LAPORAN AKHIR PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI
TRANSFER ENERGI DENGAN PENGIDENTIFIKASIAN ENTALPI (PANAS REAKSI) PRODUK PIROLISIS BIOMASSA PENGHASIL BAHAN BAKAR ALTERNATIF Tahun ke 2 dari rencana 3 tahun
Dr. Eng. WIDYA WIJAYANTI, ST, MT FEMIANA GAPSARI, ST, MT PURNAMI, ST, MT
NIDN : 0002087503 NIDN : 0004078203 NIDN : 0007077709
Dibiayai oleh : Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi, Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan, Melalui DIPA Universitas Brawijaya Nomor : 023.04.2.414989/2014, Tanggal 5 Desember 2012, dan berdasarkan SK Rektor Universitas Brawijaya Nomor 157 Tahun 2014 tanggal10 April 2014
UNIVERSITAS BRAWIJAYA NOVEMBER 2014
RINGKASAN
Penelitian tentang energi alternatif kali ini akan dilakukan dengan metode pirolisis. Tujuannya adalah untuk mengubah biomasa menjadi bahan bakar alternatif. Untuk mewujudkan metode pengkonversian energi ini, diperlukan sebuah piroliser yang efektif dan efisien, dimana proses transport yang terjadi selama proses perlu untuk diketahui. Karena transfer energi yang terjadi selama pirolisis tidak hanya menyangkut transfer panas, tetapi juga menyangkut transfer masa perubahan wujud secara kimia, maka perlu dilakukan penelitian mengenai reaksi kimianya. Salah satu physical properties yang sangat berpengaruh pada reaksi kimianya adalah entalpi yang selama ini nilainya dianggap konstan. Pada penelitian sebelumnya (Widya, 2012) diketahui bahwa entalpi sangat dipengaruhi oleh temperatur prosesnya dimana entalpi pirolisis merupakan fungsi temperatur yang terus berubah selama proses. Adapun tujuan dari penelitian ini adalah pengidentifikasian entalpi dengan cara mengukur nilai kalor bahan bakarnya; bahan bakar padat, cair, dan gas dengan menggunakan metode eksperimen. Tahun pertama penelitian sudah berhasil mendapatkan nilai entalpi untuk produk char dan tar. Selanjutnya, pada penelitian tahun kedua ini, nilai entalpi gas (CO2, CO, CH4 and H2). didapatkan dari flow rate gas generation dengan prosentase komposisi gasnya. Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai enthalpi berubah akibat perubahan temperatur pirolisis. Adapun besarnya nilai enthalpi dinyatakan dengan suatu tabel dan persamaan enthalpi yang tergantung pada temperatur pirolisis serta kondisi spesifik yang lain, seperti biomasa yang digunakan dan besarnya heating rate. Tujuan jangka panjang dari penelitian ini adalah dilakukannya validasi secara numerik dengan memasukkan nilai entalpi terukur ke dalam persamaan transfer energi. Diharapkan, setelah diketahui seberapa besar entalpi yang dihasilkan, maka penyelesaian persamaan transfer energi dapat digunakan untuk memprediksi proses perpindahan panas dan reaksi kimianya, sehingga dapat diketahui temperatur optimal, waktu proses (residence time), serta dimensi yang tepat untuk perencanaan sebuah gasifier yang handal Kata kunci : gas, pirolisis, entalpi, kayu
SUMMARY
The research of alternative energy would be done by pyrolysis method. The goal is to convert biomass to be alternative fuels. To realize this sheme, it would be required an effective and efficient piroliser, in which transport processes occuring the process needs to be understood. Because the energy transfer occurring pyrolysis not only involves the heat transfer, but also involves the transfer of changes in chemical form, so that it was necessary to research on chemical reactions. One of the physical properties that greatly affect the chemical reaction was the entalpi considered as a constant value. However, in the previous study (Widya, 2012), it was known that the entalpi was strongly influenced by the temperatur of the pyrolysis process, so that the pyrolysis entalpi was a function of temperatur, it was not constant during the process, it changes during the process. The purpose of the study was the identification of the entalpi by measuring the calorific value of the fuel; solid fuels and liquid, also calculating the entalpi of produced gas by using the experimental method. The first year of the study accomplished the value of the entalpi of char and tar products states in the equations as the temperatur function. Subsequently, in the second year of the study, the calculated value of the gas entalpi would be obtained from the flow rate of gas generation with percentage of gas compositions. The results showed that the value of the entalpi change due to changes in temperatur pyrolysis. The value of the entalpi was expressed by an equation and some tables that depends on temperatur. The long term goal of the research is to validate all the entalpi products of pyrolysis considered in the pyrolysis process numerically. It replaces the values or equations into the energy transfer equation by replacing the measured enthalpies. Hopefully, it will be known how much the entalpi will be generated in chemical reaction, then the completion of the transfer of energy equation can be used to predict the energy transfer. It will be used to calculate the optimal temperatur, process time (residence time), as well as the exact dimensions for planning a reliable gasifier. Keywords : gas, pyrolysis, entalpi, wood
ABSTRAK
Penelitian tahun kedua ini dilakukan untuk mendapatkan nilai entalpi gas (CO2, CO, CH4 and H2)., yaitu besarnya entalpi atau energi yang terkandung pada produk pirolisis yang berwujud gas. Adapun nilai entalpi gas didapatkan dari data penelitian dimana nilai entalpi didapatkan dari perhitungan dengan mengalikan flow rate dengan waktu pirolisis, sehingga nilai molar konsentrasi gas bisa didapatkan dari molar masa gas, dikalikan dengan tekanan 1 atm dan volumenya yang dikalikan dengan perolehan prosentasi komposisi gas, selanjutnya dibagi dengan konstanta gas ideal dan temperatur pirolisis biomasanya. Nilai entalpi gas kemudian didapatkan dengan jalan mengalikan nilai molar dengan berat molekul gasnya. Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai enthalpi berubah akibat perubahan temperatur pirolisis. Adapun besarnya nilai enthalpi dinyatakan dengan suatu tabel enthalpi yang tergantung pada temperatur pirolisis serta kondisi spesifik yang lain, seperti biomasa yang digunakan dan besarnya heating rate. Kata kunci : gas, pirolisis, entalpi, kayu
ABSTRACT The research was conducted to obtain the value of the entalpi of the gas (CO2, CO, CH4 and H2). It was the amount of energy contained in the gaseous pyrolysis products. Firstly, to obatian the gas entalpi values, it considered from the experimental study in which the entalpi values obtained from the calculated results of multiplying among the flow rate, the molar concentration of the gas obtained from the elapsed time of molar gas, the pressure of 1 atm, and the volume. The gas volume was gained from multiplying the percentage of gas composition with the pyrolysis time, further it was divided by the ideal gas constant and temperatur pyrolysis of biomass. Finally, each the entalpi of gas compound value was calculated by multiplying the value of molar gas and the molecular weight. The results showed that the values of the entalpi depended on the changes of pyrolysis temperaturs. Then, the value of the entalpi was expressed by tabulating the entalpi values depends on the pyrolysis temperatur in some pyrolysis condition as feedstock stype and the used heating rate. Keywords : gas, pyrolysis, entalpi, wood
DAFTAR PU STAKA 1. Di Blasi, C., 2008,Modeling Chemical and Physical Processes of Wood and Biomass Pyrolisis, Progress in Energy and Combustion Science 34, pp. 47– 99. 2. Koufopanos, et al, 1991, Modelling of the pyrolysis of biomass particles. Studies on kinetics, thermal and heat transfer effects, The Canadian Journal of Chemical Engineering, pages 907–915. 3. Babu, B.V., et al, 2004, Heat transfer and kinetics in the pyrolysis of shrinking biomass particle, Chemical Engineering Science, Volume 59, Issue 10, May 2004, Pages 1999–2012 4. Tanoue, K., T. Hinauchi, T. Oo, T. Nishimura, M. Taniguchi, and K. Sasauchi, 2007, Modeling of heterogeneous chemical reactions caused in pyrolysis of biomass particles, Advanced Powder Technology 18, 825-840. 5. Tanoue K., Widya W., et al, 2009,Numerical Simulation of Heat Transfer through the Pyrolysis of Woody Biomass, 9AIChE - 2009 AIChE Annual Meeting, Conference 6. Tanoue, K., Widya, W., Yamasaki, K., Kawanaka, T., Yoshida, A., Nishimura, T., Taniguchi, M., Sasauchi, K., 2010, Numerical Simulation of the thermal conduction of packed bed of woody biomass particles accompanying volume reduction induced by pyrolysis, J. Jpn. Inst. Energy, 89 (10), 948. 7. Tanoue K., Widya W., et al, 2010, Effect of the Volume Reduction On the Thermal Conduction Through the Pyrolysis of the Biomass, 10AIChE - 2010 AIChE Annual Meeting, Conference Proceedings 8. Widya W, Tanoue, K., et al, 2011, Rule of thumb for simulating biomass pyrolysis in packed bed reactor, 11AIChE - 2011 AIChE Annual Meeting, Conference Proceedings 9. Mohan et al.; 2005: Pyrolysis of wood/Biomass for Bio-oil: A Critical Review; Department of Chemistry, Mississippi State University, USA. 10. Y.S Kim et al.,2003, J.anal. Appl. Pyrolysis 70 (2003) 11. Widya W., Mega S., 2012, Reduksi Volume Dan Pengarangan Kotoran Sapi Dengan Metode Pirolisis, Jurnal Rekayasa Mesin Vol.3, No. 2 Tahun 2012:343-349. ISSN 0216-468X 12. Widya W., Mega S., Meidiana C., Yuliati L., Metode Pirolisis Untuk Penanganan Sampah Perkotaan Sebagai Penghasil Bahan Bakar Alternatif, Jurnal Rekayasa Mesin, 2013 (in print)
