DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG FAKULTAS TEKNIKPROPOSAL SKRIPSI Nama NIM Prodi : Oktiva Dwi Cahyono : 5201405026 : Pend. Teknik Mesin

I.

JUDUL RANCANG BANGUN SIKLON SEBAGAI PENYARING PARTIKEL PADA GASIFIER SEKAM PADI DENGAN METODE PERRYS

II.

LATAR BELAKANG MASALAH Seiring dengan pesatnya kemajuan jaman perkembangan ilmu

pengetahuan dan teknologi juga berkembang dengan pesat. Indonesia sebagai negara berkembang juga harus aktif mengikuti perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi supaya sumber daya manusia dapat bersaing dengan negara lain. Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi di jaman sekarang ini menambah pula kebutuhan akan bahan bakar di dunia. Perkembangan ilmu dan teknologi akan memunculkan alat-alat yang menggunakan bahan bakar, dimana digunakan untuk memudahkan manusia untuk beraktifitas sehari-hari. Adanya permunculan alat-alat tersebut, maka dari tahun ketahun kebutuhan akan bahan bakar akan semakin besar juga.

1

Menurut pengertiannya bahan bakar adalah bahan-bahan yang digunakan dalam proses pembakaran. Bahan bakar dapat digolongkan menurut bentuknya, maka bahan bakar dibagi menjadi tiga bentuk, yaitu : bahan bakar padat, bahan bakar cair, dan bahan bakar gas. Dalam kehidupan sehari-hari bahan bakar yang sering kita gunakan adalah bahan bakar minyak dan gas. Dimana di jaman sekarang ini kebutuhan akan bahan bakar itu sangat besar. Bahan bakar minyak dan gas sendiri didapatkan dari tambang sehingga sering juga disebut dengan minyak bumi ataupun minyak mineral atau juga minyak tambang. Akibat kebutuhan akan minyak bumi sekarang ini sangat banyak, maka eksploitasi terhadap minyak bumi dilakukan secara besarbesaran. Keadaan yang seperti itu dikhawatirkan akan memacu terjadinya kelangkaan minyak bumi didunia, karena kita tahu sendiri minyak bumi akan habis bila diambil secara terus menerus dan membutuhkan proses yang lama untuk membuatnya lagi. Di jaman sekarang telah banyak ditemukan penemuan-penemuan tentang alat yang bisa membuat alternatif energi lain, misalnya energi matahari, energi biodiesel, atau energi hasil dari gasifikasi. Teknologi gasifikasi adalah suatu proses konversi berbagai bahan padat maupun cair menjadi bahan bakar gas menggunakan reaktor kimia berupa gasifier. Suatu gasifier tipe aliran ke bawah (downdraft gasifier) telah dikembangkan untuk proses gasifikasi limbah padat biomassa serbuk aren, sekam padi, ampas tebu, tongkol jagung, dan lain-lain. Negara kita ini banyak terdapat bahan baku sekam padi, dimana padi yang diolah menjadi nasi merupakan makanan pokok sebagian penduduk

2

negara ini. Melimpahnya bahan baku sekam padi yang dulunya kurang berharga, maka sekarang ini Fakultas Tenik UNNES mengembangkan teknologi gasifikasi sekam padi. Teknologi gasifikasi sekam padi yang terdapat di Fakultas Tenik UNNES mempunyai beberapa alat pendukung lainnya, diantaranya adalah siklon (cyclone). Siklon adalah alat yang berfungsi sebagai pemisah partikel dengan gas. Dalam alat tersebut siklon digunakan sebagai pemisah partikel hasil pembakaran gasifier, dimana hasil pembakaran yang kurang sempurna oleh gasifier akan disaring oleh siklon sehingga menjadi ramah lingkungan. Siklon yang telah dibuat oleh Fakultas Tenik UNNES sebelumnya kurang sempurna, karena masih banyak partikel kotoran hasil dari pembakaran gasifier yang tidak tersaring sehingga penyaringannya kurang maksimal. Akibatnya hasil dari gasifikasi sekam padi tersebut tidak ramah lingkungan. Berdasarkan uraian tersebut di atas, maka penelitian ini akan memfokuskan penelitian terhadap kinerja siklon untuk menyaring partikel kotoran sehingga hasil dari gasifikasi sekam padi lebih maksimal. Oleh karena itu peneliti mengambil judul Rancang Bangun Siklon Sebagai Penyaring Partikel Pada Gasifier Sekam Padi Dengan Metode Perrys. III. PENEGASAN ISTILAH Untuk memberikan kejelasan arti dan menghindari penafsiran yang salah pada istilah yang digunakan dalam judul ini maka diberikan batasan-batasan istilah yang ada hubungannya dengan judul skripsi, yaitu:

3

1. Siklon Siklon adalah sebuah wilayah atmosfir bertekanan rendah yang bercirikan pusaran angin yang berputar berlawanan dengan arah jarum jam di bumi belahan utara dan searah jarum jam di bumi belahan selatan (http://id.wikipedia.org/wiki/Siklon). Yang dimaksud dalam penelitian ini adalah gerakan berputar yang berlangsung terus-menerus untuk menyaring hasil pembakar sekam padi. 2. Partikel Partikel adalah objek yang sangat kecil dari suatu benda

(http://id.wikipedia.org/wiki/Partikel). Yang dimaksud dalam penelitian ini adalah bagian benda yang sangat kecil dari hasil pembakaran sekam padi. 3. Gasifier Gasifier adalah suatu alat termokimia yang menghasilkan gas kaya bahan bakar yang disebut gas produser yang terdiri dari CO, CH 4, H2 (Herri Susanto, 2005). Yang dimaksud dalam penelitian ini adalah alat yang berfunsi mengubah sekam padi menjadi bahan bakar gas. Rancang bangun siklon sebagai penyaring partikel pada gasifier sekam padi dengan metode Perrys yang dimaksud adalah perancangan dan pembuatan alat penyaring bagian benda yang sangat kecil dari hasil pembakaran sekam padi pada alat gasifikasi sekam padi yang nanti hasilnya menjadi gas yang kaya bahan bakar dengan menggunakan metode Perrys.

4

IV.

PERUMUSAN MASALAH Berdasarkan latar belakang diatas, maka peneliti merumuskan masalah sebagai berikut : 1. Bagaimana rancang bangun siklon dengan metode perrys untuk

menyaring partikel pada gasifier sekam padi? 2. Seberapa besar efisiensi rancang bangun siklon dengan metode

perrys sebagai penyaring partikel pada gasifier sekam padi? V. TUJUAN PENELITIAN Tujuan penelitian ini adalah : 1. Untuk merancang bangun siklon dengan metode perrys

sebagai penyaring partikel pada gasifier sekam padi. 2. Untuk mengetahui seberapa besar efisiensi rancang bangun

siklon dengan metode perrys sebagai penyaring partikel pada gasifier sekam padi. VI. MANFAAT PENELITIAN Manfaat yang diharapkan penelitian yang dilakukan mengenai rancang bangun siklon dengan metode perrys sebagai penyaring partikel pada gasifier sekam padi adalah : 1. Memberikan informasi kepada masyarakat banyak mengenai fungsi rancang bangun siklon dengan metode perrys sebagai penyaring partikel pada gasifier pada alat gasifikasi sekam padi, sehingga orang lain bisa mengetahui fungsi desain siklon sebagai penyaring partikel pada alat gasifikasi sekam padi.

5

2. Sebagai referensi bagi penelitian sejenis selanjutnya mengenai penelitian gasifikasi sekam padi. VII. SISTEMATIKA PENULISAN PROPOSAL Proposal ini terdiri dari 3 bagian utama, yaitu bagian pendahuluan, tinjauan pustaka dan metode penelitian. Bagian pertama adalah pendahuluan yang berisi tentang: latar belakang masalah, penegasan istilah, permasalahan, tujuan penelitian, manfaat penelitian, sistematika penulisan. Bagian kedua adalah tinjauan pustaka berisi tentang kajian teori yang mendasari penelitian dan hipotesis yang dibangun dalam penelitian ini. Bagian ketiga adalah metode penelitian yang berisi tentang desain penelitian, tempat penelitian, dan bahan penelitian. VIII. LANDASAN TEORI A. 1. Pengenalan Bahan Bakar Pengertian Bahan Bakar Bahan bakar adalah bahan-bahan yang digunakan dalam proses pembakaran. Tanpa adanya bahan bakar tersebut pembakaran tidak akan mungkin dapat berlangsung. Banyak sekali jenis bahan bakar yang kita kenal dalam kehidupan kita sehari-hari. Penggolongan ini dapat dibagi berdasarkan dari asalnya, bahan bakar dapat dibagi menjadi tiga golongan, yaitu : (1) bahan bakar nabati, (2) bahan bakar mineral, dan (3) bahan bakar fosil. Apabila dilihat dari bentuknya, maka bahan bakar dibagi menjadi tiga bentuk, yaitu : (1) bahan bakar padat, (2) bahan bakar cair, dan (3) bahan bakar gas.

6

2.

Pengertian Bahan Bakar Minyak Bahan bakar minyak adalah bahan bakar mineral cair yang diperoleh dari hasil tambang pengeboran sumur-sumur minyak, dan hasil kasar yang diperoleh disebut dengan minyak mentah atau crude oil. Hasil dari pengolahan minyak mentah ini akan menghasilkan bermacam bahan bakar yang memiliki kualitas berbeda-beda. Kebanyakan senyawa yang ditemukan dalam minyak bumi adalah gabungan dari hydrogen dan carbon. Materil-material ini disebut hidrokarbon. Senyawa lain yang ada seperti belerang, oksigen, dan nitrogen. Pengoperasian fisik dari kilang minyak seperti : penguapan, penggesekan, dan pendinginan untuk menentukan jenis hidrokarbon yang besar karena dalam material tersebut merupakan bagian yang penting dalam minyak.

3.

Cara Memperoleh Bahan Bakar Mineral Bahan bakar minyak mineral ini didapatkan dari tambang sehingga sering juga disebut sebagai minyak bumi ataupun minyak mineral atau juga minyak tambang. Bahan bakar mineral ini sangat penting artinya bagi kehidupan manusia, karena dunia memerlukan begitu banyak sehingga manusia mencarinya dimana-mana. Adanya kebutuhan yang banyak itu maka eksploitasi terhadap minyak bumi dilakukan secara besar-besaran. Keadaan yang seperti itu dikawatirkan akan memacu terjadinya kelangkaan minyak dunia. Teknologi modern tentang pengolahan minyak telah ditemukan dengan cara melakukan

7

penyulingan

terhadap

minyak

bumi.

Proses

dimulai

dengan

memasukan saluran pipa kedalam sumur galian yang didalamnya mengandung minyak, gas, dan air. Pipa tersebut kemudian

dihubungkan dengan menara destilasi, yang mana didalam menara itu minyak mentah dan gas alam akan diproses dengan temperatur yang tinggi agar mencair dan dapat dipisahkan menjadi jenis bahan bakar yang berbeda-beda. Kebutuhan minyak dunia yang semakin lama semakin banyak maka seluruh Negara di Dunia mencari alternatif energi lain yang bisa memenuhi kebutuhan akan bahan bakar minyak tersebut. Karena seperti yang kita ketahui bahwa minyak bumi yang terkandung dalam perut bumi ini jika diambil terus menerus akan habis, untuk memperbaharuinya pun membutuhkan waktu yang sangat lama. Dijaman sekarang ini telah banyak ditemukan penemuanpenemuan tentang alat yang bisa membuat alternatif energi lain, misalnya energi panas matahari, energi biodiesel, dan energi hasil gasifikasi. B. Tanaman Padi Gabah dikenal dengan nama latin oryza sativa adalah famili dari rumput rumputan (gramineae) merupakan salah satu bahan makanan dari biji-bijian tertua di dunia yang dikonsumsi sebagian manusia di dunia termasuk Indonesia. Untuk memproduksi gabah dibutuhkan sejumlah fosil

8

energi mulai dari energi pengolahan lahan, energi untuk pompanisasi, energi untuk panen dan proses paska panen. Data Biro Pusat Statistik tahun 2008 menunjukan bahwa produksi padi di Indonesia seluruhnya sekitar 55 juta ton padi. Dari total produksi padi tersebut, 50% nya diproduksi di Jawa Timur, Jawa Barat dan Jawa Tengah (Hambali, 2007). Di Jawa Tengah, sebagai produsen padi ketiga setelah Jawa Barat dan Jawa Timur dihasilkan padi sebanyak 8,5 juta ton atau ekivalen dengan 1,7 juta ton sekam padi setiap tahunnya. Total potensi sekam padi di Indonesia sendiri mencapai 13 juta ton per tahun (Kompas, 2003). 1. Nilai Ekonomis Sekam Padi Sekam padi sebagai hasil sampingan atau tempatnya limbah penggilingan mempunyai nilai ekonomis relative tergantung pada kondisi daerah masing-masing. Di daerah pengrajin batu bata sekam padi mempunyai nilai ekonomis yang cukup berarti karena dimanfaatkan sebagai pembakaran batu bata dicampur dengan batubara curah kalori rendah. Di daerah peternakan ayam baik ayam pedaging atau ayam petelor sekam padi juga mempunyai nilai ekonomis yang berarti karena diperlukan untuk chiken liter (alas kotoran ayam). Namun banyak dibeberapa daerah penghasil padi sekam padi merupakan suatu masalah, merupakan limbah yang untuk membuangnyapun memerlukan biaya.

9

2. Sisa Sekam Padi Untuk Energi Selebihnya dari penyerapan diatas, sekam padi dapat dikonversi menjadi energi yang cukup potensial. Tidak bicara tentang statistic nasional dan implementasi yang sulit dicapai, tetapi masalahnya bagaimana sekam padi dapat di implementasikan setempat/ regional minimal untuk mensubtitusi sebagian energi fosil/ BBM yang digunakan untuk memproduksi gabah itu sendiri. Sehingga dengan begitu berdampak langsung dengan pengurangan biaya produksi pertanian (menaikan pendapat petani) dan mengurangi biaya subsidi. 3. Sekam Padi Sebagai Sumber Energi Panas Beberapa Negara telah mulai mengembangkan dan

memanfaatkan sekam padi untuk energi, dari energi pedesaan (rural energy) sampai untuk energi pembangkit listrik. Pengembangan tersebut selain berdasarkan pertimbangan ekonomis, pertimbangan emisi karbon dikaitkan dengan odm. Protocol Kyoto dan isu perubahan iklim global, juga dengan prediksi kedepan bahan bakar fosil akan semakin mahal dan langka sehingga harus diupayakan pengembangan energi baru utamanya energi terbarukan (renewable energy). Dengan jumlah sekam padi ini sangat melimpah dan sampai sekarang hanya sejumlah kecil saja yang dimanfaatkan untuk pembakaran dan pembuatan batubata. Aktivitas lain pemanfaatan sekam padi adalah untuk membuat arang sekam untuk media tanaman. Bagaimanapun juga aktivitas untuk memproses sekam padi menjadi

10

bahan bakar alternatif melalui proses pirolisis lambat masih sangat terbatas dilakukan di Indonesia. Menurut (Gaur & Reed, 1998) dari analisis ultimate dan analisis proximate pada sekam padi (Tabel 1) terlihat bahwa sebagian besar sekam padi terdiri dari volatil. Dengan kadar volatil yang tinggi diharapkan dapat diperoleh gas dan cairan dari proses pirolisis dalam jumlah yang banyak. Kadar karbon dan kadar oksigen dalam sekam padi juga hampir berimbang sekitar 35-38%. Ini menunjukkan bahwa dalam minyak pirolisis nantinya akan mempunyai kadar oksigen dalam jumlah yang banyak. Kandungan belerang dalam sekam padi adalah nol. Akibatnya hasil pembakaran dari minyak pirolisis sekam padi akan lebih ramah lingkungan dibandingkan hasil pembakaran batubara. Zat silika yang terdapat dalam sekam padi mencapai 16,98% (Hambali, 2007). Nilai kalor dari sekam padi adalah sekitar 14,8 MJ/kg dan sedikit dibawah nilai kalor kayu (~ 17-20 MJ/kg). Tabel 1. Analisis proximate dan analisis ultimate dalam sekam padi (Gaur & Reed, 1998)C 36,74 analisis ultimate (%) H O N 5,51 42,55 0,28 S 0,55 analisis proximate (%) FC M abu volatile 20,4 11,7 14,8 53,1 HHV MJkg-1 15,7

Dengan menggunakan pirolisis, bahan bakar padat dapat diolah menjadi gas, cairan dan padatan. Teknologi pirolisis yang sederhana adalah pirolisis lambat. Sifat-sifat minyak pirolisis (bio oil) dari biomasa sangat bergantung pada jenis biomasa dan parameter operasi seperti temperature reaksi dan waktu tinggal biomasa dalam reaktor.

11

Pemanfaatan secara konvensional dari bio oil adalah sebagai bahan bakar untuk kompor minyak skala rumah tangga. Namun demikian, sebelum minyak tersebut dapat digunakan perlu dilakukan penelitian mengenai sifat-sifatnya. Diantara sifat-sifat utama dari bahan bakar adalah viskositas, nilai kalor, stabilitas, dan komposisi bahan penyusunnya. Selain itu, unjuk kerja dari kompor minyak skala rumah tangga dengan menggunakan minyak pirolisis juga perlu diteliti. C. Gasifikasi Sekam Padi Proses gasifikasi adalah suatu proses termokimia yang menghasilkan gas kaya bahan bakar yang disebut gas produser terdiri dari CO, CH 4, H2. Proses gasifikasi terdiri dari dua proses utama, yaitu proses pirolisis yang melepaskan komponen volatile dari bahan bakar pada temperatur di bawah 600oC (Herri Susanto, 2005). Produk samping dari tahap ini tidak diuapkan dan disebut arang. Pada tahap kedua proses gasifikasi, terjadi pereaksi antara karbon dengan udara/oksigen murni yang akan menghasilkan gas karbon monoksida (CO) dan hidrogen (H2) serta gas metan (CH4) sedikit hidrokarbon berantai lebih tinggi (etena, etana), air, nitrogen (apabila menggunakan udara sebagai oksidan), dan berbagai kontaminan seperti partikel arang, debu, tar, hidrokarbon rantai tinggi, alkali, amoniak, asam, dan senyawa-senyawa sejenisnya. Agar gas produser dapat digunakan oleh Genset maka unit gasifikasi harus dilengkapi beberapa peralatan penunjang sebagai berikut: 1. Siklon pemisah partikel kasar

12

2. Filter penyaring partikel halus 3. Pendingin gas 4. Pengendap air dan tar

hopper sekam padi feeder ulir motor listrik Pemantik Api pemanas awal blower udara

D1

siklon

tempat proses gasifikasi

H

D2 H0 pipa udara penyangga

Gambar 01. Gambar Gasifier Sekam Padi. 1. Reaktor gasifikasi Reaktor merupakan ruang pembakaran yang terdiri dari tabung silindris, isolator, grid dan tuyer. Untuk memudahkan proses desain, sifat fisis sekam padi harus ditentukan terlebih dahulu seperti ditunjukkan pada tabel 2.

Tabel 2. Sifat fisis sekam padi

13

Property Mean particle size (m) Apparent density (kg.m-3) Porosity Sphericity

Rice husk 856 522 0.81 0.44

Hasil penelitian gasifikasi biomassa sebelumnya (Natarajan dkk, 1998) menunjukkan bentuk dan ukuran reaktor sangatlah bervariasi. Penampang reaktor dapat berbentuk segiempat, bujursangkar atau silindris. Sedangkan diameter dalam berada pada rentang 150 mm 400 mm dan tinggi reaktor dapat mencapai 4,8 m.

Gambar 2. Grafik hubungan TDH dengan diameter dalam reaktor berdasar kecepatan fluidisasi Berdasar hasil penelitian di atas, ukuran diameter bagian dalam reaktor untuk zona fluidisasi ditentukan sebesar 200 mm. Dari data ini, tinggi reaktor dapat ditentukan melalui perhitungan parameter hidrodinamik yang meliputi kecepatan minimum fluidisasi, kecepatan maksimum fluidisasi, kecepatan fluidisasi selama gasifikasi, dan tinggi total reaktor. Penentuan tinggi total reaktor sangat dipengaruhi oleh

14

threshold disengaging height (TDH) seperti terlihat pada gambar 2. Hasil perhitungan selengkapnya ditunjukkan pada tabel 3. Tabel 3. Kecepatan fluidisasi dan tinggi reaktor Parameter Kecepatan minimum fluidisasi (m/s) Kecepatan maksimum fluidisasi (m/s) Kecepatan fluidisasi selama gasifikasi (m/s) Tinggi total reaktor (m) 2. Distributor udara Untuk mendistribusikan udara ke dalam reaktor digunakan plat distributor jenis tuyer yang terdiri dari plat dan nosel yang diletakkan secara vertikal. Lubang untuk saluran keluar udara (orifice) ditempatkan disisi-sisi nosel agar terdistribusi secara seragam ke dalam reaktor. Jenis ini dipilih karena mampu digunakan pada temperatur tinggi dan dapat mereduksi terjadinya aliran balik ke plenum. Tabel 4 merupakan hasil desain plat distributor. Tabel 4. Parameter hasil desain plat distributor udara Parameter Nilai Jumlah orifice pada tuyer 6 Tinggi minimum fluidisasi (m) 0,3 Pressure drop (kPa) 0,42 Diameter orifice (mm) 5 Diameter dalam tuyer (mm) 16 Kecepatan udara pada orifice (m/s) 21 Jumlah tuyer 16 Tinggi tuyer (mm) 20 3. Sistem pengumpan bahan bakar (fuel feeding system) Pengumpan bahan bakar digunakan untuk memasukkan sekam padi ke dalam reaktor. Sistem ini terdiri dari hopper sebagai tempat Hasil perhitungan 0,094 2,143 0,334 1,5 Nilai untuk desain 0,5 1,5

15

penyimpanan sekam padi dan ulir pengumpan pada bagian bawah hopper untuk mendorong bahan bakar masuk ke reaktor. Ulir pengumpan digerakkan dengan motor listrik 1 HP. Pengaturan kecepatan menggunakan puli dan rasio roda gigi untuk mendapatkan laju massa bahan bakar dalam gasifier sesuai perancangan. Perhitungan dimensi ulir didasarkan pada hubungan antara laju aliran sekam padi dengan diameter, pitch, tinggi pengisian, dan putaran ulir (Ramirez dkk, 2007). Hasil perhitungan selengkapnya ditunjukkan pada tabel 5. Tabel 5. Parameter hasil desain pengumpan bahan bakar Parameter Nilai Dimensi hopper (mm) 500 x 470 x 500 Feeding point (m) 0,6 Diameter luar ulir (inchi) 3 Diameter poros ulir (inchi) 1 Picth (inchi) 4 Tinggi pengisian (inchi) 7/8 Putaran poros (rpm) 20 4. Kesetimbangan massa dan equivalence ratio Untuk menghitung kesetimbangan massa, perlu diketahui sifat fisis dan kimia bahan bakar sekam padi yang digunakan. Sifat-sifat tersebut terangkum dalam tabel 6. Sedangkan energi pembakaran dalam persen volume ditunjukkan pada tabel 7 (Ramirez dkk, 2007). Tabel 6. Analisis proximate dan ultimate sekam padi Parameter Nilai (% berat) Moisture 10.09 Volatile matter 64.13 Fixed carbon 11.06 Ash 14.72 Carbon 37.75

16

Parameter Nilai (% berat) Hydrogen 4.97 Nitrogen 0.63 Oxygen 41.93 Berdasar data-data di atas, dapat dihitung aliran massa sekam padi, udara, residu karbon, dan laju massa gas yang dihasilkan serta equivalence ratio. Hasil perhitungan selengkapnya ditampilkan pada tabel 8. Tabel 7. Energi gas hasil pembakaran sekam padi Parameter Nilai (% vol) CO 12,0 H2 4,0 CH4 3,0 Tabel 8. Aliran massa gasifikasi sekam padi Parameter Nilai (kg/jam) Aliran massa sekam padi 30,03 Aliran massa udara 42,04 Aliran massa residu 7,27 Aliran massa gas yang dihasilkan 67,80 Equivalence ratio 0,27 D. Gaya Sentrifugal Dengan mengacu pada pustaka : Cuolson, ParticlebTechnology and Separation Prosesses, Volume 2,5 Coulson, Chem. Engg. Des., Volume 6 Kecepatan pengendapan partikel dalam gas dapat dipercepat jika gaya sentrifugal lebih besar dari gaya gravitasi. 1. Di dalam siklon, gas diumpankan secara tangensial ke

dalam vessel silinder dengan kecepatan sekitar 30 m/s.

17

2.

Padatan menabrak dinding , kemudian bergerak turun

terpisah dari arus gas dan terkumpul di bagian dasar vessel. 3. Gas bersih keluar pada bagian atas tengah vessel.

Separator ini sangat efektif jika gas berisi material yang sebagian besar berukuran kurang dari 10 mikron. Siklon paling banyak digunakan sebagai separator. Karena gerakan memutar gas dalam siklon yang muncul karena pemasukan tangensial dan tidak ada tambahan energi yang dimasukkan maka tidak ada vorteks. Ada beberapa kajian tentang flow pattern dalam siklon. Pengaruh dimensi siklon terhadap efisiensinya dipelajari melalui eksperimen oleh Stairmand. Dikatakan bahwa: 1. Gas bergerak secara spiral ke bawah sampai mendekati

pusat vessel, dan kemudian naik melalui pusat vessel ke bagian atas vessel. 2. Kecepatan tangensial gas muncul mendominasi sepanjang

vessel (Z), kecuali kondisi gas sangat turbulen. Kondisi turbulen terjadi jika diameter rotasi partikel = 0,4 diameter pipa gas keluar. 3. 4. Kecepatan radial bergerak ke dalam. Gaya-gaya yang bekerja pada partikel ada 2. Keduanya

arah radial dan berlawanan arah. Gaya sentrifugal cenderung melempar partikel ke dinding. Gaya friksi cenderung membawa padatan terbawa arus gas keluar. Gaya sentrifugal ditingkatkan

18

dengan memperbesar kecepatan tangensial, sedangkan gaya friksi ditingkatkan dengan memperbesar kecepatan radial. 5. Gaya-gaya itu fungsi dari diameter rotasi dan diameter

partikel. Ukuran partikel yang berbeda cenderung berotasi pada jarak dari pusat yang berbeda. a) Kecepatan Settling Sentrifugal Sebuah partikel bola berdiameter Dp, berotasi pada jari-jari = r, maka gaya sentrifugal seperti perilaku gerak partikel dalam fluida laminer / diam, tetapi gaya gravitasi diganti dengan gaya sentrifugal. ... (1)

Subsitusikan g dengan ac, maka : .. (2) r = jarak radial dari pusat rotasi, m, = kecepatan sudut, rad/s,

Vr = radial velocity Vr = kecepatan radial sama dengan kecepatan alir volumetrik dibagi luas penampang aliran pada jari-jari r. Dengan, = Vtan / r

19

............ (3) Vt = gravitasi terminal velocity = free settling velocity. Vtan= kecepatan tangensial berbanding terbalik dengan akar jari-jari, dan hasil eksperimen diperoleh : ... (4) Vtan 0 = nilainya mendekati sama dengan kecepatan gas masuk ( )

Maka, jika r (jari-jari rotasi) besar, maka Vt besar dan pemisahan padat-gas menjadi lebih mudah (Coulson). Jika diasumsikan sebuah partikel akan dipisahkan sehingga berotasi dengan d = 0,4 do atau r = 0,2 do (do = diameter gas keluar), maka : .... (5) Dengan, Vr = kecepatan radial sama dengan kecepatan alir volumetric dibagi luas penampang aliran pada jari-jari r. ..... (6) G = kecepatan alir masa; massa/waktu Z = tinggi siklon, G/ = kecepatan alir volumetric; volume/waktu Terminal settling velocity untuk partikel kecil :

20

...... (7)

Jika dinyatakan dalam luas penampang masuk (Ain) : .... (8)

.... (9)

Tampak bahwa, untuk G besar akan diperoleh vt besar, sehingga hanya partikel besar yang bisa terambil. Oleh karenanya, untuk kapasitas besar, lebih baik menggunakan sejumlah siklon secara parallel.

Gambar 3. Multi-tube cyclone separator

21

Gambar 4. Beberapa alternatif desain siklon (Courtesy of PSRI, Cicago). Hubungan efisiensi siklon dengan ukuran partikel :

Grafik 1. Hubungan efisiensi siklon dengan ukuran partikel

22

E.

Desain Siklon 1. Metode Stairmands Menurut Stairmand (1951) ada 2 tipe cyclone: a) High efficiency cyclone; Gambar 5 a. b) High gas rate cyclone; Gambar 5 b. Berdasarkan data percobaan, diperoleh kurva standar siklon

(hubungan efisiensi dengan ukuran padatan), seperti Grafik 2 a (High efficiency cyclone) dan Grafik 3 b ( High gas rate cyclone).

Pada grafik 2 digunakan untuk memprediksi ukuran siklon yang berukuran berbeda dengan siklon standar. a) Hubungan variabel perancangan dengan standar.

... (10)

= diameter partikel yang dipisahkan dalam kondisi standar, lihat dalam efisiensi alat pemisah partikel, grafik 2 (a) atau (b),

= rancangan diameter partikel yang akan dipisahkan, = diameter standar siklon 8 inci (203 mm),

= rancangan diameter siklon, mm, = standar kecepatan aliran : Untuk desain high efficiency cyclone = 223 m/h, Untuk desain high gas rate cyclone = 669 m/h,

23

= rancangan kecepatan aliran, = perbedaan densitas zat cair dan gas dalam kondisi standar = 2000 kg/m, = rancangan perbedaan densitas, = uji viskositas zat (udara dalam 1 atm, 20 C) = 0,018 mN s/m, = rancangan viskositas zat. Kisaran kecepatan inlet : 9 27 m/s kecepatan inlet optimum = 15 m/s

Gambar 5. Standar dimensi siklon (a) High efficiency cyclone (b) High gas rate cyclone.

24

Grafik 2. Kondisi standar (a) High efficiency cyclone (b) High gas rate cyclone.

Dalam perancangan, diambil efisiensi perancangan sama dengan efisiensi standar, seperti digambarkan dalam grafik 3

Grafik 3. Skala kurva performance b) Step-step perancangan siklon Step-step untuk perancangan pembuatan sebuah siklon :

25

1. Tentukan siklon, siklon efisiensi tinggi atau siklon kecepatan gas tinggi? 2. Tentukan distribusi ukuran padatan yang akan diproses. 3. Tentukan % efisiensi. 4. Tentukan jumlah siklon parallel. 5. Tentukan Dc untuk v = 15 m/s. Bandingkan Dc perancangan dengan Dc standar. Jika Dc perancangan terlalu besar maka kembali ke step 4. 6. Hitung skala faktor dan menyusun kurva skala. 7. Hitung % efisiensi. Jika tidak sesuai yang diinginkan kembali ke step 3. 8. Gambar siklon dan dimensinya. c) Menyusun skala kurva Asumsi Stairmand : d1 d1 Datad2 = , seperti grafik 3 d1

d2=d1x skala faktor Hasil perhitungan

Dihitung

Selanjutnya membuat skala kurva dengan titik-titik (d2, d1 ) d) Menghitung efisiensi total ... (11)

. (12)

... (13)

26

XFi Data

di Data

Hi = f (di; skala kurva) Baca grafik skala kurva

P.Xpi = i.F.XFi Dihitung P.Xpi

2. Metode Perrys a) Perbandingan siklon pemisah.

Gambar 6. Perbandingan siklon pemisah. b) Diameter partikel minimem yang dapat terendapkan dalam siklon. .... (14)

Dengan, = diameter partikel minimum teoritis yang dapat terendapkan, m, = kecepatan gas masuk, m/s; (range : 8-30 m/s : biasanya diambil 15 m/s), = jumlah putaran gas dalam siklon,

27

korelasi

dengan

: lihat grafik 4,

= lebar inlet; lihat gambar 6, = viskositas gas, kg/m.s, = densitas padatan, kg/m, f = densitas gas, kg/m.

Grafik 4. Hubungan

dengan kecepatan gas masuk.

Untuk mengetahui distribusi ukuran (dpi vs xi) yang terkumpul menggunakan korelasi grafik 5. Korelasi mengambil asumsi pastikel dengan ukuran dpi = Dp,th memiliki efisiensi 50%. vs efisiensi, seperti pada

28

Grafik 5. Single particle collection efficiency curve. (courtesy of PSRI, chicago). c) Step-step perancangan siklon menggunakan metode perrys Step-step perancangan pembuatan sebuah siklon : 1. Tentukan distribusi ukuran padatan yang akan diproses, 2. Tentukan % efisiensi yang diinginkan, 3. Tentukan jumlah siklon parallel, 4. Hitung Dc untuk Vin = 15 m/s, 5. Hitung Dp,th , 6. Hitung efisiensi, jika tidak sesuai dengan yang diinginkan kembali ke step 3, 7. Gambar siklon dan dimensinya. d) Menghitung efisiensi 1. Efisiensi single particle size. ........ (15)

dpi Data

Xfi Data Dihitung

i = Eo Baca grafik 5

P. Xpi = i. F. Xfi dihitung P. Xpi

2. total. ...... (15)

29

e) Tahap-tahap perancangan siklon

Data Awal Menentukan distribusi padatan. Tahap-tahap rancang bangun siklon, terdapat dalam diagram Menentukan effisiensi yang diinginkan. Menentukan jumlah siklon dibawah ini. Data kecepatan masuk siklon Karakteristik partikel (Ns, , ) dan gas

Menentukan Dimensi Menentukan Dc

Menghitung Effisiensi teoritis

No

ranncangan dibandingkan teoritis rancangan teoritis Yes Menggambar Geometri Siklon Membuat Alat dan Memasang Alat pada Gasifier

Experimen dan Pemngambilan Data

Menghitung Effisiensi Aktual

aktual dibandingkan teoritis aktual teoritis Yes Selesai

No

30

Diagram 1. Diagram tahap-tahap rancang bangun siklon. IX. METODE PENELITIAN Metode penelitian adalah suatu rancangan penelitian yang

memberikan arah bagi pelaksanaan diperlukan dapat terkumpul. A. Desain penelitian

penelitian sehingga data yang

Desain penelitian yang digunakan adalah eksplorasi. Penelitian eksplorasi adalah jenis penelitian yang bertujuan untuk menemukan sesuatu yang baru. Sesuatu yang baru itu dapat saja berupa pengelompokan suatu gejala, fakta, dan penyakit tertentu (Azwar S, 1998: 1). Khusus dalam penelitian ini adalah : 1. Merancang siklon dengan metode Perrys sebagai

penyaring partikel hasil pembakaran gasifier sekam padi. 2. Membuat siklon dengan metode Perrys sebagai penyaring

partikel hasil pembakaran gasifier sekam padi. 3. Mencari efisiensi hasil rancang bangun siklon dengan

metode Perrys sebagai penyaring partikel hasil pembakaran gasifier sekam padi. B. Tempat

Penelitian ini dilakukan Di Laboratorium Teknik Mesin, Fakultas Teknik UNNES

31

C. Bahan penelitianBahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah perancangan siklon gasifier.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim, (http://id.wikipedia.org/wiki/Siklon)

---------, (http://id.wikipedia.org/wiki/Partikel) ---------,(http://distantina.staff.uns.ac.id/files/2009/08/2-centrifugal-separator.pdf) ---------, 2003.www.kompas.com Asep. 2007. Produksi Gabah 2008 Tumbuh 5 Persen, Media Indonesia, 5 Nopember 2007. Azwar S. 1998. Metode Penelitian. Edisi 1. Yogyakarta. Pustaka Pelajar Offset. Gaur, S., & Reed, T. (1998). Thermal Data for Natural and Synthetic Fuels. Marcel Dekker. Herri Susanto, Teknologi Gasifikasi Salah Solusi Krisis Energi. Leaflet Gasifikasi. Hambali, E. M. 2007. Produksi Padi dan Palawija. Natarajan, E., Nordin, A., dan Rao, A.N. (1998). An overview of combustion and Gasification of rice husk fluidize bed reactor. Journal of Biomass and Bioenergy, Vol 14, pp 533-546 Ramirez, J.J., Martinez, J.D., dan Petro, S.L. (2007). Basic Design of Fluidized Bed Gasifier for Rice Husk on A Pilot Scale. Latin American Applied Research, Vol 37, pp 299-306.

32

KETERANGAN

(1) Rumus kecepatan radial. (2) Rumus kecepatan radial dengan menyubsitusikan g dengan ac. (3) Rumus perbandingan kecepatan radial dengan kecepatan alir volumetric dibagi luas penanmpang aliran pada jari-jari. (4) Rumus perbandingan kecepatan tangensial dengan akar jari-jari. (5) Rumus perbandingan kecepatan tangensial dengan pemisahan padat-gas. (6) Rumus perbandingan kecepatan radial dengan kecepatan volumetric dibagi dengan luas penampang aliran pada jari-jari. (7) Rumus kecepatan radial untuk partikel kecil. (8) Rumus perbandingan kecepatan tangensial dengan luas penampang masuk. (9) Rumus hubungan variable perancangan dengan standar. (10) Rumus efisiensi. (11) Rumus efisiensi total. (12) Rumus efisiensi single particle size. (13) Rumus diameter partikel minimum teoritis yang dapat terendapkan. (14) Rumus efisiensi single particle size. (15) Rumus efisiensi total.

33

34