TUGAS AKHIR Pengembangan Teknologi Bejana Penguap Dengan Pipa Api Menggunakan Variasi Debit Gelembung Udara Pada Tungku Pembakaran Sekam Padi Dengan Air Heater.

TUGAS AKHIR

PENGEMBANGAN TEKNOLOGI BEJANA
PENGUAP DENGAN PIPA API MENGGUNAKAN
VARIASI DEBIT GELEMBUNG UDARA PADA
TUNGKU PEMBAKARAN SEKAM PADI DENGAN
AIR HEATER

Tugas Akhir Ini Disusun Untuk Memenuhi Syarat Mendapatkan Gelar
Sarjana S-1 Pada Jurusan Teknik Mesin
Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun oleh :

WAWAN KUSNOWO PRAYITNO
NIM : D200 090 056

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2013


i

ii

iii

iv

v

MOTTO

Yang paling jauh dari kita adalah masa lalu,
Yang paling dekat dari kita adalah kematian,
Bekali diri kita dengan ilmu yang bermanfaat,
Wajib berusaha dan berdo’a di setiap langkah kita.

Yakinlah, bahwa di setiap kerja keras kita hari ini,
akan membuat kita tersenyum manis di suatu hari nanti,
karna ALLAH SWT MAHA ADIL


bermimpi & berangan-anganlah setinggi yang kita mau,
karna mimpi & angan-angan kita adalah awal dari rencana hidup kita,
rencana hidup kita adalah salah satu usaha kita,
berusaha dan berdo’a adalah kewajiban setiap manusia,
maka
bermimpi & berangan-anganlah setinggi yang kita mau.

vi

HALAMAN PERSEMBAHAN

Dengan penuh harap ridho Allah SWT, teriring perasaan syukur
dan sabar yang mendalam serta penghargaan yang tinggi, setelah
melewati berbagai ujian dalam perjuangan yang tak kenal lelah, Saya
mempersembahkan Tugas Akhir ini kepada :


Bapak dan Ibu yang dengan segala kasih sayang, kesabaran,
keikhlasan dan pengorbanannya yang senantiasa membimbing




dan mendo’akanku.
Kakak-kakakku ( Indro Joko Susilo, Sari, Anang ) yang telah
banyak memberi teladan yang baik buat diriku.



Sahabatku (teman-teman angkatan 2009 teknik mesin yang
selalu kompak, dan saling menyemangati )




Almamater ( Universitas Muhammadiyah Surakarta )
Dosen Universitas Muhammadiyah Surakarta Teknik Mesin
yang telah membimbing saya didalam perkuliahan.




Bapak Dosen pembimbing akedemik Muh. Alfatih H., ST., MT
Bapak Dosen pembimbing satu tugas akhir Ir. Sartono Putro,
MT. dan Bapak Dosen pembimbing dua tugas akhir Ir. tri
tjahjono MT.,

saya berterima kasih atas pengarahan dan

bimbingannya yang telah banyak saya terima selama berada di
Universitas Muhammadiyah Surakarta.

vii

KATA PENGANTAR

Segala puji syukur ke hadirat Allah SWT atas segala rahmat dan
karunia- Nya yang telah terlimpahkan kepada penulis, sehingga Tugas
Akhir 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 mendapat
bantuan dari berbagai pihak, pada kesempatan ini, penulis dengan penuh
keikhlasan hati ingin menyampaikan terima kasih kepada :
1. Bapak Ir. Agus Riyanto, MT., selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Ir. Sartono Putro, MT., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
3. Bapak Ir. Sartono Putro, MT., selaku Dosen Pembimbing I yang telah
membimbing, mengarahkan, memberi petunjuk dalam penyusunan
Tugas Akhir ini
4. Bapak Ir. Tri Tjahjono. MT., selaku Dosen Pembimbing II yang telah
meluangkan waktunya untuk memberikan bimbingan dan arahannya.
5. Bapak, Muh Alfatih H., ST, MT., selaku Pembimbing Akademik.
6. Dosen jurusan Teknik Mesin beserta Staf Tata Usaha Fakultas Teknik

viii

7. Bapak tercinta yang telah memberikan kasih sayang, mendidik dan
membesarkan penulis.

8. Ibu tercinta dan teristimewa yang senantiasa mencintai, menyayangi,
memberikan dukungan dan mendo’akan penulis dalam menyelesaikan
Tugas Akhir.
9. Kakak - kakakku ( Indro Joko Susilo, Sari, Anang ) yang selalu
memberikan teladan yang baik.
10. Teman angkatan 2009 yang sudah banyak membantu saya dan
mendukung

saya

dalam

perkuliahan

selama

di

Universitas


Muhammadiyah Surakarta.
Akhir kata, penulis mohon maaf sebelum dan sesudahnya, jika
sekiranya terdapat kesalahan dan kekurangan dalam penulisan Tugas
Akhir ini, yang disebabkan adanya keterbatasan-keterbatasan antara lain
waktu, dana, literatur yang ada, dan pengetahuan yang penulis miliki.
Harapan penulis semoga laporan ini bermanfaat untuk pembaca.
Tugas Akhir ini semoga dapat bermanfaat khususnya bagi penulis
dan pihak lain yang membutuhkan, Amin ya Robbaallamin.

Surakarta, Juni 2013

Penulis

ix

PENGEMBANGAN BEJANA PENGUAP DENGAN PIPA API
MENGGUNAKAN VARIASI DEBIT GELEMBUNG UDARA PADA
TUNGKU PEMBAKARAN SEKAM PADI DENGAN AIR HEATER
Wawan Kusnowo Prayitno, Sartono Putro, Tri Tjahjono
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta

Jl. A.Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura.
Email : BoXnCi@yahoo.com

ABSTRAKSI
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh kinerja dari
bejana penguap dengan pipa api menggunakan variasi debit gelembung
udara terhadap daya pendidihan air, daya penguapan air, kalor gas sisa
pembakaran yang melewati cerobong, dan Effisiensi Thermal dengan
menggunakan bahan bakar sekam padi.
Metode penelitian yang digunakan berupa pengujian pengaruh
temperatur tungku, temperatur gas sisa pembakaran yang melewati
cerobong, temperatur air pendidihan, laju kebutuhan bahan bakar, dan
effisiensi thermal tungku menggunakan bahan bakar sekam padi dengan
bejana penguap menggunakan pipa api dan variasi debit gelembung
udara 3 liter/menit, 6 liter/menit, dan 9 liter/menit.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa bejana penguap dengan pipa
api menggunakan variasi debit gelembung udara mempengaruhi besarnya
daya pendidihan air, daya penguapan air, kalor gas sisa pembakaran
yang melewati cerobong, dan efisiensi thermal pada tungku. Besarnya
penambahan variasi debit gelembung udara pada bejana penguap

berbanding terbalik dengan besarnya daya pendidihan air, daya
penguapan air, dan effisiensi thermal. Penggunaan bejana penguap
dengan pipa api dapat mengurangi kalor sisa hasil pembakaran yang
melewati cerobong.
Kata kunci: bejana penguap, daya pendidihan, daya penguapan

x

DAFTAR ISI

Halaman Judul ......................................................................................... i
Pernyataan Keaslian Skripsi .................................................................... ii
Halaman Persetujuan .............................................................................. iii
Halaman Pengesahan ............................................................................. iv
Lebar Soal Tugas Akhir ........................................................................... v
Halaman Motto......................................................................................... vi
Halaman Persembahan ........................................................................... vii
Kata Pengantar ........................................................................................ viii
Abstraksi .................................................................................................. x
Daftar Isi .................................................................................................. xi

Daftar Gambar……………………………………………………………………………….xiii
Daftar Tabel…………………………………………………………………………………..xiv
BAB I PENDAHULUN
1.1 Latar Belakang ..........................................................................
1.2 Rumusan Masalah ....................................................................
1.3 Tujuan Penelitian ......................................................................
1.4 Manfaat Penelitian ....................................................................
1.5 Batasan Masalah ......................................................................
1.6 Sistematika Penulisan ...............................................................

1
2
3
3
4
5

BAB II DASAR TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka ....................................................................... 7
2.2 Dasar Teori ................................................................................ 9

2.2.1 Prinsip dan Metode Pembakaran ..................................... 9
2.2.2 Komposisi Bahan Bakar ................................................... 13
2.2.3 Kebutuhan Udara Pembakaran ........................................ 15
2.2.4 Tungku Pembakaran ........................................................ 18
2.2.5 Kalor ................................................................................. 21
2.2.6 Uap Dengan Pembentukannya ........................................ 23
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Rancangan Penelitian ................................................................ 27
3.2 Instalasi Penelitian..................................................................... 28
3.2.1 Prinsip Kerja Tungku Pembakaran ................................... 30
3.3 Lokasi Penelitian ....................................................................... 31

xi

3.4 Alat dan Bahan Penelitian ..............................................................31
3.4.1 Peralatan Penelitian ......................................................... 31
3.4.2 Bahan Penelitian .............................................................. 38
3.5. Prosedur Penelitian .................................................................. 39
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil Penelitian ......................................................................... 42
4.1.1. Temperatur Pendidihan Air ............................................. 42
4.1.2. Temperatur Ruang Bakar ................................................ 43
4.1.3. temperatur gas sisa pembakaran pada cerobong ........... 44
4.2. effisiensi tungku ........................................................................ 46
4.2.1. pengujian untuk mendidihkan air .................................... 46
4.2.2. pengujian untuk menguapkan air .................................... 47
4.3. effisiensi thermal tungku pembakaran ...................................... 48
4.3.1. kalor untuk mendidihkan air ............................................ 48
4.3.2. kalor untuk menguapkan air ............................................ 49
4.3.3. kalor dari proses pembakaran sekam padi ...................... 51
4.3.4. perbandingan nilai daya .................................................. 52
4.3.5. effisiensi thermal tungku pembakaran ............................. 53
4.3.6. perbandingan effisiensi thermal tungku pembakaran ...... 54
4.3.7. kalor gas sisa pembakaran pada cerobong..................... 55
BAB V PENUTUP
5.1. Kesimpulan .......................................................................... 61
5.2. Saran.................................................................................... 62
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Tungku batu bara. .............................................................. 20
Gambar 2.2. tungku tanah liat ................................................................. 21
Gambar 2.3. pembentukan uap .............................................................. 25
Gambar 3.1. diagram alir penelitian ........................................................ 27
Gambar 3.2. instalasi tungku pembakaran .............................................. 28
Gambar 3.3. anemometer digital. ............................................................ 31
Gambar 3.4. timbangan ......................................................................... 32
Gambar 3.5. gelas ukur ........................................................................... 32
Gambar 3.6. thermometer thermokopel reader ....................................... 33
Gambar 3.7. stopwatch ........................................................................... 33
Gambar 3.8. blower ................................................................................. 34
Gambar 3.9. air heater ............................................................................ 35
Gambar 3.10. air pump ........................................................................... 35
Gambar 3.11. tungku pembakaran .......................................................... 36
Gambar 3.12. bejana penguap pipa api .................................................. 37
Gambar 3.13. sekam padi ....................................................................... 38
Gambar 3.14. air bawah tanah ................................................................ 38
Gambar 4.2. hubungan antara temperatur pendidihan dengan
waktu proses pengujian ...................................................... 42
Gambar 4.3. hubungan antara temperatur ruang bakar dengan
waktu proses pengujian ...................................................... 43
Gambar 4.4. hubungan antara temperatur gas sisa pembakaran
pada cerobong dengan waktu proses pengujian ................ 44
Gambar 4.5. perbandingan nilai Daya hasil pengujian ............................ 52
Gambar 4.6. perbandingan nilai effisiensi thermal tungku
pembakaran pada tiap-tiap pengujian ................................. 54

xiii

DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Komposisi kimia sekam menurut suharno. ............................. 14
Tabel 2.2. Komposisi kimia sekam menurut DTC-IPB ............................. 46
Table 2.3. Berat atom dan berat molekul dari unsur kimia ...................... 58
Tabel 4.1. Data hasil pengujian pendidihan air ........................................ 46
Tabel 4.2. Data hasil pengujian penguapan air ....................................... 47
Tabel 4.3. Data hasil perhitungan kalor, daya dan effisiensi
thermal tungku pembakaran ................................................... 60

xiv