BAB IPENDAHULUAN1.1 Latar belakangProses gasifkasi telah dikenal sejak abad lalu untuk mengolah batubara, gambut. Atau kayu menjadi bahan bakar gas yang kini mulai dimanfaatkan. Pada tahun-tahun terakhir ini. Proses gasifikasi mendapat perhatian kembali di seluruh dunia, terutama untuk mengolah biomassa sebagai sumber energi alternatif yang terbaharukan.Secara sederhana proses gasifikasi dapat dikatakan sebagai reaksi kimia pada temperatur tinggi antara biomassa dengan udara. Tahap pengeringan. Akibat pengaruh panas, biomassa mengalami pengeringan pada temperatur sekitar100C.Tahap pirolisis. Bila temperatur mencapai 250C., biomassa mulai mengalami proses pirolisis yaitu perekahan molekul besar menjadi molekul-molekul kecil akibat pengaruh temperatur tinggi. Proses ini berlangsung sampai temperatur 500C.. Hasil proses pirolisis ini adalah arang, uap air, uap tar, dan gas- gas.Tahap reduksi. Pada temperatur di atas 600C. arang bereaksi dengan uap air dan karbon dioksida. Untuk menghasilkan hidrogen dan karbon monoksida sebagai komponen utama gas hasil.Tahap oksidasi. Sebagian kecil biomassa atau hasil pirolisis dibakar dengan udara untuk menghasilkan panas yang diperlukan oleh ketiga tahap tersebut di atas. Proses oksidasi (pembakaran) ini dapat mencapai temperatur 1200C., yang berguna untuk proses perekahan tar lebih lanjut.

1.2 Tujuan PratikumAdapun beberapa tujuan praktikum yang ingin dicapai dari praktikum adalah sebagai berikut:1. Mengetahui waktu tercepat dalam proses pernanasan. 2. Mendapat pengaruh variasi kecepatan udara masuk dan bahan bakar yang digunakan pada saat pengujian.3. Mengetahui temperatur api tertinggi pada saat pengujian reaktor.

BAB IIDASAR TEORI

2.1 Teori Umum

Prinsip Dasar Gasikasi BiomassaGasikasi adalah proses untuk mengkonversi bahan baku biomassa padat menjadi bahan bakar gas atau bahan baku kimia (syngas). Proses pernbakaran menggunakan oksigen yang melebihi kebutuhan stokiometrik, selain itu produk yang dihasilkan berupa energi panas dan gas yang tidak terbakar. Sementara itu, proses gasikasi sangat bergantung pada reaksi kirnia yang terjadi pada temperamr di atas 700C. Hal inilah yang membedakannya dengan proses biologis seperti proses anaerobik yang menghasilkan biogas.Gasikasi disebut juga proses pengubahan materi yang mengandung karbon seperti batubara, minyak bumi, maupun biomassa ke dalam bentuk karbon monoksida (CO), metana (CH4) dan hidrogen (H2) dengan mereaksikan bahan baku yang digunakan pada temperatur tinggi dengan jumlah oksigen yang diatur. Tujuan dari proses ini adalah umuk mengubah unsur-unsur pokok dari bahan bakar yang digunakan kedalam bentuk gas yang lebih mudah terbakar, sehingga hanya menyisakan abu dan sisa-sisa material yang tidak terbakar.Proses gasikasi biomassa dilakukan dengan cara melakukan permbakaran secara tidak sempurna di dalam sebuah ruangan yang mampu menahan temperatur tinggi yang disebut reaktor gasikasi. Agar pembakaran tidak sempurna dapat terjadi, udara dengan jumlah yang lebih sedikit dari kebutuhan stokiometrik pembakaran dialirkan ke dalam reaktor untuk mensuplai kebutuhan oksigen menggunakan fan /blower. Proses pembakaran yang terjadi menyebabkan reaksi termo-kimia yang menghasilkan CO,H2, dan gas metan (CH4). Selain itu, dalam proses ini juga dihasilkan uap air (H20) dan karbon dioksida (CO2) yang tidak terbakar.

Faktor Yang Mempengaruhi Proses GasikasiAdapun faktor-faktor yang mempengaruhi proses gaslkasi biomassa pada bahan bakar yang digunakan antara lain adalah:1. Kandungan energi bahan bakar yang digunakanBahan bakar dengan kandungan energi yang tinggi akan memberikanpembakaran gas yang lebih baik.2. Kandungan air bahan bakar yang digunakanBahan bakar dengan tingkat kelembaban yang lebih rendah akan lebih mudah digasiknsikan dari pada bahan bakar dengan tingkat kelembaban yang lebihtinggi.3. Bentuk den ukuran bahan bakarUkuram bahan bakar yang !ebih kecil memerlukanfan/ blower dengan teknanyang lebih tinggi. V4. Disuibusi ukuran bahan bakarDistribusi ukuran bahan bakar yang tidak seragam akan menyebabkan bahambakar yang lebih sulit terkarbonisasi, dan mempengaruhi prosesgasikasi.5. Temperatur reaktor gasikasiTemperatur reaktor ketika proses gasikasi berlangsung sangat mempengaruhiproduksi gas yang dihasilkan. Untuk itu reaktor gasikasi perlu diberi insuiasiuntuk mempermhankan temperatur di dalam reaktot temp tinnggi.

Secara umum, urutan dan susunan proses gasikasi dapat dilihat pada gamabar :

Gambar 2.1 Susunan Proses Gasikasi Biomassa

Perpindahan Panas I KalorKonduksi

Pada proses konduks energi termal dipindahkan lewat tumbukan antara atom- atom dan molekul, walaupun atom-atom atau molekulnya sendiri tidak berpindah Ketika salah satu ujung sebuh benda dipanaskan molekul-molekul di ujung tersebut bergerak lebih cepat Kemudian bertumbukan dengan tetangganya yang bergerak lebih lambat, dan terjadi perpindahan sebagian energi sehingga lajunya semakin benambah.

Kouveksi

Pada konveksi, kalor dipindahkan lewat perpindahan massa. Walaupun zat cair dan gas bukan merupakan penghantar kalor yang baik, namun dapat memindahkan kalor cukup cepat. dengan konveksi. Konveksi melibatkan pergerakan molekul dalam jamlah yang besar.

Radiasi

Pada proses radiasi, energi dipancarkan dan diserap oleh benda-benda dalam benluk radiasi gelombang elektromagnetik. Radiasi ini bergerak melalui ruang dengan kecepatan cahaya. Gelombang radio, gelombang televisi, dan sinar-X semuanya adalah bentuk radiasi elektro magnetik. Bila benda dalam keadaan kesetimbangan termal dengan sekitar, maka benda akan memancarkan dan menyerap energi pada laju yang sama. Namun, apabila benda dipanaskan sampai temperatur yang lebih tinggi dari pada sekitarnya, maka benda meradiasi keluar lebih banyak dari pada yang diserap.

Analisa Energi

Aspek penting dalam pembahasan energi adalah hukum termodinamika. Termodinamika adalah cabang ilmu yang mempelajari perubahan energi dari satu bentuk energi ke bentuk energi lainnya. Kesetimbangan energi pada suatu sistem didasarkan pada prinsip amu hukum kekekalan energi yaitu energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Proses pengolahan pangan melibatkan berbagai jenis bahan, baik tunggal maupun kombinasi yang masuk maupun keluar dari suatu tahapan proses.

Kesetimbangan Massa

Di dalam hukum konservatif kekekalan massa diketahui bahwa materi tidak dapat diciptakan atau dihilangkan, tetapi hanya bentuk dari suatu wujud ke wujud yang lain. Prinsip ini pun berlaku dalam proses pengolahan pangan, dimana total input bahan yang masuk ke dalam suatu proses pengolahan akan sama dengan total outputnya, yang

terjadi adalah perubahan wujud dari bahan yang masuk dan yang keluar. Prinsip ini dikenal dengan istilah kesetimbangan massa / materi (mass / material balance). Prinsip dari kesetimbangan massa adalah total berat yang masuk (input) ke dalam suatu tahap proses atau proses keseluruhan akan sama dengan total berat dari outpumya. Perubahan yang terjadi adalah perubahan Wujud dari input menjadi bentuk intinnya. Dalam suatu proses apapun jika tidak ada akurnulasi dalam peralatanprosesnya, maka jumlah bahan yang masuk akan sama dengan jumlah yang keluar.Dengan kata Iain, dalam suatu sistem apapun jumlah materi dalam sistem akan tetap walaupun terjadi perubahan bentuk atau keadaan sik. Oleh sebab itu, jumlah bahan yang masuk dalam suam proses pengolahan jumlahnya akan sama dengan jumlah bahan yang keluar sebagai produk yang dikehendaki ditambah jumlah yang hilang dan yang terakumulasi dalam peralatan pengolahan. Secara matematis, perinsip kesetimbangan massa tersebut dapat dinyatakan dengan persarnaan 2.1 berikut:Minput = Moutput+ Makumulasi

Ketcrangan : IM input = massa yang masukM output = massa yang keluarM akumulasi = massa yang terakumulasi

Untuk dapat melakukan evaluasi kesetirnbangan massa dalam suatu tahap proses atau keseluruhan proses, maka perlu dilakukan identikasi dan spesikasi seluruhmetode yang masuk kedalam proses tersebut dan dimasukkan dalam perhitungan. Prinsip ini dapat digunakan dalam menghitung rendemen demi proses ekstraksi atau sortasi, kehilangan dalam proses, komposisi bahan awal dan akhir, dan sebagainya.

Kesetimbangan Energi Kesetimbangan energi pada suatu sistem didasarkan pada prinsip / hukum kekekalan energi, yaitu bahwa energi tidak dapat diciptakan awn dimusnahkan. Kesetimbangan energi akan berkesinambungan dengan prinsip kesetimbangan massa, sehingga prinsip perhitungan yang digunakan kesetimbangan energi mirip dengan kesetimbangan massa. Perhitungan kesetimbangan panas hampir sama dengan kesetimbangan massa,dimana jumlah panas yang rnasuk kedalam sistem harus sama dengan panas yang meninggalkan sistern. Seperti halnya perhitungan kesetimbangan massa, penyelesaian masalah kesetimbangan panas juga akan lebih mudah diilustrasikan dalam bentuk diagram aliran proses yang melibatkan panas, mulai dari panas masuk kedalam sislem hingga meninggalkan sistcm. Secara sederhana, prinsip dasar kesetimbangan energi dapat dinyatakan dengan persamaan 2.2 berikut:

E in = E out + E st F. Kusnandar, dan E. Syamsir

Keterangan :E in = Energi yang masukE out = Energi yang keluarEst = akumulisi di dalam sistem

Dalam kondisi steady state dimana tidak terjadi akumulasi energi di dalam sistem, maka persamaan di atas dapat disederhanakan lagi sebagai berikut:

Energi yang rnasuk = energi yang keluar F. Kusnandar, dan E. Syamsir

Rugi - Rugi Panasl Heat Loss ,Heatlossdalam instalasi merupakan kerugian energi yang diakibatkan perpindahan panas dari reaktor sebagai contol volume menuju udara Sekita. Perpindahan panas terjadi akibat perbedaan temperatur dimana energi berpindah dari energi tinggi ke energi yang lebih rendah, yang dalam hal ini dapat dirasakan dari temperaturnya.Heatloss yang diperhitungkan dalam analisa berupa perpindahan panas secarakonveksi. Perpindahan panas secara konveksi merupakan proses perpindahan panas pada media dengan fluida mengalir yang terjadi akibat adanya pergerakan acak atautolakan dari molekul uida yang mengalir pada media.

Laju perpindahan panas secara konveksi dirumuskan sebagai berikut :q conv = h (Ts-Tw) J.P. Holman 1995, 11

dimana:q"conv = uks panas konveksi (W/ml)Ts = temperatur permukaan (K)T = temperatur uida (K)H = koesien konveksi (W/mz.K)

Dalam menentukan koesien perpindahan panas secara konveksi dipengaruhioleh beberapa hal, yakni:Reynolds number (Re) Reynolds number adalah parameter non-dimensi yang menunjukkan perbandingan antara gaya inersia dengan gaya gesek yang terjadi Secara umum, bilangan Reynolds dirumuskan sebagai berikut :Re = V.L vPerpanl. 1983 :96dimana :V = kecepatan fluida (rn/s)L = panjang lintasan (m)v = koesien gesek kinematis (m/s)Atau untuk aliran di dalam pipaRe = V.Dorianto;M.1984 =29Dimana :D = diameter pipa (m).

Prandtl number (Pr)Prandtl number merupakan parameter non-diimensi yang menunjukkan perbandingan antara viskositas kinematis dengan difustivitas panas.Pr = Perpa19:42:95dirnana : = viskositas kinematis (m/s) = diffusivitaspanas (m/s)

Nusselt number (Nu)Nusselt number adalah parameter non-dimensi yang menunjukan perbandingam antara koesien perpindahan panas konveksi (h) dengan koesien perpindahan panas konduksi (k). Ketika aliran berada di dalam pipa, bilangan Nusselt dipengaruhi oleh bilangan Reynolds yang dapat dicari mealui persamaan Selain perumusan di atas, bilangan nusselt juga merupakan fungsi dari bilangan Reynolds dan bilangan Prandtl.Nu = hKPerpan.l983:95

Perumusan Nusselt sebagai fungsi dari kedua parameter tersebut, tergantungpada kondisi aliran. Aliran tergolong aliran external, atau intemal (di dalam pembatas). Tipe aliran tergolong aliran laminar atau turbulen. Sehingga perumusan ini digunakan untuk menentukan besarnya perpindahan panas yang terjadi baik dari dinding luar reaktor maupun pipa tempat keluaran syngas.Reaktor gasikasi dan pipa burner dimodelkan sebagai circular cylinder dengan diameter tertentu mengalai perpindahan panas secara konveksi ke udara keliling yang memiliki kecepatan tenentu. Sehingga perpindahan panas terjadi secara cross ow terhadap dinding reaktur.Terdapat dua lipe mode nyala api, yaitu :Premixed FlamePremixed ame adalah api yang dihasilkan ketika bahan bakar bercampur dengan oksigen yang telah tercampur sempurna seluru pemberian sumber api. Umumnya indikasi premixed flame dapat dilihat dari warna api yang berwarna biru. Laju pertumbuhan api tergamung dari komposisi kimia bahan bakar yang digunakan.

Gambar 2.16 Nyala Premixed (www.scielo.og.cc)

Disfusion Flame (Nan-premixed)Diilsion Flame adalah api yang dihasilkan ketika bahan bakar dan oksigen bercampur dan penyalaan dilakukan secara bersamaan. Laju difusi reaktan bisa dipengaruhi oleh energi yang dimiliki oleh bahan bakar.

Gambar 2.17 Nyala Difusion

Selain itu kedua tipe di atas nyala api juga dibedakan berdasarkan jenis aliran yang terjadi yaitu : Api LaminarVisualisasi api yang terlihat pada api tipe ini berbentuk secara laminarmemiliki bentuk mengikuti streamline aliran tanpa membentuk turbulensi atau gerakan tidak beraturan

Gambas 2.1 Api laminer

Api turbulen Api turbulen menunjukan pola aliran nyala api yang tidaik beraturan atau acak yang memberikan indikasi aliran yang bergerak sangat aktif.

Gambar 2.19 Api turbulenPada pembakaran gas hasil gasikasi menunjukan indikasi diskontinuitas atau Produksi yang cenderung tidak konstan membuat api yang terbentuk juga mengalamihambatan dalam pertumbuhannya. Gas sebagai reaktan akan direaksikan bersama oksigen bersamaan dengan saat penyalaan. Kualitas dari nyala api juga tak lepas dari nilai kalor yang terkandung dalam syngas yang dihasilkan Oleh proses gasifkasi.Semakin tinngi kandunganzat yang ammable maka kualitas api juga akan Semakin tinggi.

BAB IIIMETODOLOGI PENGUJIAN

3.1 Alat Dan Bahan1. Reaktor bawah2. Reaktor atas.3. Blower tekan4. blower hisap5. Siklon6. Pembakaran (Burner)7. Tulup reaktor8. Pipa keluar syngas9. Tempat penampung abu10.Tungku11. Voltmeter 12. Dimmerl3. Manometer U

3.2 Gambar Kerja Prosedur Pengujian

instalasi pengujian

4. Gambar : reaklor gasikasi

Keterangan :1. Reaktor bawahMerupakan ternpat / media berlangsungnya proses proses gasikasi (combustiondan reduction).2. Reaktor atasMerupakan tempat / media berlangsungnya proses - proses gasikasi (dryingtlanpyrolysis).3. Blower tekanBerfungsi sebagai penyuplai udara ke dalam reaktor untuk kebutuhan pembakaran4. Blower hisapBlower ini berfungsi sebagai penerus (menghisap) gas manpu bakar atau syngas hasil dari proses gasikasi yang terjadi didalam reaktor5. SiklonBagian yang berfungsi sebagai pemisah antara abu dan tar dengan gas hasil gasikasi.6. Pembakaran (Burner)Alat yang digunakan untuk mereaksikan secara baik antara bahan bakar denganoksidator sehingga dapat tenjadi proses pembakaran.7. Tutup reaktorBerfungsi sebagai pencegah keluarnya basil pembakaran hasil proses gasikasi berlangsung.8. Pipa keluar syngasBerfungsi sebagai tempat penyalur gas gasikasi ke burner (pembakar)9. Tempai penampung abuBerfungsi Sebagai penampung abu yang telah tersaring dan tertampung pada penampung abu.10. Tungku Sebagai tempat pengujian memanaskan air.11. Volmleter Guna mengukur besar tegangan listrik dalam pengujian berlangsung.12. DimmerMengatur voltase arus listrik yang berfungsi sebagi pengatur kecepatan blower.13. Manometer UGuna mengetahu kecepatan udara masuk kedalam reaktor.

3.4 Tabel Data

NOPembentukanbara api(menit ke)Nyala api hasilGasifikasi(menit ke)Padam api hasil gasifikasi(menit ke)Star up timeWaktu operasiTotal waktu operasi

1

2

3

4

3.5 Analisa dataData yang akan diambil pada penelitian berbahan baku tongkol jagung ini adalah sebagai berikut:1. Kecepatan Udara Masuk (m/s)2. Waktu Penyalaan Awal (star up time)Waktu yang dibutuhkan untuk menyalakan tongkol jagung untuk menghasikan syngas yang sempurna. Parameter ini diukur dari waktu pembakaran kertas kedalarn reaktor sarnpai syngas yang mudah terbakar di burner.3. Waktu Opetasi (operation time)Durasi dari waktu syngas yang mudah terbakar pada burner sarnpai tidak ada lagi hasil pembakaran syngas pada burner mati.

4. Total Waktu Yang Digunakan (total time)Adalah waktu total dari awal proses penyalaan awal sampai nyala api di reaktor5.Fuel Consumtion Rate (F CR)Jumlah bahan bakar tongkol jagung yang digunakan dalam mengoperasikan reaktor dibagi dengan waktu operasi.

6.Spesik Gasication Rate (SGR)Jumlah bahan bakar tongkol jagung yang digunakan per satuan waktu per satuanluas reaktor.

7. Combustion Zone Rare (CZR)Adalah waktu yang dibutuhkan untuk zona pembakaran untuk bergerak ke bawah reaktor

8. uji proses memanaskan air 9. Panas Sensibel (Sh)ini adalah jumlah energi panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu air.

di mana :Sh = Panas sensible , kkalMW =M.assaair,kg(1kg/liter) \Cl, =Pa.m1sspesikair,(1kkal/kg-C)Tf = Suhu air mendidih ( C)Ti = Suhu ail sebelum direbus , 27~30 C

Tugas Sebelum Pratikum

1.Jelaskan apa yang dimaksud dengan gasifikasi ?2.Jelaskan fungsi dari gasifikasi ?3.Jenis perpindahan panas apa yang terjadi pada alat gasifikasi ?

Jawaban

1. Gasifikasi adalah proses untuk mengkonversi bahan baku biomassa padat menjadi bahan bakar gas atau bahan baku kimia (syngas). Gasikasi disebut juga proses pengubahan materi yang mengandung karbon seperti batubara, minyak bumi, maupun biomassa ke dalam bentuk karbon monoksida (CO), metana (CH4) dan hidrogen (H2) dengan mereaksikan bahan baku yang digunakan pada temperatur tinggi dengan jumlah oksigen yang diatur.

2. Fungsi dari gasifikasi Mengkonversi bahan baku biomassa padat menjadi bahan bakar gas atau bahan baku kimia (syngas) dengan mereaksikan bahan baku yang digunakan pada temperatur tinggi dengan jumlah oksigen yang diatur.

3. Jenis perpindahan panas yang terjadi pada alat gasifikasi Perpindahan panas secara konduksi Perpindahan panas secara konveksi Perpindahan panas secara radiasi Analisa Energi Kesetimbangan Massa Kesetimbangan Energi