Penelitian sebelumnya - TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.8 Penelitian sebelumnya

Sudarmanta (2011) melakukan penelitian tentang variaso rasio gasifying agent – biomassa terhadap karakterisasi biomassa tongkol jagung pada reaktor downdraft. Hasil penelitian tersebut adalah rasio gasifying agent terbaik adalah 1,05 dengan suhu 960

0C dengan menghasilkan syngas yang flammable, yaitu ditandai dengan nyala api stabil dengan mencapai suhu hingga 667 ⁰C dan efisiensi mencapai hingga 30,44% pada rasio gasifying agent dan biomassa sebesar 1,05.

(a) (b)

Gambar 2.9 (a) Grafik zona gasifikasi terhadap waktu dan suhu (b) Grafik AFR terhadap waktu dan suhu

Yuwono (2015) melakukan serangkaian penelitian tentang gasifikasi downdraft dengan kontrol suhu pada zona partial combustion agar dapat diketahui pengaruh penggunaannya terhadap produktifitas dan kualitas syngas yang dihasilkan serta korelasi penggunaan sistem pengendali suhu gasifikasi dengan kapasitas gasifikasi. Hasil dari penelitian menunjukkan bahwa suhu kerja gasifier dan mengubah parameter kinerja proses gasifikasi, terlihat dengan berbedanya nilai LHV, laju alir massa syngas, dan efisiensi gasifikasi. Efisiensi energi gasifikasi pada proses gasifikasi dengan pengendali suhu juga mengalami

peningkatan sebesar 16% pada perubahan nilai setpoint value suhu dari 500 ⁰C menjadi 750 ⁰C

Gambar 2.10 Grafik perbandingan efisiensi energi, LHV syngas, laju alir massa, dan suhu rata-rata zona partial combustion

terhadap laju alir masa udara

Striugas,dkk (2014) dengan melakukan studi eksperimen untuk mengevaluasi kinerja produksi gas dari reaktor gasifikasi downdraft yang sudah menggunakan pengendalian otomatis dengan biomassa yang berbeda-beda. Pada reaktor gasifikasi untuk penelitian tersebut telah terpasang sistem pengendalian otomatis dengan basis PID untuk mengendalikan temperatur proses, ketinggian biomassa dalam reaktor, dan sistem pembuangan arang, dengan menggunakan variabel termanipulasi yaitu udara untuk gasifikasi, laju pasokan biomassa, gerakan grate dan conveyor.Eksperimen dilakukan dengan beberapa jenis biomassa dengan menggunakan pengaturan proses pada sistem kendali yang tidak berubah. Tujuannya adalah untuk mengetahui perbedaan parameter proses yang terjadi dan untuk mengetahui apakah diperlukan pengaturan ulang untuk setiap penggantian biomassa agar kualitas dan kuantitas syngas tetap stabil.

Hasil dari penelitian tersebut adalah bahwa terjadi perbedaan yang signifikan pada temperatur proses, pressure drop, dan kandungan residu, selain itu jumlah gas yang dihasilkan dan energinya juga bervariasi sesuai dengan biomassa yang digunakan.Walaupun terjadi perbedaan dalam prosesnya dan hasil akhir gas tetapi bermacam-macam biomassa yang digunakan terbukti dapat diproses dengan satu reaktor gasifikasi yang telah mengunakan pengendalian otomatis tanpa mengubah pengaturan proses.

Sivakumar,dkk (2012) melakukan penelitian pada poses gasifikasi briket dengan serpihan kayu dengan binder kotoran sapi pada reaktor gasifikasi downdraft berkapasitas 10 KW yang telah menggunakan pengendali otomatis dengan tujuan untuk meneliti efektivitas dari proses gasifikasinya.Penilian efektivitasnya dilakukan dengan membandingkan kinerja reaktor secara manual dan menggunakan pengendali suhu. Data hasil dari penelitian menunjukkan adanya peningkatan pada komposisi gas pada syngas dan efisiensi pada proses gasifikasi dengan menggunakan pengendali suhu, grafik penelitian dapat dilihat digambar 2.12

Gambar 2.11. Grafik perbandingan komposisi gas pada proses gasifikasi tanpa pengendali suhu dan dengan pengendali suhu

(Sivakumar, 2012)

Halaman ini sengaja dikosongkan

Studi Literatur

Identifikasi dan perumusan 1. Parameter Operasional

2. Parameter unjuk kerja

Karakterisasi bahan bakar (analisis ultimate dan proximate)

Validitas data Pengujian

Pengolahan data

Analisa data dan pembahasan Pengambilan data

Uji validasi dan reabilitas data

Kesimpulan dan saran

Selesai Mulai

BAB III METODOLOGI 3.1 Metode Penelitian

Penelitian ini menggunakan pendekatan kuantitatif dalam pelaksanaan penelitian ini sebagian besar data belum ada (dalam arti perlu untuk sengaja ditimbulkan). Oleh karena itu, penelitian ini dilaksanakan dengan metode eksperimental.

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian

3.2 Bahan Uji

Bahan baku dalam pengujian ini menggunakan pellet Municipal Solid Waste (MSW) yang dibuat di Laboratorium Teknik Pembakaran Dalam dan Bahan bakar ITS, karakteristik dari MSW yang digunakan yaitu:

1. Komposisi MSW

Pellet yang digunakan memiliki ukuran diameter 6 mm dan rata-rata panjang 5-15 mm. Seluruh proses pembuatan pellet MSW dilakukan di Laboratorium Teknik Pembakaran dan Bahan Bakar Jurusan Teknik Mesin ITS. Setelah dilakukan proses pemelletan, Pellet MSW dijemur untuk mengurangi kandungan air hingga 10% - 15% sebelum digunakan dalam penelitian.

2. Analisa Ultimate

Pada pengujian ini dapat diketahui karakteristik kandungan komposisi dari karbon, hidrogen, nitrogen, belerang, dan oksigen yang dimiliki oleh pellet MSW.

3. Analisa Proximate

Pada pengujian ini dianalisa untuk mengetahui kadar Moisture Content, Volatile Matter, Fixed Carbon, dan Ash yang dimiliki oleh pellet MSW. Analisa Proximate dilakukan di Laboratorium Pusat Studi Energi dan Rekayasa LPPM ITS.

4. Nilai Kalor

Pada pengujian ini dilakukan untuk mengetahui nilai kalor pada pellet MSW yang di uji di Laboratorium Pusat Studi Energi dan Rekayasa LPPM ITS dengan alat Bomb Calorimeter. Nilai yang keluar dari alat tersebut dalam bentuk nilai High Heating Value.

3.2 Skema Penelitian

Gambar 3.2 Skema penelitian

3.4 Skema Pengukuran Umpan Pellet MSW

Skema dari pengukuran pellet digunakan untuk mengetahui seberapa besar atau banyak konsumsi dari biomassa pellet MSW

Keterangan :

1. Hopper 8. Gas Sampling

2. Reaktor tipe downdraft 9. Cyclone

3. Termokouple 10. Water scrubber 4. Pengendali Suhu 11. Pompa air 5. Blower 12. Dry Filter 6. Pitot Tube 13. Pompa Hisap 7. Flare Point 14. Flare Point 15. Pitot Tube

Gambar 3.3 Skema umpan pellet MSW

Untuk mengetahui laju alir massa dari pellet MSW, maka harus diketahui kapasitas volume dari reaktor gasifikasi

V = 𝜋𝑟² x t ………...……….(3.1) Dimana :

V = Kapasitas volume reaktor gasifikasi r = Jari – jari reaktor gasifikasi

t = Tinggi

Laju alir massa dicari dengan melakukan perkalian bulk density dari pellet MSW dengan Kapasitas volume dari reaktor gasifikasi

ṁ = ^{𝜌 𝑥 𝑉}

𝑤𝑎𝑘𝑡𝑢 ………..……….(3.2)

Pengujian dilakukan sebanyak 4 kali percobaan dengan setpoint suhu pada zona partial combustion. 800⁰C, 850⁰C, 900⁰C dan 950⁰C dengan tujuan untuk mengetahui

pengaruh suhu

terhadap unjuk kerja reaktor gasifikasi yang digunakan pada

penelitian

3.5 Pengendali Suhu

Alat pengendali suhu digunakan untuk mengendalikan suhu agar selalu berada pada set point yang telah ditentukan dengan mengatur putaran motor pada blower sehingga laju alir massa udara yang masuk ke dalam reaktor gasifikasi dapat berubah dan suhu pada reaktor gasifikasi pun dapat dikendalikan sehingga berpengaruh terhadap unjuk kerja reaktor gasifikasi.

Gambar 3.4 Alat pengendali suhu

3.5.1 Komponen Alat Pengendali Suhu

Komponen penyusun alat pengendali suhu diantaranya : 1. Arduino Mega 2560

Arduino Mega 2560 adalah Pengendali mikro single-board yang bersifat open source yang dirancang untuk memudahkan penggunaan elektronik dalam berbagai

bidang.

Gambar 3.5 Arduino Mega 2560 2. Keypad 4 x 4

Keypad adalah bagian penting dari suatu perangkat elektronika yang membutuhkan interaksi manusia. Digunakan untuk menginpukan nilai setpoint yang diinginkan

Gambar 3.6 Keypad 4x4

3. LCD 2 x 16

Berfungsi untuk menampilkan karakter angka, huruf ataupun simbol dengan lebih baik dengan konsumsi arus rendah

Gambar 3.7 LCD 2x16 4. Max 6675

Digunakan sebagai komponen penghubung antara arduino dan termocouple type K.

Gambar 3.8 Max 6675 5. Termocouple tipe K

Alat ukur suhu yang digunakan pada reaktor gasifikasi adalah sensor berupa termocouple stick type K,untuk mengetahui suhu pada zona partial combustion. Range kemampuan thermocouple adalah 0 ⁰C – 1300 ⁰C

Gambar 3.9 Termocouple tipe K 3.5.2 Mekanisme Kerja Pengendali Suhu

Cara kerja dari pengendali suhu ini adalah dengan mengendalikan suhu pada zona partial combustion agar tidak berubah dan tetap atau berada pada suhu yang telah ditentukan (setpoint value). Nilai dari setpoint tersebut dibaca oleh thermocouple tipe K dan diproses oleh alat pengendali suhu yang didalamnya terdapat max 6675 untuk menghubungkan termocouple type K dengan arduino Mega 2560. Pembacaan suhu dari thermocouple tipe K di ubah menjadi sinyal listrik dan diolah oleh Arduino Mega 2560 yang kemudian akan memberikan perintah kepada actuator berupa pulse wide modulator (PWM) yang akan mengatur duty cycle (voltase) yang digunakan oleh motor listrik sebagai penggerak dari blower Sehingga suhu pada zona partial combustion dapat dikendalikan.

Gambar 3.10 Mekanisme pengendali suhu 3.5.3 Mekanisme Putaran Blower

Putaran motor pada blower dikendalikan oleh pengendali suhu, ketika nilai suhu di bawah nilai set point maka blower diatur untuk berputar maksimal, ketika berada pada setpoint suhu maka blower akan berputar medium untuk mempertahankan kondisi steady apabila suhu turun maka blower akan berputar maksimum kembali untuk mencapai nilai setpoint.

COMBUSTION

BLOWER BERPUTAR M AKSIM UM

APAKAH BERADA PADA SET POINT SUHU?

BLOWER BERPUTAR RENDAH

APAKAH BERADA PADA DILUAR SET POINT SUHU ?

TIDAK YA

TIDAK

Gambar 3.11 Mekanisme putaran blower 3.5.4 Mekanisme Pengambilan Data

Pengambilan data dilakukan ketika grafik waktu terhadap suhu menunjukkan posisi steady dikarenakan pada titik tersebut suhu pada reaktor gasifikasi berada pada kondisi stabil dan tidak mengalami overshoot secara fluktuatif serta memiliki nilai error yang rendah sehingga suhu pada zona partial combustion sesuai dengan setpoint yang diinginkan.

Akan tetapi,pada kenyataannya ketika setpoint

digunakan akan memiliki nilai error sehingga untuk

mengatasinya diberi toleransi overshoot pada setpoint suhu

agar mendapatkan data yang valid.

Gambar 3.12 Grafik waktu terhadap suhu

(Gandi,2012)

3.6 Peralatan Penelitian

1. Reaktor Gasifikasi

Unit reaktor gasifikasi yang digunakan adalah tipe downdraft. Pemilihan reaktor jenis downdraft didasarkan pada rendahnya kandungan tar yang dihasilkan.

Gambar 3.13 Reaktor Downdraft

Steady

2. Blower dan Induced fan

Blower yang digunakan berupa sentrifugal blower yang digerakkan motor listrik arus AC dengan voltase 220 Volt dan 1 A. Blower berfungsi untuk memberikan pasokan udara pada zona partial combustion. Induced fan digunakan sebagai penghisap syngas dari reaktor menuju saluran keluaran syngas.

(a) (b)

Gambar 3.14 (a)Blower (b) Induced fan 3. Cyclone dan Water scrubber

Cyclone yaitu alat yang berfungsi sebagai alat pemisah partikel dengan gas dengan menggunakan prinsip gaya sentrifugal dan tekanan rendah karena adanya putaran. Pada pengujian ini, cyclone digunakan sebagai alat pemisah gas hasil gasifikasi dengan kandungan lainnya seperti tar ,char, dan ash.

Water scrubber digunakan untuk menangkap polutan yang ada pada gas dan mendinginkannya sebelum dimanfaakan sebagai bahan bakar.

Gambar 3.15 Cyclone dan Water scrubber

3.7 Alat Ukur

Untuk mendapatkan data yang dibutuhkan dalam penelitian, maka dibutuhkan beberapa alat untuk mendukung penelitian ini diantaranya:

1. Alat ukur mass flow rate

Alat ukur laju aliran massa media gasifikasi dan syngas yang digunakan adalah pitot tube untuk menghasilkan perbedaan tekanan yang akan digunakan sebagai perangkat masukan dari pengendali suhu otomatis. Pengukuran mass flow rate akan dilakukan pada 2 titik;

1. Titik pertama pengukuran pada pipa inlet reaktor gasifikasi berfungsi untuk pengukuran mass follow rate udara sebagai media gasifikasi.

2. Titik kedua ditempatkan pada pipa outlet water scrubber untuk mengetahui mass flow rate syngas

Untuk mencari laju aliran massa udara maka perlu dilakukan perhitungan karena hasil dari pengukuran pitot tube adalah kecepatan dari suatu titik tertentu dalam aliran sehingga kecepatan pada pitot tube dapat dihitung dengan persamaan :

Gambar 3.16 Pitot tube

Pitot tube with static wall pressure tap dihubungkan dengan inclined manometer untuk mengetahui besarnya perbedaan ketinggian cairan pada manometer yang nantinya digunakan persamaan Bernoulli sebagai berikut :

𝑃₀

𝜌 +^𝑉⁰₂²+ 𝑔𝑧₀=^𝑃_𝜌¹+^𝑉₂¹²+ 𝑔𝑧₁………. ………..……..(3.3)

Dimana :

P0= Tekanan stagnasi (pada titik 0) (Pa) P1= Tekanan statis (pada titik 1) (Pa)



= Massa jenis fluida yang mengalir (kg/m³) V1= Kecepatan di titik 1 (m/s)

V0= Kecepatan di titik 0, kecepatan pada titik stagnasi = 0 m/s Dengan mengasumsikan z = 0 maka persamaan menjadi :

𝑉₁²

2 =^𝑃⁰^−𝑃_𝜌 ¹ ……….………..………..(3.4) Untuk mencari kecepatan udara yang masuk kedalam ruang bakar dari persamaan diatas menjadi:

𝑉₁ = √^2(𝑃_𝜌⁰^−𝑃¹⁾

𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 ..………..……….(3.5)

V1 merupakan kecepatan maksimal, terlihat dari profil kecepatan aliran pada internal flow. Hal ini dikarenakan posisi pitot berada pada centerline pipa. Sehingga perlu dirubah menjadi average velocity (𝑉̅) yang dapat dirumuskan sebagai berikut:

𝑉̅

𝑉_𝑚𝑎𝑥 =(𝑛+1)(2𝑛+1)^2𝑛² …………... .(3.6) Dimana:

𝑉̅ : Kecepatan rata – rata (m/s)

Vmax : Kecepatan maksimal dari profil kecepatan aliran.

n : variation of power law exponent.

Yang di rumuskan sebagai berikut:

𝑛 = −1,7 + 1,8 log 𝑅𝑒_𝑉_𝑚𝑎𝑥………... (3.7) untuk 𝑅𝑒_𝑉_𝑚𝑎𝑥 > 2 𝑥 10⁴ (aliran turbulen).

Sedangkan untuk aliran laminar dapat diperoleh melalui persamaan berikut:

𝑉_𝑚𝑎𝑥= 2𝑉̅………... (3.8) 2. Gas Chromathography

Gas Cromatography berfungsi untuk mengukur persentase volumetrik suatu senyawa, seperti CO, H2, dan CH4. Pengukuran dengan menggunakan alat ini akan dilakukan Laboraturium Lembaga Penelitian dan Pengabdian pada Masyarakat (LPPM).

3.8 Prosedur Pengujian

Berikut ini adalah prosedur pelaksanaan penelitian dan pengambilan data proses gasifikasi:

1.) Tahap Persiapan

Sebelum pelaksanaan proses pengujian terdapat beberapa persiapan yang harus dilakukam agar pengambilan data dapat dilakukan dengan baik.

1. Pengecekan reaktor gasifikasi, blower, id fan dan komponen lainnya telah terpasang dengan baik.

2. Persiapkan alat ukur yang digunakan seperti pitot tube dan termokopel

3. Persiapkan pellet MSW sebagai bahan bakar 4. Pastikan alat pengendali suhu dapat digunakan 2.) Tahap Pengambilan data

1. Catat suhu ruangan sebagai data awal.

2. Lakukan proses penyalaan reaktor gasifikasi dengan langkah sebagai berikut:

a) Masukkan pellet MSW ke dalam reaktor gasifikasi hingga batas bawah pirolisis melalui hopper.

b) Sulut pellet MSW sebagai pemanasan awal.

c) Nyalakan Blower, maka pengendali suhu akan mengatur laju alir massa udara yang telah ditentukan sesuai dengan setpoint suhu yang telah ditentukan.

d) Tunggu bara api terbentuk hingga merata dan stabil

e) Setelah menjadi bara, masukkan pellet hingga batas atas dari reaktor gasifikasi.

3. Lakukan pengambilan data setelah syngas hasil gasifikasi flammable, lakukan pembacaan pada alat pengendali suhu, laju alir syngas pada pitot dalam syngas, dan ambil sampel syngas

4. Ulangi Pengambilan data dengan setpoint suhu 800⁰C, 850⁰C, 900⁰C ,dan 950⁰C

5. Ambil data pada setiap variasi dengan menambahkan pellet MSW hingga mencapai batas atas, besaran pellet MSW yang dimasukkan ke dalam reaktor sesuai dengan konsumsi pellet MSW pada variasi sebelumnya.

3.) Tahap Akhir Pengujian

1. Matikan blower dan alat pengendali suhu.

2. Biarkan reaktor gasifikasi sampai api benar-benar padam dan suhu turun.

3. Penelitian berikutnya dilakukan setelah suhu reaktor mencapai suhu ruangan.

3.9 Parameter Rancangan Penelitian

Pada penelitian ini terdapat parameter input dan parameter output yang merupakan variabel-variabel yang akan diteliti dalam rancangan penelitian ini. Parameter input terdiri dari variabel tetap dan variabel berubah, dan parameter output terdiri dari variabel yang diukur saat eksperimen dilakukan dan variabel yang dihitung setelah eksperimen dilakukan. Tabel 3.1 memperlihatkan parameter-parameter pada penelitian ini.

Tabel 3.1 Parameter penelitian

Parameter Input Parameter Output

Variabel

3.10 Diagram Alir Pengujian

SELESAI BAHAN BAKAR :

1. PEMBUATAN PELET MSW 2. ANALISA PROXIMATE PELET MSW

MODIFIKASI REAKTOR : 1. PEMASANGAN HOPPER 2, PENAMBAHAN PENGADUK 3. PENAMBAHAN PENYAPU ABU MULAI 1. LAJU ALIR MASSA UDARA 2. SUHU REAKTOR 4 TITIK 3. LAJU ALIR MASSA PELET 4. LAJU ALIR MASSA SYNGAS 5. NILAI KALOR SYNGAS

SELESAI MULAI

NYALAKAN PENGENDALI SUHU

APAKAH SUHU PADA REAKTOR SUDAH BERADA PADA KONDISI STEADY ?

TIDAK LAKUKAN PROSES PENYALAAN API PELET MSW

PADA REAKTOR GASIFIKASI

AMBIL DATA

PENGENDALI SUHU MEMBACA SINYAL LISTRIK INPUT SET POINT

800 ⁰C, 850 ⁰C, 900 ⁰C, 950 ⁰C

PENGENDALI SUHU MENGATUR PWM (DUTY CYCLE)

BLOWER BERPUTAR

LAJU ALIR MASSA UDARA DIBACA SENSOR MAX 6675

Halaman ini sengaja dikosongkan

Pada bab ini akan dibahas mengenai unjuk kerja dari reaktor gasifikasi untuk menghasilkan gas mampu bakar (combustible). Untuk mengetahui unjuk kerja dari suatu reaktor digunakan pengendali suhu pada zona partial combustion yang digunakan untuk mengatur laju alir udara yang masuk ke dalam zona partial combustion pada reaktor sesuai dengan nilai setpoint yang divariasikan. Dari variasi nilai setpoint tersebut akan diketahui distribusi suhu pada tiap zona gasifikasi, komposisi hasil syngas, dan cold gas efficiency yang nantinya akan digunakan untuk mengetahui unjuk kerja reaktor gasifikasi yang digunakan pada penelitian ini.

4.1 Analisis Properties Pellet Municipal Solid Waste

Bahan baku biomassa yang digunakan pada penelitian ini adalah pellet MSW yang memiliki diameter 6 mm dan rata – rata panjang 5-15 mm. Komposisi yang digunakan yaitu 30 % sampah organik tumbuhan, 20 % sampah kayu, 40 % sampah plastik Polypropelene (PP) serta materi pengikat berupa starch (kanji).

Dipilihnya pellet MSW karena selama ini pemanfaaannya masih belum maksimal. Selain itu, ketersediaan pellet MSW sangat berlimpah di lingkungan sekitar.

Sebelum melakukan analisis proses gasifikasi pellet MSW diperlukan pengujian untuk mengetahui properties dari biomassa pellet MSW tersebut. Cara untuk mengetahui karakteristik tersebut dilakukan uji proxymate dan ultimate di Laboratorium Energi ITS.

Hasil proxymate dan ultimate pellet MSW dapat dilihat pada tabel 4.1

Tabel 4.1 Data hasil pengujian kandungan Pellet MSW

4.2 Analisis Penggunaan Pengendali Suhu

Dalam penelitian ini digunakan pengendali suhu pada zona partial combustion dengan memberikan variasi nilai setpoint sehingga perlu dilakukan proses pemrograman pada sistem pengendali suhu agar dapat digunakan sesuai yang diinginkan.

Pada penelitian ini, nilai setpoint yang digunakan adalah 800 ⁰C, 850 ⁰C, 900 ⁰C, dan 950 ⁰C dengan memberikan toleransi atau overshoot sebesar 10 ⁰C yang digunakan untuk menjaga agar pengendali suhu tidak memiliki error yang terlalu besar.

Pada sub bab 2.4.3 dijelaskan bahwa zona partial combustion berada pada suhu 800⁰C-1400⁰C dengan menggunakan biomassa limbah kayu yang memiliki nilai LHV biomassa yang lebih tinggi dan kandungan moisture content yang lebih rendah dari pellet MSW sehingga dimungkinkan suhu pada zona partial combustion yang dihasilkan lebih tinggi dari pellet MSW pada proses gasifikasi. Begitu pula dengan Yuwono (2015) yang melakukan penelitian dengan biomassa briket MSW menggunakan pengendali suhu pada zona partial combustion dengan variasi nilai setpoint 500 ⁰C dan 750 ⁰C. Hal ini dikarenakan biomassa yang digunakan mimiliki nilai LHV yang lebih rendah dan kandungan

moisture content yang lebih tinggi dari serbuk kayu. Akibatnya suhu pada zona partial combustion yang dihasilkan lebih rendah dari serbuk kayu.

Pemilihan nilai setpoint maksimum pada suhu 950 ⁰C didasarkan pada percobaan dengan menggunakan biomassa pellet MSW tanpa memberikan variasi dan perubahan pada parameter gasifikasi, dari percobaan tersebut diperoleh suhu pada zona partial combustion sebesar 961 ⁰C. Nilai suhu pada zona partial combustion dengan menggunakan pellet MSW lebih rendah dibanding dengan limbah kayu dikarenakan pellet MSW menghasilkan nilai LHV biomassa yang lebih rendah dan kandungan moisture content yang ada pada biomassa lebih tinggi dari limbah kayu sehingga sangat berpengaruh terhadap terjadinya proses gasifikasi.

Berikut merupakan hasil pengendalian dengan menggunakan pengendali suhu pada nilai setpoint 800 ⁰C , 850 ⁰C , 900 ⁰C dan 950 ⁰C dengan toleransi 10 ⁰C

Gambar 4.1 Grafik pengendali suhu pada set point 800 ⁰C

500

0:00:00 0:05:00 0:10:00 0:15:00 0:20:00 0:25:00 0:30:00 0:35:00 0:40:00 0:45:00

Suhu 0C

Waktu

Setpoint Suhu

Gambar 4.2 Grafik pengendali suhu pada set point 850 ⁰C

Gambar 4.3 Grafik pengendali suhu pada set point 900 ⁰C

500

0:00:00 0:05:00 0:10:00 0:15:00 0:20:00 0:25:00 0:30:00 0:35:00 0:40:00 0:45:00 0:50:00

Suhu 0C

0:00:00 0:05:00 0:10:00 0:15:00 0:20:00 0:25:00 0:30:00 0:35:00 0:40:00 0:45:00 0:50:00 0:55:00

Suhu 0C

Waktu

Setpoint Suhu

Gambar 4.4 Grafik pengendali suhu pada set point 950 ⁰C Dapat dilihat bahwa pada gambar 4.1, 4.2, 4.3, dan 4.4 grafik pengendali suhu dimulai pada setpoint 500 ⁰C dikarenakan sebelum dilakukan pengendalian suhu, reaktor dinyalakan dan dipanasi terlebih dahulu hingga suhu mencapai 500⁰C dengan tujuan agar diperoleh distribusi suhu yang optimal pada tiap zona.

Pada saat awal mula proses penggunaan pengendali suhu, suhu pada zona partial combustion terbaca oleh sensor sebesar 500 ⁰C atau berada di bawah nilai setpoint maka blower akan berputar dengan duty cycle sebesar 30% atau maksimal, hingga mencapai batas atas tiap variasi nilai set point yaitu 800 ⁰C, 850⁰C, 900⁰C, dan 950⁰C. Setelah mencapai batas atas kemudian turun secara perlahan dengan menggunakan duty cycle sebesar 20 % untuk mencapai nilai setpoint serta untuk mempertahankan suhu pada zona partial combustion agar tetap berada pada nilai setpoint tersebut. Waktu tempuh untuk mencapai nilai set point adalah 20 menit, 25 menit, 30 menit, dan 30 menit. Hal ini dikarenakan semakin rendah nilai setpoint maka waktu yang dibutuhkan untuk mencapai nilai tersebut semakin cepat sedangkan semakin tinggi nilai setpoint maka dibutuhkan waktu yang lebih lama untuk

0:00:00 0:05:00 0:10:00 0:15:00 0:20:00 0:25:00 0:30:00 0:35:00 0:40:00 0:45:00 0:50:00 0:55:00

Suhu0C

Waktu

Setpoint Suhu

mencapai nilai tersebut. Pada setpoint 900 ⁰C dan 950 ⁰C waktu yang dibutuhkan untuk mencapai nilai setpoint hampir bersamaan dikarenakan semakin tinggi suhu maka kemungkinan reaksi yang terjadi di dalam reaktor semakin cepat sehingga mempengaruhi waktu yang ditempuh untuk mencapai nilai setpoint tersebut tersebut.

4.3 Analisis Distribusi Suhu Pada Reaktor Gasifikasi

Selain pada zona partial combustion yang menggunakan pengendali suhu otomatis, Dalam proses gasifikasi terdapat empat zona yaitu zona drying, pirolisis, partial combustion, dan reduksi.

Distribusi suhu ditampilkan untuk mengetahui pengaruh penggunaan pengendali suhu yang divariasikan ke dalam 4 variasi yaitu 800 ⁰C, 850 ⁰C, 900 ⁰C, dan 950 ⁰C

4.3.1 Distribusi Suhu Reaktor Gasifikasi Pada Setpoint 800 ⁰C Berikut adalah gambar distribusi suhu pada nilai setpoint 800 ⁰C dengan toleransi sebesar ± 10 ⁰C

Gambar 4.5 Distribusi suhu pada setpoint 800 ⁰C

Pada Gambar 4.5 termokopel 1 (T1) diletakkan pada ketinggian 100 cm dari bawah reaktor memiliki suhu sebesar 90

0C. Termokopel 1 menunjukkan bahwa pada posisi tersebut merupakan zona drying karena suhu berada di bawah 150 ⁰C, Dimana pada zona tersebut pellet MSW mengalami proses penguapan untuk menghilangkan kandungan moisture content

Pada termokopel 2 (T2) diletakkan pada ketinggian 90 cm dari bagian bawah reaktor dari bagian bawah reaktor dengan suhu 127⁰C, Termokopel 3 (T3) diletakkan pada ketinggian 80 cm dengan suhu 135⁰C . Termokopel 4 (T4) terletak pada ketinggian 63 cm dengan suhu 335⁰C serta termokopel 5 (T5) dengan ketinggian 49 cm dengan suhu 429⁰C. Berdasarkan nilai termokopel 2 (T2) sampai dengan termokopel 5 (T5) dimasukkan dalam zona pirolisis karena berada pada range suhu 150 ⁰C – 700

0C. Dimana pada zona ini biomassa kering hasil dari zona drying akan menguapkan kandungan volatile metter pada biomassa pada suhu tinggi sehingga terbentuk gas ringan berupa (H2, CO, CO2, H2O, dan CH4), tar, dan arang.

Pada termokopel 6 (T6) yang diletakkan pada ketinggian 38 cm memiliki suhu 796 ⁰C merupakan zona partial combustion yang digunakan sebagai tempat masukan udara. Pada zona tersebut dilakukan proses pengendalian suhu dengan alat berupa pengendali suhu dengan nilai setpoint 800 ⁰C yang bertujuan untuk mengendalikan jumlah laju alir massa udara pada zona partial combustion sehingga sesuai dengan nilai setpoint yang ditentukan.

Pada zona partial combustion terjadi proses eksoterm yang menghasilkan panas yang dibutuhkan untuk semua proses gasifikasi. Reaksi yang terjadi diantaranya adalah char combustion, partial oxidation, dan hydrogen combustion.

Sedangkan pada termokopel 7 (T7) pada ketinggian 27 cm mempunyai nilai suhu 401⁰C. Nilai tersebut mengindikasikan bahwa T7 telah berada pada zona reduksi yang berada pada kisaran suhu 400⁰C- 800⁰C dimana proses ini menyerap atau membutuhkan panas (reaksi endoterm). Pada proses ini terjadi beberapa reaksi kimia seperti (Water-Gas Reaction, Boudouard Reaction, Shift

conversion, Methanation), dimana terbentuknya senyawa-senyawa yang berguna untuk menghasilkan flammable gas, seperti H2 dan CO. Sisa 80% dari arang turun ke bawah membentuk lapisan pada daerah reduksi, dimana di bagian ini hampir seluruh karbon akan

Dalam dokumen TUGAS AKHIR TM (Halaman 38-0)