TUGAS AKHIR RANCANG BANGUN BURNER DENGAN VARIASI Rancang Bangun Burner Dengan Variasi Jumlah Lubang Secondary Airflow 11, 13, 15, 17 Dan Diameter Lubang 5 mm, 10 mm, 15 mm Pada Tungku Gasifikasi.

(1)

i

TUGAS AKHIR

RANCANG BANGUN

BURNER

DENGAN VARIASI

JUMLAH LUBANG

SECONDARY AIRFLOW

11, 13,

15, 17 DAN DIAMETER LUBANG 5 MM, 10 MM, 15

MM PADA TUNGKU GASIFIKASI

Diajukan Untuk Memenuhi Tugas Dan Syarat Guna Memperoleh Gelar

Sarjana S1 Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah

Surakarta

Disusun :

ANGGA SAPUTRO

NIM : D.200.11.0091

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

(2)

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan

judul: “RANCANG BANGUN BURNER DENGAN VARIASI JUMLAH

LUBANG SECONDARY AIRFLOW 11, 13, 15, 17 DAN DIAMETER LUBANG 5 MM, 10 MM, 15 MM PADA TUNGKU GASIFIKASI” yang dibuat untuk memenuhi sebagian syarat memperoleh derajat sarjana S1

pada jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah

Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau

duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan atau pernah dipakai

untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas

Muhammadiyah Surakarta atau instansi manapun, kecuali yang sumber

informasinya saya cantumkan sebagaimana mestinya.

Surakarta, 14 Februari 2017

Yang menyatakan

(3)

iii

HALAMAN PERSETUJUAN

Tugas Akhir berjudul “RANCANG BANGUN BURNER DENGAN

VARIASI JUMLAH LUBANG SECONDARY AIRFLOW 11, 13, 15, 17 DAN DIAMETER LUBANG 5 MM, 10 MM, 15 MM PADA TUNGKU GASIFIKASI”, Telah disetujui oleh Pembimbing dan diterima untuk memenuhi sebagian persyaratan memperoleh derajat sarjana S1 pada

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah

Surakarta.

Dipersiapkan oleh :

Nama : Angga Saputro

NIM : D.200.11.0091

Disetujui pada :

Hari :

Tanggal :

Pembimbing Utama

(4)

HALAMAN PENGESAHAN

Tugas Akhir berjudul berjudul “RANCANG BANGUN BURNER DENGAN

VARIASI JUMLAH LUBANG SECONDARY AIRFLOW 11, 13, 15, 17 DAN DIAMETER LUBANG 5 MM, 10 MM, 15 MM PADA TUNGKU GASIFIKASI”, telah dipertahankan di hadapan Tim Penguji dan telah dinyatakan sah untuk memenuhi sebagian syarat memperoleh derajat

sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas

Muhammadiyah Surakarta.

Dipersiapkan oleh :

Nama : Angga Saputro

NIM : D.200.11.0091

Disahkan pada

Hari :

Tanggal :

Tim Penguji :

Ketua : Wijianto, ST., M.Eng, Sc. ...

Anggota 1 : Ir. Sartono Putro, MT. ...

Anggota 2 : Joko Sedyono, ST, M.Eng, Ph.D. ...

Dekan Ketua Jurusan

(5)

v

MOTTO

“Kemenangan yang seindah – indahnya dan sesukar – sukarnya yang

boleh direbut oleh manusia ialah menundukkan diri sendiri”

(Ibu Kartini)

“Hanya kebodohan yang meremehkan pendidikan ”

(P. Syrus)

“Gagal hari ini karena berani melangkah ke depan atau gagal selamanya

karena tidak berani melangkah”

(6)

PERSEMBAHAN

Syukur Alhamdulillah, hamba haturkan atas rahmat, karunia dan

keridhaan Allah SWT yang menggenggam dan penguasa seluruh jiwa ini.

Berkat keridhaan-Nya karya sederhana ini dapat terselesaikan dengan

baik. Dengan rasa syukur karya ini penulis persembahkan untuk:

 Ibunda tercinta Siti Zaini serta ayahanda tercinta Aris Subroto

yang tak kenal lelah untuk mengasuh, mendidik, serta memberi

dukungan untuk buah hatinya dengan penuh ketulusan dan kasih

sayang.

 Adik dan keluarga yang penulis banggakan, terima kasih atas

doa, dukungan, motivasi, dan semangatnya.

 Sahabat dan teman perjuangan Kori, Oni, dan Fikri terima kasih

atas kerja samanya selama penelitian.

 Teman - teman Teknik Mesin angkatan 2011, serta kakak tingkat

dan adik tingkat teknik mesin yang tidak dapat disebutkan satu

persatu, terima kasih atas kebersamaan, bantuan, dan

dukungannya selama menempuh masa studi. Sehingga penulis

bisa sampai pada titik ini.

 Teman – teman Wisma PTC terima kasih atas dukungan dan

bimbingannya selama ini.

 Teman – teman Bengkel Rejeki Ban terima kasih karena tak

(7)

vii

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Wr. Wb.

Syukur Alhamdulillah, penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas

berkah dan rahmat-Nya sehingga penyusunan laporan penelitian ini dapat

terselesaikan dengan baik.

Adapun Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi persyaratan

Sidang Sarjana S-1 pada jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis banyak mendapatkan

bantuan dari berbagai pihak, dengan segala kerendahan hati dan penuh

keikhlasan, penulis menyampaikan terima kasih kepada:

1. Bapak Ir. Sri Sunarjono, MT., Ph.D,.sebagai Dekan Fakultas

Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

2. Bapak Tri Widodo Besar Riyadi, ST., Msc., Ph.D, selaku Ketua

Jurusan Teknik Mesin.

3. Bapak Wijianto, ST., M.Eng.Sc. selaku pembimbing tugas akhir

yang telah memberikan pengarahan, bimbingan dan saran

hingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan.

4. Bapak Joko Sedyono, ST, M.Eng, Ph.D. selaku pendamping

seminar tugas akhir yang telah berkenan untuk memberikan

(8)

5. Bapak Amin Sulistyanto, ST. selaku dosen pembimbing

akademik

6. Dosen Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah

Surakarta yang telah memberi ilmu pengetahuan kepada

penulis selama mengikuti kegiatan kuliah.

Akhir kata, penulis mohon maaf atas kekurangan dan kesalahan

dalam penulisan Tugas Akhir ini, yang disebabkan adanya

keterbatasan-keterbatasan antara lain waktu, dana, literature yang ada, dan

pengetahuan yang penulis miliki. Harapan penulis semoga kekurangan

tersebut dapat terpenuhi pada penulis selanjutnya.

Tugas Akhir ini semoga dapat bermanfaat khususnya bagi penulis

dan pihak lain pada umumnya, Aamiin Ya Rabbal’alamiin.

Wassalamu’alaikum Wr. Wb.

Surakarta, 14 Februari 2017

(9)

ix

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh udara sekunder

pada burner tungku gasifikasi tipe reaktor updraft gasifier terhadap

temperatur api pembakaran menggunakan variasi diameter lubang

secondary airflow 5 mm, 10 mm, 15 mm untuk jumlah lubang 17 lubang,

15 lubang, 13 lubang, dan 11 lubang. Bahan bakar tungku yang digunakan adalah sekam padi dengan massa bahan bakar 1,5 kg yang

telah digiling dengan ukuran 10 mesh. Kecepatan angin pada blower yang

digunakan sebesar 10 m/s. Hasil penelitian ini diketahui variasi diameter

dan jumlah lubang secondary airflow berpengaruh terhadap temperatur

api pembakaran pada burner.

Penelitian diawali dengan pembuatan burner dengan variasi

diameter lubang secondary airflow 5 mm, 10 mm, 15 mm untuk jumlah

lubang 11 lubang, 13 lubang, 15 lubang, dan 17 lubang. Kemudian kecepatan aliran udara utama pada tungku gasifikasi yang mengalir dari

blower diatur sebesar 10 m/s. Setelah itu mengambil data yang meliputi

temperatur api pembakaran pada burner dengan interval waktu setiap 30

detik dan waktu pendidihan air dengan memantau temperatur air dalam interval waktu setiap 1 menit.

Dari penelitian ini dapat di tarik kesimpulan bahwa semakin besar

aliran udara sekunder pada burner semakin besar pula temperatur api

pembakaran. Akan tetapi jika aliran udara sekunder pada burner terlalu

besar justru temperatur api pembakaran akan menurun dan waktu

pendidihan air semakin lama. Mengacu pada hasil penelitian

perbandingan temperatur api pembakaran, waktu pendidihan air, dan

perhitungan efisiensi termal di peroleh variasi lubang secondary airflow

terbaik pada diameter lubang 10 mm jumlah lubang 11 lubang. Temperatur tertinggi mencapai 723°C, proses gasifikasi berlangsung selama 51 menit 17 detik yang mampu mendidihkan air sebanyak 2 kg hanya dalam waktu 8 menit 38 detik yang memiliki efisiensi termal tungku sebesar 15,16 %.

(10)

ABSTRACT

This research aims to determine the effect of secondary air in the furnace burners gasification reactor types updraft gasifier to the temperature of combustion flames using a variation of the hole diameter of secondary airflow 5 mm, 10 mm, 15 mm for a number of holes 17 holes, 15 holes, 13 holes and 11 holes. Fuel furnace used is rice husk with a mass of 1.5 kg of fuel that has been milled with a size of 10 mesh. The wind speed at the blower used by 10 m / s. The results of this research are known variation in the diameter and the number of secondary airflow holes affect the temperature of the fire burning on the burner.

The research begins with the manufacture burner with a variety of secondary airflow hole diameter of 5 mm, 10 mm, 15 mm for a number of holes 11 holes, 13 holes, 15 holes and 17 holes. Then the primary air flow velocity in the gasification furnace which flows from the blower is set at 10 m/s. After it retrieves data that includes temperature combustion flame at the burner with intervals of every 30 seconds and a boiling water by monitoring the water temperature at intervals of every 1 minute.

From this research it can be deduced that the greater the secondary air flow in the burner, the greater the temperature of the combustion flame. However, if the secondary airflow in the burner is too large it will decrease the temperature of the fire burning and water boiling time is getting longer. Referring to the results of a comparison study combustion flame temperature, time of boiling water, and the calculation of thermal efficiency in obtaining best airflow variations secondary hole on hole diameter 10 mm number of holes 11 holes. The highest temperature reached 723 ° C, the gasification process lasted 51 minutes 17 seconds is able to boil water as much as 2 kg in just 8 minutes 38 seconds has a furnace thermal efficiency of 15.16%.

(11)

xi

BAB II KAJIAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI 2.1 .Tinjauan Pustaka ... 9

(12)

2.2.1. Gasifikasi ... 10

2.2.2. Biomasa ... 28

2.2.3. Sekam Padi ... 31

2.2.4. Gas Metana ... 32

2.2.5. Burner ... 33

2.2.6. Kalor ... 36

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Diagram Alir Penelitian ... 39

3.2. Instalasi Pengujian ... 40

3.3. Alat dan Bahan Penelitian ... 41

3.3.1. Alat Penelitian ... 41

3.3.2. Bahan Penelitian ... 48

3.4. Langkah Penelitian ... 50

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Perbandingan Temperatur Api pada Burner ... 53

4.1.1. Hubungan Temperatur Api pada Burner terhadap Waktu dengan Variasi Diameter Lubang Secondary Airflow 5 mm ... 53

(13)

xiii

4.1.3. Hubungan Temperatur Api pada Burner terhadap

Waktu dengan Variasi Diameter Lubang Secondary

Airflow 15 mm ... 59

4.1.4. Perbandingan Hubungan Temperatur Api terhadap

Waktu degan Variasi Diameter Lubang Secondary

Airflow 5 mm Jumlah Lubang 17 lubang, Diameter 10

mm 11 lubang, Diameter 15 mm Jumlah Lubang 11

lubang ... 62

4.2. Perbandingan Waktu Pemanasan Air ... 63

4.3. Hasil Perhitungan ... 71

BAB V PENUTUP

5.1. Kesimpulan ... 78

5.2. Saran ... 79

DAFTAR PUSTAKA

(14)

(15)

xv

Gambar 3.12 Anemometer ... 47

Gambar 3.13 Timbangan analog ... 47

Gambar 3.14 Gelas ukur ... 48

Gambar 3.15 Sekam padi ... 49

Gambar 4.1 Grafik Hubungan antara temperatur pembakaran dengan waktu untuk diameter lubang secondary airflow 5 mm 53

Gambar 4.2 Grafik Hubungan antara temperatur pembakaran dengan waktu untuk diameter lubang secondary airflow 10 mm 56 Gambar 4.3 Grafik Hubungan antara temperatur pembakaran dengan waktu untuk diameter lubang secondary airflow 15 mm 59 Gambar 4.4 Grafik Perbandingan hubungan antara temperatur pembakaran dengan waktu untuk diameter lubang secondary airflow 5 mm jumlah lubang 17 lubang, diameter 10 mm jumlah lubang 11 lubang, diameter 15 mm jumlah lubang 11 lubang ... 62

Gambar 4.5 Diagram data hasil percobaan waktu pendidihan air dalam satuan desimal (menit) ... 64

Gambar 4.6 Grafik Hubungan antara temperatur air dengan waktu pemanasan air hingga 100ºC untuk variasi diameter lubang secondary airflow 5 mm jumlah 17 lubang ... 65

(16)

Gambar 4.8 Grafik Hubungan antara temperatur air dengan waktu pemanasan air hingga 100ºC untuk variasi diameter lubang

secondary airflow 5 mm jumlah 13 lubang ... 66

(17)

xvii

(18)

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Karakteristikfixed bed gasification ... 3

Tabel 2.1 Perbedaan proses gasifikasi dengan pembakaran ... 15

Tabel 2.2 Perbandingan jenis – jenis alat gasifikasi ... 22

Tabel 2.3 Perbandingan kelebihan dan kekurangan tipe gasifier . 27 Tabel 2.4 Tipikal biomasa umpan reaktor untuk gasifikasi ... 30

Tabel 3.1 Perbandingan ukuran diameter lubang ... 49

Tabel 3.2 Komposisi sekam padi secara proximate analysis dan ultimate analysis ... 50

Tabel 4.1 Data hasil percobaan untuk diameter lubang secondary airflow 5 mm ... 54

Tabel 4.2 Data hasil percobaan untuk diameter lubang secondary airflow 10 mm ... 57

Tabel 4.3 Data hasil percobaan untuk diameter lubang secondary airflow 15 mm ... 60

Tabel 4.4 Data hasil percobaan waktu pemanasan air ... 64

Tabel 4.5 Perhitungan kalor sensibel air ... 72

Tabel 4.6 Perhitungan kalor laten air ... 73

Tabel 4.7 Perhitungan efisiensi thermal tungku gasifikasi ... 74

Tabel 4.9 Perhitungan masa bahan bakar yang digunakan untuk memanaskan air ... 76

(19)

xix

DAFTAR SIMBOL

: kalor sensibel (KJ)

:

kalor laten (KJ)

: massa air (Kg)

: kapasitas panas jenis (KJ/Kg.°C)

: perbedaan temperatur (°C)

: massa uap (Kg)

: enthalpi penguapan (KJ/Kg)

: massa air mula – mula (Kg)

: massa air akhir (Kg)

: nilai kalor terendah bahan bakar (KJ/Kg)

: efisiensi thermal (%)

: debit (m3/s)

:

kecepatan angin (m/detik)

t

gasifikasi : lama proses gasifikasi (detik)

ρ

: massa jenis udara pada temperatur 27ºC sebesar 1,2 Kg/m3

m

biomassa : massa bahan bakar (biomassa) (Kg)

t

pemanasan air

:

lama proses pemanasan air hingga 100ºC (detik)