TUGAS AKHIR Pengembangan Teknologi Tungku Pembakaran Menggunakan Air Heater Yang Dipasang Didinding Belakang Tungku.
TUGAS AKHIR
PENGEMBANGAN TEKNOLOGI TUNGKU PEMBAKARAN
MENGGUNAKAN AIR HEATER YANG DIPASANG
DIDINDING BELAKANG TUNGKU
Tugas Akhir Ini Disusun Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar
Sarjana S-1 Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun Oleh :
EKO NUR ARIFIN
NIM : D200.08.0132
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2014
i
ii
iii
iv
v
MOTTO
“Mencari ilmu itu hukumnya wajib bagi muslimin dan muslimat.”
(HR. Ibnu Abdil Bari)
"Dan perumpamaan-perumpamaan ini Kami buatkan untuk manusia; dan
tiada yang memahaminya kecuali orang-orang yang berilmu."
(Al-'Ankabuut:43)
“Allah akan menolong hamba-Nya selama hamba itu menolong sesama
saudaranya.”
(H.R. Muslim, Abu Daud, dan Turmuzi).
"Allah akan mengangkat orang-orang yang beriman yang mempunyai ilmu
diantara kamu dengan beberapa derajat."
(QS.Al-Mujadallah : 11)
“Telah nampak kerusakan di darat dan di laut disebabkan karena
perbuatan tangan manusia, supaya Allah merasakan kepada mereka
sebahagian dari (akibat) perbuatan mereka, agar mereka kembali (ke
jalan yang benar).”
(QS. al Rum: 41)
“ Sesungguhnya pemboros-pemboros itu adalah saudara-saudara setan
dan setan itu adalah sangat ingkar kepada Tuhannya” .
(QS. 17: 27)
vi
PERSEMBAHAN
Dengan ridho Allah SWT serta teriring do’a dan sujud syukur yang
mendalam,
setelah
melewati
berbagai
ujian
dalam
perjuangan,
dipersembahkan Tugas Akhir ini kepada :
Alloh SWT, yang telah meridhoi semua do’a dan usaha-usaha
umat_NYA.
Bapak ( Mustajianto), Ibu ( Ruwiyati),dan Adik-adikku ( Tika dan
Maulana ) dengan segala kasih sayang, kesabaran, keikhlasan dan
pengorbanannya, serta senantiasa mendukung, membimbing dan
mendo’akanku.
Bapak Ir. Sartono Putro, MT.,Dosen pembimbing utama tugas
akhir, dan Bapak Ir. Subroto, MT selaku Dosen pembimbing
pendamping dan Bapak Nur Aklis,M.Eng selakuDosen pembimbing
akademik, serta seluruh Dosen dan Karyawan, saya berterima
kasih banyak atas bimbingan dan fasilitas yang diberikan di
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Keluarga
bapak
Sutopo,
Riny
Setyowati
yang
selalu
menyemangatiku.
Keluarga
Ibu
Anidar
Yuniati
yang
telah
membantu
biaya
perkuliahan.
Teman – teman teknik mesin, temen kerjadan Masyarakat desaku
yang selalu mendukung dan memberi support.
vii
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh
Tiada
kata
yang
terindah
selain
puji
syukur
Alhamdulillahhirabbil’alamin, dipanjatkan kehadirat Allah SWT atas segala
rahmat dan hidayah-Nya sehingga dapat dinyelesaikan penyusunan
Tugas Akhir ini.
Hal ini disadari sepenuhnya, bahwa dukungan, bimbingan dan
dorongan dari semua pihak sangatlah berarti bagi kelancaran dalam
menyelesaikanTugas Akhir ini. Dalam penyusunan Tugas Akhir ini tidak
lepas dari berbagai hambatan dan cobaan, akan tetapi berkat bimbingan
dan
dorongan
dari
berbagai
pihak
akhirnya
dapat
melalui
dan
mengatasinya. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis mengucakan
terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1.
Bapak Ir. Sri Sunarjono, MT., Ph.D. Selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2.
Bapak Tri Widodo Riyadi Besar, ST., MSc., Ph.D. Selaku Ketua
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah
Surakarta.
3.
Bapak Ir. Sartono Putro, MT. Selaku Dosen Pembimbing Utama yang
telah membimbing, mengarahkan dan memberi petunjuk dalam
penyusunan tugas akhir ini.
4.
Bapak Ir. Subroto. MT. Selaku Dosen pembimbing pendamping yang
telah berkenan meluangkan waktu dan pikirannya dalam memberikan
viii
ix
PENGEMBANGAN TEKNOLOGI TUNGKU PEMBAKARAN
DENGAN AIR HEATER YANG DIPASANG DIDINDING
BELAKANG TUNGKU
Eko Nur Arifin, Sartono Putro, Subroto
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhamadiyah Surakarta
Jl. Ahmad Yani Tromol Pos I Pebelan, Kartasura
Email : e.nurarifin@yahoo.com
ABSTRAKSI
Tujuan penelitian iniuntuk mengetahui pengaruh penggunaan air
heater yang dipasangdidinding belakang tungku pembakaran,terhadap
temperatur tungku pembakaran, temperatur gas cerobong,waktu
pendidihan air dan mengetahui nilai efisiensi tungku pembakaran dengan
bahan bakarsekam padi.
Penelitian dilakukan melalui pengujian kinerja tungku untuk
mendidihkan air dengan variasi kecepatan udara air heater 9,5 m/s, 10,5
m/s, dan 11,5 m/s. Parameter yang diukur adalah temperatur
pembakaran, temperatur gas cerobong, temperatur gas air heater, dan
lama waktu pendidihan.
Hasil penelitian menunjukan bahwa variasi kecepatan udara pada
air heater sangat berpengaruh pada temperatur tungku pembakaran,
temperatur gas cerobong, waktu pendidihan air dan efisiensi tungku.
Dimana temperatur tungku tertinggi didapat pada kecepatan udara 10,5
m/s dengan temperatur 599°C, temperatur gas cerobong tertinggi 361°C
padapada kecepatan udara 10,5 m/s,waktu pendidihan air tercepat pada
kecepatan udara 10,5 m/s dengan waktu 110 menit dan nilai efisiensi
tungku pembakaran terbaik adalah 90,01% pada percobaan tungku
pembakaran dengan penembahan air heater tanpa sirip dengan
kecepatan udara 10,5 m/s.
Kata Kunci: tungku pembakaran, air heater, variasi kecepatan udara.
x
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
HALAMAN PERSETUJUAN
HALAMAN PENGESAHAN
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR
MOTTO
PERSEMBAHAN
KATA PENGANTAR
ABSTRAKSI
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR TABEL
i
ii
iii
iv
v
vi
vii
viii
x
xi
xiii
xiv
1
1
2
2
3
3
4
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
1.2. Rumusan Masalah
1.3. Batasan Masalah
1.4. Tujuan Penelitian
1.5. Manfaat Penelitian
1.6. Sistematika Penulisan
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Tinjauan Pustaka
2.2. Dasar Teori
2.2.1. Prinsip Pembakaran
2.2.2. KomposisiBahan Bakar
2.2.3. Tungku Pembakaran
2.2.4. Kebutuhan Udara Pembakaran
2.2.5. Kalor
6
6
7
7
8
9
12
14
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Rancangan Penelitian
3.2. Instalasi Pengujian
3.3. Lokasi Penelitian
3.4. Alat dan Bahan Penelitian
3.4.1. Alat Penelitian
3.4.2. Bahan Penelitian
3.5. Prosedur Penelitian
16
16
18
21
21
22
25
25
xi
3.6. Kesulitan
26
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil dan Pembahasan
4.1.1. Temperatur Tungku
4.1.2. Temperatur Gas Cerobong
4.1.3. Temperatur Gas Air Heater
4.1.4. Waktu Pendidihan Air
4.2. Efisiensi Tungku
4.2.1. Pengujian untuk Mendidihkan Air
4.2.2. Pengujian untuk Merubah Air Menjadi Uap
4.3. Efisiensi Thermal Tungku
4.3.1. Kalor yang dibutuhkan untuk Mendidihkan
Air
4.3.2. Kalor yang dibutuhkan untuk Merubah Air
Menjadi Uap
4.3.3. Kalor yang dihasilkan dari Proses Pembakaran
Sekam Padi
4.3.4. Perhitungan Efisiensi Thermal Tungku
28
28
28
29
30
31
32
32
33
33
BAB V
37
37
38
PENUTUP
5.1. Kesimpulan
5.2. Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xii
33
34
35
36
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Tungku Tanah Liat
Gambar 2.2. Tungku Batu Bata
Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian
Gambar 3.2. Instalasi Tungku Pembakaran
Gambar 3.3. Tungku Pembakaran
Gambar 3.4. Air Heater
Gambar 3.5. Bejana Air
Gambar 3.6. Detail Bejana Air
Gambar 3.7. Blower
Gambar 3.8. Thermokopel Reader
Gambar 3.9.Anemometer Digital
Gambar 3.10.Stopwatch
Gambar 3.11. Timbangan Manual
Gambar 3.12. Gelas Ukur
Gambar 4.1. Hubungan Temperatur Tungku Pembakaran Terhadap
Waktu Pembakaran
Gambar 4.2. Hubungan Temperatur Gas Cerobong Terhadap
Waktu Pembakaran
Gambar 4.3. Hubungan Temperatur Gas Air Heater Terhadap
Waktu Pembakaran
Gambar 4.4. Hubungan Temperatur Air Terhadap
Waktu Pembakaran
xiii
11
11
16
18
21
21
22
22
23
23
24
24
24
25
28
29
30
31
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1. Hasil Pengujian Pendidihan Air
Tabel 4.2. Hasil Pengujian Merubah Air Menjadi Uap
xiv
32
33
PENGEMBANGAN TEKNOLOGI TUNGKU PEMBAKARAN
MENGGUNAKAN AIR HEATER YANG DIPASANG
DIDINDING BELAKANG TUNGKU
Tugas Akhir Ini Disusun Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar
Sarjana S-1 Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun Oleh :
EKO NUR ARIFIN
NIM : D200.08.0132
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2014
i
ii
iii
iv
v
MOTTO
“Mencari ilmu itu hukumnya wajib bagi muslimin dan muslimat.”
(HR. Ibnu Abdil Bari)
"Dan perumpamaan-perumpamaan ini Kami buatkan untuk manusia; dan
tiada yang memahaminya kecuali orang-orang yang berilmu."
(Al-'Ankabuut:43)
“Allah akan menolong hamba-Nya selama hamba itu menolong sesama
saudaranya.”
(H.R. Muslim, Abu Daud, dan Turmuzi).
"Allah akan mengangkat orang-orang yang beriman yang mempunyai ilmu
diantara kamu dengan beberapa derajat."
(QS.Al-Mujadallah : 11)
“Telah nampak kerusakan di darat dan di laut disebabkan karena
perbuatan tangan manusia, supaya Allah merasakan kepada mereka
sebahagian dari (akibat) perbuatan mereka, agar mereka kembali (ke
jalan yang benar).”
(QS. al Rum: 41)
“ Sesungguhnya pemboros-pemboros itu adalah saudara-saudara setan
dan setan itu adalah sangat ingkar kepada Tuhannya” .
(QS. 17: 27)
vi
PERSEMBAHAN
Dengan ridho Allah SWT serta teriring do’a dan sujud syukur yang
mendalam,
setelah
melewati
berbagai
ujian
dalam
perjuangan,
dipersembahkan Tugas Akhir ini kepada :
Alloh SWT, yang telah meridhoi semua do’a dan usaha-usaha
umat_NYA.
Bapak ( Mustajianto), Ibu ( Ruwiyati),dan Adik-adikku ( Tika dan
Maulana ) dengan segala kasih sayang, kesabaran, keikhlasan dan
pengorbanannya, serta senantiasa mendukung, membimbing dan
mendo’akanku.
Bapak Ir. Sartono Putro, MT.,Dosen pembimbing utama tugas
akhir, dan Bapak Ir. Subroto, MT selaku Dosen pembimbing
pendamping dan Bapak Nur Aklis,M.Eng selakuDosen pembimbing
akademik, serta seluruh Dosen dan Karyawan, saya berterima
kasih banyak atas bimbingan dan fasilitas yang diberikan di
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Keluarga
bapak
Sutopo,
Riny
Setyowati
yang
selalu
menyemangatiku.
Keluarga
Ibu
Anidar
Yuniati
yang
telah
membantu
biaya
perkuliahan.
Teman – teman teknik mesin, temen kerjadan Masyarakat desaku
yang selalu mendukung dan memberi support.
vii
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh
Tiada
kata
yang
terindah
selain
puji
syukur
Alhamdulillahhirabbil’alamin, dipanjatkan kehadirat Allah SWT atas segala
rahmat dan hidayah-Nya sehingga dapat dinyelesaikan penyusunan
Tugas Akhir ini.
Hal ini disadari sepenuhnya, bahwa dukungan, bimbingan dan
dorongan dari semua pihak sangatlah berarti bagi kelancaran dalam
menyelesaikanTugas Akhir ini. Dalam penyusunan Tugas Akhir ini tidak
lepas dari berbagai hambatan dan cobaan, akan tetapi berkat bimbingan
dan
dorongan
dari
berbagai
pihak
akhirnya
dapat
melalui
dan
mengatasinya. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis mengucakan
terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1.
Bapak Ir. Sri Sunarjono, MT., Ph.D. Selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2.
Bapak Tri Widodo Riyadi Besar, ST., MSc., Ph.D. Selaku Ketua
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah
Surakarta.
3.
Bapak Ir. Sartono Putro, MT. Selaku Dosen Pembimbing Utama yang
telah membimbing, mengarahkan dan memberi petunjuk dalam
penyusunan tugas akhir ini.
4.
Bapak Ir. Subroto. MT. Selaku Dosen pembimbing pendamping yang
telah berkenan meluangkan waktu dan pikirannya dalam memberikan
viii
ix
PENGEMBANGAN TEKNOLOGI TUNGKU PEMBAKARAN
DENGAN AIR HEATER YANG DIPASANG DIDINDING
BELAKANG TUNGKU
Eko Nur Arifin, Sartono Putro, Subroto
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhamadiyah Surakarta
Jl. Ahmad Yani Tromol Pos I Pebelan, Kartasura
Email : e.nurarifin@yahoo.com
ABSTRAKSI
Tujuan penelitian iniuntuk mengetahui pengaruh penggunaan air
heater yang dipasangdidinding belakang tungku pembakaran,terhadap
temperatur tungku pembakaran, temperatur gas cerobong,waktu
pendidihan air dan mengetahui nilai efisiensi tungku pembakaran dengan
bahan bakarsekam padi.
Penelitian dilakukan melalui pengujian kinerja tungku untuk
mendidihkan air dengan variasi kecepatan udara air heater 9,5 m/s, 10,5
m/s, dan 11,5 m/s. Parameter yang diukur adalah temperatur
pembakaran, temperatur gas cerobong, temperatur gas air heater, dan
lama waktu pendidihan.
Hasil penelitian menunjukan bahwa variasi kecepatan udara pada
air heater sangat berpengaruh pada temperatur tungku pembakaran,
temperatur gas cerobong, waktu pendidihan air dan efisiensi tungku.
Dimana temperatur tungku tertinggi didapat pada kecepatan udara 10,5
m/s dengan temperatur 599°C, temperatur gas cerobong tertinggi 361°C
padapada kecepatan udara 10,5 m/s,waktu pendidihan air tercepat pada
kecepatan udara 10,5 m/s dengan waktu 110 menit dan nilai efisiensi
tungku pembakaran terbaik adalah 90,01% pada percobaan tungku
pembakaran dengan penembahan air heater tanpa sirip dengan
kecepatan udara 10,5 m/s.
Kata Kunci: tungku pembakaran, air heater, variasi kecepatan udara.
x
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
HALAMAN PERSETUJUAN
HALAMAN PENGESAHAN
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR
MOTTO
PERSEMBAHAN
KATA PENGANTAR
ABSTRAKSI
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR TABEL
i
ii
iii
iv
v
vi
vii
viii
x
xi
xiii
xiv
1
1
2
2
3
3
4
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
1.2. Rumusan Masalah
1.3. Batasan Masalah
1.4. Tujuan Penelitian
1.5. Manfaat Penelitian
1.6. Sistematika Penulisan
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Tinjauan Pustaka
2.2. Dasar Teori
2.2.1. Prinsip Pembakaran
2.2.2. KomposisiBahan Bakar
2.2.3. Tungku Pembakaran
2.2.4. Kebutuhan Udara Pembakaran
2.2.5. Kalor
6
6
7
7
8
9
12
14
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Rancangan Penelitian
3.2. Instalasi Pengujian
3.3. Lokasi Penelitian
3.4. Alat dan Bahan Penelitian
3.4.1. Alat Penelitian
3.4.2. Bahan Penelitian
3.5. Prosedur Penelitian
16
16
18
21
21
22
25
25
xi
3.6. Kesulitan
26
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil dan Pembahasan
4.1.1. Temperatur Tungku
4.1.2. Temperatur Gas Cerobong
4.1.3. Temperatur Gas Air Heater
4.1.4. Waktu Pendidihan Air
4.2. Efisiensi Tungku
4.2.1. Pengujian untuk Mendidihkan Air
4.2.2. Pengujian untuk Merubah Air Menjadi Uap
4.3. Efisiensi Thermal Tungku
4.3.1. Kalor yang dibutuhkan untuk Mendidihkan
Air
4.3.2. Kalor yang dibutuhkan untuk Merubah Air
Menjadi Uap
4.3.3. Kalor yang dihasilkan dari Proses Pembakaran
Sekam Padi
4.3.4. Perhitungan Efisiensi Thermal Tungku
28
28
28
29
30
31
32
32
33
33
BAB V
37
37
38
PENUTUP
5.1. Kesimpulan
5.2. Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xii
33
34
35
36
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Tungku Tanah Liat
Gambar 2.2. Tungku Batu Bata
Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian
Gambar 3.2. Instalasi Tungku Pembakaran
Gambar 3.3. Tungku Pembakaran
Gambar 3.4. Air Heater
Gambar 3.5. Bejana Air
Gambar 3.6. Detail Bejana Air
Gambar 3.7. Blower
Gambar 3.8. Thermokopel Reader
Gambar 3.9.Anemometer Digital
Gambar 3.10.Stopwatch
Gambar 3.11. Timbangan Manual
Gambar 3.12. Gelas Ukur
Gambar 4.1. Hubungan Temperatur Tungku Pembakaran Terhadap
Waktu Pembakaran
Gambar 4.2. Hubungan Temperatur Gas Cerobong Terhadap
Waktu Pembakaran
Gambar 4.3. Hubungan Temperatur Gas Air Heater Terhadap
Waktu Pembakaran
Gambar 4.4. Hubungan Temperatur Air Terhadap
Waktu Pembakaran
xiii
11
11
16
18
21
21
22
22
23
23
24
24
24
25
28
29
30
31
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1. Hasil Pengujian Pendidihan Air
Tabel 4.2. Hasil Pengujian Merubah Air Menjadi Uap
xiv
32
33