TUGAS AKHIR
PENGARUH PENGGUNAAN FILTER DENGAN MEDIA ARANG TEMPURUNG KELAPA, ZEOLIT DAN SILICA GEL TERHADAP GAS YANG DIHASILKAN DARI REAKTOR GASIFIKASI
Disusun Sebagai Syarat Untuk Menyelesaikan Program Studi Strata Satu Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Disusun Oleh : ARIFIN FAJAR HIDAYAT D 200120149
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2017
i
ii
iii
iv
v
MOTTO
“Maka sesungguhnya bersama kesulitan ada kemudahan” (Al-Qur’an : Asy-Syarh :5)
“Man Jadda Wa Jadda” Barang siapa yang bersungguh - sungguh akan mendapatkannya.
“Pendidikan mempunyai akar yang pahit, tapi buahnya manis” (Aristoteles)
“Seseorang yang tak pernah membuat kesalahan, maka tak pernah mencoba sesuatu yang baru” (Albert Einstein)
“Kegagalan hanya terjadi bila kita menyerah” (B. J. Habibie)
vi
HALAMAN PERSEMBAHAN Dengan rasa syukur kehadirat Allah SWT, beserta Rasulnya, bangga, haru, serta bahagia yang mendalam setelah melewati berbagai cobaan, halangan maupun rintangan dalam perjuangan yang panjang, saya persembahkan tugas akhir ini kepada : 1. Bapak dan Ibu saya tercinta yang selalu mendoakan, memberi dukungan secara finansial, tenaga serta dorongan sepanjang waktu dan tak henti-hentinya memberikian motivasi kepada saya disaat dalam masalah hingga sampai mengantarkan saya sebagai seorang sarjana Teknik Mesin. 2. Seluruh keluarga besar yang telah memberikan dukungan semangat maupun dukungan secara finansial. 3. Teman – teman seperjuangan dalam penelitian Tugas Akhir Putut, Nur, Ari, Ari, Fery, Didik dan Rizky yang teleh membantu dalam penyelesaian laporan ini. 4. Semua teman–temanku Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta angkatan 2012 yang senantiasa memberi dukungan untuk menyelesaikan tugas akhir saya.
vii
PENGARUH PENGGUNAAN FILTER DENGAN MEDIA ARANG TEMPURUNG KELAPA, ZEOLIT DAN SILICA GEL TERHADAP GAS YANG DIHASILKAN DARI REAKTOR GASIFIKASI Abstrak Salah satu pemanfaatan energi biomassa untuk mendapatkan energi alternatif adalah menggunakan teknologi gasifikasi. Untuk mendapatkan gas yang dapat digunakan untuk proses selanjutnya, maka gas produk gasifikasi perlu dibersihkan. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penggunaan filter terhadap gas yang dihasilkan dari reaktor gasifikasi meliputi metode pendidihan air dan kalor yang dihasilkan. Penelitian ini menggunakan reaktor gasifikasi Fluidized Bed dengan variasi media filter berupa zeolit, arang tempurung kelapa, dan silica gel. Mengambil data dengan media bed berupa pasir silika sebanyak 10 kg, bahan bakar berupa sekam padi sebanyak 5 kg, dan mendidihkan air sebanyak 2 liter. Data yang diambil adalah temperatur reaktor, temperatur nyala api, dan temperatur pendidihan air dengan pencatatan data setiap 2 menit. Hasil dari penelitian menunjukkan pengaruh penggunaan media filter terhadap gas produk gasifikasi. Pada variasi tanpa filter didapatkan temperatur nyala api tertinggi 589 °C, lama pendidihan 26 menit, dan kalor yang dihasilkan sebesar 1280,584 kJ. Pada variasi filter arang tempurung kelapa didapatkan temperatur nyala api tertinggi 955 °C, lama pendidihan 16 menit, dan kalor yang dihasilkan sebesar 2408,944 kJ. Pada variasi filter zeolit didapatkan temperatur nyala api tertinggi 657 °C, lama pendidihan 16 menit, dan kalor yang dihasilkan sebesar 1844,795 kJ. Pada variasi filter silica gel didapatkan temperatur nyala api tertinggi 634 °C, lama pendidihan 20 menit, dan kalor yang dihasilkan sebesar 2182,861 kJ. Pada variasi filter campuran didapatkan temperatur nyala api tertinggi 561 °C, lama pendidihan 34 menit, dan kalor yang dihasilkan sebesar 1844,665 kJ. Kata Kunci : Arang tempurung kelapa, Fluidized Bed Gasifier, Kalor, Silica gel, Zeolit. Abstract One of utilization of biomass energy to get an alternative energy is gasification technology. To get gases that can be use on the next process, the gases need to be cleaned. This study aimed to determine the effect of using filter on the gas produced by fluidized bed gasifier reaktor includes boilling water methods and the heat are produced. This research using Fluidized Bed reactor and variation of the filter media with Coconut Shell Charcoal, zeolite and silica gell. Retrieve data with bed media 10 kg of resin sands, 5 kg of rice husks, and boilling 2 litre of waters, and record the reactor temperature, fire temperature, and water boilling temperature every 2 minutes. The research results showed the effect of using filter
viii
media on the gas product by gasification. On unfiltered gas obtained the highest fire temperature at 589 °C, boilling water along 26 minutes and producting 1280, 584 kJ of heat. On Coconut Shell Charcoal filter obtained the highest fire temperature at 657 °C, boilling water along 16 minutes and producting 2408,944 kJ of heat. On zeolite filter obtained the highest fire temperature at 955 °C, boilling water along 16 minutes and producting 1844,795 kJ of heat. On silica gell filter obtained the highest fire temperature at 634 °C, boilling water along 20 minutes and producting 2182,861 kJ of heat. On mixtured filter obtained the highest reactor temperature at 341,03 °C, the highest fire temperature at 561 °C, boilling water along 34 minutes and producting 1844,665 kJ of heat. Keywords: Coconut Shell Charcoal, Fluidized Bed Gasifier, Heat, Silica gell, Zeolite.
ix
KATA PENGANTAR
Assalamu’allaikum Wr. Wb. Alhamdulillah puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT. Yang telah memberikan rahmat-Nya kepada penulis sehingga laporan penelitian tugas akhir berjudul “PENGARUH PENGGUNAAN FILTER DENGAN MEDIA ARANG TEMPURUNG KELAPA, ZEOLIT DAN SILICA GEL
TERHADAP
GAS
YANG
DIHASILKAN
DARI
REAKTOR
GASIFIKASI” dapat terselesaikan atas dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan ini penulis dengan ketulusan dan kerendahan hati ingin menyampaikan terimakasih dan penghargaan sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak dan ibu tercinta yang selalu memberikan doa beserta dukungannya, perhatian serta kasih sayang yang begitu istimewa dan sangat luar biasa sehingga penulis bisa menyelesaikan gelar Sarjana Teknik ini. 2. Bapak Ir. Sri Sunarjono, MT., Ph.D. sebagai Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 3. Bapak Tri Widodo Besar Riyadi, ST., Msc., Ph.D, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta. 4. Bapak Nur Aklis, ST., M.Eng. Selaku pembimbing utama yang telah memberikan pengarahan, bimbingan dan saran hingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan.
x
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ................................................................................
i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ....................................................
ii
HALAMAN PERSETUJUAN
.................................................................
iii
HALAMAN PENGESAHAN ...................................................................
iv
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR
...........................................................
v
MOTTO .................................................................................................
vi
HALAMAN PERSEMBAHAN ................................................................... vii ABSTRAKSI ........................................................................................... viii KATA PENGANTAR .............................................................................. DAFTAR ISI
x
.......................................................................................... xii
DAFTAR GAMBAR ............................................................................... xv DAFTAR TABEL
................................................................................... xvii
DAFTAR SIMBOL .................................................................................. xviii
BAB I PENDAHULUAN
.......................................................................
1
1.1 Latar Belakang .....................................................................
1
1.2 Rumusan Masalah
...............................................................
3
1.3 Batasan Masalah
.................................................................
3
1.4 Tujuan Penelitian
.................................................................
4
1.5 Manfaat Penelitian
...............................................................
4
1.6 Sistematika Penulisan ..........................................................
5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ..............................................................
7
2.1 Tinjauan Pustaka
.................................................................
7
..........................................................................
9
2.2.1 Biomassa .........................................................................
9
2.2 Dasar Teori
2.2.2 Karakteristik Biomassa (Sekam Padi) .............................. 12 2.2.3 Gasifiasi ........................................................................... 14 2.2.3.1 Definisi Gasifikasi
...................................................... 14
2.2.3.2 Proses Gasifikasi ....................................................... 15
xii
2.2.3.3 Reaktor Gasifikasi
..................................................... 17
2.2.3.4 Kondisi Operasi Proses Gasifikasi ............................. 25 2.2.4 Pembersihan Gas Hasil Gasifikasi ................................... 26 2.2.4.1 Teknologi Pembersih Partikulat ................................. 27 2.2.4.2 Media Pembersih Gas .................................................. 34 2.2.5 Kalor
................................................................................ 37
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Tahapan Penelitian
.................................................. 40
.............................................................. 40
3.1.1 Diagram Alir Penelitian
.................................................... 40
3.2 Alat dan Bahan ..................................................................... 41 3.2.1 Alat ................................................................................... 41 3.2.2 Alat Pelengkap .................................................................... 42 3.2.3 Bahan
.............................................................................. 43
3.3 Instalasi Penelitian
............................................................... 44
3.4 Desain Filter ......................................................................... 45 3.5 Langkah-langkah Penelitian ................................................. 45 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................... 47 4.1 Validasi Temperatur Reaktor 4.2 Temperatur Nyala Api
............................................... 47
.......................................................... 48
4.2.1 Temperatur Nyala Api Percobaan Tanpa Filter ................ 48 4.2.2 Temperatur Nyala Api Percobaan Filter Arang Tempurung Kelapa................................................................................. 49 4.2.3 Temperatur Nyala Api Percobaan Filter Zeolit ................... 50 4.2.4 Temperatur Nyala Api Percobaan Filter Silica Gel ............. 51 4.2.5 Temperatur Nyala Api Percobaan Filter Campuran ........... 52 4.2.6 Perbandingan Temperatur Nyala Api ............................... 53 4.3 Temperatur Pendidihan Air
.................................................. 54
4.3.1 Temperatur Pendidihan Air Percobaan Tanpa Filter ........ 54 4.3.2 Temperatur Pendidihan Air Percobaan Filter Arang Tempurung Kelapa
.......................................................... 55
4.3.3 Temperatur Pendidihan Air Percobaan Filter Zeolit ............ 56
xiii
4.3.4 Temperatur Pendidihan Air Percobaan Filter Silica Gel .... 56 4.3.5 Temperatur Pendidihan Air Percobaan Filter Campuran .. 57 4.3.6 Perbandingan Temperatur Pendidihan Air ....................... 58 4.4 Perhitungan Kalor
................................................................ 59
4.4.1 Perhitungan Kalor Sensibel ............................................... 59 4.4.2 Perhitungan Kalor Laten
.................................................. 60
4.4.3 Perhitungan Kalor Total ..................................................... 61 4.4.4 Perbandingan Kalor ......................................................... 62 BAB V PENUTUP ................................................................................. 64 5.1 Kesimpulan 5.2 Saran
.......................................................................... 64
................................................................................... 65
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Rute Konversi Thermal Biomassa
................................... 14
Gambar 2.2 Skema Reaktor Fixed Bed Aliran Counter-Curren dan Co-Current ....................................................................... 19 Gambar 2.3 Skema Reaktor Bubbling Fluidized Bed ........................... 21 Gambar 2.4 Skema Reaktor Circulated Fluidized Bed Gambar 2.5 Skema Reaktor Entrained Flow
........................ 22
....................................... 24
Gambar 2.6 Teknologi Pembersih Gas ................................................ 27 Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian
.................................................... 40
Gambar 3.2 Instalasi Penelitian ........................................................... 44 Gambar 3.3 Desain Filter ..................................................................... 45 Gambar 4.1 Grafik Validasi Temperatur Reaktor ................................. 47 Gambar 4.2 Grafik Temperatur Nyala Api Percobaan Tanpa Filter
..... 48
Gambar 4.3 Grafik Temperatur Nyala Api Percobaan Filter Arang Tempurung Kelapa
.......................................................... 49
Gambar 4.4 Grafik Temperatur Nyala Api Percobaan Filter Zeolit
...... 50
Gambar 4.5 Grafik Temperatur Nyala Api Percobaan Filter Silica Gel .. 51 Gambar 4.6 Grafik Temperatur Nyala Api Percobaan Filter Campuran.. 52 Gambar 4.7 Grafik PerbandinganTemperatur Nyala Api
..................... 53
Gambar 4.8 Grafik Temperatur Pendidihan Air Percobaan Tanpa Filter 54 Gambar 4.9 Grafik Temperatur Pendidihan Air Percobaan Filter Arang Tempurung Kelapa ............................................................. 55 Gambar 4.10 Grafik Temperatur Pendidihan Air Percobaan Filter Zeolit 56 Gambar 4.11 Grafik Temperatur Pendidihan Air Percobaan Filter Silica Gel ................................................................................... 57 Gambar 4.12 Grafik Temperatur Pendidihan Air Percobaan Filter Campuran ....................................................................... 57 Gambar 4.13 Grafik Perbandingan Temperatur Pendidihan Air
.......... 58
Gambar 4.14 Grafik Perhitungan Kalor Sensibel ................................. 59 Gambar 4.15 Grafik Perhitungan Kalor Laten......................................... 60
xv
Gambar 4.16 Grafik Perhitungan Kalor Total ....................................... 61 Gambar 4.17 Grafik Perbandingan Kalor
xvi
............................................ 62
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Aspek-aspek teknis Gasifikasi Menggunakan Fluidized Bed ....................................................................................... 23 Tabel 2.2 Rangkuman Data Kondisi Operasi Beberapa Jenis Gasifikasi
............................................................................. 26
xvii
DAFTAR SIMBOL
Simbol
Satuan
QS
= Kalor Sensibel
[Joule]
m
= Massa bahan bakar
Cp
= Kalor jenis air
ΔT
= Perubahan Suhu
QL
= Kalor Laten
muap
= Massa uap air
hfg
= Enthalpi penguapan
[kJ/kg]
ma
= Massa air mula-mula
[kg]
mb
= Massa air akhir
[kg]
QT
= Kalor Total
[kg] [kJ/kg°C] [°C] [Joule] [kg]
[Joule]
xviii
