PENGARUH JUMLAH NOZEL DISTRIBUTOR TERHADAP … · Hasil penelitian menunjukkan jumlah nozzel pada...

PENGARUH JUMLAH NOZEL DISTRIBUTOR TERHADAP

KINERJA FLUIDIZED BED GASIFIER

Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I

pada Jurusan Teknik Mesin

Oleh :

Riski Elis Saputra

D200110085

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2017

HALAMAN PERSETUJUAN



PUBLIKASI ILMIAH

oleh:

Riski Elis Saputra

D200110085

Telah diperiksa dan disetujui untuk di uji oleh:

Dosen Pembimbing

Nur Aklis, ST., M.Eng.

HALAMAN PENGESAHAN



OLEH

Riski Elis Saputra

D200110085

Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji

Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Pada hari Senin, 23 Januari 2017

dan dinyatakan telah memenuhi syarat

Dewan Penguji :

1. Nur Aklis, ST., M.Eng. (………………)

(Ketua Dewan Penguji)

2. Ir. Sartono Putro, MT. (………………)

(Anggota I Dewan Penguji)

3. Ir. Sunardi Wiyono, MT (………………)

(Anggota II Dewan Penguji)

Dekan

Ir. Sri Sunarjono, MT.,Ph.D.

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam publikasi ini tidak terdapat

karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan disuatu

perguruan tinggi dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau

pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan orang lain, kecuali secara tertulis

diacu dalam naskah dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Apabila kelak terbukti ada ketidakbenaran dalam pernyataan saya di atas,

maka akan saya pertanggungjawabkan sepenuhnya.

.

Surakarta, Januari 2017

Penulis

Riski Elis Saputra

D200110085

PENGARUH JUMLAH NOZEL DISTRIBUTOR TERHADAP KINERJA

FLUIDIZED BED GASIFIER

Abstrak

Pembakaran bahan bakar gas lebih menguntungkan dari bahan bakar padat karena

menghasilkan pembakaran yang lebih bersih, produk gas dapat dibuat dengan cara fluidized bed

gasifier dengan bahan bakar sekam padi. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh

jumlah nozel distributor terhadap kinerja fluidized bed gasifier pada kecepatan 1,3 m/s yang

meliputi kecepatan minimum fluidisasi, temperatur reaktor, pengaruh jumlah gas yang dihasilkan

dan waktu nyala efektif. Penelitian diawali dengan pembuatan alat fluidized bed gasifier sekam

padi, kemudian melakukan pengujian pebakaran dengan mengatur distributor udara jumlah nozel

3, jumlah nozel 5, dan jumlah nozel 7. Data yang diukur dalam penelitian ini adalah mengukur

kecepatan minimum fluidisasi, temperatur reaktor, pengaruh jumlah gas yang dihasilkan dan

waktu nyala efektif. Hasil penelitian menunjukkan jumlah nozzel pada distributor mempengaruhi

kinerja alat fluidized bed gasifier semakin banyak jumlah nozel kecepatan minimum yang

dihasilkan semakin rendah, yaitu pada distributor jumlah nozel 7 sebesar 0,9 m/s. Untuk

temperatur tertinggi didapatkan dari distributor jumlah nozel 7 yaitu 465,5°C. Sedangkan untuk

waktu nyala efektif terlama distributor jumlah nozel 3 didapatkan selama 65 menit. Jumlah gas

yang dihasilkan terbanyak adalah distributor jumlah nozzel 7 sebesar 1561,4269 Kj.

Kata kunci : fluidized bed gasifier, sekam padi, jumlah nozzel distributor, kinerja reactor

Abstract

The burning of gas fuel is more profitable than solid fuel because it produces a cleaner

combustion, gas products can be made by way of a fluidized bed gasifier with rice husk fuel. This

research aims to know the influence of the number of nozzles distributor fluidized bed gasifier on

performance at the speed of 1,3 m/s which include minimum speed fluidization, the reactor

temperature,time effective flame and the influence of the amount of gas produced. The research

began with the manufacture of tools of fluidized bed gasifier rice husk, then do the test firing by

setting the air distributor number of nozzle 3, nozzle 5, nozzle 7. The data measured in this

research is to measure the speed of a minimum fluidization, reactor temperature, influences the

amount of gas produced from the time effective flame. The results showed the number of nozzles

on a distributor appliance affect the performance of fluidized bed gasifier the greater number of

nozzles the minimum speed that produced the lower number 7 nozzles of 0,9 m/s . For the highest

temperature is obtained from the distributor number of nozzles 7 of 465,5ºC. While for the longest

time effective flame distributor 3 nozzles amount obtained during the 65 minute. The amount of

gas produced is the largest distributor of the number of nozzles 7 of 1561.4269 Kj.

Keyword : Fluidized bed gasifier, rice husk, the number of distributor nozzle reactor

performance

1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pembakaran bahan bakar fosil untuk keperluan manusia dalam

memanfaatkanya mempunyai beberapa kekurangan. Bahan bakar fosil yang

tersedia sangat terbatas jumlahnya dan akan habis dalam kurun waktu tertentu

karena bahan bakar fosil adalah bahan bakar yang tidak dapat diperbaharui.

Proses pembakaran bahan bakar fosil juga melepaskan sejumlah besar karbon

dioksida dan gas rumah kaca ke lingkungan. Gas-gas ini bertindak seperti

selimut yang menghangatkan permukaan bumi. Hasilnya adalah peningkatan

suhu global yang berdampak pada perubahan iklim terkait dengan banjir dan

hujan deras di berbagai daerah, serta lebih sering terjadi kekeringan dan

gelombang panas yang parah. Solusi mengatasi masalah tersebut supaya tidak

lebih parah lagi dapat dipakai energi terbarukan. Sumber energi terbarukan

merupakan bahan yang dapat menghasilkan energi dan bahan tersebut dapat

diperbarui secara terus menerus sehingga keberadaanya di alam ini tidak akan

habis sebagai contoh adalah biomassa. Biomassa merupakan bahan organik

yang didapatkan melalui proses fotosintetik pada tumbuhan baik berupa

produk maupun buangan, meliputi tanaman, pepohonan, rumput, dan limbah

pertanian. Menurut departemen pertanian, limbah dalam proses penggilingan

padi yang terbesar adalah sekam padi, biasanya diperoleh sekam sekitar 20-

30% dari bobot gabah, hasil lainya dedak antara 8-12% (Tajali 2015). Sekam

dalam persentase yang tinggi tersebut dapat menimbulkan problem

lingkungan. Sekam padi jika dibakar secara langsung mempunyai dampak

meningkatkan jumlah emisi gas rumah kaca penyebab perubahan iklim,

seperti damak negatif dari pembakaran bahan bakar fosil.

Solusi dari masalah biomassa limbah pertanian berupa sekam padi

tersebut adalah dengan memanfaatkannya untuk diproses dengan cara

gasifikasi. Gasifikas sendiri seara umum adalah suatu teknologi proses yang

mengubah bahan bakar padat menjadi gas, menggunakan udara atau oksigen

yang terbatas. Gas yang dihasilkan dari gasifikasi adalah CO, CO₂, H₂, CH₄,

TAR dan juga arang. Jenis gasifikasi yang banyak dikembangkan adalah

fluidized bed. Fluidisasi merupakan proses dimana benda partikel padatan

diubah menjadi fase yang berkelakuan seperti fluida cair melalui kontak

dengan gas atau cairan (Kunni dan Levenspiel 1969). Fenomena ini terjadi

pada media yang disebut dengan fluidized bed. Dimana fluidized bed

merupakan suatu bejana yang berisi partikel padat yang dialiri fluida dari

bawah bejana. Proses fluidisasi terjadi ketika gaya drag dari partikel sebagai

akibat dari aliran fluida yang mengalir keatas melebihi gaya gravitasi dan

gaya antar partikel. Kinerja dari reaktor fluidisasi dipengaruhi oleh desain,

salah satunya adalah pemilihan distributor dan jumlah lubang dari distributor.

Bentuk distributor akan berpengaruh terhadap karakteristik hidrodinamik

yang berpengaruh terhadap gas yang dihasilkan. Seperti eksperimen yang

dilakukan oleh grohse, zens dan othmer menunjukkan bahwa jumlah lubang

pada distributor udara akan berpengaruh terhadap ukuran gelembung dan

distribusi gelembung (Kunii dan Levenspiel, 1969, Bormann dan Ragland,

1998).

1.2 Tujuan penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh jumlah

nozel distributor terhadap kenerja fluidized bed gasifier meliputi:

a. Kecepatan minimum fluidisasi.

b. Temperatur reaktor.

c. Waktu nyala efektif.

d. Kalor terpakai.

1.3 Batasan masalah

Penelitian ini dibatasi pada pengembangan fluidized bed gasifier

dengan variasi distributor udara yaitu :

a. Reaktor Fluidized bed gasifier tidak kontinyu.

b. Jumlah gas yang terkonversi untuk mendidihkan air.

c. Sekam padi dari Sukoharjo.

d. Pasir yang digunakan adalah pasir silika dari Ceper Klaten.

e. Gamping atau batu kapur yang digunakan berasal dari Makam Haji

Sukoharjo.

f. Kecepatan minimum fluidisasi didefinisikan sebagai kecepatan

superficial udara dalam bed dan ditentukan dengan metode pengamatan

terhadap tekanan di bed.

g. Laju reaksi diukur sampai temperatur api akhir.

h. Keceatan udara yang digunakan 1,3 m/s

i. Massa bahan bakar yang digunakan 2 kg

j. Alat yang digunakan memunyai tinggi reaktor 1230 mm dengan diameter

160 mm

2.METODOLOGI PENELITIAN

Tahapan ini berisi prosedur dan pelaksanaan penelitian.

Gambar 1. Diagram Alir Penelitian

3.HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1 Hasil Pengujian Minimum Fluidisasi

Hasil uji minimum fluidisasi bertujuan menentukan kecepatan

udara yang digunakan dan juga unruk mengetahui karakter dari proses

fluidisasi tersebut, apakah proses tersebut fix bed jika udara kurang nilai

minimum, bubbling jika kecepatan udara diatas nilai kecepatan minimum

tetapi tidak terlalu jauh dar nilai minimum yang didapatkan dan circuating

jika kecepatan yang digunakan jauh melebihi kecepatan miimum yang

didapatkan.

Gambar 2 Grafik hubungan kecepatan dengan tekanan pada Jumlah nozzel 3



0

1

2

3

4

5

6

7

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6

Be

da

Teka

nan

Be

d (

cm H₂O

)

Kecepatan udara superficial (m/s)

Periode lajunaikPeriode lajumenurun

0

1

2

3

4

5

6

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6

Be

da

Teka

nan

(cm

H₂O

)


Periode lajunaik

Periode lajumenurun

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6

Be

da

Teka

nan

(cm

H₂O

)


Periode lajunaikPeriode lajumenurun

Gambar 2 Menunjukkan grafik karakteristik kecepatan minimum

fluidisasi dengan distributor jumlah nozzel 3. Dengan cara menarik garis

horizontal ke kiri pada titik yang menunjukkan kecepatan bed konstan hingga

berpotongan dengan garis miring kemudian titik perpotongan tersebut ditarik

garis vertikal ke bawah kecepatan minimum fluidisasi ditentukan. Dengan

cara ini di dapat kecepatan minimum fluidisasi distributor jumlah nozzel 3

sebesar 1,1 m/s. Gambar 3 menunjukkan kecepatan minimum fluidisasi 1

m/s. Gambar 4 menunjukkan kecepatan minimum fluidisasi 0,9 m/s.

Penelitian ini didapatkan semakin banyak jumlah nozzel maka kecepatan

minimum semakin rendah, hal ini juga dipengaruhi oleh matrial bed berupa

kapur atau gamping.

3.2 Hasil Pengujian Temperatur Reaktor

Gambar 5 Grafik hubungan antara waktu dan temperatur reaktor

Gambar 5 Menunjukkan grafik hubungan temperatur reaktor

terhadap waktu dari proses pembakaran tiga variasi distributor dengan

kecepatan udara 1,3 m/s. Pada percobaan pembakaran sekam padi dengan

distributor jumlah nozzel 3 grafik menunjukkan temperatur awal reaktor

sebesar 31,5°C dan menunjukkan temperatur tertinggi pada 358,7°C pada

menit ke 60. Pada percobaan distributor jumlah nozzel 5 temperatur awal

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

Tem

pe

ratu

r (°

C)

Waktu (menit)

TemperaturReaktorDistributorJumlahNozzel 3TemperaturReaktorDistributorJumlahNozzel 5TemperaturReaktorDistributorJumlahNozzel 7

reaktor 32,9 °C dan menunujukkan suhu tertinggi pada 432,8° C pada menit

ke 54 . Sedangkan temperatur awal reaktor dengan distributor jumlah nozzel

7 menunjukkan suhu awal 32,3°C dan mencapai temperatur tertinggi 465,5°C

pada menit ke 50. Pemanasan awal pada bed yang berupa pasir silika

bertujuan untuk meratakan panas pasir sebelum proses pembakaran bahan

bakar didalam reaktor berlangsung.

3.3 Hasil Pengujian Waktu Nyala Efektif

Gambar 6 Grafik hubungan waktu dengan temperatur api

Pada gambar 6 Menunjukkan grafik hubungan temperatur api ketiga

distributor dengan waktu, dapat dijelaskan bahwa jumlah nozzel distributor

berpengaruh terhadap temperatur pembakaran yang dihasilkan. Temperatur

pembakaran yang tertinggi didapatkan pada distributor jumlah nozzel 7 yaitu

sebesar 385,2°C pada menit ke 48 dengan waktu nyala efektif selama 58

menit sedangkan distributor dengan jumlah nozzel 5 temperatur tertinggi

355,2°C pada menit ke 50 dengan waktu nyala efektif selama 62 menit dan

distributor jumlah nozzel 3 pada percobaan pembakaran memiliki temperatur

tertinggi 300,7°C pada menit ke 54 dengan waktu nyala efektif selama 65

menit.

Dari hasil tersebut dapat diketahui bahwa perbedaan temperatur api

ini disebabkan oleh perbedaan jumlah nozel pada distributor yang

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

Tem

pe

ratu

r A

pi (

°C)

Waktu (menit)

DistributorJumlahNozzel 3



mempengaruhi udara yang masuk ke reaktor dan juga berpengaruh terhadap

kandungan gas yang dihasilkan. Semakin banyak jumlah nozel maka semakin

rata pembakaran didalam reaktor sehingga memaksimalkan produk gas yang

dihasilkan.

3.4 Hubungan temperatur air terhadap waktu tiga variasi jumlah

distributor.

Gambar 7 Grafik hubungan temperatur air terhadap waktu pada tiga variasi

jumlah distributor.

Gambar 7 Menunjukkan grafik hubungan temperatur air terhadap

waktu pendidihan air untuk gasifikasi menggunakan fluidized bed dengan

bahan bakar sekam padi pada distributor jumlah nozzel 3 pendidihan awal

terjadi pada menit ke 24 sampai menit ke 65, sisa air 490 ml dari 1 liter air.

Pada distributor jumlah nozzel 5 pendidihan awal terjadi pada menit ke 18

sampai menit ke 62, sisa air 470 ml dari 1 liter air. Sedangkan untuk

distributor jumlah nozzel 7 pendidihan awal terjadi pada menit ke 12 sampai

menit ke 58, sisa air 440 ml dari 1 liter air.

Urutan waktu pendidihan air tercepat pada percobaan ini adalah

dengan distributor jumlah nozzel 7 yaitu dimenit ke 12 menit, sedangkan

untuk terlama adalah distributor dengan jumlah nozzel 3 yaitu dimenit 24

0

20

40

60

80

100

120

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

Tem

pe

ratu

r A

ir (

°C)

Waktu (menit)




menit. Hal ini dikarenakan tidak stabil dan meratanya proses pembakaran

sekam padi dengan distributor jumlah nozzel 3 didalam reaktor karea jumlah

udara yang masuk tidak bisa kesemua sisi bed atau tidak merata karena hanya

3 nozel distributor yang digunakan sehingga pembentukan produk gas

menjadi kurang stabil.

4.5 Kalor terpakai ketiga jumlah nozel pada distributor

Gambar 8 Grafik hubungan jumlah nozel distributor dengan kalor terpakai.

Gambar 8 Menunjukkan perbandingan kalor terpakai ketiga

distributor yaitu distributor jumlah nozel 3, distributor jumlah nozel 5, dan

distributor jumlah nozel 7. Dari gambar diketahui bahwa kalor terpakai setiap

percobaan berbeda pada percobaan menggunakan distributor jumlah nozel 3

kalor terpakai sebesar 1448,5941 Kj sedangkan percobaan dengan

menggunakan distributor jumlah nozel 5 didapatkan nilai kalor terpakai

sebesar 1493,7296 Kj dan percobaan dengan menggunakan distributor jumlah

nozel 7 dengan 2 kg sekam padi didapatkan nilai kalor terpakai sebesar

1561,4269 Kj. Sehingga didapatkan nilai kalor terpakai terbesar adalah pada

percobaan dengan menggunakan distributor jumlah nozel 7 didapatkan nilai

sebesar 1561,4269 Kj. Hal ini dipengaruhi oleh waktu pendidihan air yang

lebih lama dibanding yang lainya, serta massa uap yang diuapkan pun lebih

1380

1400

1420

1440

1460

1480

1500

1520

1540

1560

1580

Kal

or

terp

akai

(kJ

)

Jumlah Nozel 3 Jumlah Nozel 5 Jumlah Nozel 7

besar, sehingga kalor yang digunakan untuk mendidihkan air sebanyak 1 liter

lebih besar.

4.Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan pembahasan pengaruh distributor jumlah nozzel

terhadap nilai minimum fluidisasi, temperatur reaktor, waktu lama pendidihan air

dan jumlah gas yang terkonversi adalah sebagai berikut :

1. Pengaruh semakin banyak jumlah nozzel pada distributor akan menyebabkan

kecepatan minimum fluidisasi semakin turun.

2. Semakin banyak jumlah nozel yang berada pada distributor maka semakin

tinggi pula temperatur reaktornya. Temperatur reaktor tertinggi pada

penelitian ini 465,5°C, pada distributor jumlah nozel 7.

3. Semakin banyak jumlah nozzel pada distributor maka waktu nyala efektifnya

semakin cepat

4. Penelitian ini menunjukkan bahwa jumlah nozzel pada distributor

berpengaruh terhadap jumlah gas yang dihasilkan/kalor terpakai. Semakin

banyak jumlah nozel pada distributor maka jumlah gas yang dihasilkan juga

semakin banyak karena reaksi berlangung merata.

DAFTAR PUSTAKA

Akbar. 2015. Studi Eksperimen Gasifikasi Menggunakan Fluidized Bed Gasifier

Berbahan Bakar Sekam Padi, Serbuk Gergaji Kayu Jati Dan Serbuk

Gergaji Kayu Sengon Penghasil Syngas. Laporan Tugas Akhir Jurusan

Teknik Mesin Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Aklis. 2013. Studi Eksperimental Pengaruh Jumlah Lubang Distributor Udara

Terhadap Karakteristik Gelembung Pada Bubbling Fluidized Bed Dengan

Variasi Partikel Bed (Tesis). Yogyakarta: Universitas Gadjah Mada.

Aklis, Nur, Riyadi, M.a., Rosyadi. G., Cahyanto, W.T. 2015. Studi Eksperimen

Konversi Biomassa Menjadi Syngas Pada Reaktor Bubbling Fluidized

Bed, Prosiding Seminar Nasional Rekayasa Teknologi Industri dan

Informasi. 2015, 19 Desember 2015. STTNas Yogyakarta.

Basu, Prabir. 2010. Biomass Gasification and Pyrolisis Practical Design and

Theory. USA: Elsevier.

Borman, G.L and Ragland, K. W. 1998. Combustion Engineering. McGraw-Hill,

Singapura.

Kunii. D. and Levenspiel. O. 1969. Fluidization Engineering. John Wiley and

Sons, Inc., New York.

Nurman Alwin,2011. Studi Karakteristik Pembakaran Biomassa Tempurung

Kelapa pada Fluidized bed Combustor Universitas Indonesia Dengan

Partikel Bed Berukuran Mesh 40-50. Jurusan Teknik Mesin Fakultas

Teknik Universitas Indonesia.

Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II. MODUL 2.13 Fluidisasi.

Departemen Teknik Kimia ITB (diakses pada 11 september 2015).

Puntohari,R.D., 2009. Potensi Gheothermal vs Minyak Bumi.

http://rovicky.blogspot.com, 17 juni 2009.

Tajali, Arief, 2015. Panduan Penilaian Potensi Biomassa Sebagai Sumber Energi

Alternatif Di Indonesia

http://rovicky.blogspot.com/

PENGARUH JUMLAH NOZEL DISTRIBUTOR TERHADAP … · Hasil penelitian menunjukkan jumlah nozzel pada...

Documents

Transcript of PENGARUH JUMLAH NOZEL DISTRIBUTOR TERHADAP … · Hasil penelitian menunjukkan jumlah nozzel pada...