PENGARUH UKURAN BAHAN BAKAR TERHADAP...

THE 5TH URECOL PROCEEDING 18 February 2017 UAD, Yogyakarta

1287

PENGARUH UKURAN BAHAN BAKAR TERHADAP HASIL GAS REAKTORBUBBLING FLUIDIZED BED GASIFIER

Nur Aklis1), Ary Descessar Prasetya Wibawa2), Fery Rudiyanto3)

1Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah surakartaemail: [email protected]



Abstrak

Konsumsi bahan bakar minyak sektor transportasi yang cenderung naik ternyata tidakdiimbangi dengan produksi minyak bumi sehingga perlu dilakukan usaha untuk mengurangiketergantungan terhadap bahan bakar minyak dengan mencari alternatif bahan bakar baru danterbarukan. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui bagaimana pengaruh ukuran bahan bakarbiomassa terhadap kinerja reaktor gasifier penghasil gas yang berpotensi untuk dapatmengganti bahan bakar minyak. Penelitian dilakukan pada reaktor tipe bubbling fluidized beddengan ukuran diameter 464,38 mm dan tinggi 1368,5 mm. Bahan bakar yang digunakan adalahsekam padi dengan variasi ukuran 1,54 mm, 1,84 mm, dan 2,17 mm. Partikel bed yangdigunakan adalah pasir silika dengan ukuran 0,54 mm. Sebelum pengujian reaktordilakukan,terlebih dahulu dilakukan uji kecepatan minimum fluidisasi yang digunakan untukmenentukan kecepatan operasi. Pengujian untuk mengetahui pengaruh variasi ukuran bahanbakar terhadap hasil gas dilakukan dengan mengukur temperatur reaktor dan jumlah kalor yangdihasilkan dari pembakaran gas hasil gasifikasi. Pengujian dilakukan tidak kontinu denganjumlah bahan bakar 5 kg setiap pengujian. Kecepatan operasi yang digunakan 4 m/s. Kalor darigas hasil gasifikasi ditentukan dari uji pendidihan air dimana air yang digunakan sebanyak 2liter. Hasil penelitian menunjukkan bahwa ukuran bahan bakar berpengaruh terhadap besarnyakecepatan minimum fluidisasi dimana semakin kecil ukuran patikel kecepatan minimumfluidisasinya akan semakin kecil. Temperatur rata-rata reaktor juga dipengaruhi oleh ukuranpartikel dimana sekam padi ukuran 1,84 mm menghasilkan suhu reaktor tertinggi tetapi untukkalor terbesar yang dihasilkan oleh sekam padi ukuran 1,54 mm.

Kata Kunci:Bubbling Fluidized Bed Gasifier, Ukuran Bahan Bakar,Sekam Padi, Nilai Kalor

1. PENDAHULUANData Badan Pusat Statistik (BPS)

menunjukkan jumlah kendaraan bermotor diIndonesia tahun 2013 tercatat 94.373. 324dan naik menjadi 104.118.969 di tahun 2014(www.bps.go.id). Pertumbuhan ini akanmembawa manfaat untuk kepentinganpertumbuhan ekonomi tetapi di sisi lain akanmenimbulkan persoalan tentang infra strukturdan penyediaan energi. Suplay energi untuksektor transportasi masih bergantung padabahan bakar minyak (BBM) dimana padatahun 2014 minyak mengambil proporsi 97,2%. Prosentase minyak yang terlalu besar inimenimbulkan masalah ketahanan energi

karena perkembangan produksi dan pasokanminyak bumi selama 2003 - 2013menunjukkan kecenderungan menurun,masing-masing sebesar 419,26 juta barel padatahun 2003 dan menjadi sekitar 300,83 jutabarel pada tahun 2013. Dari hal itu diperlukanusaha untuk mencari alternatif energi yangdiharapkan mampu memenuhi kebutuhanenergi agar terhindar dari persoalan krisisenergi. Salah satu sumber energi yang layakdipikirkan untuk pengganti energi fosil adalahbiomassa. Merriem-webster mendefinisikanbiomassa sebagai limbah dari tumbuhan danhewan yang dapat digunakan sebagai sumberenergi [1]. Sebagai negara agraris Indonesia


1288

memiliki potensi biomassa yang melimpah.Salah satunya sekam padi. Pada tahun 2015tercatat produksi padi di Indonesia mencapai75,36 juta ton gabah keringgiling(www.bps.go.id). Jika diasumsikan 20% dari padi kering giling ketika diprosesmenjadi beras akan menghasilkan limbahberupa sekam padi maka akan tersedia sekampadi sebanyak 15, 72 ton. Biomassa dapatdikonversi menjadi sumber energi yang lebihberguna dengan beberapa proses salah satunyaadalah gasifikasi. Teknologi gasifikasi adalahteknologi konversi termokimia biomassapaling tua dengan proses perubahan strukturkimia biomassa pada suhu 500 oC – 900 oCdengan menggunakan agen gasifikasi(contohnya air, oksigen, uap CO2 ataucampuran dari komponen tersebut) [2].Salahsatu jenis reaktor gasifier yang saat ini banyakmenarik minta meneliti adalah reaktorBubblingfluidized bed gasifier. Reaktor inibekerja dengan prinsip fluidisasi dimanafluidisasi adalah proses benda partikel diubahmenjadi fase yang menyerupai cair melaluikontak dengan gas atau cairan[3].Karakteristik hidrodinamika reaktorbubblingfluidized bed akan berpengaruhterhadap proses reaksi di dalam reaktordimana faktor yang dapat berpengaruhterhadap karakteristik hidrodinamika suatureaktor fluidized bed meliputi desaindistributor, ukuran partikel bed, kecepatan dankecepatan udara masuk[4]. Salah satukeunggulan dari reaktor fluidized bed gasifieradalah pada penggunaan bahan bakar dimanabahan bakar yang dipakai di reaktor fluidizedbed gasifier dapat menggunakan beberapajenis bahan bakar dan pada jangkauan ukuranyang fleksibel[1] namun demikian penelitianyang dilakukan oleh Najib dan Darsopuspitomenunjukkan adanya pengaruh ukuran bahanbakar terhadap gas yang dihasilkan reaktorgasifikasi jenis downdraft[5]. Paper ini akanmembahas bagaimana pengaruh ukuran bahanbakar terhadap gas yang dihasilkan prosesgasifikasi pada reaktor bubbling fluidized bed

2. KAJIAN LITERATURAklis dan kawan-kawan telah melakukan

studi eksperimen reaktor bubbling fluidizedbed gasifier dengan bahan bakar sekam padi,

dan campuran sekam padi dan serbuk gergajikayu sengon dan campuran sekam padi danserbuk gergaji kayu jati . Penelitianmenggunakan reaktor diameter 464,38 mmdan tinggi 1368,5 mm dan distributor udarajenis nosel. Sebagai bed digunakan materialpasir silika dengan diameter rata-rata 363 µmdan model reaktor tidak kontinu dimana untuksekali proses bahan bakar yang digunakansebesar 5 kg dengan massa pasir 10 kg.Kecepatan udara kereaktor sebesar 4 m/s. Gashasil gasifikasi digunakan untuk menyalakankompor dengan sebelumnya di filter denganair. Gas Hasil gasifikasi dengan berbagaibahan bakar mampu mendidihkan 2 liter airpada kisaran waktu 22 sampai 44 menitdengan konversi biomassa menjadi energikalor pada kisaran 5,72 % sampai 11,4 %[4].Dengan metode dan instalasi eksperimen yangsama Aklis dan kawan kawan(2016)memvariasikan ukuran partikel bedyang digunakan pada proses gasifikasi.Material bed yang digunakan adalah pasirsilika dengan ukuran 360 µm, 460 µm, dan550 µm. Hasil penelitian menunjukkan padavariasi ukuran 360 µm pasir silika temperaturrata-rata pembakaran tertinggi sebesar 307,5°C, waktu nyala efektif sebesar 90 menit,waktu pendidihan air sebesar 22 menit danefisiensi thermal reaktor sebesar 9,81%.Variasi ukuran 460 µm pasir silika temperaturrata-rata pembakaran tertinggi sebesar 135 °C,waktu nyala efektif sebesar 110 menit, waktupendidihan air sebesar 52 menit, dan efisiensithermal reaktor sebesar 11,04%. Variasiukuran 550 µm pasir silika temperatur rata-rata pembakaran tertinggi sebesar 169,5 °C,waktu nyala efektif sebesar 112 menit, waktupendidihan air sebesar 40 menit, dan efisiensithermal reaktor 9,68%[6].

Najib dan Darsopuspito melakukanpenelitian tentang karakterisasi prosesgasifikasi biomassa tempurung kelapa systemdowndraft kontinyu dengan variasiperbandingan udara-bahan bakar (AFR) danukuran biomassa. Proses gasifikasi dilakukandengan pasokan biomassa secara kontinyusetiap 10 menit sebesar 0,45 kg, 0,48 kg, 0,5kg, dan 0,52 kg selama 120 menit denganukuran biomassa (0,8-12,6) cm2 dan (12,7-50,3) cm2, serta dengan 4 variasi kecepatan


1289

suplai udara sebesar 3,57 m/s, 4,37 m/s, 5,05m/s, dan 5,64 m/s. Hasil penelitian didapatkannilai kalor bawah, komposisi syn-gas dannyala api terbaik pada AFR 0,88 dan ukurantempurung kelapa (0,8-12,6) cm². Besarnyanilai kalor bawah adalah 4718,33 kJ/mᶟ,komposisi syn-gas 39,273% dari volume totalserta nyala api yang dihasilkan berwarna biru.Sedangkan efisiensi gasifikasi terbaik terjadipada AFR 1,17 untuk ukuran tempurungkelapa (0,8-12,6) cm² sebesar 52,030 % [5].

3. METODE PENELITIANCara Penelitian

Cara Penelitian dapat diliaht padagambar 1. Penelitian dimulai denganmempersiapkan alat dan bahan. Untuk bahanyang digunakan meliputi persiapan partikelmaterial bed dan mempersiapkan ukuran

biomassa sekam padi.Setelah mendapatkanukuran partikel dari proses pengayakankemudian dilanjutkan dengan uji coba alatdengan menggunakan reaktor fluidized bedgasifier. Apabila reaktor dapat bekerja denganbaik maka dapat dilanjutkan untuk prosespenelitian, tetapi apabila reaktor tidak dapatbekerja dengan baik maka akan dilakukanpengecekkan alat untuk memperbaikikekurangan pada reaktor fluidized bedgasifier.Percobaan dimulai dengan memasukkan pasirsilika, kapur dan sekam padike dalam reaktoruntuk mencari kecepatan minimum fluidisasi.Jika kecepatan minimum fluidisasi tersebutsudah didapat maka diambil kecepatanminimum fluidisasi yang bisa digunakanuntuk penelitian

Gambar 1. Cara Penelitin

Selanjutnya pasir silika, kapur, dan sekampadi dibakar dengan menggunakan burnerdiiringi dengan penyalaan kompresor yangtelah di setting sesuai dengan kecepatanminimum fluidisasi. Temperatur dalam

reaktor diukur setiap 5 menit pada 6 titikpengukuran. Titik yang pertama (t1) adalahtemperatur pada pasir silika, titik yang keduasampai keempat (t2, t3, dan t4) adalahtemperatur pada bahan bakar, serta titik yang


1290

kelima dan keenam (t5 dan t6) adalahtemperatur free board. Gas hasil pembakarandari sekam padi keluar melalui pipa menujutabung filter, kemudian dialirkan kembalimelalui pipa menuju kompor modifikasi.Kemudian dilakukan pengukuran temperaturtitik api, yaitu gas yang keluar dari komporpada kondisi awal sebelum api menyalasampai api mati. Pengukuran temperaturpendidihan air dilakukan setiap 5 menit. Datayang di ambil meliputi temperatur rata-ratareaktor, temperatur titik api, dan temperaturpendidihan air. Percobaan dilakukan denganvariasi ukuran partikel bahan bakar yangberbeda yaitu dengan menggunakan ukuranpartikel 1,54 mm, ukuran partikel 1,84 mm,dan ukuran partikel 2,17 mm. Setelah datadiperoleh dari percobaan tersebut dilakukananalisa dan menarik kesimpulan dengandiiringi dalam pembuatan laporan.

Instalasi Pengujian

Gambar 2 menununjukkan instalsi pengujianyang digunakan. Reaktor yang digunakanadalah tabung dengan ukuran diameter464,38 mm dan tinggi 1368,5 mm denganjenis distributor nossel.

Gambar 2 Instalasi PengujianKeterangan :1.Nozel Udara2.Bed3.Plenum4.Anemometer5.Reaktor Fluidized Bed6.Pipa Sambungan7.Pipa Saluran Tar8.Kran9.Tabung Filter10.Meja

11.Kompresor12.Thermorider13.Sambungan Pipa14.Kompor15.Manometer U

Alat dan Bahan PenelitianUntuk alat pelengkap yang digunakan

pada penelitian ini diantaranya timbangan,stopwatch, thermometer, dan gelas ukur.Sedangkan bahan yang digunakan padapenelitian ini diantaranya sekam padi yang diayak dengan susunan mesh 8, mesh 10, danmesh 12. Sedangkan pasir silika di ayakdengan susunan mesh 30 dan mesh 35. Selainitu bahan yang digunakan pada penelitian iniadalah kapur. Tiap satu kali prosespembakaran digunakan 5 kg sekam padi, 10kg pasir silika, dan 1 kg kapur.

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

Kecepatan Minimum FluidisasiKecepatan minimum fluidisasi adalah

salah satu parameter yang digunakan dalamproses fluidisasi dimana di titik ini fluidisasiterjadi.Secara eksperimen besarnya kecepatanminimum fluidisasi dapat ditentukan dengancara mengamati perubahan tekanan yangterjadi dalam bed saat kecepatan udara masukke reaktor ditambah. Dari ekperimen yangdilakukan diketahui nilai kecepatan minimumfluidisasi masing-masing 3 m/s untuk ukuranbahan bakar 1,54 mm , 3,2 m/s untuk ukuran1,84 mm dan 3,4 m/suntuk ukuran 2,17mm.Dari data diketahui bahwa denganbertambahnya ukuran partikel akanmenyebabkan nilai kecepatan minimumfluidisasi naik.

sPengaruh Ukuran Bahan Bakar TerhadapGas Hasil Gasifikasi

Untuk mengetahui pengaruh ukuran BahanBakar terhadap gas yang dihasilkan reaktorgas hasil reaktor diuji untuk menyalakanburner yag digunakan untuk mendidihkan air.Karakteristik pemabakaran yang ditunjukkanreaktor dan data yang ditunjukkan pada prosespendidihan air digunakan untuk melihatperbedaan gas yang dihasilkan oleh reaktor.


1290


Instalasi Pengujian












1290


Instalasi Pengujian












1291

Gambar 3. Karakteristik Temperatur Reaktor dengan ukuran bahan bakar 1,54 mm, 1,84 mmdan 2,17 mm

Gambar 3 menunjukkan karakteristiktemperaturreaktorpada saat proses reaksidengan variasi ukuran bahan bakar 1,54 mm,1,84 mm dan 2,17 mm. Distribusi temperaturrata-rata dalam reaktor pada variasi sekampadi ukuran 1,54 mm dan 1,84 mm cenderungsama, dengan temperatur tertinggi didapatkanukuran bahan bakar pada ukuran 1,84 mmdengan temperatur 237 oC sedangkan padavariasi sekam padi ukuran 2,17 mm distribusitemperaturnya cenderung lebih rendah.Perbedaan yang terlihat pada ketiga variasiukuran sekam padi adalah lama waktu prosespembakarannya. Pada variasi sekam padiukuran 1,54 mm proses pembakarannyaberlangsung selama 75 menit, sedangkan padavariasi sekam padi ukuran 1,84 mm prosespembakarannya berlangsung selama 80 menit,dan pada variasi sekam padi ukuran 2,17 mm

proses pembakarannya berlangsung selama 90menit.

Gambar 4 menunjukkan perbandingantemperatur pendidihan air pada 3 variasiukuran sekam padi, yaitu pada ukuran 1,54mm, 1,84 mm, dan 2,17 mm. Dari gambardapat dilihat temperatur mula-mula air pada 3variasi ukuran sekam padi adalah 25 °C.Distribusi temperatur pendidihan air dariketiga variasi ukuran sekam padi cenderungsama, tetapi waktu yang dibutuhkan untukmencapai air mendidih cenderungberbeda.Untuk mendidihkan 2 liter air, gasyang dihasilkan ukuran bahan bakar 1,54butuh waktu 55 menit, dengan bahan bakarukuran 1,84 mm butuh waktu 50 menit dan 40menit dengan bahan bakar 2,17 mm yangmerupakan waktu tercepat. adalah 40 menit,yaitu pada ukuran sekam padi ukuran 2,17mm.

0

50

100

150

200

250

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Tem

pera

tur (

°C)

Waktu (menit)

Perbandingan Temperatur Rata-rata Dalam Reaksi Pada3 Variasi Ukuran Sekam Padi

Temperaturrata-ratadalam reaksipada sekampadi ukuran1,54 mm




1292

Gambar 4.Temperatur pendidihan air pada 3 variasi ukuran bahan bakar 1,54 mm, 1,84 mm, dan2,17 mm

Data dari pengamatan temperatur airdigunakan untk menghitung kalor yangdikonversi dari bahan bakar gas denganmenghitung kalor sensibel dan kalor laten.Kalor laten dihitung dengan menggunakanpenurunan air saat dipanaskan sebagai asumsibagian air yang berubah menjadi uap. Nilaikalor total pembakaran dapat dilihat padatabel 1 Dari tabel didapatkan gas dari sekampadi ukuran 1,54 mm menghasilkan kalor1870,083 kJ,sedangkan pada sekam padiukuran 1,84 mm jumlah kalornya sebesar1621,837 kJ dan pada sekam padi ukuran 2,17mm menghasilkan kalor sebesar 1554,167 kJ.Jadi dari ketiga variasi ukuran sekam padiyang memiliki kalor adalah pada sekam padiukuran 1,54 mm dengan kalor sebesar1870,083 kJ. Ukuran bahan bakar yang lebihkecil menyebabkan jumlah bahan bakar yangterkonversi menjadi lebih besar sehingga akanmenghasilkan gas yang lebih besar. Hal iniselaras dengan hasil yang didapatkan olehNajib dan Darsopuspito dimana ukuran bahanbakar akan menaikkan kualitas syngas yangdihasilkan.

Tabel 1 Nilai Kalor Hasil Pembakaran

Ukuran (mm) Jumlah Kalor

1,54 1870,083

1,84 1621,837

2,17 1554,167

5. KESIMPULANPengujian pengaruh ukuran bahan

bakar terhadap gas hasil gasifikasi denganreaktor bubbling fluidized bed gasifierdenganukuran diameter 464,38 mm dan tinggi1368,5 mm dan jenis distributornossel.ukuran bahan bakar yang digunakansekam padi dengan ukuran 1,54 mm, 1,84 mmdan 2,17 mm. Berdasarkan analisa danpembahasan data hasil pengujian pengaruhukuran bahan bakar terhadap kerja padareaktor fluidized bed gasifier didapatkesimpulan sebagai berikut :a) Semakin besar ukuran partikel maka

semakin besar pula kecepatan minimumfluidisasinya.

b) Ukuran bahan bakar akan berpengaruhterhadap temperatur reaktor dan jumlah

0

20

40

60

80

100

120

0 10 20 30 40 50 60

Tem

pera

tur (

°C)

Waktu (menit)

Perbandingan temperatur pendidihan air pada 3 variasiukuran sekam padi

Temperaturpendidihan airpada sekampadi ukuran1,54 mm




1293

kalor yang dihasilkan oleh gas hasilgasifikasi dimana jumlah kalor terbesardihasilkan bahan bakar dengan ukuran1,54 mm dengan kalor yang dihasilkansejumlah 1870,083 kJ yang dilakukanpada pengujian dengan menggunakansekam padi ukuran 1,54 mm.

6. DAFTAR PUSTAKA[1] M. Siedlecki, W. de Jong, and A. H. M.

Verkooijen, 2011, ‘Fluidized bedgasification as a mature andreliable technology for theproduction of bio-syngas andapplied in the production ofliquid transportation fuels-areview’, Energies, vol. 4, no. 3,pp. 389–434.

[2] K. Göransson, U. Söderlind, and W.Zhang, 2011, ‘Experimental teston a novel dual fluidised bedbiomass gasifier for syntheticfuel production’, Fuel, vol. 90,no. 4, pp. 1340–1349.

[3] D. Kunii and O. Levenspiel, 1991,Fluidization Engineering,secondedition,Butterworth—HeinemannSeries in Chemical Engineering,

Boston.

[4] Aklis. N. , Riyadi. M.A., Rosyadi. G,Cahyanto. W.T., ‘StudiEksperimen Konversi Biomassamenjadi SynGas Pada ReaktorBubbling Fluidized BedGasifier’, Seminar NasionalRekayasa Teknologi Industri danInformasi (Retii ke-10), 19Desember 2015, Yogyakarta,Indonesia, pp. 973–978, 2015

[5] Najib, L. dan Darsopuspito.S, 2012,Karakterisasi Proses GasifikasiBiomassa Tempurung KelapaSist. Downdraft Kontinyu denganVariasi Perbandingan Udar.Bakar dan Ukuran Biomassa,Jurnal Teknik ITS, vol. 1, no. 1,pp. 12–15, 2012.

[6] Aklis. N. , Cahyanto. W.T.,Riyadi.M.A., Rosyadi. G, ‘PengaruhUkuran Partikel Bed TerhadapSyngas Yang DihasilkanBubbling Fluidized Bed Gasifier, 3rdUrecol , 9 Februari 2016,Kudus, Indonesia, pp. 86–93,2016.


1294

PENGARUH UKURAN BAHAN BAKAR TERHADAP...

Documents

Transcript of PENGARUH UKURAN BAHAN BAKAR TERHADAP...