NASKAH_PUBLIKASI.pdf

5/17/2018 NASKAH_PUBLIKASI.pdf

1/13

NASKAH PUBLIKASI

RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN TUNGKU GASIFIKASI 4 KGBAHAN BAKAR SEKAM PADI

Disusun oleh:

ARIMA SANINDITA

D200 080 017

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

NOVEMBER 2013


2/13

2


3/13

1

Rancang Bangun Dan Pengujian Tungku Gasifikasi 4Kg BahanBakar Sekam Padi

Arima Sanindita, Subroto , Nur AklisTeknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta

Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan KartasuraE-mail: [email protected]

ABSTRAKSI

Sekam Padi dapat diubah menjadi gas metana dengan metode gasifikasi. Penelitianini bertujuan untuk mendapatkan desain dan konstruksi tungku gasifikasi kapasitas 4 kgbahan bakar sekam padi, mengetahui pengaruh kecepatan udara terhadap temperaturpembakaran, 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: Tinggireacktor 900 mm, diameter luar reactor 290 mm, dan diameter dalam reacktor 240 mm.Kemudian menganalisis hasil pembakaran tungku gasifikasi dengan kecepatan udara divariasi V=4.3 m/s, V=4.5 m/s, V=4.8 m/s. Dalam penelitian tersebut mengukur temperaturpembakaran serta mencatat perubahan temperatur air sebanyak 5 liter setiap 3 menit.

Hasil menunjukkan semakin besar kecepatan udara yang dihasilkan maka semakintinggi pula temperatur pembakaran pada tungku gasifikasi sekam padi. Pada V=4.3 m/sdidapatkan temperatur pembakaran rata-rata 425.73oC, V=4.5 m/s didapatkan temperaturpembakaran 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 didapatkannyala efektif 57 menit lama pendidihan air 8 menit 10 detik, untuk V=4.5 m/s didapatkannyala 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 adalahdua masalah utama bagi pemerintah saatini. Pertumbuhan penduduk membuatpeningkatan konsumsi bahan bakar fosildan membuat volume sampah yangdihasilkan oleh masyarakat semakinbertambah sehingga membawaIndonesia sebagai net oil importet,dimana kita ketahui energi fosilmerupakan energi yang tidak dapatdiperbaharui. Sehingga subsitusi energi

non fosil dengan memanfaatkan sumberenergi alternatif secara lebih efisien danmenggunakan teknologi modernmerupakan suatu langkah yang tepat.

Sumber energi alternatif yangbesar peluangnya untuk dikembangkan diIndonesia salah satunya adalah energibiomassa. Sebagai sumber energibiomassa memiliki beberapa keuntunganterutama dari sifat terbarukannya, dalamarti bahan tersebut dapat diproduksiulang. Selain itu dari segi Iingkunganbiomassa sebagai sarana mengatasilimbah pertanian.


4/13

2

Teknologi gasifikasi merupakanteknologi yang relatif sederhana danmudah pengoprasiaannya serta secarateknik maupun ekonomi adalah layak

untuk dikembangkan. Dengan demikianteknologi gasifikasi sangat potensialmenjadi teknologi yang sepadan untukditerapkan diberbagai tempat diIndonesia. Namun masih diperlukanpenelitian mendasar untuk menjadikanteknologi siap pakai.

Pembatasan masalaha. Alat produksi gas metana dengan

jenis thermal prosses gasification

b. Pengaruh kecepatan udaraterhadap temperatur pembakaran

c. Bahan bakar yang digunakanberupa sekam padi

d. Air yang dipanaskan sebanyak 5liter

e. Kapasitas sekam padi 4 kg.

Tujuan penelitiana. Merancang reactor gasifikasi

dengan bahan bakar sekam padi.b. Untuk menganalisa pengaruh

kecepatan udara pada tungkugasifikasi terhadap temperturpembakaran.

c. Untuk mengetahui lama waktunyala efektif dan lama pendidihanair.

Tinjauan pustaka

Belonio (2005), mendesain tungkugasifikasi biomassa dengan konsepenergy alternative,dimana tungkutersebut terbuat dari stainlesssteel/besi.untuk membuat gas metanadari sekam padi digunakan teknologigasifikasi.proses gasifikasi dilakukandengan membakar sekam padi keringdengan oksigen terbatas sehinggaterbentuk gas metana yang mudahterbakar dengan bantuan fan.

Syawal (2011), mendesain alatproduksi gas metana dari sampahorganik,Sampah organik yang digunakanadalah sekam padi, tempurung kelapa

dan serbuk gergaji. Untuk membuat gasmetana, digunakan teknologi gasifikasi.Dengan cara bahan bakar tersebutdimasukan ke dalam sebuah reaktorpembakaran yang tertutup denganoksigen terbatas agar tidak terjadipembakaran secara sempurnaSelanjutnya gas metana dialirkan menujupipa ke tabung absorsi, kemudianlangsung disalurkan ke pipa menujukompor

Murjito (2009), mendesain alatpenangkap gas metana pada sampahmenjadi biogas yang mudah dirakit,murah dan berkinerja baik yang terbuatdari plastik polyethilene untuk sekalakecil. Penelitian ini menghasilkanrancangan alat penangkap gas metanayang berbahan dasar plastik polyethilenedengan spesifikasi sebagai berikut:biodigester dengan volume total 11 m3 ,volume basah 8,8 m3, waktu proses 40hari, isian bahan 220 kg/hari, luas lahan18 m2, dan memiliki penampung gasdengan dimensi tinggi 4,6 m, diameter0,954 m, volume efektif 2,5 m3.

Prastiyo ( 2012 ), membuat danmelakukan pengujian tungku gasifikasisekam padi tipe updraft kemudianmenganalisis hasil pembakaran tungkugasifikasi dengan variasi kecepatanudara 1,9 m/s, 2,31 m/s, dan 2,82 m/s.Dalam penelitian tersebut mengukurtemperatur pembakaran setiap 3 menit.Hasil pengujian menunjukkan semakinbesar kecepatan udara yang dihasilkanoleh fan maka semakin tinggi pulatemperatur pembakaran pada tungkugasifikasi sekam padi. Hasil pengujianmenunjukan kecepatan udara terbaikdidapatkan pada kecepatan udara 2.31m/s.


5/13

3

Dasar teori

GasifikasiGasifikasi adalah konversi bahan

bakar padat menjadi gas dengan oksigenterbatas yang menghasilkan gas yangbisa dibakar, seperti CH4, H2, CO dansenyawa yang sifatnya impuritas sepertiH2S, CO2dan TAR.Berdasarkan proses pembentukan gasgasifikasi dibedakan menjadi tiga macam,yaitu:1. Landfill gasification yaitu

mengambil gas metana yang terdapatpada tumpukan sampah.

2. Thermal process gasificationyaituproses konversi termal bahan bakarpadat menjadi gas.

3. Anaerobic gasification yaitumengolah sampah organik menjadigas dengan cara fermentasi.

Jenis-Jenis Thermal Process GasificationThermal process gasification dapatdibedakan menjadi beberapa macam,yaitu :1. Berdasarkan arah aliran:

a. Gasifikasi aliran searah (downdraftgasificatio) Gas hasil pembakarandilewatkan pada bagian oksidasidari pembakaran dengan caraditarik mengalir ke bawah sehinggagas yang dihasilkan akan lebihbersih karena tar dan minyak akanterbakar sewaktu melewati bagiantadi

Gambar 1. Downdraft gasfier

b. Gasifikasi aliran berlawanan(updraf gasification) Pembakaranberlangsung di bagian bawah daritumpukan bahan bakar dalam

silinder, gas hasil pembakaranakan mengalir ke atas melewatitumpukan bahan bakar sekaligusmengeringkannya. Bahan bakardimasukkan ke dalam ruang bakardari lubang pemasukan atas.

Gambar 2. Updraft gasfier

c. Crosdraft gasfierUdara disemprotkan ke dalamruang bakar dari lubang arahsamping yang saling berhadapandengan lubang pengambilan gassehingga pembakaran dapatterkonsentrasi pada satu bagiansaja dan berlangsung secara lebihbanyak dalam suatu satuan waktutertentu.

Gambar 3. Crosdraft gasfier.


6/13

4

Gas metanaMetana adalah hidrokarbon paling

sederhana yang berbentuk gas denganrumus kimia CH4. Metana murni tidak

berbau, tidak berwarna dan mudahterbakar.Sifat kimia gas metana sebagai berikut :a. Reaksi pembakaran gas metana

dengan oksigen murni.Reaksi: CH4+ 2O2 CO2+ 2H2O

b. Reaksi pembakaran gas metanadengan udara di alam.Reaksi: CH4+ 2O2+ 7.52N2 CO2

+ 2H2O + 7.52N2+ heat

1. Pembentukan gas metanaGas metana dapat terbentuk

melalui reaksi antara hidrogen dengankarbon monoksida pada temperatur diatas 6000C.Reaksi : CO + 3H2 CH4 + H2O

2. Pemurnian gas metanaPemurnian gas metana dari

proses gasifikasi dapat dilakukandengan metode absorbsi. Metode inimenggunakan air sebagai absorbenkarena air mampu mengikat TAR yangsifatnya sebagai pengotor gas CH4.Hal ini dilakukan karena semakin tinggikandungan gas pengotor akanmengurangi nilai kalor daripembakaran gas metana.

Design Reactor GasifikasiBerikut adalah beberapa metode

kontruksi penting yang perludipertimbangkan dalam menetukkanukuran yang tepat untuk tungku gasifikasidapat mudah diperkirakan denganmenghitung metode ini (Belonio ,2005).

Berikut rumus disajikan dibawahini untuk menghitung kebutuhan dasardalam mendesain tungku gasifikasidengan persamaan berikut :

1) Diameter Reactor

D = 0,5SGR

FCRx1,27

Keterangan:

D = Diameter (m)FCR = Laju konsumsi

Bahan Bakar (kg/hr)SGR = Laju Gasifikasi Spesifik

90 kg/m2

2) Tinggi Reactor

H =rh

TxSGR

Keterangan:

H = Tinggi (m)T = Lama Pembakaran (hr)

rh = Kerapatan sekam padi,

100 kg/m

3
http://id.wikipedia.org/wiki/Hidrokarbonhttp://id.wikipedia.org/wiki/Gashttp://id.wikipedia.org/wiki/Rumus_kimiahttp://id.wikipedia.org/wiki/Karbonhttp://id.wikipedia.org/wiki/Karbonhttp://id.wikipedia.org/wiki/Karbonhttp://id.wikipedia.org/wiki/Karbonhttp://id.wikipedia.org/wiki/Karbonhttp://id.wikipedia.org/wiki/Rumus_kimiahttp://id.wikipedia.org/wiki/Gashttp://id.wikipedia.org/wiki/Hidrokarbon


7/13

5

Metodologi penelitian

Diagram alir penelitian

Gambar 4. Diagram alir penelitian

Instalasi pengujian

Gambar 5. Instalasi Tungku GasifikasiSekam Padi

Keterangan :

1. Pot h old er 6. Pegangan pintu2. Burner 7. Pengunci3. Reactor 8. Ash d ischarge lever4. Ash chamb er 9. Burner handle5. Fan casin g 10. Secondary air holes

Alat dan bahan penelitian

1. Alata. Reaktor pembakaran

Alat ini digunakan untuk tempat prosespembakaran Sekam Padi.

Pembuatan desaign

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

Kecepatan

udara 4,8 m/s


8/13

6

Gambar 6. Reaktor pembakaran

b. Ask ChamberAlat ini digunakan sebagai ruangpenyimpanan abu sekam padi.

Gambar 7. Ask Chamber

c. BurnerAlat ini digunakan untuk membakargas metana.

Gambar 8. Burner

d. BlowerAlat ini digunakan untuk menyuplaiudara ke dalam reaktor pembakaran.

Gambar 9. Blowere. Termometer rider

Alat ini digunakan untuk mengukurtemperatur pembakaran.

Gambar 10. Termometer Riderf. Anemometer digital

Alat ini digunakan untuk mengukurkecepatan aliran udara dari blower.

Gambar 11. Anemometer digitalg. Timbangan analog

Alat ini digunakan untuk menimbangmassa bahan bakar yang akandigunakan.

Gambar 12. Timbangan analog


9/13

7

h. Stopwatch digitalAlat ini digunakan untuk mencatatwaktu.

Gambar 13. Stopwatch

i. ThermometerAlat ini digunakan untuk mencatatperubahan temperatur air setiap 2

menit.

Gambar 14. Thermometer2. Bahan penelitian

Bahan penelitian ini

menggunakan sekam padi daripadi jenis IR-64.Sedangkanbahan pembakaran awalnyaadalah sobekan kertas ataudedaunan kering.

Gambar 15. Sekam padi

Langkah penelitian

Yang dilakukan dalam penelitianadalah :

1. Menimbang bahan organiksekam padi yang akandigunakan sebagai bahanpenelitian masing-masing

2. Mengisi sekam padi padareaktor gasifikasi dengankapasitas 4 kg, pada masing-masing percobaan.

3. Menyalakan blowerpada padaswitch control, dengan

kecepatan udara 4.3 m/ssebagai percobaan pertama,kecepatan udara 4.5 m/ssebagai percobaankedua,kecepatan udara 4.8 m/ssebagai,percobaan ketiga. Penyalaanblowerini sesuai denganmasing-masing percobaan.

4. Membuat potongan kertas,kemudian taruh potongan

kertas tersebut diatas sekampadi yang telah diisi padareaktor pembakaran.

5. Membuat bara api daripotongan kertas sebagaipenyalaan bahan bakar.

6. Mencatat lama penyalaanbahan bakar dari pembuatanbara api sampai bara apibenar-benar menyala diatasreaktor tungku gasifikasi.

7. Menutup reaktor gasifikasidengan burner.

8. Meletakkan panci yang telah diisi air 5 liter di atas burner

9. Mengambil data kenaikantemperatur air. Dari temperaturawal air, temperatur airmendidih, temperatur airberubah fase setiap tiga menitsekali dari 5 liter air.


10/13

8

10. Mengambil data temperaturpembakaran. Temperaturpembakaran diambil dari nyalatiga titik api yang diukur dari

burner dengan ketinggian danjarak yang sama setiap tigamenit.

11. Ulangi percobaan yang samasesuai kapasitas yg diujikandari kapasitas 4 kg , dengankecepatan udara 4.3 m/s , 4,5

m/s dan kecepatan udara 4.8m/s

Hasil dan pembahasan

1. Hasil Pengujian Perbandingan Temperatur Pembakaran dengan VariasiKecepatan Udara 4.3 m/s, 4.5 m/s dan 4.8 m/s

Gambar 16. Grafik perbandingan variasi kecepatan udara pada temperaturpembakaran dengan waktu

Pada gambar 16. menunjukkan grafikhubungan antara temperaturpembakaran dengan waktu diketahuibahwa untuk gasifikasi sekam padi

sebanyak 4 kg menggunakan kecepatanudara sebesar 4.8 m/s didapatkantemperatur pembakaran tertinggi padamenit ke 18 dengan temperatur pembakaran579.67C. Untuk gasifikasi sekam padisebanyak 4 kg menggunakan kecepatanudara sebesar 4.5 m/s didapatkantemperatur pembakaran tertinggi padamenit ke 12 dengan temperaturpembakaran 550.33C, sedangkan untukgasifikasi sekam padi 4 kg dengan

kecepatan udara 4.3 m/s temperaturpembakaran tertinggi terdapat padamenit ke 15 dengan temperaturpembakaran tertinggi 525.67C. Dan

perbandingan temperatur pembakaranterhadap besar kecepatan udaramenunjukkan hasil bahwa tingginyatemperatur pembakaran dan besarnyakecepatan udara yang masuk padatungku gasifikasi sekam padimempercepat proses pendidihan airdengan pembebanan sebanyak 5 literair. Sedangkan temperatur pembakarandari mulai pembentukan nyala api sampainyala api mulai padam, temperatur


11/13

9

pembakarannya berubah-ubah. Hal inidikarenakan tidak setabilnya sekam padidalam reactor sehingga mengakibatkan

pembentukan gas metana menjadi tidakstabil.

2. Hasil Pengujian Perbandingan Temperatur Air dengan Variasi KecepatanUdara 4.3 m/s, 4.5 m/s dan 4.8 m/s

Gambar 17. Grafik perbandingan variasi kecepatan udara pada temperatur airdengan waktu

Pada gambar 17. menunjukkangrafik hubungan antara temperatur airdengan waktu diketahui bahwa untukgasifikasi sekam padi sebanyak 4 kgdengan kecepatan udara sebesar 4.8 m/sdapat mendidihkan air sebanyak 5 literdalam waktu 6 menit 14 detik, denganlama nyala efektif selama 48 menit.Untuk gasifikasi sekam padi sebanyak 4kg dengan kecepatan udara sebesar 4.5m/s dapat mendidihkan air sebanyakr 5liter dalam waktu 7 menit 11 detik, denganlama nyala efektif selama 51 menit.Sedangkan untuk gasifikasi sekam padi

sebanyak 4 kg dengan kecepatan udarasebesar 4.3 m/s dapat mendidihkan airsebanyak 5 liter dalam waktu 8 menit 10detik, dengan lama nyala efektif selama57 menit. Dari percobaan pendidihanair sebanyak 5 liter didapatkanpendidihan air paling lama padapercobaan gasifikasi sekam padisebanyak 4 kg dengan kecepatanudara yaitu sebesar 4.3 m/s yaitudiperoleh waktu pendidihan air 8 menit 10detik, lama nyala efektif 57 menit.


12/13

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

10

20

30

40

50

60

70

0

100

200

300

400

500

Kecepatan 4.3 m/s Kecepatan 4.5 m/s Kecepatan 4.8 m/s

Waktu(menit)

Temperatur(C)

Temperatur pembakaran Nyala Efektif

Gambar 18. Diagram perbandingan antara temperatur pembakaran rata-ratadengan lama nyala efektif

Dari grafik 18. menunjukkan grafikhubungan antara temperatur air denganwaktu diketahui bahwa pada kecepatanudara 4.3 m/s didapatkan temperaturpembakaran rata-rata 425.73 oC dan nyalaefektif dari temperatur pembakaran rata-rata selama 57 menit. Untuk kecepatanudara 4.5 m/s didapatkan temperaturpembakaran rata-rata 462.52 oC dan lamanyala efektif dari temperature pembakaran

rata-rata selama 51 menit. Untukkecepatan udara 4.8 m/s didapatkantemperatur pembakaran rata-rata 491.81oC dan lama nyala efektif dari temperaturpembakaran rata-rata selama 48 menit.

Kesimpulan

Berdasarkan analisa danpembahasan data hasil pengujianpengaruh kecepatan udara pada tungku

gasifikasi sekam padi terhadaptemperatur didapatkan kesimpulansebagai berikut:a. Didapatkan spesifikasi reactor

pembakaran :

Tinggi reactor : 900 mm

Diameter luar reactor : 290 mm

Diameter dalam reactor: 240 mmb. Pengaruh kecepatan udara

mempengaruhi tingginya temperaturpembakaran, yakni semakin besarkecepatan udara yang masuk ke reactormaka semakin tinggi pula temperaturpembakaran yang dihasilkan olehtungku gasifikasi sekam padi.

c. Pengaruh variasi kecepatan udaraterhadap waktu pendidihan air adalahsemakin tinggi kecepatan udara yangdigunakan maka waktu yang digunakanuntuk mendidihkan air semakin cepat.


13/13

11

d. Pengaruh variasi kecepatan udaraterhadap nyala efektif adalah semakintinggi kecepatan udara yang digunakanmaka nyala efektif yang dihasilkan

akan semakin pendek.

DAFTAR PUSTAKA

Belonio, Alexi.T., 2005, Rice Husk Gas Stove Handbook. Philippines: College ofAgriculture 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 PadiTerhadap Temperatur Pembakaran, Tugas Akhir S-1, Teknik MesinUniversitas Muhammadiyah Surakarta, Surakarta.

Syawal, I., 2011. Rancang Bangun dan Pengujian Alat Produksi Gas Metana dariSampah Organik dengan Variasi Bahan Sekam Padi, Tempurung Kelapa danSerbuk Gergaji Kayu, Tugas Akhir. S-1, Teknik Mesin UniversitasMuhammadiyah Surakarta, Surakarta.

Sitompul, R., 2011. Teknologi Energi Terbarukan Yang Tepat Untuk Aplikasi DiMasyarakat Perdesaan.

http://psflibrary.org/catalog/repository/Training%20Manual%20Renewable%20Energy_Green%20PNPM-DANIDA.pdf
http://www.iec.co.id/index.php/site/prevnews/9?lang=indhttp://www.iec.co.id/index.php/site/prevnews/9?lang=indhttp://majarimagazine.com/2008/06/gasifikasi-batubara-dengan-unggun-terfluidakan/http://majarimagazine.com/2008/06/gasifikasi-batubara-dengan-unggun-terfluidakan/http://psflibrary.org/catalog/repository/Training%20Manual%20Renewable%20Energy_Green%20PNPM-DANIDA.pdfhttp://psflibrary.org/catalog/repository/Training%20Manual%20Renewable%20Energy_Green%20PNPM-DANIDA.pdfhttp://psflibrary.org/catalog/repository/Training%20Manual%20Renewable%20Energy_Green%20PNPM-DANIDA.pdfhttp://psflibrary.org/catalog/repository/Training%20Manual%20Renewable%20Energy_Green%20PNPM-DANIDA.pdfhttp://psflibrary.org/catalog/repository/Training%20Manual%20Renewable%20Energy_Green%20PNPM-DANIDA.pdfhttp://majarimagazine.com/2008/06/gasifikasi-batubara-dengan-unggun-terfluidakan/http://majarimagazine.com/2008/06/gasifikasi-batubara-dengan-unggun-terfluidakan/http://www.iec.co.id/index.php/site/prevnews/9?lang=ind

NASKAH_PUBLIKASI.pdf

Documents

Transcript of NASKAH_PUBLIKASI.pdf