Perbedaan antara volume Bio-oil yang dihasilkan secara

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.2 Perbedaan antara volume Bio-oil yang dihasilkan secara

Berdasarkan hasil simulasi Pirolisis dengan biomassa Tandan Kosong Kelapa Sawit pada temperatur 500^oC diperoleh hasil Bio-oil sebanyak 0,921 liter.

Sedangkan untuk hasil Bio-oil berdasarkan metode eksperimental didapatkan sebanyak 0,561 liter. Perbedaan dari hasil kedua metode dapat dinyatakan dengan persamaan di bawah yaitu:

%𝑟𝑎𝑙𝑎𝑡 = |𝑆𝑖𝑚𝑢𝑙𝑎𝑠𝑖 − 𝐸𝑘𝑠𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛

𝑆𝑖𝑚𝑢𝑙𝑎𝑠𝑖 | × 100%

%𝑟𝑎𝑙𝑎𝑡 = |0,921 − 0,561

0,921 | × 100% = |0,360

0,921| × 100% = 0,3908 × 100%

%𝑟𝑎𝑙𝑎𝑡 = 39,08%

Perbedaan yang terjadi disebabkan oleh Bio-oil yang tersisa di storage tank dan pipa penyaluran dengan panjang sekitar 17 meter. Ketika tekanan dari reaktor

pirolisis sudah mengecil maka bio-oil yang tersisa di pipa tersebut tidak terdorong keluar sehingga tersisa di dalam pipa penyaluran.

Perbedaan antara hasil eksperimental dan simulasi dapat diminimalisir dengan menggunakan pipa penyaluran yang lebih pendek dan juga pengeluaran bio-oil dari bagian bawah storage tank sehingga bio-bio-oil yang tersisa pada storage tank dapat keluar tanpa harus ada tekanan penuh dari tabung reaktor dan pipa penyaluran yang lebih pendek akan mengakibatkan berkurangnya jumlah bio-oil yang tersisa pada pipa penyaluran.

4.3 Hasil Simulasi Excess Air dan Air Fuel Ratio pada proses pembakaran yang digunakan untuk proses Pirolisis.

Proses pembakaran untuk menyediakan kalor bagi pirolisis dibantu oleh pasokan udara dengan menggunakan Blower agar distribusi temperatur dalam reaktor merata. Agar mendapatkan hasil kalor yang maksimal dan mencapai pembakaran secara keseluruhan maka ditambahkan udara berlebih dari acuan Air Fuel Ratio. Pada simulasi yang dilakukan dengan mengasumsikan bahwa temperatur gas hasil pembakaran yang terbuang (flue gas) adalah 100^oC, maka dapat disimpulkan bahwa Excess Air yang dapat menghasilkan hasil kalor yang maksimal adalah sekitar 40%, yang dapat dilihat pada Gambar 4.4

Gambar 4.4. Kalor yang Dihasilkan Berdasarkan Kelebihan Udara

27,8

4.4 Pengembangan Desain APK untuk Menghasilkan Bio-oil

Blok HeatX pada AspenPlus digunakan untuk mensimulasikan perpindahan panas yang terjadi pada alat penukar kalor (condenser) dengan luas permukaan perpindahan panas seluas 0,2898 m² untuk mendapatkan temperatur keluar syngas sebesar 37 ^oC dengan total kalor perpindahan sebanyak 1395,84 Watt. Data dari aliran masuk dan aliran keluar dari alat penukar kalor dapat dilihat pada Tabel 4.1.

Namun penggunaan air sebanyak 200 liter untuk mengkondensasikan 3 kg syngas agar mendapatkan hasil bio-oil dinilai kurang efektif dalam pelaksanaannya.

Oleh karena itu pengoptimalisasi desain dilakukan dengan menggunakan model alat penukar kalor yang berbeda dan dengan jumlah air yang lebih sedikit namun dengan total perpindahan panas yang sama sehingga didapatkan hasil seperti tampak pada Tabel 4.2.

𝑞 = 𝑚̇_ℎ𝑐_ℎ∆𝑇_ℎ = 𝑚̇_𝑐𝑐_𝑐∆𝑇_𝑐

(8,37 × 10⁻⁴)(1219,95)(500 − 37) = 𝑚̇_ℎ(4182)(32,56 − 27) 472,56 = 𝑚̇_𝑐23251,92

𝑚̇_𝑐 = 0,02𝑘𝑔

𝑠 = 73,165 𝑘𝑔/𝑗𝑎𝑚 Tabel 4.1. Aliran pada Blok HeatX

Keterangan Nilai

𝑚̇_{𝑠𝑦𝑛𝑔𝑎𝑠} 3,01889 kg/jam

Tmasuk Syngas 500^oC

Tkeluar Syngas 37^oC

𝑚̇_𝑎𝑖𝑟 200 kg/jam

Tmasuk Air 27^oC

Tkeluar Air 32,56^oC

q 1395,84 Watt

Luas APK (A) 0,2898 m²

Tabel 4.2 Hasil Pengembangan pada Alat Penukar Kalor

Keterangan Nilai

𝑚̇_{𝑠𝑦𝑛𝑔𝑎𝑠} 3,01889 kg/jam

Tmasuk Syngas 500^oC

Tkeluar Syngas 37^oC

𝑚̇_𝑎𝑖𝑟 73,2 kg/jam

Tmasuk Air 27^oC

Tkeluar Air 42,2^oC

q 1395,84 Watt

Dari kedua Tabel 4.1 dan Tabel 4.2, dapat disimpulkan bahwa bila model dari alat penukar kalor diganti menjadi sesuai rekomendasi dari AspenPlus, maka laju aliran massa air bisa diperkecil sebanyak 63,5% (dari 200 liter menjadi 73,165 liter) dan temperatur keluar dari air akan meningkat sebanyak 29,6% (dari 32,56^oC menjadi 42,2 ^oC) yang mana dengan rasio perbandingan penurunan jumlah air dengan peningkatan temperatur air adalah 2,145 : 1. Rekomendasi dari AspenPlus untuk alat penukar kalor yang digunakan berupa Shell and Tube (Terlampir)

4.5 Nilai laju aliran massa dan volume dari Bio-oil hasil Pirolisis pada temperatur 400°C-650°C.

Berdasarkan hasil simulasi pada AspenPlus, dengan biomassa berupa Tandan Kosong Kelapa Sawit yang diberi perlakuan Pirolisis pada temperatur antara 400°C-650°C diperoleh nilai laju aliran massa yang dapat dilihat pada Gambar 4.5.

Dari Gambar 4.5 dapat disimpulkan bahwa seiiring dengan meningkatnya temperatur dari Pirolisis maka volume dari Bio-oil yang dihasilkan semakin berkurang. Hal ini bisa terjadi karena dengan meningkatnya temperatur kerja dari pirolisis maka akan terjadi reaksi kimia berupa secondary cracking sehingga produk dari bio-oil akan berkurang dan meningkatkan hasil dari syngas.

Gambar 4.5 Laju Aliran Massa dan Volume Bio-oil pada temperatur 400°C-650°C.

4.6 Nilai Kalor dari Bio-oil hasil Pirolisis pada temperatur 400°C-650°C.

Gambar 4.6 Nilai Kalor dari Bio-oil pada Temperatur Pirolisis 400-650^oC Setelah syngas melewati kondensor maka diperoleh Bio-oil dengan temperatur sebesar 37^oC. Bila pirolisis dilaksanakan pada temperatur yang berbeda, maka nilai kalor di Bio-oil akan berbeda. Grafik dari perbandingan antara nilai kalor dari Bio-oil hasil Pirolisis pada temperatur 400°C-650°C dapat dilihat pada Gambar 4.6. Sesuai dengan Gambar 4.6, dapat dilihat pula nilai kalor akan semakin tinggi berbanding dengan lurus dengan temperatur pirolisis. Hal ini dikarenakan oleh

0

400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580 590 600 610 620 630 640 650

Laju Aliran

Temperatur Pirolisis

Laju Aliran Volume (L/hr) Laju Aliran Massa (kg/hr)

2540

350 400 450 500 550 600 650 700

Nilai Kalor (kJ/kg)

Temperatur Kerja Pirolisis (^oC) HHV (kJ/KG)

komposisi H2 yang semakin meningkat seiring dengan meningkatnya temperatur kerja pirolisis sehingga nilai kalor dari bio-oil akan meningkat seiring dengan meningkatnya komposisi dari H2 tersebut. Nilai kalor yang didapatkan masih cukup rendah yang disebabkan oleh komposisi air yang cukup tinggi sehingga belum bisa digunakan sebagai bahan bakar.

4.7 Korelasi Antara Nilai Kalor Dengan Laju Aliran Volume Hasil Bio-oil.

Berdasarkan data dari nilai kalor dan laju aliran volume, maka dapat disimpulkan bahwa dengan meningkatnya temperatur kerja dari Pirolisis maka nilai kalor dari bio-oil yang dihasilkan akan semakin tinggi namun dengan volume yang lebih sedikit (Gambar 4.7). Jumlah bio-oil yang dihasilkan berbanding terbalik dengan nilai kalornya sehingga bila ingin mendapatkan nilai kalor yang tinggi, maka bio-oil yang dihasilkan tidak akan maksimal. Untuk mendapatkan hasil nilai kalor dan volume yang optimal maka dapat dilakukan pirolisis pada di sekitar temperatur kerja sebesar 580^oC sedangkan untuk mendapatkan kualitas bio-oil yang maksimal hanya bisa didapatkan dalam jumlah rendah karena temperatur kerja yang tinggi akan menyebabkan reaksi kimia berupa secondary cracking yang akan menghasilkan syngas yang lebih banyak daripada bio-oil. Adapun nilai kalor yang didapatkan dari bio-oil belum bisa digunakan sebagai bahan bakar karena masih dalam belum mencapai nilai kalor dari diesel-oil yaitu 45,6 MJ/kg.

Gambar 4.7. Perbandingan Nilai Kalor dengan Laju Aliran Volume dari Bio-oil

0

400 450 500 550 600 650

Laju aliran volume (L/jam)

Nilai Kalor (kJ/kg)

Temperatur Pirolisis (oC) HHV (kJ/KG) Vol Liquid (L/hr)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

1. Air Fuel Ratio yang optimal untuk proses pembakaran pada sistem Pirolisis ini adalah 40%.

2. Optimasi dilakukan pada massa air dari 200 liter menjadi 73 liter namun dengan kenaikan pada temperatur keluar air menjadi 42,2^oC dengan model APK berbentuk Shell and Tube.

3. Laju aliran massa Bio-oil pada temperatur 400°C-650°C berkurang seiring naiknya temperatur Pirolisis yaitu, berkisar antara 0,121-0,38 kg/jam dengan volume antara 0,124-0,387 L/jam.

4. Nilai kalor dari Bio-oil pada temperatur 400°C-650°C meningkat seiring naiknya temperatur Pirolisis, dengan nilai kalor pada 400°C sebesar 2545 kJ/kg dan pada 650°C sebesar 2637 kJ/kg.

5. Semakin meningkatnya temperatur Pirolisis, maka nilai kalor akan semakin meningkat namun volume yang dihasilkan akan semakin berkurang.

6. Temperatur yang diperlukan agar menghasilkan Bio-Oil dengan nilai kalor dan jumlah yang optimal yaitu pada temperatur sekitar 580 ^oC dengan nilai kalor sebesar 2570 kJ/kg dan yield sebanyak 0,23 L/jam.

7. Perbedaan ralat hasil volume Bio-oil secara simulasi dan eksperimen adalah sebesar 39,08%.

5.2 Saran

Setelah melakukan penelitian, maka saran yang diberikan untuk penelitian selanjutnya adalah:

1. Melakukan percobaan dengan menggunakan campuran dari dua jenis biomassa.

2. Melakukan uji coba dengan metode fast pyrolysis.

3. Melakukan penelitian lebih lanjut mengenai zat-zat penyusun Bio-oil dari hasil Pirolisis.

4. Melakukan validasi terhadap kondenser yang telah disimulasi.

5. Melakukan proses distilasi terhadap Bio-oil untuk mendapatkan hasil yang lebih murni.

6. Melakukan proses emulsifikasi dengan bahan bakar diesel.

7. Melakukan pengurangan terhadap panjang pipa penyaluran.

8. Mengeluarkan isi Bio-Oil dari bagian bawah Storage Tank.

DAFTAR PUSTAKA

[1] B. Prabir. 2010. Biomass Gasification and Pyrolysis. Elsevier Inc. USA.

ISBN 978-0-12-374988-8

[2] A. Demirbaş. 2001. Biomass resource facilities and biomass conversion processing for fuels and chemicals, Energy conversion and Management, 42 (2001) 1357-1378.

[3] Toklu E. 2017. Biomass energy potential and utilization in Turkey Renew.

Energ. Rev. 107 pp 235-244.

[4] Kurtubi. 2004. Tinjauan Kritis Kebijakan Migas Dalam Mendukung

Stabilitas Pertumbuhan Ekonomi Nasional. Dipersentasikan dalam seminar nasional “Industri Migas Nasional, Perkembangan, Permasalahan Dan Kebijakan Dalam Mendukung Stabilitas Dan Pertumbuhan Ekonomi Nasional.” Bank Indonesia, 4 Mei 2005.

[5] Anonim. 2010. Data Impor Solar Indonesia. Badan Pusat Statistik, [6] Anonim. 2017. Direktori Perusahaan Perkebunan Karet Indonesia 2017.

Badan Pusat Statistik

[7] T B Nur and A W Syahputra 2018 IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 308 012030

[8] Anca-Couce, Andrés & Zobel, Nico & Berger, Anka & Behrendt, Frank.

2012. Smouldering of pine wood: Kinetics and reaction heats. Combustion and Flame. 159. 1708 - 1719. 10.1016/j.combustflame.2011.11.015.

[9] UNFCCC. 2005. Clarifications of Definition of Biomass and Consideration of Changes in Carbon Pools Due to a CDM Project Activity. Appendix 8 [10] Anonim. 2015. Statistik Kelapa Sawit Indonesia. Jakarta: Badan Pusat

Statistik. Hal 4

[11] A. Demirba. 2004. Hydrogen-rich gas from fruit shells via supercritical water extraction, International Journal of Hydrogen Energy, 29 (2004) 1237-1243.

[12] Diebold, J.P., dkk. 1997. Proposed Specification for Various Grades of Pyrolisis Oils. Blackie Academic & Professional.

[13] Islam, M.N., 1999. Pyrolysis of Biomass Solid Waste and Its Catalytic Treatment along with Economic Analysis. Ph. D. Thesis, Faculty of Mechanical Engineering, Universiti Teknologi Malaysia, Malaysia.

[14] V. Dhyani and T. Bhaskar. 2018. A comprehensive review on the pyrolysis of lignocellulosic biomass, Renew. Energy, vol. 129, pp. 695–716, 2018, doi:

10.1016/j.renene.2017.04.035.

[15] Ward, J., Rasul, M.G., Bhuiya, M.M.K., 2014. Energy recovery from biomass by fast pyrolysis. 10th International Conference on Mechanical Engineering, ICME 2013. Elsevier Ltd

[16] Hambali, E. dkk. 2007. Teknologi Bioenergi. Biodiesel, Bioetanol, Biogas, Pure Plant Oil, Biobriket, dan Bio-oil. PT Agromedia Pustaka. Jakarta.

[17] Ramussen, Erik. 2007. Combustion Analysis and Fuel Efficiency. Esco Press.

[18] Steinberg, Bob. “Air Fuel Ratio Effect on Combustion Efficiency.” Sage Metering, 12 Aug. 2020, sagemetering.com/combustion-efficiency/air-fuel-ratio-effect-on-combustion-efficiency/.

[19] Electric and Hybrid Vehicles - Technologies, Modeling and Control: A Mechatronic Approach - Scientific Figure on ResearchGate. Available from:

https://www.researchgate.net/figure/Effect-of-air-fuel-ratio-on-gasoline-vehicle-emissions_fig6_260878177 [accessed 29 Aug, 2020]

[20] AspenPlus V10 Help

[21] Robinson, D.B. and Peng, D.Y. 1976. A New Two-Constant Equation of State Industrial and Engineering Chemistry: Fundamentals. Industrial &

Engineering Chemistry Fundamentals.

[22] Hagoort. J. 1988. Fundamentals of Gas Reservoir Engineering, Volume 23.

1^st Edition. Elsevier Science

[23] Holman JP. 2010. Heat Transfer Tenth Edition. Department of Mechanical Engineering Southern Methodist University (US). McGraw-Hill.

LAMPIRAN

Tabel Hasil Simulasi untuk Mendapatkan Hasil Kalor Maksimal Kelebihan udara (%) Kalor yang Dihasilkan (kW)

0 28,0159715

Nilai HHV dan LHV pada Temperatur Pirolisis 400-650^oC

Temperatur Pirolisis (^oC) HHV (kJ/kg) LHV (kJ/kg)

400 2545,4222 41,85479896

450 2549,94396 46,2072856

500 2556,785503 52,79285757

550 2568,2038 63,78476075

600 2589,605948 84,38969684

650 2637,596432 130,5971648

Laju Aliran Massa Bio-oil pada temperatur antara 400°C-650°C.

Temperatur (°C)

Laju Aliran Massa (kg/jam) Volume (L/jam)

400 0,380813636 0,387536067

450 0,344894363 0,350969856

500 0,301832052 0,307131969

550 0,249792082 0,254154732

600 0,188788131 0,192052072

650 0,121986222 0,12404704