TUGAS AKHIR Pengaruh Jumlah Nozel Distributor Terhadap Kinerja Fluidized Bed Gasifier.

(1)

i

TUGAS AKHIR

PENGARUH JUMLAH NOZEL DISTRIBUTOR TERHADAP

KINERJA FLUIDIZED BED GASIFIER

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

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun oleh :

RISKI ELIS SAPUTRA

D 200 110 085

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

(2)

ii

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Skripsi dengan judul:

“PENGARUH JUMLAH NOZEL DISTRIBUTOR TERHADAP KINERJA

FLUIDIZED BED GASIFIER” 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 si

publikasikan dan/atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar

kesarjanaan dilingkungan Universitas Muhammadiyah Surakarta atau

instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya saya

cantumkan sebagaimana mestinya.

Surakarta, Januari 2017

Yang menyatakan,

(3)

iii

HALAMAN PERSETUJUAN

Tugas Akhir berjudul “PENGARUH JUMLAH NOZEL DISTRIBUTOR TERHADAP KINERJA FLUIDIZED BED GASIFIER”, telah disetujui Pembimbing dan diterima sebagai syarat memperoleh gelar sarjana S1

pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah

Surakarta.

Dipersiapkan oleh:

Nama : RISKI ELIS SAPUTRA

NIM : D 200 110 085

Disetujui pada

Hari : ...

Tanggal : ...

Pembimbing Utama

(4)

iv

HALAMAN PENGESAHAN

Tugas Akhir berjudul : “PENGARUH JUMLAH NOZEL DISTRIBUTOR

TERHADAP KINERJA FLUIDIZED BED GASIFIER” 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.

(5)

(6)

vi

MOTTO

Ya Tuhanku, berilah aku petunjuk agar aku dapat mensyukuri nikmat-Mu

yang telah Engkau limpahkan kepadaku dan kepada kedua orang tuaku,

dan agar aku dapat berbuat kebajikan yang Engkau ridhai ; dan berilah

aku kebaikan yang akan mengalir sampai kepada anak cucuku. Sungguh,

aku bertobat kepada Engkau, dan sungguh, aku termasuk orang muslim

(Q.S Al- Ahqaf 15)

“Ya Tuhanku, tambahkanlah kepadaku ilmu pengetahuan.”

(7)

vii Abstraksi

Pembakaran bahan bakar gas lebih menguntungkan dari bahan bakar padat karena menghasilkan pembakaran yang lebih bersih, produk gas dapat dibuat dengan cara fluidized bed gasifier dengan bahan bakar sekam padi. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh jumlah nozel distributor terhadap kinerja fluidized bed gasifier pada kecepatan 1,3 m/s yang meliputi kecepatan minimum fluidisasi, temperatur reaktor, pengaruh jumlah gas yang dihasilkan dan waktu nyala efektif. Penelitian diawali dengan pembuatan alat fluidized bed gasifier sekam padi, kemudian melakukan pengujian pebakaran dengan mengatur distributor udara jumlah nozel 3, jumlah nozel 5, dan jumlah nozel 7. Data yang diukur dalam penelitian ini adalah mengukur kecepatan minimum fluidisasi, temperatur reaktor, pengaruh jumlah gas yang dihasilkan dan waktu nyala efektif. Hasil penelitian menunjukkan jumlah nozzel pada distributor mempengaruhi kinerja alat fluidized bed gasifier semakin banyak jumlah nozel kecepatan minimum yang dihasilkan semakin rendah, yaitu pada distributor jumlah nozel 7 sebesar 0,9 m/s. Untuk temperatur tertinggi didapatkan dari distributor jumlah nozel 7 yaitu 465,5°C. Sedangkan untuk waktu nyala efektif terlama distributor jumlah nozel 3 didapatkan selama 65 menit. Jumlah gas yang dihasilkan terbanyak adalah distributor jumlah nozzel 7 sebesar 1561,4269 Kj.

(8)

viii

Abstraction

The burning of gas fuel is more profitable than solid fuel because it

produces a cleaner combustion, gas products can be made by way of a

fluidized bed gasifier with rice husk fuel. This research aims to know the

influence of the number of nozzles distributor fluidized bed gasifier on

performance at the speed of 1,3 m/s which include minimum speed

fluidization, the reactor temperature,time effective flame and the influence

of the amount of gas produced. The research began with the manufacture

of tools of fluidized bed gasifier rice husk, then do the test firing by setting

the air distributor number of nozzle 3, nozzle 5, nozzle 7. The data

measured in this research is to measure the speed of a minimum

fluidization, reactor temperature, influences the amount of gas produced

from the time effective flame. The results showed the number of nozzles

on a distributor appliance affect the performance of fluidized bed gasifier

the greater number of nozzles the minimum speed that produced the lower

number 7 nozzles of 0,9 m/s . For the highest temperature is obtained

from the distributor number of nozzles 7 of 465,5ºC. While for the longest

time effective flame distributor 3 nozzles amount obtained during the 65

minute. The amount of gas produced is the largest distributor of the

number of nozzles 7 of 1561.4269 Kj.

(9)

ix

HALAMAN PERSEMBAHAN

Dengan penuh mengharap ridho Allah SWT, teriring perasaan

syukur dan sabar yang mendalam serta penghargaan yang tinggi, setelah

melewati berbagai ujian dalam perjuangan yang tak kenal lelah, Saya

mempersembahkan Tugas Akhir ini kepada :

1. Bapak dan Ibu yang dengan segala Do’a, bimbingan, pengertian,

perhatian, kasih sayang, kesabaran, keikhlasan dan

pengorbanannya yang sangat besar kepada saya dan adik saya

yang menjadi saudara yang senantiasa mendukung dan

memberikan semangat kepada saya untuk selalu senantiasa

berusaha sebaik mungkin.

4. Teman seperjuangan tugas akhir Didik Setyawan, Rizkitianto Dwi

Hadi Purnomo dan Teguh Prasetyo Yuono, terimakasih atas

kerjasama dan bantuannya.

5. Sahabatku semuanya yang selalu menyemangati yang tidak bisa

(10)

x

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Wr. Wb

Sesungguhnya, segala puji hanyalah milik Allah, atas segala

rahmat dan karunia- Nya yang telah terlimpahkan kepada penulis,

sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Sholawat dan salam

semoga senantiasa tercurah kepada Nabi Muhammad SAW. Juga kepada

keluarga, para sahabat serta orang-orang yang setia mengikuti mereka

hingga hari akhir.

Tugas Akhir yang berjudul “PENGARUH JUMLAH NOZEL DISTRIBUTOR TERHADAP KINERJA FLUIDIZED BED GASIFIER” ini disusun untuk memenuhi persyaratan Sidang Sarjana S-1 pada Jurusan

Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis banyak mendapat

bantuan dari berbagai pihak, pada kesempatan ini, penulis dengan penuh

keikhlasan hati ingin menyampaikan terima kasih kepada :

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

2. Bapak Tri Widodo Besar Riyadi, ST, M.Sc, Ph. D, selaku Ketua Jurusan

Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

(11)

xi

4. Dosen Jurusan Teknik Mesin beserta Staf Tata Usaha Fakultas Teknik

5. Teman – teman yang sudah banyak membantu dan mendukung saya

dalam perkuliahan maupun yang lainnya selama di Universitas

Muhammadiyah Surakarta.

Akhir kata, penulis mohon maaf sebelum dan sesudahnya, jika

sekiranya terdapat kesalahan dan kekurangan dalam penulisan Tugas

Akhir ini, yang disebabkan adanya keterbatasan-keterbatasan antara lain

waktu, dana, literatur yang ada, dan pengetahuan yang penulis miliki.

Harapan penulis semoga laporan ini bermanfaat untuk pembaca.

Tugas Akhir ini semoga dapat bermanfaat khususnya bagi penulis

dan pihak lain yang membutuhkan, Amin ya Robbaallamin.

Wassalamu’alaikum. Wr. Wb.

Surakarta, januari 2017

(12)

xii

DAFTAR ISI

Halaman Judul ... i

Pernyataan Keaslian Skripsi ... ii

Halaman Persetujuan ... iii

Halaman Pengesahan ... iv

Lebar Soal Tugas Akhir ... v

Motto ... vi

Abstraksi ... vii

Abstraction ... viii

Halaman Persembahan ... ix

Kata Pengantar ... x

Daftar Isi ... xii

Daftar Gambar ... xvii

Daftar Tabel ... xx

(13)

xiii BAB I PENDAHULUN

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 4

1.3 Tujuan Penelitian ... 4

1.4 Manfaat Penelitian ... 4

1.5 Batasan Masalah ... 5

1.6 Sistematika Penulisan ... 6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Pustaka ... 8

2.2 Dasar Teori ... 10

2.2.1 Sekam Padi ... 10

2.2.2 Fluidisasi ... 12

2.2.3 Fluidized Bed ... 14

2.2.4 Kecepatan Minimum Fluidisasi ... 15

2.2.5 Keuntungan Fluidisasi ... 16

2.2.6 Distributor ... 17

(14)

xiv

2.2.8 Gasifikasi ... 23

2.2.9 Tipe Gasifier ... 25

2.2.10 Tahapan Proses Pembakaran ... 27

2.2.11 Produk Gas ... 29

2.2.12 Daya ... 35

2.2.13 Kalor ... 36

2.2.14 Persamaan Bernoulli ... 38

2.2.15 Persamaan Kontinuitas ... 39

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Diagram Alir Penelitian ... 42

3.2 Tahapan Penelitian ... 43

3.3 Instalasi Pengujian ... 45

3.4 Alat Dan Bahan Pengujian ... 47

3.5 Alat Ukur ... 54

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Kecepatan minimum fluidisasi distributor jumlah nozel 3 .. 56

(15)

xv

4.3 Kecepatan minimum fluidisasi distributor jumlah nozel 7 .. 57

4.4 Pembahasan dan grafik temperatur reaktor dengan distributor

jumlah nozel 3 ... 58

4.5 Grafik dan pembahasan temperatur reaktor dengan distributor

4.6 Grafik dan pembahasan temperatur reaktor dengan distributor

4.7 Grafik dan pembahasan temperatur reaktor pada ketiga

jumlah nozel distributor... 62

4.8 Pembahasan dan grafik temperatur api pada distributor jumlah

nozel 3 ... 63

4.9 Pembahasan dan grafik temperatur api pada distributor jumlah

nozel 5 ... 64

4.10 Pembahasan dan grafik temperatur api pada distributor

4.11 Grafik dan pembahasan temperatur api ketiga jumlah nozel

distributor ... 66

4.12 Grafik dan pembahasan temperatur air pada distributor

(16)

xvi

4.15 Grafik dan pembahasan temperatur air pada ketiga jumlah

nozel distributor ... 70

4.15 Pembahasan dan grafik hubungan kalor terpakai ketiga

jumlah nozel distributor ... 72

BAB V PENUTUP

5.1. Kesimpulan ... 74

5.2. Saran ... 75

DAFTAR PUSTAKA

(17)

xvii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Sekam padi ... 11

Gambar 2.2. Konsep dasar fluidisasi ... 13

Gambar 2.3. Kecepatan minimum fluidisasi ... 16

Gambar 2.4. Jenis-jenis distributor ... 18

Gambar 2.5. Contoh distributor type nozel ... 19

Gambar 2.6. Contoh lain distributor type nozel... 19

Gambar 2.7. Pasir silika ... 21

Gambar 2.8. Kapur atau gamping ... 22

Gambar 2.9. Tahapan proses gasifikasi ... 24

Gambar 2.10. Type gasifier ... 25

Gambar 3.1. Diagram alir penelitian ... 42

Gambar 3.2. System fluidized bed gasifier ... 45

Gambar 3.3. Instalasi alat fluidized bed gasifier ... 46

Gambar 3.4. Bahan bakar dan material bed. ... 48

Gambar 3.5. Plenum ... 48

(18)

xviii

Gambar 3.7. Bentuk 2D distributor nozel ... 49

Gambar 3.8. Reaktor Fluidisasi... 51

Gambar 3.9. Cyclone ... 51

Gambar 3.10. Tangki Filter ... 52

Gambar 3.11. Kompor modifikasi... 53

Gambar 4.1. Karakteristik kecepatan minimum fluidisasi distributor jumlah nozel 3 ... 56

Gambar 4.2. Karakteristik kecepatan minimum fluidisasi distributor jumlah nozel 5 ... 57

Gambar 4.3. Karakteristik kecepatan minimum fluidisasi distributor jumlah nozel 7 ... 58

Gambar 4.4. Grafik temperatur reaktor percobaan fluidized bed gasifier pembakaran sekam padi distributor jumlah nozel 3 ... 59

(19)

xix

Gambar 4.8. Grafik temperatur api pada distributor jumlah nozel 3 terhadap waktu pada kerja alat fluidized bed ... 63

Gambar 4.9 Grafik temperatur api distributor jumlah nozel 5 terhadap waktu pada kerja alat fluidized bed ... 64

Gambar 4.10. Grafik temperatur api pada disributor jumlah nozel 7 terhadap waktu pada kerja alat fluidized bed ... 65

Gambar 4.11. Temperatur api tiga distributor ... 66

Gambar 4.12. Menunjukkan hubungan temperatur air terhadap waktu pendidihan air pada distributor jumlah nozel 3 ... 67

Gambar 4.15. Grafik hubungan temperatur air terhadap waktu pada tiga variasi jumlah distributor ... 70

(20)

xx

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Komposisi kimia sekam berdasarkan DTC-IPB ... 11

Tabel 2.2. Kelebihan dan kekurangan berbagai tipe gasifier ... 26

Tabel 2.3. Perbedaan gasifikasi dan pembakaran ... 28

Tabel 3.1. Jenis Distributor Udara Yang digunakan ... 49

Tabel 4.1. Tabel minimum fluidisasi ... 58

Tabel 4.2. Tabel perhitungan kalor sensibel ... 72

Tabel 4.3. Tabel perhitungan kalor laten ... 72

(21)

xxi

DAFTAR SIMBOL

Simbol Satuan

Qs = Kalor sensible [Kilo Joule]

Ql = Kalor laten [Kilo Joule]

m = Massa bahan bakar [kg]

Cp = Kalor jenis air [kJ/kg]

Hfg = Enthalpy penguapan [kJ/kg]

ΔT = T2-T1 (perubahan suhu) [°C]

muap = Massa uap (Kg)

P = Daya (J/s)

W = Usaha (J)