TUGAS AKHIR
PENGARUH KECEPATAN UDARA PADA TUNGKU
GASIFIKASI SEKAM PADI TERHADAP TEMPERATUR
PEMBAKARAN
Tugas Akhir Ini Disusun Sebagai Syarat Untuk Mendapatkan Gelar Sarjana S1
Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas muhammadiyah surakarta
Disusun oleh: DWI PRASTIYO
D200 080 097
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
Pengaruh Kecepatan Udara Pada Tungku Gasifikasi Sekam Padi
Terhadap Temperatur Pembakaran
Dwi Prastiyo, Subroto, Wijianto
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan Kartasura
E-mail: dprastiyo58@yahoo.com ABSTRAKSI
Sekam padi dapat diubah menjadi gas metana dengan metode gasifikasi yaitu menggunakan tungku gasifikasi sekam padi. Berdasarkan hal tersebut penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh kecepatan udara pada tungku gasifikasi terhadap temperatur pembakaran, mengetahui waktu lama nyala efektif, mengetahui lama pendidihan air, dan mengetahui kecepatan udara optimum pada temperatur pembakaran.
Penelitian diawali dengan pembuatan tungku gasifikasi sekam padi. Kemudian menganalisis hasil pembakaran tungku gasifikasi dengan kecepatan udara di variasi V=2.82 m/s, V=2.31 m/s, dan V=1.90 m/s. Dalam penelitian tersebut mengukur temperatur pembakaran serta mencatat perubahan temperatur air sebanyak 3 liter setiap 3 menit.
Hasil pengujian menunjukkan semakin besar kecepatan udara yang dihasilkan oleh fan maka semakin tinggi pula temperatur pembakaran pada tungku gasifikasi sekam padi. Pada V=2.82 m/s didapatkan temperatur pembakaran 288.82˚C, V=2.31 m/s didapatkan temperatur pembakaran 281.68˚C, dan V=1.90 m/s didapatkan temperatur pembakaran 235.52˚C. Sedangkan nyala efektif dan lama pendidihan air untuk V=2.82 m/s didapatkan nyala efektif 36 menit, lama pendidihan air 18 menit, untuk V=2.31 m/s didaptkan nyala efektif 45 menit, lama pendidihan air 21 menit, untuk V=1.90 m/s didapatkan nyala efektif 48 menit, lama pendidihan air 9 menit. Sedangkan untuk kecepatan udara optimum didapatkan pada kecepatan udara 2.31 m/s.
4
Pendahuluan
Latar belakangKetika konsumsi domestik bahan bakar minyak terus meningkat sehingga membawa Indonesia sebagai net oil importet, dimana kita ketahui energi fosil merupakan energi yang tidak dapat diperbaharui. Sehingga subsitusi energi non fosil dengan memanfaatkan sumber energi alternatif secara lebih efisien dan menggunakan teknologi modern merupakan suatu langkah yang tepat.
Salah satu energi alternatif yang sekarang sedang dikembangkan adalah energi yang berasal dari bahan – bahan organik, hal ini dikarenakan senyawa organik tersebut tergolong energi yang dapat diperbarui. Salah satunya yaitu berupa sampah organik yang jumlahnya dari waktu ke waktu semakin bertambah. Contoh yaitu berupa sekam padi.
Teknologi gasifikasi biomas merupakan teknologi yang relatif sederhana dan mudah pengoprasiaannya serta secara teknik maupun ekonomi adalah layak untuk dikembangkan. Dengan demikian teknologi gasifikasi biomas sangat potensial menjadi teknologi yang sepadan untuk diterapkan diberbagai tempat di Indonesia.
Pembatasan masalah
a. Alat produksi gas metana dengan jenis thermal prosses gasification
b. Pengaruh kecepatan udara terhadap temperatur pembakaran
c. Bahan bakar yang digunakan berupa sekam padi
d. Dinding isolasi yang digunakan serbuk batu bata
e. Air yang dipanaskan sebanyak 3 liter f. Kapasitas sekam padi 1.2 kg.
Tujuan penelitian
a. Untuk mengetahuai pengaruh kecepatan udara pada tungku gasifikasi terhadap tempertur pembakaran.
b. Untuk mengetahui lama waktu nyala efektif dan lama pendidihan air.
c. Untuk mengetahui kecepatan udara optimum.
Tinjauan pustaka
Belonio (2005), mendisain kompor gas sekam padi dengan konsep energi alternatif, dimana kompor tersebut terbuat dari stainless steel. Untuk membuat gas dari sekam padi digunakan teknologi gasifikasi. Prodes gasifikasi dilakukan dengan membakar sekam padi kering sehingga menghasilkan gas yang mudah terbakar dengan bantuan fan. Gas tersebut mengandung gas metana sebesar 0.5%-7% volum.
Ibnu (2011), mendisain alat produksi gas metana dari sampah organik. Sampah organik yang digunakan adalah sekam padi, tempurung kelapa dan serbuk gergaji. Untuk membuat gas dari sampah ini, digunakan teknologi gasifikasi. Dengan cara membakar sampah kering di dalam reactor, sehingga menghasilkan gas yang bertekanan dengan bantuan blower. Selanjutnya gas dialirkan menuju pipa ke tabung absorsi, kemudian langsung disalurkan ke pipa menuju kompor.
Murjito (2009), mendisain alat penangkap gas metana pada sampah menjadi biogas yang terbuat dari plastik polyethylene. Penelitian ini menghasilkan rancangan alat penangkap gas metana yang berbahan dasar plastik polyethilene dengan spesifikasi sebagai berikut: biodigester dengan volume total 11 m3 , volume basah 8,8 m3, waktu proses 40 hari, isian bahan 220 kg/hari, luas lahan 18 m2, dan memiliki penampung gas
dengan dimensi tinggi 4,6 m, diameter 0,954 m, volume efektif 2,5 m3.
Nugraha (2010), mengolah sampah organik menjadi biogas dengan cara Anaerobic gasification yaitu mengolah sampah organik menjadi gas dengan cara fermentasi. Proses gasifikasi dilakukan dengan 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.
Dasar teori
GasifikasiGasifikasi 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.
3. Anaerobic gasification yaitu mengolah sampah organik menjadi gas dengan cara fermentasi.
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
(Shannon, 2000)
2) Reaksi pembakaran gas metana dengan udara di alam.
Reaksi: CH4 + 2O2 + 7.52N2 CO2
+ 2H2O + 7.52N2 + heat
3) Reaksi pembakaran sekam padi dengan oksigen murni.
Reaksi: C6H12O5 + 3O2 CH4 +
C4H6O10 + CO + H2 + heat
(Simpson, 2001) 1. Pembentukan gas metana
Gas metana dapat terbentuk melalui reaksi antara hidrogen dengan karbon monoksida.
Reaksi : CO + 3H2 CH4 + H2O
2. 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.
Metod Diagra Gamb Alat d 1. Ala a. Re Ala pro dologi pen am alir pen bar 1. Diagr dan bahan at actor pemb at ini digu oses pemba Gambar 2. nelitian nelitian
ram alir pen penelitian bakaran unakan se akaran seka . Reactor p nelitian n ebagai tem am padi. embakaran 6 mpat n b. As Ala pe c. Bu Ala ga bir d. Fa Ala ud pe e. Te Ala tem tem sh chamber at ini dig nyimpanan Gamb urner at ini digu s metana d ru. Ga an at ini digu ara prime mbakaran. G ermometer r at ini digu mperatur mperatur di r gunakan s n abu sekam bar 3. Ash c unakan un dan merub ambar 4. Bu unakan un er ke d Gambar 5. F rider unakan un pemba nding isola sebagai ru m padi. chamber tuk memb ah api men urner ntuk menyu dalam rea Fan ntuk meng karan asi. uang bakar njadi uplai actor ukur dan
f. Ane Ala kec g. T A m d h. S A w G i. Ter Ala per me Gambar emometer d at ini digu cepatan alir Gambar 7. Timbangan a Alat ini digu massa bah
igunakan.
Gambar 8. Stopwatch d Alat ini dig waktu dalam Gambar 9. S rmometer at ini digu rubahan te enit. 6. Termom digital unakan un ran udara d Anemome analog nakan untu han bakar . Timbanga digital gunakan un m pengamb Stopwatch d unakan un emperatur meter rider tuk mengu dari fan. ter digital uk menimb r yang a an analog ntuk menc ilan data. digital tuk mengu air setiap ukur bang akan catat ukur p 3 G Insta Gam Keter 1. Po 2. Bu 3. Re 4. As 5. Fa Lang pene 1. M pa ba kg Gambar 10. alasi pengu mbar 11. In s rangan gam ot holder urner eactor sh chamber an casing gkah penel yang dila litian adala Menimbang adi yang a ahan pene g. . Termomet ujian nstalasi tung sekam padi mbar: 6. Pegang 7. Pengun 8. Ash dis r 9. Burner 10. Secon itian akukan dal h: bahan o akan digun litian mas ter gku gasifika gan pintu nci scharge lev r handle ndary air ho lam melaku organik se nakan seb sing-masing asi ver oles ukan ekam bagai g 1,2
8
2. Mengisi sekam padi pada reaktor gasifikasi dengan 1,2 kg, pada masing-masing percobaan.
3. Menyalakan fan pada pada switch control, dengan kecepatan udara 2.82 m/s sebagai percobaan pertama, 2.31 m/s sebagai percobaan kedua, 1.90 m/s sebagai percobaan ketiga. Penyalaan fan ini sesuai dengan masing-masing percobaan.
4. Membuat potongan kertas, kemudian taruh potongan kertas tersebut diatas sekam padi yang telah diisi pada reaktor pembakaran.
5. Membuat bara api dari potongan kertas sebagai penyalaan bahan bakar.
6. Mencatat lama penyalaan bahan bakar dari pembuatan bara api sampai bara api benar-benar menyala diatas reaktor tungku gasifikasi.
7. Menutup reaktor gasifikasi dengan burner.
8. Mencatat waktu berubahnya nyala api sampai menjadi gas hasil dari gasifikasi.
9. Meletakkan panci yang telah di isi air sebanyak tiga liter di atas burner. 10. Mengambil data kenaikan temperatur
air. Dari temperatur awal air, temperatur air mendidih, temperatur air berubah fase setiap tiga menit dari tiga liter air.
11. Mengambil data temperatur pembakaran setiap tiga menit.
12. Mengambil data dari dinding isolasi dengan isolasi serbuk batu bata setiap tiga menit.
13. Ulangi percobaan yang sama sesuai beban yang diujikan dari 1,2 kg, dengan kecepatan udara 2.31 m/s dan kecepatan udara 1.90 m/s.
Hasil dan pembahasan
1. Perbandingan Temperatur pembakaran Variasi V=2.81 m/s, V=2.31 m/s, dan V=1.90 m/s
Gambar 12. Grafik Perbandingan Variasi Kecepatan Udara pada Temperatur Pembakaran dengan waktu
Pada gambar 12 diatas dapat dilihat bahwa untuk gasifikasi sekam padi 1.2 kg menggunakan kecepatan udara 2.82 m/s didapatkan temperatur
pembakaran tertinggi pada menit ke 9 dengan temperatur pembakaran 331.66˚C, untuk gasifikasi sekam padi 1.2 kg menggunakan kecepatan udara 0 50 100 150 200 250 300 350 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 Temperatur ( ˚C) Waktu (menit) T Pembakaran V=2.82 m/s T Pembakaran V=2.31 m/s T Pembakaran V=1.90 m/s
2.31 m/s didapatkan temperatur pembakaran tertinggi pada menit ke 21 dengan temperatur pembakaran 311.22˚C, sedangkan untuk gasifikasi sekam padi 1.2 kg dengan kecepatan udara 1.90 m/s temperatur pembakaran tertinggi terdapat pada menit ke 12 dengan temperatur pembakaran tertinggi 263.11˚C. dari perbandingan temperatur pembakaran terhadap besar kecepatan udara menunjukkan hasil bahwa, tingginya temperatur pembakaran dan besarnya kecepatan
udara yang dihasilkan oleh fan pada tungku gasifikasi sekam padi mempercepat air mendidih dalam pembebanan sebesar 3 liter air. Sedangkan temperatur pembakaran dari mulai pembentukan nyala api sampai nyala api mulai padam, temperatur pembakaran berubah-ubah. Hal ini dikarenakan tidak setabilnya pembakaran sampah organik sekam padi dalam reactor sehingga mengakibatkan pembentukan gas metana menjadi tidak stabil.
2. Perbandingan Temperatur air Variasi V=2.81 m/s, V=2.31 m/s, dan V=1.90 m/s
Gambar 13. Grafik Perbandingan Variasi Kecepatan Udara pada Temperatur Air dengan waktu
Pada gambar 13 dapat dilihat bahwa untuk gasifikasi sekam padi 1.2 kg dengan kecepatan udara 2.82 m/s dapat mendidihkan air sebesar 3 liter dengan waktu 12 menit, lama nyala efektif 36 menit, dan lama pendidihan air selama 18 menit. untuk gasifikasi sekam padi 1.2 kg dengan kecepatan udara 2.31 m/s dapat mendidihkan air sebesar 3 liter dengan waktu 15 menit, lama nyala efektif 45 menit, dan lama pendidihan air selama 21 menit. Sedangkan untuk gasifikasi sekam padi
1.2 kg dengan kecepatan udara 1.90 m/s dapat mendidihkan air sebesar 3 liter dengan waktu 18 menit, lama nyala efektif 48 menit, dan lama pendidihan air selama 9 menit. Dari percobaan untuk lama pendidihan air sebesar 3 liter pendidihan air paling lama dilakukan pada percobaan gasifikasi sekam padi 1.2 kg dengan kecepatan udara yaitu 2.31 m/s dengan waktu air mendidih 15 menit, lama nyala efektif 45 menit, dan lama pendidihan air 21 menit. 0 20 40 60 80 100 120 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 Te mper at ur ( ˚C) Waktu (menit) T Air V=2.82 m/s T Air V=2.31 m/s T Air V=1.90 m/s
3. Per tem Ga dilihat terting m/s tempe 288.8 efektif selam udara pemb 311.2 pemb sedan tempe menit didap terting tempe 235.5 efektif selam
Kesi
Kesim Dari kesim 5 10 15 20 25 30 35 Temper atur ( ˚C ) rbandinga mperatur p mbar 14. D Pada gam t bahwa te ggi pada k sebesar eratur pe 82˚C, sed f dari tem ma 36 me a 2.31 m/s bakaran 22˚C d bakaran ngkan lam eratur pem . Untuk kec atkan tem ggi sebes eratur pe 52˚C, sed f dari tem ma 48 menitmpulan d
mpulan hasil pen mpulan, yait 0 0 0 0 0 0 0 0 kecepa n antara V embakara Diagram Pe dengan lam mbar 14 d emperatur kecepatan 331.66˚C embakaran angkan l mperatur enit. Untuk didapatkan tertinggi dengan rata-rata ma nyala mbakaran cepatan ud mperatur ar 263.11 embakaran angkan l mperatur t.dan saran
nelitian da u: atan 2.82 m/s Temperatur V=2.82 m/s, n rata-rata erbandinga ma Nyala E diatas dapa pembakara udara 2.8 C denga n rata-rat ama nya pembakara k kecepata n temperatu sebesa temperatu 281.68˚C efektif da selama 4 ara 1.90 m pembakara ˚C denga n rata-rat ama nya pembakaran
apat ditar kecepat r pembakaran 7 , V=2.31 m/ a dan lama n antara Te Efektif at an 82 an ta la an an ur ar ur C, ari 45 /s an an ta la an rik a. b. c. Sa a. tan 2.31 m/s Ny /s, dan V= nyala efek emperatur P Kecepatan tingginya yakni sem udara ya maka s temperatu dihasilkan sekam pad kecepatan menghasil menit, kec menghasil dan kece menghasil menit. S pendidihan udara 2.8 kecepatan 21 menit d m/s adalah Kecepatan didapatkan udara 2.31 ran Dinding pembakar kecepata yala Efektif 1.90 m/s d ktif. Pembakara n udara temperatu makin bes ng dihasil semakin r pemba oleh tun di. n udara lkan nyal cepatan ud lkan nyala e epatan uda lkan nyal Sedangkan n 3 liter air 82 m/s ada n udara 2.3 dan kecepa h 9 menit. n udara n denga 1 m/s. isolasi p an hendak an 1.90 m/s ditinjau dar an rata-rata mempenga r pembaka sar kecep lkan oleh tinggi akaran y ngku gasif 2.82 a efektif dara 2.31 efektif 45 m ara 1.90 a efektif lama w dari kecep alah 18 m 31 m/s ad atan udara a optim n kecep pada Rea knya ditam 0 10 20 30 40 50 60 ri aruhi aran, patan fan pula yang fikasi m/s 36 m/s menit m/s 48 waktu patan menit, dalah 1.90 mum patan aktor mbahmisalnya gas bul atau alumuniumfoil untuk mengurangi kalor yang terbuang melalui dinding isolasi.
b. Ruang fan hendaknya dibuat sepresisi mungkin. Hal ini dikarenakan untuk memaksimalkan suplai udara primer ke bahan bakar. c. Bahan kontruksi yang digunakan
untuk pembuatan tungku gasifikasi hendaknya memakai stainless steel agar tungku tidak korosi.
DAFTAR PUSTAKA
B.T. Alexis , 2005. Rice Husk Gas Stove Handbook. Philippines: College of Agriculture Central Philippine University Iloilo City.
J. P. Holman, 1994. Perpindahan Kalor. Jakarta: Erlangga.
Murjito, 2009. Alat Penangkap Gas Metana pada TPA dari Plastik Polyethilene untuk Sekala Kecil, Universitas Sumatra Utara, Medan. Nugraha, 2010. Mengolah Sampah Organik Menjadi Biogas dengan Cara
Anaerobic Gasification, Universitas Sumatra Utara, Medan.
Reynolds, W.C., & Perkins, H.C. 1983. Termodinamika Teknik. Jakarta Puasat: Erlangga.
S. Ibnu, 2011. Rancang Bangun dan Pengujian Alat Produksi Gas Metana dari Sampah Organik dengan Variasi Bahan Sekam Padi, Tempurung Kelapa dan Serbuk Gergaji Kayu. Sekripsi. Surakarta: Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta.
