SKRIPSI

VARIASI CAMPURAN BAHAN BAKAR BATUBARA DAN LIMBAH

BAMBU TERHADAP PERFORMANSI CO-GASIFIKASI

SIRKULASI FLUIDIZED BED

OLEH :

PUTU HENDRA YULIARTHANA

NIM : 1319351014

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK (NON REGULER)

UNIVERSITAS UDAYANA

2015

iii

VARIASI CAMPURAN BAHAN BAKAR BATUBARA DAN LIMBAH BAMBU

TERHADAP PERFORMANSI CO-GASIFIKASI

SIRKULASI FLUIDIZED BED

Oleh : Putu Hendra Yuliarthana

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

A.A.I.A.Sri Komaladewi, ST, MT

ABSTRAK

Teknologi co-gasifikasi sirkulasi fluidized bed merupakan salah satu teknologi

alternative terbaik untuk mengkonversi dua atau lebih bahan bakar padat (biomassa dan

batubara) menjadi gas yang mampu bakar secara termokimia dalam sebuah reaktor.

Limbah bambu adalah biomassa yang dapat digunakan sebagai sumber energi ramah

lingkungan, sedangkan batubara adalah sumber energi fosil yang siap untuk

menggantikan peran minyak bumi.

Reaktor Gasifikasi Sirkulasi Fluidized Bed yang digunakan untuk penelitian

berdiameter 68 cm dan tinggi 162 cm serta dengan bahan plat stainless steel Sc 20.

Variasi komposisi campuran bahan bakar limbah bambu dan batubara yang diterapkan

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

adalah 600 0C.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa persentase komposisi limbah bambu yang

lebih besar pada campuran bahan bakar (variasi III) menghasilkan performansi yang

terbaik. Dimana hasil yang diperoleh pada variasi III yaitu FCRa = 97,282 kg/jam, Gas

mampu bakar = 14,44%, efisiensi gasifikasi = 46,90% dan distribusi temperatur pada

T1 = 465oC, T2 = 462

oC, T3 = 446

oC, T4 = 422

oC.

Kata Kunci : Co-gasifikasi, limbah bambu, Sirkulasi Fluidized Bed.

iv

VARIATIONS IN FUEL MIXTURE OF COAL AND WASTE BAMBOO

TO THE PERFORMANCE OF CO-GASIFICATION

CIRCULATING FLUIDIZED BED

Author : Putu Hendra Yuliarthana

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

A.A.I.A.Sri Komaladewi, ST, MT

ABSTRACT

Co-gasification circulating fluidized bed technology which is one of the best

alternative technologies to convert two or more solid fuels (biomass and coal) became

the gas capable burned with thermochemistry in a reactor. Bamboo waste is biomass

that can be used as an environmentally friendly energy source, while coal is the most

effective fossil energy source to replace petroleum.

Circulation Fluidized Bed reactor used for the research had 68 cm diameter

with 162 cm height and with 20 sc stainless steel plate. Variation of coal and bamboo

waste mixture that is applied is 40%:60%, 30%:70% and 20%:80%. Operating

temperature in this research was 600 0C.

The results showed that the percentage composition of bamboo waste greater on

fuel mixture (variations III) produced the best performance. Result of variations III was

the value of FCRa (fuel consumption rate actual) = 97,282 kg/hour, the gas capable

burned=14,44%, efficiency of the gasification = 46,90% and distribution of

temperature at T1 = 465oC, T2 = 462

oC, T3 = 446

oC, T4 = 422

oC

Keywords: Co-gasification, bamboo waste, Circulating Fluidized Bed

v

KATA PENGANTAR

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

rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Variasi Campuran

Bahan Bakar Batubara dan Limbah Bambu Terhadap Performansi Co-Gasifikasi

Sirkulasi Fluidized Bed”

Dalam penyusunan skripsi ini penulis banyak 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 dan juga selaku

Dosen Pembimbing I dalam penulisan skripsi ini.

2. Ibu A.A.I.A. Sri Komaladewi, ST, MT., selaku Dosen Pembimbing II dalam

penulisan skripsi ini.

3. Bapak I Gusti Agung Kade Suriadi, ST, MT, selaku Dosen Pembimbing

Akademik.

4. Bapak I Made Agus Putrawan, ST.,MT., selaku asisten Dosen Pembimbing I

yang sangat membantu dalam penyelesaian skripsi ini.

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

Mesin Universitas Udayana.

6. Semua pihak dan kawan-kawan Jurusan Teknik Mesin yang telah membantu

dalam penyelesaian skripsi.

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.

Denpasar, Juli 2015

Penulis

vi

DAFTAR ISI

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

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

ABSTRAK ............................................................................................................... iii

KATA PENGANTAR ............................................................................................. v

DAFTAR ISI ............................................................................................................ vi

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................... ix

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

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

BAB I PENDAHULUAN ........................................................................................ 1

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

1.2 Rumusan Masalah .................................................................................... 3

1.3 Batasan Penelitian .................................................................................... 3

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

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

BAB II DASAR TEORI ........................................................................................ 5

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

2.1.1 Kandungan dalam Biomassa........................................................... 5

2.1.2 Biomassa Bambu………………..…………………………… ...... 6

2.1.3 Produk Biomassa ............................................................................ 11

2.2 Batubara ................................................................................................... 12

2.2.1 Pengertian Batubara ........................................................................ 12

2.2.2 Klasifikasi Batubara........................................................................ 13

2.2.3 Karakteristik Batubara .................................................................... 14

2.3 Analisa Komposisi Bahan Bakar ............................................................. 15

2.3.1 Analisa Proksimat .......................................................................... 15

2.3.2 Analisa Ultimat .............................................................................. 16

2.3.3 Analisa Nilai Kalor ........................................................................ 16

2.4 Pasir Silika………………………………………………………….. ...... 17

2.5 Fluidisasi .................................................................................................. 18

2.5.1 Jenis-Jenis Fluidisasi ..................................................................... 18

vii

2.5.2 Rumus-Rumus Umum Fluidisasi ................................................... 20

2.6 Gasifikasi ..................................................................................................21

2.6.1 Jenis-Jenis Gasifikasi .................................................................... 22

2.6.2 Tahapan Proses Gasifikasi ........................................................... 24

2.6.3 Faktor yang Mempengaruhi Proses Gasifikasi ............................ 27

2.6.4 Parameter–Parameter Penting dalam Proses Gasifikasi .............. 29

2.6.5 Efisiensi Gasifikasi ...................................................................... 32

2.6.6 Perhitungan Kandungan Gas Hasil Gasifikasi ............................. 33

BAB III METODE PENELITIAN ................................................................... 35

3.1 Lokasi Penelitian .................................................................................... 35

3.2 Variabel Penelitian .................................................................................. 35

3.2.1 Variabel Bebas .............................................................................. 35

3.2.2 Variabel Terikat ............................................................................ 35

3.3 Pengujian Karakterisasi Bahan Bakar .................................................... 36

3.3.1 Bahan dan Alat Pengujian .............................................................. 36

3.3.2 Pengujian Analisis Proksimat, Ultimat dan Nilai Kalor ............... 37

3.4 Bahan dan Alat Penelitian ....................................................................... 41

3.4.1 Bahan yang Diperlukan ................................................................. 41

3.4.2 Alat yang Digunakan ..................................................................... 43

3.5 Instalasi Penelitian ................................................................................... 47

3.6 Prosedur Penelitian .................................................................................. 48

3.6.1 Tahap Persiapan ............................................................................ 48

3.6.2 Tahap Pengujian ............................................................................ 49

3.7 Diagram Alir Penelitian ........................................................................... 51

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................... 52

4.1 Data Pengujian Awal ............................................................................... 52

4.1.1 Hasil Analisa Prokimat dan Ultimat Limbah Bahan Bakar ...... 52

4.1.2 Hasil Analisa Nilai Kalor Bahan Bakar .................................... 52

4.2 Kebutuhan Udara Gasifikasi Limbah bambu dan Batubara .................... 53

4.2.1 Kebutuhan Udara Untuk Gasifikasi Limbah bambu ................. 54

4.2.2 Kebutuhan Udara Untuk Gasifikasi Batubara ........................... 55

4.2.3 Air Fuel Rate (AFR) Kebutuhan Udara .................................... 57

4.3 Kecepatan Minimum Fluidisasi (Umf) .................................................... 58

viii

4.4 Data Hasil Penelitian .............................................................................. 61

4.5 Data Pengujian Gas Hasil Gasifikasi ....................................................... 61

4.6 Pengolahan Data Hasil Penelitian ...................................................... 63

4.6.1 Perhitungan Fuel Consumtion Rate Actual (FCRa) ............. 63

4.6.2 Perhitungan Air Fuel Rate Actual (AFRa) ............................ 64

4.6.3 Distribusi Temperatur Reaktor ............................................. 65

4.6.4 Perhitungan Gas Gasifikasi .................................................. 67

4.6.5 Perhitungan Efisiensi Gasifikasi (η) .................................... 70

4.7 Analisis Data Penelitian ..................................................................... 73

4.7.1 Analisis Perbandingan Variasi Komposisi

Bahan Bakar Terhadap FCRa ................................................. 73

4.7.2 Analisis Variasi Komposisi Bahan Bakar

Terhadap Gas Mampu Bakar Hasil Gasifikasi ...................... 73

4.7.3 Analisis Perbandingan Variasi Campuran

Bahan Bakar terhadap Efisiensi ............................................. 75

BAB V PENUTUP ............................................................................................. 76

5.1 Kesimpulan ........................................................................................ 76

5.2 Saran .................................................................................................... 76

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 77

LAMPIRAN ...................................................................................................... 79

ix

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Limbah Bambu dari Sarana Persembahyangan di Pemelisan Sesetan ..... 11

Gambar 2.2 Batubara ..................................................................................................... 13

Gambar 2.3 Jenis-jenis Batubara .................................................................................... 13

Gambar 2.4 Pasir Silika ................................................................................................. 18

Gambar 2.5 Skema Bubbling Fluidization ..................................................................... 19

Gambar 2.6 Skema Reaktor Circulated Fulidized Bed .................................................. 20

Gambar 2.7 Gasifikasi .................................................................................................... 22

Gambar 2.8 Updraft Gasifier ......................................................................................... 23

Gambar 2.9 Tahapan-Tahapan Proses Gasifikasi ......................................................... 25

Gambar 3.1 Peralatan Pengujian Karakteristik Bahan bakar (a)CHN628 (b)628 S

(c) 628 O (d) TGA 701 (e) Timbangan (f) Bom Kalorimeter .................. 37

Gambar 3.2 Potongan Limbah Bambu .......................................................................... 42

Gambar 3.3 Batubara .................................................................................................... 42

Gambar 3.4 Pasir Silika .................................................................................................. 42

Gambar 3.5 Reaktor ....................................................................................................... 43

Gambar 3.6 Fuel Feeder ................................................................................................ 43

Gambar 3.7 Unit Cyclone Pada Reaktor Gasifikasi ....................................................... 44

Gambar 3.8 Posisi Termokopel ...................................................................................... 44

Gambar 3.9 Burner ......................................................................................................... 44

Gambar 3.10 Plat Distributor ......................................................................................... 45

Gambar 3.11 Gear Ratio ................................................................................................ 45

Gambar 3.12 Dinamo Motor ......................................................................................... 45

Gambar 3.13 Unit Blower ............................................................................................. 46

Gambar 3.14 Kaca Pengamat Pembakaran .................................................................. 46

Gambar. 3.15 Water Tank .............................................................................................. 46

Gambar 3.16 Komponen Isolator pada Reaktor Gasifikasi .......................................... 47

Gambar 3.17 Co-gasifikasi Sirkulasi Fluidized Bed Gasifier

(a) Tampak Depan (b) Tampak Samping.................................................. 48

Gambar 3.18 Diagram Alir Penelitian ......................................................................... 51

x

Gambar 4.1 Grafik Distribusi Temperatur pada Variasi I .......................................... 65

Gambar 4.2 Grafik Perbandingan Variasi Komposisi Bahan

Bakar Terhadap Temperatur Rata-Rata Reaktor ...................................... 67

Gambar 4.3 Grafik Perbandingan Variasi Komposisi Bahan Bakar

Terhadap FCR Actual .............................................................................. 73

Gambar 4.4 Grafik Perbandingan Variasi Campuran Bahan Bakar

Terhadap Persentase Kandungan Gas Mampu Bakar ............................. 74

Gambar 4.5 Grafik Perbandingan Variasi Campuran Bahan Bakar

Terhadap Efisiensi Gasifikasi (η) ........................................................... 75

xi

DAFTAR TABEL

Table 2.1 Analisa Ultimat Biomassa .............................................................................. 6

Tabel 2.2 Sifat Fisis dan Mekanis Bambu ..................................................................... 10

Tabel 2.3 Analisa Kimia Bambu .................................................................................... 10

Tabel 2.4 Analisis Proksimat dan Ultimat Batubara ..................................................... 14

Tabel 2.5 Higher Heating Value (HHV) dan Lower Heating Value (LHV)

Gas mampu Bakar ......................................................................................... 33

Tabel 3.1 Persentase Perbandingan Massa Limbah Bambu dan Batubara .................... 49

Tabel 4.1 Hasil Analisa Proksimat Limbah bambu dan Batubara ................................ 52

Tabel 4.2 Hasil Analisa Ultimat Limbah Bambu dan Batubara .................................... 52

Tabel 4.3 Hasil Pengujian Benzoid Acid ...................................................................... 53

Tabel 4.4 Hasil Pengujian Analisa Nilai Kalor Limbah Bambu dan Batubara ............ 53

Tabel 4.5 Kebutuhan Udara Gasifikasi Batubara dan Limbah Bambu ......................... 57

Tabel 4.6 AFR Kebutuhan Udara .................................................................................. 58

Tabel 4.7 Data Hasil Penelitian .................................................................................... 61

Tabel 4.8 Data hasil Pengujian Gas Gasifikasi dan Udara Standar ............................. 62

Tabel 4.9 FCR Aktual dari Masing-Masing Variasi Komposisi

Campuran Bahan Bakar .............................................................................. 64

Tabel 4.10 AFR Aktual dari Masing-Masing Variasi Komposisi

Campuran Bahan Bakar .............................................................................. 65

Tabel 4.11 Temperatur Rata-Rata Reaktor .................................................................. 66

Tabel 4.12 Persentase Kandungan Gas Hasil Gasifikasi ............................................. 69

Tabel 4.13 Kandungan Gas Mampu Bakar yang Dihasilkan ....................................... 70

Tabel 4.14 Jumlah Gas Nitrogen yang Diproduksi ...................................................... 71

Tabel 4.15 Total Energi Output dari Gas Mampu Bakar ............................................. 72

Tabel 4.16 Total Energi Input dari Bahan Bakar yang Digunakan ............................... 72

Tabel 4.17 Efisiensi Gas Hasil Gasifikasi ..................................................................... 72

xii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Foto Penelitian ........................................................................................ 79

Lampiran 2 Hasil Data Pengujian Gas Gasifikasi ...................................................... 80

Lampiran 3 Distribusi Temperatur Reaktor ............................................................... 84

Lampiran 4 Lembar Asistensi ...................................................................................... 102

Lampiran 5 Surat Pernyataan ...................................................................................... 106

Lampiran 6 SK Pembimbing ....................................................................................... 107