BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.5 Deposit
2.5.1 Fouling
Fouling adalah akumulasi partikel pada permukaan aliran keluar flue gas, yaitu aliran flue gas yang melewati permukaan superheater, reheater dan aliran pipa penguapan. Fouling yang berkembang akan dapat menyebabkan bermacam- macam masalah seperti penurunan suhu uap pada keluaran (outlet) superheater dan re-heater, serta menyempit dan tersumbatnya jalur aliran gas [25].
Gambar 2.9 Fouling 2.5.2 Slagging
Slagging adalah fenomena menempelnya partikel abu baik yang berbentuk padat ataupun leburan pada permukaan dinding penghantar panas yang terletak di zona gas pembakaran suhu tinggi (high temperature combustion gas zone) sebagai akibat dari proses pembakaran. Seiring berjalannya waktu deposit ini akan semakin tebal dan akan mengisolasi proses perpindahan panas dari flue gas ke air [25].
Gambar 2.10 Slagging
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu 3.1.1 Tempat Penelitian
Adapun tempat dilaksanakannya penelitian adalah di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, jalan Almamater Kampus USU Medan, Laboratorium Pusat Penelitian Kelapa Sawit, jalan Brigjend Katamso, Medan dan Laboratorium Prestasi Mesin, Universitas Sumatera Utara, Kampus USU, Medan.
3.1.2 Waktu Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan selama kurang lebih 6 bulan, yaitu dimulai bulan Desember 2017 – Mei 2018. Hal ini sudah termasuk studi literatur dan pengolahan data hasil penelitian.
3.2 Identifikasi Penilitian
Metode eksperimental merupakan metode yang paling sering digunakan dalam menyelesaikan persoalan-persoalan yang terjadi di dunia keteknikan(engineering). Pada penelitian ini metode ekperimental digunakan untuk mendapatkan nilai proximate, nilai ultimate dan nilai kalor yang berasal dari biomassa jenis TKKS, cangkang dan serat sawit. Namun banyaknya kekurangan yang mungkin ditemukan dalam melaksanakan metode eksperimental sehingga muncul metode lain yang dapat digunakan dalam penyelesaian sebuah permasalahan yaitu metode simulasi. Metode simulasi adalah metode yang digunakan untuk memecahkan suatu masalah dengan membuat permodelan yang mendekati keadaan aktualdan menyelesaikannya dengan bantuan perangkat lunak dan computer.
Dalam metode simulasi, pemodelan yang mendekati kondisi actual merupakan hal yang penting. Hal ini dikarenakan agar hasil yang diperoleh akan
menggambarkan kondisi sebenarnya yang mempresentasikan keadaan sistem aktual. Begitu juga dalam permasalahan fenomena terbentuknya pottasium pada ketel uap. Simulasi akan sangat dibutuhkan mengingat apa saja komposisi kandungan bahan yang ada pada bahan bakar (biomassa). Pada penelitian ini, juga akan digunakan metode simulasi dalam penyelesaiannya dengan bantuan perangkat lunak Aspen Plus®.
3.3 Skema Penelitian
Dalam menyelasaikan penelitian ini adapun tahapan yang disusun adalah sebagai berikut:
1. Studi Masalah
Seperti yang sudah dijelaskan pada latar belakang bahwa masalah yang diangkat pada penelitian ini adalah efek samping dari penggunaan bahan bakar alternative. Tandan Kosong Kelapa Sawit pada ketel uap yang menyebabkan munculnya potassium dan fenomena fouling dan slagging.
2. Studi Literatur
Untuk menyelesaikan masalah tersebut, maka dicari berbagai literatur mengenai kandungan yang terdapat pada Tandan Kosong Kelapa Sawit yang mengakibatkan munculnya potassium dan fenomena fouling dan slagging pada ketel uap serta pencegahannya.
3. Solusi
Adapun solusi yang cukup menjanjikan ialah dengan membuat simulasi untuk campuran pada bahan bakar biomassa, melakukan variasi terhadap temperature pembakaran dan excess air yang bertujuan untuk mengurangi munculnya potassium yang berdampak pada fenomena slagging dan fouling,
4. Pengujian
Tahapan pengujian merupakan tahapan validasi solusi yang direncanakan.
Validasi dilakukan guna mengetahui bahwa hasil pengujian memiliki hasil yang valid dan dapat dijadikan acuan. Untuk itu, pada penelitian ini tahapan validasi
yang dilakukan adalah mengetahui komposisi tandan kosong kelapa sawit yang berpotensi menimbulkan potassium dan juga proses pembentukan fouling dan slagging itu sendiri. Secara lengkap alur penelitian ini dapat dilihat pada diagram alir berikut (Gambar 3.1) dibawah ini. Dimana pada diagram alir tersebut digambarkan bahwa pada penelitian ini menggunakan tiga jenis bahan bakar biomassa dengan masing-masing dilakukan pengujian nilai kalor serta kualitas bahan bakar yaitu analisa proksimat dan Analisa ultimat pada ketiga biomassa tersebut. Setelah data didapatkan, selanjutnya dilakukan input dan set modelling pada pembakaran. Selanjutnya melakukan simulasi pembakaran biomassa menggunakan perangkat lunak Aspen Plus V.10
Gambar 3.1 Diagram Alir Pengujian
3.4 Variabel Penelitian
Variabel penelitian adalah suatu bentuk atribut-atribut objek penelitian yang dipelajari dengan mengkondisikan salah satu atributnya. Dalam penelitian biasanya terdapat 3 variabel yang menjadi titik acu penelitian tersebut. Adapun variabel pada penelitian ini adalah;
1. Variabel bebas, adapun variabel bebas yang digunakan pada penelitian ini adalah:
a. Waktu penjemuran sampel untuk menurunkan moisture content selama 2.5 jam.
b. Jenis sampel bahan bakar. Pada penelitian ini ketel uap yang mengalami slagging menggunakan kombinasi bahan bakar biomassa jenis TKKS, cangkang sawit serta serat sawit.
c. Perbandingan komposisi bahan bakar yang digunakan adalah 52%
,36% dan 12% serta kombinasi ketiga biomassa tersebut dengan total bahan bakar yang digunakan 17 ton.
d. Simulasi dengan menggunakan 100% masing-masing bahan bakar biomassa jenis TKKS, cangkang sawit dan serat sawit
2. Variabel terikat, sedangkan yang menjadi variabel terikat yang merupakan dampak dari variable bebas adalah:
a. Nilai ultimat.
b. Nilai proksimat.
c. Nilai kalor
d. Kandungan potassium yang terbentuk
3. Variabel control adapun varibel kontrol agar terjadi hubungan antara variable bebas dan variabel terikat pada penelitian ini adalah:
a. Excess Air dikondisikan antara 20%-30%
b. Tekanan oksigen pada saat pengujian nilai kalor dengan menggunakan bom kalorimeter adalah 30 bar.
c. Komposisi biomassa yang digunakan yaitu murni 100% untuk masing-masing biomassa dan juga ada yang dicampur dengan variasi 52% , 36%
dan 12%
3.5 Persiapan Bahan Uji
Sampel biomassa jenis TKKS (Tandan Kosong Kelapa Sawit), serat buah kelapa sawit serta cangkang kelapa sawit diperlukan guna pengujian ekperimental untuk mendapatkan nilai ultimate analysis, proximate analysis dan nilai kalor . Sampel tersebut didapat dari PT.Perkebunan Nusantara IV – PKS Adolina yang beralamat di Jl.Lintas Sumatera KM.38, Kec.Perbaungan, Sumatera Utara.
3.5.1 Pengeringan Sampel
Pengeringan sampel dilakukan guna mengurangi kandungan air yang terdapat didalamnya, hal ini diperlukan untuk selanjutnya dilakukan pengujian berupa pengujian nilai kalor, analisa proksimat, dan analisa ultimat. Masing-masing sampel akan di timbang terlebih dahulu sebelum di jemur dan selanjutnya akan ditimbang kembali setelah proses penjemuran.
Berikut ini adalah kondisi berat sampel Tandan Kosong Kelapa Sawit, serat buah, dan cangkang sawit sebelum penjemuran dan sesudah penjemuran:
Tabel 3.1 kondisi berat sampel
Sampel Sebelum penjemuran Setelah penjemuran Pengurangan Berat
TKKS 1441,5 g 750,5 g 691 g
Serat buah 1202 g 565,5 g 535,5 g
Cangkang 1287 g 1008g 279 g
3.6 Spesifikasi Bahan Bakar
Setelah dilakukan penjemuran, selanjutnya sampel diuji pada Laboratorium Pusat Penelitian Kelapa Sawit untuk mendapatkan nilai proximate dan nilai ultimate. Sekaligus dilakukan pengujian untuk mengetahui nilai kalor bahan bakar biomassa tersebut yang dilaksanakan di Laboratorium Prestasi Mesin,Kampus USU Medan.
Bahan bakar yang digunakan pada simulasi ini terdiri dari bahan bakar padat berupa biomassa. Dalam melakakukan simulasi pembakaran dengan menggunakan Aspen Plus®, yaitu pembakaran dengan bahan bakar solid biomassa, pada umumnya data 44roperty belum tersedia pada database sehingga harus dilakukan input data bahan bakar (proximate, ultimate, dan nilai kalor) agar simulasi dapat berjalan.
3.7 Pengujian Nilai Kalor
Untuk mengetahui nilai kalor pada masing masing sampel tandan kosong, serat, dan cangkang kelapa sawit dilakukan percobaan menggunakan alat Bom Kalorimeter manual dan Bom kalorimeter IKA® C6000, berikut merupakan tahapan percobaan untuk Bom Kalorimeter manual.
1. Pengujian menggunakan Bom Kalorimeter Oksigen Alat – alat yang dibutuhkan ialah:
1. Alat Bom Kalorimeter 2. Air sebagai media pendingin 3. Termometer
4. Oksigen
Langkah – langkah percobaan:
1. Menimbang massa sampel bahan bakar yang akan diuji dengan berat 0.2 gram.
Gambar 3.2 Penimbangan sampel bahan bakar
2. Menyiapkan kawat untuk penyala dengan menggulungnya dan memasangnya pada tangkai penyala yang terpasang pada penutup bom.
Gambar 3.3 Kawat pada tangkai penyala
3. Menempatkan cawan berisi bahan bakar pada ujung tangkai penyala.
4. Menutup bom dengan kuat setelah dipasang ring-O dengan memutar penutup tersebut
5. Mengisi oksigen kedalam bom dengan tekanan 30 bar.
Gambar 3.4 Pengisian oksigen
6. Menempatkan bom yang telah terpasang kedalam kalorimeter yang sebelumnya telah diisi air sebanyak 1250ml.
Gambar 3.5 Bom yang telah dimasukkan pada kalorimeter
7. Menghidupkan pengaduk air pendingin selama 5 menit sebelum penyalaan dilakukan.
8. Membaca dan mencatat temperature air pendingin sebelum dilakukan penyalaan.
Gambar 3.6 Mencatat air pendingin 9. Menghidupkan penyalaan.
10. Mengaduk air pendingin selama 5 menit setelah penyalaan berlangsung.
11. Membaca dan mencatat kembali suhu air pendingin setelah penyalaan.
12. Mematikan pengaduk
13. Langkah – langkah diatas diulangi sebanyak jumlah sampel dan sebanyak yang diperlukan.
2. Pengujian menggunakan Bom Kalorimeter otomatis IKA C6000 Alat- alat yang dibutuhkan:
1. Bom Kalorimeter IKA® C6000 2. Alat pendingin air IKA® RC-2 3. Oksigen
4. Cotton pemantik Langkah - langkah percobaan:
1. Menghidupkan alat bom kalorimeter IKA® C6000 2. Menghidupkan alat pendingin air IKA® RC-2
3. Menstabilkan temperatur air pendingin dengan temperatur diantara 17ºC sampai 20.50ºC.
Gambar 3.7 Temperatur air pendingin
4. Mengatur oksigen pada tekanan 30 bar.
Gambar 3.8 Pressure gauge oksigen 5. Menimbang sampel, minimal berat sampel harus 0.5 g
Gambar 3.9 Berat sampel
6. Memasang cotton pemantik.
Gambar 3.10 Pemasangan cotton pemantik
7. Menutup vessel dan dimasukkan ke alat bom kalorimeter
Gambar 3.11 Pemasangan vessel 8. Mengatur berat pada alat bom kalorimeter.
9. Memulai percobaan dan menunggu selama 15 menit.
10. Catat nilai kalor.
3.8 Simulasi Skenario
Sebagaimana dijelaskan diatas bahwa penelitian ini dilakukan dengan menggunakan 3 bahan bakar(biomassa) sekaligus yaitu cangkang,serat buat dan TKKS yang dimasukkan ke ruang bakar dengan variasi temperature antara 700℃ s/d 900℃ dan excess air dihitung 20%
Tabel 3.2 Simulasi Skenario
Skenario Temperatur (℃) Excess Air (%)
1 700 20 dan 30
2 800 20 dan 30
3 900 20 dan 30
BAB IV
HASIL DAN ANALISIS
4.1 Karakteristik Bahan Bakar
Karakteristik bahan bakar biomassa jenis TKKS, cangkang sawit dan serat sawit ditunjukkan pada nilai yang didapatkan pada pengujian proximate, ultimate dan nilai kalor pada masing-masing biomassa tersebut.
4.1.1 Nilai Proximate dan Nilai Ultimate pada bahan bakar
Berikut ini merupakan data komposisi bahan bakar biomassa yang digunakan pada penelitian ini seperti yang ditunjukkan Tabel 4.1
Tabel 4.1 Hasil pengujian Komposisi Bahan Bakar Biomassa
Proximate Analysis (%) Cangkang Serat TKKS
Moisture 7.98 7.97 21.87
Ash 1.85 8.12 6.23
Volatile Matter 6.66 6.73 9.03
Fixed Carbon 83.51 77.18 62.87
Ultimate Analysis (%) Cangkang Serat TKKS
Moisture 7.98 7.97 21.87
Carbon 56.77 53.07 54.37
Hydrogen 6.70 6.52 14.08
Nitrogen 0.51 0.78 0.75
Potassium 0.02 0.03 0.06
Sulfur 0.02 0.10 0.15
Ash 1.85 8.12 6.23
Oxygen 34.13 31.38 24.36
Untuk mendapatkan nilai fixed carbon dilakukan pengurangan antara moisture, ash dan volatile matter. Seperti pada persamaan yang terdapat pada Bab II
- Nilai fixed carbon Tandan Kosong Kelapa sawit FC = 100 – (moisture + ash + volatile matter) = 100 – (21.87 + 6.23 + 9.03)
= 62.87 %
- Nilai fixed carbon serat
FC = 100 – (moisture + ash + volatile matter) = 100 – (7.97 + 8.12 + 6.73)
= 77,18 %
- Nilai fixed carbon cangkang
FC = 100 – (moisture + ash + volatile matter) = 100 – (7.98+1.85+6.66)
= 83.51 %
Nilai hydrogen dan oksigen didapatkan pada persamaan (2.1) Bab II sebagai berikut:
- Perhitungan unsur hidrogen dan oksigen TKKS
H = 55,3678 – (0,4830Volatille Matter) – (0,5319Fixed Carbon) – (0,5600Ash)
= 55,3678 – (0,4830 x 9.03) – (0,5319 x 62.87) – (0,5600 x 6.23) = 14.08 %
O = 100 – (Carbon + Hydrogen + Nitrogen + Potassium + Sulfur + Ash) = 100 – (54.37+ 14.08 + 0.75+ 0.06 + 0.15 + 6.23)
= 24.36 %
- Perhitungan unsur hidrogen dan oksigen serat buah
H = 55,3678 – (0,4830Volatille Matter) – (0,5319Fixed Carbon) -(0,5600Ash)
= 55,3678 – (0,4830 x 6.73) – (0,5319 x 77.18) – (0,5600 x 8.12)
= 6.52 %
O = 100 – (Carbon + Hydrogen + Nitrogen + Potassium + Sulfur + Ash) = 100 – (53.07+ 6.52+ 0.78 + 0.03 + 0.10 + 8.12)
= 31.38 %
- Perhitungan unsur hidrogen dan oksigen cangkang
H = 55,3678 – (0,4830Volatille Matter) – (0,5319Fixed Carbon) – (0,5600Ash)
= 55,3678 – (0,4830 x 6.66) – (0,5319 x 83.51) – (0,5600 x 1.85) = 6.70 %
O = 100 – (Carbon + Hydrogen + Nitrogen + Potassium + Sulfur + Ash) = 100 – (56.77+ 6.57+ 0.51 + 0.02 + 0.02 + 1.85)
= 34.13 %
4.1.2 Nilai kalor bahan bakar
Berikut ini merupakan nilai kalor bahan bakar biomassa yang digunakan pada penelitian ini seperti yang ditunjukkan Tabel 4.2
Tabel 4.2 Nilai kalor bahan bakar
4.2 Model Simulasi Pembakaran dengan Aspen Plus
Pemodelan pada simulasi ini dilakukan dengan metode pemodelan fisik dimana siklus pembakaran dimodelkan dalam kondisi simulasi dengan model yang mewakili fungsinya masing-masing. Gambar 4.1 berikut ini menunjukkan model dari simulasi pembakaran yang dilakukan.
Bomkalorimeter Biomassa TKKS Cangkang Serat Sawit IKA C6000 LHV (kj/kg) 24212,81 kj/kg 21434,83 kj/kg 21953,45 kj/kg
Gambar 4.1 Simulasi Siklus Pembakaran
Secara detail pembangun model menggunakan Aspen Plus dapat dilihat pada tabel 4.3 dibawah ini
Tabel 4.3 Model tipe Simulasi Aspen Plus
Nama Komponen Tipe Kode
Dekomposer R-yield Decomp
Ruang Bakar R-Gibbs Burner
Filter SS Split Filter
Blower Heat Exchanger Comp
4.3 Validasi Model Simulasi
Validasi merupakan suatu langkah yang dilakukan untuk membuktikan kebenaran dari system yang dibangun dalam hal ini adalah untuk menguji kebenaran model Siklus Ideal dengan pembakaran biomassa sebagai sumber panasnya.
Langkah validasi yang dilakukan adalah dengan mengambil data-data kondisi simulasi pada jurnal yang berhubungan kemudian melakukansimulasi ulang untuk model yang dibangun dan membandingkan hasil yang diperoleh.Untuk bagian model pembakaran biomassa divalidasi kepada system model yang dikeluarkan Aspen Plus, Aspen Plus, Getting Started Modeling Processes with Solid [16].
Tabel 4.4 Validasi Sistem Model
Bagian Model Simulasi Parameter Hasil Model Sekarang
Pembakaran Biomassa
Temperatur (℃) 700 s/d 900
Excess air 20% s/d 30%
4.4 Analisis Kebutuhan Udara
Sebelum melakukan simulasi dengan menggunakan perangkat lunak Aspen Plus® perlu dilakukan perhitungan kebutuhan udara (udara teoritis + exces air) untuk masing-masing bahan bakar. Perhitungan ini dilakukan agar diketahui kebutuhan udara teoritis bahan bakar. Adapun kebutuhan udara untuk masing-mesing bahan bakar adalah sebagai berikut:
1. Bahan Bakar Biomassa TKKS
Mengacu pada persamaan (2.5) dan data komposisi bahan bakar TKKS Tabel 3.2 Bab III,maka kebuuhan udara adalah:
Udara Teoritis = {(2,67 x %C) + (%S) + (2,29 x %𝑁2) – (%𝑂2)}/ 0,23 Udara Teoritis = 10,22 kg udara / kg bahan bakar
2. Bahan Bakar Cangkang
Mengacu pada persamaan (2.5) dan data komposisi bahan bakar Cangkang Tabel 3.2 Bab III,maka kebuuhan udara adalah:
Udara Teoritis = {(2,67 x %C) + (%S) + (2,29 x %𝑁2) – (%𝑂2)}/ 0,23 Udara Teoritis = 7,48 kg udara / kg bahan bakar
3. Bahan Bakar Serat Buah
Mengacu pada persamaan (2.5) dan data komposisi bahan bakar Serat buah Tabel 3.2 Bab III,maka kebuuhan udara adalah:
Udara Teoritis = {(2,67 x %C) + (%S) + (2,29 x %𝑁2) – (%𝑂2)}/ 0,23 Udara Teoritis = 7,14 kg udara / kg bahan bakar
Secara teoritis, kebutuhan udara berdasarkan masing-masing perthitungan diatas sudah cukup untuk melakukan pembakaran secara sempurna. Namun pada kondisi pembakaran aktual pembakaran sempurna tidak terjadi dengan hanya mengandalkan kebutuhan udara teoritis. Untuk itu diperlukan kelebihan udara (excess air) agar pembakaran depat terjadi mendekati kondisi sempurna. Berikut ini proses pembakaran dengan kelebihan udara (excess air) dari masing-masing bahan bakar seperti yang ditunjukkan pada Table 4.4
Tabel 4.5 Kebutuhan Udara Pembakaran
Bahan Bakar
Dapat dilihat dari hasil perhitungan di atas terjadi perbedaan kebutuhan udara untuk masing-masing bahan bakar. Kondisi tersebut disebabkan oleh perbedaan komposisi masing-masing bahan bakar terutama karbon dan hydrogen yang membutuhkan udara pembakaran yang sangat tinggi. Kebutuhan udara tertinggi dimiliki oleh biomassa TKKS yaitu 10,22 kg udara / kg kg bahan bakar. Hal ini dikarenakan TKKS memiliki kadar
atom karbon dan hydrogen yang lebih tinggi dari biomassa lainnya pada penelitian ini.
4.5 Analisa Hasil Simulasi
Proses simulasi mengacu kepada kontrol yang telah ditetapkan pada Bab III yaitu dengan penggabungan ketiga biomassa sebagai bahan bakar. Hasil simulasi ini akan ditampilkan berupa table temperature, tekanan, entalphi, dan kualitas uap.
4.5.1 Hasil Simulasi Pembakaran Biomassa dengan Variasi Temperatur dan Komposisi Biomassa
Berdasarkan skenario penelitian pada Bab 3 tabel 3.3, bahwa Simulasi ini dilakukan dalam 6 skenario dengan variasi temperatur mulai dari 700℃, 800℃ dan 900℃ yang diaplikasikan untuk pembakaran TKKS, Cangkang dan Serat buah.
Namun demikian hasil simulasi tersebut tetap berbeda jika ditinjau dari aspek lain yang akan dibahas pada subbab berikutnya. Secara lengkap akan ditampilkan pada grafik berikut ini
1. Hasil Pembakaran TKKS
Pada simulasi pembakaran pertama dilakukan dengan menggunakan 100%
TKKS pada temperature 700°C s/d 900°C yang hasilnya dapat dilihat pada gambar 4.2
Gambar 4.2 Grafik Temperatur -vs- Kandungan KO2 pada 100% TKKS
1.95E-14 3.71E-13
Pada Gambar 4.2 diatas bahwa temperatur berbanding lurus dengan peningkatan kadar terbentuknya potassium pada saat pembakaran, terlihat kecenderungan peningkatan secara berkala diantara masing-masing teperatur.
2. Hasil Pembakaran Cangkang
Pada simulasi pembakaran pertama dilakukan dengan menggunakan 100%
Cangkang pada temperature 700°C s/d 900°C yang hasilnya dapat dilihat pada gambar 4.3.
Gambar 4.3 Grafik Temperatur -vs- Kandungan KO2 pada 100%
Cangkang
Sama halnya seperti pembakaran pada 100% TKKS, kecederungan munculnya Kalium lebih besar terjadi apabila temperatur pembakaran meningkat, meskipun pada kasus ini potassium yang terbentuk tidak sebanyak pada pembakaran 100% TKKS
1.02E-14
1.91E-13
2.54E-12
0.00E+00 5.00E-13 1.00E-12 1.50E-12 2.00E-12 2.50E-12 3.00E-12
700°C 800°C 900°C
KO2
Temperatur
KO
2-vs- Temperatur
3. Hasil Pembakaran Serat Kelapa Sawit
Pada simulasi pembakaran pertama dilakukan dengan menggunakan 100%
Serat Sawit pada temperature 700°C s/d 900°C yang hasilnya dapat dilihat pada gambar 4.4.
Gambar 4.4 Grafik Temperatur -vs- Kandungan KO2 pada 100 Serat Sawit
Kecenderungan nilai Kalium terbesar didapatkan pada 100% pembakaran TKKS dan yang terendah pada pembakaran 100% Cangkang. Hal itu disebabkan karena komposisi kandungan yang terdapat pada bahan bakar tersebut berbeda-beda.
4. Hasil Pembakaran Campuran
Pada simulasi pembakaran terakhir dilakukan dengan mencampurkan ketiga bahan bakar dengan mengkondisikan kandungan serat sebagai parameter tetap sedangkan cangkang dan TKKS sebagai parameter yang divariasikan.
Perbandingan 52% serat, 36% TKKS, dan 12% cangkang dengan excess air 20% yang hasilnya dapat dilihat pada gambar 4.5
8.72E-15 1.67E-13
2.25E-12
0.00E+00 5.00E-13 1.00E-12 1.50E-12 2.00E-12 2.50E-12
700°C 800°C 900°C
KO2
Temperatur
KO
2-vs- Temperatur
Gambar 4.5 Grafik Temperatur -vs- Kandungan KO2 pada 52% serat, 36% TKKS, dan 12% cangkang sawit dengan 20% excess air
Gambar 4.6 Grafik Temperatur -vs- Kandungan KO2 pada 52% serat, 36% TKKS, dan 12% cangkang sawit dengan 30% excess air Sama halnya pada pembakaran 100% masing-masing biomassa, pada pembakaran campuran juga faktor peningkatan temperatur juga mempengaruhi
2.45E-14
terbentuknya kadar Kalium dan juga variasi yang dilakukan dengan menambah kelebihan udara pembakaran juga mempengaruhi peningkatan terbentuknya kadar kalium.
5. Hasil Pembakaran Campuran
Pada simulasi pembakaran terakhir dilakukan dengan mencampurkan ketiga bahan bakar dengan perbandingan 52% serat, 12% TKKS dan 36%
cangkang yang hasilnya dapat dilihat pada gambar 4.6
Gambar 4.7 Grafik Temperatur -vs- Kandungan KO2 52% serat, 12% TKKS dan 36% cangkang dengan excess air 20%
Setelah dilakukan simulasi pembakaran pada masing masing jenis bahan bakar dan juga pada campuran ketiganya maka dihasilkan pembentukan kandungan Kalium yang mengalami kenaikan pasca kenaikan temperature, perubahan excess air dan diikuti gas yang lain seperti H2, NO2, NO, CO, S, HCL, dan SO2.
8.11E-13 4.41E-12
6.29E-11
0.00E+00 1.00E-11 2.00E-11 3.00E-11 4.00E-11 5.00E-11 6.00E-11 7.00E-11
700°C 800°C 900°C
KO
2vs Temperatur
Gambar 4.8 Grafik Temperatur -vs- Kandungan KO2 52% serat, 12% TKKS dan 36% cangkang dengan excess air 30%
Kenaikan Kalium paling singnifikan apabila campuran dilakukan dengan memperbanyak komposisi TKKS, sementara apabila dilakukan campuran dengan komposisi cangkang yang lebih besar potassium yang terbentuk akan lebih sedikit.
Dari hasil simulasi yang diperoleh, memperlihatkan bahwa TKKS menjadi penyebab utama munculnya Kalium pada proses pembakaran, berbeda dengan cangkang dan serat sawit yang lebih sedikit kemunculan Kalium.
9.98E-13 7.26E-12
8.41E-11
0.00E+00 1.00E-11 2.00E-11 3.00E-11 4.00E-11 5.00E-11 6.00E-11 7.00E-11 8.00E-11 9.00E-11
700°C 800°C 900°C
KO2
Temperatur
KO
2-vs- Temperatur
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Setelah dilakukan analisis dan simulasi yang dibahas pada Bab IV, maka kesimpulan yang dapat diperoleh dari penelitian ini adalah:
1. Berdasarkan pengujian yang telah dilakukan maka didapat nilai proksimat untuk kandungan abu terbesar terdapat pada biomassa serat yaitu 8,12%
sedangkan terendah pada cangkang yaitu 1,85% untuk volatile matter nilai tertinggi terdapat pada TKKS yaitu 9,03% dan terendah pada cangkang yaitu 6,66% dan pada fixed karbon nilai tertinggi terdapat pada cangkang yaitu 83,51% dan terendah pada TKKS yaitu 62,87%
2. Begitu juga dengan analisa ultimat, nilai potassium terbesar terdapat pada TKKS yaitu 0,06% dan terendah pada cangkang yaitu 0,02%, untuk nilai karbon terbesar pada cangkang yaitu 56,77% dan terendah pada serat yaitu 53,07% juga pada oksigen nilai terbesar terdapat pada cangkang yaitu 34,13% dan terendah pada TKKS 24,36%
3. Berdasarkan hasil analisa diketahui bahwa nilai kalor TKKS, serat dan cangkang kelapa sawit dari PTPN IV Kebun Adolina dengan moisture masing-masing 21,87%, 7,98%, dan 7,97%, untuk Bomkalorimeter IKA C6000 menghasilkan TKKS yaitu 24212,81kj/kg, cangkang yaitu 21434,83 kj/kg dan serat sawit yaitu 21953,45kj/kg
4. Dari hasil simulasi pembakaran dengan variasi komposisi biomassa, untuk parameter tetap pada 52% serat sawit menghasilkan kandungan potassium paling banyak terdapat pada campuran dengan komposisi 36% TKKS dan 12% cangkang dengan 30% excess air yaitu menghasilkan 7,26 × 10-12 dan paling rendah terjadi pada campuran 36% cangkang dan 12% TKKS dengan 20% excess air yang menghasilkan 8,11 × 10-13 kandungan Kalium. Hal itu menunjukkan bahwa TKKS memiliki nilai kandungan paling besar untuk kemunculan Kalium pada pipa boiler.
5. Setelah dilakukan simulasi pembakaran dengan variasi temperatur dan excess air maka didapatkan bahwa kandungan Kalium yang terbentuk berbanding lurus dengan kenaikan temperatur dan excess air, itu terlihat pada komposisi biomassa yang sama dimana pada temperatur 700°C dan excess air 20% menghasilkan 2,45 × 10-14 lebih kecil dibandingkan pada temperatur 900°C dan excess air 30% yang menghasilkan 7,26 × 10-12 kandungan Kalium.
5.1 Saran
Untuk penelitian selanjutnya adapun saran yang dapat diberikan antara lain:
1. Perlu untuk memperbanyak variasi-variasi yang mungkin terjadi pada fenomena munculnya deposit sebagai literatur untuk mencegah terjadinya fenomena deposit.
2. Perlu dilakukan penelitian terhadap komposisi abu dari berbagai sumber yang bisa dijadikan referensi untuk mencegah terjadinya fenomena deposit 3. Pengujian kadar komposisi bahan bakar biomassa yang lebih variatif sangat bermanfaat untuk memperoleh jenis biomassa yang paling cocok untuk mengurangi fenomena deposit
4. Diharapkan untuk lebih memperhatikan kandungan moisture pada biomassa yang akan mempengaruhi nilai kalor bahan bakar untuk keperluan simulasi pembakaran
5. Perlu dilakukan pengujian eksperimental seperti pengujian DSC (Differensial Scaning Calorimetry) dan TGA (Thermo Gravimetric Analysis) untuk membandingkan hasil simulasi sebelumnya.
DAFTAR PUSTAKA
[1] 2016,” Jurnal Material dan Energi Indonesia Vol. 06, No. 02(1 – 6) [2] 2014, “Outlook energi Indonesia”. Jakarta
[3] Joaquin Dix. 24 Agustus 2015,” Slagging dan Fouling”.
[4] Perpres 22 Tahun 2017, “Rencana Umum Energi Nasional”. Jakarta [5] Efri Yendri. 2013,” Ketel Uap”, PLN corporate University, Jakarta [6] https://misterkelapasawit.wordpress.com/category/sejarah-kelapa-sawit/
diakses pada tanggal : 5 Maret 2018
[7] http://www.idbiodiversitas.com/2016/04/monografi-tumbuhan-sawit-data-lengkao.html diakses pada tanggal : 5 Maret 2018
[8] Knudsen, Thomas. 2010. “Simulation of an Integrated Gasification Combined Cycle with an Organic Rankine Cycle” (Tesis). Denmark:
Technical University of Denmark.
[9] Binous, Housam dan Nasri Zakia. 2009. “Aplication of the Peng-Robinson Equation of State Using Matlab”. Michigan: Volume 43, Nomor 2.
[10] Aspentech 2013. “Aspen plus getting started modeling Process with Solid”
Burlington: Aspen Technology, Inc
Burlington: Aspen Technology, Inc