BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Kajian Pustaka
Menurut hukum Thermodinamika II dinyatakan bahwa perpindahan energi panas berlangsung jika terdapat perbedaan temperatur (Holman,1995). Panas akan mengalir dari benda yang bertemperatur tinggi kepada benda yang bertemperatur rendah. Panas yang dibutuhkan untuk menaikan temperatur suatu benda dan dapat diukur disebut panas sensibel. Panas sensibel ini merupakan teori dasar dari mesin pengering gabah sederhana.
Perpindahan panas yang terjadi dapat melalui berbagai cara yaitu : secara konduksi, secara konveksi dan secara radiasi (Jordan and Priester, 1985). Perpindahan secara konduksi yaitu perpindahan panas diantara molekul-molekul dari suatu benda yang saling bersinggungan. Perpindahan panas secara konduksi terjadi antara bulir-bulir gabah yang dipanaskan sehingga akan terjadi pemerataan panas pada permukaan gabah. Perpindahan secara konveksi yaitu perpindahan panas melalui media gas atau cairan. Perpindahan panas secara radiasi yaitu perpindahan panas melalui sinar atau gelombang suara. Panas radiasi dengan mudah dapt diserap oleh benda/materi yang berwarna gelap, sedangkan untuk benda berwarna terang sebagian akan dipantulkan kembali.
Berdasarkan teori di atas, perpindahan panas dalam mesin pengering digunakan dua prinsip yaitu perpindahan secara konduksi dan konveksi (Holman,1995). Perpindahan secara konduksi terjadi diantara bulir- bulir gabah yang telah mendapatkan panas akan berpindah melalui gesekan atau bersinggungan dengan bulir yang masih belum mendapat panas. Akibat dari perpindahan panas tersebut maka akan terjadi perpindahan panas ke setiap bulir gabah sehingga akan terjadi pemerataan panas. Proses tersebut akan mempercepat waktu pengeringan gabah dan terjadi secara merata.
dalam perpindahan panas adalah udara (Jordan and Priester,1985). Udara panas yang dihembuskan akan masuk ke celah-celah gabah sehingga panas akan cepat masuk dan membuang kadar air dari gabah. Keadaan ini akan menye-babkan terjadinya perpindahan panas secara konveksi dengan media udara yang dipaksakan (Forced Convection). Pengeringan dengan metoda seperti ini dapat dikatakan sebagai sistem konduksi-konveksi. Sistem dengan meng-gunakan perpindahan dua macam secara teori akan mempercepat proses pengeringan (membuang kandungan air) dan akan terjadi pemerataan pengeringan.
Gambar 2.1 Analogi dari proses penguapan (Sumber : Holman,1995 )
gasifikasi biomassa kini menjadi teknologi terapan yang banyak diminati karena dianggap ekonomis dan kompetitif dengan metode pembentukan kembali gas alam konvensional.
Sintesis gas yang dihasilkan dari gasifikasi biomassa mengandung hidrogen (H2), karbon monoksida (CO), karbon dioksida (CO2), air (H2O), nitrogen (N2), metana (CH4), dan melacak sejumlah hidrokarbon lainnya. Proporsi relatif dari masing-masing komponen dalam syngas tergantung pada kondisi operasi gasifikasi, yaitu temperatur, tekanan, jenis biomassa, dll, dan di antara mereka, agen gasifikasi disebutkan dalam literatur sebagai yang paling berpengaru. Theknologi gasifikasi biomassa yang berbeda termasuk yang menggunakan udara., uap atau campuran uap-O2 merupakan bahan paling utama dalam proses gasifikasi biomassa.
Salah satu fasilitas yang paling maju untuk menunjukkan kelayakan teknologi gasifikasi biomassa adalah Pusat Gasifikasi Biomassa Vaxjo Varnamo (WBGC) di Swedia yang memiliki tekanan IGCC (gasifikasi terpadu siklus terpadu) berbahan bakar biomassa pilot plant CHP (gabungan panas dan listrik) sebesar 18MWth. Plant ini dibangun kembali di bawah lingkup proyek CHRISGAS Eropa untuk menunjukkan produksi gas sintesis bersih dengan hydrogen yang berlebih berdasarkan tekanan uap/gasifikasi biomassa dengan pelepasan oksigen, diikuti dengan pembersihan dan upgrade. Dalam kondisi tersebut kandungan hidrogen di syngas dapat mencapai nilai berkisar dari 35% hingga 45% vol. Selanjutnya peningkatan kadar hidrogen dalam gas produk diperlukan penyesuaian rasio H2/CO dan proses yang paling banyak digunakan adalah reaksi Water Gas Shift (WGS) yang memungkinkan konversi CO menjadi CO2 dan H7 dalam uap: CO + H2O = H2 + CO2.
literatur karena telah diikuti oleh banyak penulis yang menyelidiki gasifikasi biomassa dipadu dengan WGS untuk menghasilkan gas yang kaya hidrogen dari biomassa, dengan menggunakan katalis yang tersedia secara komersial. Juga sering digunakan untuk referensi pendekatan alternatif proses dua tahap WGS konvensional seperti yang dilakukan oleh peneliti sebelumnya.
Penggunaan katalis WGS dilakukan pada suhu ultra-tinggi yang dapat digabungkan dengan gasifikasi biomassa atau penggunaan reaktor membran untuk meningkatkan konversi CO tanpa menggunakan katalis. Pendekatan teknologi dengan menggabungkan
yang stabil secara komersial yang dapat beroperasi selama beberapa tahun sebelum membutuhkan penggantian
Water Gas Shift (WGS) merupakan proses yang dikaji dalam peneliotian ini maka tidak dapat diasumsikan bahwa katalis yang digunakan dalam proses komersial akan cocok bila digunakan dalam teknologi seperti gasifikasi atau reaktor membran. Sangat sedikit referensi yang dapat ditemukan dalam literatur tentang kinerja katalis WGS suhu tinggi bila digunakan untuk upgrade syngas yang diperoleh dari gasifikasi biomassa oksigen bertekanan. Jadi, studi ad hoc perlu dilakukan.
menimbun sampah organik di dalam tanah selama beberapa hari minimal 7 hari. Gas hasil fermentasi ini kemudian dialirkan ke alat purifikasi untuk membersihkan gas metana dari impurities (kotoran). Setelah didapatkan kadar gas metana di atas 70% digunakan sebagai bahan bakar kompor pengganti LPG.
2.2 Air
Kadar air sangat berpengaruh terhadap suhu bahan pangan, dan hal ini merupakan salah satu sebab mengapa didalam pengolahan panganair tersebut sering di keluarkan atau dikurangi dengan cara penguapan atau pengentalan dan pengeringan. Pengurangan air disamping bertujuan mengawetkan juga juga untuk mengurangi besar dan berat bahan pangan sehingga memudahkan dan menghemat pengepakan.
Kandungan air sangat berpengaruh terhadap konsisten bahan pangan dimana sebagian besar bahan pangan segar mempunyai kadar air 70 % atau lebih. Sebagi contoh sayur sayuran dan buah buahan segar mempunyai kadar air 90 – 95 %, susu 85 – 90 %, ikan 70 – 80 %, telur 70 – 75 % dan daging 60 – 70 %.
Pada umumnya keawetan bahan pangan mempuyai hubungan erat dengan kadar air yang dikandungnya. Beberapa jenis biji – bijian yang diperdagangkan dipsar mempunyai kadar air tertentu, misalnya beras dengan kadar air sekitar 14 % atau kacang kedelai dengan kadar air sekitar 8 %, pada kadar air tersebut beras dan kacang kedelai mempunyai keawetan dan daya simpan lebih lama dibandingkan dengan keadaan segarnya pada kadar air yang lebih tinggi.
2.3Kadar air
Kadar air pada permukaan bahan dipengaruhi oleh kelembaban nisbi (RH) udara disekitarnya. Bila kadar air bahan rendah sedangkan RH disekitarnya tinggi, maka akan terjadi penyerapan uap dari udara sehingga bahan menjadi lembabatau kadar airnya menjadi lebih tinggi. Bila suhu bahan lebih rendah ( dingin ) dari pada sekitarnya akan terjadi kondensasi uap air udara pada permukaan bahan dan dapat merupakan media yang baik bagi pertumbuhan kapang atau perkembangbiakan bakteri.
Terjadinya kondensasi ini tidak selalu berasal dari luar bahan. Didalam pengepakan, beberapa bahan pangan seperti sayur sayuran dan buah buahan dapat menghasilkan air dari repirasi dan transpirasi. Air inilah yang dapat membantu pertumbuhan mikroba.
Bahan pangan kering juga dapat menghasilkan air misalnya jika suhu naik selama pengepakan akibatnya kelembaban nisbi pada permukaan akan berubah. Uap air ini kemudian dapat berkondensasi pada permukaan bahan pangan terutama jika suhu penyimpanan turun. Kadar air dapat dilakukan dua cara yaitu kadar iar basis basah dan kadar air basis kering.
Kadar air basis basah (MCwb) dinyatakan dengan persamaan :
MCwb =
ℎ
Sedangkan kadar air basis kering (MCdb) dinyatakan dengan persamaan :
MCwb =
ℎ �
Hubungan antara MCwb dengan MCdb dapat ditentukan dengan persamaan :
MCwb=
MCwb = �
� + 1
MCdb = �
1−�
2.3.1 Diagram Psikometrik dan Sifat Udara Basah
Sifat termal dari udara basah pada umumnya ditunjukkan dengan menggunakan diagram psikometrik. Diagram psikometrik merupakan tampilan secara grafikal termodinamik udara antara lain suhu, kelembaban, entalpi, kandungan uap air dan volume spesifik. Dalam diagram psikometrik dapat diketahui hubungan antara bola basah dengan bola kering, suhu titik embun, kelembaban relative, panas total, volume spesifik, kelembaban spesifik, panas sensible dan panas laten. Diagram psikometrik dapat dilihat berdasarkan pada gambar
Beberapa istilah (sifat-sifat udara) yang sering dipakai dan berkaitan dengan diagram psikometrik ini diantaranya adalah :
Temperatur bola kering (Tdb)
Temperatur bola kering adalah temperatur udara yang diukur dengan termometer biasa dengan sensor kering dan terbuka.
Temperatur bola basah (Twb)
Temperatur bola basah adalah temperatur udara yang diukur dengan termometer biasa dengan sensor yang dibalut kain basah.
Temperatur jenuh (Tdp)
Temperatur jenuh adalah temperatur ketika uap air yang terkandung dalam udara mulai mengembun jika udara didinginkan pada temperatur konstan.
Rasio kelembaban/Humidity Ratio (ω)
Rasio kelembaban adalah berat atau massa air yang terkandung dalam setiap kilogram udara kering. Dalam teknik pengkondisian udara, untuk menghitung perbandingan (ratio) kelembaban dapat digunakan persamaan gas ideal, sehingga mengikuti persamaan Pv = RT, serta mempunyai kalor spesifik yang tetap. Udara dianggap gas ideal karena, suhunya cukup tinggi dibandingkan dengan suhu jenuhnya, dan uap air dianggap ideal karena tekanannya cukup rendah dibandingkan dengan tekanan jenuhnya.
Kelembaban relatif (Rh), φ
2.4 Prinsip prinsip pengawetan pangan
Setelah dipanen bahan pangan secara fisiologik masih hidup. Proses hidup
ini berlangsung dengan menggunakan persediaan “bahan bakar” yang ada. Proses
hidup ini perlu dipertahankan, tetapi sebaiknya jangan dibiarkan berlangsung cepat. Kalau proses hidup ini berlangsung cepat , maka akan cepat pula bahan
pangan tersebut mati karena kehabisan “ bahan bakar” dan dapat terjadi
kebusukan. Cara memperlambat pernafasan bahan pangan tersebut dapat dilakukan dengan beberapa cara diantaranya dengan pendinginan dan control atmosfer (CAS). Misalnya hewan yang baru disembelih harus segera dikuliti, dibersihkan dan didinginkan. Pembersihan pengulitan dan pendinginan ini hanya dapat menghambat kerusakan dalam waktu yang singkat yaitu untuk beberapa jam atau paling lama beberapa hari. Dengan cara ini mikroba atau enzim tidak seluruhnya rusak atau inaktif sehingga dapat aktif kembali secara cepat.
Perlakuan - perlakuan selanjutnya yang penting utuk mengawetkan bahan pangan diantaranya adalah pemanasan, pendinginan, pengeringan, pengasapan radiasi atau pembubuhan bahan kimia, asam, gula atau garam. Beberapa diantaranya dapat menyebabkan kerusakan bahan pangan, oleh karena itu harus digunakan dalam batas batas tertentu. Misalnya panas yang digunakan harus dapat membunuh mikroba tetapi tidak boleh menurunkan nilai gizi dan cita rasa bahan pangan.
Pemanasan
Didalam industri pengalengan sterilisasi bahan biasanya dilakukan pada suhu dan dalam waktu tertentu yang telah diperhitungkan lebih dahulu untuk memunahkan spora bakteri yang paling tahan panas yang mungkin ada pada makanan tersebut disamping memeperhatikan adanya kemungkinan pencernaan oleh Clostridium botulinium. Dengan cara sterilisasi yang baik, makanan didalam kaleng dapat disimpan selama setengah tahun atau lebih. Pada dasarnya tidak semua makanan membutuhkan suhu dan waktu yang sama untuk sterilisasi.
Makanan yang mempunyai pH rendah seperti sari buah jeruk atau tomat tidak memerlukan panas yang tinggi karena adanya asam yang bersifat sebagai pengawet. Misalnya jika kadar asam cukup tinggi sterilisasi cukup dilakukan pada suhu 93,5oC (200oF) selama 15 menit. Penggunaan panas tidak hanya ditujukan untuk membunuh semua mikroba dan menghasilkan bahan yang steril, tetapi panas juga sering digunakan hanya untuk membunuh mikroba yang dapat menyebabkan penyakit (pathogen), misalnya pasteurisasi pada susu. Sebagian besar bakteri dan semua mikroba patogen yang terdapat didalam susu akan mati dengan pasteurisasi pada suhu 63oC selama 30 menit, tetapi susunya sendiri tidak steril. Cara ini biasa dilakukan jika susu akan didinginkan atau langsung diminum, sedangkan sterilisasi susu biasanya dilakukan pada suhu yang diuapkan dan akan disimpan di dalam kaleng selama beberapa bulan.
Pengeringan
Pengeringan adalah suatu metode untuk mengeluarkan atau menghilangkan sabagian air dari suatu bahan dengan cara menguapkan air tersebut dengan menggunakan energy panas. Biasanya kandungan air bahan tersebut dikurangi sampai suatu batas agar mikroba tidak dapat tumbuh lagi didalamnya.
juga menjadi berkurang sehingga memudahkan pengangkutan, dengan demikian diharapkan biaya produksi menjadi lebih mudah. Kecuali itu bahan bahan yang hanya dapat digunakan apabila telah dikeringkan misalnya tembakau, kopi, teh, biji bijian dan lainnya.
Disamping keuntungan keuntungan tersebut diatas, pengeringan juga mempunyai beberapa kerugian yaitu karena sifat asal dari bahan yang dikeringkan dapat berubah misalnya bentuknya, sifat sifat fisik dan kimianya, penurunan mutu dan lain lainnya. Kerugian yang lainnya juga disebabkan karena beberapa bahan kering perlu pekerjaan tambahan sebelum digunakan, misanya harus dibasahkan kembali. Proses pengembalian air kedalam bahan tersebut disebut rehidrasi.
Proses pengeringan selain dapat dilakukan dengan pemanasan langsung, juga dapat dilakukan dengan cara lain yaitu dengan
“dehydro freezing” yang mempunyai daya pengawetan lebih baik, dan “freeze drying”. “Dehydro freezing” adalah pengeringan disusul
dengan pembekuan, sedangkan “freeze drying” adalah pembekuan
yang disusul dengan pengeringan. Pada proses freeze drying terjadi sublimasi yaitu perubahan dari bentuk es dalam bahan yang beku langsung menjadi uap air tanpa mengalami proses pencarian terlebih dahulu. Cara ini biasanya dilakukan terhadap bahan bahan yang sensitif terhadap panas misalnya vaksin vaksin, mormon, enzim, anti biotika dan lainnya. Freeze drying mempunyai keuntungan karena volume bahan tidak berubah, dan daya rehidrasi tinggi sehingga mendekati bahan asalnya.
Agar pengeringan berlangsung dengan cepat, maka perlu diberikan energi panas pada bahan yang akan dikeringkan dan aliran udara untuk mengalirkan uap air yang terbentuk keluar dari daerah pengeringan. Pengeluaran uap air dapat juga dilakukan secara vakum.
pengeringan terutama adalah luas permukaan bahan, suhu pengeringan, aliran udara dan tekanan uap di udara.
Mikroba pada keadaan normal mengandung air kira kira 80 %. Air ini diperoleh dari makanan tempat mereka tumbuh. Jika air dikeluarkan dari bahan pangan, maka air dari dalam sel bakteri juga akan keluar dan bakteri tidak dapat berkembang biak.
Bakteri dan ragi umumnya membutuhkan kadar air yang lebih pengepakan dapat menyebakkan perbedan yang besar dalam perkembang biakan bakteri. Pada suhu ruang pendingin, kelembaban yang lebih tinggi akan makin memperbanyak jumlah populasi mikroba.
Kebutuhan mikroba akan air biasanya dinyatakan dalam istilah aw (water activity), yang mempuyai hubungan dengan kelembaban nisbi udara. Kelembaban nisbi adalah perbandingan antara tekanan uap air diudara dengan tekanan uap air jenuh pada suhu yang sama. Kelembaban nisbi menunjukkan keadan atmosfer di sekeliling bahan atau larutan. Nilai aw menunjukan keadaan dari suatu larutan, yaitu perbandingan antara tekanan uap air larutan dengan tekanan uap air murni pada suhu yang sama. Jadi air murni mempunyai aw 1,0. Pada keadaan keseimbangan, aw akan sehimbang dengan RH atau aw sama dengan RH/100. Sebagian besar bakteri membutuhkan nilai aw 0,75 – 1,00 untuk tumbuh. Beberapa ragi dan kapang tumbuh lambat pada nilai aw 0,62.
bakteri tidak dapat tumbuh pada bahan pangan kering, tetapi jika bahan pangan tersebut dibasahkan kembali misalnya dengan perendaman, maka bakteri akan cepat tumbuh kecuali jika bahan pangan tersebut langsung dimakan atau didinginkan.
2.5 Macam macam pengeringan
Pengeringan dapat dilakukan dengan menggunakan suatu alat pengering (artificial drier), atau dengan cara penjemuran (sun drying) yaitu pengeringan dengan menggunakan energi langsung dari sinar matahari.
Ada bermacam macam alat pengering tergantung dari bahan yang akan
dikeringkan dan tujuan pengeringannya, misalnya :”kiln drier”, “cabinet drier”, “continuous belt drier”, “ar lift drier”, “spray drier”, “drum drier”, “vacuum drier”, dan lain lainya.
Pengeringan buatan (artificial drying) mempunyai keuntungan karena suhu dan aliran udara dapat diatur sehingga waktu pengeringan dapat ditentukan dengan tepat dan kebersihan dapat diawasi sebaik baiknya.
2.6 Peranan udara dalam proses pengeringan
Udara dapat dibedakan dalam 2 macam yaitu udara kering atau udara tanpa kandungan uap didalamnya dan udara basah yaitu udara dengan kandungan uap air yang tinggi. Udara merupakan campuran dari beberapa gas dengan perbandingan yang kira kira tetap, misalnya H2O, O2, N2, CO2 yang kadang kadang mengandung senyawa berbentuk gas (pencemar).
Gas gas murni dapat dibagi menurut jumlahnya didalam udara, yaitu:
Gas yang jumlahnya tetap diudara misalnya N2, O2 dan gas gas mulia yaitu Ne, Ar, He, dan Xe
Gas yang jumlahnya tidak tetap diudara yaitu CO2 dan H2O
Gas gas pengotor misalnya NH3 dan H2S yang berasal dari hasil pemecahan zat zat organic atau CO yang berasal dari hasil pembakaran yang tidak sempurna dipertambangan minyak bumi.
Jumlah gas mulia di udara sangat sedikit sehingga didalam perhitungan biasanya diabaikan. Komposisi udara kering terdiri dari 76,8 % N2, 32,2 % O2 dan CO2 sebanyak 0,03 % berdasarkan volume.
Tekanan H2O didalam udara, atau besarnya tekanan atmosfer setelah dikurangi dengan tekanan udara kering disebut tekanan uap. Tekanan uap jenuh adalah tekanan tertinggi yang dapat dicapai oleh suatu ruangan pada suhu tertentu.
Peranan udara di dalam proses pengeringan adalah sebagai tempat pepapasan dan penampungan uap air yang keluar dari bahan, dan juga bertindak sebagai penghantar panas kebahan yang dikeringkan.
2.7Proses Pengeringan Gabah
Didalam biji-bijian terdapat air bebas dan air terikat. Air bebas terdapat pada permukaan biji-bijian, diantara sel-sel dan dalam pori-pori,air ini mudah teruapkan pada pengeringan. Air terikat yaitu air yang berikatan dengan protein, selulosa, pectin, zat tepung dan sebagai zat-zat yang terkandung dalam gabah. Air terikat memang sulit untuk diuapkan, memerlukan beberapa perlakukan dan ketekunan seperti halnya terhadap beberapa faktor yang berpengaruh dalam pengeringan antara lain temperature, kelembaban, kecepatan udara serta kegiatan membolak-balik gabah selama pengeringan (kartasapoetra, 1994).
Air yang diangkut dari bijian berlangsung dengan proses penguapan. Perubahan air menjadi uap air terjadi pada permukaan gabah untuk itu air harus didifusikan terlebih dahulu kepermukaan lalu diuapkan. Energi panas harus cukup untuk menguapkan air dan juga untuk mendifusikan air. Panas yang dipancarkan kedalam bijian akan melalui tiap biji secara individu. Setelah menerima panas, maka penguapanpun terjadi dari permukaan biji sampai kedalam biji.
Menurut Taib dkk, 1994 pengeringan buatan dapat dilakukan dengan dua metode yaitu :
1) Pengeringan tumpukan (batch drying), dimana bahan masuk dalam ruang pengering sampai pada pengeluaran hasil pengering, kemudian dimasukan bahan berikutnya.
2) Pengeringan kontinyu atau berkesinambungan (continous drying), dimana pemasukan dan pengeluaran bahan berjalan terus.
2.8 Pengaruh pengeringan terhadap aw bahan pangan
Kadar air suatu bahan yang dikeringkan mempengaruhi beberapa hal yaitu seberapa jauh penguapan dapat berlangsung, lamanya proses pengeringan dan jalan nya proses pengeringan.
Air didalam bahan pangan terdapat dalam 3 bentuk yaitu:
Air bebas (free water) yang terdapat dipermukaan benda padat dan mudah diuapkan,
Air terikat (bound water) secara fisik yaitu air yang terikat menurut system kapiler atau air absorpsi karena tenaga penyerapan,
Air terikat secara kimia misalnya air Kristal dan air yang terikat dalam suatu sistem disperse.
Kadar air dry basis = � 100 %……….(1)
Kadar air wet basis = �
�+ 100 %…………(2)
Dimana :
W = kandungan air
D = sisa bahan kering
2.9Alat Pengering Buatan
2.9.1 Tipe Batch Dryer
Alat pengering tipe batch dryer terdiri dari beberapa komponen diantaranya: 1) Bak pengering dengan lubang-lubang pada lantainya.
2) Kipas, digunakan untuk mendorong udara pengering dari sumbernya. 3) Unit pemanas, digunakan untuk memanaskan udara pengering agar
kelembaban nisbi udara pengering tersebut menurun dan meningkatkan suhunya.
Pada mesin pengering tipe batch dryer udara bergerak dari bawah bahan menuju atas dan melepaskan sebagian panasnya untuk menghasilkan proses penguapan, dengan demikian suhu akan semakin berkurang.
Berdasarkan tebal tumpukan bahan, tipe batch dryer digolongkan atas dua jenis, yaitu deep bed dan thin layer.
2.9.2 Sistem Deep Bed
Gambar 2.3 Alat pengering tipe bak jenis Deep Bed (Sumber : Taib dkk, 1988)
Keterangan :
A . Kipas D. Bidang pengeringan B. Plenum Chamber E. Biji basah
C. Biji kering F. Udara keluar
2.9.3 Sistem Thin Layer
Prinsip kerja mesin pengeringan ini hampir sama dengan deep bed. Pada jenis ini ketebalan bahan dikurangi sedangkan luasannya diperlebar. Pergerakan bidang pengeringan tidak begitu nyata karena pengeringan ini berlangsung serentak dan merata diseluruh bagian bahan.
Gambar 2.4 Alat pengering jenis Thin Layer (Sumber : Kartasapoetra, 1994)
2.10 BIOMASSA
Biomassa merupakan limbah dan residu pertanian, kehutanan yang dapat didegradasi secara biologis dari produk. Biomassa dalam industri merupakan produksi energi yang merujuk pada bahan biologis yang hidup atau baru mati yang dapat digunakan sebagai sumber bahan bakar . Energi biomassa menjadi penting bila dibandingkan dengan energi terbarukan karena proses konversi menjadi energi listrik memiliki investasi yang lebih murah bila di bandingkan dengan jenis sumber energi terbarukan lainnya. Hal inilah yang menjadi kelebihan biomassa dibandingkan dengan energi lainnya.
2.11 Katalis
2.12 Gas metana
Metana adalah hidrokarbon paling sederhana yang berbentuk gas dengan rumus kimia CH4. Metana murni tidak berbau, tidak berwarna dan mudah terbakar.
1) Reaksi pembakaran gas metana dengan oksigen murni. Reaksi: CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O
2) Reaksi pembakaran gas metana dengan udara di alam. Reaksi: CH4 + 2O2 + 7.52N2 CO2 + 2H2O + 7.52N2 + heat
Pembentukan gas metana dapat terbentuk melalui reaksi antara hidrogen dengan karbon monoksida. Reaksi : CO + 3H2 CH4 + H2O Pemurnian gas metana Pemurnian gas metana dari proses gasifikasi dapat dilakukan dengan metode absorbsi. Metode ini menggunakan air sebagai absorben karena air mampu mengikat TAR yang sifatnya sebagai pengotor gas CH4. Hal ini dilakukan karena semakin tinggi kandungan gas pengotor akan mengurangi nilai kalor dari pembakaran gas metana.
2.13 Gasifikasi
Gasifikasi adalah konversi bahan bakar padat menjadi gas dengan oksigen terbatas yang menghasilkan gas yang bisa dibakar, seperti CH4, H2, CO dan senyawa yang sifatnya impuritas seperti H2S, CO2 dan TAR. Berdasarkan proses pembentukan gas gasifikasi dibedakan menjadi tiga macam, yaitu:
1. Landfill gasification yaitu mengambil gas metana yang terdapat pada tumpukan sampah.
2. Thermal process gasification yaitu proses konversi termal bahan bakar padat menjadi gas.
Reaktor merupakan ruang pembakaran. Hasil penelitian gasifikasi biomassa sebelumnya menunjukkan bentuk dan ukuran reaktor sangatlah bervariasi. Penampang reaktor dapat berbentuk segiempat, bujursangkar atau silindris. Sedangkan diameter dalam berada pada rentang 150 mm – 400 mm dan tinggi reaktor dapat mencapai 4,8 m.
2.14 Distributor Udara
Untuk mendistribusikan udara ke dalam reaktor digunakan Lubang untuk saluran keluar udara (orifice) ditempatkan disisi nosel bawah agar terdistribusi secara seragam kedalam reaktor
5 Teori Tentang Kalor
Ketika sejumlah kalor diterima atau dilepas oleh suatu zat, maka ada dua kemungkinan yang terjadi pada suatu benda yaitu mengalami perubahan suhu atau perubahan wujud. Kenaikan suhu pada benda dapat ditentukan menggunakan persamaan yang mengaitkan dengan kalor jenis atau kapasitas kalor.
Satuan umun untuk kalor, yang masih digunakan sampai sekarang dinamakan joule. Satuan ini disebut Joule (J) dan didefinisikan sebagai kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan temperature 1 gram air sebesar 1 derajat celcius. Jika kalor diberikan pada suatu benda maka temperaturnya naik. Nilai kalor dapat dinyatakan dalam persamaan
Q = m.c. ΔT ……….. (3)
Dimana :
Q = kalor, (Kj) M = massa, (Kg)
Sedangkan ketika benda mengalami perubahan wujud, maka tidak terjadi perubahan temperatur, namun semua kalor pada saat itu digunakan untuk merubah wujud zat yang dapat ditentukan dengan persamaan yang mengandung kalor laten
Q = m.L ………(4)
Keterangan :
Q = kalor yang diterima atau dilepas (J) m = massa benda (kg)
L = kalor laten (J/kg)
Untuk proses punguapan dapat menggunakan persamaan berikut :
Q = m.hfg ……….(5)
Keterangan :
Q = kalor yang diterima atau dilepas (kJ) m = massa benda (kg)
hfg = enthalpy penguapan (kJ/kg) didapat dari tabel thermodinamika lampiran
2.15 Tinjauan Perpindahan Panas
Definisi dari perpindahan kalor adalah berpindahnya energi dari suatu daerah ke daerah lainnya sebagai akibat perbedaan suhu antara daerah-daerah tersebut. Secara umum terdapat tiga cara proses perpindahan panas yaitu : konduksi, konveksi, dan radiasi.
2.15.1 Perpindahan panas konduksi
partikel energi yang kurang energik pada suatu benda akibat interaksi antar partikel-partikel. Energi ini dapat dihubungkan dengan cara tranlasi, sembarang, rotasi dan getaran dari molekul- molekul. Apabila temperatur lebih tinggi berarti molekul dengan enrgi yang lebih tinggi memindahkan energi ke molekul yang memiliki energi yang lebih rendah (kurang energi). untuk perpindahan panas secara konduksi, persamaan yang digunakan adalah Hukum Fourier.
Jika kondisi pada dinding datar dengan perpindahan panas pada satu dimensi, maka persamaannya dapat ditulis sebagai berikut :
Dasar: hokum fourier
qk = kA − � atau � = − � ………(6)
Dimana :
q = Laju perpindahan panas (w) K = Konduktivitas termal (W/(m.k))
A = Luas penampang yang terletak pada aliran panas (m2) dT/dx = Gradien temperature dalam arah aliran panas
(sumber: http://memetmulyadi.blogspot.com/2013/03/perpindahan-kalor-konduksi-konveksi-radiasi.html)
(sumber:http://www.sharepdf.com/c655ff97298b4856a8a30b9e088bd7a6/PERPINDAHA
N_PANAS.htm)
Gambar 2.6 Perpindahan panas konduksi pada bahan dengan suhu berbeda
2.15.2 Perpindahan panas konveksi
Perpindahan panas secara konveksi merupakan suatu perpindahan panas yang terjadi antara suatu permukaan padat dan fluida yang bergerak atau mengalir yang diakibatkan oleh adanya perbedaan temperatur. Pada proses perpindahan panas konveksi dapat terjadi dengan beberapa metode, antara lain :
a. Konveksi bebas ( free convection )
Merupakan suatu proses perpindahan penas konveksi dimana aliran fluida terjadi bukan karena dipaksa oleh suatu peralatan akan tetapi disebabkan oleh adanya gaya apung.
b. Konveksi paksa ( force convection )
Pada system konveksi paksa proses perpindahan panas konveksi terjadi dimana aliran fluida disebabkan oleh adanya peralatan bantu. Adapun peralatan yang biasa digunakan adalah fan, blower, dan pompa.
konveksi yang disertai berubahnya fase fluida seperti pada proses pendidihan (boiling) dan pengembunan (kondensasi).
Adapun persamaan perpindahan panas konveksi dapat dinyatakan dengan Hukum newton pendinginan ( Newton’s Law of Cooling ), yaitu :
Dasar: Hukum Newton
qkonv = hA( Ts - T∞ ) ………..(7) Dimana :
qkonv = Besarnya laju perpindahan panas knveksi ( W )
h = Koefisien konveksi ( W/m2 K )
A = Luas permukaan perpindahan panas konveksi ( m2 )
(sumber: http://sekolahmandiri.blogspot.com/2012/06/mengetahui-perpindahan-energi-panas.html)
2.15.3 Perpindahan Panas Radiasi
Radiasi adalah energi yang diemisikan oleh benda yang berada pada temperatur tinggi, dimana merupakan perubahan dalam konfigurasi electron dari atom. Energi dari mean radiasi ditransfortasikan oleh gelombang elektromagnetik atau lainnya. Pada perpindahan panas konduksi dan konveksi proses perpindahan panasnya membutuhkan media. Sedangkan pada perpindahan panas radiasi tidak diperlukan media. Perpindahan panas secara radiasi lebih efektif terjadi pada ruang hampa. Laju perpindahan panas radiasi dirumuskan sebagai berikut :
Dasar : Hukum Stefan-Boltzman
qrad = εσ A ( Ts4 – Tsur4 ) …………(8) Dimana :
Qrad = Laju perpindahan panas radiasi ( W )
ε = Emisivitas permukaan material
σ = Konstanta Stefan Bolztman ( 5.669 x 10-8 W/m2k4 ) Ts = Temperature permukaan benda ( K )
Tsur = Temperature surrounding ( K )
(sumber:http://www.gomuda.com/2013/04/perpindahan-kalor-konduksikonveksi-dan.htm)
2.16 Konduktivitas Thermal (Daya Hantar Panas)
Adalah sifat bahan yang menunjukkan seberapa cepat bahan itu dapat menghantarkan panas konduksi
Pada umumnya nilai k dianggap tetap, namun sebenarnya nilai k dipengaruhi oleh suhu (T).
Konduktor = bahan yang mempunyai konduktivitas yang baik Contoh : logam
