pengaruh jumlah nozel distributor terhadap … · hasil penelitian menunjukkan jumlah nozzel pada...
TRANSCRIPT
PENGARUH JUMLAH NOZEL DISTRIBUTOR TERHADAP
KINERJA FLUIDIZED BED GASIFIER
Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I
pada Jurusan Teknik Mesin
Oleh :
Riski Elis Saputra
D200110085
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2017
HALAMAN PERSETUJUAN
PENGARUH JUMLAH NOZEL DISTRIBUTOR TERHADAP
KINERJA FLUIDIZED BED GASIFIER
PUBLIKASI ILMIAH
oleh:
Riski Elis Saputra
D200110085
Telah diperiksa dan disetujui untuk di uji oleh:
Dosen Pembimbing
Nur Aklis, ST., M.Eng.
HALAMAN PENGESAHAN
PENGARUH JUMLAH NOZEL DISTRIBUTOR TERHADAP
KINERJA FLUIDIZED BED GASIFIER
OLEH
Riski Elis Saputra
D200110085
Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji
Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Pada hari Senin, 23 Januari 2017
dan dinyatakan telah memenuhi syarat
Dewan Penguji :
1. Nur Aklis, ST., M.Eng. (………………)
(Ketua Dewan Penguji)
2. Ir. Sartono Putro, MT. (………………)
(Anggota I Dewan Penguji)
3. Ir. Sunardi Wiyono, MT (………………)
(Anggota II Dewan Penguji)
Dekan
Ir. Sri Sunarjono, MT.,Ph.D.
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam publikasi ini tidak terdapat
karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan disuatu
perguruan tinggi dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau
pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan orang lain, kecuali secara tertulis
diacu dalam naskah dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Apabila kelak terbukti ada ketidakbenaran dalam pernyataan saya di atas,
maka akan saya pertanggungjawabkan sepenuhnya.
.
Surakarta, Januari 2017
Penulis
Riski Elis Saputra
D200110085
PENGARUH JUMLAH NOZEL DISTRIBUTOR TERHADAP KINERJA
FLUIDIZED BED GASIFIER
Abstrak
Pembakaran bahan bakar gas lebih menguntungkan dari bahan bakar padat karena
menghasilkan pembakaran yang lebih bersih, produk gas dapat dibuat dengan cara fluidized bed
gasifier dengan bahan bakar sekam padi. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh
jumlah nozel distributor terhadap kinerja fluidized bed gasifier pada kecepatan 1,3 m/s yang
meliputi kecepatan minimum fluidisasi, temperatur reaktor, pengaruh jumlah gas yang dihasilkan
dan waktu nyala efektif. Penelitian diawali dengan pembuatan alat fluidized bed gasifier sekam
padi, kemudian melakukan pengujian pebakaran dengan mengatur distributor udara jumlah nozel
3, jumlah nozel 5, dan jumlah nozel 7. Data yang diukur dalam penelitian ini adalah mengukur
kecepatan minimum fluidisasi, temperatur reaktor, pengaruh jumlah gas yang dihasilkan dan
waktu nyala efektif. Hasil penelitian menunjukkan jumlah nozzel pada distributor mempengaruhi
kinerja alat fluidized bed gasifier semakin banyak jumlah nozel kecepatan minimum yang
dihasilkan semakin rendah, yaitu pada distributor jumlah nozel 7 sebesar 0,9 m/s. Untuk
temperatur tertinggi didapatkan dari distributor jumlah nozel 7 yaitu 465,5°C. Sedangkan untuk
waktu nyala efektif terlama distributor jumlah nozel 3 didapatkan selama 65 menit. Jumlah gas
yang dihasilkan terbanyak adalah distributor jumlah nozzel 7 sebesar 1561,4269 Kj.
Kata kunci : fluidized bed gasifier, sekam padi, jumlah nozzel distributor, kinerja reactor
Abstract
The burning of gas fuel is more profitable than solid fuel because it produces a cleaner
combustion, gas products can be made by way of a fluidized bed gasifier with rice husk fuel. This
research aims to know the influence of the number of nozzles distributor fluidized bed gasifier on
performance at the speed of 1,3 m/s which include minimum speed fluidization, the reactor
temperature,time effective flame and the influence of the amount of gas produced. The research
began with the manufacture of tools of fluidized bed gasifier rice husk, then do the test firing by
setting the air distributor number of nozzle 3, nozzle 5, nozzle 7. The data measured in this
research is to measure the speed of a minimum fluidization, reactor temperature, influences the
amount of gas produced from the time effective flame. The results showed the number of nozzles
on a distributor appliance affect the performance of fluidized bed gasifier the greater number of
nozzles the minimum speed that produced the lower number 7 nozzles of 0,9 m/s . For the highest
temperature is obtained from the distributor number of nozzles 7 of 465,5ºC. While for the longest
time effective flame distributor 3 nozzles amount obtained during the 65 minute. The amount of
gas produced is the largest distributor of the number of nozzles 7 of 1561.4269 Kj.
Keyword : Fluidized bed gasifier, rice husk, the number of distributor nozzle reactor
performance
1. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pembakaran bahan bakar fosil untuk keperluan manusia dalam
memanfaatkanya mempunyai beberapa kekurangan. Bahan bakar fosil yang
tersedia sangat terbatas jumlahnya dan akan habis dalam kurun waktu tertentu
karena bahan bakar fosil adalah bahan bakar yang tidak dapat diperbaharui.
Proses pembakaran bahan bakar fosil juga melepaskan sejumlah besar karbon
dioksida dan gas rumah kaca ke lingkungan. Gas-gas ini bertindak seperti
selimut yang menghangatkan permukaan bumi. Hasilnya adalah peningkatan
suhu global yang berdampak pada perubahan iklim terkait dengan banjir dan
hujan deras di berbagai daerah, serta lebih sering terjadi kekeringan dan
gelombang panas yang parah. Solusi mengatasi masalah tersebut supaya tidak
lebih parah lagi dapat dipakai energi terbarukan. Sumber energi terbarukan
merupakan bahan yang dapat menghasilkan energi dan bahan tersebut dapat
diperbarui secara terus menerus sehingga keberadaanya di alam ini tidak akan
habis sebagai contoh adalah biomassa. Biomassa merupakan bahan organik
yang didapatkan melalui proses fotosintetik pada tumbuhan baik berupa
produk maupun buangan, meliputi tanaman, pepohonan, rumput, dan limbah
pertanian. Menurut departemen pertanian, limbah dalam proses penggilingan
padi yang terbesar adalah sekam padi, biasanya diperoleh sekam sekitar 20-
30% dari bobot gabah, hasil lainya dedak antara 8-12% (Tajali 2015). Sekam
dalam persentase yang tinggi tersebut dapat menimbulkan problem
lingkungan. Sekam padi jika dibakar secara langsung mempunyai dampak
meningkatkan jumlah emisi gas rumah kaca penyebab perubahan iklim,
seperti damak negatif dari pembakaran bahan bakar fosil.
Solusi dari masalah biomassa limbah pertanian berupa sekam padi
tersebut adalah dengan memanfaatkannya untuk diproses dengan cara
gasifikasi. Gasifikas sendiri seara umum adalah suatu teknologi proses yang
mengubah bahan bakar padat menjadi gas, menggunakan udara atau oksigen
yang terbatas. Gas yang dihasilkan dari gasifikasi adalah CO, CO₂, H₂, CH₄,
TAR dan juga arang. Jenis gasifikasi yang banyak dikembangkan adalah
fluidized bed. Fluidisasi merupakan proses dimana benda partikel padatan
diubah menjadi fase yang berkelakuan seperti fluida cair melalui kontak
dengan gas atau cairan (Kunni dan Levenspiel 1969). Fenomena ini terjadi
pada media yang disebut dengan fluidized bed. Dimana fluidized bed
merupakan suatu bejana yang berisi partikel padat yang dialiri fluida dari
bawah bejana. Proses fluidisasi terjadi ketika gaya drag dari partikel sebagai
akibat dari aliran fluida yang mengalir keatas melebihi gaya gravitasi dan
gaya antar partikel. Kinerja dari reaktor fluidisasi dipengaruhi oleh desain,
salah satunya adalah pemilihan distributor dan jumlah lubang dari distributor.
Bentuk distributor akan berpengaruh terhadap karakteristik hidrodinamik
yang berpengaruh terhadap gas yang dihasilkan. Seperti eksperimen yang
dilakukan oleh grohse, zens dan othmer menunjukkan bahwa jumlah lubang
pada distributor udara akan berpengaruh terhadap ukuran gelembung dan
distribusi gelembung (Kunii dan Levenspiel, 1969, Bormann dan Ragland,
1998).
1.2 Tujuan penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh jumlah
nozel distributor terhadap kenerja fluidized bed gasifier meliputi:
a. Kecepatan minimum fluidisasi.
b. Temperatur reaktor.
c. Waktu nyala efektif.
d. Kalor terpakai.
1.3 Batasan masalah
Penelitian ini dibatasi pada pengembangan fluidized bed gasifier
dengan variasi distributor udara yaitu :
a. Reaktor Fluidized bed gasifier tidak kontinyu.
b. Jumlah gas yang terkonversi untuk mendidihkan air.
c. Sekam padi dari Sukoharjo.
d. Pasir yang digunakan adalah pasir silika dari Ceper Klaten.
e. Gamping atau batu kapur yang digunakan berasal dari Makam Haji
Sukoharjo.
f. Kecepatan minimum fluidisasi didefinisikan sebagai kecepatan
superficial udara dalam bed dan ditentukan dengan metode pengamatan
terhadap tekanan di bed.
g. Laju reaksi diukur sampai temperatur api akhir.
h. Keceatan udara yang digunakan 1,3 m/s
i. Massa bahan bakar yang digunakan 2 kg
j. Alat yang digunakan memunyai tinggi reaktor 1230 mm dengan diameter
160 mm
2.METODOLOGI PENELITIAN
Tahapan ini berisi prosedur dan pelaksanaan penelitian.
Gambar 1. Diagram Alir Penelitian
3.HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Hasil Pengujian Minimum Fluidisasi
Hasil uji minimum fluidisasi bertujuan menentukan kecepatan
udara yang digunakan dan juga unruk mengetahui karakter dari proses
fluidisasi tersebut, apakah proses tersebut fix bed jika udara kurang nilai
minimum, bubbling jika kecepatan udara diatas nilai kecepatan minimum
tetapi tidak terlalu jauh dar nilai minimum yang didapatkan dan circuating
jika kecepatan yang digunakan jauh melebihi kecepatan miimum yang
didapatkan.
Gambar 2 Grafik hubungan kecepatan dengan tekanan pada Jumlah nozzel 3
Gambar 3 Grafik hubungan kecepatan dengan tekanan pada Jumlah nozzel 5
Gambar 4 Grafik hubungan kecepatan dengan tekanan pada Jumlah nozzel 7
0
1
2
3
4
5
6
7
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6
Be
da
Teka
nan
Be
d (
cm H₂O
)
Kecepatan udara superficial (m/s)
Periode lajunaikPeriode lajumenurun
0
1
2
3
4
5
6
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6
Be
da
Teka
nan
(cm
H₂O
)
Kecepatan udara superficial (m/s)
Periode lajunaik
Periode lajumenurun
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6
Be
da
Teka
nan
(cm
H₂O
)
Kecepatan udara superficial (m/s)
Periode lajunaikPeriode lajumenurun
Gambar 2 Menunjukkan grafik karakteristik kecepatan minimum
fluidisasi dengan distributor jumlah nozzel 3. Dengan cara menarik garis
horizontal ke kiri pada titik yang menunjukkan kecepatan bed konstan hingga
berpotongan dengan garis miring kemudian titik perpotongan tersebut ditarik
garis vertikal ke bawah kecepatan minimum fluidisasi ditentukan. Dengan
cara ini di dapat kecepatan minimum fluidisasi distributor jumlah nozzel 3
sebesar 1,1 m/s. Gambar 3 menunjukkan kecepatan minimum fluidisasi 1
m/s. Gambar 4 menunjukkan kecepatan minimum fluidisasi 0,9 m/s.
Penelitian ini didapatkan semakin banyak jumlah nozzel maka kecepatan
minimum semakin rendah, hal ini juga dipengaruhi oleh matrial bed berupa
kapur atau gamping.
3.2 Hasil Pengujian Temperatur Reaktor
Gambar 5 Grafik hubungan antara waktu dan temperatur reaktor
Gambar 5 Menunjukkan grafik hubungan temperatur reaktor
terhadap waktu dari proses pembakaran tiga variasi distributor dengan
kecepatan udara 1,3 m/s. Pada percobaan pembakaran sekam padi dengan
distributor jumlah nozzel 3 grafik menunjukkan temperatur awal reaktor
sebesar 31,5°C dan menunjukkan temperatur tertinggi pada 358,7°C pada
menit ke 60. Pada percobaan distributor jumlah nozzel 5 temperatur awal
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
Tem
pe
ratu
r (°
C)
Waktu (menit)
TemperaturReaktorDistributorJumlahNozzel 3TemperaturReaktorDistributorJumlahNozzel 5TemperaturReaktorDistributorJumlahNozzel 7
reaktor 32,9 °C dan menunujukkan suhu tertinggi pada 432,8° C pada menit
ke 54 . Sedangkan temperatur awal reaktor dengan distributor jumlah nozzel
7 menunjukkan suhu awal 32,3°C dan mencapai temperatur tertinggi 465,5°C
pada menit ke 50. Pemanasan awal pada bed yang berupa pasir silika
bertujuan untuk meratakan panas pasir sebelum proses pembakaran bahan
bakar didalam reaktor berlangsung.
3.3 Hasil Pengujian Waktu Nyala Efektif
Gambar 6 Grafik hubungan waktu dengan temperatur api
Pada gambar 6 Menunjukkan grafik hubungan temperatur api ketiga
distributor dengan waktu, dapat dijelaskan bahwa jumlah nozzel distributor
berpengaruh terhadap temperatur pembakaran yang dihasilkan. Temperatur
pembakaran yang tertinggi didapatkan pada distributor jumlah nozzel 7 yaitu
sebesar 385,2°C pada menit ke 48 dengan waktu nyala efektif selama 58
menit sedangkan distributor dengan jumlah nozzel 5 temperatur tertinggi
355,2°C pada menit ke 50 dengan waktu nyala efektif selama 62 menit dan
distributor jumlah nozzel 3 pada percobaan pembakaran memiliki temperatur
tertinggi 300,7°C pada menit ke 54 dengan waktu nyala efektif selama 65
menit.
Dari hasil tersebut dapat diketahui bahwa perbedaan temperatur api
ini disebabkan oleh perbedaan jumlah nozel pada distributor yang
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
Tem
pe
ratu
r A
pi (
°C)
Waktu (menit)
DistributorJumlahNozzel 3
DistributorJumlahNozzel 5
DistributorJumlahNozzel 7
mempengaruhi udara yang masuk ke reaktor dan juga berpengaruh terhadap
kandungan gas yang dihasilkan. Semakin banyak jumlah nozel maka semakin
rata pembakaran didalam reaktor sehingga memaksimalkan produk gas yang
dihasilkan.
3.4 Hubungan temperatur air terhadap waktu tiga variasi jumlah
distributor.
Gambar 7 Grafik hubungan temperatur air terhadap waktu pada tiga variasi
jumlah distributor.
Gambar 7 Menunjukkan grafik hubungan temperatur air terhadap
waktu pendidihan air untuk gasifikasi menggunakan fluidized bed dengan
bahan bakar sekam padi pada distributor jumlah nozzel 3 pendidihan awal
terjadi pada menit ke 24 sampai menit ke 65, sisa air 490 ml dari 1 liter air.
Pada distributor jumlah nozzel 5 pendidihan awal terjadi pada menit ke 18
sampai menit ke 62, sisa air 470 ml dari 1 liter air. Sedangkan untuk
distributor jumlah nozzel 7 pendidihan awal terjadi pada menit ke 12 sampai
menit ke 58, sisa air 440 ml dari 1 liter air.
Urutan waktu pendidihan air tercepat pada percobaan ini adalah
dengan distributor jumlah nozzel 7 yaitu dimenit ke 12 menit, sedangkan
untuk terlama adalah distributor dengan jumlah nozzel 3 yaitu dimenit 24
0
20
40
60
80
100
120
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
Tem
pe
ratu
r A
ir (
°C)
Waktu (menit)
DistributorJumlahNozzel 3
DistributorJumlahNozzel 5
DistributorJumlahNozzel 7
menit. Hal ini dikarenakan tidak stabil dan meratanya proses pembakaran
sekam padi dengan distributor jumlah nozzel 3 didalam reaktor karea jumlah
udara yang masuk tidak bisa kesemua sisi bed atau tidak merata karena hanya
3 nozel distributor yang digunakan sehingga pembentukan produk gas
menjadi kurang stabil.
4.5 Kalor terpakai ketiga jumlah nozel pada distributor
Gambar 8 Grafik hubungan jumlah nozel distributor dengan kalor terpakai.
Gambar 8 Menunjukkan perbandingan kalor terpakai ketiga
distributor yaitu distributor jumlah nozel 3, distributor jumlah nozel 5, dan
distributor jumlah nozel 7. Dari gambar diketahui bahwa kalor terpakai setiap
percobaan berbeda pada percobaan menggunakan distributor jumlah nozel 3
kalor terpakai sebesar 1448,5941 Kj sedangkan percobaan dengan
menggunakan distributor jumlah nozel 5 didapatkan nilai kalor terpakai
sebesar 1493,7296 Kj dan percobaan dengan menggunakan distributor jumlah
nozel 7 dengan 2 kg sekam padi didapatkan nilai kalor terpakai sebesar
1561,4269 Kj. Sehingga didapatkan nilai kalor terpakai terbesar adalah pada
percobaan dengan menggunakan distributor jumlah nozel 7 didapatkan nilai
sebesar 1561,4269 Kj. Hal ini dipengaruhi oleh waktu pendidihan air yang
lebih lama dibanding yang lainya, serta massa uap yang diuapkan pun lebih
1380
1400
1420
1440
1460
1480
1500
1520
1540
1560
1580
Kal
or
terp
akai
(kJ
)
Jumlah Nozel 3 Jumlah Nozel 5 Jumlah Nozel 7
besar, sehingga kalor yang digunakan untuk mendidihkan air sebanyak 1 liter
lebih besar.
4.Kesimpulan
Dari hasil penelitian dan pembahasan pengaruh distributor jumlah nozzel
terhadap nilai minimum fluidisasi, temperatur reaktor, waktu lama pendidihan air
dan jumlah gas yang terkonversi adalah sebagai berikut :
1. Pengaruh semakin banyak jumlah nozzel pada distributor akan menyebabkan
kecepatan minimum fluidisasi semakin turun.
2. Semakin banyak jumlah nozel yang berada pada distributor maka semakin
tinggi pula temperatur reaktornya. Temperatur reaktor tertinggi pada
penelitian ini 465,5°C, pada distributor jumlah nozel 7.
3. Semakin banyak jumlah nozzel pada distributor maka waktu nyala efektifnya
semakin cepat
4. Penelitian ini menunjukkan bahwa jumlah nozzel pada distributor
berpengaruh terhadap jumlah gas yang dihasilkan/kalor terpakai. Semakin
banyak jumlah nozel pada distributor maka jumlah gas yang dihasilkan juga
semakin banyak karena reaksi berlangung merata.
DAFTAR PUSTAKA
Akbar. 2015. Studi Eksperimen Gasifikasi Menggunakan Fluidized Bed Gasifier
Berbahan Bakar Sekam Padi, Serbuk Gergaji Kayu Jati Dan Serbuk
Gergaji Kayu Sengon Penghasil Syngas. Laporan Tugas Akhir Jurusan
Teknik Mesin Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Aklis. 2013. Studi Eksperimental Pengaruh Jumlah Lubang Distributor Udara
Terhadap Karakteristik Gelembung Pada Bubbling Fluidized Bed Dengan
Variasi Partikel Bed (Tesis). Yogyakarta: Universitas Gadjah Mada.
Aklis, Nur, Riyadi, M.a., Rosyadi. G., Cahyanto, W.T. 2015. Studi Eksperimen
Konversi Biomassa Menjadi Syngas Pada Reaktor Bubbling Fluidized
Bed, Prosiding Seminar Nasional Rekayasa Teknologi Industri dan
Informasi. 2015, 19 Desember 2015. STTNas Yogyakarta.
Basu, Prabir. 2010. Biomass Gasification and Pyrolisis Practical Design and
Theory. USA: Elsevier.
Borman, G.L and Ragland, K. W. 1998. Combustion Engineering. McGraw-Hill,
Singapura.
Kunii. D. and Levenspiel. O. 1969. Fluidization Engineering. John Wiley and
Sons, Inc., New York.
Nurman Alwin,2011. Studi Karakteristik Pembakaran Biomassa Tempurung
Kelapa pada Fluidized bed Combustor Universitas Indonesia Dengan
Partikel Bed Berukuran Mesh 40-50. Jurusan Teknik Mesin Fakultas
Teknik Universitas Indonesia.
Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II. MODUL 2.13 Fluidisasi.
Departemen Teknik Kimia ITB (diakses pada 11 september 2015).
Puntohari,R.D., 2009. Potensi Gheothermal vs Minyak Bumi.
http://rovicky.blogspot.com, 17 juni 2009.
Tajali, Arief, 2015. Panduan Penilaian Potensi Biomassa Sebagai Sumber Energi
Alternatif Di Indonesia