PERANCANGAN DAN PEMBUATAN REAKTOR
GASIFIKASI DENGAN BAHAN BAKAR CAMPURAN
BONGGOL JAGUNG DAN SEKAM PADI
TUGAS SARJANA
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
Oleh
Ery Ferdian Sanusi
13103055
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
Lembaran Pengesahan
Tugas Sarjana
Perancangan dan Pembuatan Reaktor Gasifikasi dengan Bahan Bakar
Campuran Bonggol Jagung dan Sekam Padi
Oleh
Ery Ferdian Sanusi
13103055
Program Studi Teknik Mesin
Institut Teknologi Bandung
Disetujui pada Tanggal: 21 Januari 2008
Dosen Pembimbing
Dr. Ir. Willy Adriansyah NIP 132 142 239
Tugas Sarjana Judul Perancangan dan Pembuatan Reaktor
Gasifikasi dengan Bahan Bakar Campuran Bonggol Jagung dan Sekam Padi
Ery Ferdian Sanusi
Program Studi Teknik Mesin 13103055 Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Bandung Abstrak
Ketergantungan manusia terhadap bahan bakar tak terbarukan dirasa semakin meningkat, sedangkan ketersediaannya semakin menipis. Salah satu solusi untuk mengatasi permasalahan ini adalah dengan memanfaatkan energi terbarukan dari limbah pertanian yang banyak dimiliki oleh negara agraris seperti Indonesia.
Limbah pertanian yang umumnya berupa padatan, dapat dimanfaatkan energinya dalam bentuk yang lebih disukai melalui proses gasifikasi. Selain menghasilkan gas yang mudah dibakar, proses ini juga lebih ramah lingkungan jika dibandingkan dengan pembakaran langsung. Keuntungan lainnya adalah teknologi ini relatif sederhana sehingga dapat diaplikasikan langsung di masyarakat.
Penelitian mengenai gasifikasi biomassa telah dilakukan sebelumnya di Laboratorium Termodinamika PAU-ITB oleh Willy Adriansyah melalui pembuatan prototipe reaktor gasifikasi berbahan bakar sekam padi. Penelitian yang dilakukan dalam Tugas Sarjana ini adalah untuk mengembangkan prototipe reaktor gasifikasi tersebut menjadi suatu sistem gasifikasi dengan skala yang lebih besar. Sementara itu, guna meningkatkan daya keluaran reaktor, maka dalam penelitian Tugas Sarjana ini bahan bakar sekam padi dicampur dengan bahan bakar biomassa lain yang memiliki kandungan energi yang lebih besar yaitu bonggol jagung.
Setelah melalui proses perancangan, reaktor gasifikasi kemudian dibuat dan diuji. Pengujian dilakukan untuk tiga jenis bahan bakar yaitu sekam padi, bonggol jagung dan campuran keduanya. Sampel gas hasil gasifikasi masing-masing bahan bakar diambil untuk diketahui komposisinya melalui kromatografi gas. Hasil kromatografi gas menunjukkan bahwa komposisi gas dan kandungan energi gas hasil gasifikasi masing-masing bahan bakar berbeda. Melalui pengolahan data hasil pengujian, diperoleh kesimpulan karakteristik gasifikasi campuran bonggol jagung dan sekam padi merupakan kombinasi dari karakteristik gasifikasi bonggol jagung dan gasifikasi sekam padi masing-masing.
Final Project Title Gasification Reactor Design and
Fabrication using mixture of Corn Cobs and Rice Husk as Fuel
Ery Ferdian Sanusi
Major Mechanical Engineering 13103055 Faculty of Industrial Technology
Institute of Technology Bandung Abstract
Human dependence on unrenewable energy is increasing while it reserve is decreasing. One of the solutions for this problem is by taking the benefit from renewable energy of agricultural waste which agricultural country such as Indonesia has in a lot of amount.
Agricultural waste that usually in the form of solids can be used in another prefered form by gasification process. In addition to producing gas that can be easily burned, this process is also environmental friendly compared to direct combustion. Another advantage is that its technology is quite simple so it will beable to be applied directly in the society.
Willy Adriansyah has previously done biomass gasification research in PAU-ITB Thermodynamic Laboratory through the production of gasification reactor prototype using rice husk as fuel. The objective of this Final Project is to develop the prototype into a larger scale. In the meanwhile, corncob, another biomass fuel that has larger energy content, is mixed with the rice husk to increase the power output from the reactor.
After the designing process, the gasification reactor is then fabricate and tested. The test was conducted for three kind of biomass fuel that was rice husk, corncobs and the mixture of both. The sample of the produced gases are taken to determine its compositions by using gas chromatography test. The chromatography test result shows that for different fuel used, the gas composition is differ. The conclusion can be taken by processing data from gasification reactor test result. It is concluded that the characteristics of gasification using mixture of corncob and rice husk was a combination of corncob gasification characteristics and rice husk gasification characteristics
KATA PENGANTAR
Segala puji bagi Allah SWT, penguasa semesta alam dan ilmu pengetahuan. Hanya dengan Rahmat dan Pertolongan-Nya lah penulis dapat merampungkan Tugas Sarjana ini. Banyak hikmah tersembunyi di balik tantangan dan ujian selama pengerjaan Tugas Sarjana ini. Namun semua tantangan, ujian kesabaran dan keikhlasan tersebut tidak mampu dilalui seandainya tidak ada bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan banyak terima kasih kepada:
1. Keluarga: Papa, Mama, Bundo, Ka Esa, Ka Upi, Sika, Mas Dwi, Aa Agus, Salma, Alif dan Fikri yang banyak memberi dukungan, serta do’a yang membuka jalan pertolongan Allah.
2. Bapak Dr.Ir. Willy Adriansyah selaku dosen pembimbing yang telah banyak membantu dan membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini, serta atas pandangan beliau mengenai bagaimana ilmu itu diterapkan yang menjadi inspirasi penulis serta orang di sekitarnya.
3. Teman-teman seangkatan di program studi teknik mesin. Ipen, Gute, Putra, Erwin, Iwan, Rendra, Reksa, Zidni, Ikun, Dygdha, Wayan, Ibham, Andra, Nichol, Botol, Boyat, Weka, Rayner dan semuanya. Saya punya banyak kenangan yang tidak mudah dilupakan.
4. Teman-teman yang banyak memberi bantuan, dukungan dalam pengerjaan Tugas Sarjana ini , Riza dan Arno. Serta Teko, Hengky, Heri, Sandhy, Tomi, Jon, Eka, Ruri, dan Arif yang menjadi sesama penghuni lab Termo yang turut memberi dukungan moril, ilmu dan bantuan lainnya.
5. Teman teman PS-ITB. Abdan, Dani, Drata, Mamin, Amril, Geta, Willy, Naldo, Pak Larso dan semuanya. Kalian semua telah membantu saya dalam menjaga kebugaran sehingga saya mampu menjalani hari-hari di kampus dengan fit.
6. Fitri yang sudah memberi warna dalam masa-masa terakhir saya di kampus. 7. Teman-teman SMP. Abo, Hardy, Novi, dan Novrian yang banyak membawa
keceriaan.
8. Teman-teman sepermainan. Nyeu-nyeu, Eidel, Mprat, Hilman, Agha, Nicky, Maria, Shita, Pipin, Indra, Kohe, Dani, Phiew, Caca, Bangun, Elmo, 2-cool serta teman-teman V’03 lainnya.
9. Pak Aman, Pak Adong, Bu Tuti, Dosen-dosen Lab Termo dan Teknik Mesin atas ilmu dan semua bantuan yang diberikan.
10. Pak Heru, Nur dan Efrat. Terima kasih atas bantuannya.
11. Serta terima kasih untuk semua pihak yang tidak bisa disebutkan satu per satu di sini.
Penulis memahami bahwa penyusunan Tugas Sarjana ini masih menyisakan berbagai kekurangan. Sehingga, semua kritik dan masukan akan menjadi sesuatu yang sangat berarti bagi penulis.
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR i
DAFTAR ISI iii
DAFTAR GAMBAR v
DAFTAR TABEL vi
DAFTAR NOTASI vii
BAB 1 PENDAHULUAN 1 1.1 Latar Belakang 1 1.2 Tujuan Penelitian 3 1.3 Metodologi Penelitian 3 1.4 Batasan Masalah 3 1.5 Sistematika Penulisan 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 5
2.1 Pengertian Biomassa 5
2.2 Prinsip Dasar Gasifikasi Biomassa 5 2.3 Tipe-Tipe Reaktor Gasifikasi Biomassa 7 2.4 Hal-Hal Yang Perlu Dipertimbangkan Dalam Perancangan Reaktor Gasifikasi
Biomassa 10 2.5 Aplikasi Gasifikasi Biomassa 12
BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN REAKTOR GASIFIKASI 13 3.1 Perancangan Reaktor Gasifikasi 13 3.1.1 Reaktor Gasifikasi 15 3.1.2 Mekanisme Pengeluar Arang 16 3.1.3 Perancangan Burner 16
3.1.4 Siklon 18
3.1.5 Pemilihan Blower dan Inverter 20 3.2 Proses Pembuatan Reaktor Gasifikasi 20 3.2.1 Proses Pembuatan Reaktor 20 3.2.2 Proses Pembuatan Siklon 22 3.2.3 Proses Pembuatan Burner 23 3.2.4 Proses Pembuatan Sistem Pengeluar Arang 23
3.2.5 Proses Perakitan 23 BAB IV PROSEDUR PENGUJIAN, PENGAMBILAN DATA, DAN PENGOLAHAN
DATA 25
4.1 Prosedur Pengujian Gasifikasi Bonggol Jagung 25
4.2 Data Pengujian 27
4.3 Kromatografi gas 27
4.4 Pengolahan Data 28
4.4.1 Perhitungan Entalpi Pembakaran Gas Hasil Gasifikasi 28 4.4.2 Nilai Pemanasan Bawah Gas (LHV) 33 4.4.3 Laju Konsumsi Bahan Bakar 34 4.4.4 Laju Aliran Massa Gas 34
4.4.5 Daya Gas 35
4.4.6 Efisiensi Burner 35 4.4.7 Efisiensi Gasifikasi 36 4.3. Analisis
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 41
5.1 Kesimpulan 41
5.2 Saran 42
DAFTAR PUSTAKA 44
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Skema reaktor gasifikasi tipe updraft ...8
Gambar 2.2 Skema reaktor gasifikasi tipe downdraft...9
Gambar 2.3 Skema reaktor gasifikasi tipe inverted downdraft...10
Gambar 3.1 Skema reaktor gasifikasi ...13
Gambar 3.3 Sketsa reaktor gasifikasi...15
Gambar 3.4 Skema sistem pembuang arang ...16
Gambar 3.5 Sketsa rancangan burner ...17
Gambar 3.6 Prinsip kerja siklon...18
Gambar 3.7 Siklon yang digunakan...19
Gambar 3.8 Blower dan Inverter ...20
Gambar 3.9 Reaktor gasifikasi...22
Gambar 3.10 Ruang Penampung Arang ...23
Gambar 3.11 Sistem reaktor gasifikasi ...24
Gambar 4.1 Skema pembakaran pada burner...29
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1. Data hasil pengujian 27 Tabel 4.2. Komposisi gas hasil uji kromatografi gas. 28 Tabel 4.3. Data hasil pengujian gasifikasi menggunakan tiga jenis bahan bakar 37 Tabel 4.4. Hasil uji kromatografi gas untuk tiga jenis bahan bakar. 38 Tabel 4.5. Hasil pengolahan data untuk tiga jenis bahan bakar. 39 Tabel 5.1. Kandungan gas sampel keluaran reaktor 41 Tabel 5.2. Hasil pengolahan data pengujian gasifikasi bahan bakar campuran 41
DAFTAR NOTASI
Anozzle Luas penampang lintang nozzle [m2]
− p
c Panas spesifik dalam basis mol [kJ/(kmol.K)] hP Entalpi produk [kJ/kg]
hR Entalpi reaktan [kJ/kg]
hRP Entalpi pembakaran [kJ/kg] −
h Entalpi spesifik dalam basis mol [kJ/kmol]
P
h− Entalpi produk dalam basis mol [kJ/kmol]
R
h− Entalpi reaktan dalam basis mol [kJ/kmol]
RP
h− Entalpi pembakaran dalam basis mol [kJ/kmol]
_ o f
h Entalpi pembentukan standar [kJ/kmol] LHV Nilai panas bawah [kJ/kg]
mbahan bakar Massa bahan bakar [kg]
M Massa molekul [kg/kmol]
Mrata-rata Massa molekul rata-rata [kg/kmol]
bakar bahan .
m Laju konsumsi bahan bakar [kg/hr]
gas .
m Laju produksi gas [kg/hr] nP Mol produk
nR Mol reaktan
p Tekanan [atm] Pmaks Daya gas maksimum [kW]
Ploss Daya gas yang hilang [kW]
Q Energi panas [kJ/kg]
Qloss Energi panas yang terbuang [kJ/kg]
tgasifikasi Waktu pembakaran gas hasil gasifikasi [s]
T Temperatur [k} Vgas Kecepatan gas [m/s]
Ρ Densitas [kg/m3]
ηburner Efisiensi burner
ηgasifikasi Efisiensi gasifikasi
