Dokumen tersebut merupakan laporan skripsi yang membahas perancangan alat uji pembakaran menggunakan crude palm oil dan minyak goreng sebagai bahan bakarnya. Laporan ini mencakup latar belakang permasalahan, rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, diagram alir perancangan alat, perhitungan parameter desain seperti komposisi bahan bakar, kebutuhan udara, energi pembakaran, dan komposisi gas buang.

1. UNIVERSITAS GUNADARMA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
PERANCANGAN ALAT UJI PEMBAKARAN CRUDE PALM OIL DAN MINYAK GORENG
YANG DILENGKAPI SARANA PERUBAHAN FRAKSI UDARA PRIMER - SEKUNDER DAN
PERUBAHAN TAHAPAN PEMBAKARAN
Disusun Oleh :
Nama : M. Rio Rizky Saputra
NPM : 23415945
Jurusan : Teknik Mesin
Pembimbing : 1. Dr. Ir. Heru Kuncoro, M.Eng.
2. Dodi Yuniardi, ST., MT.
Ditulis Guna Melengkapi Sebagian Syarat
Untuk Mencapai Jenjang Sarjana Strata Satu (S1)
Jakarta
2019

2. • Kebutuhan minyak dalam negeri Indonesia terus meningkat, sehingga harus
mengimpor minyak baik dalam bentuk minyak mentah maupun dalam bahan
bakar minyak (BBM)
• Pengembangan dan penerapaan bahan bakar nabati (BBN) bertumpu pada CPO
sangat lambat, hal ini dibuktikan dengan oversupplay produksi CPO nasional.
• Pengembangan crude palm oil (CPO) hanya bertumpu pada FAME salah satu
produk CPO.
LATAR BELAKANG

3. PERUMUSAN MASALAH
Perumusan masalah yang dapat dikemukakan sesuai dengan pernulisan ini adalah
bagaimana perancangan alat uji pembakaran dengan menggunakan crude palm oil
dan minyak goreng dilengkapi sarana perubahan fraksi udara primer - sekunder dan
perubahan tahapan pembakaran

4. TUJUAN PENULISAN
Adapun tujuan yang hendak dicapai pada Tugas Akhir yaitu merancang alat uji
pembakaran untuk mengetahui karakteristik pembakaran crude palm oil dan minyak
goreng bila diperlakukan sebagai bahan bakar.

5. BATASAN MASALAH
1. Perhitungan rancangan pembakaran bedasarkan proses pembakaran sempurna
(complete combustion).
2. Crude palm oil dan minyak goreng diperlakukan sebagai bahan bakar
3. Laju massa aliran bahan bakar crude palm oil dan minyak goreng dirancang sebesar 5
kg/jam
4. Nilai kalor ditentukan bedasarkan prosentase massa molekul bahan bakar dikaitkan
dengan nilai kalor produk pembakaran .

6. Diagram Alir dan Penjelasan Perancangan Alat Uji
Pembakaran

7. Tekanan air masuk (P air in) : 2 Bar
Temperatur air masuk (T air in) : 30 oC
Tekanan uap keluar (P uap out) : 1 Bar
Temperatur uap keluar (T uap out) : 400 oC
Tekanan gas buang (P gas buang) : 1 Bar
Temperatur gas buang (T gas buang) : 400 oC
Massflow bahan bakar (ḿb) : 5 kg/jam
Penentuan Kondisi Operasi Perancangan Alat Uji
Pembakaran

8. Mendapatkan Nilai Entalpi Air dan Uap

9. Skematika Perancangan Alat Uji Pembakaran

10. Asam lemak Komposisi (%) Rumus Kimia
Molekul
Myristat 1.25 C14 H28 O2
Palmitat 40 C16 H32 O2
Stearat 4.5 C18 H36 O2
Oleat 42 C18 H34 O2
Linoleat 11.5 C18 H32 O2
Asam lemak Komposisi (%)
Rumus kimia
molekul
Laurat 0.2 C12 H24 O2
Myristat 1.1 C14 H28 O2
Palmitat 44.0 C16 H32 O2
Stearat 4.5 C18 H36 O2
Oleat 39.2 C18 H34 O2
Linoleat 10.1 C18 H32 O2
Lainya 0.9
Minyak kelapa sawit/ Crude palm oil
Sumber : O’Brien R D. 2000
Sumber : Kataren, 2008.
Minyak Goreng/ Palm olein
Kandungan Komposisi Asam Lemak

11. Perhitungan Porsentase Massa Molekul Dari Bahan
Bakar
Unsur
Massa unsur atom
(kg)
Prosentase massa
molekul (%)
Karbon 3.756890 75.82
Hidrogen 0.609331 12.30
Oksigen 0.588779 11.88
Unsur
Massa unsur atom
(kg)
Prosentase massa
molekul (%)
Karbon 3.766449 75.90
Hidrogen 0.608929 12.27
Oksigen 0.587122 11.83
Minyak Goreng/ Palm oleinMinyak kelapa sawit/ Crude palm oil
Untuk menentukan prosentase massa molekul dari setiap bahan bakar, Terlebih dahulu
menghitung nilai massa molekul relatif (Mr), jumlah mol asam lemak (n), jumlah mol komponen
asam lemak (nx) dan total massa unsur atom (Bm).

12. Perhitungan Nilai Kalor Pada Bahan Bakar
(Sumber : John, B. Kitto & dkk : 2005)
Formula Pembakaran Sempurna
C + O2 = CO2
2H2 + O2 = 2H2O
Karbon (C) = 14,093
Btu
lb
x
1 kkal
3.9683 Btu
x
2.2046 lb
1 kg
= 7829.404
Kkal
kg
Hidrogen (H2) = 61,029
Btu
lb
x
1 kkal
3.9683 Btu
x
2.2046 lb
1 kg
= 33904.829
Kkal
kg
Konversi nilai panas (Kkal/kg)

13. Perhitungan Nilai Kalor Pada Bahan Bakar
Crude palm oil
Karbon (C) =
75.82
100
x 1 kg = 0.7582 kg
Hidrogen (H) =
12.30
100
x 1 kg = 0.123 kg
Nilai kalor (Qv) yang dihasilkan setiap 1 kg massa bahan bakar, adalah
:
Karbon (C) = 0.7583 kg x 7829.404 Kkal/kg = 5936.25411 Kkal
Hidrogen (H) = 0.123 kg x 33904.829 Kkal/kg = 4170.29396 Kkal
10106.54807 Kkal
+
Setiap 1 kg bahan bakar memiliki massa unsur atom sebesar :

14. Perhitungan Nilai Kalor Pada Bahan Bakar
Tabel hasil perhitungan Nilai kalor bahan bakar (Qv)
Bahan Bakar Karbon
(Kkal)
Hidrogen
(Kkal)
Nilai Kalor (Qv)
(Kkal)
Crude Palm Oil 5936.25411 4170.29396 10106.54807
Minyak Goreng 5942.51763 4160.12251 10102.64014

15. Perhitungan Jumlah Kebutuhan Udara Pembakaran
Stokiometri dan Excess Air
1. Jumlah molekul (nm)
Crude palm oil
Karbon (C) = 0.31562 Kmol/jam
Hidrogen (H) = 0.30507 Kmol/jam
Oksigen (O) = 0.01856 Kmol/jam
2. Menghitung kebutuhan oksigen (O2)
C + O2 = CO2 , membutuhukan oksigen (0.31562
Kmol O2
Jam
)
2H2 + O2 = 2H2O , membutuhukan oksigen (0.15253
Kmol O2
Jam
)
Total kebutuhan (O2) = (0.46815 - 0.01856)
Kmol O2
Jam
= 0.44959
Kmol O2
Jam
+
0.46815
Kmol O2
Jam

16. Perhitungan Jumlah Kebutuhan Udara Pembakaran
Stokiometri dan Excess Air
3. Kebutuhan udara stokiometri
Udara memiliki kandungan volume, oksigen (O2) 21 % dan nitrogen (N2) 79 %.
Udara stokiometri =
Kebutuhan oksigen (O2)
Volume (O2)
=
0.44959 Kmol O2
Jam
21 % O2
= 2.14090
Kmol
Jam
Bahan Bakar Kebutuhan O2
(Kmol O2/ Jam)
Udara Stokiometri
(Kmol / Jam)
Crude Palm Oil 0.44959 2.14090
Minyak Goreng 0.44964 2.14114
Tabel hasil perhitungan kebutuhan (O2) dan Udara Stokiometri

17. 4. Kebutuhan udara Excces Air
Perhitungan Jumlah Kebutuhan Udara Pembakaran
Stokiometri dan Excess Air
Udara berlebih = (100 + excess air) % x Udara stokiometri
= (100 + 10 ) % x 2.14090 Kmol/Jam
= 2.35499 Kmol / Jam
(Sumber : John, B. Kitto & dkk : 2005)
5. Kebutuhan udara
V’udara = Kebutuhan udara berlebih x Volume molar (Vm)
= 2.35499
Kmol
Jam
x 22.4
Liter
mol
= 52.75177
Kliter
Jam
x
1000
60
menit
= 879.19616 LPM

18. Bahan Bakar Kebutuhan Excess air
(Kmol / Jam)
Kebutuhan Udara
(LPM)
Crude Palm Oil 2.35499 879.19616
Minyak Goreng 2.35525 879.29333
Perhitungan Jumlah Kebutuhan Udara Pembakaran
Stokiometri dan Excess Air
Tabel hasil perhitungan Excess air dan Kebutuhan Udara

19. Perhitungan Energi Panas Pada Saat Pembakaran Bahan
Bakar
1. Menghitung laju aliran massa komponen molekul bahan bakar (ḿkomponen)
ḿkomponen = Prosentase massa molekul bahan bakar x (ḿb)
ḿkomponen (C) =
75.82
100
x 5 kg/jam = 3.791 kg/Jam
ḿkomponen (H2) =
12.30
100
x 5 kg/jam = 0.615 kg/Jam
Crude palm oil
2. Energi panas pembakaran (Qk)
Energi kalor komponen = ḿkomponen x Nilai panas produk pembakaran
Karbon = 3.791
kg
Jam
x 7829.404
Kkal
kg
= 29681.27056
Kkal
Jam
Hidrogen = 0.615
kg
Jam
x 33904.829
Kkal
kg
= 20851.46984
Kkal
Jam
Nilai energi panas yang dihasilkan pada pembakaran (Qk) adalah 50532.7407 Kkal/jam

20. Perhitungan Energi Panas Pada Saat Pembakaran Bahan
Bakar
Bahan Bakar Energi panas pembakaran
(Kkal/Jam )
Crude Palm Oil 50532.7407
Minyak Goreng 50513.20077
Tabel hasil perhitungan energi panas pembakaran (Qk)

21. Perhitungan Komposisi Gas Buang dan Entalpi Gas Buang
Setelah Pembakaran

22. Perhitungan Komposisi Gas Buang dan Entalpi Gas Buang
Setelah Pembakaran
Komponen molekul gas buang dari reaksi pembakaran adalah
C + O2 = CO2 , Setiap 1 mol C, menghasilkan 1 mol (CO2) = 0.31562 Kmol/Jam
2H2 + O2 = 2H2O , Setiap 1 mol H, menghasilkan 1 mol (H2O) = 0.30507 Kmol/Jam
Komponen molekul gas buang dari udara (O2) dan (N2) adalah
(O2) dari udara berlebih = Kebutuhan (O2) x Volume oksigen (21%)
= 0.44959 Kmol/Jam x 21%
= 0.09441 Kmol /Jam
(N2) dari udara = Udara berlebih x Volume nitrogen (79%)
= 2.35499 Kmol/Jam x 79%
= 1.86044 Kmol /Jam
Total molekul gas buang (Σnbuang ) = CO2 + H2O + O2 + N2
= 2.57554 Kmol/Jam
1. Menghitung molekul gas buang (Σnbuang )
Crude palm oil

23. Perhitungan Komposisi Gas Buang dan Entalpi Gas Buang
Setelah Pembakaran
2. Debit gas buang (V’buang)
V’buang = Volume molar (Vm) x ∑nbuang
= 22.4 liter / mol x 2.57554 Kmol/jam
= 57.69209
Kliter
Jam
x 1000/60 menit
= 961.53483
liter
menit
3. Laju aliran massa komponen gas buang (ḿgb)
ḿgb = Molekul gas buang x Massa molekul
CO2 = 0.31562 Kmol/jam x 44 kg /Kmol = 13.88728 kg /jam
H2O = 0.30507 Kmol/jam x 18 kg /Kmol = 5.49126 kg /jam
O2 = 0.09441 Kmol/jam x 32 kg /Kmol = 3.02112 kg /jam
N2 = 1.86044 Kmol/jam x 28 kg /Kmol = 52.09232 kg /jam
ḿgb = 74.49198 kg/jam
+

24. 4. Komposisi komponen gas buang
Perhitungan Komposisi Gas Buang dan Entalpi Gas Buang
Setelah Pembakaran
CO2 =
13.88728 kg /jam
74.49198 kg /jam
x 100 % = 18.65 %
H2O =
5.49126 kg /jam
74.49198 kg /jam
x 100 % = 7.38 %
O2 =
3.02112 kg /jam
74.49198 kg /jam
x 100 % = 4.05 %
N2 =
52.09232 kg /jam
74.49198 kg /jam
x 100 % = 69.93 %
Bahan bakar CO2
%
H2O
%
O2
%
N2
%
ḿgb
kg/jam
Crude Palm Oil 18.65 7.38 4.05 69.93 74.49198
Minyak Goreng 18.66 7.35 4.05 69.93 74.49954
Tabel hasil perhitungan komposisi gas buang dan Laju aliran massa komponen gas buang (ḿgb)

25. Perhitungan Komposisi Gas Buang dan Entalpi Gas Buang
Setelah Pembakaran
5. Entalpi dari komponen molekul gas buang (h)
Tgas buang = 400 oC, menggunakan tabel coefficients entalpi
Entalpi (h) = aT2 + bT + c
CO2 = (0.00002560224 x (752 F)2) + (0.2270060 x 752 F) + (-24.118) = 161.068 Btu/lb
H2O = (0.00004575975 x (752 F)2) + (0.4246434 x 752 F) + (-30.363) = 314.846 Btu/lb
O2 = (0.00001403084 x (752 F)2) + (0.2232213 x 752 F) + (-19.375) = 156.421 Btu/lb
N2 = (0.00001496168 x (752 F)2) + (0.2362762 x 752 F) + (-16.911) = 169.229 Btu/lb
Konversi satuan entalpi komponen molekul gas buang (Kkal/kg)
1 Btu/lb = 0.555927 Kkal/kg
CO2 = 89.541 Kkal/kg
H2O = 175.031 Kkal/kg
O2 = 86.958 Kkal/kg
N2 = 94.078 Kkal/kg

26. Perhitungan Komposisi Gas Buang dan Entalpi Gas Buang
Setelah Pembakaran
6. Energi komponen molekul gas buang (Qmgb)
Qmgb = ḿgas buang x Komponen entalpi molekul gas buang (h)
CO2 = 13.88728 kg /jam x 89.541 Kkal/kg = 1243.480 Kkal/jam
H2O = 5.49126 kg /jam x 175.031 Kkal/kg = 961.138 Kkal/jam
O2 = 3.02112 kg /jam x 86.958 Kkal/kg = 262.710 Kkal/jam
N2 = 52.09232 kg /jam x 94.078 Kkal/kg = 4900.741 Kkal/jam
+
= 7368.069 Kkal/jam
7. Entalpi gas buang (hgb)
Qmgb = Laju aliran massa komponen gas buang (ḿgb) x Entalpi gas buang (hgb)
hgb =
Q
mgb
ḿgb
=
7368.069 kkal/jam
74.49198 kg /jam
= 98.91090 Kkal/kg

27. Perhitungan Komposisi Gas Buang dan Entalpi Gas Buang
Setelah Pembakaran
Bahan Bakar Entalpi Gas Buang
(Kkal/kg)
Debit gas buang
(LPM)
Energi komponen molekul
gas buang (Kkal/jam)
Crude Palm Oil 98.91090 961.53483 7368.069
Minyak Goreng 98.89504 961.464 7367.635
Tabel hasil perhitungan entalpi gas buang (hgb), debit gas buang (V’buang) dan
Energi komponen molekul gas buang (Qmgb)

28. Perhitungan Energi Disediakan Untuk Menjadi Produk
Akhir

29. 1. Menghitung energi yang dihasilkan
Energi kalor bahan bakar(Qp) = Laju massa bahan bakar (ḿb) x Nilai kalor (Qv)
= 5 kg/jam x 42314.09546 kJ/kg
= 211570.4773 kJ/jam / 3600 s
= 58.76957 kJ/s (kW)
Energi gas buang (Qgb) = Laju aliran massa komponen gas buang (ḿgb) x Entalpi gas buang (hgb)
= 74.49198 kg/jam x 414.12015 kJ/kg
= 30848.62993 kJ/jam / 3600 s
= 8.56906 kJ/s (kW)
Energi untuk pemanasan (dQa) = Qp – Qgb
= 180721.8474 kJ/jam / 3600 s
= 50.20051 kJ/s (kW)
Perhitungan Energi Disediakan Untuk Menjadi Produk
Akhir

30. 2. Menghitung laju aliran massa air (ḿair)
Qin = Qout
Qair + Qp = Qgb + Quap
(ḿair x h air in) + Qp = (ḿair x h uap out) + Qgb
(ḿair x 125.92 kJ/kg) + 211570.4773 kJ/jam = (ḿair x 3278.5 kJ/kg) +30848.62993 kJ/jam
Laju aliran massa air (ḿair)
ḿair =
211570.4773 kJ
jam
− 30848.62993 kJ
jam
3278.5 kJ
kg
− 125.92 kJ
kg
=
180721.8474 kJ
jam
3152.58 kJ
kg
= 57.32506
kg
jam
/ 3600 s
= 0.01592 kg/s
Perhitungan Energi Disediakan Untuk Menjadi Produk
Akhir

31. 3. Energi panas air (Qair)
Qair = ḿair x hair in
= 57.32506 kg/jam x 125.92 kJ/kg
= 7218.37155 kJ/jam / 3600
= 2.00510 kW
4. Energi panas uap (Quap)
Quap = ḿair x huap out
= 57.32506 kg/jam x 3278.5 kJ/kg
= 187940.2092 kJ/jam / 3600 s
= 52.20561 kW
Perhitungan Energi Disediakan Untuk Menjadi Produk
Akhir

32. Bahan Bakar Energi kalor bahan
bakar (Qp) kW
Energi gas buang
(Qgb) kW
Energi panas air
(Qair) kW
Energi panas uap
(Quap) kW
Crude Palm Oil 58.76957 8.56906 2.00510 52.20561
Minyak Goreng 58.7468 8.56855 2.00421 52.18250
Perhitungan Energi Disediakan Untuk Menjadi Produk
Akhir
Tabel hasil perhitungan energi (Qp), energi gas buang (Qgb), Energi panas
air`(Qair) dan Energi panas uap (Quap)

33. KESIMPULAN
1. Perancangan alat uji pembakaran ini untuk melihat pembakaran yang dihasilkan menggunakan bahan bakar crude
palm oil dan minyak goreng dengan sarana fraksi udara dan tahapan perubahan pembakaran, hal ini akan
menghasilkan karakteristik pembakaran yang berbeda-beda, untuk mencari karateristik pembakaran yang baik.
2. Kebutuhan udara alat uji pembakaran pada bahan bakar crude palm oil dibutuhkan 879.19616 LPM dan untuk
bahan bakar minyak goreng 879.29333 LPM.
3. Bahan bakar minyak dipanaskan pada temperatur 200oC untuk disemburkan pada ruang bakar pada kapasitas 5
kg/jam
4. Prosentase massa molekul crude palm oil yaitu karbon (C) 75.82 %, Hidrogen (H) 12.30 % dan Oksigen (O) 11.88
%, kemudian untuk minyak goreng karbon (C) 75.90 %, Hidrogen (H) 12.27% dan Oksigen (O) 11.83 %

34. 5. Nilai kalor dari bahan bakar crude palm oil sebesar 10106.54807 Kkal/kg, sedangkan minyak goreng sebesar
10102.64016 Kkal/kg.
6. Energi yang dihasilkan untuk menjadi produk akhir alat uji pembakaran ini menggunakan bahan bakar CPO
yaitu energi kalor bahan bakar 58.76957 kW, energi gas buang 8.56906 kW, energi panas air masuk 2.00510 kW
dan energi panas uap 52.20561 kW, sedangkan ketika alat uji pembakaran ini menggunakan bahan bakar minyak
goreng yaitu energi kalor bahan bakar 58.7468 kW, energi gas buang 8.56855 kW, energi panas air masuk
2.00421 kW dan energi panas uap 52.18250 kW.

35. KONTRUKSI II
KONTRUKSI I
KONTRUKSI III
Sarana Tahapan Perubahan Pembakaran

36. Sarana Fraksi Udara Primer-Sekunder
Udara Primer Udara sekunder
70 % 24 LPM 30 % 10 LPM
60 % 20 LPM 40 % 14 LPM
50 % 17 LPM 50 % 17 LPM
40 % 14 LPM 60 % 20 LPM
30 % 10 LPM 70 % 24 LPM
Fraksi udara primer dan sekunder

38. Terima kasih
Kritik Dan Saran Sangat Diharapkan Untuk Memperbaiki Kesalahan Yang Terdapat Di Dalam Tugas Akhir Ini