PERANCANGAN DESAIN ALAT PIROLISIS

UNTUK MENGKONVERSI LIMBAH PLASTIK TIPE

POLYETHYLENE (PE) DAN POLYPROYLENE (PP)

BERBAHAN BAKAR BIOMASSA DI TPSA MANGGAR

SKRIPSI

Diajukan Kepada Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Malang

Sebagai Salah Satu Persyaratan untuk Memperoleh

Gelar Sarjana Teknik Mesin

Oleh :

MOCHAMMAD WISNU MAULANA

201410120311106

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

2018

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Wr. Wb.

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, yang telah

melimpahkan rahmat serta hidayat-Nya sehingga dapat menyelesaikan skripsi ini

yang berjudul “PERANCANGAN DESAIN ALAT PIROLISIS UNTUK

MENGKONVERSI LIMBAH PLASTIK TIPE POLYETHYLENE (PE) DAN

POLYPROYLENE (PP) BERBAHAN BAKAR BIOMASSA DI TPSA

MANGGAR“ dimana skripsi ini telah disusun dan selesai untuk memenuhi serta

melengkapi syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik Mesin, fakultas teknik pada

Universitas Muhammadiyah Malang.

Seiring penyusunan Skripsi ini penulis menyadari akan kemampuan dan

keterbatasan pengetahuan serta pengalaman penulis. Skripsi ini tidak akan

terselesaikan tanpa adanya bantuan serta dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu

penulis mengucapkan terima kasih kepada yang terhormat:

1. Ayahanda Sukarmin dan Ibunda Hanifah yang selalu memberikan saya bantuan

material maupun non material, mendo’akan, meningatkan akan pesan-

pesannya yang tak akan terlupakan. Kakak perempuan ku Yuli yang selalu

mengingatkan, abang wilis yang selalu memberi dukungan dan abang arry yang

menjadi inspirasi, selama menempuh pendidikan di Program Studi Teknik

Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang.

2. Bapak Dr. Ahmad Mubin, ST., MT. selaku dekan Fakultas Teknik Universitas

Muhammadiyah Malang.

3. Bapak Murjito, ST., MT. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin.

4. Bapak Ir. Sudarman, MT. Selaku dosen pembimbing I yang telah memberikan

bimbingan serta arahan secara intensif selama penyusunan skripsi ini

dilakukan.

5. Ibu Dra. Rr. Heni Hendrayati, MT Selaku dosen pembimbing II yang telah

memberikan saran sehingga terselesaikannya skripsi ini.

6. Ir. Daryono, MT selaku Dosen Wali kelas C angkatan 2014.

7. Bapak/Ibu dosen, TU Jurusan Teknik Mesin, Lab mesin telah bersedia

memberikan bantuan berupa bimbingan teoritis secara langsung maupun tidak

langsung.

8. Keluarga besar yang selalu memberikan semangat dan doa’nya selama

penepuhan studi.

9. Kawan-kawan sebimbingan, serta teman-teman seangkatan Teknik Mesin

2014 A, B, C, D dan E

10. Dimas Pranata yang selalu memberikan dukungan fasilitas untuk pengerjaan

tugas akhir.

11. Keluarga besar Teater Cremona, UKM Komunitas Teater UMM terimakasih

atas kebersamaannya selama ini, berbagi suka-duka, dan semoga silaturahmi

tidak pernah putus.

12. Bang Johan, Mas Codet, dan mba Ratna yang selalu memberikan masukan dan

ide-ide penyemangat.

13. Keluarga besar Kost 164 yang selama ini menemani saya belajar mulai

semester 1 sampai sekarang, terimakasih telah mengajarkan banyak pelajaran

dan pengalaman.

14. Kawan-kawan Immo terimakasih atas dukungannya dan motivasi.

15. Teman-teman KKN 141 desa Urek-urek 2016 yang selalu mendukung demi

kelancaran tugas akhir.

16. Seluruh pihak yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu, yang telah

membantu selama penyusunan skripsi ini.

Terima kasih atas semua yang telah mereka berikan kepada penulis semoga

mendapat balasan dari Allah SWT, dan penulis berharap semoga skripsi ini

bermanfaat baik bagi penulis sendiri maupun perkembangan ilmu teknik mesin.

Wassalamualaikum Wr. Wb.

Malang, 26 Oktober 2018

Mochammad Wisnu Maulana.

DAFTAR ISI

LEMBAR JUDUL i

POSTER ii

LEMBAR PENGESAHAN iii

BERITA ACARA PEMBIMBINGAN TUGAS AKHIR iv

LEMBAR PERNYATAAN vi

ABSTRAK vii

ABSTRACT viii

KATA PENGANTAR ix

DAFTAR ISI xii

DAFTAR TABEL xv

DAFTAR GAMBAR xvi

BAB I. PENDAHULUAN 1

1.1 LATAR BELAKANG 1

1.2 RUMUSAN MASALAH 4

1.3 TUJUAN PENULISAN 4

1.4 MANFAAT PENULISAN 4

1.5 BATASAN MASALAH 5

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 6

2.1 DESAIN PAHL DAN BEITZ 6

2.1.1 Perencanaan Proyek dan Penjelasan Tugas 8

2.1.2 Perancangan Konsep Produk 8

2.1.3 Perancangan Bentuk (Embodiment Desaign) 9

2.1.4 Perancangan Detail 10

2.2 PLASTIK 10

2.1.1 Thermoplastic 10

2.1.2 Thermosett 12

2.3 DAUR ULANG PlASTIK 12

2.4 TUNGKU BIOMASSA 14

2.5 NILAI KALOR KAYU 16

2.6 PIROLISIS PLASTIK 17

2.6.1 Hydro Cracking 18

2.6.2 Thermal Cracking 19

2.6.3 Catalytic Cracking 21

2.7 JENIS REAKTOR PADA PIROLISIS 22

2.8 PROSES PERPINDAHAN PANAS 26

2.8.1 Konduksi 27

2.8.2 Konveksi 29

2.8.3 Radiasi 31

2.9 ALAT PENUKAR KALOR 32

2.9.1 Klasifikasi Alat Penukar Kalor 32

2.9.2 Apk Jenis Shell Dan Tube Berdasarkan Tema 34

2.9.3 Konstruksi Alat Penukar Kalor 35

2.9.4 Ukuran Alat Penukar Kalor 37

2.9.5 Standar 38

2.9.6 Kriteria Seleksi Dari Segi Mekanikal 39

BAB III. METODE PERANCANGAN 43

3.1 PERANCANGAN TUNGKU BIOMASSA 43

3.2 REAKTOR 47

3.2.1 Bahan Reaktor 48

3.2.2 Badan reaktor 48

3.2.3 Tutup Reaktor 49

3.2.4 Proses Rambat Panas Reaktor 49

3.2.5 Volume Uap Pirolisis 50

3.2.6 Tekanan Uap Akibat Temperatur 50

3.3 PIPA SALURAN UAP 51

3.3.1 Aliran Uap Di Dalam Pipa 51

3.3.2 Aliran Dalam Pipa Trianguler 51

3.3.3 Kecepatan Aliran Uap 52

3.3.4 Koreksi Daya Tahan Pipa 52

3.3.5 Harga Harga Reynold Number (Re) 52

3.3.6 Harga Angka Nusselt (NU) 52

3.4 ALAT PENUKAR KALOR TIPE BEM 53

3.4.1 Laju Aliran 54

3.4.2 Konveksi Dalam Pipa 55

3.4.3 Koefisien Perpindahan Panas Keseluruhan 56

3.4.4 Kondisi Aliran Searah Pada Kondensor 56

3.4.5 Menentukan Panjang Pipa Kondensor 57

BAB IV. PEMBAHASAN DAN PERANCANGAN 58

4.1 RANCANGAN STRUKTURAL 58

4.2 PERHITUNGAN DIMENSI TUNGKU BIOMASSA 59

4.2.1 Tungku Biomassa 59

4.2.2 Bahan Tungku Pembakaran 60

4.2.3 Analisis Kebutuhan Bahan Bakar 60

4.3 PERHITUNGAN DIMENSI REAKTOR 63

4.3.1 Badan Reaktor 63

4.3.2 Dimensi Tutup Reaktor Berbentuk Kerucut 65

4.3.3 Perhitungan Daya Tahan Dinding Tabung Reaktor 66

4.3.4 Proses Rambat Panas 67

4.3.5 Volume Uap Pirolisis 68

4.3.6 Tekanan Uap Akibat Temperatur 69

4.4 PERANCANGAN PIPA SALURAN UAP 70

4.5 PERENCANAAN APK TIPE BEM 71

4.5.1 Aliran Air Luar Pipa 71

4.5.2 Aliran Fluida Dalam Pipa 73

4.6 KOEFISIEN PERPINDAHAN PANAS 75

4.7 RANCANGAN FUNGSIONAL 77

BAB V. KESIMPULAN 78

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

DAFTAR TABEL

Tabel 1 jenis plastik thermoplastic dan penggunaannya 11

Tabel 2 Data temperatur transisi dan temperatur lebur plastik 13

Tabel 3 Konduktivitas Termal Berbagai Bahan 29

Tabel 4 Bagian-bagian tungku dan fungsinya 43

Tabel 5 Bagian-bagian reaktor dan fungsinya 48

Tabel 6 Bagian-bagian kondensor dan fungsinya 54

Tabel 7 Spesifikasi stainless steel 304 66

Tabel 8 spesifikasi tembaga type K 70

Tabel 9 spesifikasi kondensor 71

Tabel 10 Air jenuh 190 o F 72

Tabel 11 sifat-sifat udara pada suhu 378,5 o K 73

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1 Diagram Alir Perancangan Menurut Pahl And Beitz 7

Gambar 2. 2 Nilai Kalor Pada Beberapa Jenis Kayu Bahan Baku Energi 16

Gambar 2. 3 Reaktor Fixed Moving Bed (Sentilkumar, 2015) 22

Gambar 2. 4 Reaktor Bubbling Fluidized Bed ( Basu, 2010) 23

Gambar 2. 5 Reaktor Circulating Fluidized Bed (Grabouski, 2004) 24

Gambar 2. 6 Reaktor Ultra-Rapid Pyrolyzer (Basu, 2010) 24

Gambar 2. 7 Reaktor Rotating Cone (Basu, 2010) 25

Gambar 2. 8 Reaktor Ablative Pyrolyzer (Basu, 2010) 25

Gambar 2. 9 Reaktor Vacuum Pyrolyzer (Basu, 2010) 26

Gambar 2. 10 Skema Perpindahan Panas Konduksi Pada Dinding 27

Gambar 2. 11 Skema Perpindahan Panas Konveksi 30

Gambar 2. 12 Skema Perpindahan Panas Konveksi 31

Gambar 2. 13 Skema Perpindahan Panas Radiasi 31

Gambar 2. 14 Bagian-Bagian Dari Apk (Berdasarkan Standar Tema) 36

Gambar 2. 15 Tipe Susunan Tube Alat Penukar Kalor 40

Gambar 3. 1 Diagram Alir Perancangan Tungku Biomassa 45

Gambar 3. 2 Diagram Alir Perancangan Reactor 47

Gambar 3. 3 Diagram Alir Perancangan Apk 53

Gambar 4. 1 Skema Desain Alat Pirolisis 58

Gambar 4. 2 Tungku Pembakaran 60

Gambar 4. 3 Tabung Reaktor 64

Gambar 4. 4 Segitiga Sama Kaki 65

DAFTAR PUSTAKA

Bajus M, Hájeková E. 2010. Thermal Cracking of the Model Seven Components

Mixed Plastics into Oil/Waxes. Petroleum & Coal. 52(3): 164-172, 2010.

ISSN 1337- 7027.

Budi, Surono Untoro, 2013. Berbagai Metode Konversi Sampah Plastik Menjadi

Bahan Bakar Minyak. Vol. 3. No. 1. Available from URL :

(http://jurnalteknik.janabadra.ac.id/wp-content/uploads/2014/03/05-

Artikel-Untoro-Revisi.pdf).

Clemens, Stanley R. 1984. Geometry. USA: Addison-Westley Publishing

Company, inc.

Hanun, Faitha, 2014 . Nilai Kalor Kayu Yang Memiliki Kerapatan Dan Kadar

Lignin Berbeda. Available from URL :

(https://repository.ipb.ac.id/jspui/bitstream/123456789/69873/1/E14fha.pd

f).

Haufan, Fathurrahman, 2016. DESAIN ALAT PIROLISIS UNTUK

MENGKONVERSI LIMBAH PLASTIK HDPE MENJADI BAHAN

BAKAR. available from URL :

(https://repository.ipb.ac.id/jspui/bitstream/123456789/84027/1/F16fna.pdf.)

Holman J.P, Jasjfi. E. 1994. Perpindahan Kalor Edisi ke Enam. Jakarta : Erlangga,

1994.

Holman JP. 2010. Heat Transfer Tenth Edition. Department of Mechanical

Engineering Southern Methodist University (US). McGraw-Hill.

Koestoer, Raldi, Antono. 2002. Perpindahan Kalor. Jakarta: Salemba Teknika,

2002.

Murjianto, I. 2015. Sifat Dan Karakteristik Material Plastik dan Bahan Aditif

Traksi. Vol. 2. No. 2.

Sariyanto, Angga Bagus Ferry, 2013. Perancangan Alat Distilasi Etanol Dari Bahan

Baku Singkong.

Sarker M, Rashid MM, Rahman MS, Molla M. 2012. Envirnmentally Harmful Low

Density Waste Plastik Conversion into Kerosene Grade Fuel. Journal of

Environmental Protection. 2012, 3, 700 – 708.

Suhartono, Gasela & Anis khoirunnisa, 2018. Kajian kinerja Kompor Limbah

Biomassa Padat Skala Industri Rumah Tangga. Available from URL :

(http://jurnal.upnyk.ac.id/index.php/kejuangan/article/viewFile/2319/2019)

Tubnonghee R, Sanongraj S, Sanongraj W. 2010. Comparative Characteristics of

Derived Plastik Oil and Commercial Diesel Oil. The 8th Asian-Pacific

Regional Conference on Practical Environmental Technologies

(APRC2010). Ubon Atchathani University. Ubonratchathani. Thailand.

Trisunaryanti, Wega. 2018. Dari Sampah Plastik Menjadi Bensin & Solar. UGM

PRESS. Available from URL :

(https://books.google.co.id/books?id=TzFTDwAAQBAJ&pg=PR24&lpg=

PR24&dq=Diketahui+bahwa+setiap+individu+rata#v=onepage&q=Diketa

hui%20bahwa%20setiap%20individu%20rata-&f=false.)

Wahyu, Prianto Damar. Pyrolysis of Instant Noodle Wrap Plastic Waste with Mount

Merapi Ash as Alternative Catalyst. Available from URL :

(https://dspace.uii.ac.id/bitstream/handle/123456789/10654/08.%20Naskah

%20Publikasi.pdf?sequence=12&isAllowed=y)