TUGAS AKHIR PENGARUH DINDING ISOLASI PADA TUNGKU GASIFIKASI SEKAM Pengaruh Dinding Isolasi Pada Tungku Gasifikasi Sekam Padi Terhadap Temperatur Pembakaran.

Teks penuh

(1)

TUGAS AKHIR

PENGARUH DINDING ISOLASI PADA TUNGKU GASIFIKASI SEKAM

PADI TERHADAP TEMPERATUR PRMBAKARAN

Tugas Akhir Ini Disusun Sebagai Syarat Untuk Mendapatkan Gelar Sarjana S1 Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas muhammadiyah surakarta

Disusun oleh:

ALFAN NUR ROHMAN ADITAMA D200 080 021

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

(2)

HALAMAN

 

PENGESAHAN

 

MAKALAH

 

TUGAS

 

AKHIR

 

Makalah tugas akhir dengan judul “Pengaruh Dinding Isolasi Pada Tungku Gasifikasi Sekam Padi Terhadap Temperatur Pembakaran” telah disahkan oleh pembimbing dan koordinator sebagai syarat seminar tugas akhir dan ujian tugas akhir.

Disusun oleh:

Nama : Alfan Nur Rohman Aditama

NIM : D200 080 021

Disetujui pada:

Hari :

(3)

Pengaruh Dinding Isolasi PadaTungku Gasifikasi Sekam Padi

Terhadap Temperatur Pembakaran

Alfan Nur R A, Subroto, Wijianto

Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A.Yani Tromol Pos 1 Pabelan Kartasura

E-mail: alfanaditama@ymail.com

ABSTRAKSI

Pertumbuhan penduduk yang terus bertambah di Indonesia menyebabkan konsumsi bahan bakar semakin meningkat. Sekam padi merupakan salah satu energi terbarukan yang berpotensi di Indonesia ini. Sekam padi dapat diubah menjadi gas metana dengan proses gasifikasi. Gasifikasi merupakan proses pengubahan bahan bakar menjadi bentuk gas dengan cara pemanasan. Pada pengujian gasifikasi sekam padi ini terdapat 3 variasi dinding isolasi, yaitu serbuk bata, pasir dan tanah liat. Berdasarkan hal tersebut penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan pengaruh dinding isolasi pada temperatur pembakaran dan waktu nyala efektif gas metana.

Penelitian diawali dengan melakukan uji pembakaran pada variasi isolasi serbuk bata, pasir dan tanah liat, dengan cara membakar sekam padi dalam tungku gasifikasi yang disuplai udara dari fan, Kemudian diukur temperatur nyala efektif pembakaran, temperatur air dan mengukur temperatur dinding isolasi. Pengukuran temperatur dilakukan setiap 3 menit.

Hasil penelitian menunjukan variasi dinding isolasi berpengaruh terhadap temperatur pembakaran yang dihasilkan. Temperatur pembakaran pada isolasi serbuk bata mencapai 345,4°C, dengan temperatur isolasi sebesar 53,25°C dan waktu nyala efektif selama 36 menit. Isolasi pasir temperatur pembakaran mencapai 314,75°C, dengan temperatur isolasi sebesar 61,65°C dan waktu nyala efektif selama 31 menit. Isolasi tanah liat temperatur pembakaran mencapai 316,96°C, dengan temperatur isolasi sebesar 59,54°C dan waktu nyala efektif selama 32 menit. Semakin rendah temperatur dinding isolasi maka akan semakin tinggi temperatur pembakaran yang dihasilkan dan waktu nyala efektifnya semakin lama.

(4)

Pendahuluan

Latar belakang

Pertumbuhan penduduk yang terus bertambah di Indonesia menyebabkan konsumsi bahan bakar yang tidak terbarukan seperti minyak bumi, gas alam dan batu bara semakin meningkat, sedangkan ketersediaannya semakin menipis. Hal ini memicu meningkatnya harga bahan bakar minyak saat ini. Salah satu cara yang dapat digunakan untuk mengatasi permasalahan ini adalah dengan memanfaatkan energi terbarukan seperti biomas dan limbah pertanian yang banyak dimiliki oleh negara agraris seperti Indonesia.

Melalui proses gasifikasi, energi didalam biomas tersebut dapat dikonversi menjadi gas bahan bakar, untuk itulah dirancang suatu alat gasifikasi biomas yang diberi nama tungku gasifikasi. Tungku gasifikasi yang dibuat merupakan sebuah alat yang digunakan untuk menghasilkan gas bahan bakar dari biomas sekam padi.

Biomas yang digunakan sebagai bahan bakar dalam penelitian ini adalah sekam padi. Sebagai sumber energi terbarukan, sekam padi memiliki karakteristik tersendiri, yaitu mempunyai kelebihan dan kekurangan dalam hal penggunaannya sebagai bahan bakar.

Sebagai makanan pokok manusia, tanaman padi harus di proses menjadi beras. Dalam proses pengolahan padi menjadi beras banyak ditemukan bagian dari bulir padi-padian (serealia) berupa lembaran yang kering, bersisik, dan tidak dapat dimakan, yang melindungi bagian dalam atau istilah umumnya disebut sekam padi. Hal inilah yang menyebabkan sekam padi sudah menjadi sampah yang terbuang sia-sia. Dengan memanfaatkan mudah untuk mendapatkanya sekam padi dapat

dijadikan sebagai bahan bakar energi alternatif khususnya biomas.

Biomas merupakan bahan hayati yang selama ini dianggap sebagai sampah. Biomas yang berasal dari limbah pertanian khususnya sekam padi ini mempunyai sifat mudah terbakar, tetapi pembakarannya sulit dikontrol (cepat habis). Maka dari itu dengan proses gasifikasi, sekam padi dapat dikonversi dari bahan bakar padat menjadi gas yang menghasilkan gas

mudah dibakar. 

Pembatasan masalah

a. Alat produksi gas metana dengan jenis thermal prosses gasification.

b. Pengaruh dinding isolasi terhadap temperatur pembakaran, dan bahan yang digunakan berupa sekam padi. c. Dinding isolasi yang digunakan

serbuk batu bata, pasir dan tanah liat. d. Kecepatan udara yang digunakan

2,82 m/s.

e. Pada penelitian tidak dibahas mengenai perhitungan perpindahan kalor secara konduksi, konveksi dan radiasi.

Tujuan penelitian

a. Untuk mengetahui pengaruh dinding isolasi terhadap temperatur pembakaran.

b. Untuk mengetahui waktu nyala efektif produk gas metana.

Tinjauan pustaka

Belonio (2005), merancang dan membuat alat gasifikasi biomas dengan bahan bakar sekam padi, yaitu Rice Hush Gas Stove (tungku sekam padi) dengan sistem updraft. Dengan suplai udara dari

fan alat ini dapat mengubah bahan bakar sekam padi menjadi gas metana (CH4)

melalui proses gasifikasi, sehingga pada

(5)

Dengan dimensi reactor

berdiameter dalam 150 mm, diameter luar 200 mm dan tinggi 350 mm dapat menampung sekam padi 1,3 Kg dengan waktu nyala api selama 45 menit. Dalam perancangan alat ini, fan casing, ash chamber, reactor dan burner gabung menjadi satu, maka Rice Hush Gas Stove

Alexis T Belonio ini merupakan tungku gasifikasi biomas yang sederhana. Spesifikasi alat ini, dengan sekam berkapasitas penuh 1,3 Kg, waktu penyalaan 1,75 menit, waktu perubahan menjadi gas 40 detik dan total waktu nyala api selama 48,98 menit.

Istanto (2008), meneliti optimasi produksi gas hidrogen pada proses reduksi arang dalam gasifikasi biomas sistem downdraft. Bahan bakar yang digunakan adalah briket dari sekam padi dan serbuk gergaji kayu jati. Gasifikasi biomas sistem downdraft merupakan sistem gasifikasi yang sederhana. Gas-gas yang dihasilkan dari Gas-gasifikasi biomas udara mempunyai komposisi CO, CO2, H2, CH4, H2O dan N2. Konsentrasi

dari masing-masing gas sangat tergantung dari banyak variabel. Konsentrasi dari masing-masing gas akan berhubungan langsung dengan jumlah energi yang mampu dihasilkan dari sistem gasifikasi tersebut. Terdapat banyak variabel yang perlu diperhitungkan dalam sistem gasifikasi biomas sistem downdraft diantaranya adalah perbandingan udara bahan bakar (AFR) dan temperatur gas masuk.

Reactor gasifikasi berbentuk silinder dengan diameter 1 m dan panjang 1 m. Perbandingan udara bahan bakar (AFR) mempunyai pengaruh yang besar pada komposisi gas dan temperatur gas dalam reactor gasifikasi. Semakin tinggi temperatur gas masuk akan meningkatkan laju reaksi gasifikasi, sehingga H2 banyak dikonsumsi dan CH4

banyak diproduksi.

Santoso (2009), menganalisa simulasi numerik pada perpindahan panas gasifikasi sekam padi. Biomas dapat dimanfaatkan dengan melakukan proses gasifikasi. Dalam teknologi gasifikasi proses perpindahan panas selalu ada sehingga perlu pengembangan dalam metode penyelesaiannya. Metode yang lebih cepat dan akurat sangat dibutuhkan untuk mendapatkan hasil penelitian, oleh karena itu dilakukan dengan pedekatan pemrograman komputer.

Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari analisa eksperimen dan simulasi numerik pada tungku gasifikasi berbahan bakar sekam padi. Pengujian eksperimen dilakukan dengan tiga variasi kecepatan, yaitu kecepatan I (kecepatan udara masuk fan 2,0 m/s), kecepatan II (kecepatan udara masuk fan 2,1 m/s), dan kecepatan III (kecepatan udara masuk fan 2,2 m/s).

Hasil pengujian eksperimen dianalisa untuk mengetahui distribusi tekanan, temperatur dan efisiensi. Simulasi numerik dilakukan untuk mengetahui distribusi tekanan dan temperatur dalam tungku gasifikasi. Hasil penelitian menunjukan bahwa kecepatan udara masuk reactor dan kapasitas biomas berpengaruh terhadap disribusi tekanan. Efisiensi energi tertinggi didapatkan pada variasi kecepatan III, yaitu dengan kecepatan udara tertinggi, mencapai 2,2 m/s.

Dasar teori

Biogas

Biogas adalah gas mudah terbakar (flammable) yang dihasil

kan dari proses fermentasi bahan-bahan organik oleh bakteri-bakteri anaerob

(6)

menghasilkan biogas, namun demikian hanya bahan organik (padat, cair) homogen seperti kotoran dan urine (air kencing) hewan ternak yang cocok untuk sistem biogas sederhana. Kandungan utama dalam biogas adalah metana (CH4) dan karbon

dioksida(CO2).

Gasifikasi

Gasifikasi adalah suatu proses perubahan bahan bakar padat secara termo kimia menjadi gas, dimana udara yang diperlukan lebih rendah dari udara yang digunakan untuk proses pembakaran. Selama proses gasifikasi reaksi kimia utama yang terjadi adalah endotermis (diperlukan panas dari luar selama proses berlangsung). Media yang paling umum digunakan dalam proses gasifikasi adalah udara dan uap.

Gas Metana

Metana (CH4) adalah molekul

tetrahedral dengan empat ikatan C-H yang berbentuk gas dengan rumus kimia CH4. Struktur elektroniknya dapat

dijelaskan dengan 4 ikatan orbital molekul yang dihasilkan dari orbital valensi C dan H yang saling melengkapi.

Gas metana dapat terbentuk melalui reaksi antara hidrogen dengan karbon monoksida:

Reaksi : CO + 3H2 CH4 + H2O

Pembakaran satu molekul metana dengan oksigen murni akan melepaskan satu molekul CO2 (karbondioksida) dan

dua molekul H2O (air):

CH4 + 2O2→ CO2 + 2H2O

Sedangkan reaksi pembakaran gas metana yang terjadi di alam adalah:

CH4 + 2O2 + 7.52N2→ CO2 + 2H2O

+ 7.52N2 + kalor

Yang artinya untuk pembakaran sempurna 1 kg gas metana (CH4)

membutuhkan 2 kg oksigen (O2) dan 7,52

kg nitrogen (N2) yang akan menghasilkan

1 kg karbon dioksida (CO2), 2 kg air

(H2O), 7,52 kg nitrogen (N2) dan kalor.

Metodologi penelitian  Diagram alir penelitian

(7)

Alat d

rner digun mbakaran rkeluarnya

actor Pem at ini diguna oses pemba

Gambar 3

k Chamber k Chamb

mpat pen mbakaran

actor.

Gam

n

at ini digu ara prime mbakaran.

penelitian

nakan se gas metan api.

Gambar 2. mbakaran

akan sebag akaran seka

3. Reaktor p

r

er diguna nampungan

sekam pa

mbar 4. Ask

unakan unt er ke d

n

bagai tem na dan tem

burner

gai tempat am padi.

pembakara

akan seba abu h adi dari ru

k Chamber

tuk menyu alam rea

lat ini dig erubahan menit.

Gam

opwatch dig

lat ini dig waktu.

Gamb

nemometer nemometer

engukur ke

n.

Gamba

mbangan a at ini digun assa bah gunakan.

Gam

Gambar

r

unakan un temperatur

mbar 6.Ther gital

gunakan u

bar 7.Stopw r digital r digital digu

cepatan ali

ar 8. Anem

analog nakan untu

an bakar

mbar 9. Tim r 5.fan

ntuk meng r air setia

rmometer

ntuk menc

watch

unakan untu ran udara d

ometer dig

uk menimb r yang a

(8)

i. The

ermo rider ermo rid

engukur mperatur din

Gam

han peneli kam padi kam padi di-padian mbaran yan

ak dapat d gian dalam

Gamba

rbuk bata rbuk bata cil, halus oses

numbukkan

Gamba sir

sir adalah au batuan e

am.

Ga

der digun temperat nding isolas

mbar 10.Th

itian adalah ba

(sereali

ng kering, imakan, ya .

ar 11. Seka

adalah yang di penggiling n batu bata

r 12. Serbu

butiran-b endapan ya

mbar 13. P

nakan un tur api si.

hermo rider

gian dari b

ia) ber bersisik, ang melindu

m padi

butiran-but ihasilkan

gan a

.

uk bata

utiran min ang keras

rtikel minera

Gamba alasi pengu

mbar 15. In rangan gam

Pot holder Burner Reaktor Ash chamb Fan casing

Tahap pene Langkah-m penelitia ikasi sekam Menimbang

igunakan se Mengisi sek asifikasi de g.

liat al berkerang

ar 14. Tana

ujian

nstalasi Tun mbar:

elitian -langkah y an dan pen m padi, dian

sekam pa ebagai bah kam padi

ngan kapas

ad ka dasar sili

ah liat

ngku gasifik

oor ock

sh lever ass andle econdary ai

oles

yang dilaku ngujian tun ntaranya :

adi yang a han bakar.

pada rea

sitas penuh

Gasifikas

Udara

dalah ikat.

kasi 

(9)

3. Menyalakan fan pada stop kontak, dengan kecepatan udara 2.82 m/s. 4. Membuat sobekan kertas kemudian

letakan sobekan kertas tersebut

diatas sekam padi yang telah diisi pada reactor pembakaran.

5. Membuat bara api dari sobekan kertas sebagai penyalaan bahan bakar.

6. Mencatat lama penyalaan bahan bakar dari pembuatan bara api sampai pemasukan bara api kedalam

reactor.

7. Menutup reactor gasifikasi dengan

burner.

8. Mencatat waktu berubahnya nyala api sampai menjadi gas hasil dari gasifikasi.

9. Menuangkan panci yang berisi air dengan volume tiga liter.

10. Mencatat temperatur nyala efektif pembakaran, temperatur air dan temperatur dinding isolasi setiap 3 menit.

11. Ulangi percobaan yang sama dengan variasi dinding isolasi serbuk bata, pasir dan tanah liat.

Hasil dan pembahasan

1. Rata-rata temperatur pembakaran

Gambar 16. Grafik perbandingan antara waktu dengan temperatur pembakaran isolasi serbuk bata, pasir dan tanah liat

Gambar 16. menunjukan bahwa dengan isolasi serbuk bata mencapai temperatur pembakaran paling tinggi sebesar 372°C dan waktu nyala efektif paling lama selama 36 menit. Temperatur mengalami kenaikan pada menit ke 6 kemudian konstan sampai

menit ke 30. Pada pembakaran dengan isolasi pasir dan tanah liat temperatur pembakaran mengalami kenaikan pada menit ke 6 kemudian konstan sampai menit ke 21, dan waktu nyala efektif 31 menit pada isolasi pasir, 32 menit pada isolas tanah liat. 0

50 100 150 200 250 300 350 400 450

3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36

te

m

p

e

ra

tu

r

 

p

e

m

b

a

k

a

ra

n

 

(

°C

)

waktu (menit)

isolasi serbuk  bata

isolasi pasir

(10)

2. Rata-rata temperatur dinding isolasi

Gambar 17. Grafik perbandingan antara waktu dengan temperatur dinding isolasi pada isolasi serbuk bata, pasir dan tanah liat

Pada gambar 17 dapat dilihat bahwa temperatur dinding isolasi konstan sampai menit ke 12, kemudian mengalami kenaikan secara konstan setelah menit ke 12. Pada isolasi serbuk bata kenaikan temperatur sampai menit ke 33 sebesar 83°C, Pada isolasi pasir temperatur isolasi mengalami kenaikan temperatur sampai menit ke 27 sebesar 89°C, sedangkan pada isolasi tanah liat mengalami kenaikan temperatur sampai menit ke 24 sebesar 88°C.

Dalam variasi dinding isolasi ini, rata-rata temperatur isolasi serbuk bata sebesar 53,25°C, isolasi pasir 61,65°C dan rata-tata temperatur isolasi tanah liat 59,54°C. Dengan dinding isolasi serbuk bata mencapai temperatur isolasi paling rendah dan waktu nyala efektif paling lama.

0 20 40 60 80 100

3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36

te

m

p

e

ra

tu

r

 

d

in

d

in

g

 

is

o

la

si

 

(

°C

)

waktu (menit)

isolasi serbuk  bata

isolasi pasir

(11)

3. Rat

ta-rata tem

bar 18. Dia

efektif

Gambar u nyala ef si serbuk

apai 36 m bakaran seb efektif pem si pasir sela

mpulan d

mpulan

ah me bakaran pa

m padi de si serbuk

liat d gai berikut : mperatur

lasi serb 5,40°C,

lasi sebe 0

isolasi se

mperatur pe

gram hubu

18 menunj fektif deng

bata pa menit, dan

besar 345,4 mbakaran p ama 31 me

dan saran

lakukan ada tungk engan vari

batu bata, diperoleh

:

pembaka buk bata

dengan sar 53,25 erbuk bata

Tempe

embakaran

ngan antar

ukan bahw gan dindin aling lama

temperatu 40°C. Wakt pada dindin enit, denga

n

pengujia u gasifikas iasi dindin , pasir da kesimpula

aran pad mencapa temperatu 5°C. Isolas isolasi p

ratur pembaka

n dan wakt

ra temperat

wa

tu nyala ef

tur pembak

mperatur 4,75°C. S olasi tanah mbakaran mperatur

6,96°C.

pasir te mencapai temperatur Isolasi t pembakara dengan te 59,54°C. temperatur akan sem pembakara Waktu ny serbuk ba dengan te

isolasi tanah

ala Efektif

fektif

karan deng

pembaka Sedangkan liat waktu

selama 3 pembakar

emperatur 314,75 r isolasi se tanah lia an menca emperatur i Semak r dinding makin ting an yang dih yala efektif ata selam emperatur i

0

aran seb pada din u nyala ef 32 menit, ran menc

pembak °C, den besar 61,6 at tempe apai 316,9 isolasi seb kin ren

isolasi m ggi tempe hasilkan.

f pada iso ma 36 m

isolasi seb nyala

(12)

53,25°C. Pada isolasi pasir selama 31 menit, dengan temperatur isolasi 61,65˚C. Dan pada isolasi tanah liat waktu nyala efektif selama 32 menit dengan temperatur isolasi sebesar 59,54˚C. Semakin rendah temperatur dinding isolasi maka waktu nyala efektifnya akan semakin lama.

Saran

Setelah melakukan pengujian pembakaran pada tungku gasifikasi sekam padi dengan variasi dinding isolasi serbuk batu bata, pasir dan tanah liat, maka disarankan sebagai berikut :

a. Pemakaian tungku gasifikasi sekam padi ini hendaknya diruangan yang berventilasi atau ditempat terbuka.

b. Pada saat pengujian pembakaran hendaknya dilakukan ditempat yang berangin stabil dan tidak berangin kencang.

c. Perlu dilakukan penekanan saat pengisian material isolasi pada dinding isolasi.

(13)

DAFTAR PUSTAKA

B.T. Alexis, 2005. Rice Husk Gas Stove Handbook. College of Agriculture

Central Philippine University Iloilo City: Philippines

H. Erliza, dkk, 2007. Teknologi Bioenergi, Institut Pertanian Bogor: Bogor

Istanto. T, 2008. Optimasi Produksi Gas Hidrogen Pada Proses Reduksi

Arang Dalam Gasifikasi Biomas Sistem Downdraft. Universitas Negeri

Sebelas Maret: Surakarta

J.P. Holman, 1994. Perpindahan Kalor. Erlangga: Jakarta

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. Universitas Muhammadiyah

Surakarta: Surakarta

S. Suhut, 2006. Membuat Biogas Sebagai Pengganti Bahan Bakar Minyak.

Institut Pertanian Bogor: Bogor

W. B. Santoso, 2009. Analisa Eksperimen Dan Simulasi Numerik

Perpindahan Panas Pada Tungku Gasifikasi Sekam Padi Dan Serbuk

Kayu. Universitas Negeri Sebelas Maret: Surakarta

 

Figur

Gambar 16. Grafik perbandingan antara waktu dengan temperatur pembakaran isolasi serbuk bata, pasir dan tanah liat

Gambar 16.

Grafik perbandingan antara waktu dengan temperatur pembakaran isolasi serbuk bata, pasir dan tanah liat p.9
Gambar 17. Grafik perbandingan antara waktu dengan temperatur dinding isolasi pada isolasi serbuk bata, pasir dan tanah liat

Gambar 17.

Grafik perbandingan antara waktu dengan temperatur dinding isolasi pada isolasi serbuk bata, pasir dan tanah liat p.10
Gambar 18 menunj

Gambar 18

menunj p.11

Referensi

Memperbarui...