TUGAS AKHIR Inovasi Teknologi Tungku Pembakaran Dengan Air Heaters Pipa Parallel.

TUGAS AKHIR

INOVASI TEKNOLOGI TUNGKU PEMBAKARAN
DENGAN AIR HEATERS PIPA PARALLEL

Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan
Mencapai derajat Sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun Oleh
RULLY ADI WIJAYA
NIM : D 200 090 116

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2012
i

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:

“INOVASI TEKNOLOGI TUNGKU PEMBAKARAN DENGAN AIR
HEATERS PIPA PARALLEL”
yang dibuat untuk memenuhi sebagian syarat untuk memperoleh gelar
sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan
suatu 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
bagian yang sumber informasinya saya cantumkan sebagaimana
mestinya.

Surakarta,

Agustus 2012

Yang menyatakan,

Rully Adi Wijaya

ii


HALAMAN PERSETUJUAN

Tugas

akhir

yang

berjudul

“INOVASI

TEKNOLOGI

TUNGKU

PEMBAKARAN DENGAN AIR HEATERS PIPA PARALLEL”, telah
disetujui oleh Pembimbing dan telah diterima untuk memenuhi sebagian
persyaratan memperoleh derajat sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Dipersiapkan oleh:
Nama

: RULLY ADI WIJAYA

NIM

: D. 200 090 116

Disetujui pada
Hari

:

Tanggal

:


Pembimbing Utama,

Pembimbing Pendamping,

Ir. Sartono Putro, MT

Nur Aklis, ST

iii

HALAMAN PENGESAHAN

Tugas

akhir

yang

berjudul


“INOVASI

TEKNOLOGI

TUNGKU

PEMBAKARAN DENGAN AIR HEATERS PIPA PARALLEL”, telah
dipertahankan dihadapan Tim Penguji yang telah dinyatakan sah untuk
memenuhi sebagian syarat memperoleh derajat sarjana S1 pada Jurusan
Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Dipersiapkan oleh:
Nama

: RULLY ADI WIJAYA

NIM

: D. 200 090 116


Disetujui pada
Hari

:

Tanggal

:

Tim Penguji :
Ketua

: Ir. Sartono Putro, MT

(

)

Anggota 1


: Nur Aklis, ST

(

)

Anggota 2

: Ir. Subroto, MT

(

)

Dekan,

Ketua Jurusan,

Ir. Agus Riyanto, MT


Ir. Sartono Putro, MT

iv

v

PERSEMBAHAN

Dengan

segala

kerendahan

dan

ketulusan

hati


penulis

mempersembahkan laporan Proyek Akhir ini kepada :
1. Allah SWT beserta Rosul – rosul-Nya.
2. Yang terhormat Bapak dan Ibu tercinta sebagai pelita hati,
penyemangat jiwa.
3. Saudaraku

yang

selalu

menggangu

saja,

tapi

aku


tetap

menyayangi kalian.
4. Seluruh

Dosen,

yang terhormat

yang telah mendidik dan

membimbing penulis dalam menuntut ilmu.
5. Teman – teman seangkatan semoga cepat wisuda.
6. Seseorang yang mengisi hati penulis yang memberi semangat dan
menemani saat sulit.
7. Almamaterku UMS Surakarta tercinta.
8. Republik Indonesia Raya.
9. Pembaca yang Budiman.
10. Seluruh dunia Industri.
11. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan

laporan ini.
12. Para teman – temanku yang sulit diajak kerja sama, semoga
mendapat pencerahan, sadar dan cepat wisudha.

vi

MOTTO

1. Sesuatu yang tidak mungkin akan menjadi mungkin jika ada
kemauan dan usaha dan yang pasti Doa nya
2. Ketika semua orang bersuara, berteriak tidak ada seorangpun
dapat disebut pemberani, namun saat ada yang berbisik dan
semuanya menjadi diam dialah pemberani sejati
3. Better late than never
4. Tommorow never die
5. Be My self
6. Masalah adalah peluang
7. Jangan menyerah untuk mencapai keinginanmu, raihlah dengan
usahamu.

vii

INOVASI TEKNOLOGI TUNGKU PEMBAKARAN DENGAN
AIR HEATERS PIPA PARALLEL
Rully Adi Wijaya, Sartono Putro, Nur Aklis
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura
Email : Rully1adi@yahoo.co.id

ABSTRAKSI
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh kinerja dari
tungku pembakaran menggunakan air heaters pipa parallel dengan variasi
kecepatan udara terhadap pengaruh temperatur tungku, temperatur gas
buang, temperatur air pendidihan, laju kebutuhan bahan bakar, dan
efisiensi thermal persatuan waktu dengan menggunakan bahan bakar
sekam padi.
Metode penelitian yang digunakan berupa pengujian pengaruh
temperatur tungku, temperatur gas buang, temperatur air pendidihan, laju
kebutuhan bahan bakar, dan efisiensi thermal tungku persatuan waktu
menggunakan air heaters pipa parallel yang berbahan bakar sekam padi
dengan variasi kecepatan udara 13 m/s, 15 m/s, 17 m/s.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa variasi kecepatan udara
mempengaruhi besarnya temperatur pembakaran tungku, waktu
pendidihan air, laju kebutuhan bahan bakar, efisiensi termal pada tungku
persatuan waktu. Temperatur tungku tertinggi diketahui pada kecepatan
udara 13 m/s, dengan temperatur 820oC, pada waktu 120 menit,
temperatur gas buang tertinggi diketahui pada kecepatan udara 15 m/s,
dengan temperatur 340oC, pada waktu 100 menit, temperatur pendidihan
air tercepat diketahui pada kecepatan udara 17 m/s dengan waktu 100
menit yang mendidih pada suhu 98oC, kebutuhan bahan bakar paling
sedikit diketahui pada kecepatan udara 13 m/s dengan kebutuhan 20,25
kg, dengan waktu 190 menit, efisiansi thermal tungku tertinggi diketahui
pada kecepatan udara 13 m/s, yaitu 75,8%.

Kata Kunci: Tungku Pembakaran, Sekam Padi, Variasi Kecepatan
Udara, Efisiensi Thermal Tungku.

viii

KATA PENGANTAR

Assalamualaikum Warrahmatullahiwabarakatuh.
Segala puji penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas
berkat rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas akhir
dengan judul: ” INOVASI TEKNOLOGI TUNGKU PEMBAKARAN
DENGAN AIR HEATERS PIPA PARALLEL ”.
Laporan ini disusun sebagai pertanggung jawaban penulis atas
pelaksanaan Tugas Akhir dan juga sebagai persyaratan guna memenuhi
sebagian persyaratan mencapai derajat Sarjana S1.
Dan dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih
kepada

semua

pihak

yang

telah

memberikan

dukungan

hingga

terselesaikannya laporan ini, dengan segala kerendahan hati penulis ingin
mengucapkan terima kasih yang tulus dan mendalam 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 Utama
yang telah

banyak

memberikan

ilmu

dan

bimbingannya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

ix

arahan

serta

4. Bapak Nur Aklis, ST, selaku Dosen pembimbing pendamping
terima kasih atas waktu, pengarahan, saran, dan dorongan
dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
5. Segenap

Dosen

Program

Studi

Teknik

Mesin

Universitas

Muhammadiyah Surakarta yang telah memberikan bekal ilmu
pengetahuan dalam setiap perkuliahan.
6. Rekan – rekan mahasiswa seperjuangan yang telah banyak
membantu sehingga tersusunlah laporan ini.
7. Semua pihak yang secara langsung maupun tidak langsung telah
membantu penulis dalam penyusunan laporan ini.

Penulis menyadari dalam penyusunan laporan ini masih terdapat
banyak kekurangannya, oleh karenanya penulis mengharap kritik dan
saran

dari

pembaca

sekalian

yang

bersifat

membangun

demi

kesempurnaan laporan ini.
Wassalualaikum Warrahmatuullahi Wabarakatuh.

Surakarta,

Agustus 2012

Penyusun

x

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ......................................................................... i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ............................................. ii
HALAMAN PERSETUJUAN ........................................................... iii
HALAMAN PENGESAHAN ............................................................ iv
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR .................................................... v
PERSEMBAHAN ............................................................................ vi
MOTTO ........................................................................................... vii
ABSTRAKSI .................................................................................... viii
KATA PENGANTAR ....................................................................... ix
DAFTAR ISI .................................................................................... xi
DAFTAR GAMBAR ......................................................................... xiv
DAFTAR TABEL ............................................................................. xv
DAFTAR SIMBOL ........................................................................... xvi
DAFTAR LAMPIRAN…………………………………………………. xvii
BAB I PENDAHULUAN ................................................................ 1
1.1. Latar Belakang ............................................................ 1
1.2. Rumusan Masalah ...................................................... 2
1.3. Batasan Masalah ........................................................ 3
1.4. Tujuan Penelitian ........................................................ 3
1.5. Manfaat Penelitian ...................................................... 4
1.6. Sistematika Penilisan .................................................. 4

xi

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ........................................................ 6
2.1. Tinjauan Pustaka ......................................................... 6
2.2. Dasar Teori .................................................................. 8
2.2.1. Prinsip Pembakaran …………………………….. 8
2.2.2. Pembakaran Bahan Bakar Padat ……………… 11
2.2.3. Komposisi Bahan Bakar ………………………… 14
2.2.4. Tungku Pembakaran ……………………………. 18
2.2.5. Kebutuhan Udara Pembakaran ……………….. 24
2.2.6. Kalor ………………………………………………. 26
BAB III METODE PENELITIAN …………………………………….. 29
3.1. Rancangan Penelitian ................................................. 29
3.2. Instalasi Pengujian ……............................................... 31
3.3. Lokasi Penelitian ......................................................... 33
3.4. Alat dan Bahan Penelitian ........................................... 34
3.4.1. Peralatan Penelitian …….……………………… 34
3.4.2. Bahan Penelitian ………………………….…….

40

3.5. Prosedur Penelitian ..................................................... 40
3.6. Kesulitan ..................................................................... 41
BAB VI HASIL DAN PEMBAHASAN ………………………………. 42
4.1. Hasil dan Pembahasan ............................................... 42
4.1.1. Temperatur Tungku …………………………….. 42
4.1.2. Temperatur Gas Buang ………………………… 43
4.1.3. Temperatur Air …………………………………... 45

xii

4.1.4. Laju Kebutuhan Bahan Bakar …………………

46

4.2. Efisiensi Tungku ...……............................................... 47
4.2.3. Pengujian Untuk Mendidihkan Air .…………...

47

4.2.4. Pengujian Untuk Merubah Air Menjadi Uap …

48

4.3. Efisiensi Thermal Tungku ........................................... 49
4.3.3. Kalor Untuk Mendidihkan Air .……….……….... 49
4.3.4. Kalor Untuk Merubah Air Menjadi Uap ……..… 50
4.3.3. Kalor Dari Hasil Proses Pembakaran …………. 51
4.3.4. Perbandingan Nilai Daya Pengujian …………

52

4.3.5. Efisiensi Thermal Tungku ……………………… 53
BAB V PENUTUP..............………………………………………...... 55
5.1. Kesimpulan ................................................................ 55
5.2. Saran .......................................................................... 56
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Tungku Batu Bata ……………………………………… 22
Gambar 2.2. Tungku Tanah Liat ……………………………...……... 23
Gambar 3.1. Diagram Alur Penelitian …………………………...….. 29
Gambar 3.2. Instalasi Tungku Pembakaran ……………………….. 31
Gambar 3.3. Stopwatch ………………………………………………. 34
Gambar 3.4. Timbangan miyako kapasitas 10 Kg …………………. 34
Gambar 3.5. Blower …………………………………………………… 35
Gambar 3.6. Anemometer Digital …………………………………… 36
Gambar 3.7. Thermokopel …………………………………………… 36
Gambar 3.8. Tungku Pembakaran ………………………………….. 37
Gambar 3.9. Detail Tungku Pembakaran …………………………... 37
Gambar 3.10. Tangki Air ……………………………………………… 38
Gambar 3.11. Detail Tangki Air ……………………………………… 39
Gambar 4.1. Hubungan antara temperatur tungku dengan waktu
selama proses pengujian …………………………….. 42
Gambar 4.2. Hubungan antara temperatur gas buang waktu
selama proses pengujian …………………………….. 43
Gambar 4.3. Hubungan antara temperatur air dengan waktu
selama proses pengujian …………………………….. 45
Gambar 4.4. Hubungan

antara laju kebutuhan

bahan bakar

dengan waktu selama proses pengujian …………… 46

xiv

Gambar 4.5. Perbandingan nilai daya pada hasil pengujian…....

52

Gambar 4.6. Perbandingan nilai efisiensi thermal tungku pada
proses pengujian …………………………………….

xv

54

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Komposisi Kimia Sekam Menurut DTC-IPB …………… 14
Tabel 2.2. Berat atom dan berat molekul dari unsur kimia ……….. 15
Tabel 4.1. Tabel pengujian pendidihan air …………………………. 47
Tabel 4.2. Tabel pengujian merubah air menjadi uap …………….. 48

xvi

DAFTAR SIMBOL

Q

= Kalor

(kJ)

m

= Massa benda

(kg)

muap

= Massa uap yang dihasilkan drum

(kg)

cp

= Kalor Jenis

t

= Suhu

hfg

= Panas penguapan laten

HHV

= Nilai kalor tertinggi

( kJ )

vair menjadi uap = volume air berubah manjadi uap

(m3)

va

= volume air awal

(m3)

vb

= volume air akhir

(m3)

ρ

= massa jenis uap air

Qf

= Kalor yang dihasilkan

(kJ)

Wf

= Pemakaian bahan bakar

(kg)

LHV

= Nilai kalor terendah

ηf

= Efisiensi dapur

W

= Usaha

(Joule)

t

= Waktu

(detik)

P

= Daya

(J/s)

ηth

= Efisiensi Thermal Tungku

(%)

(kJ/kg oC)
(oC)
(kJ/kg)

(kg/m3)

(kJ/kg)
(0,90 s/d 0,97)

xvii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Hubungan antara temperatur tungku dengan waktu
selama proses pengujian.
Lampiran 2. Hubungan antara temperature gas buang dengan waktu
selama proses pengujian.
Lampiran 3. Hubungan antara

temperatur air

dengan

waktu

selama proses pengujian.
Lampiran 4. Hubungan antara laju kebutuhan bahan akar dengan
waktu selama proses pengujian.
Lampiran 5. Perbandingan Nilai Ekonomis Tungku.
Lampiran 6. Sifat-sifat air (zat cair jenuh).
Lampiran 7. Kalor jenis benda setiap temperature.
Lampiran 8. Tabel temperatur air jenuh.
Lampiran 9. Daftar beserta lambang dan massa atom.
Lampiran 10. Daftar periodik unsur kimia.
Lampiran 11. Konversi satuan.
Lampiran 12. Konversi satuan kerja.
Lampiran 13. Diagram T-s untuk air.
Lampiran 14. Diagram mollier untuk air.

xviii