i

TUGAS AKHIR

PENGEMBANGAN TEKNOLOGI TUNGKU PEMBAKARAN MENGGUNAKAN

AIR HEATER BERSIRIP

Tugas Akhir Ini Disusun Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun Oleh :

SULARTO NIM : D 200 08 0081

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2013

ii

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan

judul : “Pengembangan Teknologi Tungku Pembakaran Menggunakan Air Heater Bersirip”, yang dibuat untuk memenuhi sebagian syarat untuk

memperoleh derajat sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas

Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Sejauh mana penulis

ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah

dipublikasikan atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan

di lingkungan Unversitas Muhammadiyah Surakarta atau Instansi

manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya penulis cantumkan

sebagaimana mestinya.

Surakarta, Mei 2013

Yang menyatakan,

Sularto

iii

iv

v

LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR

vi

MOTTO

Dan bahwa manusia hanya memperolehapa yang telah diusahakannya,

dan sesungguhnya usahanya itu kelak akan diperlihatkan (kepadanya),

kemudian akan diberi balasan kepadanya dengan balasan yang paling

sempurna,

(Q. S. An-Najm: 39 - 41)

Janganlah engkau mengadakan tuhan yang lain di samping Allah, nanti

engkau menjadi tercela dan hina.

(Q. S. Al-Isra’ : 22)

Dan janganlah engkau berjalan di bumi ini dengan sombong, karena

sesungguhnya engkau tidak akan dapat menembus bumi dan tidak akan

mampu menjulang setinggi gunung.

(Q. S. Al-Isra’ : 37)

Sesungguhnya apa pun yang dijanjikan kepadamu pasti datang dan kamu

tidak mampu menolaknya.

(Q. S. Al-An’am : 134)

Sesungguhnya bersama kesulitan ada kemudahan. Maka apabila engkau

telah selesai (dari sesuatu urusan), tetaplah bekerja keras (untuk urusan

yang lain),

(Q. S. Al-Insyirah : 6 - 7)

vii

PERSEMBAHAN

Karya ini merupakan hasil dari perjuangan kesabaran dan

keridhoan Allah SWT, teriring doa dan penantian yang panjang, dengan

perasaan haru dan bangga aku persembahkan Tugas akhir ini kepada :

Sembah sujudku ( Allah SWT ) yang memberikan petunjuk dan

keridhoan yang diberikan.

Orang tuaku yang selalu memberikan kasih sayang, kesabaran,

pengorbanan, dan senantiasa mendoakanku.

Bapak Muh. Alfatih . H., ST, MT., selaku dosen pembimbing

akademik, Bapak Ir. Sartono Putro, MT., Dosen pembimbing utama

tugas akhir, dan Bapak Amin Sulistyanto, ST selaku Dosen

pembimbing pendamping, saya berterima kasih atas bimbingan

yang banyak diberikan di Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Keluargaku ( mas tarko, mas tarso, mas topek, mbak khanza dan

adikku agus ) yang selalu memberikan semangat.

Sahabatku ( teman – teman teknik mesin angkatan 2008 dan warga

desaku ) yang selalu mendukung dan memberi support.

Dosen Universitas Muhammadiyah Surakarta yang memberi

perkuliahan dan semua pihak yang telah membantu menyelesaikan

tugas akhir ini.

viii

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Wr. Wb.

Syukur alhamdulillah, penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas

rahmat-Nya sehingga penyusunan laporan penelitian ini dapat

terselesaikan.

Tugas Akhir berjudul “Pengembangan Teknologi Tungku Pembakaran Menggunakan Air Heater Bersirip”, dapat terselesaikan

atas dukungan dari beberapa pihak. Untuk itu pada kesempatan ini,

penulis dengan segala ketulusan dan keihklasan hati ingin menyampaikan

rasa terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :

1. Ir. Agus Riyanto, MT. Selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas

Muhammadiyah Surakarta.

2. Ir. Sartono Putro, MT. Selaku Pembimbing Utama dan Ketua Jurusan

Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

3. Amin Sulistyanto, ST. Selaku Dosen pembimbing pendamping yang

telah berkenan meluangkan waktu dan pikirannya dalam memberikan

dorongan, arahan dan bimbingannya atas terselesainya Tugas Akhir

ini.

4. Muh Alfatih Hendrawan, ST, MT. Selaku Pembimbing Akademik yang

memberi nasehat.

5. Dosen Teknik Mesin beserta Staf Tata Usaha Fakultas Teknik

universitas Muhammadiyah Surakarta.

6. Bapak dan Ibu tercinta, yang memberikan kasih sayang dan

mendoakan penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.

7. Marwan, Wawan, Eko, Zani dan Hakim teman seperjuangan dalam

pengerjaan Tugas Akhir ini.

8. Teman – teman Mahasiswa Jurusan Teknik mesin, terima kasih

bantuan dan persahabatannya.

ix

9. Teman – teman kos gedek yang memberikan dukungan dan saran

yang diberikannya.

10. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam studi dan

penyelesaian Penulisan Tugas Akhir ini, yang tidak bisa penulis

sebutkan satu – persatu.

Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna,

oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun dari

pembaca akan penulis terima dengan senang hati.

Wassalamu’alaikum Wr. Wb.

Surakarta, Mei 2013

Penulis

x

PENGEMBANGAN TEKNOLOGI TUNGKU PEMBAKARAN DENGAN AIR HEATER BERSIRIP

Sularto, Sartono Putro, Amin Sulistyanto

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta

Jl. Ahmad Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura Email : lartox_thilu@yahoo.com

ABSTRAKSI Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui bagaimana kinerja tungku pembakaran menggunakan air heater bersirip dengan variasi bentuk sirip terhadap temperatur tungku pembakaran, temperatur gas cerobong, waktu pendidihan air, dan efisiensi thermal tungku dengan menggunakan bahan bakar sekam padi. Metode penelitian yang digunakan berupa pengujian pengaruh variasi bentuk sirip radial profil siku-empat dan sirip profil siku-empat pada air heater terhadap temperatur tungku pembakaran, temperatur gas cerobong, termperatur gas air heater, waktu pendidihan air, dan efisiensi thermal tungku menggunakan bahan bakar sekam padi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penggunaan air heater dengan variasi bentuk sirip mempengaruhi besarnya temperatur tungku pembakaran, temperatur gas cerobong, waktu pendidihan air, dan efisiensi thermal tungku yang dikarenakan luasan sirip terkena gas pembakaran berbeda. Temperatur tungku pembakaran tertinggi diketahui pada sirip radial profil siku-empat dengan temperatur 569 oC pada menit 100, temperatur gas cerobong tertinggi diketahui pada sirip radial profil siku-empat dengan temperatur 438 oC pada menit 100, waktu pendidihan air tercepat diketahui pada sirip radial profil siku-empat dengan waktu 105 menit, dan efisiensi tertinggi diketahui pada sirip radial profil siku-empat dengan 59,01 %. Kata Kunci : Tungku Pembakaran, Air Heater, Variasi Bentuk Sirip.

xi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL i PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ii HALAMAN PERSETUJUAN iii HALAMAN PENGESAHAN iv LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR v MOTTO vi PERSEMBAHAN vii KATA PENGANTAR viii ABSTRAKSI x DAFTAR ISI xi DAFTAR GAMBAR xiii DAFTAR TABEL xiv BAB I PENDAHULUAN 1

1.1. Latar Belakang 1 1.2. Rumusan Masalah 3 1.3. Tujuan Penelitian 3 1.4. Manfaat Penelitian 3 1.5. Batasan Masalah 4 1.6. Sistematika Penulisan 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 6 2.1. Tinjauan Pustaka 6 2.2. Dasar Teori 8

2.2.1. Prinsip Pembakaran 8 2.2.2. Komposisi Bahan Bakar 9 2.2.3. Tungku Pembakaran 10 2.2.4. Kebutuhan Udara Pembakaran 13 2.2.5. Kalor 15 2.2.6. Mekanisme Perpindahan Panas 17 2.2.7. Sirip 19

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 23

3.1. Rancangan Penelitian 23 3.2. Instalasi Penelitian 25 3.3. Lokasi Penelitian 27 3.4. Alat dan Bahan Penelitian 27

xii

3.4.1. Alat Penelitian 27 3.4.2. Bahan Penelitian 33

3.5. Prosedur Penelitian 33 3.6. Kesulitan 35

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 36 4.1. Hasil dan Pembahasan 36

4.1.1. Temperatur Tungku 36 4.1.2. Temperatur Gas Cerobong 37 4.1.3. Temperatur Gas Air Heater 38 4.1.4. Waktu Pendidihan Air 39

4.2. Efisiensi Tungku 40 4.2.1. Pengujian untuk Mendidihkan Air 40 4.2.2. Pengujian untuk Merubah Air Menjadi Uap 41

4.3. Efisiensi Thermal Tungku 42 4.3.1. Kalor yang dibutuhkan untuk Mendidihkan

Air 42 4.3.2. Kalor yang dibutuhkan untuk Merubah Air

Menjadi Uap 42 4.3.3. Kalor yang dihasilkan dari Pembakaran

Sekam Padi 43 4.3.4. Perhitungan Efisiensi Thermal Tungku 43

4.4. Efektifitas Sirip 45

BAB V PENUTUP 50 5.1. Kesimpulan 50 5.2. Saran 50

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xiii

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Tungku Batu Bata 12 Gambar 2.2. Tungku Tanah Liat 13 Gambar 2.3. Jenis Muka Sirip 19 Gambar 3.1. Rancangan Penelitian 23 Gambar 3.2. Instalasi Pengujian 25 Gambar 3.3. Air Heater bersirip 28 Gambar 3.4. Blower 28 Gambar 3.5. Thermokopel Reader 29 Gambar 3.6. Anemometer Digital 29 Gambar 3.7. Stopwatch 30 Gambar 3.8. Timbangan Manual 30 Gambar 3.9. Gelas Ukur 31 Gambar 3.10. Tungku Pembakaran 31 Gambar 3.11. Bejana Air 33 Gambar 4.1. Hubungan Temperatur Tungku Pembakaran Terhadap Waktu Pembakaran 36 Gambar 4.2. Hubungan Temperatur Gas Cerobong Terhadap Waktu Pembakaran 37 Gambar 4.3. Hubungan Temperatur Gas Air Heater Terhadap Waktu Pembakaran 38 Gambar 4.4. Hubungan Temperatur Pendidihan Air Terhadap Waktu Pembakaran 39 Gambar 4.5. Efisiensi Thermal Tungku 44

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Komposisi Kimiawi Sekam Padi 9 Tabel 4.1. Hasil Pengujian Pendidihan Air 40 Tabel 4.2. Hasil Pengujian Merubah Air Menjadi Uap 41