STUDI PEMBAKARAN BIOMASSA DAUN DALAM MENGUJI KINERJA
DASAR HASIL MODIFIKASI PADA FLUIDIZED BED COMBUSTION
UNIVERSITAS INDONESIA
Oksa Angger Dumas
Kebagusan 2, RT 003 RW 06 No.64, Kebagusan, Pasar Minggu, Jakarta Selatan, DKI Jakarta, Indonesia
Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia
Email : angger.dumas@yahoo.com Abstrak
Fluidized Bed Combustion sebagai salah satu teknologi pengkonversi biomassa, telah
dikembangkan di Universitas Indonesia. Setiap tahunnya, terus dilakukan penelitian terhadap FBC UI ini untuk tujuan pengembangan. Pada penelitian ini, dikaji kinerja distributor modifikasi dalam proses pembakaran biomassa daun dalam keadaan dan membandingkan dengan kinerja distributor terdahulu. Perbandingan kinerja dari kedua distributor dilakukan dengan perbandingan dalam pemanasan awal dan pembakaran daun dalam keadaan self sustain
combustion selama 1 jam.
Kata kunci : Fluidized Bed Combustion, Self sustain combustion, biomassa Abstract
Fluidized Bed Combustion as biomass converter one of the technologies, have been developed at the University of Indonesia. Each year, continues to do research on this for the purpose of FBC UI development. In this study, examined the performance of distributed modifications in combustion process of biomass in leaves and compare with previous distributor performance. Performance comparison of both distributor is done by comparison in the initial warming and burning leaves in a State of self sustain combustion for 1 hour.
Key word : Fluidized Bed Combustion, Self sustain combustion, biomass
Latar Belakang
Apabila kita melihat kondisi lingkungan kampus Universitas Indonesia Depok, sampah daun merupakan suatu hal mudah ditemui karena kondisi lingkungan kampus memiliki banyak sekali pepohonan. Untuk memanfaatkan potensi biomassa yang sangat besar tersebut maka dilakukanlah penelitian untuk menemukan teknologi yang tepat untuk digunakan di lingkungan kamous UI. Fluidized Bed
Combustion (FBC) merupakan salah satu
teknologi pembakaran yang sangat tepat untuk digunakan di lingkungan kampus UI karena memanfaatkan prinsip fluidisasi dan turbulensi benda padat. Saat proses pembakaran, dengan adanya fenomena fluidisasi ini akan meningkatkan kemampuan perpindahan panas dan massa yang cukup signifikan. Dengan begitu proses pembakaran pun akan menjadi lebih
Teknologi ini pun telah bertahun-tahun dikembangkan oleh Universitas Indonesia. dimana pengembangan terus dilakukan tiap tahunnya dengan tujuan untuk meningkatkan performa dari FBC UI. Sehingga, nantinya FBC UI ini dapat dipergunakan dengan lebih baik selain sebagai sarana penelitian.
Beberapa tahun terakhir, terdeteksi adamya performa kerja sistem yang masih kurang baik yaitu tidak meratanya fenomena fluidisasi yang mana fenomena tersebut merupakan hal yang sangat krusial dalam kinerja FBC itu sendiri
Fluidisasi merupakan metoda pengontakan butiran-butiran padat berupa pasir dengan fluida gas yang menyebabkan pergolakan pada pasir sampai pasir seakan memiliki sifat-sifat seperti fluida. Banyak
pasir, densitas partikel, porositas hamparan, serta distibutor.
Sesuai dengan penelitian yang dilakukan oleh Agra dan Sabrizal pada Tugas Akhirnya mereka membuat pemodelan distributor untuk meningkatkan kemampuan fluidisasi FBC UI. Pada penelitian ini, akan dibahas mengenai perbandingan kinerja dasar distributor modifikasi yang diproduksi mengikuti pemodelan distributor yang diciptakan oleh Agra dan Sabrizal dengan distributor yang terdahulu.
1. Eksperimen
1.1 Bahan Bakar Biomassa
Ada 2 biomassa yang digunakan sebagai bahan bakar pada penelitian ini, yaitu : tempurung kelapa dan daun kering. Tempurung kelapa digunakan sebagai bahan bakar digunakan sebagai bahan bakar pada pemanasan awal. Tempurung kelapa yang digunakan berukuran 1.5 x 1.5
cm. Gamb ar 1 Temp urung Kelap a Untuk daun kering digunakan sebagai bahan bakar pada saat self
sustained combustion. Daun yang
digunakan haruslah dalam keadaan kering untuk mendapatkan hasil pembakaran yang maksimal. Gamb ar 2 Daun Kerin g 1.2 P asir Pasir yang digunakan sebagai hamparan (bed) akan sangat berpengaruh terhadap berhasil tidaknya proses fluidisasi dan
yang digunakan pada Fluidized Bed
Combustion (FBC) Universitas Indonesia
adalah jenis pasai silica yang berukuran mesh 20-40.
Gambar 3 Pasir Silica 1.3 Termokopel
Terdapat 6 buah termokopel yang dipasang pada furnace untuk mengukur suhu yang terjadi di titik-titik yang diinginkan. Peletakan termokopel dapat dilihat sebagai berikut : T1 = 31,5 cm dibawah distributor T2 = 3,5 cm diatas distributor T3 = 24,5 cm diatas distributor T4 = 63,5 cm diatas distributor T5 = 144,5 cm diatas distributor T6 = 219,5 cm diatas distributor
Gambar 4 Skematik Fluidized Bed
Combustion 1.4 Modifikasi T6 T5 T4 44 T3 T2 T1
Modifikasi Distributor memeiliki besar dan ketinggian yang sama dengan distributor terdahulu. Perbedaannya hanya pada besar lubang orifis yang terdapat pada distributor. Untuk distributor terdahulu memiliki besar lubang sebesar 20 mm yang sama untuk setiap lubang
orifis. Namun pada distributor modifikasi
memiliki besar lubang orifis yang berbeda dengan distributor terdahulu dan terdapat 2 jenis ukuran, yaitu sebesar 12 mm dan 10 mm. sementara untuk jarak pitch, besar diameter distributor, dan pattern yang digunakan masih sama yaitu 60 mm, 600 mm, dan square pitch.
Gambar 5 Desain Distributor
Gambar 6 Distribusi Modifikasi
1.5 Forced Draft Fan dan Induce Draft Fan
2. Untuk membuat fluidisasi yang terjadi pada modifikasi distributor diperlukan
Forced Draft Fan atau biasa disebut
dengan blower tiup. Blower tiup yang digunakan pada FBC UI. Kecepatan putaran dari blower tiup yang digunakan dalam proses percobaan adalah sebesar 33OO rpm.
Gambar 7 Forced Draft Fan
Sedangkan untuk membentuk aliran udara kontinu yang diperlukan bagi pembakaran sehingga tekanan di furnace tetap terjaga serta menghisap dan membuang gas sisa hasil produk pembakaran maka digunakanlah Induce
Draft Fan atau yang biasa disebut dengan
blower tiup. Kecepatan putaran blower hisap yang digunakan dalam percobaan pembakaran ini adalah sebesar 1000 rpm.
Gambar 7 Induce Draft Fan 2.1 Exhaust Pipe
Sebelum melakukan percobaan pembakaran untuk membandingkan kinerja dasar distributor modifikasi dengan distributor terdahulu terdapat kendala pada
exhaust pipe. Exhaust pipe yang lama
mengalami kerusakan yaitu banyak pipa yang mengalami karat dan patah. Oleh itu dilakukan pembuatan disan exhaust pipe yang baru dengan modifikasi pada ukurannya.
Gambar 9 Jalur Pipa Pembuangan yang Baru
Gambar 10 Dimensi Pipa Pembuangan Baru
2.2 Prosedur Pengujian
Setelah semua bahan bakar siap dan seluruh peralatan telah terhubung. Blower tiup dan hisap dihidupkan. Setelah itu
burner juga dihidupkan. Dilakukan pemanasan awal dengan burner selama 20-25 menit. Lalu saat temperature terlihat konstan dilakukan pemanasan awal dengan pengumpanan tempurung kelapa sebesar 0.25 kg setiap 2 menit untuk membantu pasir mempercepat kenaikan temperaturnya. Setelah mencapai kondisi dimana hampara pasir (bed) yang telah berubah warna menjadi merah menyala seperti lava bergolak membara dengan suhu sekitar 500-700 oC yang disebut dengan keadaan self sustain combustion maka burner dimatikan. Setelah itu mulai dilakukan pemasukan bahan bakar biomassa daun kering dengan laju pemasukan bahan bakar sebesar 0.5 kg setiap 1 menit. Semua data mulai dari burner dihidupkan sampai dengan selesai percobaan disimpan dengan menggunakan data acquisition (DAQ).
3. Hasil dan Analisa
3.1 Hasil
3.1.1 Grafik Pemanasan Awal dengan distributor terdahulu
Gambar 11 Grafik pemanasan awal distributor terdahulu 0 200 400 600 800 1000 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 Te m pe ra tu r ( oC) Waktu (Menit)
Grafik Pemanasan Awal
T1 T2 T3 T4 T5 T6
3.1.2 Grafik Pemanasan Awal dengan disributor modifikasi
Gambar 12 Grafik pemanasan awal distributor modifikasi 3.1.3 Grafik Pembakaran Daun selama 1 jam dengan distributor terdahulu
Gambar 13 Grafik pembakaran distributor terdahulu 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 Te m pe ra tu r( oC) Waktu (Menit)
Grafik Pembakaran Daun 1 Jam
T1 T2 T3 T4 T5 T6
3.1.4 Grafik Pembakaran Daun selama 1 jam dengan distributor modifikasi
Gambar 14 Grafik pembakaran distributor modifikasi 3.2 Analisa
3.2.1 Analisis perbandingan Grafik Pemanasan awal
Pada gambar 11 dan 12, terlihat dari grafiknya bahwa temperature T1 cenderung tetap selama proses pemanasan awal karena T1 mengukur temperature di bawah distributor yang hanya dipengaruhi oleh udara dari Forced Draft Fan. Untuk temperatur T2 pada gambar 11 mengalami peningkatan dan juga penurunan yang artinya temperatur di T2 tidak terlalu stabil. T2 mulai mengalami kestabilan temperatur saat menit ke-100 yang berarti bahwa pasir sudah dalam keadaan self sustain. Sedangkan untuk distributor modifikasi, pemanasan awal dilakukan dengan dua metode. Metode pertama adalah pemanasan awal dengan burner. Hal itu dilakukan hingga temperatur sebesar 140 oC selama 20-25 menit. Temperatur selalu konstan selama 20-25
pemanasan awal dengan burner hanya mampu membuat temperatur pasir sekitar 140 oC. Setelah itu dilakukan pemanasan awal dengan metode kedua yaitu dengan pengumpanan tempurung kelapa untuk membuat temperatur meningkat. Dilakukan pengumpanan tempurung kelapa hingga menit ke-53 dan hingga pasir mengalami keadaan self sustain
cobustion. Dapat terlihat dari data di atas
bahwa penggunaaan distributor modifikasi dapat membuat pasir lebih cepat untuk mencapai keadaan self sustain bila dibandingkan dengan distributor terdahulu. Selain itu distributor modifikasi dapat menaikkan temperatur pasir hingga 140 oC
dengan tanpa pengumpanan tempurung kelapa.
3.2.2 Analisis perbandingan grafik pembakaran daun selama 1 jam dalam keadaan self sustain
combustion.
telah berubah warna menjadi merah menyala seperti larva yang bergolak membara. Kondisi seperti ini didapatkan setelah dilakukan pemanasan awal yang cukup sehingga saat burner telah dimatikan hamparan pasir (bed) telah menyimpan panas dan saat dimasukkan bahan bakar dapat langsung terbakar. Dalam keadaaan self sustained combustion, hanya burner yang dimatikan,
untuk blower tiup (Forced Draft Fan) dan blower hisap (Induce Draft Fan) tetap dinyalakan. Hal inilah yang menjadi keunggulan dari incinerator Fluidized Bed
Combustion dimana dengan proses self
sustain combustion dapat membuat efektifitasnya menjadi lebih tinggi karena dengan burner yang dimatikan akan membuat ongkos pengoperasian dari fluidized bed combustion akan menjadi lebih hemat. Tentunya penghematan ongkos tersebut akan dapat dirasakan apabila fluidized bed combustion dioperasikan secara terus menerus
Pemasukan bahan bakar (feeding) pada saat self sustain combustion dilakukan secara berkelanjutan setelah pemanasan awal. Namun pada percobaan ini, setelah menggunakan tempurung kelapa untuk melakukan pemanasan awal hingga mencapai self sustain combustion lalu diganti menggunakan bahan bakar biomassa daun kering. Daun kering yang mudah terbakar membuat laju pengumpanan (feed rate) menjadi lebih tinggi dibandingkan tempurung kelapa sehingga kebutuhan akan bahan bakar daun kering ini pun menjadi lebih banyak.
Gambar 15 Kondisi saat Self Sustained Combustion (Burner Fully Off)
Gambar 16 Grafik Self Sustained Combustion Pembakaran Daun 1 Jam Menggunakan
Distributor Terdahulu
Gambar 17 Grafik Self Sustained Combustion Pembakaran Daun Menggunakan Distributor Modifikasi
Pada gambar 16 dan 17 terlihat dari grafiknya bahwa temperatur T1 cenderung tetap karena T1 hanya mengukur temperatur dari udara forced draft fan untuk fluidisasi, di mana nilai temperaturnya tidak mengalami perubahan yang signifikan selama proses self sustain combustion. Hal ini sama dengan yang terjadi saat pemanasan awal. Pada gambar 16, terlihat
dari grafiknya bahwa temperature T2 setelah
self sustain combustion dengan
menggunakan distributor terdahulu lebih cenderung tidak stabil. Sering terjadi proses penurunan dan kenaikan temperature T2 di antara temperature 400- 500 oC. Namun ada saat temperature T2 mengalami kenaikan yang signifikan sehingga 600 oC dan bertahan sekitar 20 menit sebelum akhirnya 0 100 200 300 400 500 600 700 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185 190 195 Te m pe ra tu r ( oC) Waktu (Menit)
Grafik Self Sustained Combustion Distributor Lama
T1 T2 T3 T4 T5 T6
percobaan dihentikan. Pada gambar 4.9, terlihat dari grafiknya bahwa temperature T2 setelah self sustain combustion dengan menggunakan distributor modifikasi lebih stabil dibanding dengan distributor lama. Setelah burner dimatikan temperature T2 mengalami kenaikan hingga titik puncak temperaturnya pada menit ke-59. Suhu puncaknya adalah sekitar di atas 800 oC. Setelah mengalami titik puncak temperaturnya, T2 turun secara perlahan. Terlihat pada menit ke-103 temperatur T2 mulai turun drastis karena bahan bakar biomassa daun yang digunakan dalam keadaan kurang kering sehingga penurunan yang terjadi sangat cepat. Titik puncak temperature T2 yang didapat dari hasil dua percobaan dengan menggunakan distributor lama dan distributor baru adalah 600 oC dan 800 oC. dapat disimpulkan dari kedua grafik tersebut bahwa penggunaan distributor modifikasi sangat berpengaruh dalam menjaga kestabilan temperature T2 dan juga berpengaruh dalam meningkatkan temperature T2 hingga mencapai lebih dari 200 oC. Hal ini juga mengindikasikan bahwa proses heat transfer yang terjadi dari
freeboard area menuju bed berlangsung
dengan baik.
4. Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat diambil dari kajian studi penggunaan distributor modifikasi di
Fluidized Bed Combustion Universitas
Indonesia antara lain:
a. Distributor modifikasi mengciptakan
fluidisasi yang lebih baik
dibandingkan dengan fluidisasi
dengan distributor lama.
b. Distributor modifikasi membantu pasir untuk menyerap panas hingga
suhu 140 oC dengan tanpa pengumpanan tempurung kelapa c. Penggunaakn distributor modifikasi
dapat meningkatkan kecepatan pasir dalam mencapai keadaan self sustain
combustion.
d. Penggunaaan distributor modifikasi dapat membuat temperature mulai dari bed, freeboard area sampai dengan exhaust lebih meningkat dan relative stabil dan mengakibatkan efisiensi dari Fluidized Bed Combustion ikut meningkat. Dengan
fluidisasi udara lebih baik maka pembakaran yang terjadi juga lebih baik.
e. Penggunaan distributor modifikasi dapat membuat bed selalu bubbling sehingga tidak perlu dilakukan pengadukan manual
5. Daftar referensi
[1] Howard, J. R., Fluidized Beds – Combustion and Applications. London: Applied Science Publishers,1983.
[2] Oka, Simeon N. “Fluidized Bed Combustion” (Marcel Dekker, Inc. 2004)
[3] Surjosatyo, Adi. “Fluidized Bed Incineration of Palm Shell & Oil Sludge Waste.” Tesis, Program Magister Engineering Universiti Teknologi Malaysia, 1998.
[4] Basu, Prabir. “Combustion and Gasification in Fluidized Beds” (Taylor & Francis Group 2006).
[5] Muntaqo, Azmi. “Studi Karakteristik Pembakaran Biomassa Tempurung Kelapa pada Fluidized Bed Combustor UI dengan Partikel Hamparan Pasir Berukuran Mesh 20-40.”Skripsi,
Program Sarjana Fakultas Teknik UI, Depok, 2011.
[6] Prima, Nanda. “Studi Karakteristik Pengujian Pembakaran Biomassa Tempurung Kelapa Ukuran 1x1 cm dan 1,5x1,5 cm pada Fluidized Bed
Combustor UI.”Skripsi, Program Sarjana
Fakultas Teknik UI, Depok, 2011.
[7] Yuwana, Arya. “Studi Kinerja Fluidized
Bed Combustor Dengan Diversifikasi
Bahan Bakar Cngkang Kelapa Ke Pemanfaatan Limbah Biomassa Daun Kering Di Lingkungan Kampus UI Depok.”Skripsi, Program Sarjana Fakultas Teknik UI, Depok, 2012.
[8] Satriavi, Prayudi. “Studi Perancangan Alat Pengering Biomassa Dengan Pemanfaatan Gas Panas Hasil Pembakaran di Fludized Bed Combustor (FBC).”Skripsi, Program Sarjana Fakultas Teknik UI, Depok, 2013
[9] Sabrizal, Achmad. “ Kajian Eksperimental Aliran Dingin Pada Distributor Fkuidized Bed Combustor Universitas Indonesia”Skripsi, Program Sarjana Fakultas Teknik UI, Depok 2013.
