NASKAH PUBLIKASI
RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN TUNGKU GASIFIKASI 4 KG BAHAN BAKAR SEKAM PADI
Disusun oleh:
ARIMA SANINDITA
D200 080 017
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
1
Rancang Bangun Dan Pengujian Tungku Gasifikasi 4Kg Bahan
Bakar Sekam Padi
Arima Sanindita, Subroto , Nur Aklis
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan Kartasura
E-mail: arimasanindita@yahoo.co.id
ABSTRAKSI
Sekam Padi dapat diubah menjadi gas metana dengan metode gasifikasi. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan desain dan konstruksi tungku gasifikasi kapasitas 4 kg bahan bakar sekam padi, mengetahui pengaruh kecepatan udara terhadap temperatur pembakaran, mengetahui waktu lama nyala efektif dan mengetahui lama pendidihan air.
Penelitian diawali dengan pembuatan tungku gasifikasi sekam padi didapatkan hasil rancangan tungku gasifikasi yang terdiri reactor pembakaran dengan spesifikasi: Tinggi reacktor 900 mm, diameter luar reactor 290 mm, dan diameter dalam reacktor 240 mm. Kemudian menganalisis hasil pembakaran tungku gasifikasi dengan kecepatan udara di variasi V=4.3 m/s, V=4.5 m/s, V=4.8 m/s. Dalam penelitian tersebut mengukur temperatur pembakaran serta mencatat perubahan temperatur air sebanyak 5 liter setiap 3 menit.
Hasil menunjukkan semakin besar kecepatan udara yang dihasilkan maka semakin tinggi pula temperatur pembakaran pada tungku gasifikasi sekam padi. Pada V=4.3 m/s didapatkan temperatur pembakaran rata-rata 425.73oC, V=4.5 m/s didapatkan temperatur pembakaran rata-rata 462.52 oC, dan V=4.8 m/s didapatkan temperatur pembakaran rata-rata 491.81 oC. Sedangkan nyala efektif dan pendidihan air untuk V=4.3 m/s didapatkan nyala efektif 57 menit lama pendidihan air 8 menit 10 detik, untuk V=4.5 m/s didapatkan nyala efektif 51 menit lama pendidihan air 7 menit 11 detik, untuk V=4.8 m/s didapatkan nyala efektif 48 menit lama pendidihan air 6 menit 14 detik.
Kata kunci: sekam padi, tungku gasifikasi, kecepatan udara
Pendahuluan
Latar belakangPengelolaa sampah dan
penyediaan sumber daya alam adalah dua masalah utama bagi pemerintah saat ini. Pertumbuhan penduduk membuat peningkatan konsumsi bahan bakar fosil dan membuat volume sampah yang dihasilkan oleh masyarakat semakin
bertambah 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. Sumber energi alternatif yang besar peluangnya untuk dikembangkan di Indonesia salah satunya adalah energi
biomassa. Sebagai sumber energi
2 Teknologi gasifikasi merupakan teknologi yang relatif sederhana dan mudah pengoprasiaannya serta secara teknik maupun ekonomi adalah layak untuk dikembangkan. Dengan demikian teknologi gasifikasi sangat potensial menjadi teknologi yang sepadan untuk
diterapkan diberbagai tempat di
Indonesia. Namun masih diperlukan penelitian mendasar untuk menjadikan teknologi siap pakai.
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. Air yang dipanaskan sebanyak 5 liter
e. Kapasitas sekam padi 4 kg.
Tujuan penelitian
a. Merancang reactor gasifikasi dengan bahan bakar sekam padi. b. Untuk menganalisa pengaruh
kecepatan udara pada tungku gasifikasi terhadap tempertur pembakaran.
c. Untuk mengetahui lama waktu nyala efektif dan lama pendidihan air.
Tinjauan pustaka
Belonio (2005), mendesain tungku gasifikasi biomassa dengan konsep
energy alternative,dimana tungku
tersebut terbuat dari stainless
steel/besi.untuk membuat gas metana dari sekam padi digunakan teknologi gasifikasi.proses gasifikasi dilakukan dengan membakar sekam padi kering dengan oksigen terbatas sehingga terbentuk gas metana yang mudah terbakar dengan bantuan fan.
Syawal (2011), mendesain alat produksi gas metana dari sampah organik,Sampah organik yang digunakan adalah sekam padi, tempurung kelapa dan serbuk gergaji. Untuk membuat gas metana, digunakan teknologi gasifikasi. Dengan cara bahan bakar tersebut dimasukan ke dalam sebuah reaktor
pembakaran yang tertutup dengan
oksigen terbatas agar tidak terjadi
pembakaran secara sempurna
Selanjutnya gas metana dialirkan menuju pipa ke tabung absorsi, kemudian langsung disalurkan ke pipa menuju kompor
3
Dasar teori
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.
3. Anaerobic gasification yaitu mengolah sampah organik menjadi gas dengan cara fermentasi.
Jenis-Jenis Thermal Process Gasification Thermal process gasification dapat dibedakan menjadi beberapa macam, yaitu :
1. Berdasarkan arah aliran :
a. Gasifikasi aliran searah (downdraft gasificatio) Gas hasil pembakaran dilewatkan pada bagian oksidasi dari pembakaran dengan cara ditarik mengalir ke bawah sehingga gas yang dihasilkan akan lebih bersih karena tar dan minyak akan terbakar sewaktu melewati bagian tadi
Gambar 1. Downdraft gasfier
b. Gasifikasi aliran berlawanan (updraf gasification) Pembakaran berlangsung di bagian bawah dari tumpukan bahan bakar dalam silinder, gas hasil pembakaran akan mengalir ke atas melewati tumpukan bahan bakar sekaligus mengeringkannya. Bahan bakar dimasukkan ke dalam ruang bakar dari lubang pemasukan atas.
Gambar 2. Updraft gasfier
c. Crosdraft gasfier
Udara disemprotkan ke dalam ruang bakar dari lubang arah samping yang saling berhadapan dengan lubang pengambilan gas
sehingga pembakaran dapat
terkonsentrasi pada satu bagian saja dan berlangsung secara lebih banyak dalam suatu satuan waktu tertentu.
4 Gas metana
Metana adalah hidrokarbon paling sederhana yang berbentuk gas dengan rumus kimia CH4. Metana murni tidak berbau, tidak berwarna dan mudah terbakar.
Sifat kimia gas metana sebagai berikut :
a. Reaksi pembakaran gas metana
dengan oksigen murni.
Reaksi: CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O
b. Reaksi pembakaran gas metana
dengan udara di alam.
Reaksi: CH4 + 2O2 + 7.52N2 CO2 + 2H2O + 7.52N2 + heat
1. Pembentukan gas metana
Gas metana dapat terbentuk melalui reaksi antara hidrogen dengan karbon monoksida pada temperatur di atas 6000C.
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.
Design Reactor Gasifikasi
Berikut adalah beberapa metode
kontruksi penting yang perlu
dipertimbangkan dalam menetukkan
ukuran yang tepat untuk tungku gasifikasi
dapat mudah diperkirakan dengan
menghitung metode ini (Belonio ,2005). Berikut rumus disajikan dibawah ini untuk menghitung kebutuhan dasar dalam mendesain tungku gasifikasi dengan persamaan berikut :
1) Diameter Reactor
5 Metodologi penelitian
Diagram alir penelitian
Gambar 4. Diagram alir penelitian
Instalasi pengujian
Gambar 5. Instalasi Tungku Gasifikasi Sekam Padi
Keterangan :
1. Pot holder 6. Pegangan pintu 2. Burner 7. Pengunci
3. Reactor 8. Ash discharge lever 4. Ash chamber 9. Burner handle
5. Fan casing 10. Secondary air holes
Alat dan bahan penelitian 1. Alat
a. Reaktor pembakaran
Alat ini digunakan untuk tempat proses pembakaran Sekam Padi.
Pembuatan desaign alat
Pembuatan alat
Pengujian pembakaran bahan sekam padi
Dengan kapasitas 4 kg
Kecepatan udara 4,3 m/s
Kecepatan udara 4,5 m/s
Pengambilan Data Temperatur Pembakaran, Temperatur Air dan Lama Nyala Efektif
Analisis Data dan Penarikan Kesimpulan
Pembuatan Laporan Tahap persiapan
Survei Alat
Survei Bahan
6 Gambar 6. Reaktor pembakaran b. Ask Chamber
Alat ini digunakan sebagai ruang penyimpanan abu sekam padi.
Gambar 7. Ask Chamber
c. Burner
Alat ini digunakan untuk membakar gas metana.
Gambar 8. Burner d. Blower
Alat ini digunakan untuk menyuplai udara ke dalam reaktor pembakaran.
Gambar 9. Blower e. Termometer rider
Alat ini digunakan untuk mengukur temperatur pembakaran.
Gambar 10. Termometer Rider f. Anemometer digital
Alat ini digunakan untuk mengukur kecepatan aliran udara dari blower.
Gambar 11. Anemometer digital
g. Timbangan analog
Alat ini digunakan untuk menimbang massa bahan bakar yang akan digunakan.
7 h. Stopwatch digital
Alat ini digunakan untuk mencatat waktu.
Gambar 13. Stopwatch
i. Thermometer
Alat ini digunakan untuk mencatat perubahan temperatur air setiap 2 menit.
Gambar 14. Thermometer 2. Bahan penelitian
Bahan penelitian ini
menggunakan sekam padi dari padi jenis IR-64.Sedangkan
bahan pembakaran awalnya
adalah sobekan kertas atau dedaunan kering.
Gambar 15. Sekam padi
Langkah penelitian
Yang dilakukan dalam penelitian adalah :
1. Menimbang bahan organik
sekam padi yang akan
digunakan sebagai bahan
penelitian masing-masing 2. Mengisi sekam padi pada
reaktor gasifikasi dengan kapasitas 4 kg, pada masing-masing percobaan.
3. Menyalakan blower pada pada
switch control, dengan kecepatan udara 4.3 m/s sebagai percobaan pertama, kecepatan udara 4.5 m/s sebagai percobaan
kedua,kecepatan udara 4.8 m/s sebagai,
percobaan ketiga. Penyalaan
blower 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. Meletakkan panci yang telah di isi air 5 liter di atas burner
8 10. Mengambil data temperatur
pembakaran. Temperatur
pembakaran diambil dari nyala tiga titik api yang diukur dari
burner dengan ketinggian dan jarak yang sama setiap tiga menit.
11. Ulangi percobaan yang sama sesuai kapasitas yg diujikan dari kapasitas 4 kg , dengan kecepatan udara 4.3 m/s , 4,5 m/s dan kecepatan udara 4.8 m/s
Hasil dan pembahasan
1. Hasil Pengujian Perbandingan Temperatur Pembakaran dengan Variasi Kecepatan Udara 4.3 m/s, 4.5 m/s dan 4.8 m/s
Gambar 16. Grafik perbandingan variasi kecepatan udara pada temperatur pembakaran dengan waktu
Pada gambar 16. menunjukkan grafik
hubungan antara temperatur
pembakaran dengan waktu diketahui bahwa untuk gasifikasi sekam padi sebanyak 4 kg menggunakan kecepatan
udara sebesar 4.8 m/s didapatkan
temperatur pembakaran tertinggi pada menit ke 18 dengan temperatur pembakaran 579.67°C. Untuk gasifikasi sekam padi sebanyak 4 kg menggunakan kecepatan udara sebesar 4.5 m/s didapatkan
temperatur pembakaran tertinggi pada
menit ke 12 dengan temperatur
pembakaran 550.33°C, sedangkan untuk gasifikasi sekam padi 4 kg dengan
kecepatan udara 4.3 m/s temperatur pembakaran tertinggi terdapat pada
menit ke 15 dengan temperatur
pembakaran tertinggi 525.67°C. Dan perbandingan temperatur pembakaran
terhadap besar kecepatan udara
menunjukkan hasil bahwa tingginya temperatur pembakaran dan besarnya kecepatan udara yang masuk pada
tungku gasifikasi sekam padi
9 pembakarannya berubah-ubah. Hal ini dikarenakan tidak setabilnya sekam padi dalam reactor sehingga mengakibatkan
pembentukan gas metana menjadi tidak stabil.
2. Hasil Pengujian Perbandingan Temperatur Air dengan Variasi Kecepatan Udara 4.3 m/s, 4.5 m/s dan 4.8 m/s
Gambar 17. Grafik perbandingan variasi kecepatan udara pada temperatur air dengan waktu
Pada gambar 17. menunjukkan
grafik hubungan antara temperatur air
dengan waktu diketahui bahwa untuk
gasifikasi sekam padi sebanyak 4 kg dengan kecepatan udara sebesar 4.8 m/s dapat mendidihkan air sebanyak 5 liter dalam waktu 6 menit 14 detik, dengan lama nyala efektif selama 48 menit. Untuk gasifikasi sekam padi sebanyak 4 kg dengan kecepatan udara sebesar 4.5 m/s dapat mendidihkan air sebanyakr 5 liter dalam waktu 7 menit 11 detik, dengan lama nyala efektif selama 51 menit. Sedangkan untuk gasifikasi sekam padi
sebanyak 4 kg dengan kecepatan udara sebesar 4.3 m/s dapat mendidihkan air sebanyak 5 liter dalam waktu 8 menit 10 detik, dengan lama nyala efektif selama 57 menit. Dari percobaan pendidihan
air sebanyak 5 liter didapatkan
pendidihan air paling lama pada
10
3. Perbandingan antara Kecepatan 4.3 m/s, Kecepatan 4.5 m/s, dan Kecepatan 4.8
m/s Ditinjau dari Temperatur Pembakaran rata-rata Lama Nyala Efektif
0
Kecepatan 4.3 m/s Kecepatan 4.5 m/s Kecepatan 4.8 m/s
W
Gambar 18. Diagram perbandingan antara temperatur pembakaran rata-rata dengan lama nyala efektif
Dari grafik 18. menunjukkan grafik hubungan antara temperatur air dengan waktu diketahui bahwa pada kecepatan udara 4.3 m/s didapatkan temperatur pembakaran rata-rata 425.73 oC dan nyala efektif dari temperatur pembakaran rata-rata selama 57 menit. Untuk kecepatan udara 4.5 m/s didapatkan temperatur pembakaran rata-rata 462.52 oC dan lama nyala efektif dari temperature pembakaran rata-rata selama 51 menit. Untuk kecepatan udara 4.8 m/s didapatkan temperatur pembakaran rata-rata 491.81 oC dan lama nyala efektif dari temperatur pembakaran rata-rata selama 48 menit.
Kesimpulan
Berdasarkan analisa dan
pembahasan data hasil pengujian pengaruh kecepatan udara pada tungku
gasifikasi sekam padi terhadap
temperatur didapatkan kesimpulan
sebagai berikut:
a. Didapatkan spesifikasi reactor pembakaran :
Tinggi reactor : 900 mm
Diameter luar reactor : 290 mm
Diameter dalam reactor: 240 mm
b. Pengaruh kecepatan udara
mempengaruhi tingginya temperatur pembakaran, yakni semakin besar kecepatan udara yang masuk ke reactor maka semakin tinggi pula temperatur pembakaran yang dihasilkan oleh tungku gasifikasi sekam padi.
11 d. Pengaruh variasi kecepatan udara
terhadap nyala efektif adalah semakin tinggi kecepatan udara yang digunakan maka nyala efektif yang dihasilkan akan semakin pendek.
DAFTAR PUSTAKA
Belonio, Alexi.T., 2005, Rice Husk Gas Stove Handbook. Philippines: College of Agriculture Central Philippine University Iloilo City.
Badan Pusat Statistik., 2013, Diakses pada 3 Maret 2013 jam 19.00 WIB.
www.iec.co.id/index.php/site/prevnews/9?lang=ind
Habib, Z.A.G.A., 2008, Gasifikasi batubara dengan unggun terfluidakan, Diakses pada tanggal 10 April 2013 jam 18.30 WIB.
http://majarimagazine.com/2008/06/gasifikasi-batubara-dengan-unggun-terfluidakan/
Prasityo, D., 2012,“Pengaruh Kecepatan Udara Pada Tungku Gasifikasi Sekam Padi Terhadap Temperatur Pembakaran”, Tugas Akhir S-1, Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta, Surakarta.
Syawal, I., 2011. “Rancang Bangun dan Pengujian Alat Produksi Gas Metana dari Sampah Organik dengan Variasi Bahan Sekam Padi, Tempurung Kelapa dan
Serbuk Gergaji Kayu”, Tugas Akhir. S-1, Teknik Mesin Universitas
Muhammadiyah Surakarta, Surakarta.
Sitompul, R., 2011. Teknologi Energi Terbarukan Yang Tepat Untuk Aplikasi Di Masyarakat Perdesaan.
