PERANCANGAN DAN PEMBUATAN REAKTOR GASIFIKASI DENGAN BAHAN BAKAR CAMPURAN BONGGOL JAGUNG DAN SEKAM PADI
TUGAS SARJANA Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
Oleh
Ery Ferdian Sanusi 13103055
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2007
Lembaran Pengesahan
Tugas Sarjana
Perancangan dan Pembuatan Reaktor Gasifikasi dengan Bahan Bakar Campuran Bonggol Jagung dan Sekam Padi
Oleh
Ery Ferdian Sanusi 13103055
Program Studi Teknik Mesin Institut Teknologi Bandung
Disetujui pada Tanggal: 21 Januari 2008
Dosen Pembimbing
Dr. Ir. Willy Adriansyah NIP 132 142 239
Judul
Program Studi
Tugas Sarjana Perancangan dan Pembuatan Reaktor Gasifikasi dengan Bahan Bakar Campuran Bonggol Jagung dan Sekam Padi Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Bandung
Ery Ferdian Sanusi
13103055
Abstrak Ketergantungan manusia terhadap bahan bakar tak terbarukan dirasa semakin meningkat, sedangkan ketersediaannya semakin menipis. Salah satu solusi untuk mengatasi permasalahan ini adalah dengan memanfaatkan energi terbarukan dari limbah pertanian yang banyak dimiliki oleh negara agraris seperti Indonesia. Limbah pertanian yang umumnya berupa padatan, dapat dimanfaatkan energinya dalam bentuk yang lebih disukai melalui proses gasifikasi. Selain menghasilkan gas yang mudah dibakar, proses ini juga lebih ramah lingkungan jika dibandingkan dengan pembakaran langsung. Keuntungan lainnya adalah teknologi ini relatif sederhana sehingga dapat diaplikasikan langsung di masyarakat. Penelitian mengenai gasifikasi biomassa telah dilakukan sebelumnya di Laboratorium Termodinamika PAU-ITB oleh Willy Adriansyah melalui pembuatan prototipe reaktor gasifikasi berbahan bakar sekam padi. Penelitian yang dilakukan dalam Tugas Sarjana ini adalah untuk mengembangkan prototipe reaktor gasifikasi tersebut menjadi suatu sistem gasifikasi dengan skala yang lebih besar. Sementara itu, guna meningkatkan daya keluaran reaktor, maka dalam penelitian Tugas Sarjana ini bahan bakar sekam padi dicampur dengan bahan bakar biomassa lain yang memiliki kandungan energi yang lebih besar yaitu bonggol jagung. Setelah melalui proses perancangan, reaktor gasifikasi kemudian dibuat dan diuji. Pengujian dilakukan untuk tiga jenis bahan bakar yaitu sekam padi, bonggol jagung dan campuran keduanya. Sampel gas hasil gasifikasi masingmasing bahan bakar diambil untuk diketahui komposisinya melalui kromatografi gas. Hasil kromatografi gas menunjukkan bahwa komposisi gas dan kandungan energi gas hasil gasifikasi masing-masing bahan bakar berbeda. Melalui pengolahan data hasil pengujian, diperoleh kesimpulan karakteristik gasifikasi campuran bonggol jagung dan sekam padi merupakan kombinasi dari karakteristik gasifikasi bonggol jagung dan gasifikasi sekam padi masing-masing.
Title
Major
Final Project Gasification Reactor Design and Ery Ferdian Sanusi Fabrication using mixture of Corn Cobs and Rice Husk as Fuel Mechanical Engineering 13103055 Faculty of Industrial Technology Institute of Technology Bandung Abstract
Human dependence on unrenewable energy is increasing while it reserve is decreasing. One of the solutions for this problem is by taking the benefit from renewable energy of agricultural waste which agricultural country such as Indonesia has in a lot of amount. Agricultural waste that usually in the form of solids can be used in another prefered form by gasification process. In addition to producing gas that can be easily burned, this process is also environmental friendly compared to direct combustion. Another advantage is that its technology is quite simple so it will be able to be applied directly in the society. Willy Adriansyah has previously done biomass gasification research in PAU-ITB Thermodynamic Laboratory through the production of gasification reactor prototype using rice husk as fuel. The objective of this Final Project is to develop the prototype into a larger scale. In the meanwhile, corncob, another biomass fuel that has larger energy content, is mixed with the rice husk to increase the power output from the reactor. After the designing process, the gasification reactor is then fabricate and tested. The test was conducted for three kind of biomass fuel that was rice husk, corncobs and the mixture of both. The sample of the produced gases are taken to determine
its
compositions
by
using
gas
chromatography
test.
The
chromatography test result shows that for different fuel used, the gas composition is differ. The conclusion can be taken by processing data from gasification reactor test result. It is concluded that the characteristics of gasification using mixture of corncob and rice husk was a combination of corncob gasification characteristics and rice husk gasification characteristics
KATA PENGANTAR
Segala puji bagi Allah SWT, penguasa semesta alam dan ilmu pengetahuan. Hanya dengan Rahmat dan Pertolongan-Nya lah penulis dapat merampungkan Tugas Sarjana ini. Banyak hikmah tersembunyi di balik tantangan dan ujian selama pengerjaan Tugas Sarjana ini. Namun semua tantangan, ujian kesabaran dan keikhlasan tersebut tidak mampu dilalui seandainya tidak ada bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan banyak terima kasih kepada: 1. Keluarga: Papa, Mama, Bundo, Ka Esa, Ka Upi, Sika, Mas Dwi, Aa Agus, Salma, Alif dan Fikri yang banyak memberi dukungan, serta do’a yang membuka jalan pertolongan Allah. 2. Bapak Dr.Ir. Willy Adriansyah selaku dosen pembimbing yang telah banyak membantu dan membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini, serta atas pandangan beliau mengenai bagaimana ilmu itu diterapkan yang menjadi inspirasi penulis serta orang di sekitarnya. 3. Teman-teman seangkatan di program studi teknik mesin. Ipen, Gute, Putra, Erwin, Iwan, Rendra, Reksa, Zidni, Ikun, Dygdha, Wayan, Ibham, Andra, Nichol, Botol, Boyat, Weka, Rayner dan semuanya. Saya punya banyak kenangan yang tidak mudah dilupakan. 4. Teman-teman yang banyak memberi bantuan, dukungan dalam pengerjaan Tugas Sarjana ini , Riza dan Arno. Serta Teko, Hengky, Heri, Sandhy, Tomi, Jon, Eka, Ruri, dan Arif yang menjadi sesama penghuni lab Termo yang turut memberi dukungan moril, ilmu dan bantuan lainnya. 5. Teman teman PS-ITB. Abdan, Dani, Drata, Mamin, Amril, Geta, Willy, Naldo, Pak Larso dan semuanya. Kalian semua telah membantu saya dalam menjaga kebugaran sehingga saya mampu menjalani hari-hari di kampus dengan fit. 6. Fitri yang sudah memberi warna dalam masa-masa terakhir saya di kampus. 7. Teman-teman SMP. Abo, Hardy, Novi, dan Novrian yang banyak membawa keceriaan.
i
8. Teman-teman sepermainan. Nyeu-nyeu, Eidel, Mprat, Hilman, Agha, Nicky, Maria, Shita, Pipin, Indra, Kohe, Dani, Phiew, Caca, Bangun, Elmo, 2-cool serta teman-teman V’03 lainnya. 9. Pak Aman, Pak Adong, Bu Tuti, Dosen-dosen Lab Termo dan Teknik Mesin atas ilmu dan semua bantuan yang diberikan. 10. Pak Heru, Nur dan Efrat. Terima kasih atas bantuannya. 11. Serta terima kasih untuk semua pihak yang tidak bisa disebutkan satu per satu di sini. Penulis memahami bahwa penyusunan Tugas Sarjana ini masih menyisakan berbagai kekurangan. Sehingga, semua kritik dan masukan akan menjadi sesuatu yang sangat berarti bagi penulis.
ii
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR
i
DAFTAR ISI
iii
DAFTAR GAMBAR
v
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR NOTASI
vii
BAB 1 PENDAHULUAN
1
1.1 Latar Belakang
1
1.2 Tujuan Penelitian
3
1.3 Metodologi Penelitian
3
1.4 Batasan Masalah
3
1.5 Sistematika Penulisan
4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
5
2.1 Pengertian Biomassa
5
2.2 Prinsip Dasar Gasifikasi Biomassa
5
2.3 Tipe-Tipe Reaktor Gasifikasi Biomassa
7
2.4 Hal-Hal Yang Perlu Dipertimbangkan Dalam Perancangan Reaktor Gasifikasi Biomassa
10
2.5 Aplikasi Gasifikasi Biomassa
12
BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN REAKTOR GASIFIKASI 3.1 Perancangan Reaktor Gasifikasi
13 13
3.1.1 Reaktor Gasifikasi
15
3.1.2 Mekanisme Pengeluar Arang
16
3.1.3 Perancangan Burner
16
3.1.4 Siklon
18
3.1.5 Pemilihan Blower dan Inverter
20
3.2 Proses Pembuatan Reaktor Gasifikasi
20
3.2.1 Proses Pembuatan Reaktor
20
3.2.2 Proses Pembuatan Siklon
22
3.2.3 Proses Pembuatan Burner
23
3.2.4 Proses Pembuatan Sistem Pengeluar Arang
23
3.2.5 Proses Perakitan
23
BAB IV PROSEDUR PENGUJIAN, PENGAMBILAN DATA, DAN PENGOLAHAN DATA
25
4.1 Prosedur Pengujian Gasifikasi Bonggol Jagung
25
4.2 Data Pengujian
27
4.3 Kromatografi gas
27
4.4 Pengolahan Data
28
4.4.1 Perhitungan Entalpi Pembakaran Gas Hasil Gasifikasi
28
4.4.2 Nilai Pemanasan Bawah Gas (LHV)
33
4.4.3 Laju Konsumsi Bahan Bakar
34
4.4.4 Laju Aliran Massa Gas
34
4.4.5 Daya Gas
35
4.4.6 Efisiensi Burner
35
4.4.7 Efisiensi Gasifikasi
36
4.3. Analisis BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
41
5.1 Kesimpulan
41
5.2 Saran
42
DAFTAR PUSTAKA
44
LAMPIRAN
46
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Skema reaktor gasifikasi tipe updraft ..................................................8 Gambar 2.2 Skema reaktor gasifikasi tipe downdraft..............................................9 Gambar 2.3 Skema reaktor gasifikasi tipe inverted downdraft..............................10 Gambar 3.1 Skema reaktor gasifikasi ....................................................................13 Gambar 3.3 Sketsa reaktor gasifikasi.....................................................................15 Gambar 3.4 Skema sistem pembuang arang ..........................................................16 Gambar 3.5 Sketsa rancangan burner....................................................................17 Gambar 3.6 Prinsip kerja siklon.............................................................................18 Gambar 3.7 Siklon yang digunakan.......................................................................19 Gambar 3.8 Blower dan Inverter ...........................................................................20 Gambar 3.9 Reaktor gasifikasi...............................................................................22 Gambar 3.10 Ruang Penampung Arang ................................................................23 Gambar 3.11 Sistem reaktor gasifikasi ..................................................................24 Gambar 4.1 Skema pembakaran pada burner........................................................29
v
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1. Data hasil pengujian
27
Tabel 4.2. Komposisi gas hasil uji kromatografi gas.
28
Tabel 4.3. Data hasil pengujian gasifikasi menggunakan tiga jenis bahan bakar
37
Tabel 4.4. Hasil uji kromatografi gas untuk tiga jenis bahan bakar.
38
Tabel 4.5. Hasil pengolahan data untuk tiga jenis bahan bakar.
39
Tabel 5.1. Kandungan gas sampel keluaran reaktor
41
Tabel 5.2. Hasil pengolahan data pengujian gasifikasi bahan bakar campuran
41
DAFTAR NOTASI
Anozzle −
Luas penampang lintang nozzle [m2]
cp
Panas spesifik dalam basis mol [kJ/(kmol.K)]
hP
Entalpi produk [kJ/kg]
hR
Entalpi reaktan [kJ/kg]
hRP
Entalpi pembakaran [kJ/kg]
−
h −
hP −
hR −
h RP
Entalpi spesifik dalam basis mol [kJ/kmol] Entalpi produk dalam basis mol [kJ/kmol] Entalpi reaktan dalam basis mol [kJ/kmol] Entalpi pembakaran dalam basis mol [kJ/kmol]
_
h of
Entalpi pembentukan standar [kJ/kmol]
LHV
Nilai panas bawah [kJ/kg]
mbahan bakar
Massa bahan bakar [kg]
M
Massa molekul [kg/kmol]
Mrata-rata
Massa molekul rata-rata [kg/kmol]
.
m bahan bakar .
Laju konsumsi bahan bakar [kg/hr]
m gas
Laju produksi gas [kg/hr]
nP
Mol produk
nR
Mol reaktan
p
Tekanan [atm]
Pmaks
Daya gas maksimum [kW]
Ploss
Daya gas yang hilang [kW]
Q
Energi panas [kJ/kg]
Qloss
Energi panas yang terbuang [kJ/kg]
tgasifikasi
Waktu pembakaran gas hasil gasifikasi [s]
T
Temperatur [k}
Vgas
Kecepatan gas [m/s]
vii
Ρ
Densitas [kg/m3]
ηburner
Efisiensi burner
ηgasifikasi
Efisiensi gasifikasi
viii
