TUGAS AKHIR Pengaruh Variasi Kecepatan Udara Terhadap Kinerja Fluidized Bed Gasifier Pada Distributor Udara Jenis Nozel.

(1)

TUGAS AKHIR

PENGARUH VARIASI KECEPATAN UDARA TERHADAP

KINERJA

FLUIDIZED BED GASIFIER

PADA DISTRIBUTOR

UDARA JENIS NOZEL

Disusun Sebagai Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun oleh :

RIZKITIANTO DWI HADI PURNOMO D 200 110 096

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

(2)

Surakarta, Januari 2017

Yang menyatakan,

Rizkitianto Dwi Hadi Purnomo

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Skripsi dengan judul :

“PENGARUH VARIASI KECEPATAN UDARA TERHADAP KINERJA

FLUIDIZED BED GASIFIER PADA DISTRIBUTOR UDARA JENIS

NOZEL” yang dibuat untuk memenuhi sebagai syarat memperoleh derajat

sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas

Muhammadiyah Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan

tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan atau

pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan dilingkungan

Universitas Muhammadiyah Surakarta atau instansi manapun, kecuali

bagian yang sumber informasinya saya cantumkan sebagaimana

(3)

iii Disetujui pada

Hari : ...

Tanggal : ...

Pembimbing Utama

Nur Aklis, ST., M.Eng

HALAMAN PERSETUJUAN

Tugas Akhir berjudul “PENGARUH VARIASI KECEPATAN UDARA TERHADAP KINERJA FLUIDIZED BED GASIFIER PADA DISTRIBUTOR UDARA JENIS NOZEL”, telah disetujui Pembimbing dan diterima sebagai syarat memperoleh gelar sarjana S1 pada Jurusan

Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Dipersiapkan oleh:

Nama : RIZKITIANTO DWI HADI PURNOMO

(4)

Disahkan pada :

Hari : ...

Tanggal : ...

Tim Penguji :

Ketua : Nur Aklis, ST.,M.Eng. ...

Anggota 1 : Ir. Sartono Putro, MT. ...

Anggota 2 : Ir. Sunardi Wiyono, MT. ...

Dekan Ketua Jurusan

Ir. Sri Sunarjono, MT.,Ph.D Tri Widodo Besar R, ST., M.Sc.,Ph.D

HALAMAN PENGESAHAN

Tugas Akhir berjudul : “PENGARUH VARIASI KECEPATAN UDARA TERHADAP KINERJA FLUIDIZED BED GASIFIER PADA DISTRIBUTOR UDARA JENIS NOZEL” telah dipertahankan di hadapan Tim Penguji dan telah dinyatakan sah untuk memenuhi syarat

memperoleh gelar sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Dipersiapkan oleh :

Nama : RIZKITIANTO DWI HADI PURNOMO

(5)

(6)

MOTTO

Janganlah kamu mencari ilmu karena 3 hal : Untuk

berdebat, untuk dibanggakan, karena pamrih. dan

jangan pula kamu meninggalkannya karena 3 hal :

Karena malu mencarinya, karena zuhud (menjauh) darinya, karena

rela untuk tidak mengetahuiny

a.

(Umar Ibn Al Khattab)

Barang siapa menempuh suatu jalan untuk mencari ilmu, maka

Allah memudahkannya mendapatkan jalan ke syurga

(H.R Muslim)

Hai orang-orang yang beriman, jadikanlah sabar dan sholatmu

sebagai penolongmu, sesungguhnya Allah bersama orang-orang

yang saba

r

(7)

vii

Abstrak

Fluidized bed gasifier merupakan salah satu jenis teknologi

reaktor yang memiliki kelebihan mengkonversi biomassa (sekam padi)

menjadi syngas. Salah satu faktor yang dapat mempengaruhi kinerja

proses dari reaktor fluidized bed adalah kecepatan udara. Penelitian ini

dilakukan dengan memvariasikan kecepatan udara yang masuk kedalam

reaktor dengan variasi kecepatan udara yang digunakan adalah 1 m/s, 1,5

m/s, 2 m/s, kemudian mengambil data percobaan meliputi temperatur

reaktor, jumlah kalor yang dihasilkan dan waktu nyala efektif. Hasil dari

penelitian menunjukan variasi kecepatan udara sangat berpengaruh

terhadap temperatur reaktor, jumlah kalor yang dihasilkan dan waktu

nyala efektif yang dihasilkan. Pada kecepatan udara 1 m/s menghasilkan

temperatur reaktor sebesar 386,60_{C jumlah kalor yang dihasilkan sebesar}

933,6566 Kj dengan waktu nyala efektif selama 40 menit. Kecepatan

udara 1,5 m/s menghasilkan temperatur reaktor sebesar 454,40_{C jumlah}

kalor yang dihasilkan sebesar 1.023,9417 Kj dengan waktu nyala efektif

selama 38 menit. Kecepatan udara 2 m/s menghasilkan temperatur

reaktor sebesar 487,50_{C jumlah kalor yang dihasilkan sebesar 1.227,0724}

Kj dengan waktu nyala efektif selama 34 menit.

(8)

viii viii

Abstract

Fluidized bed gasifier is a type of reactor technology which is able

to convert biomass (rice husk) to syngas. One of the effecting factor the

performance of the fluidized bed reactor process is the air speed. This

research was conducted by varying the air speed to the reactor with a

variations of speed is 1 m/s, 1,5 m/s, 2 m/s. Thus, gathering the testing

data which are consist of reactor temperature, the yield of heat and time

effective flame. The result of the research discloses the air speed is

having a huge effect on the reactor temperature, the yield of heat and time

effective flame. The air speed 1 m/s develops reactor temperature

386,60_{C, the yield of heat 933,6566 Kj and time effective flame 40}

minutes. Then air speed 1,5 m/s develops reactor temperature 454,40_C,

the yield of heat 1.023,9417 Kj and the time effective flame 38 minutes.

While the air speed 2 m/s develops reactor temperature 487,50_{C, the yield}

of heat 1.227,0724 Kj and time effective flame 34 minutes.

(9)

ix

HALAMAN PERSEMBAHAN

Dengan penuh mengharap ridho Allah SWT, taburan cinta dan

kasih sayang-Mu telah memberikanku kekuatan, membekaliku dengan

ilmu serta memberikanku petunjuk dengan islam. Atas karunia dan

kemudahan yang Engkau berikan akhirnya skripsi yang sederhana ini

dapat terselesaikan. Sholawat serta salam selalu tercurahkan kepada

junjungan kita Nabi Muhammad SAW. Setelah melewati berbagai ujian

dalam perjuangan yang tak kenal lelah, Saya persembahkan karya

sederhana ini kepada:

1. Kedua orang tua tercinta, Tashadi dan Muti’ah, yang begitu tulus

memberikan segalanya demi keberhasilan putranya.

2. Kakak Hermiawan Haditia yang telah memberikan semangat, doa dan

dukungan baik moril maupun materil.

3. Kedua Adik ku tersayang Misfana Fagi Haditia dan Arga Dini Astuti

yang selalu menghiburku dirumah.

4. Anisa Amalia yang selalu memberikan motivasi, semangat dan selalu

mengingatkan untuk menyelesaikan penelitian dan penulisan tugas

(10)

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Wr. Wb.

Syukur Alhamdulilah, dipanjatkan ke hadirat Allah SWT atas berkah

dan rahmat-Nya sehingga penyusunan laporan ini dapat terselesaikan.

Tugas akhir yang berjudul “PENGARUH VARIASI KECEPATAN

UDARA TERHADAP KINERJA FLUIDIZED BED GASIFIER PADA

DISTRIBUTOR UDARA JENIS NOZEL”, dapat terselesaikan atas

dukungan dari beberapa pihak. Untuk itu pada kesempatan ini, dengan

segala ketulusan dan keiklasan hati ingin menyampaikan rasa terima

kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Ir. Sri Sunarjono, MT., Ph.D sebagai Dekan Fakultas Teknik

2. Bapak Tri Widodo Besar Riyadi, ST.,M.Sc.,PhD selaku Ketua

Jurusan Teknik Mesin.

3. Bapak Nur Aklis, ST., M.Eng. selaku pembimbing utama dalam

penelitian Tugas Akhir.

4. Bapak Agus Yulianto, ST, MT. selaku Pembimbing Akademik.

5. Dosen Jurusan Teknik Mesin beserta Staf Tata Usaha Fakultas

Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

6. Teman 1 kelompok tugas akhir Riski Elis Saputra, Didik setyawan,

Teguh Prasetyo Youno yang telah sama-sama berjuang

(11)

xi

Surakarta, Januari 2017

Penulis

7. Haqqi dan andre yang selalu membantu dalam proses penelitian

tugas akhir ini.

8. Teman – teman angkatan 2009, 2010, 2011 yang sudah banyak

membantu dan mendukung saya dalam perkuliahan selama di

Penulis juga menyadari bahwa masih banyak kesalahan dan

kekurangan dalam penulisan tugas akhir ini. Maka dari itu, dengan rendah

hati penulis mengharapkan adanya kritik dan saran yang bersifat

membangun guna hasil yang lebih baik kedepannya. Harapan terakhir dari

penulis, semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi diri sendiri maupun

orang lain terutama para pembaca sekalian.

(12)

(13)

xiii

4.1.2 Hasil Temperatur Reaktor Fluidized Bed pada Kecepatan Udara 1 m/s ... 49

4.1.3 Hasil Temperatur Reaktor Fluidized Bed pada Kecepatan Udara 1,5 m/s ... 50

4.1.4 Hasil Temperatur Reaktor Fluidized Bed pada Kecepatan Udara 2 m/s ... 51

4.2 Hasil Temperatur Nyala Api ... 52

4.2.1 Hasil Temperatur Api pada Kecepatan Udara 1 m/s... 52

4.2.2 Hasil Temperatur Api pada Kecepatan Udara 1,5 m/s ... 53

(14)

xiv

4.3.1 Hasil Temperatur Pendidihan Air pada

Kecepatan Udara 1 m/s ... 55

4.3.2 Hasil Temperatur Pendidihan Air pada Kecepatan Udara 1,5 m/s ... 56

4.3.3 Hasil Temperatur Pendidihan Air pada Kecepatan Udara 2 m/s ... 57

Pembahasan ... 58

4.4.1 Perbandingan Temperatur Reaktor pada Kecepatan Udara 1 m/s, 1,5 m/s, 2 m/s ... 58

4.4.2 Perbandingan Temperatur Api pada Kecepatan Udara 1 m/s, 1,5 m/s, 2 m/s ... 59

4.4.3 Perbandingan Temperatur Pendidihan Air pada Kecepatan Udara 1 m/s, 1,5 m/s, 2 m/s ... 60

4.4.4 Tabel Perhitungan Kalor ... 62

4.4.5 Perbandingan Jumlah Kalor yang Dihasilkan ... 65

(15)

xv xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Sekam Padi ... 11

Gambar 2.2 Ilustrasi Fluidisasi ... Gambar 2.3 Grafik Hubungan antara Besar Kecepatan Superficial yang Bekerja dengan Pressure Drop ... 13 16 Gambar 2.4 Prilaku Gelembung pada Jenis Distributor ... 17

Gambar 2.5 Pasir Silika ... 18

Gambar 2.6 Tipe Gasifier Fixed Bed ... 22

Gambar 2.7 Skema Reaktor Bubbling Fluidized Bed Gasifier ... 23

Gambar 2.8 Skema Reaktor Circulating Fluidized Bed Gasifier ... 24

Gambar 2.9 Aliran Fluida dalam Tabung... 30

Gambar 2.10 Aliran Fluida pada Penampang yang Sama... 31

Gambar 2.11 Siklus Persamaan Bernoulli... 33

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ... 35

Gambar 3.2 Instalasi Pengujian ... 37

Gambar 3.3 Reaktor ... 39

Gambar 3.4 Distributor Udara ... 40

Gambar 3.5 Cyclone ... 41

Gambar 3.6 Plenum ... 42

Gambar 3.7 Tabung Filter ... 43

Gambar 3.8 Kompor Modifikasi………. 44

Gambar 3.9 Sekam Padi………... 47

Gambar 3.10 Pasir Silika………. 47

Gambar 3.11 Kapur (gamping)………. 47

Gambar 4.1 Karakteristik Kecepatan Minimum Fluidisasi………….. Gambar 4.2 Grafik Temperatur Reaktor pada Kecepatan Udara 1m/s……… 48 49 Gambar 4.3 Grafik Temperatur Reaktor pada Kecepatan Udara 1,5m/s………. 50

(16)

xvi

Udara 2 m/s……… 51

Gambar 4.5 Grafik Temperatur Nyala Api pada Kecepatan

Udara 1,5 m/s………. 53

Gambar 4.8 Grafik Temperatur Pendidihan Air pada

Kecepatan Udara 1 m/s………... 55

Kecepatan Udara 1,5 m/s……… 56

Kecepatan Udara 2 m/s………. 57

Gambar 4.11 Grafik Perbandingan Temperatur Reaktor

pada Kecepatan Udara 1 m/s, 1,5 m/s, 2 m/s…… 58

Gambar 4.12 Grafik Perbandingan Temperatur Nyala Api

Gambar 4.13 Grafik Perbandingan Temperatur Pendidihan Air

Gambar 4.14 Grafik Perbandingan Jumlah kalor yang dihasilkan

(17)

xvii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Unsur Kimia ... 28

Tabel 3.1 Keterangan Gambar Reaktor ... 37

Tabel 4.1 Tabel Perhitungan Kalor Sensibel Air pada Kecepatan

Udara 1 m/s ... 62

Tabel 4.2 Hasil Perhitungan Kalor Sensibel Air pada Kecepatan

Udara 1,5 m/s ... 63

Tabel 4.3 Hasil Perhitungan Kalor Sensibel Air pada Kecepatan

Udara 2 m/s ... 64

Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Kalor Laten Air ... 64

(18)

DAFTAR SIMBOL

Simbol Satuan

Q = Kalor [Joule]

Qs = Kalor sensible [Joule]

Ql = Kalor laten [Joule]

m = Massa bahan bakar [kg]

Cp = Kalor jenis air [kj/kg.°C]

hfg = Enthalpy penguapan [kj/kg]

∆T = T2-T1 (perubahan suhu) [°C]

P = Tekanan [N/m2]

A = Luas penampang [m2]

v = Kecepatan aliran fluida [m/s]

ρ = Massa jenis fluida [kg/m3]