TUGAS AKHIR Rancang Bangun Tungku Gasifikasi Tipe Downdraft Continue Bahan Bakar Sekam Padi.
TUGAS AKHIR
RANCANG BANGUN TUNGKU GASIFIKASI
TIPE DOWNDRAFT CONTINUE BAHAN BAKAR
SEKAM PADI
Disusun Sebagai Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun oleh:
MUHAMMAD RAISUL KHOIRI
D200 100 077
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2016
v
LEMBAR MOTTO
Life is about 10% what happen
And 90% how we react to it
(anonymous)
vi
ABSTRAKSI
Salah satu cara untuk mengkonversikan biomasa menjadi energi
yang siap pakai adalah dengan metode gasifikasi. Penelitian ini bertujuan
untuk mendapatkan desain tungku gasifikasi yang mampu kontinu atau dapat
terus diisi ulang bahan bakarnya tanpa harus menghentikan penyalaan,
mengetahui waktu penyalaan tungku, temperatur nyala api dan nilai kalor
yang dihasilkan.
Penelitian ini menggunakan reaktor tipe gasifikasi downdraft yang
berarti dimana aliran gas hasil gasifikasi dan udara searah yaitu ke bawah.
Penelitian dimulai dengan mendesain dan membuat tungku gasifikasi, lalu
melakukan pengujian terhadap sifat kontinu dari penggunaan tungku ini.
Disamping itu juga diambil data waktu penyalaan tungku, temperatur, serta
nilai kalor yang dihasilkan.
Hasil
penelitian
menunjukkan
bahwa tungku
gasifikasi
tipe
downdraft continue dengan diameter 170 mm, tinggi 650 mm, sudut throat
600, dengan bahan bakar sekam padi mampu menyala pada menit ke 10
dengan temperature tertinggi 5730C, menyala selama 36 menit dengan nilai
kalor pendidihan air sebesar 2626,7 kJ. Dan dengan tungku yang diisi ulang
sekam padi mampu menyala pada menit ke 6 dengan temperature tertinggi
5720C, menyala selama 62 menit dan memiliki nilai kalor sebesar 4369,2 kJ.
Namun proses gasifikasi masih kurang lancar pada tahap pangisian ulang
bahan bakar kedalam tungku.
Kata kunci: Gasifikasi, Biomasa, Downdraft Continue, Sekam Padi
vii
ABSTRACTION
One way to convert biogas into energy that is ready to use is the
gasification method. The goal is to get the downdraft gasification stove design,
to get to ignite the furnace time, the temperature of the flame and the calorific
value that can be produce from downdraft gasification stove.
This reseach uses downdraft gasification reactor types which that
where the gasification gas flow and air are one way direction that is
downward. The study began with designing and building a gasification stove
downdraft tipe, then make a test or experiment the continuously of the
gasification stove. It was also taken time data Ignition stove, temperature, and
the value of the heat produced.
The results showed that the furnace gasification type downdraft
continue with a diameter of 170 mm, height 650 mm, throat angle 600, with
rice husk as fuel is capable of burning at minute 10 with highest temperature
5730C, burning for 36 minutes with a calorific value of boiling water by 2626, 7
kJ. And the furnace is refilled capable of burning rice husk at minute 6 with the
highest temperature 5730C, burning for 62 minutes and has a calorific value of
4369.2 kJ.
Keywords: Gasification, Biomass, Downdraft Continue, Rice
Husk
viii
KATA PENGANTAR
Assalamualaikum. Wr. Wb.
Alhamdulillahirobbil’alamin, sungguh segala puji hanya teruntuk
hanya Alloh subhanallohu wata’ala sang pencipta alam semesta. Dengan segala
izinNya sehingga penyusunan laporan penelitian ini dapat terselesaikan.
Tugas Akhir berjudul “Rancang Bangun Dan Perbandingan Kinerja
Tungku Gasifikasi Downdraft Continue Bahan Bakar Sekam Padi” dapat
terselesaikan atas dukungan dari beberapa pihak. Untuk itu pada kesempatan ini,
penulis dengan segala ketulusan dan keikhlasan hati ingin menyampaikan terima
kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Sri Sunarjono, Ir. MT, Ph.D, selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Tri Widodo BR,. ST, M.Sc, Ph.D, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
3. Bapak Subroto, Ir, MT, ,selaku Pembimbing Utama yang telah memberikan
arahan dan bimbingan.
4. Bapak Sartono Putro, Ir, MT, selaku Pembimbing Pendamping yang banyak
memberikan ilmu, arahan dan bimbingan.
5. Bapak, ibu, kakak dan adik tercinta sebagai orang terdekat, yang senantiasa
memberikan dukungan baik moral maupun spiritual dalam keadaan apapun.
6. Keluarga besar kampung Candibaru RT 01 RW XI Gonilan yang telah bersedia
mengayomi dan senantiasa selalu bersedia untuk menjadi keluarga kedua di
perantauan.
7. Semua Dosen Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah
Surakarta yang tidak bisa disebut satu-persatu, yang telah bersedia membina
dan menjadi pendidik yang baik.
ix
8. Keluarga besar Lembaga Pers Mahasiswa Pabelan UMS sebagai wadah untuk
belajar berorganisasi, menempa diri agar menjadi manusia yang dapat
berkomunikasi dengan baik.
9. Kawan Hari, Nafis, Ragil dan Ustadz Haris selaku teman bernanung satu atap
yang telah bersedia memberikan banyak kesan hidup baik di Pondok Mutia
maupun setelah menjadi Alumni Mutia.
10. Sahabatku Ustadz Nurhadi Saputra selaku sahabat seperjuanan yang telah
mendukung dan membantu.
11. Zahra Andarini yang telah membantu mendapatkan dan mencari literasi untuk
mempermudah pengerjaan tugas akhir.
12. Rekan-rekan Teknik Mesin UMS angkatan 2010 khususnya serta semua rekan
Teknik Mesin dari berbagai angkatan yang tidak bisa disebut satu-persatu
yang telah membantu.
Penulis menyadari bahwa laporan ini masih banyak kekurangan, oleh
karena itu kritik dan saran yang membangun dari pembaca akan penulis
terima dengan senang hati.
Wassalamualaikum. Wr. Wb.
Surakarta, 2 Februari 2016
Muhammad Raisul Khoiri
x
DAFTAR ISI
Halaman Judul ...................................................................... i
Pernytaan Keaslian Tugas Akhir.......................................... ii
Halaman Persetujuan ......................................................... iii
Halaman Pengesahan ........................................................ iv
Lembar Soal Tugas Akhir .................................................... v
Lembar Motto...................................................................... vi
Abstrak
.......................................................................... vii
Kata Pengantar .................................................................. ix
Daftar Isi ............................................................................. xi
Daftar Gambar ................................................................... xiv
Daftar Tabel ...................................................................... xvi
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang .............................................................1
1.2. Rumusan Masalah ...............................................3
1.3 Tujuan Penelitian .................................................4
1.3. Manfaat Penelitian ...............................................4
1.4. Batasan Masalah .................................................5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1.Kajian Pustaka ......................................................6
2.2.Landasan Teori .....................................................7
2.2.1. Pembakaran ........................................7
2.2.2. Gasifikasi Biomasa ...............................8
xi
2.2.3. Tahapan Proses gasifikasi..................11
2.2.4 Tipe Reaktor Gasifikasi .......................12
2.2.5 Faktor yang Mempengaruhi Gasifikasi 16
2.2.6 Kalor ....................................................17
2.2.7 Desain Tungku Gasifikasi ....................18
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Diagram Alir Penelitian ......................................21
3.2. Instalasi Pengujian ............................................22
3.3. Alat dan Bahan Penelitian .................................23
3.3.1.Alat Penelitian ...................................23
3.3.2.Bahan Penelitian ...............................29
3.4.Tahapan Pengujian .............................................29
BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Penelitian ................................................32
4.1.1 Hasil Pengujian Tungku Tanpa Isi
Ulang ........................................................32
4.1.2 Hasil Pengujian Tungku dengan Isi
Ulang ........................................................33
4.1.3 Pendidihan Air pada Tungku
Tanpa Isi Ulang ..........................................34
4.1.4 Pendidihan Air pada Tungku Dengan
Isi Ulang ...................................................35
xii
4.2 Pembahasan ......................................................36
4.2.1 Perbandingan Hasil Pengujian Tungku
dengan dan Tanpa Isi Ulang ....................36
4.2.2 Perbandingan Nyala Efektif Tungku .........37
4.2.3 Perbandingan Temperatur Air Tungku
dengan dan Tanpa Isi Ulang Bahan Bakar .......38
BAB V PENUTUP
5.1.Kesimpulan .........................................................40
5.2.Saran...................................................................41
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 (a) Skema reaktor updraft
(b) Jenis tungku updraft jadi ...........................13
Gambar 2.2 Skema reaktor downdraft ...............................14
Gambar 2.3 Skema Reaktor crossdraft ............................15
Gambar 3.1 Diagram alir penelitian ..................................21
Gambar 3.2 Instalasi Pengujian ........................................22
Gambar 3.3 downdraft continue gasifier ...........................23
Gambar 3.4 Gambar Kerja Tungku Gasifikasi
Downdraft Continue… ....................................25
Gambar 3.5 Blower 2 Inchi ................................................25
Gambar 3.6 Thermocouple ................................................26
Gambar 3.7 Timbangan Gantung kapasitas 20 kg ............26
Gambar 3.8 Stopwatch digital ...........................................27
Gambar 3.9 Anemometer .................................................27
Gambar 3.10. Thermometer Air Raksa ..............................28
Gambar 3.11. Gelas ukur ..................................................28
Gambar 3.12 Sekam Padi..................................................29
Gambar 4.1 Hubungan antara waktu dengan temperatur
nyala api tungku tanpa pengisian ulang
sekam padi .....................................................32
xiv
Gambar 4.2 Hubungan antara waktu dengan
temperatur nyala api tungku dengan
pengisian ulang ..............................................33
Gambar 4.3 Hubungan temperatur air dengan waktu
pada bahan pada tungku tanpa isi ulang ........34
Gambar 4.4 Hubungan temperatur air dengan
waktu pada bahan pada tungku
dengan isi ulang .............................................35
Gambar 4.5 Perbandingan hubungan antara waktu
dengan temperatur nyala api tungku
dengan pengisian ulang dan tanpa isi ulang...36
Gambar 4.6 Perbandingan nyala efektif api tungku
dengan isi ulang dan tanpa
menggunakan isi ulang ...................................37
Gambar 4.7 Perbandingan temperatur air dari proses
pendidihan air dengan tungku dengan
diisi ulang dan tanpa
menggunakan isi ulang ...................................38
Gambar 4.8 Perbandingan nilai kalor dari proses
pendidihan air dengan tungku dengan dan tanpa
menggunakan isi ulang ...................................40
xv
DAFTAR TABEL
4.1 Tabel perhitungan kalor sensibel (QS) pendidihan air ........39
4.2 Tabel perhitungan kalor laten (QL) air pendidihan air .........39
4.3 Tabel Perhitungan Nilai Kalor (Q) Total .............................39
xvi
RANCANG BANGUN TUNGKU GASIFIKASI
TIPE DOWNDRAFT CONTINUE BAHAN BAKAR
SEKAM PADI
Disusun Sebagai Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun oleh:
MUHAMMAD RAISUL KHOIRI
D200 100 077
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2016
v
LEMBAR MOTTO
Life is about 10% what happen
And 90% how we react to it
(anonymous)
vi
ABSTRAKSI
Salah satu cara untuk mengkonversikan biomasa menjadi energi
yang siap pakai adalah dengan metode gasifikasi. Penelitian ini bertujuan
untuk mendapatkan desain tungku gasifikasi yang mampu kontinu atau dapat
terus diisi ulang bahan bakarnya tanpa harus menghentikan penyalaan,
mengetahui waktu penyalaan tungku, temperatur nyala api dan nilai kalor
yang dihasilkan.
Penelitian ini menggunakan reaktor tipe gasifikasi downdraft yang
berarti dimana aliran gas hasil gasifikasi dan udara searah yaitu ke bawah.
Penelitian dimulai dengan mendesain dan membuat tungku gasifikasi, lalu
melakukan pengujian terhadap sifat kontinu dari penggunaan tungku ini.
Disamping itu juga diambil data waktu penyalaan tungku, temperatur, serta
nilai kalor yang dihasilkan.
Hasil
penelitian
menunjukkan
bahwa tungku
gasifikasi
tipe
downdraft continue dengan diameter 170 mm, tinggi 650 mm, sudut throat
600, dengan bahan bakar sekam padi mampu menyala pada menit ke 10
dengan temperature tertinggi 5730C, menyala selama 36 menit dengan nilai
kalor pendidihan air sebesar 2626,7 kJ. Dan dengan tungku yang diisi ulang
sekam padi mampu menyala pada menit ke 6 dengan temperature tertinggi
5720C, menyala selama 62 menit dan memiliki nilai kalor sebesar 4369,2 kJ.
Namun proses gasifikasi masih kurang lancar pada tahap pangisian ulang
bahan bakar kedalam tungku.
Kata kunci: Gasifikasi, Biomasa, Downdraft Continue, Sekam Padi
vii
ABSTRACTION
One way to convert biogas into energy that is ready to use is the
gasification method. The goal is to get the downdraft gasification stove design,
to get to ignite the furnace time, the temperature of the flame and the calorific
value that can be produce from downdraft gasification stove.
This reseach uses downdraft gasification reactor types which that
where the gasification gas flow and air are one way direction that is
downward. The study began with designing and building a gasification stove
downdraft tipe, then make a test or experiment the continuously of the
gasification stove. It was also taken time data Ignition stove, temperature, and
the value of the heat produced.
The results showed that the furnace gasification type downdraft
continue with a diameter of 170 mm, height 650 mm, throat angle 600, with
rice husk as fuel is capable of burning at minute 10 with highest temperature
5730C, burning for 36 minutes with a calorific value of boiling water by 2626, 7
kJ. And the furnace is refilled capable of burning rice husk at minute 6 with the
highest temperature 5730C, burning for 62 minutes and has a calorific value of
4369.2 kJ.
Keywords: Gasification, Biomass, Downdraft Continue, Rice
Husk
viii
KATA PENGANTAR
Assalamualaikum. Wr. Wb.
Alhamdulillahirobbil’alamin, sungguh segala puji hanya teruntuk
hanya Alloh subhanallohu wata’ala sang pencipta alam semesta. Dengan segala
izinNya sehingga penyusunan laporan penelitian ini dapat terselesaikan.
Tugas Akhir berjudul “Rancang Bangun Dan Perbandingan Kinerja
Tungku Gasifikasi Downdraft Continue Bahan Bakar Sekam Padi” dapat
terselesaikan atas dukungan dari beberapa pihak. Untuk itu pada kesempatan ini,
penulis dengan segala ketulusan dan keikhlasan hati ingin menyampaikan terima
kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Sri Sunarjono, Ir. MT, Ph.D, selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Tri Widodo BR,. ST, M.Sc, Ph.D, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
3. Bapak Subroto, Ir, MT, ,selaku Pembimbing Utama yang telah memberikan
arahan dan bimbingan.
4. Bapak Sartono Putro, Ir, MT, selaku Pembimbing Pendamping yang banyak
memberikan ilmu, arahan dan bimbingan.
5. Bapak, ibu, kakak dan adik tercinta sebagai orang terdekat, yang senantiasa
memberikan dukungan baik moral maupun spiritual dalam keadaan apapun.
6. Keluarga besar kampung Candibaru RT 01 RW XI Gonilan yang telah bersedia
mengayomi dan senantiasa selalu bersedia untuk menjadi keluarga kedua di
perantauan.
7. Semua Dosen Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah
Surakarta yang tidak bisa disebut satu-persatu, yang telah bersedia membina
dan menjadi pendidik yang baik.
ix
8. Keluarga besar Lembaga Pers Mahasiswa Pabelan UMS sebagai wadah untuk
belajar berorganisasi, menempa diri agar menjadi manusia yang dapat
berkomunikasi dengan baik.
9. Kawan Hari, Nafis, Ragil dan Ustadz Haris selaku teman bernanung satu atap
yang telah bersedia memberikan banyak kesan hidup baik di Pondok Mutia
maupun setelah menjadi Alumni Mutia.
10. Sahabatku Ustadz Nurhadi Saputra selaku sahabat seperjuanan yang telah
mendukung dan membantu.
11. Zahra Andarini yang telah membantu mendapatkan dan mencari literasi untuk
mempermudah pengerjaan tugas akhir.
12. Rekan-rekan Teknik Mesin UMS angkatan 2010 khususnya serta semua rekan
Teknik Mesin dari berbagai angkatan yang tidak bisa disebut satu-persatu
yang telah membantu.
Penulis menyadari bahwa laporan ini masih banyak kekurangan, oleh
karena itu kritik dan saran yang membangun dari pembaca akan penulis
terima dengan senang hati.
Wassalamualaikum. Wr. Wb.
Surakarta, 2 Februari 2016
Muhammad Raisul Khoiri
x
DAFTAR ISI
Halaman Judul ...................................................................... i
Pernytaan Keaslian Tugas Akhir.......................................... ii
Halaman Persetujuan ......................................................... iii
Halaman Pengesahan ........................................................ iv
Lembar Soal Tugas Akhir .................................................... v
Lembar Motto...................................................................... vi
Abstrak
.......................................................................... vii
Kata Pengantar .................................................................. ix
Daftar Isi ............................................................................. xi
Daftar Gambar ................................................................... xiv
Daftar Tabel ...................................................................... xvi
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang .............................................................1
1.2. Rumusan Masalah ...............................................3
1.3 Tujuan Penelitian .................................................4
1.3. Manfaat Penelitian ...............................................4
1.4. Batasan Masalah .................................................5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1.Kajian Pustaka ......................................................6
2.2.Landasan Teori .....................................................7
2.2.1. Pembakaran ........................................7
2.2.2. Gasifikasi Biomasa ...............................8
xi
2.2.3. Tahapan Proses gasifikasi..................11
2.2.4 Tipe Reaktor Gasifikasi .......................12
2.2.5 Faktor yang Mempengaruhi Gasifikasi 16
2.2.6 Kalor ....................................................17
2.2.7 Desain Tungku Gasifikasi ....................18
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Diagram Alir Penelitian ......................................21
3.2. Instalasi Pengujian ............................................22
3.3. Alat dan Bahan Penelitian .................................23
3.3.1.Alat Penelitian ...................................23
3.3.2.Bahan Penelitian ...............................29
3.4.Tahapan Pengujian .............................................29
BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Penelitian ................................................32
4.1.1 Hasil Pengujian Tungku Tanpa Isi
Ulang ........................................................32
4.1.2 Hasil Pengujian Tungku dengan Isi
Ulang ........................................................33
4.1.3 Pendidihan Air pada Tungku
Tanpa Isi Ulang ..........................................34
4.1.4 Pendidihan Air pada Tungku Dengan
Isi Ulang ...................................................35
xii
4.2 Pembahasan ......................................................36
4.2.1 Perbandingan Hasil Pengujian Tungku
dengan dan Tanpa Isi Ulang ....................36
4.2.2 Perbandingan Nyala Efektif Tungku .........37
4.2.3 Perbandingan Temperatur Air Tungku
dengan dan Tanpa Isi Ulang Bahan Bakar .......38
BAB V PENUTUP
5.1.Kesimpulan .........................................................40
5.2.Saran...................................................................41
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 (a) Skema reaktor updraft
(b) Jenis tungku updraft jadi ...........................13
Gambar 2.2 Skema reaktor downdraft ...............................14
Gambar 2.3 Skema Reaktor crossdraft ............................15
Gambar 3.1 Diagram alir penelitian ..................................21
Gambar 3.2 Instalasi Pengujian ........................................22
Gambar 3.3 downdraft continue gasifier ...........................23
Gambar 3.4 Gambar Kerja Tungku Gasifikasi
Downdraft Continue… ....................................25
Gambar 3.5 Blower 2 Inchi ................................................25
Gambar 3.6 Thermocouple ................................................26
Gambar 3.7 Timbangan Gantung kapasitas 20 kg ............26
Gambar 3.8 Stopwatch digital ...........................................27
Gambar 3.9 Anemometer .................................................27
Gambar 3.10. Thermometer Air Raksa ..............................28
Gambar 3.11. Gelas ukur ..................................................28
Gambar 3.12 Sekam Padi..................................................29
Gambar 4.1 Hubungan antara waktu dengan temperatur
nyala api tungku tanpa pengisian ulang
sekam padi .....................................................32
xiv
Gambar 4.2 Hubungan antara waktu dengan
temperatur nyala api tungku dengan
pengisian ulang ..............................................33
Gambar 4.3 Hubungan temperatur air dengan waktu
pada bahan pada tungku tanpa isi ulang ........34
Gambar 4.4 Hubungan temperatur air dengan
waktu pada bahan pada tungku
dengan isi ulang .............................................35
Gambar 4.5 Perbandingan hubungan antara waktu
dengan temperatur nyala api tungku
dengan pengisian ulang dan tanpa isi ulang...36
Gambar 4.6 Perbandingan nyala efektif api tungku
dengan isi ulang dan tanpa
menggunakan isi ulang ...................................37
Gambar 4.7 Perbandingan temperatur air dari proses
pendidihan air dengan tungku dengan
diisi ulang dan tanpa
menggunakan isi ulang ...................................38
Gambar 4.8 Perbandingan nilai kalor dari proses
pendidihan air dengan tungku dengan dan tanpa
menggunakan isi ulang ...................................40
xv
DAFTAR TABEL
4.1 Tabel perhitungan kalor sensibel (QS) pendidihan air ........39
4.2 Tabel perhitungan kalor laten (QL) air pendidihan air .........39
4.3 Tabel Perhitungan Nilai Kalor (Q) Total .............................39
xvi