SKRIPSI

PERFORMANSI CO-GASIFIKASI DOWNDRAFT

DENGAN VARIASI KOMPOSISI

BAHAN BAKAR TEMPURUNG KELAPA DAN BATU BARA

Oleh :

PUTU SIANDYANA

NIM : 1119351014

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK PROGRAM NONREGULER

UNIVERSITAS UDAYANA

2015

KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN

UNIVERSITAS UDAYANA

FAKULTAS TEKNIK PROGRAM NONREGULER

JURUSAN TEKNIK MESIN Kampus Denpasar Telp/Faks: 0361-246163, Email; mesin@me.unud.ac.id

LEMBAR PENGESAHAN

PERFORMANSI CO-GASIFIKASI DOWNDRAFT

DENGAN VARIASI KOMPOSISI

BAHAN BAKAR TEMPURUNG KELAPA DAN BATU BARA

Skripsi Ini Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Menyelesaikan Studi Strata Satu

dan Memperoleh Gelar Sarjana di Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Program Non Reguler Universitas Udayana

Oleh:

Nama : Putu Siandyana

NIM : 1119351014

Konsentrasi : Konversi Energi

Telah Diuji Dalam Ujian Skripsi

Hari/Tanggal : Jumat, 14 Agustus 2015

Telah Disahkan Oleh:

Pembimbing I Pembimbing II

(Prof.I Nyoman Suprapta Winaya,ST,MASc,Ph.D) (I Gusti Ngurah Putu Tenaya,ST,MT)

NIP. 19691231 199412 1 001 NIP. 19680726 199603 1 001

Mengetahui,

Ketua Jurusan Teknik Mesin

FT Program Non Reguler Unud

(Prof.I Nyoman Suprapta Winaya,ST,MASc,Ph.D)

NIP. 19691231 199412 1 001

KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN

UNIVERSITAS UDAYANA

FAKULTAS TEKNIK PROGRAM NONREGULER

JURUSAN TEKNIK MESIN Kampus Denpasar Telp/Faks: 0361-246163, Email; mesin@me.unud.ac.id

LEMBAR PERSETUJUAN

PERFORMANSI CO-GASIFIKASI DOWNDRAFT

DENGAN VARIASI KOMPOSISI

BAHAN BAKAR TEMPURUNG KELAPA DAN BATU BARA

Skripsi Ini Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Menyelesaikan Studi Strata Satu

dan Memperoleh Gelar Sarjana di Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Program Non Reguler Universitas Udayana

Oleh:

Nama : Putu Siandyana

NIM : 1119351014

Konsentrasi : Konversi Energi

Telah Disetujui dan Diuji Dalam Ujian Skripsi

Hari/Tanggal : Jumat, 14 Agustus 2015

Pembimbing I Pembimbing II

(Prof.I Nyoman Suprapta Winaya,ST,MASc,Ph.D) (I Gusti Ngurah Putu Tenaya,ST,MT)

NIP. 19691231 199412 1 001 NIP. 19680726 199603 1 001

Penguji I Penguji II

(Dr. Ir. I Ketut Gede Wirawan,MT) (Ir. Hendra Wijaksana, MSc)

NIP. 19620228 198702 1 001 NIP. 19641230 199103 1 003

Dosen Penguji III

(Prof. Ir. Ngakan Putu Gede Suardana,MT.Ph.D)

NIP. 19640917 198903 1 002

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi ini tidak terdapat karya yang

pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanan di suatu Perguruan Tinggi dan

sepanjang pengetahuan saya, juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah

ditulis atau diterbitkan oleh orang lain. kecuali secara tertulis diacu dalam naskah ini

dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Bukit Jimbaran, 24 Agustus 2015

Mahasiswa

Putu Siandyana

NIM. 1119351014

PERFORMANSI CO-GASIFIKASI DOWNDRAFT DENGAN VARIASI

KOMPOSISI BAHAN BAKAR TEMPURUNG KELAPA DAN BATUBARA

Oleh : Putu Siandyana

Pembimbing : Prof. I Nyoman Suprapta Winaya,ST.MASc.Ph.D

I Gusti Ngurah Putu Tenaya,ST,MT

ABSTRAK

Teknologi co-gasifikasi merupakan salah satu teknologi alternative terbaik

untuk mengkonversi dua atau lebih bahan bakar padat (biomassa dan batubara)

menjadi gas yang mampu bakar secara proses termokimia. Tempurung kelapa adalah

biomassa yang dapat digunakan sebagai sumber energi ramah lingkungan, sedangkan

batubara adalah sumber energi fosil yang siap untuk menggantikan peran minyak

bumi.

Dalam penelitian ini dianalisis pengaruh variasi komposisi campuran bahan

bakar batubara dan tempurung kelapa terhadap performansi sistem downdraft.

Variasi komposisi campuran bahan bakar tempurung kelapa dan batubara yang

diterapkan adalah 20%:80%, 30%:70% dan 40%:60%. Temperatur operasi dalam

penelitian ini yang diharapkan adalah 600 0C.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa persentase variasi komposisi 40%:60%

(variasi III) menghasilkan performansi yang terbaik. Dimana hasil yang diperoleh

pada variasi III yaitu FCRa yang paling rendah = 1,56 kg/jam, dan efisiensi gasifikasi

yang paling tinggi = 33,3 %.

Kata Kunci : Co-gasifikasi, Tempurung Kelapa, Sistem Downdraft.

THE PERFORMANTION OF DOWNDRAFT CO-GASIFICATION WITH

FUEL COMPOSITION VARIATION OF COCONUT SHELL AND COAL

Author : Putu Siandyana

Guidence : Prof. I Nyoman Suprapta Winaya,ST.MASc.Ph.D

I Gusti Ngurah Putu Tenaya,ST,MT

ABSTRACT

Co-gasification technology is one of the best alternative technology for

converting two or more solid fuels (biomass and coal) into a gas capable of

combustion in a thermochemical process. Coconut shell is biomass that can be used

as an environmentally friendly energy source, while coal is a fossil energy source

that is ready to replace petroleum.

In this study analyzed the effect of variations in the composition of the fuel

mix of coal and coconut shells to system performance downdraft. Variation of fuel

mixture composition of coconut shell and coal are applied is 20%: 80%, 30%: 70%

and 40%: 60%. Operating temperatures are expected in this study was 600 0C.

The results showed that the percentage of variation of the composition of

40%: 60% (variations III) to produce the best performance. There the results in

variation III, lowest FCRa = 1,56 kg / hr, the highest efficiency of the gasification =

33,3 %.

Keywords: co-gasification, Coconut Shell, Downdraft System

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas

berkat rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “

PERFORMANSI CO-GASIFIKASI DOWNDRAFT DENGAN VARIASI

KOMPOSISI BAHAN BAKAR TEMPURUNG KELAPA DAN BATU BARA “

Dalam penyusunan skripsi ini penulis tidak sedikit mendapat bantuan dari

berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya

kepada :

1. Bapak Prof.I Nyoman Suprapta Winaya, ST, MASc, Ph.D, selaku Ketua

Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Udayana sekaligus

selaku Dosen Pembimbing I dalam penulisan skripsi ini.

2. Bapak I Gusti Ngurah Putu Tenaya,ST,MT, selaku Dosen Pembimbing II

dalam penulisan skripsi ini.

3. Bapak Prof. Ir. Ngakan Putu Gede Suardana, MT, Ph.D, selaku Dosen

Pembimbing Akademik.

4. Bapak Si Putu Gede Gunawan Tista,ST,MT, selaku Koordinator Tim

Penilai Usulan Skripsi.

5. Bapak/Ibu Dosen serta staf pegawai Jurusan Teknik Mesin, Fakultas

Teknik, Universitas Udayana.

6. Rekan-rekan Jurusan Teknik Mesin, keluarga dan semua pihak yang telah

membantu dalam penyelesaian skripsi ini.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini tentu jauh dari kesempurnaan mengingat

keterbatasan pengetahuan dan referensi yang penulis miliki. Oleh karena itu, kritik

dan saran yang sifatnya konstruktif sangat penulis harapkan dari berbagai pihak.

Sekali lagi penulis mengucapkan banyak terima kasih dan penulis mohon maaf

apabila ada kekurangan ataupun kesalahan dalam penulisan skripsi ini.

Bukit Jimbaran, Agustus 2015

Penulis

DAFTAR ISI

Halaman

LEMBAR PENGESAHAN …………………………………………………... i

LEMBAR PERSETUJUAN ………………………………………………….. ii

HALAMAN PERNYATAAN ……………………………………………… iii

ABSTRAKSI ………………………………………………………………….. iv

ABSTRACT …………………………………………………………………… v

KATA PENGANTAR ………………………………………………………… vi

DAFTAR ISI …………………………………………………………………... vii

DAFTAR GAMBAR ………………………………………………………….. x

DAFTAR TABEL …………………………………………………………….. xi

DAFTAR LAMPIRAN ……………………………………………………….. xii

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang …………………………………………………. 1

1.2 Rumusan Masalah ……………………………………………… 3

1.3 Batasan Masalah ……………………………………………….. 3

1.4 Tujuan Penelitian ………………………………………………. 3

1.5 Manfaat Penelitian ……………………………………………... 4

BAB II DASAR TEORI

2.1 Biomassa ……………………………………………………….. 5

2.1.1 Pengertian Biomassa …………………………………….. 5

2.1.2 Biomassa Tempurung Kelapa …………………………… 6

2.1.3 Produk Biomassa ……………………………………….. 7

2.2 Konversi Thermokimia dan Pengertian Gasifikasi Biomassa …. 8

2.2.1 Konversi Thermokimia ………………………………….. 8

2.2.2 Gasifikasi Biomassa ……………………………………... 8

2.2.3 Jenis-Jenis Gasifier ……………………………………… 11

2.2.4 Tingkatan Daerah Pembakaran Gasifikasi ……………… 13

2.2.5 Faktor yang mempengaruhi Proses Gasifikasi …………... 15

2.3 Parameter Penting Dalam Proses Gasifikasi ………………….. 17

2.4 Pembakaran Bahan Bakar ……………………………………... 20

2.4.1 Prinsip Pembakaran Bahan Bakar ………………………. 20

2.4.2 Nilai Pembakaran ……………………………………….. 21

2.4.3 Jumlah Udara Pembakaran …………………………… 22

2.5 Efisiensi Proses Gasifikasi …………………………………….. 23

2.6 Massa Jenis Biomassa …………………………………………. 24

2.7 Saringan (Filter) ……………………………………………….. 24

2.7.1 Saringan Udara …………………………………………... 24

2.7.2 Saringan Basah …………………………………………... 25

2.7.3 Saringan Sistem Gravitasi ……………………………….. 25

2.7.4 Cyclone Separator ………………………………………. 26

2.7.5 Prinsip Kerja Cyclone ………………………………… 27

2.8 Aliran Udara …………………………………………………… 28

2.8.1 Kecepatan Udara ………………………………………… 29

2.8.2 Manometer ………………………………………………. 29

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Lokasi Pengujian ………………………………….. 31

3.1.1 Lokasi Pengujian ………………………………………… 31

3.1.2 Lokasi Pembuatan Alat ………………………………….. 31

3.2 Variabel Pengujian ……………………………………………... 31

3.3 Rancangan Pengujian …………………………………………... 32

3.4 Rangkaian Alat dan Bahan Pengujian ………………………….. 35

3.5 Karakteristik Bahan Bakar ……………………………………... 36

3.6 Pengujian Analisis Proksimat dan Ultimat ……………………..

3.6.1 Pengujian Analisis Proksimat ………………………….

3.6.2 Pengujian Analisis Ultimat ………………………………

37

37

38

3.7 Pengujian Analisa Nilai Kalor dengan Menggunakan Bom

Kalorimeter ………………………………………………….....

40

3.8 Prosedur Pengujian ……………………………………………. 42

3.8.1 Tahap Persiapan ……………………………………….. 42

3.8.2 Tahap Pengujian ………………………………………..

3.8 Diagram Alir Pengujian ………………………………………..

42

44

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ……………………………………

4.1 Data Pengujian ………………………………………………..

4.1.1 Data Analisis Ultimat dan Proksimat ……………………

4.1.2 Data Pengujian Nilai Kalori …………………………….

4.1.3 Data Pengujian Variasi …………………………………

4.1.4 Data Hasil Pengujian Gas Gasifikasi …………………..

4.2 Pengolahan Data Hasil Pengujian ……………………………

4.2.1 Kebutuhan Udara Gasifikasi ……………………………

4.2.2 Menghitung Nilai Kalori ……………………………….

4.2.3 Menghitung FCRa (Fuel Consumption Rate) ……………

4.2.4 Menghitung AFRa (Air Fuel Rate) …………………….

4.2.5 Menghitung Kandungan Gas ………………………….

4.2.6 Efisiensi Bahan Bakar yang Tergasifikasi (η) ………..

4.3 Analisa Data Pengujian ………………………………………

4.3.1 Distribusi Temperatur Reaktor ………………………

4.3.2 Analisa Waktu Operasi, Waktu Mulai Menyala dan

Waktu Lama Penyalaan ……………………………….

4.3.3 Analisa Perbandingan FCRa ……………………………

4.3.4 Analisa Terhadap Gas Hasil Gasifikasi ……………….

4.3.5 Analisa Perbandingan Terhadap Efisiensi ………………

BAB V PENUTUP …………………………………………………………...

5.1 Kesimpulan ……………………………………………………..

5.2 Saran ……………………………………………………………

DAFTAR PUSTAKA …………………………………………………………

LAMPIRAN ……………………………………………………………………

45

45

45

45

46

47

48

48

52

53

54

55

57

61

61

65

66

66

68

69

69

69

70

72

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Tempurung Kelapa 6

Gambar 2.2 Grafik Batasan Konversi Thermokimia Biomassa ………….. 8

Gambar 2.3 Skema Gasifier Updraft, Downdraft dan Crossdraft ……….. 9

Gambar 2.4 Updraft Gasifier …………………………………………….. 11

Gambar 2.5 Crossdraft Gasifier ………………………………………….. 12

Gambar 2.6 Downdraft Gasifier …………………………………………. 12

Gambar 2.7 Saringan Basah ……………………………………………… 25

Gambar 2.8 Saringan Sistem Gravitasi …………………………………... 26

Gambar 2.9 Cyclone Separator ………………………………………….. 27

Gambar 2.10 Pengukuran Kecepatan Aliran Udara Dengan Pitot Tube ….. 28

Gambar 2.11 Manometer ………………………………………………….. 30

Gambar 3.1 Skematik Downdraft Gasifier ………………………………. 33

Gambar 3.2 Foto Alat Uji ………………………………………………… 34

Gambar 3.3 Dimensi Reaktor …………………………………………….. 34

Gambar 3.4 Batubara …………………………………………………….. 35

Gambar 3.5 Tempurung Kelapa ………………………………………….. 35

Gambar 3.6

Gambar 3.7

(a) CHN628 (b) 628 S (c) 628 O (d) TGA 701 (e)

Timbangan …………………………………………………...

(a) Pencetak Briket (b) Bomb Kalorimeter ……………..

40

42

Gambar 4.1 Grafik Distribusi Temperatur Untuk Variasi I ……………….. 62

Gambar 4.2 Grafik Distribusi Temperatur Untuk Variasi II ………..…….. 62

Gambar 4.3 Grafik Distribusi Temperatur Untuk Variasi III …………….... 63

Gambar 4.4 Grafik Perbandingan Temperatur Rata-Rata Reaktor ………. 64

Gambar 4.5 Grafik Perbandingan Waktu Operasi, Waktu Mulai Menyala

dan Waktu Penyalaan………………………………………. 65

Gambar 4.6 Grafik Perbandingan Terhadap FCRa ……………………… 66

Gambar 4.7 Grafik Perbandingan Persentase Kandungan Gas ………….. 67

Gambar 4.8 Grafik Perbandingan Terhadap Efisiensi Bahan Bakar (η) … 68

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Komposisi Tempurung Kelapa ……………………………… 7

Tabel 2.2 Kelebihan Dan Kekurangan Jenis Gasifier …………………. 10

Tabel 4.1 Data Analisa Proksimat ……………………………………. 45

Tabel 4.2 Data Analisis Ultimat ……………………………………… 45

Tabel 4.3 Data Bom Kalori Asam Benzoat …………………………… 46

Tabel 4.4 Data Bom Kalori Tempurung Kelapa dan Batubara ……….. 46

Tabel 4.5 Data Pengujian ……………………………………………… 46

Tabel 4.6 Data Hasil Pengujian Gas ………………………................... 47

Tabel 4.7 Data Nilai Abundence Udara Standar …………………….. 48

Tabel 4.8 Hasil Perhitungan Kebutuhan Udara ……………………….. 51

Tabel 4.9 Nilai Standarisasi …………………………………………… 52

Tabel 4.10 Hasil Perhitungan Nilai Kalor ……………………………… 53

Tabel 4.11 Hasil FCRa (Fuel Consumption Rate) ……………………… 54

Tabel 4.12 Hasil AFRa (Air Fuel Rate) ………………………………… 55

Tabel 4.13 Hasil Persentase Kandungan Gas ………………………….. 56

Tabel 4.14 Hasil Persentase Kandungan CO, CH4, H2 ………………… 57

Tabel 4.15 Hasil Suplai Gas N2 ……………………………………….. 58

Tabel 4.16 Hasil Total N ………………………………………………... 58

Tabel 4.17 Hasil Produksi N ……………………………………………. 58

Tabel 4.18 Hasil Energi Syngas CO ……………………………………. 59

Tabel 4.19 Hasil Energi Syngas H2 …………………………………….. 59

Tabel 4.20 Hasil Energi Syngas CH4 …………………………………… 60

Tabel 4.21 Hasil Total Eneri Syngas……………………………………. 60

Tabel 4.22 Hasil Energi Input ………………………………………….. 60

Tabel 4.23 Hasil Efisiensi ………………………………………………. 61

Tabel 4.24 Hasil Temperatur Rata-Rata ………………………………… 64

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1 Distribusi Temperatur Reaktor ……………………………… 72

Lampiran 2 Hasil Data Pengujian Gas Gasifikasi ……………………….. 83

Lampiran 3 Foto Penelitian ……………………………………………… 90