Upload
others
View
4
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
TUGAS AKHIR
KAJI EKSPERIMENTAL RADIASI API DARI PENGARUH
VARIASI TEKANAN BIOGAS DAN LAJU ALIRAN
KONSTAN PADA PROSES PEMURNIAN DAN TANPA
PEMURNIAN
Disusun oleh:
Sukma Adi Permana (1421 404 483)
Achmad Baidhowi (1421 404 489)
Yasika Seputra (1421 404 465)
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS 17 AGUSTUS 1945 SURABAYA
2019
Program Studi Teknik Mesin
Fakultas Teknik UNTAG Surabaya
2
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS 17 AGUSTUS 1945
LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR
NAMA : SUKMA ADI PERMANA
NBI : 1421404483
PROGRAM STUDI : TEKNIK MESIN
FAKULTAS : TEKNIK
JUDUL : KAJI EKSPERIMENTAL RADIASI API DARI
PENGARUH VARIASI TEKANAN BIOGAS DAN
LAJU ALIRAN KONSTAN PADA PROSES
PEMURNIAN DAN TANPA PEMURNIAN.
Mengetahui / Menyetujui
Dosen Pembimbing
Ir. Ichlas Wahid, M.T.
NPP. 20420900207
Dekan
Fakultas Teknik
Dr. Ir. Sajiyo, M.Kes.
NPP. 20420900197
Ketua Program Studi
Teknik Mesin
Ir. Ichlas Wahid, M.T.
NPP. 20420900207
Program Studi Teknik Mesin
Fakultas Teknik UNTAG Surabaya
3
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir dengan Judul:
“KAJI EKSPERIMENTAL RADIASI API DARI
PENGARUH VARIASI TEKANAN BIOGAS DAN LAJU
ALIRAN KONSTAN PADA PROSES PEMURNIAN DAN
TANPA PEMURNIAN”
yang dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik Mesin pada
Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas 17 Agustus 1945 Surabaya,
sejauh yang saya ketahui bukan merupakan duplikasi dari Tugas Akhir yang sudah
dipublikasikan atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik di
lingkungan Universitas 17 Agustus 1945 Surabaya maupun di perguruan tinggi atau
instansi manapun, kecuali bagian yang bersumber informasinya dicantumkan
sebagaimana mestinya.
Surabaya, 14 Januari 2019
Sukma Adi Permana
1421404483
Program Studi Teknik Mesin
Fakultas Teknik UNTAG Surabaya
4
LEMBAR PERSEMBAHAN
Ya Allah,
Waktu yang sudah hamba jalani dengan jalan hidup yang sudah menjadi takdir,
sedih, bahagia, dan bertemu orang-orang yang memberi hamba berjuta pengalaman,
yang telah memberi warna-warni kehidupan. Hamba bersyukur kepada Mu.
Engkau berikan hamba kesempatan untuk bisa sampai dipenghujung perkuliahan
sekaligus awal perjuangan hamba, segala Puji bagi Mu Ya Allah.
Untuk Ibu, Bapak tercinta, terkasih, dan terhormat.
Saya persembahkan Tugas Akhir ini kepada kalian atas kasih sayang dan bimbingan
kalian selama ini sehingga anakmu ini dapat menyelesaikan perkuliahan
dengan baik. Walau saya tahu perjuangan ini tak sebanding dengan perjuangan
kalian yang telah membesarkan saya.
Teruntuk dosen, pegawai, serta kawan-kawan Universitas 17 Agustus 1945
Surabaya,
Terimakasih atas segala bantuan yang telah diberikan kepada saya selama masa
perkuliahan, semoga kita dipertemukan dilain hari dalam kondisi yang lebih baik
lagi dari sekarang, karena perjuangan kita sejatinya baru akan dimulai dengan level
tantangan yang lebih tinggi dari sebelumnya. Selalu kuat dan tersenyumlah kawan.
Terkhusus untuk Dian Putri Pertiwi,.S.T selaku sang motivator, saya ucapkan
beribu-ribu ucapan terimakasih karena selalu memotivasi dan mendampingi saya
dari awal sampai akhir sehingga Tugas Akhir ini bisa saya selesaikan.
Banyak sekali yang ingin saya ungkapkan, tetapi tidak dapat saya tuliskan satu
persatu. Semoga hasil dan perjuangan ini dapat saya amanahkan dengan tulus ikhlas
serta barokah untuk semua.
Aamiin. Ya Rabbal Alamin
Program Studi Teknik Mesin
Fakultas Teknik UNTAG Surabaya
5
MOTTO
”Tidak ada istilah ‘TIDAK BISA’, selagi ada niat yang kuat serta
bersungguh-sungguh dan diimbangi dengan do’a Inyaallah semua
‘PASTI BISA’ dikerjakan”
Program Studi Teknik Mesin
Fakultas Teknik UNTAG Surabaya
6
ABSTRAK
Biogas merupakan bahan bakar non fosil yang bersifat renewable (dapat
diperbaharui) yang dapat dijadikan bioenergi alternatif. Namun biogas
memiliki kandungan pengotor-pengotor yang cukup tingi pula seperti CO2
yang dapat menurunkan nilai kalor pembakaran serta H2S yang berpotensi
mencemari lingkungan. Untuk menghilangkan senyawa pengotor-pengotor
dan meningkatkan nilai kalor pembakaran diperlukan pemurnian biogas
dengan menggunakan zeolit alam. Pada penelitian kali ini bertujuan untuk
Mengkaji karakteristik Biogas setelah proses pemurnian dan tanpa pemurnian
dengan pengaruh tekanan dan laju aliran konstan ditinjau dari analisa
perpindahan kalor secara radiasi. Penelitian ini dilakukan dengan cara
mengukur temperatur api yang dihasilkan biogas setelah proses pemurnian dan
tanpa pemurnian. Hasil pengukuran temperatur api menunjukkan bahwa
temperatur api biogas setelah proses pemurnian menghasilkan temperatur yang
lebih tinggi dibandingkan tanpa pemurnian pada laju aliran 3 lpm dengan
tekanan 20 Psi. Dari proses pemurnian didapat temperatur yang paling tinggi
yaitu 6150C dan menghasilkan radiasi api 517,09 W sedangkan biogas tanpa
pemurnian didapat temperatur yang paling tinggi yaitu 5360C dan
menghasilkan radiasi api 370,46 W. Kemudian pada tekanan biogas 30 Psi
dengan laju aliran 3 lpm dengan proses pemurnian didapat temperatur yang
paling tinggi yaitu 6530C dan menghasilkan radiasi api sebesar 517,34 W.
Sedangkan biogas tanpa pemurnian didapat temperatur paling tinggi yaitu
6010C dan menghasilkan radiasi api 460,32 W. Dari hasil tersebut
menunjukkan bahwa proses pemurnian biogas dapat meningkatkan temperatur
dan radiasi api biogas. Dan dari pengaruh tekanan menunjukkan bahwa
semakin tinggi tekanan pada proses pemurnian makan semakin baik proses
pemurniannya.
Program Studi Teknik Mesin
Fakultas Teknik UNTAG Surabaya
7
ABSTRAK
Biogas merupakan bahan bakar non fosil yang bersifat renewable (dapat
diperbaharui) yang dapat dijadikan bioenergi alternatif. Namun biogas
memiliki kandungan pengotor-pengotor yang cukup tingi pula seperti CO2
yang dapat menurunkan nilai kalor pembakaran serta H2S yang berpotensi
mencemari lingkungan. Untuk menghilangkan senyawa pengotor-pengotor
dan meningkatkan nilai kalor pembakaran diperlukan pemurnian biogas
dengan menggunakan zeolit alam. Pada penelitian kali ini bertujuan untuk
Mengkaji karakteristik Biogas setelah proses pemurnian dan tanpa pemurnian
dengan pengaruh tekanan dan laju aliran konstan ditinjau dari analisa
perpindahan kalor secara radiasi. Penelitian ini dilakukan dengan cara
mengukur temperatur api yang dihasilkan biogas setelah proses pemurnian dan
tanpa pemurnian. Hasil pengukuran temperatur api menunjukkan bahwa
temperatur api biogas setelah proses pemurnian menghasilkan temperatur yang
lebih tinggi dibandingkan tanpa pemurnian pada laju aliran 3 lpm dengan
tekanan 20 Psi. Dari proses pemurnian didapat temperatur yang paling tinggi
yaitu 6150C dan menghasilkan radiasi api 517,09 W sedangkan biogas tanpa
pemurnian didapat temperatur yang paling tinggi yaitu 5360C dan
menghasilkan radiasi api 370,46 W. Kemudian pada tekanan biogas 30 Psi
dengan laju aliran 3 lpm dengan proses pemurnian didapat temperatur yang
paling tinggi yaitu 6530C dan menghasilkan radiasi api sebesar 517,34 W.
Sedangkan biogas tanpa pemurnian didapat temperatur paling tinggi yaitu
6010C dan menghasilkan radiasi api 460,32 W. Dari hasil tersebut
menunjukkan bahwa proses pemurnian biogas dapat meningkatkan temperatur
dan radiasi api biogas. Dan dari pengaruh tekanan menunjukkan bahwa
semakin tinggi tekanan pada proses pemurnian makan semakin baik proses
pemurniannya.
Program Studi Teknik Mesin
Fakultas Teknik UNTAG Surabaya
8
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan kasih
dan sayang-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “KAJI
EKSPERIMENTAL RADIASI API DARI PENGARUH VARIASI TEKANAN
BIOGAS DAN LAJU ALIRAN KONSTAN PADA PROSES PEMURNIAN DAN
TANPA PEMURNIAN”
Maksud dari penyusunan skripsi ini adalah untuk memenuhi salah satu syarat
dalam menempuh pendidikan Strata satu Fakultas Teknik jurusan Mesin Universitas
17 Agustus 1945. Dalam penyusunan skripsi ini, banyak pihak yang sangat membantu
penulis dalam berbagai hal. Oleh karena itu, penulis sampaikan rasa terima kasih yang
sedalam-dalamnya kepada :
1. Bapak Pramoda Agung S.,ST.,MT selaku Dosen pembimbing yang selalu
merelakan waktu untuk membimbing kami serta masukan-masukan dalam
penyelesaian Tugas Akhir ini.
2. Bapak Ichlas Wahid.,MT Selaku Kaprodi Teknik Mesin Universitas 17
Agustus 1945.
3. Seluruh dosen Fakulitas Teknik, Khususnya Jurusan Teknik Mesin
Universitas 17 Agustus 1945.
4. Orang tua dan DPP yang telah memberikan doa dan dukungannya kepada
penulis baik secara moril maupun materi sehingga skripsi ini dapat
diselesaikan penulis.
5. Sahabat serta rekan-rekan seperjuangan yang tak henti memberikan motivasi
dan masukam kepada penulis.
Surabaya, 14 Januari 2019
Program Studi Teknik Mesin
Fakultas Teknik UNTAG Surabaya
9
Sukma Adi Permana
DAFTAR ISI
Lembar Judul ...................................................................................... i
Lembar pengesahan ............................................................................. ii
Pernyataan Keaslian ............................................................................ iii
Lembar Persembahan .......................................................................... iv
Abstrak ................................................................................................ v
Kata Pengantar..................................................................................... vi
Daftar Isi .............................................................................................. vii
Daftar Gambar ..................................................................................... ix
Daftar Tabel ......................................................................................... x
BAB I PENDAHULUAN ..................................................... 1
1.1 Latar Belakang.............................................................................. 1
1.2 Rumusan Masalah......................................................................... 3
1.3 Batasan Masalah........................................................................... 3
1.4 Tujuan Penelitian.......................................................................... 3
1.5 Manfaat Penelitian....................................................................... 4
1.6 Sistematika Penulisan................................................................... 4
BAB II DASAR TEORI........................................................... 5
2.1 Biogas............................................................................................. 5
Program Studi Teknik Mesin
Fakultas Teknik UNTAG Surabaya
10
2.2 Pemurnian Biogas........................................................................... 6
2.3 Adsorbsi Fisik ................................................................................. 6
2.4 Adsorbsi Kimia ............................................................................... 7
2.5 Zeolit................................................................................................ 7
2.5.1 Struktur Zeolit............................................................................... 8
2.5.2 Zeolit alam.................................................................................... 9
2.5.3 Kegunaan Zeolit........................................................................... 11
2.6 Proses Pembakaran......................................................................... 12
2.7 Api (Flame)..................................................................................... 13
2.7.1 Definisi Api.................................................................................. 13
2.7.2 Karakteristik Api.......................................................................... 13
2.7.3 Klasifikasi Api............................................................................. 14
2.7.4 Proses Perpindahan Panas............................................................ 15
BAB III METODE PENELITIAN........................................... 18
3.1 Pendahuluan.................................................................................... 18
3.2 Diagram Alir Penelitian.................................................................. 19
3.2.1 Studi literatur............................................................................... 20
3.2.2 Ide Penelitian............................................................................... 20
Program Studi Teknik Mesin
Fakultas Teknik UNTAG Surabaya
11
3.2.3 Persiapan dan Perancangan alat ................................................. 20
3.2.4 Pengujian Alat............................................................................. 26
3.2.5 Pengambilan Data....................................................................... 26
3.2.6 Analisa Data............................................................................... 26
3.2.7 Kesimpulan.................................................................................. 27
BAB IV ANALISA DATA. ...................................................... 28
4.1 Hasil Penelitian Biogas Tanpa Pemurnian dan Setelah
Pemurnian............................................................................................. 28
4.2 Analisa Data Temperatur Api Biogas Tanpa Pemurnian dan Setelah
Pemurnian............................................................................................. 28
4.3 Analisa Perpindahan Panas............................................................. 33
4.3.1 Analisa Perpindahan Panas Secara
Radiasi.................................................................................................. 33
BAB V PENUTUP................................................................... 47
5.1 Kesimpulan ................................................................................... 47
5.2 Saran.............................................................................................. 47
Program Studi Teknik Mesin
Fakultas Teknik UNTAG Surabaya
12
DAFTAR PUSTAKA ......................................................................... 65
LAMPIRAN
Lampiran 1 Data pengujian Temperatur biogas.
Lampiran 2 Data analisa perhitungan radiasi api biogas.
Lampiran 3 Data foto api.
Lampiran 4 Foto alat pengujian.
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. konstruksi empat kerangka zeolit yang berbeda
dari sodalite atau β cage (Payra dan Dutta, 2003) ............................... 9
Gambar 2.2. proses perpindahan panas ................................................ 16
Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian ................................................... 20
Gambar 3.1. Kompresor AC ................................................................. 21
Gambar 3.2. Tabung refrigen ................................................................ 21
Gambar 3.3. Valve pressure .................................................................. 22
Gambar 3.4. Flow meter ........................................................................ 22
Gambar 3.5. rangkain kompresor dan tabung pemurnian ...................... 23
Gambar 3.6. Rangkain alat penelitian .................................................... 23
Gambar 3.7. Kompor biogas .................................................................. 24
Program Studi Teknik Mesin
Fakultas Teknik UNTAG Surabaya
13
Gambar 3.8. Sensor Termokopel ........................................................... 24
Gambar 3.9. Rangkaian ADC ................................................................ 25
Gambar 3.10 Rangakaian alat penguji ........................................................ 25
Gambar 4.1. Api biogas tanpa pemurnian dengan tekanan
biogas 20 psi dan laju aliran 3 lpm ........................................................ 29
Gambar 4.2. Api biogas setelah pemurnian dengan tekanan
biogas 20 psi dan laju aliran 3 lpm ........................................................ 30
Gambar 4.3. Api biogas tanpa pemurnian dengan tekanan
biogas 30 psi dan laju aliran 3 lpm ........................................................ 31
Gambar 4.4. Api biogas setelah pemurnian dengan tekanan
biogas 30 psi dan laju aliran 3 lpm ........................................................ 32
Gambar 4.5. grafik perbandingan temperatur api biogas
setelah pemurnian dan tanpa pemurnian dengan tekanan
biogas 20 psi dan laju aliran 3 lpm ........................................................ 33
Gambar 4.6. penampang selimut api biogas setelah pemurnian
dengan tekanan 20 psi dan laju aliran biogas 3 lpm pada ketinggian
10 dan 20 mm .......................................................................................... 34
Gambar 4.7. luasan selimut kerucut terpancung bidang ketinggian
10 dan 20 mm terpampang ........................................................................ 35
Program Studi Teknik Mesin
Fakultas Teknik UNTAG Surabaya
14
Gambar 4.8. Grafik perbandingan perpindahan panas radiasi api
biogas setelah pemurnian dengan tekanan biogas 20 psi dan 30
psi dengan laju aliran 3 lpm ..................................................................... 37
Gambar 4.9. Grafik perbandingan perpindahan panas radiasi api
biogas setelah pemurnian dengan tekanan biogas 20 psi dan 30
psi dengan laju aliran 5 lpm .................................................................... 38
Gambar 4.10. Grafik perbandingan perpindahan panas radiasi
api biogas setelah pemurnian dengan tekanan biogas 20 psi dan
30 psi dengan laju aliran 7 lpm ................................................................ 39
Gambar 4.11. Grafik perbandingan perpindahan panas radiasi
api biogas setelah pemurnian dan tanpa pemurnian dengan tekanan
biogas 20 psi dan laju aliran 3 lpm ........................................................... 40
Gambar 4.12. Grafik perbandingan perpindahan panas radiasi api
biogas setelah pemurnian dan tanpa pemurnian dengan tekanan 20
psi dan laju aliran 5 lpm .......................................................................... 41
Gambar 4.13. Grafik perbandingan perpindahan panas radiasi
api biogas setelah pemurnian dan sebelum pemurnian dengan
tekanan 20 psi, dan laju aliran 7 lpm ........................................................ 42
Program Studi Teknik Mesin
Fakultas Teknik UNTAG Surabaya
15
Gambar 4.14. Grafik perbandingan perpindahan panas radiasi
api biogas setelah pemurnian dan sebelum pemurnian dengan
tekanan 30 psi, dan laju aliran 3 lpm ........................................................ 43
Gambar 4.15. Grafik perbandingan perpindahan panas radiasi
api biogas setelah pemurnian dan tanpa pemurnian dengan
tekanan 30 psi, dan laju aliran 5 lpm ........................................................ 44
Gambar 4.16. Grafik perbandingan perpindahan panas radiasi
api biogas setelah pemurnian dan sebelum pemurnian dengan
tekanan 30 psi, dan laju aliran 7 lpm ....................................................... 46
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Komposisi Biogas ( Wahono, dkk., 2009 ) ......................... 6
Tabel 2.2 Parameter Adsorbsi Fisik dan Kimia
(Orthmer, 4th ed, Vol.1) ....................................................................... 7
Tabel 4.1. Temperatur api biogas tanpa pemurnian tiap
ketinggian pada tekanan 20 Psi dengan laju aliran 3 lpm ................... 28
Tabel 4.2. Temperatur api biogas setelah pemurnian pada tiap
ketinggian pada tekanan 20 psi dengan laju aliran 3 lpm .......................... 29
Tabel 4.3 Temperatur api biogas tanpa pemurnian pada tiap
ketinggian pada tekanan 30 psi dengan laju aliran 3 lpm .................... 31
Program Studi Teknik Mesin
Fakultas Teknik UNTAG Surabaya
16
Tabel 4.4. Temperatur api biogas tiap ketinggian pada
tekanan 30 Psi dan laju aliran 3 lpm dengan pemurnian ..................... 32
Tabel 4.5. Perpindahan panas secara radiasi api biogas setelah
pemurnian dengan tekanan biogas 20 psi dan 30 psi dengan
laju aliran 3 lpm .................................................................................. 37
Tabel 4.6. Perpindahan panas secara radiasi api biogas setelah
pemurnian dengan tekanan biogas 20 psi dan 30 psi dengan
laju aliran 5 lpm .................................................................................. 38
Tabel 4.7. Perpindahan panas secara radiasi api biogas setelah
pemurnian dengan tekanan biogas 20 psi dan 30 psi dengan
laju aliran 7 lpm ................................................................................... 39
Tabel 4.8. perpindahan panas secara radiasi api biogas setelah
pemurnian dan tanpa pemurnian dengan tekanan biogas 20 psi
dan laju aliran 3 lpm ............................................................................ 40
Tabel 4.9. perpindahan panas secara radiasi api biogas setelah
pemurnian dan tanpa pemurnian dengan tekanan 20 psi
dan laju aliran 5 lpm ............................................................................ 41
Program Studi Teknik Mesin
Fakultas Teknik UNTAG Surabaya
17
Tabel 4.10. Perpindahan panas secara radiasi api biogas setelah
pemurnian dan tanpa pemurnian dengan tekanan 20 psi
dan laju aliran 7 lpm ........................................................................... 42
Tabel 4.11. perpindahan panas secara radiasi api biogas setelah
pemurnian dan tanpa pemurnian dengan tekanan 30 psi
dan laju aliran 3 lpm ........................................................................... 43
Tabel 4.12. perpindahan panas secara radiasi api biogas setelah
pemurnian dan tanpa pemurnian dengan tekanan 30 psi
dan laju aliran 5 lpm ........................................................................... 44
Tabel 4.13. Perpindahan panas secara radiasi api biogas setelah
pemurnian dan tanpa pemurnian dengan tekanan 30 psi
dan laju aliran 7 lpm ........................................................................... 45