Oleh : Dimas Setiawan ( ) Pembimbing : Dr. Bambang Sudarmanta, ST. MT

Karakterisasi Proses Gasifikasi Downdraft Berbahan Baku Sekam Padi Dengan Desain Sistem Pemasukan Biomassa Secara Kontinyu Dengan Variasi Air Fuel Ratio Oleh : Dimas Setiawan (2105100096) Pembimbing : Dr. Bambang Sudarmanta, ST. MT.

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2011

LATAR BELAKANG Ketergantungan terhadap Minyak Bumi

Krisis Energi

Tuntutan Penggunaan Energi Alternatif Yang Renewable

Indonesia Sebagai Negara Agraris

Sekam Padi Melimpah

Sumber Energi Baru


Biomassa Sekam Padi

Gasifikasi

Energi Renewable

Downdraft Kelebihan : Mampu menghasilkan gas yang rendah Tar JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2011

Perumusan Masalah • Bagaimana melakukan konversi biomassa menggunakan reaktor gasifikasi downdraft • Mencari desain sistem pengumpan bahan baku yang optimal • Bagaimana mengidentifikasi zona tahapan proses gasifikasi


Tujuan Penelitian • Karakterisasi proses gasifikasi meliputi : 1. distribusi suhu, 2. identifikasi zone proses, 3. kesetimbangan massa dan energi selama proses, 4. komposisi gas yang dihasilkan 5. efisiensi thermal • Korelasi kecepatan suplai udara terhadap distribusi temperatur di dalam reaktor, kesetimbangan massa, laju alir massa syngas, dan pengaruh terhadap AFR • Mendapatkan combustible gas hasil proses gasifikasi dengan kandungan tar rendah


Batasan Masalah •Penelitian tidak dibahas mengenai desain pembuatan reaktor •Bahan baku yang digunakan adalah sekam padi dari penggilingan dengan moisture content 9%, dengan penyimpanan tertutup dari udara luar

•Penelitian ini tidak dibahas mengenai proses radiasi pada instalasi •Aliran udara sekitar melintasi reaktor secara cross flow


Tinjauan Pustaka Biomass Energy


Analisa Ultimate & Proximate Karakteristik Sekam Padi (Firsta Dita, 2009) Parameter Proximate Kandungan (%)

Moisture Content

Volatile Matter

Ash Content

Fixed Carbon

9.47

55.37

16.68

16.48

LHV (kJ/kg)

17600.18

Parameter Ultimate Kandungan (%)

C

H

O

N

S

42.54

4.99

37.75

0.2

0.04

Kandungan karbon dan oksigen menunjukan jumlah yang cukup dominan, unsur-unsur ini menjadi komponen utama dalam reaksi pembentukan syngas


Gasifikasi Teknologi Proses Konversi Biomassa

 Pemberian Panas  Oksigen Terbatas

Synthetic Gas CO, CO2, H2, dan CH4

 AFR < 1,5


Reaktor Downdraft Tahapan Proses : 1. Drying Zone Evaporasi → Menghilangkan Kandungan air 2. Pyrolisis Dekomposisi → Mengeluarkan Volatile 3. Partial Oxidation Eksoterm → Menghasilkan Panas 4. Reduction Endoterm → Menyerap Panas


Kesetimbangan Energi dan Massa Kesetimbangan Massa Energi Masuk

Kesetimbangan Energi

Dimana :

Energi Keluar

• Efisiensi Gasifikasi

• Heat Loss q”conv = h A (Ts - T ) Re

V .D

Pr

Nu

h.L k


PENELITIAN TERDAHULU “Hydrogen-rich gas production from biomass air and oxygen/steam gasification in a downdraft gasifier” Pengmei, dkk 2007 • Tren distribusi temperatur yang terjadi pada zona pembakaran atau zona oksidasi yang berfluktuatif. • Fenomena itu terjadi akibat distribusi oksigen pada reaktor yang tidak merata atau distribusi lokal. • Hal ini menunjukkan bahwa apabila reaktor dijalankan dengan menggunakan uap atau O2, maka aliran oksigen harus diatur dengan bertahap untuk menanggulangi akumulasi oksigen yang tibatiba, sehingga mampu memastikan kondisi proses gasifikasi berjalan pada tiap tingkatannya.


PENELITIAN TERDAHULU Budiartha, 2010

Dengan pemberian suplai udara yang besar, maka akan dihasilkan laju alir gas yang besar pula dengan kepekatan kandungan komposisinya bisa dikatakan sangat encer (CO2 tinggi). Keadaan saat gas bercampur dengan udara sekitar dan mulai terbakar akan menghasilkan warna lebih dominan rona merah yang memiliki jelaga dan radiasi panas tinggi, sehingga saat terbaca di termokopel, api pada variasi AFR tinggi ini akan menghasilkan temperatur yang paling tinggi pula. JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2011

Aplikasi Water Pump

Electric Generator

Diesel Engine


Skema Instalasi

Scrubber


Flowchart Percobaan A

Mulai

Pengolahan Biomassa

Studi Literatur : 1. Jurnal 2. Text Book

Pengujian Nilai Kalor Ash, Char, dan Syngas

Pengujian Propertis Sekam Padi

Pengolahan Data

Data Awal : - T udara ambient - T reaktor dan pipa

Pengaturan Variasi AFR dengan dimmer

-

-

Perhitungan : Kesetimbangan Massa Kesetimbangan Energi Heat Loss Perpindahan Panas Efisiensi Gasifikasi

Grafik : Distribusi Temp = f (dimmer) Air Fuel Ratio = f (dimmer) Kesetimbangan Massa = f (dimmer) Laju Alir Massa Gas = f (dimmer) η gasifikasi = f (dimmer)

Proses Pengujian Gasifikasi

Analisa Grafik Pencatatan Data Proses : - Distribusi Temp. - Laju Alir Massa Udara - Laju Alir Massa Gas Kesimpulan

Pencatatan Data Akhir : T sepanjang reaktor, Laju alir udara dan biomassa

A

Selesai

Hasil dan Pembahasan Profil Distribusi Temperatur Reaktor

Prosentase AFR Pada Masing-masing Dimmer


Kesetimbangan Massa

Massa masuk (kg/100menit)

Massa Keluar (kg)

Dim Bio

Udara 1

Udara 2

Total

Char

Ash

Syn-gas

Total

1

10

7,5

5.051

22.551

1.04

0.092

21.0841

22.21

2

10

7.5

4.236

1.09

0.13

19.4885

3

10

7.5

3.644

1.15

0.15

18.6907

4

10

7.5

2.88

1.21

0.176

18.1209

21.736 21.144 20.38

20.71 19.99 19.51

Selisih (kg) 0.33 1.03 1.15 0.87

Prosentase Laju Alir Massa Syngas


Visualisasi Api Saat Stabil


Sankey Diagram Heat Loss Energy (konveksi) 5%

Losses Energy (char+ash) 10,7 %

P R O S E S

Biomassa 97,8 %

Useful Energy (syngas) 43 %

Udara 2,2 % Losses Energy (unknown) 41,3 %


Efisiensi Gasifier

= 43,68 %


Kesimpulan 1. Air Fuel Ratio terbaik pada kondisi 1,25 dengan menghasilkan syn-gas yang combustible, yaitu ditandai dengan nyala api stabil 2. Penurunan suplai udara mengakibatkan penurunan juga pada laju alir massa syngas dan distribusi temperatur di reaktor 3. Losses energi cenderung semakin besar dengan semakin menurunnya suplai udara 4. Secara keseluruhan, efisiensi gasifikasi mencapai hingga 43,68 % pada AFR 1,25 5. Komposisi syngas yang dihasilkan dari proses didapatkan kadar H2, O2, N2, CO2, CO, CH4, C2H6 berturut-turut adalah sebesar 14,22 %, 8,29 %, 51,12 %, 8,82 %, 15,33 %, 1,52 %, dan 0,22 %, serta Low Heating Value (LHV)-nya sebesar 3289,38 kJ/kg.


Saran 1. 2.

3.

4. 5.

Perlu pendesainan ulang reaktor terkait dengan sistem pembuangan yang seharusnya kontinyu pula Proses sampling syngas hasil gasifikasi membutuhkan perlakuan yang lebih hati-hati untuk mendapatkan hasil pengukuran yang sempurna dan mewakili keadaan syngas sesungguhnya Agar syngas yang dihasilkan bisa termanfaatkan dengan sempurna, maka pembuatan pipa keluaran diletakkan pada posisi yang lebih rendah dari reaktor agar seluruh syngas mengalir keluar Adanya penelitian lebih lanjut mengenai proses pembersihan gas hasil gasifikasi Perlu adanya penelitian lebih lanjut mengenai pemanfaatan gas hasil gasifikasi agar nantinya bisa menjadi komoditi energi alternatif yang potensial untuk dikembangkan JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2011

Kritik dan Saran Sangat Kami Harapkan Demi Kesempurnaan Tugas Akhir


Oleh : Dimas Setiawan ( ) Pembimbing : Dr. Bambang Sudarmanta, ST. MT

Recommend Documents