TUGAS AKHIR
REKAYASA BURNER TUNGKU GASIFIKASI BIOMASSA DENGAN VARIASI JUMLAH LUBANG DAN KETINGGIAN PENYANGGA PADA BURNER
Diajukan Untuk Memenuhi Tugas Dan Syarat Guna Memperoleh Gelar Sarjana S1 Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun : ONY PURNOMO NIM : D.200.11.0109
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2016 i
ii
iii
iv
v
MOTTO
“Mencari ilmu itu adalah wajib bagi setiap muslim laki – laki dan muslim perempuan” (HR. Ibnu Abdil Barr)
“Sesungguhnya Allah tidak akan merubah nasib suatu kaum, kecuali kaum itu sendiri yang merubah apa-apa yang ada pada diri mereka ” (Q.S Ar-Ra’d:11)
“Kebahagiaan orang disekitar kita lebih berarti dari pada bersikap egois dan mementingkan kesenangan diri kita sendiri” (Penulis)
vi
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 Wantin serta ayahanda tercinta Sumarno yang tak kenal lelah melangkah untuk mendidik dan mengasuh buah hatinya dengan sentuhan penuh kasih sayang. Kakak beserta keluarga yang penulis banggakan, terima kasih atas doa, dukungan, motivasi, dan semangatnya. Sahabat dan teman perjuangan Kori, Angga, dan Fikri terima kasih atas kerja samanya selama penelitian. Teman - teman Teknik Mesin angkatan 2011, Punto, Toriq, Fawwaz, Abdullah, Shobar, Adnan, Agus, Andi, Maret, Ekno, 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. KMS MENWA Sat. 0916/SN YUDHA CAKTI XXVI UMS, terima kasih atas ilmu yang diberikan kepada penulis selama ini.
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 Ir. Sartono Putro, MT. Selaku pendamping seminar tugas akhir yang telah berkenan untuk memberikan bimbingan dan arahannya. viii
5. Bapak Bambang Waluyo Febriantoko, ST., MT. 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 keterbatasanketerbatasan 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,
Desember 2016
Penulis
ix
ABSTRAK Bahan bakar merupakan sesuatu yang sangat penting bagi kehidupan. Sekarang ini masih banyak digunakan bakan bakar fosil dalam memenuhi kebutuhan, akan tetapi perlu diketahui bahwa bahan bakar fosil merupakan sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui (non renweable). Untuk itu perlu adanya alternatif lain untuk mengurangi penggunaan bahan bakar fosil. Gasifikasi biomassa berupa sekam padi merupakan alternatif yang baik sebagai pengganti penggunaan bahan bakar fosil. Pengujian menggunakan tungku gasifikasi tipe updraft kapasitas 1,5 kg. Penelitian bertujuan untuk mengetahui temperatur nyala api dan waktu pendidihan air pada variasi jumlah lubang pada burner dan ketinggian penyangga pada burner. Penelitian diawali dengan pembuatan burner dengan variasi jumlah lubang burner 20, 30, 40, 50, kemudian dibuat tinggi penyangga yaitu 15 mm dan 30 mm. Kecepatan aliran udara dari blower yang masuk ke tungku gasifikasi adalah 10 m/s. Kemudian pengambilan data meliputi temperatur nyala api setiap 30 detik dan waktu pendidihan air setiap 1 menit. Hasil penelitian diketahui variasi jumlah lubang burner dan tinggi penyangga berpengaruh terhadap temperatur nyala api pada burner dan waktu pendidihan air. Hasil pengujian terbaik diperoleh pada variasi tinggi penyangga 30 mm dengan variasi jumlah lubang burner 20 waktu nyala efektif hingga 40 menit, temperatur pembakaran tertinggi 757°C, dan waktu pendidihan air 8 menit. Variasi jumlah lubang burner 30 waktu nyala efektif hingga 40 menit, temperatur pembakaran tertinggi 769°C, dan waktu pendidihan air 9 menit. Variasi jumlah lubang burner 40 waktu nyala efektif hingga 50,5 menit, temperatur pembakaran tertinggi 780°C, dan waktu pendidihan air 8 menit. Sedangkan pada variasi jumlah lubang burner 50 waktu nyala efektif hingga 53 menit, temperatur pembakaran tertinggi 789°C dan waktu pendidihan air 9 menit.
Kata kunci: Gasifikasi, burner, lubang burner
x
ABSTRACT Fuel is something that is very important for life. Recently, the fossil fuel are still used much to meet the needs, but, it must be known that the fossil fuel is a non renewable resource. Therefore, other alternatives are needed to reduce the use of the fossil fuel. Biomassa gasification in the form of the hull of rice is a good alternative as the replacement of the use of fossil fuel. The test used an updraft-type gasification furnace with a capacity of 1.5 kg. This research aims at knowing the temperature of flame and the duration of water boiling in the variation of the hole number in the burner and the height of the prop in the burner. The research was begun by the making of the burner with the variations in the number of the burner 20, 30, 40, 50, then the heights of the prop were made, they were: 15 mm and 30 mm. The speed of air flow from the blower which entered the gasification furnace was 10 m/s. Then, the data taking was conducted including the temperature of flame every 30 second and the duration of water boiling every 1 minute. From the results of the research, it was known that the variation in the hole number of the burner and the height of the prop had influence on the temperature of the flame in burner and the duration time of the water boiling. The result of the best test was obtained in the variation of the prop height of 30 mm with a variation of the burner hole number was 20, the effective flame duration was up to 40 minutes, the highest temperature of the burning was 757°C, and the duration of the water boiling was 8 minutes. In the variation of the burner hole number of 30, the effective flame duration was up to 40 minutes, the highest temperature of the burning was 769°C, and the duration of the water boiling was 9 minutes. In the variation of the burner hole number of 40, the effective flame duration was up to 50.5 minutes, the highest temperature of the burning was 780°C, and the duration of the water boiling was 8 minutes. Meanwhile, in the variation of the burner hole number of 50, the effective flame duration was up to 53 minutes, the highest temperature of the burning was 789°C, and the duration of the water boiling was 9 minutes
Keywords: Gasification, burner, burner hole
xi
DAFTAR ISI Halaman Judul ..................................................................................
i
Pernyataan Keaslian Tugas Akhir .....................................................
ii
Halaman Persetujuan .......................................................................
iii
Halaman Pengesahan ......................................................................
iv
Lembar Soal Tugas Akhir .................................................................
v
Lembar Motto ....................................................................................
vi
Persembahan ....................................................................................
vii
Kata pengantar .................................................................................
viii
Abstrak ..............................................................................................
x
Daftar Isi ...........................................................................................
xii
Daftar Gambar ..................................................................................
xv
Daftar Tabel ......................................................................................
xvii
Daftar Simbol ....................................................................................
xviii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 .Latar Belakang ................................................................
1
1.2 .Rumusan masalah ..........................................................
3
1.3 .Batasan Masalah ............................................................
4
1.4 .Tujuan Penelitian ............................................................
5
1.5 .Manfaat Penelitian ..........................................................
5
1.6 .Sistematika Penulisan .....................................................
6
BAB II KAJIAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI 2.1 .Tinjauan Pustaka ..........................................................
xii
8
2.2 .Landasan Teori .............................................................
10
2.2.1. Pembakaran .........................................................
10
2.2.2. Kalor .....................................................................
13
2.2.3. Gasifikasi .............................................................
15
2.2.4. Tipe Gasifier .........................................................
17
2.2.5. Biomassa .............................................................
19
2.2.6. Gas Metana .........................................................
20
2.2.7. Burner ..................................................................
21
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Diagram Alir Penelitian ..................................................
23
3.2. Alat dan Bahan untuk Penelitian ...................................
24
3.2.1. Bahan ...................................................................
24
3.2.2. Peralatan Penelitian .............................................
24
3.3. Instalasi Penelitian ........................................................
31
3.4. Langkah – Langkah Penelitian ......................................
31
3.5. Parameter yang Digunakan ...........................................
33
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Data dan pembahasan gasifikasi sekam padi dengan variasi jumlah lubang burner 20 ................................................
34
4.2. Data dan pembahasan gasifikasi sekam padi dengan variasi jumlah lubang burner 30 ................................................
37
4.3. Data dan pembahasan gasifikasi sekam padi dengan variasi jumlah lubang burner 40 ................................................
xiii
40
4.4. Data dan pembahasan gasifikasi sekam padi dengan variasi jumlah lubang burner 50 ................................................
43
4.5. Perhitungan kalor sensibel pada variasi jumlah lubang burner 20, 30, 40, dan 50 ..........................................................
46
4.6. Perhitungan kalor laten pada variasi jumlah lubang burner 20, 30, 40, dan 50 ................................................................
47
4.7. Perhitungan efisiensi thermal pada variasi jumlah lubang burner 20, 30, 40, dan 50 ...............................................
47
4.8. Perbandingan efisiensi thermal tungku pada variasi jumlah lubang burner 20, 30, 40, dan 50 ...................................
48
BAB V PENUTUP 5.1. Kesimpulan ...................................................................
50
5.2. Saran .............................................................................
50
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Tahapan proses gasifikasi ...........................................
17
Gambar 2.2 Gasifikasi downdraft ....................................................
18
Gambar 2.3 Gasifikasi updraft .........................................................
18
Gambar 2.4 Gasifikasi crossdraft .....................................................
19
Gambar 3.1 Diagram alir penelitian .................................................
23
Gambar 3.2 Sekam padi yang sudah dicacah .................................
24
Gambar 3.3 Reaktor ........................................................................
25
Gambar 3.4 Kubah burner ................................................................
25
Gambar 3.5 Tutup burner dengan jumlah lubang 20 .......................
26
Gambar 3.6 Tutup burner dengan jumlah lubang 30 .......................
26
Gambar 3.7 Tutup burner dengan jumlah lubang 40 .......................
26
Gambar 3.8 Tutup burner dengan jumlah lubang 50 .......................
27
Gambar 3.9 Thermocouple reader ...................................................
27
Gambar 3.10 Anemometer ..............................................................
28
Gambar 3.11 Blower .......................................................................
28
Gambar 3.12 Timbangan analog .....................................................
29
Gambar 3.13 Thermometer air raksa ..............................................
29
Gambar 3.14 Gelas ukur .................................................................
30
Gambar 3.15 Stopwatch ..................................................................
30
Gambar 3.16 Panci .........................................................................
30
Gambar 3.17 Instalasi penelitian .....................................................
31
xv
Gambar 4.1 Grafik hubungan temperatur api dan waktu nyala api pada pengujian dengan variasi jumlah lubang burner 20 .....
34
Gambar 4.2 Grafik hubungan temperatur air dan waktu pendidihan air pada pengujian dengan variasi jumlah lubang burner 20
36
Gambar 4.3 Grafik hubungan temperatur api dan waktu nyala api pada pengujian dengan variasi jumlah lubang burner 30 .....
37
Gambar 4.4 Grafik hubungan temperatur air dan waktu pendidihan air pada pengujian dengan variasi jumlah lubang burner 30
39
Gambar 4.5 Grafik hubungan temperatur api dan waktu nyala api pada pengujian dengan variasi jumlah lubang burner 40 .....
40
Gambar 4.6 Grafik hubungan temperatur air dan waktu pendidihan air pada pengujian dengan variasi jumlah lubang burner 40
42
Gambar 4.7 Grafik hubungan temperatur api dan waktu nyala api pada pengujian dengan variasi jumlah lubang burner 50 .....
43
Gambar 4.8 Grafik hubungan temperatur air dan waktu pendidihan air pada pengujian dengan variasi jumlah lubang burner 50
45
Gambar 4.9 Perbandingan efisiensi thermal tungku pada jumlah lubang burner 20, 30, 40, dan 50 .............................................
xvi
48
DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Nyala efektif, temperatur tertinggi, dan temperatur rata – rata pada pengujian dengan variasi jumlah lubang burner 20 ...
34
Tabel 4.2 Waktu pendidihan dan massa air pada pengujian dengan variasi jumlah lubang burner 20 ..........................................
36
Tabel 4.3 Nyala efektif, temperatur tertinggi, dan temperatur rata – rata pada pengujian dengan variasi jumlah lubang burner 30 ...
38
Tabel 4.4 Waktu pendidihan dan massa air pada pengujian dengan variasi jumlah lubang burner 30 ..........................................
39
Tabel 4.5 Nyala efektif, temperatur tertinggi, dan temperatur rata – rata pada pengujian dengan variasi jumlah lubang burner 40 ...
41
Tabel 4.6 Waktu pendidihan dan massa air pada pengujian dengan variasi jumlah lubang burner 40 ..........................................
42
Tabel 4.7 Nyala efektif, temperatur tertinggi, dan temperatur rata – rata pada pengujian dengan variasi jumlah lubang burner 50 ...
44
Tabel 4.8 Waktu pendidihan dan massa air pada pengujian dengan variasi jumlah lubang burner 50 ..........................................
45
Tabel 4.9 Hasil perhitungan kalor sensibel ........................................
46
Tabel 4.10 Hasil perhitungan kalor laten .............................................
47
Tabel 4.11 Hasil perhitungan efisiensi thermal ....................................
47
xvii
DAFTAR SIMBOL
𝑄𝑠
: kalor sensibel (KJ)
𝑄𝑙
: kalor laten (KJ)
𝑄𝐹
: kalor biomassa (KJ)
𝑚
: massa air (Kg)
c𝑝
: kapasitas panas jenis (J/Kg.°C)
∆T
: beda temperatur (°C)
𝑚𝑢𝑎𝑝
: massa uap (Kg)
𝑓𝑔
: enthalpi penguapan (KJ/Kg)
𝑚𝑎
: massa air mula – mula (Kg)
𝑚𝑏
: massa air akhir (Kg)
𝑊𝑓
: massa biomasa (Kg)
𝐿𝐻𝑉
: nilai kalor terendah bahan bakar (KJ/Kg)
𝜂𝑡
: efisiensi thermal (%)
Q
: debit (m3/s)
𝐴
: luas penampang (m2)
𝑣
: kecepatan angin (m/s)
xviii
