan nilai kalor berkisar 18799,10 kJ/kg menghasilkan energi cukup besar untuk menyuplai energi pengeringan. terutama pada malam hari

## METODOLOGI PENELITIAN
Perpindahan  panas  akibat  pembakaran bahan  bakar  terjadi  secara  konduksi,  konveksi dan radiasi. Pada keadaan mantap ( steady state ), kehilangan  panas  dari  hasil  pembakaran  terjadi melalui  permukaan  dinding  tungku  dan  melalui saluran  udara  serta  gas-gas  hasil  pembakaran, sedangkan  untuk  aliran  kalor  merupakan gabungan proses konduksi, konveksi dan radiasi serta  dapat  dinyatakan  dengan  koefisien  pindah panas menyeluruh (Holman, 1981).
Gambar 1. Desain Tungku Biomassa
Kehilangan  panas  pada  dinding  tegak  tungku didekati  dengan  persamaan  (Holman,  1981):
... (1) ................................................. (2) ............................................. (3) ......................................................... (4) ................................................ (5) Kehilangan  panas  pada  dinding  dasar  tungku (Q L2 ) dapat didekati dengan persamaan:
.. (6) Kehilangan  panas  pada  saluran  udara  masuk tungku (QL 3 ):
(7) Panas  yang  diterima  oleh  rumah  kaca  dari  pipa penyalur didekati dengan persamaan: .......................................... (8) .................................... (9)
...................................... (10)
Efisiensi  sistem  tungku  dan  HE  dapat  dihitung dengan persamaan:
............................................  (11)
Gambar 2. Kayu sebagai bahan bakar tungku biomassa

## PEMBAHASAN
1. Panas hilang dari dinding tungku (QL1) Data yang diperlukan untuk
menganalisis panas yang hilang melalui dinding tegak  tungku  (QL1)  dapat  dilihat  pada  Tabel  1 berikut:
Tabel 1. Data hasil pengukuran Dimensi Ukuran Panjang tungku (m) 1 Lebar tungku (m) 0,55 Tinggi tungku (m) 0,35 Luas dinding tegak tungku (m 2 ) 0,55 Luas dinding tegak sisi kanan/kiri tungku (m 2 ) 0,37 Luas dinding tegak sisi depan/belakang tungku (m 2 ) 0,17 Suhu lingkungan (TL) (ºC) 25,05 Suhu dinding tungku (ºC) 168,89 Beda suhu dinding tungku dengan suhu lingkungan (ºC) / (ºK) 143,84 Suhu film (Tf) (ºK) 369,97 Nilai emisivitas bahan 0,977
Tungku  terbuat  dari  pelat  baja  dengan dengan  pendekatan  geometri  benda  padat  tak teratur  dan  digunakan  sebagai  tempat  bahan bakar  biomassa.  Dari  tiga  kali  percobaan didapatkan  nilai  kehilangan  panas  pada  dinding tegak  tungku  sebesar  2461,49  Watt.  Tingginya kehilangan  panas  dari  dinding  tungku  ini
)) ( ( )) ( ( 4 4 1 l d l d T T A T T hA QL       Pr Gr Ra  2 3 V T L g Gr    f T 1   2 l d f T T T   )) ( ( )) ( ( 4 4 2 l lt l lt T T A T T hA
QL       ) ) 273 ( ) 273 (( 4 4 3     l m m T T A QL   HE Q Qu Qu   1
) ( r p p HE T T hA Q  
) ( 1 r g T T U Qu   G u HE T Q Q Q 1   
disebabkan  karena  dinding  tegak  tungku merupakan  bagian  yang  paling  dekat  dengan ruang  pembakaran  dan  terbuat  dari  plat  baja yang mempunyai nilai konduktivitas tinggi serta bahan  tersebut  tidak  dilapisi  oleh  bahan  yang mampu  menahan  laju  panas  keluar  dari  dinding tegak tungku.
2. Panas hilang dari lantai tungku (QL2) Data yang diperlukan untuk menganalisis panas yang hilang melalui dinding tegak  tungku  (QL2)  dapat  dilihat  pada  Tabel  2 berikut:
Tabel 2. Data hasil pengukuran Dimensi Ukuran Panjang lantai tungku 1 Diameter batangan besi yang digunakan untuk lantai tungku (m) 0,001 Jumlah batangan besi yang digunakan 66 Luas permukaan lantai tungku (m 2 ) 0,35 Suhu lingkungan (TL) (ºC) 25,05 Suhu lantai dasar bagian luar (ºC) 184,6 Beda lantai dasar luar dengan udara lingkungan 159,55 Suhu film (Tf) bagian luar (ºK) 327,82 Nilai emisivitas bahan 0,97
Dari  hasil  perhitungan  di  dapatkan  nilai panas  hilang  dari  lantai  tungku  dari  tiga  kali percobaan  sebesar  183,55  Watt.  Hal  ini  berarti lantai  tungku  cukup  efektif  dalam  menghambat aliran panas yang terbuang ke lingkungan, selain itu  lantai  tungku  juga  didesain  langsung menyentuh  dasar  sehingga  proses  pindah  panas ke lingkungan dapat diminimalisir.
3. panas hilang dari lubang udara tungku (QL3) Data yang diperlukan untuk menganalisis  panas  yang  hilang  melalui  saluran udara  masuk  tungku  (QL3)  dapat  dilihat  pada Tabel 3 berikut:
Tabel 3. Data hasil pengukuran Dimensi Ukuran Suhu udara lubang masuk  tungku (°C) 86,50 Suhu udara lingkungan  (°C) 24,45 Jumlah lubang udara masuk tungku 6,00 Panjang lubang udara masuk (m) 0,30 Lebar lubang udara masuk tungku (m) 0,01 Luas satu lubang udara masuk (m 2 )
0,003
Saluran  udara  masuk  tungku  di  buat sebagai  ventilasi  pada  ruang  tungku  untuk menjaga sirkulasi udara agar proses pembakaran terus  berlangsung.  Ukuran  saluran  udara  di desain  sedemikian  rupa  agar  memperoleh  udara yang  cukup  untuk  pembakaran  dan  mengurangi kehilangan panas melalui saluran udara tersebut. Dari  hasil  perhitungan  dengan  ukuran  lubang udara  0,003  m2  dengan  jumlah  6  lubang didapatkan  kehilangan  panas  sebesar  454.50 Watt.
4.  panas  yang  diterima  rumah  kaca  dari  pipa penyalur (Q HE ) Data yang diperlukan untuk menganalisis  panas  yang  diterima  rumah  kaca dari pipa penyalur (Q HE ) dapat dilihat pada Tabel 4 berikut:
Tabel 4. Data hasil pengukuran Dimensi Ukuran Jumlah pipa (buah) 34 Panjang pipa (m) 1,83 Diameter luar (Do) pipa (m) 0,033 Diameter dalam (Di) pipa (m) 0,03 Luas permukaan pipa (m 2 ) 0,19 Suhu dinding pipa (ºC) 63,68 Suhu ruang pengering (Tr) (ºC) 39,96 Beda suhu dinding pipa  HE dengan suhu ruang pengering 23,72 Suhu film (Tf) (ºK) 324,82 Nilai emisivitas bahan 0,97
Panas  yang  diterima  rumah  kaca,  dari percobaan  yang  dilakukan  pada  dasarnya  sudah cukup bisa untuk memanaskan udara yang ada di dalam  rumah  kaca  dan  digunakan  untuk  proses pengeringan.  Dari  hasil  perhitungan  panas  yang diterima  rumah  kaca  berasal  dari  pipa  HE  yang berjumlah  34  yang  dipasang  di  atas  tungku dalam  rumah  kaca.  Panas  yang  dilepaskan  dari pipa  penyalur  ke  rumah  kaca  yaitu  2072,28 Watt.
Gambar 3. Pengoperasian tungku biomassa
Dari  hasil  kalkulasi  Q1,  Q2  dan  Q3 kehilangan panas terbesar terdapat pada dinding tungku yaitu 24,61 Watt atau 79,41 % dari total kehilangan  panas,  selanjutnya  kehilangan  panas pada  saluran  udara  tungku  sebesar  454,5  Watt atau  14,66  %  dari  total  kehilangan  panas  dan kehilangan  panas  terkecil  terdapat  pada  lantai dasar  tungku  sebesar  183,55  Watt  atau  5,92% dari total kehilangan panas pada tungku. Hal ini sesuai  dengan  hasil  penelitian  Darmawan,  2003 yang  menyatakan  kehilangan  panas  terbesar pada dinding tungku sebesar 42,25 Watt. 5. Efisiensi
Nilai  efisiensi  sistem  tungku  dan  HE proses pengeringan adalah sebesar 14,48%. Nilai efisiensi  yang  didapatkan  kecil  dikarenakan banyak  panas  yang  terbuang  dan  volume  bahan bakar  tungku  tidak  pada  beban  penuh,  sehingga panas  pembakaran  yang  dihasilkan  tidak maksimal  untuk  proses  pengeringan  dalam rumah kaca.

## KESIMPULAN DAN SARAN

## KESIMPULAN
1. Tungku sebagai pemanas tambahan berfungsi  untuk  menyempurnakan  alat
pengering surya saat kondisi cuaca
berfluktuatif 2. Kehilangan  panas  terbesar  pada  dinding tungku  sebesar  79,41  %  kemudian  pada saluran  udara  tungku  sebesar  14,66  %  dan yang  paling  kecil  pada  lantai  dasar  tungku 5,92%.
3. Nilai efisiensi sistem tungku dan HE proses pengeringan sebesar 14.48%.

## SARAN
Perlu  desain  tungku  yang  dilengkapi  dengan isolator  untuk  mengurangi  jumlah  panas  yang hilang  melalui  proses  konduksi,  konveksi  dan radiasi.

## DAFTAR PUSTAKA
Darmawan,  Dian.  2003.  Uji  Kinerja  Alat Pengering  Tipe  Efek  Rumah  Kaca Dengan  Energi  Surya  dan  Tungku Biomassa Sebagai Sistem Pemanas Tambahan  Untuk  Proses  Pengeringan. Institut Pertanian Bogor
Holman,  J.P.  1981. Heat  Transfer 6 th ed. Diterjemahkan  Jasjfi,  E.  1997.  Erlangga, Jakarta.
Nelwan, L.O. 1997. Pengeringan Kakao dengan
Energi Surya Menggunakan Rak
Pengering  dengan  Kolektor  Tipe  Efek Rumah  Kaca.  Institut  Pertanian  Bogor, Bogor.
Wijaya,    Aji.  2007.    Uji  Unjuk  Kerja  Mesin Pengering Tipe Efek Rumah Kaca (ERK) Berenergi  Surya  dan  Biomassa  Untuk Pengeringan  Biji  Pala  ( Myristica  sp. ). Institut Pertanian Bogor.