## RANCANG ULANG INCINERATOR PORTABEL BARREL DENGAN SENSOR UDARA PEMBAKARAN BERBASIS ARDUINO UNO

## Sunaryo, Abdul rokhim, Legisnal hakim
Teknik mesin, Universitas Muhammadiyah Riau Jl. Tuanku Tambusai , Pekanbaru sunaryo@umri.ac.id , 170102069@student.umri.ac.id , legisnalhakim@umri.ac.id

## Abstract
When conducting a field survey in Terai Bangun Village, Mining District, Regency. Kampar, the results of the interview explained that the amount of waste produced in one week reached 7.2 tons, in one year the waste reached 345.4 tons. The waste generated is 47% organic waste, 45% inorganic  waste  and  8%  hazardous  and  toxic  waste  (B3).  The  purpose  of  this  research  is  to develop an incinerator, with a household-scale capacity. The efficiency of the combustion rate is expected to be around 500  oC-1000 oC in the combustion chamber. Methods This research performs  the  work  stage  in  carrying  out  the  design,  the  design  stage  aims  to  obtain  designs, patterns,  and  anarduino  uno  circuits.  In  this  stage  using  software,  Solidwork  2016,  Arduino Uno,  and  Porteus.  design  results  which  include  stress,  displacement  and  strain  parameters Produce technical drawings that are in accordance with the framework stated in a safe loading condition for the waste burning process.
Keywords: Garbage, Design, Incinerator, Arduino uno

## Abstrak
Pada  saat  melakukansurvei  lapangan  di  Desa  Terai  Bangun,  Kecamatan  tambang,  kabupaten. Kampar,hasilwawancarai menjelaskan jumlah  sampah yang dihasilkan dalam satu minggu mencapai 7,2 ton dalam satu tahun sampah mencapai 345.4 ton. Sampah yang dihasilkan 47 % sampah Organik , 45% sampah  anorganik    dan  8  %  sampah  bahan    berbahaya  dan  beracun  (B3)  .  tujuan  penelitian  ini merancang  ulang  sebuah  alat  incinerator,  dengan  kapasitas  sekala  rumah  tangga  .  Efisiensi  dari  laju pembakaran  yang  di  harapkan  suhu  sekitar  500 0 C-  1000 o C  dalam  ruang  pembakaran. Metode Penelitian  ini  melakukan  tahap  pengerjaan  dalam  melakukan  perancangan,  tahap  perancangan bertujuan untuk mendapatkan desain, pola, dan rangkai anarduino uno. Dalam tahap ini  menggunakan perangkat  lunak,  Solidwork  2016,  Arduino  Uno,  dan  Porteus.  hasil  perancangan  yang  meliputi parameter  stress,  displacement  dan  straint  Menghasilkan  gambar  teknik  yang  sudah  sesuai  dengan rangka dinyatakan dalam kondisi pembebanan yang aman untuk proses pembakaran sampah. Kata kunci: Sampah, Perancangan, Incinerator, Arduino uno

## 1. Pendahuluan
Sampah  adalah  sesuatu  benda  atau  barang yang  dibuang,  dengan  sengaja  yang  dianggap sudah  tidak  berguna  lagi.  Sampah  merupakan masalah  yang  umum  pada  wilayah  perkotaan besar.  Dampak  sampah  terhadap  lingkungan yang  mengakibatkan  pencemaran,  gangguan
kebersihan,  dan  kesehatan.  [1] . Pada  saat melakukan  survei  lapangan  di  Desa  Terai  Bangun, Kecamatan  tambang,  kabupaten.  Kampar,  tepatnya  di Perumahan Puri Indah Kualu, Rt 005/Rw 001 menurut ketua  Rt  setempat  saat  di  wawancarai  beliau menjelaskan  jumlah    sampah  yang  dihasilkan  dalam satu minggu mencapai 7,2 ton data tersebut didapatkan dari  jumlah  kepala  Keluarga  (KK),  menghasilkan sampah 12 kg setiap minggunya dengan populasi
600  KK,  dalam  satu  tahun  sampah  mencapai 345.4  ton.  Sampah  yang  dihasilkan    47  % sampah  Organik  (Limbah  sayuran,  limbah  ikan, camgkang  telur,sisa  makanan,  dedaunan,  ranting pohon dan sebagainya) 45% sampah anorganik ( macam-macam plastik,  kaleng, botol, pembalut, kertas, karton dan sebagainya)  dan 8 % sampah bahan    berbahaya  dan  beracun  (B3)  (Limbah medis,  racun  serangga,  kaleng  cat dan sebagainya). Desain  dan  uji  alat  pembakaran sampah  menggunakan incinerator tipe batch untuk  perkotaan  dilengkapi  pemanasan  air, hasilnya alat incinerator ini mampu menghasilkan  suhu  maksimum  pada  42-47 0 C suhu ini dapat digunakan untuk keperluan rumah tangga pada suhu yang dibutuhkan berkisar 39  – 50 o C [2]. Dalam penelitian ini merancang ulang sebuah  alat incinerator yang  sudah  ada,  dengan kapasitas  sekala  rumah  tangga  berfokus  kepada jenis  sampah  plastik  PP,  plastik  LDPE,  ranting, daun  dan  kertas.  Kosumsi  bahan  bakar  sampah pada  alat incinerator sekitar  10  kg/jam, memodifikasinya  berbentuk  menjadi  portabel agar mudah di bawa dan dipindahkan dari tempat A  ke  tempat  B,  serta  menambah  sebuah  sensor udara  dan  sensor  temperatur  agar  mendapatkan sebuah  pembakaran  sempurna  yang  diharapkan bisa  mengurangi  dampak  negatif  terhadap lingkungan  sekitar  dan  kadar  gas  emisi  yang dihasilkan  aman  terhadap  lingkungan.  Efisiensi dari  laju  pembakaran  yang  di  harapkan  suhu mencapai  sekitar  500 o C -  1000 o C dalam  ruang pembakar.  Pada  alat  ini  menggunakan  sistem Arduino Uno dan dibuat secara otomatisasi untuk memudahkan  data  dari  hasil  pembakaran sampah,  berupa  data  aliran  laju  udara  dan temperatur pada proses pembakaran

## 2. Methodologi
Metode  Penelitian  ini  melakukan  tahap pengerjaan dalam melakukan perancangan, tahap perancangan  bertujuan  untuk  mendapatkan desain,  pola,  dan  rangkai Arduino Uno .  Dalam tahap ini menggunakan perangkat lunak, Solidwork 2016, Arduino Uno , dan Porteus 2.1 Alat dan bahan
Dalam  proses  perancangan  memerlukan sebuah  alat  pendukung  pada  pengerjaannya seperti solidwork,  porteus dan Arduino Uno penjelasan sebagai berikut:
Tabel 2.1 bahan dan alat perancangan[3] No Nana softwhare Logo keterangan
1 Solidworks Sebagai software merupakan program mekanikal 3D
CAD atau sebagai aplikasi pembuat gambar kerja 3D dan 2D 2 Fritzing Sebagai software membuat sebuah rangkai sistem arduino uno 3 Arduino IDE Merupakan softwer untuk melakukan penulisan program, compile serta upload program ke arduno. 2.2 Perancangan Konsep Produk Dengan Perancangan portabel barrel incinerator otomatisasi sensor udara pembakaran berbasis Arduino Uno pada  tahap  perancangan ini terdiri beberapa tahap yaitu tahap perancangan  awal,  perancangan  akhir  dan struktur fungsi produk.

## 2.2.1. Perancangan Awal
Tahap  perancangan  awal  dimulai  dengan membuat  sebuah  gambar  alat incinerator yang dibimbing  oleh  dosen  pembimbing  berdasarkan publikasi  ilmiah  yang  telah  ada.  Dalam perancangan ini ada dua desain yaitu desain alat dan desain rangkaian Arduino Uno
A. Desain rancangan alat
Pada  tahap  desain  alat  ini  menggunakan perangkat lunak Solidwork 2016, pada desain ini akan ditentukan dimensi
berdasarkan perhitungan berdasarkan teori yang telah ada.
Gambar  1.  Desain 3D incinerator
B. Desain rangkaian Arduino Uno
Gambar  2.  Rangkaian sistem sensor maf dan max6675 termokopel tipe K

## 3. Hasil dan Pembahasan

## 3.1 Rancangan Struktural

## 3.1.1. Ruang Pembakaran
Udara  tidak  seluruhnya  bereaksi  dengan bahan  bakar  untuk  menghasilkan  panas  melalui pembakaran.  Bila  hanya  menggunakan  sejumlah udara  teoritis,  bahan  bakar  tidak  akan  terbakar secara  sempurna.    Untuk  menghindari  hal tersebut  maka  pembakaran  membutuhkan  udara berlebih  ( excess  air ).  Jumlah excess  air untuk pembakaran  disesuaikan  dengan  bentuk  ruang bakar,  sifat  bahan  bakar,  alat  pembakaran  dan pencampuran  antara  udara  dengan  bahan  bakar, setiap  bahan  bakar  memiliki  kandungan  air optimum [4] .
Alat incinerator berbentuk  silinder  dengan kapasitas  sampah  yang  diinginkan  dalam pembakaran  sekitar  10    kg,    ukuran  silinder
berdiameter  58  cm  dan  tinggi  90  cm,  dilengkapi dengan glass wool sebagai media tahan api tebal 3  cm,  jarak glass  wool dengan  jaring  wadah sampah  3  cm,  ketebalan  dinding  silinder  0,2  cm dan pada silinder terdapat ruang sisa pembakaran tinggi 18 cm.
Tabel 3.1 perhitungan volume tabung Jenis komponen 𝒗 olume Tabung 𝜋 . 𝑟 2 𝑡 𝜋(22,5𝑐𝑚) 2 𝑥 69 𝑐𝑚
140.954,622 𝑐𝑚 3 0,140.954,622 𝑚 3 140,954  𝐿
Kapasitas  sampah  yang  ditentukan  10  kg maka  di  tentukan  sebuah  volume  kapasitas tungku incinerator menurut  jenis-  jenis  sampah yang  akan  dilakukan  uji  coba  seperti  kayu, plastik PP, plastik LDPE dan kertas setandar.
Tabel 3. 2 Volume kapasitas sampah No Jenis sampah Volume (L ) 1 Kayu 33,3 L 2 Plastik PP 13,8 L 3 Plastik LDPE 13,3 L 4 Kertas standar 8,32 L
Maka  dapat  ditentukan  volume  pada silinder  kapasitas  176,095  L  dengan      kapasitas volume  sampah  kayu,  Plastik  PP,  Plastik  LDPE dan kertas standar dengan kapasitas 10 kg.

## 3.1.2. Proses Laju Pembakaran
Dalam  proses  pembakaran,  oksigen biasanya  didapat  dari  udara bebas,  oksigen  yang terkandung  dalam  udara  adalah  21%  dari  total udara bebas [5]Kebutuhan udara minimum untuk proses  pembakaran  dapat  dicari  menggunakan persamaan berikut. 100 Wmin = ------- x [(1.96 x C) + (5.85 x H)] 21 Dimana: Wmin = Kebutuhan udara  minimum  (m3  /kg  bahan  bakar)  C  = Kandungan  karbon  dalam  bahan  bakar  (%)  H  = Kandungan  hydrogen  dalam  bahan  bakar  (%) Laju  pembakaran  (Bbt)  dapat  dicari  melalui perbandingan  bobot  bahan  yang  akan  dibakar (m)  dengan  waktu  pembakaran  (t)  Bbt  =  m/t Dimana:  Bbt  =  Laju  pembakaran  (kg/jam)  m  = Bobot  bahan  bakar  /  sampah  (kg)  t  =  Waktu pembakaran  (jam)  Debit  udara  yang  dibutuhkan untuk pembakaran dapat dicari dengan mengalikan  jumlah  kebutuhan  udara  minimum dengan  laju  pembakaran.  Qud  =  Wmin  Bbt Dimana:  Qud  =  Debit  udara  (m3  /jam)  Wmin  = Kebutuhan udara minimum (m3 /kg bahan bakar) Bbt = Laju pembakaran (kg/jam)
Laju  pembakaran  sampah  pada  alat i ncinerato r dengan kapasitas sampah di tentukan 10  Kg  dengan  waktu  yang  diinginkan  selama  1 jam maka bisa didapatkan..
𝐵𝑏𝑡 = 10 𝑘𝑔
1 𝑗𝑎𝑚 = 10 𝑘𝑔/𝑗𝑎𝑚

## 3.2. Sistem Perpindahan Panas
Pada  sistem  perpindahan  panas  yang digunakan  adalah    sistem  perpindahan  panas pada  silinder  dimana  sebuah  silinder  yang  suhu permukaannya  relative  tinggi  dapat  diisolasi dengan  beberapa  macam  bahan  yang  disusun seri.  Isolasi  yang  digunakan  pada  tungku incinerator ini  mengunakan  batu  tahan  api  . Temperatur    dalam    pembakaran  pada  tungku Incinerator yang diinginkan 1300 o C, temperatur luar rata-rata pada kota pekanbaru 27 o C. Tungku yang  digunakan  berbentuk  silinder  dengan diameter  luar  580  mm  dan  diameter  dalam  565 mm  ,  lapisan  pertama  dinding  tungku  plat  besi tebal 1 mm, lapisan kedua bata tahan api 40 mm.
Dari  isolasi  pada  dinding  tungku  jarak  antara lapisan ketiga ke wadah tempat sampah 74 mm.
Maka  dapat  dicari  mengunakan  persamaan dibawah;
T 1 = 1300 o C T 2 = 27 o C r1  = 0,262 m r2  = 0,2645 m r3  =0,282 m r4  = 0,2825 m Konduktivitas bata tahan api   0.16 W/m o k tebal 35 mm Konduktivitas  plat  besi  =79.5  W/  m o K  tebal  1 mm Konduktivitas  semen  tahan  api  =  1.07  W/m  K tebal 5 mm
Tabel 3.3 Perhitungan nilai konduktivitas Komponen Perhutungan Nilai Konduktivitas ( q ) Dinding tungku 𝑇 1 − 𝑇 4 ln( 𝑟2 𝑟1 )
𝐾𝐴 + ln( 𝑟3 𝑟2 ) 𝐾𝐵 + ln( 𝑟4 𝑟3 ) 𝐾𝐶

## 1300  𝐶 − 27 𝐶
ln( 0,2645 𝑚 0,262 𝑚 ) 0,16 𝑊/𝑚.𝐶 + ln( 0,282 𝑚 0,2645 𝑚 ) 1.07 𝑊/𝑚.𝑘 + ln( 0,2825𝑚 0,282𝑚 ) 79,5 𝑊/𝑚.𝑘
𝟏𝟎𝟔𝟕𝟒, 𝟗𝟏𝟑𝟒𝟐𝟎𝟖𝟓𝟐 𝑾/𝒎. 𝑲

## 3.3 . Hasil Prancangan
Pada  proses  perancangan  menggunakan sebuah  perangkat  lunak Software  Solidwork dan fritzing ,  desain  yang  dihasilkan  berbentuk  2D dan  3D,  sedangkan  desain  rangkaian Arduino Uno berbentuk Schematic dan breadboard . Desain tungku incinerator berbentuk gambar 2D dan dilengkapi dengan ukuran pada setiap bagian gambar  yang  dibuat.  Pada  desain  ini  dibagi menjadi 4 bagian komponen gambar yang terdiri dari  tungku incinerator ,  kerangka incinerator, penutup tungku incinerator dan burner incinerator.

## 3.3.1. Tungku Incinerator
Tungku incinerator berbentuk  silinder dengan  ukuran  diameter  silinder  580  cm  tinggi 900  cm  dibuat  dengan  menggunakan  material drum  besi,  pada  tungku incinerator dilapisi isolasi peredam panas yang dengan menggunakan  material Glasswool dan  plat  besi. Selain  itu  tungku  ini  dilengkapi  wadah penampung sampah dengan diameter 450 cm.
Gambar 3. Tampak depan tungku incinerator

## 3.3.2. Rangka Tungku Incinerator
Rangka tungku incinerator dibuat menggunakan  material  besi  ukuran  35x35  mm, dengan ukuran panjang 1000 mm, lebar 600 mm, tinggi 1000 mm.
\
Gambar 4. Tampak depan kerangka incinerator

## 3.3.3. Penutup Tungku Incinerator
Penutup incinerator dibuat mengunakan material  dari  plat  besi  dan  plat  seng,  diameter 250 mm dan tinggi 400 mm.
Gambar 5 Tampak depan penutup tungku incinerator

## 4.5.4. Burner Incinerator
Burner incinerator terbuat dari pipa besi galvanis  3 inchi ,  dan  menggunakan  blower,  2 inchi ,3600 rpm, berbahan bakar oli bekas.
Gambar 6 Tampak depan burner incinerator

## 3.4 Perancangan Sensor Massa aliran udara dan Max6675 termokopel Tipe K
Sebuah komponen elektronika yang bekerja sebagai  menampilkan  sebuah  angka,  huruf, simbol atau karakter supaya terlihat secara visual pada  layar.  LCD  berfungsi  sebagai  kontrol pemakaian  pada  penggunaanya  ada  dua  puluh karakter  dengan  jumlah  empat  baris  maksimum yang  ditampilkan  dua  puluh  karakter  setiap barisnya [6]
Pada  proses  perancangan  sistem  otomatis Arduino Uno menggunakan  sebuah  perangkat lunak software  Fritzing ,  ada  dua  tipe  rancangan rangkaian  yaitu  secara Schematic dan  rangkaian secara Breadboard.
A. Rangkaian Schematic
Gambar 7.  Rangkaian schematic sensor maf dan max6675 termokopel tipe k [7]
B. Rangkaian Breadboard
Gambar 8. Rangkaian breadboard sensor maf dan max6675 termokopel tipe k
4. 5.8. Analisis Simulasi Pembebanan
Rangka
Perhitungan pembebanan rangka tungku incinerator menggunakan  analisis  dari  program software solidworks, dilakukan mengetahui hasil kekuatan  rangka  apabila  diberi  pembebanan tersebut,  serta  untuk  mencari stress dan strain . Dalam  simulasi  ini  desain  rangka  disesuaikan dengan  yang  dibuat  dari  material  AISI  1045,
pembebanan yang terjadi pada tungku incinerator. [3]
A Beban pada Tungku incinerator 661,5 N B.  Beban  pada  Blower  dan  Kotak Arduino Uno 49 N C. Beban 1 Liter oli bekas 29,4 N
Gambar 9 Pembebanan rangka
Berikut gambar serta simulasi yang telah dilakukan
Gambar 10 Simulasi stress dengan solidwork
Dari  gambar  di  atas  yang  didapat  dari simulasi  pembebanan  rangka  oleh  solidwork untuk stress yang  paling  besar  nilainya  adalah 9.130  x  10 6 N/m 2 ,  sedangkan  pembebanan  yang paling kecil nilainya adalah 3.950 X 10 N/m 2 .
Gambar 11 Simulasi displacment dengan solidwork
Dari  gambar  di  atas  yang  didapat  dari simulasi  pembebanan  rangka  oleh  solidwork untuk displacment yang  paling  besar  nilainya adalah  3,431  x 10 2 mm,  sedangkan pembebanan yang  paling  kecil  nilainya  adalah  1.00  X  10 30 mm.
Gambar 12 Simulasi strain dengan solidwork
Dari  gambar  di  atas  yang  didapat  dari simulasi  pembebanan  rangka  oleh solidwork untuk strain yang  paling  besar  nilainya  adalah
2,644  x  10 5 sedangkan  pembebanan yang  paling kecil nilainya adalah 1.00 X 10 10 mm.

## 4. Simpulan
Pada penelitian kali ini dapat disimpulkan bahwa hasil  perancangan  yang  dilakukan  dan  juga sistem otomatisasi serta hasil simulasi pembebanan  rangka  yang  meliputi  parameter tegangan dengan  nilai  tertinggi  9.130  x  10 6 N/m 2 ,  dan  parameter  regangan  Menghasilkan nilai  yang  terbesar  adalah  3,431  x  10 2 mm dengan gambar teknik yang sudah sesuai rangka dinyatakan  dalam  kondisi  pembebanan  yang aman untuk proses pembakaran sampah.

## Daftar Pustaka
[1] B. Martana, S. Sulasminingsih, P. Studi, T. Mesin, P. Studi, and T. Industri,
“Perencanaan dan uji performa alat pembakar sampah organik,” vol. 13, pp. 65–71, 2017. [2]
A. N. G. Pradipta, “DESAIN DAN UJI KINERJA ALAT PEMBAKAR
SAMPAH ( INCINERATOR ) TIPE BATCH UNTUK PERKOTAAN
DILENGKAPI DENGAN PEMANAS AIR Oleh : Adia Nuraga Galih Pradipta DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN
BIOSISTEM DESIGN AND
PERFORMANCE TEST OF
INCINERATOR BATCH TYPE,” 2011.
[3] I. Sungkono, H. Irawan, and D. A. Patriawan, “Analisis Desain Rangka Dan
Penggerak Alat Pembulat Adonan
Kosmetik Sistem Putaran Eksentrik Menggunakan Solidwork,” Semin. Nas. Sains dan Teknol. Terap. VII 2019 , no. September, pp. 575–580, 2019.
[4]
Isnain’aliman, “KAJI
EKSPERIMENTAL DAN
NUMERIKAL EVALUASI PROSES PEMBAKARAN PADA TUNGKU
TRAVELING CHAIN GRATE
(INSINERATOR) DENGAN METODE COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS.” BANDUNG, 2017. [5] J. Roygerst Ambarita, A. H. Nasution, and E. Y. Setyawan, “Analisa Perpindahan Panas Tangki Air Berkapasitas 80 Liter Pada Pemanas Air
Tenaga Surya Sistem Hybrid,” J.
Flywheel , vol. 9, no. 2, 2018.
[6] D. Prodi, T. Telekomunikasi, and U. Telkom, “RANCANG BANGUN
APLIKASI MONITORING DAN,” vol.
4, no. 3, pp. 2857–2863, 2018.
[7] U. S. Utara, U. S. Utara, and U. S. Utara,
“Penggunaan Thermocouple Type K pada Oven Pemanggang Kue Sebagai Sensor Temperatur Berbasis Mikrokontroler Atmega 328,” 2019.