i
JUDUL
PERANCANGAN ALAT PIROLISIS
UNTUK PENGOLAH LIMBAH PLASTIK
JENIS
POLYETHYLENE TEREPHTHALATE
(PET/PETE)
MENJADI BAHAN BAKAR ALTERNATIF KAPASITAS 20 KG
TUGAS AKHIR
Diajukan KepadaUNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1) Teknik Mesin
Disusun Oleh :
Fajri Nur Muhammad Arif
201110120311018
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
iii
iv
vi
SURAT PERNYATAAN TIDAK PLAGIAT
Yang betanda tangan di bawah ini:
Nama : Fajri Nur Muhammad Arif
NIM : 201110120311018
Tempat / Tanggal Lahir : Banyuwangi, 07 Mei 1993 Fakultas / Jurusan : Teknik / Teknik Mesin
Menyatakan bahwa karya ilmiah atau skripsi ini yang berjudul “PERANCANGAN ALAT PIROLISIS UNTUK PENGOLAHAN LIMBAH
PLASTIK JENIS POLYETHYLENE TEREPHTHALATE (PET/PETE)
MENJADI BAHAN BAKAR ALTERNATIF KAPASITAS 20 KG” adalah
bukan karya tulis orang lain baik sebagian maupun keseluruhan kecuali dalam bentuk kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya.
Demikian surat pernyataan ini dibuat dengan sebenar-benarnya. Jika terbukti melanggar, penulis siap menerima sanksi akademik yang berlaku di Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang.
Malang, 11 Januari 2016 Penulis,
vii
PERANCANGAN ALAT PIROLISIS UNTUK PENGOLAHAN LIMBAH PLASTIK JENIS POLYETHYLENE TEREPHTHALATE (PET/PETE)
MENJADI BAHAN BAKAR ALTERNATIF KAPASITAS 20 KG
Oleh : Fajri Nur Muhammad Arif, 201110120311018
Pembimbing I : Ir. Herry Suprianto, MT., Pembimbing II : Ir. Ali Mokhtar, MT. Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Malang Jl. Raya Tlogomas No. 246 Telp. (0341) 464318-128 Fax. (0341) 460782 Malang
ABSTRAK
Pemanfaatan sampah plastik jenis polyethylene terephthalate(PET/PETE) dalam upaya mengurangi dampak pencemaran lingkungan. Melihat dari sifat penyusun plastik yang tersusun dari komponen hidrokarbon minyak bumi, maka limbah plastik jenis polyethylene terephthalate (PET/PETE) sangat berpotensi untuk dikonversikan menjadi bahan bakar minyak.
Metode yang digunakan untuk memproses sampah plastik plastik jenis polyethylene terephthalate (PET/PETE) menjadi bahan bakar alternatif yaitu dengan pirolisis. Maka dibutuhkan perancangan alat pirolisis sampah plastik jenis polyethylene terephthalate(PET/PETE) dengan kapasitas 20 kg/proses.
Maka didapatkan spesifikasi alat pirolisis : dimensi badan oven dalam, terbuat dari bahan baja SC 37, diameter : 1000 mm, tebal : 1 mm, tinggi : 1100 mm. Dimensi tungku yang terbuat dari bahan baja SC 37. Diameter: 872,2 mm, tebal : 1 mm, tinggi : 150 mm. Pipa api dari bahan pipa baja SC 37, diameter : 1 in, tinggi : 1000 mm. Kondensor : susunan berkas pipa : spiral, bahan : pipa tembaga ACR type A 20, ukuran : 1 in, jarak pipa spiral : 0,2 m, Panjang pipa : 9820 mm, jumlah lilitan : 3 lilitan, tinggi : 600 mm. Kebutuhan bahan bakar LPG dalam sekali proses adalah 24 kg LPG. Waktu yang dibutuhkan untuk menghasilkan minyak dalam sekali proses adalah 2,28 jam.
viii
DESIGN TOOLS FOR WASTE PYROLYSIS OF PLASTIC POLYETHYLENE TEREPHTHALATE (PET / PETE)
BE ALTERNATIVE FUEL CAPACITY 20 KG
Fajri Nur Muhammad Arif, 201110120311018
Teacher Adviser I: Ir. Herry Suprianto, MT., Teacher adviser II: Ir. Ali Mokhtar, MT. Department of Mechanical Engineering,
Faculty of Engineering, University of Muhammadiyah Malang
Jl. Raya Tlogomas No. 246 Phone (0341) 464318-128 Fax. (0341) 460782 Malang
ABSTRACT
Use of waste plastics polyethylene terephthalate (PET / PETE) in an effort to reduce the impact of environmental pollution. Judging from the nature of the plastic that is composed of constituent components of petroleum hydrocarbons, the waste plastics polyethylene terephthalate (PET / PETE) has the potential to be converted into fuel.
The method used to process plastic waste plastics polyethylene terephthalate (PET / PETE) into alternative fuels is by pyrolysis. Then the required plastic waste pyrolysis equipment design types of polyethylene terephthalate (PET / PETE) with a capacity of 20 kg / process.
Then obtained pyrolysis equipment specifications: the dimensions of the body in the oven, made of steel SC 37, diameter: 1000 mm, thickness: 1 mm, height: 1100 mm. Dimensions stove made of steel SC 37. Diameter: 872.2 mm, thickness: 1 mm, height: 150 mm. Pipeline fire from SC 37 steel pipe material, diameter: 1 in, height: 1000 mm. Condenser: pipe arrangement: spiral, material: copper pipe ACR type A 20, size: 1 in, spiral pipe distance: 0.2 m, length of pipe: 9820 mm, number of turns: 3 windings, height: 600 mm. Needs of LPG fuel in a single process is 24 kg of LPG. The time needed to produce the oil in a single process was 2.28 hours.
ix
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT, yang telah melimpahkan rahmat, taufik, serta hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir sesuai dengan waktu yang ditetapkan. Shalawat serta salam tercurahkan kepada Nabi Muhammad SAW, yang membawa umatnya menuju jalan kebenaran. Selama menyelesaikan tugas sarjana ini, penulis memperoleh banyak ilmu dan pengalaman yang mudah-mudahan dapat bermanfaat untuk masa depan penulis.
Penulis sadar tanpa dukungan moral dari berbagai pihak tugas akhir ini tidak dapat berjalan dengan lancar. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Dr. Muhadjir Effendi, M.AP. selaku Rektor Univeristas Muhammadiyah Malang
2. Bapak Ir. Sudarman, MT. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang.
3. Bapak Ir. Daryono, MT. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Malang.
x
5. Bapak Ir. Ali Mokhtar, MT. selaku Dosen Pembimbing 2 yang telah banyak memberi masukan dan bimbingan selama pelaksanaan dan penyusunan tugas akhir ini.
6. Kepada seluruh Dosen dan karyawan di Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan ilmu dan wawasannya serta turut membantu terselesaikannya tugas akhir ini.
7. Kedua orang tua dan adik penulis, Ayahanda Dr. H. Mukhlis, M.Si. dan Ibunda Siti Marhatijah, S.Pd. serta Ananda Agus Bhakti Islami yang sudah memberikan masukan, dukungan, semangat, motivasi, dan doanya. 8. Teman-teman Teknik Mesin angkatan 2011 yang sudah menyumbangkan
masukan dan ilmunya.
9. Serta pihak yang membantu penulis yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.
Penulis menyadari banyak kekurangan dalam penyusunan tugas akhir ini, karena itu penulis menerima berbagai kritik dan masukan yang membangun demi kesempurnaan tugas akhir ini. Akhir kata, penulis berharap tugas akhir ini, dapat bermanfaat untuk menambah wawasan pembaca.
Malang, 11 Januari 2016 Penulis,
xi
SURAT PERNYATAAN TIDAK PLAGIAT ... vi
ABSTRAK ... vii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Rumusan Masalah ... 3
1.3. Tujuan ... 3
1.4. Manfaat Penulisan ... 4
1.5. Batasan Masalah... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5
2.1. Pirolisis ... 5
2.2. Asap cair... 5
2.3. Proses pembentukan asap cair ... 6
2.4. Plastik ... 7
xii
2.7. Sifat thermal bahan plastik ... 19
2.8. Daur ulang sampah plastik ... 20
2.6. Alat destilasi ... 22
2.7. Perancangan kontruksi alat ... 33
2.8. Analisa perpindahan panas ... 39
2.9. Pipa Kalor ... 45
2.10. Konduktivitas Pipa Kalor ... 46
BAB III METODOLOGI PERANCANGAN... 48
3.1. Diagram Alir Perancangan ... 48
3.2. Pencarian literatur ... 49
3.3. Perancangan alat pirolisis ... 49
3.4. Gambar kerja ... 54
BAB IV PEMBAHASAN DAN PERANCANGAN ... 55
4.1. Data Perancangan ... 55
4.2. Perhitungan kebutuhan panas ... 56
4.3. Kebutuhan Jumlah bahan bakar LPG ... 59
4.4. Perhitungan dimensi mesin pirolisis ... 60
4.5. Perhitungan kekuatan dinding ... 65
4.6. Laju Perpindahan Kalor ... 73
4.7. Perhitungan kondensor ... 89
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 97
5.1. Kesimpulan ... 97
5.2. Saran ... 98 DAFTAR PUSTAKA
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Tabel sifat-sifat udara pada tekanan atmosfir Lampiran 2. Tabel sifat-sifat air (zat cair jenuh)
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Polyethylene Terephthalate (PET/PETE)... 10
Gambar 2.2. High Density Polyethylene (HDPE) ... 11
Gambar 2.3. Polyvinyl Chloride (PVC) ... 12
Gambar 2.4. Low Density Polyethylene (LDPE) ... 14
Gambar 2.5. Polypropylene (PP) ... 15
Gambar 2.6. Polystyrene (PS) ... 16
Gambar 2.7. OTHER... 18
Gambar 2.8. Sistem penyulingan dengan air ... 23
Gambar 2.9. Sistem penyulingan dengan uap dan air ... 24
Gambar 2.10. Penyulingan dengan uap... 25
Gambar 2.11. Pembakaran bahan bakar di dalam ... 27
Gambar 2.12. Pembakaran bahan bakar di luar ... 27
Gambar 2.13. Tutup ketel ... 29
Gambar 2.14. Water seal di antara tutup dan ketel ... 30
Gambar 2.15. Kondensor terpilin (coil condenser) ... 32
Gambar 2.16. Kondensor turbular ... 33
Gambar 2.17. Bagian yang menunjukan arah aliran kalor ... 41
Gambar 2.18. Konduksi kalor satu dimensi ... 41
Gambar 2.19. Perpindahan kalor konveksi dan sudut plat ... 42
Gambar 2.20. Heat Pipe / Pipa Kalor ... 45
Gambar 3.1. Diagram alir perancangan alat pirolisis……….48
xv
DAFTAR TABEL
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Peningkatan pemakaian energi dan peningkatan timbulan sampah merupakan dua permasalahan besar yang muncul seiring dengan pertumbuhan ekonomi dan pertambahan penduduk. Di Indonesia, konsumsi energi di berbagai sektor seperti transportasi, industri, dan energi listrik untuk rumah tangga tercatat terus meningkat dengan laju pertumbuhan rata-rata pertahun sebesar 5,2 %, sebaliknya cadangan energi nasional yang semakin menipis menimbulkan kekhawatiran akan krisis energi di masa mendatang jika tidak ditemukan sumber-sumber energi yang baru (Mahendra dkk., 2013).
Dari semua jenis sampah yang ada saat ini, sampah yang berasal dari plastik ternyata jumlahnya cukup besar. Meningkatnya jumlah permintaan plastik disebabkan karena plastik memiliki banyak kelebihan dibadingkan bahan lainnya. Barang berbahan baku plastik umumnya lebih ringan, bersifat isolator, dan proses pembuatannya lebih murah. Namun dibalik semua kelebihannya, bahan plastik memiliki masalah setelah barang tersebut tidak digunakan lagi. Barang berbahan plastik tidak dapat membusuk, tidak dapat menyerap air, maupun tidak dapat berkarat, dan pada akhirnya tidak dapat diuraikan/didegradasi oleh mikroorganisme dalam tanah sehingga menimbulkan masalah bagi lingkungan (Rahyani, 2011).
2
biasanya banyak dijumpai pada gelas dan botol air mineral. Untuk mengatasi permasalahan yang ditimbulkan oleh adanya sampah plastik, saat ini telah berkembang beberapa langkah yang terkait dengan manajemen pengolahan sampah plastik atau recycling sampah plastik. Beberapa contoh proses pengolahan limbah antara lain pembuataan biodegradable plastic, pembakaran, maupun pirolisis. Meskipun pembakaran mengurangi jumlah plastik, namun akan menimbulkan masalah baru yaitu emisi yang dihasilkan berupa gas-gas beracun HCI, HCN, maupun NOx yang dapat mengganggu
kesehatan (Sumarni dan Ani Purwanti, 2008).
3 1.2. Rumusan Masalah
Rumusan masalah dari penulisan tugas akhir ini adalah :
1. Bagaimana merancang dan dimensi komponen alat pirolisis dari limbah plastik jenis Polyethylene terephthalate (PET) kapasistas 20 Kg/proses?
2. Berapa jumlah kebutuhan bahan bakar untuk 1 kali proses pirolisis dari limbah plastik jenis Polyethylene terephthalate (PET) dengan kapasitas 20 Kg/proses?
3. Berapa waktu yang dibutuhkan dalam 1 kali proses pirolisis dari limbah plastik jenis Polyethylene terephthalate (PET) dengan kapasitas 20 Kg/proses?
1.3. Tujuan
Pada tugas akhir ini bertujuan untuk :
1. Mendapatkan gambar dan dimensi komponen alat pirolisis dari limbah plastik jenis Polyethylene terephthalate (PET)kapasitas 20 Kg/proses.
2. Menentukan jumlah bahan bakar untuk 1 kali proses pirolisis dari limbah plastik jenis Polyethylene terephthalate (PET) dengan kapasitas 20 Kg/proses.
4 1.4. Manfaat Penulisan
Manfaat dari penulisan tugas akhir ini adalah :
1. Memberikan kontribusi bagi pengembangan bidang konversi energi khususnya dalam bahan bakar alternatif.
2. Memberikan alternatif pengolahan limbah plastik jenis Polyethylene terephthalate (PET) dengan metode pirolisis.
3. Mampu menjawab permasalahan lingkungan yang dihadapi oleh masyarakat yaitu sampah plastik jenis Polyethylene terephthalate (PET) yang bersifat nonbiodegradable, sehingga
menimbulkan dampak negatif ke lingkungan karena tidak dapat terurai oleh mikroorganisme.
4. Memberikan masukan untuk perancangan reaktor pirolisis.
1.5. Batasan Masalah
Pada penulisan tugas akhir ini masalah dibatasi sebagai berikut : 1. Jenis plastik yang diteliti hanya jenis plastik PET/PETE
(Polyethylene terephthalate) dengan kapasitas 20 Kg.
2. Hanya melakukan perancangan alat pirolisis tidak melakukan penelitian dan pembuatan alat pirolisis dari limbah plastik PET/PETE (Polyethylene terephthalate).
