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.
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
2017
i
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
Angga Saputro
ii
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
Wijianto,ST., M.Eng.Sc.
iii
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
Ir. Sri Sunarjono, MT., Ph.D.
Tri Widodo B. R., ST., MSc., Ph.D.
iv
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”
(Penulis)
v
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
pernah lelah memberikan saran dan masukan kepada penulis.
vi
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
bimbingan dan arahannya.
vii
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 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, 14 Februari 2017
Penulis
viii
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 %.
Kata kunci : gasifikasi, updraft gasifier, burner, biomassa, secondary
airflow
ix
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%.
Keywords : gasification, updraft gasifier, burner, biomass, secondary
airflow
x
DAFTAR ISI
Halaman Judul ..................................................................................
i
Pernyataan Keaslian Tugas Akhir .....................................................
ii
Halaman Persetujuan .......................................................................
iii
Halaman Pengesahan ......................................................................
iv
Lembar Motto ....................................................................................
v
Persembahan ....................................................................................
vi
Kata pengantar .................................................................................
vii
Abstrak ..............................................................................................
ix
Daftar Isi ...........................................................................................
xi
Daftar Gambar ..................................................................................
xiv
Daftar Tabel ......................................................................................
xviii
Daftar Simbol ....................................................................................
xix
BAB I PENDAHULUAN
1.1 .Latar Belakang ................................................................
1
1.2 .Rumusan masalah ..........................................................
4
1.3 .Batasan Masalah ............................................................
5
1.4 .Tujuan Penelitian ............................................................
5
1.5 .Metodologi Penelitian ......................................................
6
1.6 .Sistematika Penulisan .....................................................
7
BAB II KAJIAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI
2.1 .Tinjauan Pustaka ..........................................................
9
2.2 .Dasar Teori ...................................................................
10
xi
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
4.1.2. Hubungan Temperatur Api pada Burner terhadap
Waktu dengan Variasi Diameter Lubang Secondary
Airflow 10 mm ......................................................
xii
56
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
LAMPIRAN
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Tahapan proses gasifikasi .........................................
12
Gambar 2.2
Segitiga api pembakaran ...........................................
17
Gambar 2.3
Diagram alir proses gasifikasi .....................................
18
Gambar 2.4
Fixed bed gasification ................................................
20
Gambar 2.5
Fluidized bed gasifier .................................................
21
Gambar 2.6
Entrained bed gasifier ................................................
22
Gambar 2.7
Updraft gasifier ...........................................................
24
Gambar 2.8
Downdraft gasifier .......................................................
25
Gambar 2.9
Crossdraft gasifier ......................................................
27
Gambar 2.10 Sekam padi ................................................................
32
Gambar 2.11 Burner tungku gasifikasi ............................................
36
Gambar 3.1
Diagram alir penelitian ...............................................
40
Gambar 3.2
Instalasi pengujian .....................................................
41
Gambar 3.3
Tungku gasifikasi .......................................................
42
Gambar 3.4
Ukuran detail burner ..................................................
43
Gambar 3.5
Burner ........................................................................
43
Gambar 3.6
Reaktor ......................................................................
44
Gambar 3.7
Ash chamber...............................................................
44
Gambar 3.8
Blower .........................................................................
45
Gambar 3.9
Thermocouple reader ................................................
45
Gambar 3.10 Thermocouple ............................................................
46
Gambar 3.11 Stopwatch ...................................................................
46
xiv
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
Gambar 4.2
Grafik Hubungan antara temperatur pembakaran dengan
waktu untuk diameter lubang secondary airflow 10 mm
Gambar 4.3
56
Grafik Hubungan antara temperatur pembakaran dengan
waktu untuk diameter lubang secondary airflow 15 mm
Gambar 4.4
53
59
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 .......................................................
Gambar 4.5
Diagram data hasil percobaan waktu pendidihan air dalam
satuan desimal (menit) ...............................................
Gambar 4.6
62
64
Grafik Hubungan antara temperatur air dengan waktu
pemanasan air hingga 100ºC untuk variasi diameter lubang
secondary airflow 5 mm jumlah 17 lubang ..................
Gambar 4.7
65
Grafik Hubungan antara temperatur air dengan waktu
pemanasan air hingga 100ºC untuk variasi diameter lubang
secondary airflow 5 mm jumlah 15 lubang..................
xv
65
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..................
Gambar 4.9
66
Grafik Hubungan antara temperatur air dengan waktu
pemanasan air hingga 100ºC untuk variasi diameter lubang
secondary airflow 5 mm jumlah 11 lubang..................
66
Gambar 4.10 Grafik Hubungan antara temperatur air dengan waktu
pemanasan air hingga 100ºC untuk variasi diameter lubang
secondary airflow 10 mm jumlah 17 lubang ................
67
Gambar 4.11 Grafik Hubungan antara temperatur air dengan waktu
pemanasan air hingga 100ºC untuk variasi diameter lubang
secondary airflow 10 mm jumlah 15 lubang................
67
Gambar 4.12 Grafik Hubungan antara temperatur air dengan waktu
pemanasan air hingga 100ºC untuk variasi diameter lubang
secondary airflow 10 mm jumlah 13 lubang................
68
Gambar 4.13 Grafik Hubungan antara temperatur air dengan waktu
pemanasan air hingga 100ºC untuk variasi diameter lubang
secondary airflow 10 mm jumlah 11 lubang................
68
Gambar 4.14 Grafik Hubungan antara temperatur air dengan waktu
pemanasan air hingga 100ºC untuk variasi diameter lubang
secondary airflow 15 mm jumlah 17 lubang ................
xvi
69
Gambar 4.15 Grafik Hubungan antara temperatur air dengan waktu
pemanasan air hingga 100ºC untuk variasi diameter lubang
secondary airflow 15 mm jumlah 15 lubang................
69
Gambar 4.16 Grafik Hubungan antara temperatur air dengan waktu
pemanasan air hingga 100ºC untuk variasi diameter lubang
secondary airflow 15 mm jumlah 13 lubang................
70
Gambar 4.17 Grafik Hubungan antara temperatur air dengan waktu
pemanasan air hingga 100ºC untuk variasi diameter lubang
secondary airflow 15 mm jumlah 11 lubang................
70
Gambar 4.18 Diagram perbandingan data hasil perhitungan efisiensi
thermal tungku gasifikasi ............................................
xvii
74
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1
Karakteristik fixed 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 ...........................................................
Tabel 4.1
Data hasil percobaan untuk diameter lubang secondary
airflow 5 mm .................................................................
Tabel 4.2
54
Data hasil percobaan untuk diameter lubang secondary
airflow 10 mm ...............................................................
Tabel 4.3
50
57
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 ...........................................................
Tabel 4.10
76
Perhitungan massa udara yang digunakan selama proses
gasifikasi .......................................................................
xviii
77
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)
m udara
:
massa udara yang digunakan selama proses gasifikasi (Kg)
xix
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
2017
i
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
Angga Saputro
ii
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
Wijianto,ST., M.Eng.Sc.
iii
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
Ir. Sri Sunarjono, MT., Ph.D.
Tri Widodo B. R., ST., MSc., Ph.D.
iv
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”
(Penulis)
v
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
pernah lelah memberikan saran dan masukan kepada penulis.
vi
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
bimbingan dan arahannya.
vii
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 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, 14 Februari 2017
Penulis
viii
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 %.
Kata kunci : gasifikasi, updraft gasifier, burner, biomassa, secondary
airflow
ix
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%.
Keywords : gasification, updraft gasifier, burner, biomass, secondary
airflow
x
DAFTAR ISI
Halaman Judul ..................................................................................
i
Pernyataan Keaslian Tugas Akhir .....................................................
ii
Halaman Persetujuan .......................................................................
iii
Halaman Pengesahan ......................................................................
iv
Lembar Motto ....................................................................................
v
Persembahan ....................................................................................
vi
Kata pengantar .................................................................................
vii
Abstrak ..............................................................................................
ix
Daftar Isi ...........................................................................................
xi
Daftar Gambar ..................................................................................
xiv
Daftar Tabel ......................................................................................
xviii
Daftar Simbol ....................................................................................
xix
BAB I PENDAHULUAN
1.1 .Latar Belakang ................................................................
1
1.2 .Rumusan masalah ..........................................................
4
1.3 .Batasan Masalah ............................................................
5
1.4 .Tujuan Penelitian ............................................................
5
1.5 .Metodologi Penelitian ......................................................
6
1.6 .Sistematika Penulisan .....................................................
7
BAB II KAJIAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI
2.1 .Tinjauan Pustaka ..........................................................
9
2.2 .Dasar Teori ...................................................................
10
xi
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
4.1.2. Hubungan Temperatur Api pada Burner terhadap
Waktu dengan Variasi Diameter Lubang Secondary
Airflow 10 mm ......................................................
xii
56
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
LAMPIRAN
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Tahapan proses gasifikasi .........................................
12
Gambar 2.2
Segitiga api pembakaran ...........................................
17
Gambar 2.3
Diagram alir proses gasifikasi .....................................
18
Gambar 2.4
Fixed bed gasification ................................................
20
Gambar 2.5
Fluidized bed gasifier .................................................
21
Gambar 2.6
Entrained bed gasifier ................................................
22
Gambar 2.7
Updraft gasifier ...........................................................
24
Gambar 2.8
Downdraft gasifier .......................................................
25
Gambar 2.9
Crossdraft gasifier ......................................................
27
Gambar 2.10 Sekam padi ................................................................
32
Gambar 2.11 Burner tungku gasifikasi ............................................
36
Gambar 3.1
Diagram alir penelitian ...............................................
40
Gambar 3.2
Instalasi pengujian .....................................................
41
Gambar 3.3
Tungku gasifikasi .......................................................
42
Gambar 3.4
Ukuran detail burner ..................................................
43
Gambar 3.5
Burner ........................................................................
43
Gambar 3.6
Reaktor ......................................................................
44
Gambar 3.7
Ash chamber...............................................................
44
Gambar 3.8
Blower .........................................................................
45
Gambar 3.9
Thermocouple reader ................................................
45
Gambar 3.10 Thermocouple ............................................................
46
Gambar 3.11 Stopwatch ...................................................................
46
xiv
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
Gambar 4.2
Grafik Hubungan antara temperatur pembakaran dengan
waktu untuk diameter lubang secondary airflow 10 mm
Gambar 4.3
56
Grafik Hubungan antara temperatur pembakaran dengan
waktu untuk diameter lubang secondary airflow 15 mm
Gambar 4.4
53
59
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 .......................................................
Gambar 4.5
Diagram data hasil percobaan waktu pendidihan air dalam
satuan desimal (menit) ...............................................
Gambar 4.6
62
64
Grafik Hubungan antara temperatur air dengan waktu
pemanasan air hingga 100ºC untuk variasi diameter lubang
secondary airflow 5 mm jumlah 17 lubang ..................
Gambar 4.7
65
Grafik Hubungan antara temperatur air dengan waktu
pemanasan air hingga 100ºC untuk variasi diameter lubang
secondary airflow 5 mm jumlah 15 lubang..................
xv
65
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..................
Gambar 4.9
66
Grafik Hubungan antara temperatur air dengan waktu
pemanasan air hingga 100ºC untuk variasi diameter lubang
secondary airflow 5 mm jumlah 11 lubang..................
66
Gambar 4.10 Grafik Hubungan antara temperatur air dengan waktu
pemanasan air hingga 100ºC untuk variasi diameter lubang
secondary airflow 10 mm jumlah 17 lubang ................
67
Gambar 4.11 Grafik Hubungan antara temperatur air dengan waktu
pemanasan air hingga 100ºC untuk variasi diameter lubang
secondary airflow 10 mm jumlah 15 lubang................
67
Gambar 4.12 Grafik Hubungan antara temperatur air dengan waktu
pemanasan air hingga 100ºC untuk variasi diameter lubang
secondary airflow 10 mm jumlah 13 lubang................
68
Gambar 4.13 Grafik Hubungan antara temperatur air dengan waktu
pemanasan air hingga 100ºC untuk variasi diameter lubang
secondary airflow 10 mm jumlah 11 lubang................
68
Gambar 4.14 Grafik Hubungan antara temperatur air dengan waktu
pemanasan air hingga 100ºC untuk variasi diameter lubang
secondary airflow 15 mm jumlah 17 lubang ................
xvi
69
Gambar 4.15 Grafik Hubungan antara temperatur air dengan waktu
pemanasan air hingga 100ºC untuk variasi diameter lubang
secondary airflow 15 mm jumlah 15 lubang................
69
Gambar 4.16 Grafik Hubungan antara temperatur air dengan waktu
pemanasan air hingga 100ºC untuk variasi diameter lubang
secondary airflow 15 mm jumlah 13 lubang................
70
Gambar 4.17 Grafik Hubungan antara temperatur air dengan waktu
pemanasan air hingga 100ºC untuk variasi diameter lubang
secondary airflow 15 mm jumlah 11 lubang................
70
Gambar 4.18 Diagram perbandingan data hasil perhitungan efisiensi
thermal tungku gasifikasi ............................................
xvii
74
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1
Karakteristik fixed 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 ...........................................................
Tabel 4.1
Data hasil percobaan untuk diameter lubang secondary
airflow 5 mm .................................................................
Tabel 4.2
54
Data hasil percobaan untuk diameter lubang secondary
airflow 10 mm ...............................................................
Tabel 4.3
50
57
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 ...........................................................
Tabel 4.10
76
Perhitungan massa udara yang digunakan selama proses
gasifikasi .......................................................................
xviii
77
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)
m udara
:
massa udara yang digunakan selama proses gasifikasi (Kg)
xix