Upload
others
View
26
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
LAPORAN TUGAS AKHIR
RANCANG BANGUN TANGKI PEMANAS PADA
DESTILATOR BIOETANOL DENGAN SISTEM CONTINUE
BERKAPASITAS 5 LITER/JAM UNTUK SKALA UMKM
MUH RIZQI MAULANA
201454101
DOSEN PEMBIMBING
Rochmad Winarso, S.T., M.T.
Rianto Wibowo, S.T., M.Eng.
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MURIA KUDUS
2018
RANCANG BANGUN TANGKI PEMANAS PADA DESTILATOR
BIOETANOL DENGAN SISTEM CONTINUE BERKAPASITAS 5
LITER/JAM UNTUK SKALA UMKM
Nama mahasiswa : Muh Rizqi Maulana
NIM : 201454101
Pembimbing :
1. Rochmad Winarso, S.T., M.T
2. Rianto Wibowo, S.T., M.Eng.
RINGKASAN
Bioetanol adalah cairan yang dihasilkan dari proses fermentasi gula dari
sumberkarbohidrat dengan bantuan mikroorganisme,Bioetanol merupakan bahan
bakar yang dapat digunakan untuk menggantikan bahan bakar fosil. Dimana untuk
proses produksi etanol sebagai bahan bakar diperlukan adanya kapasitas yang bisa
mencukupi kebutuhan tersebut. Destilator sebagai pengolah bioethanol diperlukan
adanya tangki pemanas yang dapat digunakan sebagai proses penguapan dalam skala
besar. Metode yang digunakan meliputi studi literatur, proses perancangan, proses
manufaktur. Pada hasil penelitian telah dibuat tangki pemanas dengan sistem
continue otomatis dan memiliki kapasitas 25 liter dengan dimensi tangki pemanas
meliputi tinggi tangki 675mm dan diameter 400mm. Hasil etanol yang didapatkan
sebanyak 2,35 liter/jam dengan tingkat kemurnian etanol 91%.
Kata kunci :bioetanol, destilator, tangki pemanas, kapasitas
DESIGN OF HEATING TANK DESIGN IN BIOETHANOL DESTILATOR
WITH 5 LITER / HOUR CAPACITY CONTINUE SYSTEM FOR UMKM
SCALE
Student Name : Muh Rizqi Mualana
Student Identity Number : 201454101
Supervisor :
1. Rochmad Winarso, S.T., M.T
2. Rianto Wibowo, S.T., M.Eng
ABSTRACT
Bioethanol is a liquid produced from the fermentation process of sugar from
carbohydrate sources with the help of microorganisms, Bioethanol is a fuel that can
be used to replace fossil fuels. Where to process the production of ethanol as a fuel
there is a need for a capacity that can meet these needs. Destilator as a bioethanol
processor requires a heating tank that can be used as a large-scale evaporation
process. The method used includes literature study, design process, manufacturing
process. The results of the research have made a heating tank with an automatic
continue system and has a capacity of 25 liters with the dimensions of the heating
tank covering a tank height of 675mm and a diameter of 400mm. The results of
ethanol obtained were 2.35 liters / hour with an ethanol purity level of 91%.
Keywords: bioethanol, destilator, heating tank, capacity
KATA PENGANTAR
Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT, akhirnya penulis
dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul ” Rancang Bangun Tangki Pemanas
Destilator Bioetanol Dengan Sistem Continue 5 Liter/Jam Untuk Skala UMKM”,
dapat terselesaikan. Skripsi ini merupakan syarat yang harus dipenuhi dalam rangka
mencapai derajat Sarjana Program Studi S1 Teknik Mesin Universitas Muria Kudus
Dalam proses penyelesaian laporan ini, banyak pihak yang telah membantu,
baik secara langsung maupun secara tidak langsung, secara materi, moral, maupun
scara spiritual. Untuk itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan rasa terima kasih
dan hormat yang sebesar-besarnya :
1. Allah SWT yang telah memberi kesehatan dan kekuatan untuk
menyelesaikan tugas akhir ini.
2. Keluarga tercinta yang telah memberikan dukungan dan memberikan
kasih saying yang tak terbatas.
3. Bapak Rochmad Winarso, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing I yang
sabar membimbing penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
4. Bapak Rianto Wibowo, S.T., M.Eng.selaku dosen pempimbing II dan
sebagai Kaprogdi Teknik Mesin yang sabar membimbing dalam
penyusunan laporan.
5. Bapak Qomaruddin, S.T., M.T. selaku dosen penguji yang telah
memberikan masukan pada laporan akhir ini.
6. Bapak Bachtiar Satya Nugraha, S.T., M.T. selaku dosen penguji yang
telah memberikan masukan pada laporan ini.
7. Tim destlator yang telah memberikan dukungan serta masukan
8. Rekan rekan mahasiswa yang telah banyak membantu sehingga
terselesaikanlah laporan ini
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan laporan akhir ini masih terdapat
kekurangannya.Oleh karena itu penulis mengharap kritik dan saran dari pembaca
yang bersifat membangun demi terciptanya laporan yang lebih baik.
Kudus, 03 Mei 2018
Penulis
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL. ................................................................................................... i
HALAMAN PERSETUJUAN. .................................................................................. ii
HALAMAN PENGESAHAN. ................................................................................... iii
PERNYATAAN KEASLIAN. ................................................................................... iv
ABSTRAK. ................................................................................................................. vi
ABSTRACT. .............................................................................................................. vii
KATA PENGANTAR. .............................................................................................. vii
DAFTAR ISI. ............................................................................................................... x
DAFTAR GAMBAR. ................................................................................................ xii
DAFTAR TABEL. ................................................................................................... xiii
DAFTAR SIMBOL. .................................................................................................. xv
DAFTAR LAMPIRAN. ........................................................................................... xvi
DAETAR SINGKATAN. ....................................................................................... xvii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang. ................................................................................................. 1
1.2 Perumusan Masalah. ......................................................................................... 2
1.3 Batasan Masalah. .............................................................................................. 3
1.4 Tujuan. .............................................................................................................. 3
1.5 Manfaat. ............................................................................................................ 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Bioetanol. .......................................................................................................... 4
2.2 Destilasi. ............................................................................................................ 4
2.3 Destilator. .......................................................................................................... 7
2.3.1 Tangki Pemanas. ............................................................................................... 8
2.3.2 Komponen Tangki Pemanas. ............................................................................ 9
2.4 Refiks. ............................................................................................................. 13
2.5 Kondensor. ...................................................................................................... 14
2.6 Bahan Bakar Tangki Pemanas. ....................................................................... 15
2.7 Pompa. ............................................................................................................ 17
2.8 Perhitungan Perencanaan Tangki Pemanas..................................................... 17
2.8.1 Perhitungan Volume Tangki Pemanas. ........................................................... 17
2.8.2 Perhitungan Uap Tangki Pemanas. ................................................................. 18
2.8.3 Perhitungan Waktu Penyulingan. .................................................................... 18
2.8.4 Perhitungan Kalor Total. ................................................................................. 18
2.8.5 Perhitungan Bahan Bakar................................................................................ 19
2.8.6 Perhitungan Bejana Tekan. ............................................................................. 20
2.9 Proses Manufaktur. ......................................................................................... 27
2.9.1 Pengukuran. .................................................................................................... 28 2.9.2 Proses Pemotongan. ........................................................................................ 32
2.9.3 Proses Pengeboran. ......................................................................................... 32
2.9.4 Proses Penyambungan. ................................................................................... 33
2.9.5 Proses Pengeboran. ......................................................................................... 37
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Alur Penelitian. ............................................................................................... 40
3.2 Studi Lapangan. .............................................................................................. 41
3.3 Studi Literatur. ................................................................................................ 41
3.4 Analisa Kebutuhan. ......................................................................................... 41
3.5 Proses Perencanaan. ........................................................................................ 42
3.6 Simulasi Design .............................................................................................. 48
3.7 Gambar Kerja. ................................................................................................. 48
3.8 Proses Manufaktur. ......................................................................................... 48
3.9 Pengujian Tangki Pemanas. ............................................................................ 50
BAB IV HASIL DAN PEPMBAHASAN
4.1 Perencanaan Spesifik. ..................................................................................... 51
4.2 Proses Perencanaan Tangki Pemanas. ............................................................ 51
4.2.1 Proses Perencanaan Tangki Pemanas. ............................................................ 52
4.2.2 Proses Kebutuhan Uap Tangki Pemanas. ....................................................... 53
4.2.3 Proses Waktu Penyulingan. ............................................................................ 53
4.2.4 Proses Kebutuhan Kalor. ................................................................................ 55
4.2.5 Perhitungan Bahan Bakar................................................................................ 56
4.3 Perhitungan Bejana Tekan Pada Tangki Pemanas. ......................................... 56
4.4 Simulasi Design. ............................................................................................. 62
4.5 Alat dan Bahan yang Dibutuhkan ................................................................... 65
4.6 Proses Pembuatan. .......................................................................................... 66
4.6.1 Pembuatan Tangki Pemanas. .......................................................................... 66
4.6.2 Pembuatan Sekat Tangki ................................................................................. 81
4.6.3 Pembuatan Sprayer. ........................................................................................ 84
4.6.4 Proses Finishing. ............................................................................................. 85
4.7 Pengujian Mesin. ............................................................................................. 86
4.8 Biaya Pembuatan. ........................................................................................... 89
4.8.1 Biaya Pembelian Bahan. ................................................................................. 89
4.8.2 Biaya Tenaga Kerja. ........................................................................................ 90
4.8.3 Total Biaya Pembuatan. .................................................................................. 91
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan. .................................................................................................... 91
5.1 Saran. .............................................................................................................. 92
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
BIODATA PENULIS
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Destilator. .............................................................................................. 8
Gambar 2.2 Tangki Pemanas. ................................................................................... 9
Gambar 2.3 Sekat Tangki Pemanas. ......................................................................... 9
Gambar 2.4 Bubble Cap Tray. ................................................................................ 10
Gambar 2.5 Valve Tray. .......................................................................................... 11
Gambar 2.6 Sieve Tray. ........................................................................................... 11
Gambar 2.7 Pipa Sprayer. ....................................................................................... 12
Gambar 2.8 Menara Refluks. .................................................................................. 14
Gambar 2.9 Kondensor. .......................................................................................... 15
Gambar 2.10 Skematis bagian-bagian LPG. ............................................................. 16
Gambar 2.11 Pompa Air. .......................................................................................... 17
Gambar 2.12 Tebal Tabung Terhadap Kemungkinan Belah. ................................... 20
Gambar 2.13 Tebal Tabung Terhadap Kemungkinan Putus. .................................... 21
Gambar 2.14 Gaya Terhadap Kemungkinan Belah. ................................................. 23
Gambar 2.15 Gaya yang Menutus Bejana Tekan. .................................................... 24
Gambar 2.16 Tegangan S1 (longitudinal) Pada Dinding Bejana Tekan. .................. 25
Gambar 2.17 Teganagn S2 (cirumferential) Pada Dinding Bejana Tekan. ............... 26
Gambar 2.18 Mistar Gulung. .................................................................................... 28
Gambar 2.19 Mistar Siku. ......................................................................................... 28
Gambar 2.20 Mistar Baja. ......................................................................................... 29
Gambar 2.21 Jangka Sorong. .................................................................................... 30
Gambar 2.22 Penggores. ........................................................................................... 30
Gambar 2.23 Penitik. ................................................................................................ 31
Gambar 2.24 Ragum. ................................................................................................ 31
Gambar 2.25 Gerinda Tangan. .................................................................................. 32
Gambar 2.26 Mesin Pengerolan. ............................................................................... 33
Gambar 2.27 Proses Pengelasan. .............................................................................. 34
Gambar 2.28 Proses Penggurdian. ............................................................................ 38
Gambar 3.1 Diagram Alir Rancang Bangun. .......................................................... 40
Gambar 3.2 Destilator Bioetanol Sistem Refluks. .................................................. 43
Gambar 3.3 Tangki Pemenas Destilator Konsep Pertama. ..................................... 44
Gambar 3.4 Tangki Pemanas Destilator Konsep Kedua. ........................................ 45
Gambar 3.5 Komponen-komponen Tangki Pemanas. ............................................ 47
Gambar 4.1 Dimensi Tangki Pemanas. .................................................................. 51
Gambar 4.2 Material Properties Stainless Steel 304. .............................................. 63
Gambar 4.3 Von Mises Stress Pada Tangki Pemanas. ............................................ 63
Gambar 4.4 Displacement Pada Tangki Pemanas. ................................................. 64
Gambar 4.5 Strain Pada Tangki Pemanas .............................................................. 65
Gambar 4.6 Dimensi Tabung. ................................................................................. 67 Gambar 4.7 Dimensi Kerucut Trepancung. ............................................................ 70
Gambar 4.8 Dimensi Tabung. ................................................................................. 73
Gambar 4.9 Dimensi Sekat. .................................................................................... 82
Gambar 4.10 Dimensi Pipa Sprayer. ........................................................................ 85
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Perbandingan Tray. ............................................................................. 11
Tabel 2.2 Spesifikasi Stainless Steel Tipe 304. ................................................... 13
Tabel 2.3 Alat Perkakas yang Digunakan. .......................................................... 27
Tabel 2.4 Klasifikasi Diameter Elektroda. .......................................................... 35
Tabel 2.5 Tabel Bahan Arus dan Diameter Elektroda. ....................................... 35
Tabel 2.6 Klasifikasi Elektroda Terhadap Kekuatan Tarik. ................................ 36
Tabel 3.1 Aspek Teknis. ..................................................................................... 42
Tabel 3.2 Data Output Simulasi. ......................................................................... 50
Tabel 4.1 Koefisien Temperatur Stainless Stell304. ........................................... 58
Tabel 4.2 Data Output Simulasi. ......................................................................... 86
Tabel 4.3 Pengujian Tangki Pemanas. ................................................................ 87
Tabel 4.4 Pengujian Destilator ............................................................................ 89
Tabel 4.5 Biaya Pembelian Bahan. ..................................................................... 89
Tabel 4.6 Biaya Tenaga Pengerjaan Alat ............................................................ 90
Tabel 4.7 Biaya Total Pembuatan ....................................................................... 91
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan Satuan Nomor Persamaan
V Volume mm3 1,32,33,34
t Tinggi mm 2,32,33
r Jari-jari mm 1
G Kebutuhan uap kg/jam 3,36
Q Kalor kg/jam 4
He Entalpi alkohol kJ 4
Hi Entalpi awal kJ 5
c Kalor jenis kJ 6,37
∆𝑡 Perubahan suhu ˚C 7.37.40
∆𝐻 Panas laten alkohol kJ 8,38,41
Σt Tegangan tarik N/m2 9,53,56
tb Tebal Tangki mm 10,11,47,48
d Diameter mm 11,12,19,20,27
P Tekanan N/m2 11,15,18
S Tebal plat mm 12
A Luas lasan mm2 22,60,64,68,76,87
N Putaran poros rad/min 22,62,66,72,74,78,85
f Gerak makan pemotongan mm/rad 28,98
Vf Kecepatan pemakanan mm/min 29,99
lt Panjang penggurdian mm 30,100
tc Waktu pemotongan min 31,101
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Gambar Kerja
Lampiran 2 Daftar Tabel
Lampiran 3 Fotocopy Buku Bimbingan
Lampiran 4 Lembar Revisian
Lampiran 5 Lembar Turnitin
Lampiran 6 Biodata Penulis
DAFTAR ISTILAH DAN SINGKATAN
Bioetanol : Bahan bakar dari minyak nabati
Fermentasi : Pengubahan karbohidrat menjadi alkohol
UMKM : Usaha Mikro Kecil Menengah
Evaporasi : Proses perubahan molekul di dalam keadaan cair menjadi gas
LPG :Liquified Petroleum Gas
Destilasi : Suatu proses preubahan cairan menjadi uap
HHV :Higher Heating Value
LHV :Lower Heating Value
Destilator : Alat yang digunakan dalam proses produksi etanol
Tangki pemanas : Tempat bahan fermentasi
Menara refluks : Alat yang digunakan untuk proses kondensasi
Kondensor : Alat yang digunakan sebagai proses pendinginan
Kondensasi : Mesin penukar kalor (heat exchanger)
AWS :Amerikcan Welding Society
ASTM :American Society For Testing Materials