III. METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian dilakukan di halaman Laboratorium CNC/CAM untuk pengambilan data. Selain itu Laboratorium Teknologi Mekanik, Bengkel Motor Modifikasi Baja Motor dan Bengkel bubut las BRM adalah lokasi pabrikasi. Sedangkan jadwal kegiatan penelitian tersusun pada tabel 3.1. Tabel 3.1. Jadwal kegiatan penelitian Kegiatan 1
Studi Literatur
2 3
Perancangan Pembelian alat dan bahan
4
Pembuatan PLTB
5
Eksperimen
6
Pembuatan laporan akhir
1
Juli 2 3
4
1
Agustus 2 3 4
1
September 2 3 4
1
Oktober 2 3 4
1
November 2 3 4
`
3.2. Alur Penelitian Secara makro, pelaksanaan penelitian dijabarkan melalui flowchart dibawah : Start
Perancangan 1. Gasifier downdraft 2. Siklon 3. Venturi scrubber 4. Rotary separator
Belum
Apakah rancangan sudah benar ?
Studi literatur vvbdfffgnbgS 1. Jurnal udi 2. Text book
Sudah
A
Gambar 3.1 Flowchart penelitian
38 A
B
Pengambilan data distribusi suhu di gasifier 3 titik AFR yang berbeda 1. Temperatur pada zona pengeringan, pirolisis, oksidasi, reduksi. 2. Temperatur pada dinding gasifier untuk masingmasing zona diatas. Sekaligus pengambilan data durasi gasifikasi, berat tar awal dan visualisasi flame
Penyediaan biomassa (sekam padi), Pengadaan raw material, pembelian tools dan peralatan pendukung
Belum
Apakah persiapan telah selesai ?
Dokumentasi data 1. Temperatur zona ; f (AFR) 2. Berat tar awal ; f (AFR) 3. Visualisasi flame ; f(AFR)
Sudah Pabrikasi 1. Gasifier downdraft 2. Siklon 3. Venturi scrubber 4. Rotary separator
Apakah pabrikasi telah selesai ?
Belum
Apakah data sudah mencukupi ?
Belum
Sudah Sudah Kalibrasi alat meliputi : 1. Laju aliran udara gasifikasi dengan mengeset tegangan regulator pada dua blower dari 0-250 V. 2. Debit air (scrubbing liquid) pada venturi scrubber, dengan memvariasikan tegangan pompa air melalui regulator dari 0-250 V 3. Laju aliran udara exhaust fan pada rotary separator, dengan menyetel regulator dari 0-250V
Menginstall gasifier dengan IGCS dan genset modifikasi ditambah beban listrik untuk pengujian elektrikal.
Pengujian elektrikal PLTB dengan variasi tiga titik AFR yang berbeda. Sekaligus berat tar sesudah treatment
Data Berat tar ; f (AFR) Daya listrik ; f (AFR)
Pencatatan data 1. Laju aliran udara gasifikasi 2. Debit/laju aliran air 3. Laju aliran udara exhaust fan
Apakah data sudah mencukupi ? Apakah data sudah mencukupi ?
Belum Sudah Pengolahan data menjadi grafik
Sudah B C
Gambar 3.2 Flowchart penelitian (Lanjutan)
Belum
39 C
Grafik 1. Temperatur zona; f (AFR) 2. Berat tar awal; f (AFR) 3. Berat tar akhir ; f(AFR) 4. Daya listrik; f (AFR)
Analisa : 1. Distribusi temperatur zona gasifikasi. 2. Kualitas syngas per AFR baik sebelum dan setelah di treatment 3. Daya listrik yang mampu dibangkitkan
Kesimpulan
End
Gambar 3.3. Flowchart penelitian (Lanjutan) 3.3. Perancangan PLTB 3.3.1. Perancangan Gasifier Downdraft Langkah untuk mendesain gasifier downdraft dipaparkan sistematis pada flowchart dibawah ini Start
Data awal 1. Menentukan kapasitas mesin (asumsi) 2. Menentukan putaran mesin (asumsi) 3. Menentukan efisiensi volumetrik mesin
Menghitung volume hisap bahan bakar oleh mesin (Persamaan 3)
Menggitung laju pemakaian bahan bakar (Persamaan 2)
A
Gambar 3.4 Flowchart merancang gasifier
40
A
Menentukan dimensi 1. Menentukan ukuran throat (Persamaan 1) 2. Ketinggian penempatan nosel (Gambar 2.6.b) 3. Diameter fire box (Gambar 2.6.c) 4. Diameter penempatan melingkar nosel (Gambar 2.6.c) 5. Ukuran nosel (Gambar 2.6.a)
Apakah rancangan sudah benar
Belum
Sudah Membuat blueprint desain
Pabrikasi
End
Gambar 3.5. Flowchart merancang gasifier (Lanjutan) Mengacu pada flowchart, diasumsikan kapasitas mesin yang dipakai adalah 2000 cc dengan putaran mesin 2000 rpm. Asumsi ini ditujukan agar diperoleh producer gas yang terbentuk dalam jumlah besar, dan sebagiannya dapat dimanfaatkan untuk aplikasi termal. Disamping itu dengan nilai kapasitas mesin tersebut, akan didapatkan ukuran gasifier yang mendekati raw material pemben-tuk gasifier yang sudah tersedia. Langkah pertama adalah menentukan laju produksi syngas yang disuplai ke mesin. Dimana volume hisap mesin dapat dihitung dengan Persamaan 3 yaitu :
41
1 . rpm . N . . D2 . S 2 4 1 Vs = . 2000 rpm . 2000 cm3 2 Vs = 2 m3 / min
Vs =
Vs = 120 m3 / hr Sesuai rujukan literatur kondisi stoikiometri pada rasio udara – producer gas adalah 1,1 : 1 [37]. Dengan kata lain kebutuhan udara untuk 1m3 producer gas mencapai 1,1. Sehingga jika Vg laju pemasukan bahan bakar, nilai pemasukan akan 2,1 Vg dengan besarnya Vg dihitung dari Persamaan 2 yaitu : Vg = f .
Vs ; Dengan = f 80% , maka 2,1
Vg = 0,8 .
120 m
3
hr
2,1
Vg = 45,714 m3 / hr
Untuk beban perapian maksimum Bh 0,9 Nm3/hr cm2, luasan throat Ah dihitung dengan Persamaan 1 yaitu :
At =
At =
Vg Bh max 45, 714 m 3 0,9 N m
3
hr
hr cm 2
,
At = 50,79 cm 2 Apabila luasan throat dikonversikan kedalam bentuk lingkaran, maka diameter throat akan : dt = dt =
4 . At
4 . 50,79 cm 2
dt = 8,04 cm
42
Ketinggian bidang penempatan nosel h diatas penampang lingkaran throat dapat ditentukan melalui grafik pada Gambar 2.6.b. Didapatkan nilai h/dt = 1,18 untuk dt = 80,4 mm, sehingga ketinggian penempatan nosel :
h =1,18 dt h =1,18 80,4 mm h = 94,872 mm Kemudian diameter firebox df dan diameter penempatan melingkar nosel dr1 dapat ditentukan dari grafik pada Gambar 2.6.c. Melalui grafik diperoleh nilai df /dt = 3,2 dan dr1 /dt = 2,4. Maka nilai df dan dr1 adalah :
df dt
d r1 =2,3 dt
=3,1 df
=3,1
80,4 mm d f = 249,24 mm
d r1 =2,3 80,4 mm d r1 = 184,92 mm
Melalui grafik pada gambar 2.6.a diasumsikan terdapat 5 nosel yang diinstall untuk menyuplai sejumlah udara yang diperlukan untuk gasifikasi. Berdasarkan grafik dengan acuan dt, rasio 100 (Am/At) adalah 6,2 maka luasan dan ukuran nosel sama dengan : 100
Am = 6,2 At
100 Am = 6,2 . 50,79 cm 2 Am 5 nosel 3.148 cm 2 Am 0, 629 cm = 6,3 mm
Dengan nosel berdiameter 6,3 mm, kecepatan hembusan udara yang dihasilkan dapat dihitung melalui grafik pada gambar 2.6.a sebesar 24,2 m/s. Seluruh dimensi tersebut diubah menjadi geometri seperti yang terlihat pada gambar 3.6.
43
3.2.1.b. Perancangan Siklon Berdasarkan data awal pengujian dan penelusuran pustaka diperoleh data-data untuk perhitungan siklon yang terangkum dalam Tabel 3.2
Gambar 3.6. Dimensi downdraft gasifier hasil rancangan
44
3.3.2. Perancangan Siklon Urutan sistematik tahap perancangan siklon dituangkan kedalam flowchart dibawah ini. Start
Data awal 1. Menentukan ukuran padatan (asumsi) 2. Menentukan efisiensi yang diinginkan 3. Menentukan jumlah siklon 4. Data kecepatan udara masuk (asumsi) 5. Suhu udara masuk siklon (asumsi) 6. Densitas dan viskositas prod.gas f (T) 7. Ukuran Hc
Menentukan dimensi siklon (Persamaan pada Gambar 2.9)
Menghitung Dp,th (Persamaan 4)
Menghitung Efisiensi Teoritis (Persamaan 5)
Apakah η rancangan < η teoritis
Tidak
Ya Menggambar blueprint siklon
Pabrikasi
End
Gambar 3.7. Flowchart mendesain siklon siklosiklonDimensi siklon
45
Tabel 3.2. Data parameter awal desain siklon No 1 2 3 4 4 5
Data yang ditentukan Densitas padatan Densitas producer gas pada suhu 300oC Viskositas producer gas pada suhu 300oC Diameter partikel abu sekam padi Ukuran inlet siklon (Hc) Effisiensi yang direncanakan
Nilai 389 kg/m3 0,6179 kg/m3 296,404 x 10-7 kg/ms 856 μm
Keterangan Lihat Tabel 2.7 Producer gas diasumsikan gas ideal udara Producer gas diasumsikan gas ideal udara Lihat Tabel 2.7
75 mm 98 %
Direncanakan Direncanakan
Mengacu nilai diameter outlet gasifier (Hc), seluruh dimensi dari siklon dapat dirancang menggunakan gambar 2.9 yaitu :
Dc = 2 . H c Dc = 2 . 75 mm Dc = 150 mm Dc 4 150 mm Bc = 4 Bc = 37,5 mm
Dc 2 150 mm De = 2 De = 75 mm
Dc 8 150 mm Sc = 8 Sc = 18,75 mm
De =
Sc =
Lc 2 . Dc
Z c = 2 . Dc
Lc 2 . 150 mm
Z c = 2 . 150 mm
Lc 300 mm
Z c = 300 mm
Jc =
DC
4 150 mm Jc = 4 J c = 37,5 mm
Bc =
Perhitungan diameter partikel abu sekam padi yang terendapkan oleh siklon (Dp,th) dan efisiensi teoritis untuk Vin = 10 m/s, ditentukan dengan memakai parameter sebagai berikut :
Diketahui : Dpi
= 850 μm = 0,85 mm
Bc
= 1,75 in = 4,375 cm
Vin
= 10 m/s
μ
= 296,404 x 10-7 kg/ms
ρp
= 389 kg/m³
46
ρf
= 0,6179 kg/m³ Jumlah putaran gas di dalam siklon diprediksi dengan bantuan grafik pada
gambar 2.7.b, dengan Vin = 10 m/s diperoleh Ns = 2,5 kali. Selanjutnya seluruh nilai parameter diatas dimasukan ke persamaan 4, dan diperoleh nilai Dp,th yaitu :
D p ,th
D p ,th
D p ,th D p ,th
9. . Bc . N s . Vin . ( p f ) 9 . 296,404 x 107 kg
. 0,0375 m ms . 2,5 . 10 m s . (389 0, 6179) kg 3 m 0, 00001 kg
s
30487,99 kg
m 2s 1,8 x 105 m 18,11 m
Nilai effisiensi teoritis dihitung menggunakan persamaan 7 :
th
D pi D p ,th
856 m 18,11 m th 47, 26
th
Apabila hasil perhitungan diatas dicocokkan dengan gambar 2.8, nilai tersebut jauh diatas nilai Dp,i/Dp,th pada sumbu y grafik. Maka dari itu diambil nilai single particle correction efficiency sebesar 99,9 % untuk Dp,i/Dp,th = 47,26. Nilai efisiensi ini masih diatas nilai efisiensi yang direncanakan, yang berarti desain dapat diterima. Geometri dan dimensi siklon yang dirancang dapat dilihat pada gambar 3.8.
47
Gambar 3.8. Dimensi siklon separator hasil rancangan
48
3.3.3. Perancangan Venturi Scrubber Langkah perancangan venturi scrubber dibuatkan ke dalam diagram alir seperti dibawah ini. Start
Data awal 1. Mengetahui kelembapan producer gas 2. Menentukan ukuran saluran masuk venturi 3. Menentukan kecepatan aliran prod.gas (asumsi) 4. Temperatur producer gas (asumsi)
Menghitung volume flow rate dan volume flow rate pada temperatur standar (persamaan 6 dan 7)
Menghitung kondisi pada sisi masukan 1. mass flow udara kering dan uap air pada sisi masukan (Persamaan ) 2. Humidity ratio (persamaan 9)
Menghitung kondisi pada sisi luaran 1. mass flow uap air (Persamaan 10) 2. Mass flow uap air yang terevaporasi (persamaan 11) 3. Banyaknya makeup water (Persamaan 12)
Menentukan dimensi 1. Menghitung σ (persamaan 13, Gambar 2.10.a) 2. Menentukan dcut (Gambar 2.10.) 3. Menentukan scrubber power dan pressure drop (Gambar 2.10.c) 4. Menentukan luas penampang throat (persamaan 16 dan Gambar 2.10.d) 5. Menentukan diameter thro at, panjang throat, dan panjang diverging section
Menggambar blueprint venturi scrubber
Pabrikasi
End
Gambar 3.9 Step by step perancangan venturi scrubber
49
Data awal yang harus diketahui dalam merancang venturi scrubber adalah mengetahui karakteristik producer gas yang akan dibersihkan. Berikut adalah karakteristik producer gas hasil gasifikasi sekam padi [47] : Kandungan kelembapan (θH2O)
: 25 %
Particulate loading
: 3 grains/scf
Specific density of particulate
: 1,8
Semua satuan yang dipakai dalam perhitungan desain dalam satuan inggris, untuk menyesuaikan referensi yang didapat. Selain itu data yang harus ditentukan untuk perancangan yaitu :
Volume flowrate (Q ) : Flowrate dihitung dengan menentukan kecepatan syngas masuk ke dalam venturi dimana : V = 10 m/s = 32,8 ft/s Ukuran saluran masuk venturi = diamater 2,5 inch = 0,2 ft Sehingga volume flowrate =
Q V . A Q 32,8 ft/s .
. (0,2 ft/s) 2
4 Q 1, 03 ft /s = 61,8 ft 3 /min 3
Pada bagian inlet venturi properties producer gas antara lain : Volume flowrate (Q ) : Flowrate pada temperatur standar dihitung dengan menggunakan hukum gas ideal seperti yang ditunjukan dalam persamaan 8 yaitu :
V2 V1
T2 T atau Q2 Q1 2 T1 T1
Q2 61,8 ft 3 / min
(700 F 460) 0 R (3500 F 460) 0 R
Q2 46,15 ft 3 / min
50
Mass flow udara kering dan uap air Besarnya mass flow kedua data diatas dihitung melalui persamaan 9 :
MWwv mwv (in ) Qm (in ) . H2O(in ) Vmole MWa ma (in ) Qm (in ) . (1- H2O(in ) ) Vmole Dimana MWwv
= Berat molekul uap air = 18
MWa
= Berat molekul udara kering = 29
Vmole
= Volume lb-mol udara = 385 ft3
Sehingga
18 mwv (in ) 40,15 ft 3 /min . 25% 385 mwv (in ) 0,54 lb/min of water vapour 29 ma (in ) 40,15 ft 3 /min . (1-25%) 385 ma (in ) 2, 60 lb/min of dry air Humidity ratio Humidity ratio pada temperatur standar dihitung dengan persamaan 10:
mwv ma
0,54 2, 607 0, 2068
Gas yang keluar dari outlet venturi sudah berada dalam keadaan jenuh (RH 100%) dengan asumsi temperatur luaran venturi 160oF. Dengan bantuan psychometric chart, dapat ditentukan nilai humidity ratio untuk mengetahui besarnya air yang menguap saat berkontak dengan gas panas. Dengan mengetahui
51
banyaknya air yang menguap, kebutuhan makeup water dapat disediakan guna menutupi kekurangan air sebagai scrubbing liquid pada venturi. Mass flow uap air sisi luaran
mwv ( out ) w( out ) . ma mwv ( out ) 0, 26 lb wv mwv ( out )
lb air 0, 678 lb/min
. 2, 607 lb/min .
Mass flow uap air yang terevaporasi
mwv ( evap ) mwv ( out ) mwv (in ) mwv ( evap ) (0, 678 0,539) lb/min mwv ( evap ) 0,1385 lb/min Banyaknya makeup water
Qwv ( evap )
mwv ( evap )
H O 2
Qwv ( evap ) Qwv ( evap )
0,1385 62, 4 0, 00221cfm 0, 0176 gpm
Langkah berikut adalah merancang ukuran venturi, dimana metode yang digunakan adalah Calvert Cut Diameter. Dengan konstanta B=2,0 untuk venturi. Parameter awal yang mesti dicari yaitu ukuran partikel berikut standar deviasinya. Ukuran rata-rata partikel dapat dilihat dari persentil diameter aerodinamis partikel ke-50 (Disebut pula diameter partikel massa median). Standar deviasi dari distribusi tersebut adalah rasio kumulatif fraksi massa partikel ke-84 dan ke-50 yang dihitung menggunakan persamaan 13 dimana :
d84 d50
Nilai d50 dan d84 diketahui dengan membaca grafik pada gambar 2.10.a, dan didapatkan standar deviasinya adalah :
52
5,1 3 1, 7
Langkah selanjutnya menentukan dcut melalui bantuan gambar 2.10.b, dengan efisiensi koleksi ηd untuk partikel 5 µm yaitu 0,99 sesuai tabel 2.8 sehingga :
1, 7 Pt 1 d Pt 1 0,99 0, 01 Berdasarkan grafik diperoleh nilai dcut/d50 = 0,25 dan d50 =3 maka dcut adalah 0,75. Nilai dcut kemudian dicocokkan terhadap garis gas atomized spray pada grafik di Gambar 2.10.c, guna mengetahui scrubber power dan pressure drop. Berdasarkan grafik didapatkan nilai power = 3 hp per 1000 ft3/min dan pressure drop = 9 in.H2O. Selanjutnya menentukan luas permukaan throat melalui persamaan 14: 1270 . P A 2 v . g . L G
Dimana 1 1 g lb / ft 3 w 22
0,78
1
v ditentukan dari grafik pada gambar 2.10.d dimana
0,133
L 10 gal /1000acf G
v 270 ft / sec v 2 72900 ft 2 / sec 2 Luas permukaan throat 1270 . P A 2 v . g . L G
0,78
1
0,133
1270 . 9 A 0,78 72900 . 1 . 10 22 2 A 0, 015 ft
1
0,133
53
Untuk mengoptimalkan presure recovery, panjang throat dibuat 3 kali lebar throat dan tinggi diverging section 4 kali lebar throat. Karena bentuknya rec-tangular apabila diambil ukuran lebar = 37 mm, sehingga panjang throat = 3 x 37 mm =111 mm, dan tinggi diverging section = 4 x 37 mm = 148 mm. Terakhir ukuran ventury scrubber yang sudah didapatkan dibuat menjadi geometri seperti yang terlihat pada gambar 3.11.
3.3.4 Perancangan Rotary Separator Tahapan mendesain rotary separator dijelaskan secara rinci sesuai flowchart yang ada di gambar 3.10 dibawah ini. Start
A
Data awal 1. Menentukan ukuran padatan (asumsi) 2. Densitas padatan 3. Data kecepatan udara masuk (asumsi) 4. Suhu udara masuk siklon (asumsi) 5. Densitas dan viskositas prod.gas f (T) 6. Ukuran inlet separator Hc
Menggambar blueprint rotary separator
Pabrikasi
End Menentukan dimensi separator Dc dan Lc (Persamaan pada Gambar 2.9)
Menghitung kecepatan settling sentrifugal (Persamaan 15)
A
Gambar 3.10. Tahapan merancang rotary separator venturi scrubber Sesuai petunjuk flowchart, parameter awal yang harus ditentukan nilainya untuk perancangan separator ini ditabulasikan pada tabel 3.3.
54
Tabel 3.3. Data parameter awal rotary separator No 1 2 3 4 5 6
Data yang ditentukan Densitas padatan Densitas producer gas pada suhu 40oC Viskositas producer gas pada suhu 40oC Diameter partikel abu sekam padi Ukuran inlet separator (Hc) Kecepatan alir masuk producer gas
Nilai 389 kg/m3 1,118 kg/m3, 190,736 x 10-7 N/sm2 856 μm 120 mm 5 m/s
Keterangan Lihat Tabel 2.7 Producer gas diasumsikan gas ideal udara Producer gas diasumsikan gas ideal udara Lihat Tabel 2.7 Direncanakan Disesuaikan dengan daya exhaust fan yang dipakai
Vessel pada rotary separator didesain berbentuk tabung dengan saluran masuk dilengkapi exhaust fan. Exhaust fan dipakai untuk mengkondisikan producer gas pada kecepatan tangensial yang cukup untuk memisahkannya dari pengotor. Selain sebagai separator, vessel difungsikan juga untuk media deposit producer gas bersih yang siap dimanfaatkan langsung untuk pembangkitan daya. Dengan memakai panduan ukuran proporsional siklon, diperoleh dimensi separator seperti dibawah ini :
Dc 2.H c
Lc 2.Dc
Dc 2 . 120mm
Lc 2 . 240mm
Dc 240 mm
Lc 480 mm
Karena fungsinya ganda, tinggi separator (Lc) ditambahkan menjadi 600 mm untuk menampung producer gas dalam jumlah yang lebih banyak. Setelah didapatkan dimensi diameter dan tinggi separator, dilanjutkan menghitung kecepatan settling sentrifugal yang terjadi didalam separator memakai persamaan 15.
55
18.Vt . dp g ( f - p )
1
2
18. Vt . 190,736 x 107 Ns/m 2 6 856 x 10 m kg m 9,81 s 2 (389- 1,118) m3 Vt 8, 09 m/s
1
2
Nilai Vt dipakai sebagai acuan pemilihan exhaust fan untuk pembentuk aliran paksa pada sistem rotary separator ini.Berdasarkan data diatas, dimensi dan geometri rotary separator dituangkan dalam gambar 3.12.
56
Gambar 3.11. Dimensi rancangan venturi scrubber
57
Gambar 3.12. ukuran dan geometri rotary separator
58
3.4. Fabrikasi PLTB Fabrikasi PLTB terbagi dalam beberapa tahapan meliputi pembuatan gasifier downdraft, siklon separator, ventury scrubber, dan rotary separator. Proses manufaktur yang terlibat antara lain : 1. Cutting (Pemotongan material dengan gerinda potong dan cutting torch) 2. Turning (Pembubutan komponen) 3. Drilling (Pengeboran lubang-lubang baut dan lainnya) 4. Welding (Penyambungan komponen dengan SMAW atau las karbit) 5. Forming (Pembentukan komponen melalui penempaan) 5. Grinding (Penghalusan permukaan komponen) 6. Painting (Pengecatan komponen untuk menghindari korosi) Tahap pertama yaitu pembuatan gasifier downdraft, dengan beberapa komponen penting didalamnya yaitu: tabung shield, tabung core yang terdapat saluran tirus, throat, tabung zona reduksi, nosel penyuplai udara gasifikasi, dan grate (dasar reaktor untuk pembuangan debu). Pembuatan saluran tirus seperti yang ditunjukan pada gambar 3.6, dilakukan dengan cara penempaan plat baja karbon rendah berukuran tebal 6 mm yang dipotong sesuai pola tirus menggunakan kertas karton. Throat berukuran ϕ 115 mm tinggi 80 mm dibuat dari pipa mild steel tebal 8 mm yang tahan pada temperatur tinggi. Material ini selain efisien juga mudah didapat. Tabung core, saluran tirus, throat, tabung zona reduksi disambung menggunakan las SMAW mengacu pada gambar 3.6. Setelah itu tabung core dilubangi untuk dudukan nosel. Raw material nosel adalah poros pejal baja karbon rendah ukuran ϕ 3/4 inch yang dibubut ϕ 19 mm dan dibor ditengahnya ϕ 9 mm. Nosel kemudian dipasangkan pada 5 lubang
59
yang dibor ϕ 19 mm pada tabung core. Untuk saluran pemasok udara ke nosel, dibuatkan selubung pada core berbahan plat 3 mm dengan satu saluran masukan udara yang bercabang menjadi lima saluran masuk ke nosel menuju ke dalam throat. Selain itu pada tabung core, dibuatkan lubang di setiap zona gasifikasi tembus sampai tabung shield dengan ukuran ϕ 8 mm. Lubang tersebut difungsikan celah untuk mengukur temperatur pada zona pengeringan, pirolisis, oksidasi, dan reduksi saat gasifikasi. Agar producer gas tidak merembes keluar, pada tabung shield, 4 lubang tersebut di-tapping dan dipasangkan baut.
a
d
b
f
e
g
c a. Pemotongan tabung core sesuai dimensi yang ditentukan b. Pengeboran lima lubang pada tabung core c. Pembuatan bagian throat dengan ditempa d. Merapihkan kerucut e. Tabung core siap disatukan f. Menyesuaikan diameter nosel agar pas dilubangnya g. Mengelas selubung saluran udara di tabung core
FT UNILA
Rachmat Cahaya Putra – Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung
Tugas Akhir 2012
Gambar 3.13. Pembuatan tabung core Selain itu pada tabung shield ϕ 11 inch, dibuatkan flange ϕ 320 mm dari plat 4 mm pada bagian atas dan bawah tabung yang dipasangkan tutup bawah. Flange sekaligus dibuatkan pada saluran luaran producer gas agar perangkat IGCS mudah di split-up.
60
FT UNILA
Rachmat Cahaya Putra – Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung
Tugas Akhir 2012
Gambar 3.14. Grate, penutup gasifier, landasan penutup
a
c
e
b
d
f
a. Pembuatan flens siklon b. Penempaan raw material untuk cone c. Cone siap di las d. Pengelasan barrel, cone, beserta semua flens siklon e. cone dan barrel yang belum digabung f. Siklon yang telah selesai di fabrikasi
FT UNILA
Rachmat Cahaya Putra – Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung
Tugas Akhir 2012
Gambar 3.15. Rangkaian pengerjaan siklon Grate dari plat ϕ 200 mm setebal 3 mm adalah dasar dari reaktor yang fungsinya untuk meletakan biomassa, sekaligus perangkat untuk membuang abu sisa gasifikasi melalui lubang yang dibor ϕ 10 mm sebanyak 100 buah. Grate dipasang bergantung menggunakan rantai yang dikaitkan ke tabung shield. Untuk membuang abu, grate diguncangkan dengan tongkat pengayun dari luar gasifier.
61
Penutup gasifier dibuat model buka tutup tanpa engsel, dan dikunci menggunakan sistem press lengan putar berulir. Model ini dipilih ketimbang engsel karena, sistem engsel rentan terdeformasi, yang membuat penutup tidak dapat menutup sempurna. Landasan penutupnya dibuat dari plat ϕ 320 mm, tebal 4 mm, dan mempunyai lubang ϕ 200 mm yang dibubut chamfer 3 mm x 45o dipinggirnya. Siklon terbagi atas tutup, barrel, dan cone. Barrel dibentuk dari raw material pipa baja berukuran ϕ 6 inch, yang dipotong sepanjang 30 cm. Sekitar 2 cm dari permukaan atas barrel, dilubangi pada permukaan luarnya sebagai saluran masuk producer gas secara tangensial kedalam siklon. Saluran masuk dibuat dari plat baja 3 mm dibentuk persegi panjang, sedangkan luaran producer gas terbuat dari pipa ϕ 3 inch dirangkai seperti pada gambar 3.7. Bagian kerucut (cone), dibuat dari plat baja 2 mm dipotong mengikuti pola cone yang dibuka lebar. Selanjutnya plat ditempa berulang-ulang sampai terbentuk cone setinggi 30 cm dan disatukan menggunakan las. Penutup siklon, barrel, cone disambung menggunakan flange yang diikat baut untuk memudahkan split-up dan perawatan. Venturi scrubber dibuat dari raw material berupa lembaran plat baja setebal 3 mm. Untuk membuatnya, langkah pertama yang dilakukan adalah menggambar pola venturi pada plat serupa tampak depan venturi seperti Gambar 3.10, dan dipotong sebanyak 2 buah. Berikutnya, memotong plat penutup samping kiri dan kanan venturi. Seluruh potongan plat disatukan sehingga membentuk venturi scrubber setengah jadi. Untuk meningkatkan ketahanan korosi pada plat baja, seluruh bagian venturi dilapisi epoxy kemudian dicat. Untuk memasukan air ke dalam sistem venturi, dipakai sprayer yang dipasangkan di bagian atas venturi. Sprayer dipilih didasarkan atas kemam-
62
puannya menciptakan droplet air dengan ukuran yang sangat kecil, dimana akan memperluas permukaan kontak gas dengan air.
a
d g
b
c
FT UNILA
e
f
a. Pemotongan pola venturi pada lembaran plat b. Pemotongan penutup samping siklon c. Spray penyemprot air d. Katup 1/4 inch pembuang air e. Pipa 3/8 inch penyalur air (scrubbing liquid) f. Venturi yang selesai di fabrikasi g. Venturi scrubber + saluran menuju rotary separator
Rachmat Cahaya Putra – Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung
Tugas Akhir 2012
Gambar 3.16. Serangkaian pengerjaan venturi scrubber
Untuk perangkat ini, dipakai empat sprayer penyemprot hama pada tanaman yang banyak dijual di pasaran. Mekanisme pengaliran air menuju sprayer, memakai pipa ϕ 3/8 inch yang disusun datar yang dipararelkan dari satu masukan. Air yang disemprotkan dan telah berkontak dengan producer gas, akan dibuang melalui dua katup 1/4 inch yang terletak pada bagian bawah venturi. Walaupun sprayer rentan tersumbat oleh pengotor, namun sprayer relatif mudah dibersihkan karena dapat dibongkar pasang dari venturi dengan mudah. Selain itu, pada venturi dibuatkan flange pada inlet-nya untuk menyambungkannya dengan siklon. Rotary separator merupakan perangkat yang dirangkai atas exhaust fan berukuran 12cm x 12cm dan vessel berwujud tabung. Exhaust fan difungsikan
63
untuk menghisap producer gas menuju vessel separator yang sekaligus media deposit producer gas. Prinsip kerjanya serupa dengan siklon, producer gas yang dihisap exhaust fan mengalir masuk kedalam tabung separator secara tangensial dan membentuk pusaran disepanjang dinding tabung. Pusaran karena gaya sentrifugal membuat pengotor yang dikandung producer gas terbanting ke dinding sehingga terpisah dari arus producer gas dan jatuh ke tempat penampungan. Pada tempat penampungan dibuatkan saluran untuk membuang pengotor yang telah disaring.
a
c
b
d
e
f
a. Pembuatan tabung separator b. Pengukuran inlet separator c. Pembuatan inlet separator d. Inlet separator yang telah di las e. Tabung rotary separator f. Tabung rotary separator + Venturi scrubber
FT UNILA
Rachmat Cahaya Putra – Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung
Tugas Akhir 2012
Gambar 3.17. Pembuatan rotary separator
Vessel dibuat dari bahan lembaran pelat baja ukuran 600 mm x 600 mm x 1,2 mm untuk tabung separator, selain itu untuk saluran masuk dibuat dari pelat tebal 2 mm. Terakhir rotary separator, venturi scrubber, siklon digabungkan melalui flange yang diikat dengan baut menjadi satu unit perangkat yang dinamakan integrated gas cleaning system (IGCS). Pembangkitan energi listrik dilakukan dengan menggunakan satu set generator + motor bensin empat langkah dengan kapasitas daya 1500 W. Penga-
64
lihan bahan bakar bensin menjadi producer gas bersih (syngas) dilakukan dengan membuatkan saluran pipa Y ϕ 1 inch dengan satu saluran untuk memasukan syngas kedalam mesin, dan dapat dikontrol menggunakan katup 3/4 inch. Material yang dipakai untuk membuatnya yaitu pipa stainless steel ϕ 1 inch dimana bahan tersebut lebih resistan terhadap korosi.
b
a
d
FT UNILA
c
Keterangan : a. Pipa saluran syngas dan oksigen b. Dudukan pipa saluran ke intake manifold c. Pipa saluran siap dilas d. Pipa mixing syngas + oksigen telah jadi dan dipasang ke genset
Rachmat Cahaya Putra – Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung
Tugas Akhir 2012
Gambar 3.18. Memodifikasi saluran bahan bakar genset
Apabila satu saluran digunakan untuk mengalirkan syngas, saluran yang satunya lagi diperuntukan sebagai masukan oksigen yang terkandung pada udara, dan lajunya dikontrol memakai katup dengan ukuran yang sama. Untuk memasangkan katup, ujung-ujung saluran dibubut ulir luar dengan tipe yang sama dengan ulir katup. Setelah itu, Pipa saluran ini dipasangkan langsung ke intake manifold motor bensin dan diikat menggunakan baut.
65
3.5. Instalasi Peralatan Setelah fabrikasi selesai, dilanjutkan ke tahap instalasi peralatan yang harus dilakukan sehari sebelum pengujian. Kegiatan ini antara lain : Perakitan dan penyambungan komponen utama PLTB yaitu : Gasifier downdraft - konektor blower – blower (2 buah) - voltage regulator untuk blower - siklon - venturi scrubber - pompa air - voltage regulator untuk pompa air - resevoir air- rotary separator - Saluran Y bahan bakar - genset - instalasi pembebanan arus listrik. Gas sampling
Temper atur display
T5 T1 T wall 1
Siklon
Voltage Regulator
Gas sampling
Blower
T2
T6
T wall 2
Katup
Pompa
Rotary
Gener ator
separator
Flowmeter
Voltage Regulator
T7 Venturi
T3
scrubber
T wall 3 T4 T wall 4
Flowmeter Ash holder
Temper atur display
Gasifier downdraft Voltage Regulator
FT UNILA
Rachmat Cahaya Putra – Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung
Tugas Akhir 2012
Gambar 3.19. Skematik pengujian PLTB
Setiap flange dipasangkan packing dan direkatkan lem gasket sebelum diikat dengan baut M8 atau M6. Lem gasket yang digunakan jenis silicone red rubber tahan hingga temperatur 700oC, sedangkan packing yang digunakan adalah TBA 0,8 mm yang tahan hingga 300oC. Pada sambu-
66
ngan siklon ke venturi scrubber dipasangkan sponge hard untuk mencegah kebocoran producer gas. Pada sambungan keran di venturi dilapisi water silicone untuk menghindari kebocoran scrubbing liquid. Untuk memvariasikan flowrate blower berdaya 350W dan debit pompa air ukuran 30 lt/menit digunakan voltage regulator 3kVA. Menghubungkan termokopel yang digunakan untuk mengukur temperatur pada display. Memasangkan peralatan elektronik dalam hal ini lampu pijar pada instalasi pembebanan listrik, ini untuk mengetahui luaran daya genset berbahan bakar producer gas yang telah dimurnikan.
3.6. Kalibrasi Persiapan selanjutnya adalah kalibrasi sistem menggunakan instrumentasi pengukuran. Fenomena yang perlu dikalibrasi adalah laju aliran udara suplai gasifikasi, debit air venturi scrubber, serta laju aliran udara exhaust fan.
3.6.1. Kalibrasi Laju Aliran (Flowrate) Laju Aliran Udara Untuk efektifitas waktu, pengukuran laju aliran udara gasifikasi dilaksanakan sebelum pengujian gasifikasi. Anemometer jenis AM-4200 Lutron digunakan untuk mengukur flowrate tersebut, melalui masingmasing nosel berdasarkan fungsi kecepatan aliran (m/s). Mengacu buku petunjuk alat, satuan kecepatan pada anemometer dapat diubah menjadi ft/min atau km/jam. Selain itu range kecepatan aliran yang dapat diukur
67
adalah 0,8-30 m/s. Berikut adalah hasil kalibrasi flowrate suplai udara gasifikasi. a
c 3
1
4
Keterangan gambar a. Annemometer b. Penempatan sensing probe didalam tabung inner c. Instalasi kalibrasi flowrate
b 2 Keterangan : 1. Tabung inner gasifier 2. Annemometer 3. Blower 4. Voltage Regulator Rachmat Cahaya Putra – Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung
FT UNILA
Tugas Akhir 2012
Gambar 3.20. Kalibrasi flowrate udara gasifikasi
Tabel 3.4. Hasil kalibrasi flowrate No.
Beda Potensial blower (V)
Kecepatan aliran/nosel (m/s)
Debit (m3/s) /nosel
Laju aliran massa udara (kg/s) /nosel
Laju aliran massa udara (kg/s) 5 nosel
1
85
1,4
0,000089019
0,000103387
0,000516933
2
90
1,6
0,000101736
0,000118156
0,000590781
3
95
1,7
0,000108095
0,000175541
0,000627705
4
100
1,8
0,000114453
0,000132926
0,000664629
5
105
1,9
0,000120812
0,00014031
0,000701552
6
110
1,9
0,000120812
0,00014031
0,000701552
7
115
2
0,00012717
0,000147695
0,000738476
8
120
2
0,00012717
0,000147695
0,000738476
9
175
2,1
0,000133529
0,00015508
0,0007754
10
130
2,1
0,000133529
0,00015508
0,0007754
11
135
2,1
0,000133529
0,00015508
0,0007754
12
140
2,2
0,000139887
0,000162465
0,000812324
13
145
2,2
0,000139887
0,000162465
0,000812324
14
150
2,2
0,000139887
0,000162465
0,000812324
15
155
2,2
0,000139887
0,000162465
0,000812324
16
160
2,2
0,000139887
0,000162465
0,000812324
17
165
2,2
0,000139887
0,000162465
0,000812324
18
170
2,3
0,000146246
0,00016985
0,000849248
19
175
2,3
0,000146246
0,00016985
0,000849248
20
180
2,3
0,000146246
0,00016985
0,000849248
21
185
2,3
0,000146246
0,00016985
0,000849248
68
Tabel 3.4. Hasil kalibrasi flowrate (Lanjutan) No.
Beda Potensial blower (V)
Kecepatan aliran/nosel (m/s)
Debit (m3/s) /nosel
Laju aliran massa udara (kg/s) /nosel
Laju aliran massa udara (kg/s) 5 nosel
22
190
2,3
0,000146246
0,00016985
0,000849248
23
195
2,3
0,000146246
0,00016985
0,000849248
24
200
2,3
0,000146246
0,00016985
0,000849248
25
205
2,3
0,000146246
0,00016985
0,000849248
26
210
2,3
0,000146246
0,00016985
0,000849248
27
215
2,4
0,000152604
0,000177234
0,000886171
28
220
2,4
0,000152604
0,000177234
0,000886171
29
225
2,4
0,000152604
0,000177234
0,000886171
30
230
2,4
0,000152604
0,000177234
0,000886171
31
235
2,4
0,000152604
0,000177234
0,000886171
32
240
2,5
0,000158963
0,000184619
0,000923095
33
245
2,5
0,000158963
0,000184619
0,000923095
34
250
2,5
0,000158963
0,000184619
0,000923095
Nb : diameter satu nosel 9 mm dan massa jenis udara pada Patm T=27oC yaitu 1,1614 kg/m3
Kalibrasi flowrate menggunakan anemometer juga dilakukan pada exhaust fan rotary separator. Berikut adalah hasil kalibrasi tersebut : a
b
3 1
2
Keterangan : 1. Annemometer 2. Exhaust fan 3. Volatge Regulator Keterangan gambar a. Exhaust fan b. Instalasi kalibrasi flowrate
Rachmat Cahaya Putra – Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung
FT UNILA
Tugas Akhir 2012
Gambar 3.21. Kalibrasi flowrate exhaust fan
Tabel 3.5. Kalibrasi Flowrate Exhaust Fan Kecepatan aliran (m/s) -
Debit (m3/s)
1
Beda Potensial blower (V) 50
0
Laju aliran massa udara (kg/s) 0
2
75
-
0
0
3
100
0,9
0,01296
0,015051744
4
175
1,6
0,02304
0,026758656
No.
69
Tabel 3.5. Kalibrasi flowrate exhaust fan (Lanjutan) No.
Beda Potensial blower (V)
Kecepatan aliran (m/s)
Debit (m3/s)
Laju aliran massa udara (kg/s)
5
150
2,7
0,03888
0,045155232
6
175
3,7
0,05328
0,061879392
7
200
4,2
0,06048
0,070241472
8
225
4,4
0,06336
0,073586304
9
250
4,4
0,06336
0,073586304
Nb : Ukuran saluran = 12 x12 cm dan massa jenis udara pada Patm T=27oC yaitu 1,1614 kg/m3
Laju Aliran Air / Debit Air Debit air yang mengalir keluar dari spayer pada venturi scrubber dikalibrasi dengan metode yang sederhana. Metodenya, pompa dihidupkan dan air yang mengalir ditampung pada satu wadah, setelah satu menit pompa lalu dimatikan. Selanjutnya volume air yang tertampung didalam wadah diukur menggunakan gelas ukur. Besarnya tegangan pada pompa divariasikan menggunakan regulator guna mendapatkan debit air optimal untuk mereduksi tar. Hasil pengukuran disajikan pada Tabel 3.6. a c 3
4
b 1
Keterangan : 1. Voltage regulator 2. Wadah air yang dihisap 3. Pompa air 4. Saluran injektor Keterangan gambar a. Gelas ukur b. Pompa air debit 30lt/menit
2
FT UNILA
Rachmat Cahaya Putra – Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung
Tugas Akhir 2012
Gambar 3.22. Pengukuran Debit Air Venturi Scrubber
70
Tabel 3.6. Kalibrasi Debit Air
3
Beda Potensial blower (V) 75
4
100
0,175
5
175
0,173
6
150
2,460
7
175
2,620
8
200
3,3
9
225
3,3
10
250
3,3
No.
Debit (lt/min) -
3.7. Pengujian Secara makro, pengujian terbagi dalam 2 tahap. Tahap pertama adalah, pengujian distribusi suhu di dalam reaktor gasifikasi yang dideteksi pada seluruh zona gasifikasi dan dinding reaktor serta pengujian producer gas pra-treatment dengan memvariasikan suplai udara gasifikasi. Tujuan dilakukan pengujian tersebut, untuk mendapatkan karakteristik dan peforma dari gasifier yang telah dibuat meliputi profil temperatur masing-masing zona gasifikasi, durasi gasifikasi, kualitas producer gas yang dicirikan dari jumlah tar, dan kondisi flame secara visual. Berikutnya dilanjutkan pada pengujian pembangkitan energi listrik pada generator berbahan bakar producer gas yang telah melewati proses treatment, dengan pengkondisian peralatan treatment producer gas (IGCS) memakai parameter IGCS terbaik hasil pengujian yang telah dilakukan [52]. Besarnya luaran daya dihitung dari seberapa banyak alat elektronik yang mampu dihidupkan berikut durasinya. Seluruh peralatan dan bahan yang digunakan untuk penelitian dirangkum pada subbab dibawah.
71
3.7.1. Peralatan dan Bahan 3.7.1.a. Gasifier Downdraft
2 1
3 4 5 6 Keterangan : 1. Blower 2. Tabung shield 3. Tabung core 4. Saluran masuk ke nosel 5. Throat 6. Grate
FT UNILA
Rachmat Cahaya Putra – Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung
Tugas Akhir 2012
Gambar 3.23. Rancangan Gasifier dan Gasifier Yang Telah Jadi
Gasifier terdiri dari satu unit tabung shield dan satu unit core yang dipasangkan secara kosentrik. Core berupa tabung, mampu menampung bahan bakar maksi-mum hampir sebanyak 3 kg sekam padi. Pada bagian tengah core tempat terjadinya reaksi, dibuat pengecilan penampang (throat). Ini dimaksudkan agar dengan penampang yang kecil, kenaikan temperatur lebih cepat tercapai. Secara keseluruhan gasifier mempunyai ukuran diameter 30 cm dengan tinggi 1,5 m. Berikutnya, dua unit blower ukuran saluran 2 1/2” berdaya masing-masing 350 W digunakan menyuplai kebutuhan udara selama gasifikasi. Penyetelan suplai udara diatur oleh satu unit regulator 3 kVa yang di-install di blower. Untuk menginjeksikan suplai udara gasifikasi, core dilengkapi dengan lima nosel. Producer gas yang terbentuk selama reaksi, didorong mengalir kebawah oleh dorongan udara bertekanan, kemudian melintas melalui bara yang ada di throat
72
keluar melalui celah diantara tabung shield dan core. Selain itu, terdapat grate yang berfungsi sebagai dasar penempatan bahan bakar sekaligus media untuk membuang abu sisa gasifikasi. 3.7.1.b. Perangkat permurnian producer gas (IGCS) ` 1
6
5 3
Keterangan : 1. Siklon 2. Venturi scrubber 3. Rotary separator 4. Exhaust fan 5. Sprayer 6. IGCS
4
2
FT UNILA
Rachmat Cahaya Putra – Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung
Tugas Akhir 2012
Gambar 3.24. Integrate gas cleaning system
Integrate gas cleaning system (IGCS) dibangun atas beberapa modul yaitu siklon, venturi scrubber, rotary separator yang dikemas dalam satu paket dan di-install pada saluran oulet reaktor. Producer gas yang mengalir masuk IGCS akan mengalami multi treatment, yang pertama pemisahan debu, partikel, tar saat melintas siklon. Dilanjutkan treatment pendinginan kontak langsung dengan fluida (air) di dalam venturi untuk memisahkan tar dari producer gas, yang terakhir pembersihan dari pengotor menggunakan prinsip gaya sentrifugal di dalam rotary separator.
73
3.7.1.c. Regulator Tegangan Untuk pengambilan data, digunakan tiga buah regulator yang tersambung pada dua unit blower, satu unit pompa air, dan satu unit exhaust fan didalam rotary separator. Regulator berfungsi untuk memvariasikan luaran baik debit maupun laju aliran dari semua peralatan diatas. Tujuannya adalah, guna mengetahui karakteristik gasifikasi maupun daya yang dibangkitkan hasil dari interaksi semua variabel yang divariasikan.
1
2
3
6
FT UNILA
4
5
Keterangan : 1. Regulator 2. Pompa air 3. Baskom 4. Stopwatch 5. Termokopel dan display 6. Timbangan dijital
Rachmat Cahaya Putra – Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung
Tugas Akhir 2012
Gambar 3.25. Peralatan pengujian
3.7.1.d. Pompa air Alat ini digunakan untuk mengalirkan scrubbing liquid berupa air ke dalam venturi scrubber dimana air akan berkontak langsung dengan aliran producer gas. Pompa panasonic GP-129JXK ini berdaya 250W, memiliki debit 30 lt/menit, dengan head 10-32 m.
74
3.7.1.e. Baskom Baskom plastik dengan volume 25 lt dan berukuran diameter 80 cm difungsikan untuk menampung banyak scrubbing liquid untuk dipompakan ke venturi scrubber.
3.7.1.f. Stopwatch Dalam pengambilan data, alat ini dipakai untuk mengukur durasi gasifikasi setiap variasi laju suplai udara gasifikasi serta durasi pembangkitan listrik pada generator.
3.7.1.g. Timbangan Dijital Tar yang merupakan limbah dari proses gasifikasi, adalah substansi yang harus dieliminasi sebelum producer gas diumpankan ke motor bensin penggerak generator. Banyaknya tar tersebut dipengaruhi atas besarnya suplai udara yang diberikan sepanjang proses gasifikasi. Untuk itu, banyaknya tar yang diproduksi diukur dengan timbangan dijital.
3.7.1.h. Termokopel Tipe K dan Display Termokopel dengan spesifikasi range : -50oC – 1300oC dipergunakan untuk mengukur temperatur pada semua zona gasifikasi, dinding core, dan aliran producer gas dari luaran IGCS. Untuk membaca sinyal dari termokopel, alat ini disambungkan pada display. Nilai temperatur yang tertera pada display juga dapat diubah dalam satuan farenheit maupun kelvin dengan ketelitian satu dijit dibelakang koma.
75
1
2
3
SYNGAS
UDARA
4
5
7
8
6
Keterangan : 1. Anemometer 2. Genset 3. Saluran suplai 4. Arang kayu 5. Arang kelapa 6. Sabut kelapa 7. Sekam padi 8. Minyak tanah 9. Batok kelapa
9
Rachmat Cahaya Putra – Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung
FT UNILA
Tugas Akhir 2012
Gambar 3.26. Anemometer, genset, dan bahan bakar
3.7.1.i. Anemometer Nilai laju aliran udara gasifikasi maupun exhaust fan diperoleh dengan mengukur kecepatan aliran udara menggunakan anemometer yang selanjutnya dikalikan dengan massa jenis udara dan ukuran saluran yang dilaluinya.
3.7.1.j. Generator Bensin Producer gas yang telah di-treatment diperuntukan untuk menghidupkan motor bensin penggerak generator. Untuk percobaan ini, dipakai genset dengan daya output 1500W dengan dilengkapi saluran modifikasi penyuplai producer gas dan udara masuk kedalam intake manifold. Saluran tersebut berbentuk pipa Y dari material stainless steel dengan ukuran pipa 1 inch.
76
3.7.1.k. Bahan Bakar Penggunaan bahan bakar terdiri atas arang kayu, arang kelapa, batok kelapa dan sabutnya, serta bahan bakar gasifikasi yaitu sekam padi dengan spesifikasi pada tabel 3.7. Arang dan batok kelapa merupakan bahan bakar promotor awal atau ignisi. Sedangkan minyak tanah dipakai sebagai katalis untuk proses pembakaran ketahap selanjutnya, terutama setelah sekam padi dimasukan kedalam gasifier. Tabel 3.7 Hasil analisa proximate dan ultimate sekam padi [49] Analisis PROXIMATE Fixed carbon Volatile matter Ash ULTIMATE Carbon Hidrogen Oksigen Nitrogen Sulfur Moisture Ash
Unit
Basis
Nilai
% % %
Dry base Dry base Dry base
19,9 60,6 19,5
% % % % % % %
Dry base Dry base Dry base Dry base Dry base Dry base Dry base
38,1 4,7 29,3 1,5 0,1 8,9 17,4
3.7.2. Prosedur Pengujian 3.7.2.a Pengujian Profil Temperatur Gasifier dan Kualitas Producer Gas PraTreatment Set-up Bahan Bakar Persiapan yang dilakukan untuk arang adalah mengkondisikan ukurannya menjadi seragam. Karena sifatnya yang cepat menjadi bara atau mudah untuk dibakar, arang kelapa digunakan untuk mempercepat pembakaran di dasar gasifier. Arang kelapa dikondisikan pada ukuran 50x50 mm, dan tebal berkisar 5-7 mm. Untuk arang kayu ukurannya
77
disesuaikan menjadi 70x70 mm dengan tebal berkisar 50 mm. Arang kayu nantinya memudahkan pembakaran dalam waktu yang relatif lebih lama dibanding arang kelapa. Batok kelapa dihancurkan menjadi sekitar 70x70 mm, dengan seluruh serabut dipisahkan dari batok dan dibuat terurai. Sekam padi yang dipakai umumnya berasal dari usaha penggilingan padi, dan sekam wajib dipastikan dalam kondisi bersih, tidak terinjak-injak, serta kering. Untuk menjaga agar tetap kering, bahan bakar disimpan di dalam karung dan diletakkan pada tempat teduh.
Persiapan Awal (10-15 menit)
Menimbang arang kayu dan kelapa yang telah disesuaikan ukurannya sebanyak 1 kg. Kemudian menimbang sekam padi sebanyak 1,5 kg, seluruh bahan bakar disiapkan ke dalam karung yang siap untuk diambil.
Memasangkan dua blower berukuran saluran ϕ 2 1/2 inch untuk menyuplai udara gasi-fikasi pada port yang telah dibuat di reaktor. Pastikan katup pengatur debit pada blower terbuka sempurna, dan blower pada kondisi off.
Menghubungkan kabel daya blower pada regulator yang dipakai untuk mengatur debit udara yang dialirkan. Selanjutnya mengatur setelan tegangan regulator pada 0 V.
Membuka tutup gasifier dengan mengendurkan lengan pengunci, lalu melepas tutup tersebut dari gasifier. Selanjutnya pasangkan lembaran alumunium foil yang dilipat setebal ± 10 mm pada permukaan bawah tutup
78
gasifier. Lembaran alumunium tersebut difungsikan sebagai seal untuk mencegah producer gas merembes keluar melalui tutup gasifier. Terakhir mem-biarkan gasifier terbuka untuk memasukan bahan bakar.
Mengendurkan baut penutup yang dipasangkan pada lubang port termokopel di reaktor untuk mengukur temperatur masing-masing zona gasifkasi dan temperatur dinding core gasifier.
Pada pengujian ini, IGCS (perangkat pemurnian gas), dan genset tidak diinstall pada gasifier.
Menyiapkan termokopel tipe K yang sudah terhubung pada display.
Menyiapkan wadah tertutup yang dinding dibagian dalamnya dilapisi alumunium foil lalu memasangkannya dengan dibaut pada saluran keluar syngas pada reaktor.Wadah ini dipakai untuk menangkap tar yang dibawa aliran producer gas.
Pembakaran Awal (+30 menit)
Memasukan arang kelapa dan arang kayu dari dasar permukaan reaktor (grate) hingga permukaan atas throat sebanyak 1 kg. Selanjutnya menambahkan batok kelapa dan diatasnya diberikan sabut kelapa sampai hampir dibawah permukaan nosel.
Siram sedikit minyak tanah kedalam gasifier, dan gunakan kertas atau sabut kelapa sebagai penyulut proses pembakaran.
Menunggu sesaat, hingga bahan bakar tersebut mulai terbakar. Kemudian menghidupkan blower dengan mengatur regulator pada 250 V, untuk mempercepat proses transformasi bahan bakar menjadi bara seutuhnya.
79
Jika nyala api padam, melakukan penyulutan berulang hingga api dapat membakar arang.
Setelah 20 menit buka port pengukuran nomor 3 dengan cara melepaskan baut penutup, lalu masukan termokopel hingga masuk kedalam throat.
Apabila temperatur bahan bakar di dalam throat telah mencapai 700800oC, matikan seluruh blower dan putar regulator pada 0V.
a a
1 2
b b
c
3 4
FT UNILA
Keterangan : a. Batas atas peletakan sekam b. Batas atas peletakan batok dan sabut kelapa c. Batas atas dan bawah peletakan arang
Rachmat Cahaya Putra – Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung
Titik pengambilan data Temperatur 1. Zona pengeringan 2. Zona pirolisis 3. Zona Oksidasi 4. Zona reduksi
Tugas Akhir 2012
Gambar 3.27. Tampak atas gasifier setelah diisi arang dan kelapa
Ignisi (Penyalaan) Producer Gas
Menambahkan sekam padi kedalam reaktor, setelah itu menutup gasifier, dan mengunci rapat tutup tersebut dengan cara mengencangkan poros penekan tutupnya.
Menghidupkan seluruh blower lalu menyetel regulator pada setelan 100 V, dan menunggu ± 3-5 menit hingga muncul asap pekat kehijauan keluar dari saluran keluar producer gas di gasifier.
80
Memastikan apakah asap tersebut mampu dibakar dengan cara dipantik menggunakan obor. Jika terbakar, kepekatan asap menandakan banyak terdapat komponen mampu bakar pada producer gas.
Menghidupkan stopwatch untuk mulai menghitung lamanya gasifikasi berlangsung.
Membakar producer gas yang keluar, lalu flame yang terbentuk diambil visualisasinya menggunakan kamera dijital.
Pengukuran Profil Temperatur
Seraya mengambil image dari flame, port termokopel nomor 1 dibuka lalu memasukan termokopel hingga menyentuh dinding tabung core.
Menunggu hingga nilai yang tertera pada display konstan, dan mencatat temperatur dinding gasifier pada zona pengeringan.
Memasukan termokopel menembus tabung core, menunggu hingga nilai pada display steady, dan mencatat temperatur pada zona pengeringan.
Mencabut termokopel setelah itu tutup kembali port pengukuran nomor 1.
Melakukan langkah yang serupa untuk mengukur temperatur dinding core serta zona gasifikasi pada zona pirolisis, oksidasi, dan reduksi.
Melakukan pembacaan dan pencatatan distribusi atau profil temperatur yang tertera pada display setiap 5 menit sekali.
Selesai Pengujian
Jika asap putih sudah banyak sekali keluar dari gasifier, stopwatch dimatikan namun blower tetap dihidupkan untuk membuang residu dan asap yang masih tersisa di dalam reaktor.
81
Setelah ±10 menit, mematikan seluruh blower mencabut stop kontak, lalu melepaskan dari konektor ke dalam gasifier.
Membuka tutup gasifier agar suhu di dalam reaktor menurun, lalu mendiamkan ± dua jam. Jika kondisi reaktor sudah mulai dingin dan bara sudah tidak ada, abu sisa pembakaran dikeluarkan dengan mengguncangkan grate dan dibuang melalui lubang pembuangan pada reaktor.
Melepaskan wadah penampung tar dari reaktor, lalu membuka penutupnya. Melepaskan aluminium foil di dinding bagian dalam wadah, kemudian mengeringkan tar yang menempel di alumunium. Tar yang sudah mengering, ditimbang dan dicatat berat keringnya sesuai yang tertera pada timbangan dijital.
Pengulangan Pengujian Melakukan kembali pengujian dengan mengulang langkah set-up bahan bakar, hingga langkah selesai pengujian. Hal yang berbeda hanya saat tahap ignisi, regulator yang dipasang ke blower disetel pada 175V dan 250V untuk pengambilan data profil temperatur producer gas dan kualitas producer gas pre-treatment sebanyak dua kali.
3.7.2.b Pengujian Pembangkitan Energi Lisrik Dengan PLTB Set-up Bahan Bakar Sama seperti pengujian sebelumnya, bahan bakar yang dipakai masih serupa dengan pengkondisian yang sama pula.
82
Persiapan Awal (30 menit)
Menimbang arang kayu dan kelapa yang telah disesuaikan ukurannya sebanyak 1 kg. Kemudian menimbang sekam padi sebanyak 1,5 kg, seluruh bahan bakar disiapkan ke dalam karung yang siap untuk diambil.
Memasangkan dua blower kembali untuk menyuplai udara gasifikasi pada port yang telah disediakan. Pastikan kembali katup pengatur debit pada blower terbuka sempurna, dan blower pada kondisi off.
Menghubungkan semua kabel daya blower pada regulator untuk blower, pastikan setelan regulator pada 0 V.
Membuka tutup gasifier dengan mengendurkan lengan pengunci, lalu melepaskannya dari gasifier. Selanjutnya pasangkan kembali lembaran alumunium foil setebal ± 10 mm pada permukaan bawah tutup gasifier. Terakhir, membiarkan dulu gasifier terbuka untuk memasukan bahan bakar.
Mengendurkan baut penutup port termokopel nomor 3 di reaktor untuk mengukur temperatur zona oksidasi.
Menyiapkan siklon, venturi scrubber, rotary separator, lalu menggabungkannya menjadi satu paket IGCS. Selanjutnya, mengecek kembali apakah pada setiap sambungan ada kebocoran. Apabila terdapat kebocoran, oleskan red silikon di permukaannya, dan mengencangkan kembali baut yang belum dikencangkan.
Memasangkan IGCS pada saluran luaran producer gas, dengan diikat menggunakan baut pada flange-Nya.
Menyiapkan pompa air, lalu menyambungkan pompa ke venturi scrubber.
83
2
8
4 5
6 1 7 7
3
Keterangan 1. Regulator blower 2. blower 3. Regulator pompa 4. Gasifier 5. IGCS FT UNILA
9
6. Genset 7. Instalasi bola lampu 8. Pompa air venturi scrubber 9. Baskom
Rachmat Cahaya Putra – Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung
Tugas Akhir 2012
Gambar 3.28. Instalasi Pengujian Pembangkitan Daya
Menyiapkan baskom, dan mengisi penuh baskom tersebut dengan air. Baskom ditempatkan di bawah instalasi pompa air. Menyiapkan juga baskom untuk menampung limbah air buangan venturi.
Menghubungkan kabel pompa air ke regulator, selanjutnya menyetel regulator tersebut pada 0 V.
Menghubungkan juga kabel exhaust fan pada rotary separator ke regulator yang disediakan, dan posisikan setelan pada 0V.
Menyiapkan genset dan memasangkan selang dari salah satu pipa saluran masukan pada genset ke luaran IGCS.
Menyambungkan instalasi bola lampu untuk mengukur daya luaran, ke steker yang terdapat di genset.
84
Pembakaran awal (+30 menit)
Memasukan arang kelapa dan arang kayu dari dasar permukaan reaktor (grate) sebanyak 1 kg sampai batas yang terlihat pada gambar 3.27. Kemudian menambahkan batok kelapa dan diatasnya diberikan sabut kelapa.
Menyiram sedikit minyak tanah ke dalam gasifier, dan gunakan kertas atau sabut kelapa sebagai penyulut proses pembakaran.
Menunggu sesaat, hingga bahan bakar tersebut mulai terbakar. Kemudian menghidupkan blower dengan menyetel regulator pada 250 V, untuk mempercepat transformasi bahan bakar menjadi bara seutuhnya.
Apabila nyala api padam, melakukan penyulutan berulang hingga api dapat membakar arang.
Setelah 20 menit buka port pengukuran nomor 3, lalu memasukan termokopel hingga masuk kedalam throat. Apabila temperatur bahan bakar di dalam throat telah mencapai 700-800oC, matikan seluruh blower dan putar regulator pada 0V.
Pembangkitan Energi Listrik
Menambahkan sekam padi kedalam reaktor,kemudian menutup gasifier, lalu mengunci rapat tutup reaktor.
Menghidupkan seluruh blower lalu menyetel regulator pada 100 V, dan menunggu ± 3-5 menit hingga timbul asap pekat kehijauan keluar dari saluran keluar producer gas di gasifier.
85
Memastikan apakah asap tersebut mampu dibakar dengan memantik dari ujung selang. Jika terbakar, kepekatan asap menandakan banyak terdapat komponen mampu bakar pada producer gas.
Menghidupkan pompa air venturi scrubber serta menghidupkan exhaust fan dengan menyetel kedua regulator di 250 V. Parameter merupakan referensi dari hasil pengujian IGCS optimum yang telah dilakukan [53].
Menyambungkan kembali selang ke pipa saluran bahan bakar pada genset.
Mengecilkan bukaan katup bahan bakar dan membuka penuh katup udara. Setelah itu men-starter genset seraya mengatur bukaan katup bahan bakar hingga genset bekerja.
Setelah genset bekerja, hidupkan stopwatch dan menghidupkan instalasi lampu.
Mencatat durasi genset bekerja dan jumlah lampu yang menyala.
Apabila genset sudah tidak bekerja lagi, artinya kandungan gas mampu bakar sudah sangat minim untuk dibakar di ruang pembakaran. Matikan stopwatch untuk menghentikan pengukuran.
Melepaskan selang bahan bakar dari genset, mematikan pompa sekaligus exhaust fan.
Membiarkan blower tetap menyala untuk membuang residu dan asap yang masih tersisa di dalam reaktor.
Selesai pengujian
Setelah ±10 menit, mematikan seluruh blower, mencabut stop kontak, lalu mencabutnya dari konektor ke reaktor.
86
Membuang limbah air dari proses scrubbing yang tertampung pada wadah.
Membuka tutup gasifier agar temperatur di dalam reaktor menurun, dan mendiamkan ± 2 jam. Apabila reaktor sudah mulai dingin dan bara sudah tidak ada, abu sisa pembakaran dikeluarkan dengan menggoyangkan grate dan dibuang melalui lubang pembuangan.
Mengisi kembali baskom penampung air untuk pengujian berikutnya.
Pengulangan pengujian Melakukan kembali pengujian dengan langkah yang serupa. Akan tetapi pada langkah pembangkitan energi listrik, blower suplai udara gasifikasi disetel pada 175V setelah itu 250V.
