PENINGKATAN EFISIENSI BOILER UNTUK MEMASAK BUBUR KEDELAI KAPASITAS 200 KG/JAM
PENINGKATAN EFISIENSI BOILER UNTUK MEMASAK
BUBUR KEDELAI KAPASITAS 200 KG/JAM
TUGAS AKHIR
Diajukan kepada
Universitas Muhammadiyah Malang
Untuk Memenahi Syarat Memperoleh Gelar
Sarjana (S-1) Teknik Mesin
Disusun Oleh :
FAJAR BIRAMA
201110120311050
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2016
KATA PENGANTAR
Bismillaahirrohmaanirrahim
Segala puji syukur kehadirat Allah SWT, atas segala rahmat, taufik dan
hidayahNya yang selalu dilimpahkan kepada kita tanpa pernah terputus. Shalawat
dan salam kita panjatkan kepada Junjungan Nabi Besar Muhammad SAW sebagai
Nabi dan Rasul akhir zaman yang membimbing kita agar kelak diakui menjadi
hamba Allah SWT.
Dalam
penulisan
tugas
akhir
ini
penulis
memberi
judul
“PENINGKATAN EFISIENSI BOILER UNTUK MEMASAK BUBUR
KEDELAI KAPASITAS 200 KG/JAM“. Tugas akhir ini dibuat dengan tujuan
sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di Universitas
Muhammadiyah Malang. Tugas akhir ini tidak akan tersusun tanpa adanya
bantuan dan dukungan dari berbagai pihak baik dalam segi material maupun
spiritual dan karenannya penyusun mengucapkan terima kasih kepada :
1. Ibu dan Bapak tercinta dirumah, Mbak Senja beserta seluruh keluarga dan
orang-orang yang penulis sayangi yang selalu memberikan doa dan
motivasi bagi penulis untuk menyelesaikan tugas akhir ini.
2. Bapak Prof. Dr. Muhadjir Effendi, M.AP. selaku Rektor lama Universitas
Muhammadiyah Malang.
3. Bapak Drs. H. Fauzan, M.pd
selaku Rektor
baru Universitas
Muhammadiyah Malang.
4. Bapak Ir. Sudarman, M.T selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Malang.
5. Bapak Ir. Daryono, M.T selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas
Muhammadiyah Malang.
6. Bapak Budiono, S.Si, M.T selaku dosen pembimbing I yang telah
memberikan waktu, kesempatan, dan ilmunya untuk membimbing
sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan dengan baik.
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL ............................................................................................... i
POSTER .............................................................................................................. ii
LEMBAR PENGESAHAN .............................................................................. iii
LEMBAR ASISTENSI ..................................................................................... iv
LEMBAR SURAT PERNYATAAN TIDAK PLAGIAT .............................. vi
ABSTRAKS ...................................................................................................... vii
ABSTRACS ..................................................................................................... viii
KATA PENGANTAR ....................................................................................... ix
DAFTAR ISI ...................................................................................................... xi
DAFTAR TABEL ........................................................................................... xiv
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xv
BAB I PENDAHULUAN
1.1 LatarBelakang ................................................................................ 1
1.2 Rumusanmasalah .......................................................................... 2
1.3 TujuanPenulisan ............................................................................ 2
1.4 ManfaatPenulisan ......................................................................... 2
1.5 BatasanMasalah ............................................................................. 3
BAB II LANDASAN TEORI
2.1 Pengertian Boiler ........................................................................... 4
2.2 Bagian-bagian Pada Boiler dan Fungsinya .................................... 5
2.3 Prinsip-prinsip Pembakaran ........................................................... 9
2.3.1 Proses Pembakaran ............................................................... 9
2.3.2 Pembakaran Tiga T ............................................................. 11
2.4 Persamaan Gas Ideal .................................................................... 12
2.5 Energi........................................................................................... 13
2.6 Laju Aliran Massa ....................................................................... 17
2.7 Debit (q) ...................................................................................... 18
2.8 Hukum Poiseuille ........................................................................ 18
2.9 Efisiensi Boiler ............................................................................ 19
2.10 Neraca Kalor .............................................................................. 20
2.11 Proses Pembuatan Tahu ............................................................. 21
2.12 Economizer ................................................................................ 23
BAB III METODELOGI
3.1 Diagram Alir ................................................................................ 26
BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Menghitung Energi yang Terjadi ................................................. 27
4.2 Menghitung Daya ........................................................................ 28
4.3 Menghitung Kapasitas Uap ......................................................... 28
4.4 Menghitung Debit Uap ................................................................ 29
4.4.1 Menghitung Volume Air .................................................... 30
4.5 Menghitung Tekanan Steam Boiler ............................................. 31
4.6 Menghitung Temperatur Steam Boiler ........................................ 32
4.7 Menghitung Temperatur Pipa Api Boiler .................................... 32
4.8 Menghitung Tekanan Dalam Pipa Api ........................................ 35
4.8.1 Menghitung Debit Fluida Dalam Pipa Api ......................... 36
4.8.2 Menghitung Kapasitas Bahan Bakar .................................. 37
4.9 Menghitung Temperatur yang Terjadi Pada Cerobong ............... 37
4.10 Menghitung Debit Fluida Dalam Cerobong Asap ..................... 38
4.11 Menghitung Kapasitas Gas yang Keluar ................................... 39
4.12 Menghitung Neraca Kalor Pada Boiler ..................................... 39
4.13 Menghitung Efisiensi Pada Boiler ............................................. 40
4.A Rancangan Economizer .............................................................. 40
4.B Efisiensi boiler Setelah Ditambah Economizer .......................... 49
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan .................................................................................. 52
5.2 Saran ............................................................................................ 53
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
DAFTAR PUSTAKA
Payne, F. William. 1996. Efficient Boiler Operations Sourcebook.
Colorado: The Fairmont Press.
Hjalti Kristinsson, Sofie Lang. 2010. Boiler Control – improving efficiency
of boiler systems. Lund University: Faculty of Engineering.
V. Ganapathy. 2003. Industrial Boilers and Heat Recovery Steam
Generators Design, Applications, and Calculations. Texas: ABCO
Industries
.
Bandi Parapak. 2013. Perekayasaan Ketel Uap Utilitas Pabrik Elemen
Bakar Nuklir Tipe Pwr 1000 MWe dalam jurnal Prosiding Pertemuan
Ilmiah Perekayasaan Perangkat Nuklir PRPN – BATAN, 14 November
2013.
J.R. Davis, Davis & Associates. 2004. Tensile Testing Second Edition.
Ohio: Materials Park.
P. Talukdar., 1998. Design Economiser. Delhi: Associate Professor
Department of Mechanical EngineeringDepartment of Mechanical
Engineering IIT.
Anonym. https://id.m.wikipedia.org/wiki/Modulus_geser. 17 September
2015.
Anonym. https://id.m.wikipedia.org/wiki/Sengon. 5 Oktober 2015.
Anonym. https://id.wikipedia.org/wiki/Karbon_dioksida. 10 Oktober 2015
Anonym. https://id.wikipedia.org/wiki/Tembaga. 17 desember 2015
Anonym. http://www.slideshare.net/gopichand155/design-of-air-preheater-and-economizer. 5 Januari 2016.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perusahaan Sari Agung, Kecamataan Gedeg, Kabupaten Mojokerto,
merupakan salah satu produsen tahu yang mampu berproduksi sebesar 2,5
sampai 3 ton tahu per 8 jam kerja setiap harinya. Dalam proses produksinya
banyak menggunakan mesin-mesin produksi, salah satunya boiler. Boiler
yang digunakan berjenis fire tube boiler dengan bahan bakar berupa kayu.
Banyak hal yang bisa dimanfaatkan dari boiler selain dari steam yang
digunakan untuk memasak bubur kedelai dalam kasus ini, contohnya adalah
energi yang keluar dari cerobong asap. Energi tersebut dapat digunakan
kembali sebagai penambah efisiensi pada boiler tersebut, aplikasinya adalah
berupa economizer. Economizer dapat menyimpan biaya bahan bakar sebesar
1% per kenaikan 10
O
pada air umpan (presented by David C. Farthing.
Improving Boiler Room Efficiencies. A Seminar on the ways and means of
increasing boiler room efficiencies).
Berdasarkan hal tersebut, peneliti tertarik untuk mengetahui efisiensi
boiler tersebut dan merancang sebuah economizer sederhana sehingga
nantinya dapat mengurangi konsumsi bahan bakar per jam pada boiler
tersebut.
1
2
1.2 Rumusan Masalah
1. Bagaimana neraca kalor yang terjadi pada boiler sebelum dan sesudah
diberi economizer ?
2. Berapa efisiensi yang terjadi pada boiler sebelum dan sesudah diberi
economizer ?
3. Bagaimana desain economiser untuk boiler tersebut ?
1.3 Tujuan
1. Untuk mengetahui alur perhitungan efisiensi boiler.
2. Untuk mengetahui desain economiser serta mengetahui perbandingan
efisiensi sebelum dan sesudah diberi economizer.
1.4 Manfaat
Adapun manfaat dari penulisan ini adalah:
1. Untuk pribadi
Penulisan tugas akhir ini memberikan manfaat untuk diri saya sendiri
yaitu sebagai penerapan ilmu yang didapat selama mengikuti
perkuliahan di Universitas Muhammadiyah malang. Selain itu, dari
tugas akhir ini saya mendapatkan persiapan awal untuk menghadapi
dunia kerja.
2. Bagi masyarakat
3
Hasil analisa ini diharapkan bisa memberikan pengetahuan lebih
tentang bagaimana cara menganalisa sebuah masalah yang ada
dikehidupan sehari-hari. Meskipun masalah yang dihadapi berbeda,
tetapi dengan cara merunut akar permasalahan tersebut maka dapat
diketahui sebuah kesimpulan dan solusi bagi masalah tersebut.
3. Bagi Universitas Muhammadiyah Malang
Memberikan bukti hasil pembelajaran selama kuliah di Universitas
Muhammadiyah Malang kepada masyarakat, bahwa Universitas
Muhammadiyah Malang mampu mencetak sarjana yang berkualitas
dan berguna bagi masyarakat.
1.5 Batasan Masalah
Melihat begitu banyaknya pembahasan dalam boiler, maka perlu adanya
batasan khusus didalamnya. Batasan ini diperlukan agar dalam menganalisa tidak
terjadi penyimpangan variabel dan parameter pada boiler tersebut, adapun batasan
masalah pada analisa kerja boiler ini adalah:
1. Boiler yang digunakan berjenis fire tube boiler sesuai dengan
penggunaannya di Perusahaan Sari Agung.
2. Parameter-parameter yang ada didalam boiler (contohnya: dimensi)
dianggap ideal.
3. Bahan bakar yang digunakan adalah kayu.
4. Steam digunakan untuk memasak bubur kedelai.
BUBUR KEDELAI KAPASITAS 200 KG/JAM
TUGAS AKHIR
Diajukan kepada
Universitas Muhammadiyah Malang
Untuk Memenahi Syarat Memperoleh Gelar
Sarjana (S-1) Teknik Mesin
Disusun Oleh :
FAJAR BIRAMA
201110120311050
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2016
KATA PENGANTAR
Bismillaahirrohmaanirrahim
Segala puji syukur kehadirat Allah SWT, atas segala rahmat, taufik dan
hidayahNya yang selalu dilimpahkan kepada kita tanpa pernah terputus. Shalawat
dan salam kita panjatkan kepada Junjungan Nabi Besar Muhammad SAW sebagai
Nabi dan Rasul akhir zaman yang membimbing kita agar kelak diakui menjadi
hamba Allah SWT.
Dalam
penulisan
tugas
akhir
ini
penulis
memberi
judul
“PENINGKATAN EFISIENSI BOILER UNTUK MEMASAK BUBUR
KEDELAI KAPASITAS 200 KG/JAM“. Tugas akhir ini dibuat dengan tujuan
sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di Universitas
Muhammadiyah Malang. Tugas akhir ini tidak akan tersusun tanpa adanya
bantuan dan dukungan dari berbagai pihak baik dalam segi material maupun
spiritual dan karenannya penyusun mengucapkan terima kasih kepada :
1. Ibu dan Bapak tercinta dirumah, Mbak Senja beserta seluruh keluarga dan
orang-orang yang penulis sayangi yang selalu memberikan doa dan
motivasi bagi penulis untuk menyelesaikan tugas akhir ini.
2. Bapak Prof. Dr. Muhadjir Effendi, M.AP. selaku Rektor lama Universitas
Muhammadiyah Malang.
3. Bapak Drs. H. Fauzan, M.pd
selaku Rektor
baru Universitas
Muhammadiyah Malang.
4. Bapak Ir. Sudarman, M.T selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Malang.
5. Bapak Ir. Daryono, M.T selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas
Muhammadiyah Malang.
6. Bapak Budiono, S.Si, M.T selaku dosen pembimbing I yang telah
memberikan waktu, kesempatan, dan ilmunya untuk membimbing
sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan dengan baik.
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL ............................................................................................... i
POSTER .............................................................................................................. ii
LEMBAR PENGESAHAN .............................................................................. iii
LEMBAR ASISTENSI ..................................................................................... iv
LEMBAR SURAT PERNYATAAN TIDAK PLAGIAT .............................. vi
ABSTRAKS ...................................................................................................... vii
ABSTRACS ..................................................................................................... viii
KATA PENGANTAR ....................................................................................... ix
DAFTAR ISI ...................................................................................................... xi
DAFTAR TABEL ........................................................................................... xiv
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xv
BAB I PENDAHULUAN
1.1 LatarBelakang ................................................................................ 1
1.2 Rumusanmasalah .......................................................................... 2
1.3 TujuanPenulisan ............................................................................ 2
1.4 ManfaatPenulisan ......................................................................... 2
1.5 BatasanMasalah ............................................................................. 3
BAB II LANDASAN TEORI
2.1 Pengertian Boiler ........................................................................... 4
2.2 Bagian-bagian Pada Boiler dan Fungsinya .................................... 5
2.3 Prinsip-prinsip Pembakaran ........................................................... 9
2.3.1 Proses Pembakaran ............................................................... 9
2.3.2 Pembakaran Tiga T ............................................................. 11
2.4 Persamaan Gas Ideal .................................................................... 12
2.5 Energi........................................................................................... 13
2.6 Laju Aliran Massa ....................................................................... 17
2.7 Debit (q) ...................................................................................... 18
2.8 Hukum Poiseuille ........................................................................ 18
2.9 Efisiensi Boiler ............................................................................ 19
2.10 Neraca Kalor .............................................................................. 20
2.11 Proses Pembuatan Tahu ............................................................. 21
2.12 Economizer ................................................................................ 23
BAB III METODELOGI
3.1 Diagram Alir ................................................................................ 26
BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Menghitung Energi yang Terjadi ................................................. 27
4.2 Menghitung Daya ........................................................................ 28
4.3 Menghitung Kapasitas Uap ......................................................... 28
4.4 Menghitung Debit Uap ................................................................ 29
4.4.1 Menghitung Volume Air .................................................... 30
4.5 Menghitung Tekanan Steam Boiler ............................................. 31
4.6 Menghitung Temperatur Steam Boiler ........................................ 32
4.7 Menghitung Temperatur Pipa Api Boiler .................................... 32
4.8 Menghitung Tekanan Dalam Pipa Api ........................................ 35
4.8.1 Menghitung Debit Fluida Dalam Pipa Api ......................... 36
4.8.2 Menghitung Kapasitas Bahan Bakar .................................. 37
4.9 Menghitung Temperatur yang Terjadi Pada Cerobong ............... 37
4.10 Menghitung Debit Fluida Dalam Cerobong Asap ..................... 38
4.11 Menghitung Kapasitas Gas yang Keluar ................................... 39
4.12 Menghitung Neraca Kalor Pada Boiler ..................................... 39
4.13 Menghitung Efisiensi Pada Boiler ............................................. 40
4.A Rancangan Economizer .............................................................. 40
4.B Efisiensi boiler Setelah Ditambah Economizer .......................... 49
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan .................................................................................. 52
5.2 Saran ............................................................................................ 53
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
DAFTAR PUSTAKA
Payne, F. William. 1996. Efficient Boiler Operations Sourcebook.
Colorado: The Fairmont Press.
Hjalti Kristinsson, Sofie Lang. 2010. Boiler Control – improving efficiency
of boiler systems. Lund University: Faculty of Engineering.
V. Ganapathy. 2003. Industrial Boilers and Heat Recovery Steam
Generators Design, Applications, and Calculations. Texas: ABCO
Industries
.
Bandi Parapak. 2013. Perekayasaan Ketel Uap Utilitas Pabrik Elemen
Bakar Nuklir Tipe Pwr 1000 MWe dalam jurnal Prosiding Pertemuan
Ilmiah Perekayasaan Perangkat Nuklir PRPN – BATAN, 14 November
2013.
J.R. Davis, Davis & Associates. 2004. Tensile Testing Second Edition.
Ohio: Materials Park.
P. Talukdar., 1998. Design Economiser. Delhi: Associate Professor
Department of Mechanical EngineeringDepartment of Mechanical
Engineering IIT.
Anonym. https://id.m.wikipedia.org/wiki/Modulus_geser. 17 September
2015.
Anonym. https://id.m.wikipedia.org/wiki/Sengon. 5 Oktober 2015.
Anonym. https://id.wikipedia.org/wiki/Karbon_dioksida. 10 Oktober 2015
Anonym. https://id.wikipedia.org/wiki/Tembaga. 17 desember 2015
Anonym. http://www.slideshare.net/gopichand155/design-of-air-preheater-and-economizer. 5 Januari 2016.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perusahaan Sari Agung, Kecamataan Gedeg, Kabupaten Mojokerto,
merupakan salah satu produsen tahu yang mampu berproduksi sebesar 2,5
sampai 3 ton tahu per 8 jam kerja setiap harinya. Dalam proses produksinya
banyak menggunakan mesin-mesin produksi, salah satunya boiler. Boiler
yang digunakan berjenis fire tube boiler dengan bahan bakar berupa kayu.
Banyak hal yang bisa dimanfaatkan dari boiler selain dari steam yang
digunakan untuk memasak bubur kedelai dalam kasus ini, contohnya adalah
energi yang keluar dari cerobong asap. Energi tersebut dapat digunakan
kembali sebagai penambah efisiensi pada boiler tersebut, aplikasinya adalah
berupa economizer. Economizer dapat menyimpan biaya bahan bakar sebesar
1% per kenaikan 10
O
pada air umpan (presented by David C. Farthing.
Improving Boiler Room Efficiencies. A Seminar on the ways and means of
increasing boiler room efficiencies).
Berdasarkan hal tersebut, peneliti tertarik untuk mengetahui efisiensi
boiler tersebut dan merancang sebuah economizer sederhana sehingga
nantinya dapat mengurangi konsumsi bahan bakar per jam pada boiler
tersebut.
1
2
1.2 Rumusan Masalah
1. Bagaimana neraca kalor yang terjadi pada boiler sebelum dan sesudah
diberi economizer ?
2. Berapa efisiensi yang terjadi pada boiler sebelum dan sesudah diberi
economizer ?
3. Bagaimana desain economiser untuk boiler tersebut ?
1.3 Tujuan
1. Untuk mengetahui alur perhitungan efisiensi boiler.
2. Untuk mengetahui desain economiser serta mengetahui perbandingan
efisiensi sebelum dan sesudah diberi economizer.
1.4 Manfaat
Adapun manfaat dari penulisan ini adalah:
1. Untuk pribadi
Penulisan tugas akhir ini memberikan manfaat untuk diri saya sendiri
yaitu sebagai penerapan ilmu yang didapat selama mengikuti
perkuliahan di Universitas Muhammadiyah malang. Selain itu, dari
tugas akhir ini saya mendapatkan persiapan awal untuk menghadapi
dunia kerja.
2. Bagi masyarakat
3
Hasil analisa ini diharapkan bisa memberikan pengetahuan lebih
tentang bagaimana cara menganalisa sebuah masalah yang ada
dikehidupan sehari-hari. Meskipun masalah yang dihadapi berbeda,
tetapi dengan cara merunut akar permasalahan tersebut maka dapat
diketahui sebuah kesimpulan dan solusi bagi masalah tersebut.
3. Bagi Universitas Muhammadiyah Malang
Memberikan bukti hasil pembelajaran selama kuliah di Universitas
Muhammadiyah Malang kepada masyarakat, bahwa Universitas
Muhammadiyah Malang mampu mencetak sarjana yang berkualitas
dan berguna bagi masyarakat.
1.5 Batasan Masalah
Melihat begitu banyaknya pembahasan dalam boiler, maka perlu adanya
batasan khusus didalamnya. Batasan ini diperlukan agar dalam menganalisa tidak
terjadi penyimpangan variabel dan parameter pada boiler tersebut, adapun batasan
masalah pada analisa kerja boiler ini adalah:
1. Boiler yang digunakan berjenis fire tube boiler sesuai dengan
penggunaannya di Perusahaan Sari Agung.
2. Parameter-parameter yang ada didalam boiler (contohnya: dimensi)
dianggap ideal.
3. Bahan bakar yang digunakan adalah kayu.
4. Steam digunakan untuk memasak bubur kedelai.