Tungku pelet biomassa adalah salah satu alat konversi energi yang sangat luas penggunaannya. Sehingga diperlukan penelitian yang cepat dan akurat untuk mendapatkan konfigurasi tungku pelet biomassa yang optimal. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh air fuel ratio (AFR) terhadap karakteristik pembakaran yang meliputi besar perpindahan panas dan temperatur pada tungku pelet biomassa. Penelitian ini menggunakan bahan bakar pelet biomassa dengan laju 75 kg/jam. Variasi yang digunakan yaitu campuran udara kaya 1,79 dan 3,58, stoikiometri dengan 5,37, dan campuran udara miskin dengan 7,16 dan 8,96. Proses pengambilan data dan analisa menggunakan metode computational fluid dynamic (CFD) dengan software ANSYS Fluent dengan model pembakaran non-premixed combustion. Hasil penelitian divalidasi dengan membandingkan temperatur dinding dalam antara eksperimen dengan simulasi. Perbandingan nilai temperatur tersebut menghasilkan nilai rata-rata deviasi yang masih dapat ditoleransi yaitu 3,87%. Hasil simulasi ditampilkan sebagai kontur distribusi temperatur dan tabulasi besar perpindahan panas. Temperatur pada elevasi tengah dan atas mengalami kenaikan dari 899-1044 K dan 873-964 K seiring dengan bertambahnya nilai AFR. Sedangkan pada elevasi bawah terjadi penurunan temperatur dari 1360-1267 K. Besar energi atau perpindahan panas yang dihasilkan semakin meningkat dari 239,39-275,56 kW seiring dengan meningkatnya nilai AFR.