15
RANCANGAN ALAT INCINERATOR UNTUK PEMBAKARAN LIMBAH KAYU DENGAN KAPASITAS 60 KG/ 2 JAM
Untuk Memenuhi Salah Satu Tugas
Mata kuliah PRB Pengolahan Limbah Padat dan Gas Pada Jurusan Teknik Lingkungan Institut Teknologi Yogyakarta
Disusun oleh :
Elisabeth Apriani Sihotang
NIM : 14314542
JURUSAN TEKNIK LINGKUNGAN
INSTITUT TEKNOLOGI YOGYAKARTA
(STTL- "YLH")
YOGYAKARTA
2016
KATA PENGANTAR
Puji syukur penyusun ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena kasih dan penyertaan-NYA yang senantiasa melindungi dan menyertai penyusun sehingga penyusun dapat menyusun makalah ini dengan judul Rancangan Alat Incenerator untuk Pembakaran Limbah Kayu dengan Kapasitas 60kg/2jam dari awal hingga terselesaikannya penyusunan ini, dan dapat berjalan dengan baik.
Makalah ini di susun sebagai tugas wajib dari mata kuliah Pra Rancangan Bangunan Limbah Padat dan Gas tahun ajaran 2014/2015 Institut Teknologi Yogyakarta (STTL- "YLH") Yogyakarta.
Dalam kesempatan ini penyusun tidak lupa mengucapkan banyak terima kasih kepada seluruh pihak yang membantu baik dalam pelaksanaan maupun dalam penyusunan laporan ini. Khususnya kepada yang terhormat :
Ir. Prayitno, M. Eng. Selaku dosen pembimbing yang telah banyak memberikan petunjuk dan pengarahan sehingga penyusun dapat menyelesaikan Makalah ini.
Teman-teman seperjuangan angkatan 2014. Dan seluruh pihak yang membantu kami dalam penyusunan ini yang kami tidak bisa sebutkan satu per satu.
Penyusun menyadari adanya keterbatasan dalam pembuatan dan penyusunan makalah ini dari segi pengalaman maupun ilmu pengetahuan.Untuk itu penyusun membuka hati untuk menerima kritik dan saran yang membangun untuk kesempurnaan makalah ini.
Yogyakarta, 26 November 2016
Penyusun
DAFTAR ISI
HALAMAN SAMPUL i
KATA PENGANTAR ii
DAFTAR ISI iii
DAFTAR TABEL iv
DAFTAR GAMBAR v
BAB I PENDAHULUAN
Latar Belakang 1
Tujuan
Ruang Lingkup
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Perancangan Alat
BAB III DATA DAN PEMBAHASAN
Data
Perhitungan Perancangan Sistem
Dimensi Bangunan Tungku Bakar
Lubang Untuk Memasukkan Sampah ke dalam Ruang Pembakaran
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 komposisi bahan, berat (%), panas pembakaran. dan kapasitas panas 1
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Rangkaian Alat Incinerator 2
Gambar 2.2 Skema Pembersih Gas Buang 3
Gambar 4.1 Tampak Depan Incinerator 12
Gambar 4.2 Tampak Atas Incinerator 12
Gambar 4.3 Tampak Depan Maket 13
Gambar 4.4 Tampak Atas Maket 13
BAB I
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Limbah padat merupakan permasalahan umum yang menjadi perhatian khusus, jika tidak segera diatasi maka limbah ini akan menumpuk dan mengakibat maslah lingkungan. Untuk mengatasi hal tersebut diperlukan incinerator untuk proses pembakaran limbah padat yang dapat mengurangi volume limbah di sekitar kita.
Insinerator adalah tungku pembakaran untuk mengolah limbah padat, yang mengkonversi materi padat (sampah) menjadi materi gas, dan abu, (bottom ash dan fly ash). Insinerator merupakan alat teknologi pengolahan limbah padat yang dapat memusnahkan komponen berbahaya, volume limbah dapat direduksi sampai berupa abu dan menghasilkan energi. Ketiga hal tersebut dapat diperoleh secara bersamaan, sehingga insinerasi dianggap sebagai salah satu cara mengolah limbah padat yang ideal (Reinhardt, 1995). Pemusnahan limbah padat disesuaikan dengan kapasitas tungku pembakaran serta kemampuan insinerator dalam mereduksi limbah.
Penelitian ini bertujuan untuk merancang alat insinerator dalam mereduksi limbah kayu dan untuk mengetahui pengaruh kapasitas, debit, Volume serta effisinsi alat incinerator.
Tujuan
Makalah dengan judul ini dibuat bertujuan untuk mendapatkan ukuran alat incinerator,
merancang alat insinerator dalam mereduksi limbah kayu dan untuk mengetahui pengaruh kapasitas, debit, Volume serta mengetahui effisiensi alat incinerator yang sudah dirancang.
Ruang lingkup
Ruang lingkup yang di paparkan pada makalah ini adalah mengenai bahan yang di gunakan untuk perancangan incenerator serta bagaimana cara menghitung kapasitas ukuran incinerator secara umum.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Limbah adalah masuknya atau dimasukkannya suatu bahan sebagai hasil dari aktivitas manusia maupun hasil aktivitas alam dimana bahan tersebut mengandung pencemar.
Sifat-sifat limbah, antara lain : Metode Pengolahan Limbah Padat :
a. Sifat Fisik a. Penibunan Terbuka
b. Sifat Kimia b. Sanitary Landfill
c. Insinerasi
Pengolahan limbah padat dengan metode Incenerasi
Insinerasi adalah pembakaran sampah/limbah padat menggunakan suatu alat yang disebut incenerator. Kelebihan dari proses insinerasi adalah volume sampah berkurang sangat banyak (bisa mencapai 90 %). Selain itu, proses insinerasi menghasilkan residu yang bersifat anorganik dan panas yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan listrik atau untuk pemanas ruangan. Incinerator yang juga dilengkapi dengan pembersih gas buang memiliki keunggulan tidak menghasilkan racun dan minim asap.
Gambar 2. 1 Alat Incinerator
Pembersih gas buang berfungsi untuk membersihkan gas buang. Udara dan bahan masuk alat tersebut secara tangensial sehingga bergerak secara spiral dalam ruang cyclone. Adanya gerak spiral ini timbul gaya centrifugal yang akan melempar bahan padat ke dinding dan akhirnya turun kebawah sedangkan udara keatas. Untuk cyclone standar, kapasitas cyclone sangat ditentukan oleh diameter minimum dari bahan yang terendapkan .
2.1 Perancangan Alat
Debit
Q = BeratWaktu/t= Berat/ρWaktu= VolumeWaktu
Q = Kapasitas (kg/jam)
t = Waktu (jam, menit, detik)
V = Volume (m3)
Ρ = Massa Jenis (kg/m3)
Rumus Balok
Luas balok = 2pl + 2 pt + 2 lt
Volume Balok = p x l x t
P = Panjang (cm)
l = Lebar (cm)
t = Tinggi (cm)
Luas Lingkaran
Luas Lingkaran = πr2
Π = 3,14
r = jari-jari (cm)
Rumus Silinder
V silinder = π4D3
Π = 3,14
D = Diameter (cm)
Menentukan tebal rerata batu tahan api
Panas yang dibangkitkan oleh limbah
Q1 = m cp dT = m cp ( T2 – T1 )
Q1 = Panas Pembakaran (kg/jam)
m = Massa (kg, g, mg)
Cp = Kapasitas panas (BTU/lb°F, Kalori/kg°C)
T = Suhu (°C, °F)
Panas yang ditransfer oleh batu tahan api
Q2 = kAT2-T1X
Q1 = Panas Pembakaran (kg/jam)
k = 0,113 Btu/ jam.ft. F
A = Luas (cm2, ft2)
T1 = Suhu (°C,°F)
T2 = Suhu (°C,°F)
X = Panas ditransfer
Hal-hal yang perlu dipertimbangkan di dalam perancangan tungku pembakaran meliputi:
Bahan_yang_dibakar
Bahan yang dibakar adalah limbah padat yang dapat dibakar misalnya kayu atau triplek.
Tabel 2.1 Data komposisi bahan, berat (%), panas pembakaran. dan kapasitas panas
No.
Bahan
Berat(%)
Panas Pembakaran
(Btu/lb)
Kapasitas panas(Btu/lbF
Gas
(lbmol/lb)
1
Kayu, triplek
10
8.100
1,04
0,44
2
Kain, kertas
55
7.900
1,02
0,39
3
Karet
5
10.000
1,30
0,76
4
Polietylin
30
20.000
2,60
1,06
Komposisi
100
11.655
1,50
0,61
Sumber: Prayitno, 2016.
Kapasitas panas rerata bahan yang dibakar, cp = 1,5 Btu/lboF.
Direncanakan satu kali pembakaran 60 kg selama 2 jam. m = 10 kg/jam = 132,48 lb/ 2 jam.
Reaksi oksidasi pada proses pembakaran
Cellulosa :CH6H10O5 + 6 O2 -------> 6CO2 + 5H2O + 678 KCal.
Neoprene :C4H5Cl + 10O2 -------> 4CO2+ 2H2O + HCl + 825 KCal.
PVC :C2H3Cl + 2,5 O2 -------> 2CO2 + H2O + HCl + 328 KCal.
2. Udara yang dimasukkan berfungsi :
a. Untuk mengatur pembakaran. proses pembakaran kecepatan udara yang dimasukkan dalam ruang bakar diatur sehingga dapat dicapai kondisi tertentu yang meliputi : Suhu mencapai titik bakar dari bahan bakar, tersedia oksigen yang memadai, terjadi kontak yang baik antara bahan bakar dengan gas oksigen.
b. Untuk pengenceran dan pendinginan gas buang, gas panas hasil pembakaran dari ruang bakar suhu maupun gas racunnya masih cukup tinggi, untuk itu perlu penurunan suhu maupun gas racun tersebut guna membantu supaya proses selanjutnya lebih aman.
3. Pembakar.
Untuk pemanasan ruang bakar/tungku bakar dan pembakar awal limbah dapat bakar sebagai sumber pengapian dapat dipakai burner dengan bahan bakar minyak tanah.
4. Kondisi_ruang_bakar.
Tungku bakar terbuat dari batu tahan api dengan perekat semen api yang adonannya ditambahkan larutan tetes tebu dan tungku bagian luarnya dilapisi dengan plat stainless steel. Konduktivitas panas batu tahan api : K = 0,1130 Btu./(jam.Ft. oF), Konduktivitas panas stainless steel :K = 0,1519 Btu./(jam.Ft. oF)
BAB III
DATA DAN PEMBAHASAN
3.1 Data
Perhitungan volume dan ukuran alat insenerator
Data : Kapasitas = 60 kg/ 2 jam
ρ Kayu = 470 kg/m3
Waktu tinggal = 30 menit
V balok = 3 : 2 : 4
Q = BeratWaktu/t= Berat/ρWaktu= VolumeWaktu
Q = 60 kg2 jam x 30 menit
Q = 60 kg120 menit x 30 menit = 15 kg
V = 15 kg470kg/m3 = 0,0319 m3 x 1,2 = 0,0383 m3
V balok = p x l x t = a3
= 3 x 2 x 4 = 24
Vbalok = 24a3
0,0383m3 = 24a3
a3 = 0,0383m324
a = 30,0016 = 0,12 m = 12 cm
Panjang = 3 x 12 cm = 36 cm
Lebar = 2 x 12 cm = 24 cm
Tinggi = 4 x 12 cm = 48 cm
3.2 Perhitungan Perancangan Sistem
Data-data : ruang bakar berbentuk segi empat sesuai dengan kemampuan:
Kapasitas pembakaran 60 kg/ 2 jam, tekanan kerja atmospher m = 60 kg / 2 jam = 132,48 lb/ 2 jam
b. Suhu luar pada temperatur kamar 30 C = 86 F
c. Suhu ruang bakar diperkirakan sampai 1000 C = 1832 F
Perhitungan:
Menentukan tebal rerata batu tahan api.
Bahan yang dibakar mempunyai kapasitas panas rerata
Cp = 1,04 Btu/ lb F, K = 0,113 Btu/ jam.ft. F
Panas yang dibangkitkan oleh limbah
Q1 = m cp dT = m cp ( T2 – T1 )
T2 = 1832 F, T1 = 86 F
Sehingga : Q = 132,48 lb/ 2 jam x 1,04 Btu/lb F x ( 1832 - 86 ) F
= 240562,48 Btu/ 2 jam
Panas ini akan ditransfer melalui batu tahan api setebal x cm,
sehingga suhu luar ( dalamjht.
A = 2 ( 30 x 30 ) cm2 + 4 ( 30 x 60 ) cm2
= 1800 cm2 + 7200 cm2 = 9000 cm2
= 9000 cm2 x 1,076.10-3 ft2/cm2 = 9,70 ft2
Panas yang ditransfer oleh batu tahan api
Q2 = kA
= 0,113 Btu/ jam.ft F x 9,70 ft2 x
= 1913,8 Btu.ft /(x.jam)
Q1 = Q2 240562,48 Btu/ 2 jam = 1913,8 Btu.ft. /(x.jam)
x = 1913,8 /120281,24ft >> x = 0,0159 ft = 0,4846 cm
Untuk menjamin keamanan tebal batu tahan api diambil 5 - 10 cm. Jadi tebal dinding keseluruan yaitu tebal batu tahan api ditambah tebal stainless steel diambil 10 cm.
Penentuan ukuran diameter pipa gas hasil pembakaran.
Apabila gas yang timbul setara dengan volume insenerator
Volume = ( 30 x 30 x 60 ) cm3 = 54000 cm3
Kecepatan yang keluar dari ruang bakar antara (40-70)ft/sec,
diambil : v = 50 ft/sec = 1524 cm/det, apabila volume di atas itu
timbul tiap detik volume = 54.000 cm3
A = Volume/v = ( 54000 cm3)/ (1524 cm.det-1)
>> A = 35,44 cm2.det
r2 = 35,44 cm2.det, r2 = (35,44 cm2.det) / (1,34 cm)
r2 = 3,36 cm >>>> D = 6,72 cm
>> maka diameter pipa yang dipakai = 7 cm
Penentuan ukuran tinggi pipa gas hasil pembakaran.
Diameter pipa = 7 cm
Mencari Volume
V silinder = π4D3
V silinder = 3,1447cm3
V silinder = 0,785 x 343 cm3
V silinder = 269,26 cm3 x 1,2
V silinder = 323,04 cm3
Mencari tinggi
V = A x t
V = Volume alat (cm3)
A = Luas alat (cm2)
t = tinggi alat (cm)
V = A x t
V = π4D2 x t
323,04cm3 = 3,1447cm2 x t
323,04cm3 = 38,465cm2 x t
t = 323,4cm338,465cm2
t = 323,4cm338,465cm2
t = 8,4 cm = 8 cm
3.3 Dimensi bangunan tungku bakar
V = P x l x t
= (36 x 24 x 48) m3 = 41.472 cm3
Jumlah sampah yang masuk 41.472 – (41.472 x 20/100) =41.472 cm3 – 8294,4 cm3=33177,6 cm3 (untuk 1 kali pembakaran per t = 30 menit)
Pembakaran dilakukan selama 2 jam/ hari , maka dalam sehari dilakukan (1 hari = 24 jam)
24 jam x (120menit/2jam) / 30menit = 48 kali pembakaran per hari.
Jumlah sampah yang dibakar per hari:
48 kali / hari x 33177,6 cm3/ kali pembakaran = 1592524,8 cm3/hari
Kemampuan reduksi 90%. Sisa partikulat dalam gas hasil pembakaran dari tungku bakar yaitu
Untuk 1 kali pembakaran = 33177,6 x 10/100 = 3317,76 cm3/kali pembakaran
Untuk 1 hari = 1592524,8 cm3/hari x 10/100 = 159252,48 cm3/hari
= 0,15925248 m3/hari= 0,0134 m3/ 2 jam x ρ Kayu = 0,0134m32 jam x 470kgm3 = 6,298 kg/2 jam
Lubang untuk memasukkan sampah ke dalam ruang pembakaran
Data : Lubang untuk memasukkan sampah berbetuk persegi.
s = 20cm
s = 20cm
BAB IV
HASIL
Adapun hasil yang didapat dari kegiatan makalah ini yaitu rancangan sederhana incinerator dengan skala 1: 8 pada gambar dan 1: 2 pada maket.
Gambar 4.1 Tampak Depan Incinerator
Gambar 4.2 Tampak Atas Incinerator
Gambar 4.3 Tampak Depan Maket
Gambar 4.4 Tampak Atas Maket
BAB V
KESIMPULAN
Incinerator dengan kapasitas 60 kg / 2 jam dapat mengolah limbah padat kayu dengan kemampuan reduksi 90% dengan sisa partikulat dalam gas hasil pembakaran dari tungku bakar yaitu sebesar 6,298 kg/ 2 jam yang kemudian dilakukan pengolahan dengan tahap tungku bakar dan siklon. Incinerator dapat melakukan pengolahan limbah padat kayu dengan efisiensi sebesar 90% dan memiliki keunggulan tidak menghasilkan racun dan minim asap.
DAFTAR PUSTAKA
Renxu, Ricky. 2014. Perancangan Tangki Compressed Natural Gas (CNG)
http://www.academia.edu/7325168/TUGAS_KELOMPOK_PERANCANGAN_ALAT_PR OSES_Perancangan_Tangki_Compressed_Natural_Gas_CNG/ Diakses pada tanggal 26 November 2016, jam 22 : 45.
Arfiansyah, Rico E. 2016. Perancangan dan Pembuatan Filter Asap pada Incinerator Sampah. (Reinhardt, 1995). http://publication.gunadarma.ac.id/bitstream/123456789/14566/1/PPT%20SIDANG.pdf/ Diakses pada tanggal 26 November 2016, jam 20 : 23.
Kementerian Pekerjaan Umum Badan Litbang Pusat Penelitian Dan Pengembangan Permukiman. 2013. Teknologi Permukiman- Tungku Sanira (Tungku Pembakaran Sampah Nir Racun). http://www.puskim.pu.go.id/ Diakses pada tanggal 29 November 2016, jam 18 : 30.
Kompasiana.2014. Tungku Sanira, Solusi Inovatif Pemusnah Sampah Dengan Efek Lingkungan Ganda. http://www.kompasiana.com/ Diakses pada tanggal 29 November 2016, jam 18 : 30.
