## RANCANG BANGUN MODEL BURNER BIOMASSA SEBAGAI PENUNJANG PEMBANGKIT KALOR PADA SISTEM ORGANIC RANKINE CYCLE (ORC)
Mamat Rahmat 1) , Edi Sutoyo 2) , Setya Permana Sutisna 3)
1) Program studi teknik mesin Fakultas Teknik UIKA Bogor Email: m.rahmat@ft.uika-bogor.ac.id
2) Program studi teknik mesin Fakultas Teknik UIKA Bogor
Email: edisutoyo_02@yahoo.com
3) Program studi teknik mesin Fakultas Teknik UIKA Bogor
Email: setya.permana@ft.uika-bogor.ac.id

## Abstrak
Penggunaan sinar matahari sebagai sumber energi panas padapembangkitlistrikberbasis ORC ( organic rankine cycle ) memiliki beberapaketerbatasandiantaranya hanya tersedia di siang hari dan tidak optimal saat mendung dan hujan. Untuk itu diperlukan pembangkit kalor sebagai penunjang, yang dapat menaggulangi kelemahan sistem yang ada. Burner biomassa merupakan  solusi alternatif sebagai penunjang operasi sistem ORC saat cuaca mendung, hujan atau saat malam hari. Burner biomassa adalah burner yang menggunakan bahan bakar biomassa sebagai bahan bakar. Pemanfaatan biomass untuk bahan bakar burner inimemanfaatkankonsepgasifikasisederhanauntukmeningkatkanefisiensikonversienergitermalnya. Burner inidigunakanuntukmemanaskan air yang akandialirkanpadabagian evaporator sistemORC yangdapatdisinergikandenganaplikasi solar colector. Pengujian burner dilakukan dengan memvariasikan proses pembakaran. Proses pertama yaitu proses pembakaran biasa dan yang kedua adalah proses pembakaran  dengan gasifikasi.Dari rancangan yang dihasilkan dan pengjian yang dilakukan burner mampu berfungsi sebagai pembangkit atau penyuplai panas di sistem ORC untuk menggantikan solar collector ketika sumber panas dari radiasi matahari tidak diperoleh. Kata kunci: Burner, sinar matahari, air panas.

## PENDAHULUAN
Organic Rankine Cycle ( ORC )merupakan modifikasi siklus rankine yang menggunakan fluida kerja organik ( refrigerant ) yang memiliki temperatur didih rendah. J.M. Luján, dkk. Menyatakan salah satu fluida yang bisa digunakan pada temperatur rendah adalah freon (fluida Organic). Komponen utama dalam ORC yang paling sederhana adalah pompa, evaporator, turbin, kondensor dan fluida kerja ( working fluid ). ORC umumnya memiliki temperatur didih rendah dan tinggi tekanan penguapan [1]. Quolin, Sylvain dkk. menyatakan untuk penggunaan tenaga surya sebagai sumber panas hanya 1% [2]
Penggunaan sinar matahari sebagai sumber energi panas (khususnya di indonesia) memiliki banyak keterbatasan. Keterbatasan tersebut  antara lain, energi
panas dari matahari hanya tersedia di siang hari dan tidak optimal saat mendung dan hujan. Oleh karena itu diperukan pembangkit kalor sebagai penunjang, yang dapat menaggulangi kelemahan sistem yang ada.
Burner biomassa merupakan  solusi alternatif sebagai penunjang operasi sistem ORC saat cuaca mendung, hujan atau saat malam hari. Burner biomassa adalah burner yang menggunakan bahan bakar biomassa sebagai  bahan bakar. Bahan bakar tersebut dapat berupa, sampah organik, ranting pohon dan potongan kayu ( chip wood ) yang banyak terdapat di sekitar kampus.
Penggunaan matahari sebagai sumber energi pada sistem ORC memiliki beberapa kelemahan. Saat mendung, hujan dan malam hari penggunaan energi matahari tidak efektif lagi sebagai sumber energi panas.
Penelitian ini diperlukan  untuk meningkatkan utilitas ORC agar tetap beroperasi tanpa terkendala cuaca, seperti pada saat mendung dan hujan serta untuk meningkatkan produksi listrik dari sistem ORC hingga 24 jam, sehingga Sistem ORC tetap dapat beroperasi pada saat malam hari.
Tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini antara lain:Memperoleh rancang burner optimal sesuai kebutuhan ORC. Memperoleh hasil analisis sistem burner dengan effisiensi termal maksimum.
Gambar 1. Diagram alir penelitian
Pengujian burner dilakukan di lingkungan Universitas Ibn Khaldun Bogor selama tiga hari mulai tanggal 22 Januari 2015 sampai dengan tanggal 25  Januari 2015. Pengujian dilakukan dengan memanaskan air sebanyak 1 liter dengan menggunakan pembakaran biasa dan pembakaran sistem gasifikasi. Pengukuran temperatur menggunakan termocouple tipe- K dengan instalasi pengujian seperti gambar 2 dibawah ini.
Gambar 2. Instalasi Pengujian Burner
Untuk menguji kinerja ketel dilakukan pengukuran temperatur air dan api pembakaran dengan menggunakan thermocouple. Yang kemudian di rekam dengan data aquisisi.

## HASIL PENGUJIAN
Gambar3. Pengujian Burner
Hasil pengujian seperti diperlihatkan pada gambar 4.2. garafik hasil pengujian.  Dari grafik dapat terlihat waktu yang dibutuhkan untuk mendidihkan air dengan proses gasifikasi yaitu sebesar 250 detik, lebih singkat dibanding dengan proses pembakaran biasa yaitu sebesar 430 detik.

## Gambar 4. HasilPengujian Burner
Distribusi temperatur  pembakaran proses gasifikasi dengan menggunakan analisis CFD dapat terlihat seperti gambar 4.3. Dari gambar terlihat temperatur tertinggi ditunjukan dengan  warna merah. Berada pada lubang keluar flameble gas.

## Gambar 5 Analisis CFD Burner

## SIMPULAN DAN REKOMENDASI
Dari hasil pengujian ketel dapat disimpulkan:
1. Hasil pengujian proses pendidihan air dengan pembakaran proses gasifikasi membutuhkan waktu 250 detik sedangkan dengan proses pembakaran biasa membutuhkan waktu 430 detik.
Hasil pengujian menunjukan, mendidihkan air dengan proses gasifikasi relatif lebih singkat dibanding dengan proses pembakaran biasa. Waktu pendidihan dapat ditingkatkan dengan optimasi desain ketel. Dengan menambah tinggi ketel secara teoritis flameble gas hasil proses gasifikasi akan lebih lama berada didalam burner, sehingga temperatur gas bisa lebih tinggi.
Dari rancangan yang dihasilkan dan pengjian yang dilakukan burner mampu berfungsi sebagai pembangkit atau penyuplai panas di sistem ORC untuk menggantikan solar collector ketika sumber panas dari iradiasi matahari tidak diperoleh.

## DAFTAR PUSTAKA
1. J.M. Luján, J.R. Serrano, V. Dolz, J. Sancez, Model of the expansion process for R245fa in an Organic Rankine Cycle (ORC), Applied Thermal Engineering 40 (2012), p 248-257
2. Quolin, Sylvian, Martijn, Van, Den, Broek, Sebastian. Declai. Piere.
Dewallef, Vincent. Lemort. Journal of
Renewable and Sustainable Energy Reviews 22 (2013) 168-186 3. http://www.analisadaily.com/mobile/pa ges/news/12440/ cermin-untuk- hasilkan-pembangkit-tenaga-surya , 21 September 2012 4. Zuberbuhler, Ulrich, Michael Specht, Andreas Bandi, Gasification of Biomass – An Overview on Available
Technologies , Centre for Solar Energy and Hydrogen
Saputro.Danang Dwi, Karakterisasi Briket dari limbah Pengolahan Kayu Sengon dengan Metode Cetak Panas , ISSN, 1979-911X 3 November 2012

## PERANCANGAN DIES POTONG DAN DIES TEKUK PADA PRESS BRAKE
Edi Sutoyo 1 , Setya Permana Sutisna 2
1 Program Studi Teknik Mesin, FakultasTeknik, Universitas Ibn Khaldun
Jalan KH. Sholeh Iskandar Km. 2, Bogor, 16162, Indonesia
edi.sutoyo@ft.uika-bogor.ac.id

## ABSTRAK
Pembentukan material seperti pemotongan dan tekuk dapat dilakukan dengan dies . Dies potong adalah pemotongan dengan cara dipotong melalui dua logam yang disebut striper . Dies tekuk adalah proses pembentukan dengan cara ditekuk melalui perkakas punch . Penekukan dengan dies memungkinkan hasil yang sama dapat dipertahankan. Konstruksi dies terdiri dari striper , pelat tumpuan,poros penghantar, sambungan baut dan las. Bahan striper AISI 1050, bahan baut A325.Bahan baut plat yang di potong atau di tekuk adalah JIS G3101. Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh konstruksi dies dan gaya yang dibutuhkan untuk memotong  dan menekuk. Pengujian dilakukan dengan nyata dan software sebagai  alat untuk memvalidasi hasil dari perhitungan. Hasil kekuatan dies potong mendapatkan nilai 301x10 6 N/m 2 dan tegangan dies tekuk mendapatkan nilai 30x10 6 N/m 2 jika dilihat dari validasi menggunakan software perhitungan nilai kekuatan dies potong dan dies tekuk tegangan hampir mendekati. Tegangan geser baut yang terjadi sebesar 49x10 6 N/m 2 tegangan yang terjadi lebih kecil dari tegangan yang diijinkan maka baut aman. Dari perhitungan sambungan las didapat tegangan geser 84,5 N/m 2 dan tegangan tarik 142.4 N/m 2 , tegangan yang terjadi pada kampuh las lebih kecil yang diijinkankan maka pengelasan aman. Dari perhitungan untuk mendapat gaya potong dengan panjang 100 mm dengan tebal 3 mm mendapatkan gaya sebesar 8.4000 N sedangkan hasil pengujian pemotongan sebesar  83.006 N Sedangkan perhitungan yang dilakukan untuk mendapat gaya tekuk dengan panjang 100 mm dengan tebal 3 mm mendapatkan gaya sebesar 7.980 N sedangkan hasil pengujian hasil sebesar 83.00 N.
Kata Kunci : Tegangan, Gaya potong, Gaya tekuk

## PENDAHULUAN
Alat bantu pemesinan adalah komponen yang digunakan untuk mempermudah dalam proses produksi. Alat bantu tersebut bisa dibuat sendiri atau didapat dengan membeli pada pihak lain yang secara khusus menyediakan berbagai alat bantu pemesinan.
Alat bantu pemesinan digunakan dengan maksud dan tujuan tertentu, yaitu bila suatu mesin tidak mampu mengerjakan
produk khusus yang dinginkan, hal tersebut karena pihak yang pembuat mesin tidak mungkin menyediakan seluruh kebutuhan konsumen.
Salah satu mesin yang banyak membutuhkan alat bantu pemesinan adalah mesin press brake . Mesin press brake biasa digunakan dalam proses pemotongan atau pembengkokan. Alat bantu pemesinan pada mesin press brake adalah dies, ( dies potong, dies pembengkok, dies pelubang) [1] dies potong digunakan untuk memotong material
logam dengan ketebalan hingga 3 mm dengan ukuran luas yang kecil, atau tergantung pada kapasitas mesin press brake. Pemotongan dengan menggunakan alat potong selain dies biasanya memiliki kekurangan dalam hal kecepatan produksinya, ukuran yang tidak sama, dan kebutuhan akan banyak bahan yang dipotong.
Dies adalah benda esensial dalam industri manufaktur untuk mencetak benda menggunakan mesin press sebagai gaya tekan yang membentuk plat. Dies berarti mati, maksudya tidak dapat diubah-ubah dan hanya untuk membuat bentuk yang tetap. Dies dapat dipakai berulang dengan penyesuaian bentuk yang tetap untuk produksi dalam skala besar dengan dimensi yang sama dan toleransi yang tidak jauh berbeda[2].

## METODE PENELITIAN
Metodepenelitianini dilakukan dengan beberapa tahapan yang ditunjukan pada Gambar 1.

## Gambar 1 Diagram alir penelitian

## Desain Perancangan Dies Potong dan
Dies Tekuk.
Desain Perancangan Dies Potong dan Dies Tekuk dapat dilihat pada Gambar 2 dan Gambar 3.
Gambar 2 Desain Perancangan Dies Potong

## Gambar 3 Desain Perancangan Dies Tekuk

## PEMBAHASAN DAN HASIL

## Perhitungan Pemotongan
Pemotongan bahan JIS G3101 SS400 oleh dies potong menggunakan sistim shearing karena di gunakan untuk memotong lembaran yang lebar menjadi potongan yang lebih kecil. Jarak ruang yang digunakan sebesar 0.225 mm diperoleh dari perhitungan menggunakan Persamaan 1.
....................................................(1) di mana: c = jarak ruang (mm) α = kelonggaran (mm) t  = ketebalan lembaran (mm)

## Gaya Potong
Kebutuhan gaya pemotongan sebesar 84 kN yang dihitung menggunakan Persamaan 2.
........................................(2)
dimana : F   = gaya potong (N) L   = panjang tepi potong (mm) t   = ketebalan lembaran (mm) U ts = kekuatan tarik maksimum (MPa)

## Kekuatan Geser
Besar kekuatan geser yang digunakan sebesar 96 kN berdasarkan Persamaan 3.
.........................................(3)
dimana: A = luas penampang (mm 2 ) τ bahan = 0,8 . UTS U ts =kekuatan tarik maksimum (MPa)

## Perhitungan Pembengkokan
Pembengkokan bahan JIS G3101 SS400 oleh dies tekuk menggunakan sistem pembengkokan V ( v-bending ). Perhitungan beban gaya untuk pembengkokan berdasarkan Persamaan 4 mendapatkan kebutuhan gaya sebesar 7.98 kN. Konstanta gaya tekuk untuk pembengkokan V sebesar 1.33 dan untuk pembengkokan tepi 0.33.
...........................................(4)
dimana : F  = gaya tekuk/pembengkokan (N) T s = kekuatan tarik logam lembaran (MPa) w = lebar logam lembaran (mm) t   = tebal logam lembaran (mm) D = dimensi pembukaan cetakan/des (mm) K bf = konstanta gaya tekuk

## Perhitungan Kekuatan Dies Potong
Perhitungan ini bertujuan untuk mengetahuikemampuan tegangan geser logam itu untuk menahan gaya dipotong dengan punch dan dies. Data untuk perhitungan kekuatan dies potong adalah sebagai berikut:
Bahan : AISI 1050 Tegangan tarik ijin      : 630 x 10 6 Pa Panjang : 0.1 m Tebal : 0.003 m Berdasarkan Persamaan 5 diperoleh nilai tegangan tarik ijin sebesar 301 x 10 6
Pa.
.....................................................(5)
dimana : σ s = tegangan tarik ijin (Pa) F  = gaya potong (N) A = luas penampang (mm)

## Perhitungan Kekuatan Dies Tekuk
Perhitungan ini bertujuan untuk mengetahuikemampuan tegangan geser logam itu untuk menahan gaya tekuk dengan punch dan dies. Kekuatan dies dihitung menggunakan Persamaan 6 sebesar 30 x 10 6 Pa. Data untuk perhitungan kekuatan dies potong adalah sebagai berikut:
Bahan : AISI 1045 Tegangan tarik ijin   : 569 x 10 6 Pa
Panjang
: 0.25 m
Tebal : 0.003 m
.....................................................(6)
dimana :
s s = Tegangan tarik ijin
F = Gaya Potong, (N)

## A = Luas penampang (mm)

## Perhitungan Striper (pisau)
Pisau pemotong memperoleh tekanan pada saat memotong, besarya gaya tekanan yang diterima pisau pemotong adalah sama dengan gaya yang diperlukan untuk pemotong. Desain rancangan dies pemotong dapat dilihat pada Gambar 4. Data untuk perhitungan pisau pemotongan adalah sebagai berikut:
Material : AISI 1050 Tegangan tarik : 630 x 10 6 Pa Panjang, l : 0.4 m
Tebal, b : 0.01 m
Gambar 4 Desain Perancangan Dies Potong

## a. Gaya tekan, F
Gaya tekan yang terjadi pada pisau potong pada saat pemotongan plat adalah sama dengan gaya potong pada plat yaitu 84 kN.

## b. Tegangan tekan
Besar tegangan tekan yang terjadi sebesar 21 MPa dihitung menggunakan Persmaaan 7 dengan ukuran penampang 0.4 m x 0.01 m.
..............................................(7)

## c. Tegangan tekuk
Besar tegangan tekuk diperoleh sebesar 1.136 MPa dihitung berdasarkan Persmaan 8.
........................................(8)
di mana
Momen inersia bahan 12 4 , 0 01 , 0 3 m m × = 4 5 10 3 , 5 m − × = Derajat kelangsingan Α Ι = κ λ L 2 2 4 5
47 , 3 004 , 0 10 3 , 5 4 , 0 m m m m = × = −
Sehingga gaya potong maksimum adalah sebesar 3.7 x 10 12 N dihitung dari Persmaan 9.
...........................................(9)

## 3.6 Data hasil pengujian
Hasil pengujian pemotongan dan penekukan plat bahan JIS G3101 SS400 dapat dilihat pada Tabel 4.1 dan 4.2,
dikonversi tekanan silinder hidrolik dari pressure gauge dengan menghasilkan gaya berdasarkan Persamaan 10. Diagram pemotongan dan penekukan plat dapat dilihat pada Gambar 5 dan 6.
..........................................(10)
Tabel 4.1. Hasil pengujian pemotongan plat bahan JIS G3101 SS400

## Gambar 5  Diagram pemotongan plat
Tabel 4.2 Hasil pengujian penekukan plat bahan JIS G3101 SS400

## Gambar 6 Diagram penekukan plat
3.6 Hasil Pengujian Dies  Potong dan Dies Tekuk Menggunakan Software Pengujian menggunakan software bertujuan untuk memvalidasi hasil perhitungan dies. Pada pengujian kali ini software yang digunakan adalah inventor.

## Gambar 7 Hasil Pengujian Dies Tekuk Dengan Beban 8.300 N
Gambar 7 menunjukan nilai-nilai kekuatan dies dari titik minimal hingga batas maksimal yang terjadi pada dies, dari perhitungan di dapat nilai kekuatan dies sebesar 27 N. Jika dilihat pada Gambar 5 hasil perhitungan tersebut, melebihi nilai kekuatan dies maksimal.

## Gambar 8 Hasil Pengujian Dies Tekuk
Dengan Beban 16.601 N
Gambar diatas menunjukan nilai-nilai kekuatan dies dari titik minimal hingga batas maksimal yang terjadi pada dies, dari perhitungan di dapat nilai kekuatan dies sebesar 27 N. Jika dilihat pada Gambar 6 diatas hasil perhitungan tersebut, melebihi nilai kekuatan dies maksimal.
Gambar 9 Hasil Pengujian Dies Tekuk Dengan Beban 22.638 N
Gambar 9 menunjukan nilai-nilai kekuatan dies dari titik minimal hingga batas maksimal yang terjadi pada dies, dari perhitungan di dapat nilai kekuatan dies sebesar 30 N. Jika dilihat pada Gambar 9 diatas hasil perhitungan tersebut, melebihi nilai kekuatan dies maksimal.

## Gambar10 Hasil Pengujian Dies
Tekuk Dengan Beban 90.552 N
Gambar  10  menunjukan nilai-nilai kekuatan dies dari titik minimal hingga batas maksimal yang terjadi pada dies, dari perhitungan di dapat nilai kekuatan dies sebesar 301 N. Jika dilihat pada Gambar 10 hasil perhitungan tersebut,  melebihi nilai kekuatan dies maksimal.

## Gambar 11 Hasil Pengujian Dies Tekuk Dengan Beban 90.552 N
Gambar 11 menunjukan nilai-nilai kekuatan dies dari titik minimal hingga batas maksimal yang terjadi pada dies, dari perhitungan di dapat nilai kekuatan dies sebesar 301 N. Jika dilihat pada Gambar 11 hasil perhitungan tersebut, melebihi nilai kekuatan dies maksimal .

## 4 Kesimpulan
Berdasarkan hasil perhitungan dan pengujian, maka dapat diambil beberapa kesimpulan dari hasil yang diperoleh antara lain :
1. Perhitungan yang dilakukan pada kekuatan kontruksi dies di dapat nilai tegangan dies potong sebesar 301x10 6 N/m 2 dan nilai tegangan dies tekuk sebesar 30x10 6 N/m 2 .
Kemudian dilakukan validasi
pengujian mengunakan software , dari hasil pengujian software mendapatkan hasil kekuatan dies yang mendekati. Perhitungan yang dilakukan untuk mendapat nilai kekuatan baut. dari perhitungan geser didapat 49x10 6 N/m 2 . Tegangan geser pada baut lebih kecil dari tegangan yang diijinkan sehingga baut aman. Sedangkan perhitungan yang dilakukan untuk mendapatkan nilai kekuatan las. Dari perhitungan tegangan geser didapat 85,4 N/m 2 dan nilai tegangan tarik sebesar 142,4 N/m 2 , Tegangan geser dan tarik pada kampuh las lebih kecil dari tegangan yang diijinkan sehingga pengelasan aman.
2. Perhitungan yang dilakukan untuk mendapat gaya potong untuk bahan JIS G3101 dengan panjang 100 mm dengan tebal 3 mm mendapatkan gaya sebesar 8.4000 N sedangkan hasil pengujian pemotongan mendapatkan hasil gaya sebesar 83.006. Sedangkan perhitungan yang dilakukan untuk mendapat gaya tekuk untuk bahan JIS G3101 dengan panjang 100 mm dengan tebal 3 mm mendapatkan gaya sebesar 7.980 N sedangkan hasil pengujian penekukan mendapatkan hasil gaya sebesar 83.00 N.

## 5. DAFTAR PUSTAKA
[1] Wiyono teguh, Sistem dan cara pemotongan plat , Jurusan teknik mesin politeknik pratama mulia surakarta, 2010
[2] Hilman azni, Perancangan dan analisis stamping dies untuk
pembuatan produk bracket bumper dengan proses press multi forging ,
Fakultas teknologi industri, Jurusan teknik mesin universitas gunadarma,
[3] Ardian aan,m.pd, Teori pembentukan bahan , Pendidikan teknik mesin fakultas teknik Universitas negeri yogyakarta
[4] Yusup sofyan, Analisis pemotongan bahan SS34, SS41, SS50 pada rancang bangun dies potong pelat hanger L150 , jurusan teknik mesin fakultas teknik universitas ibn khaldun bogor, 2010
[5] Akhlis rizza muhammad, Analisis proses blanking dengan simple press tool , jurusan teknik mesin, Politeknik negeri malang, 2014
[6] Harmulus Rendi, Analisa Kekuatan Plat Stropper Pada Mesin Uji Tarik Hidrolik Laboratorium Metalurgi Fisik . Fakultas Teknik Program Studi Teknik Universitas Ibn Khaldun Bogor, 2015.
[7] Sularso dan Suga, K . 1987, Dasar dan Pemilihan Elemen Mesin, Cetakan Keenam, Jakarta: Pradatya Paramitha
[8] Http://www.shipbuilding-steel.com [9] ASTM A325-04,
standard specification for Structural Bolt,
Steel, Heat Treated 830 MPa
Minimum Tensil Strenght (matric) [10] Joseph E. Shigley, Carrey D. mitcheel.  Perencanaan  Teknik  Mesin,  Edisi empat, Erlangga, Jakarta, 1984.