Studi Eksperimen Gasifikasi Pada Reaktor Fluidized Bed ...eprints.ums.ac.id/49697/2/1.Halaman...

TUGAS AKHIR

Studi Eksperimen Gasifikasi Pada Reaktor Fluidized Bed Dengan Bahan Bakar Ampas

Tebu

Tugas Akhir ini Disusun Untuk Memenuhi Syarat Untuk mendapatkan Gelar S1

Pada Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun oleh:

FERI RUDIYANTO

D 200 100 047

JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2017

vi

MOTTO

“Ya Tuhanku, tambahkanlah kepadaku ilmu pengetahuan.”

(Q.S Taha 114)

“Sesungguhnya Allah tidak akan mengubah keadaan suatu kaum sebelum

mereka mengubah diri mereka sendiri.”

(Q.S Ar’ra’d ayat 11)

vii

HALAMAN PERSEMBAHAN

Assalamu’alaikum Wr. Wb

Dengan penuh mengharap ridho Allah SWT, teriring perasaan

syukur dan sabar yang mendalam serta penghargaan yang tinggi, setelah

melewati berbagai ujian dalam perjuangan yang tak kenal lelah, Saya

mempersembahkan Tugas Akhir ini kepada :

1. Bapak dan Ibu yang dengan segala Do’a, bimbingan, pengertian,

perhatian, kasih sayang, kesabaran, keikhlasan dan

pengorbanannya yang sangat besar kepada saya dan kedua

kakak saya yang menjadi saudara yang senantiasa mendukung

dan memberikan semangat kepada saya untuk selalu senantiasa

berusaha sebaik mungkin.

2. Nur Aklis, ST., M. Eng. Selaku dosen pembimbing utama tugas

akhir yang telah bersedia menasehati, memberikan bimbingan,

catatan serta meluangkan waktu, tenaga, pikiran dan segala

perhatiannya kepada kami sehingga kami selalu bersemangat dan

termotivasi untuk dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan

baik. Kami minta maaf jika selama ini kami melakukan kesalahan

baik dalam bimbingan tugas akhir maupun yang lainnya.

3. Teman seperjuangan tugas akhir Ary Descesar Prasetya Wibawa,

terimakasih atas kerjasama dan bantuannya.

viii

4. Sahabatku (teman-teman angkatan 2010 teknik mesin yang selalu

kompak, dan saling menyemangati)

5. Pasukan tiyang kalem yang menjadi keluarga selama di Surakarta

yang senantiasa mengajarkan kesabaran, melatih ke ikhlasan,

rasa persaudaraan, solidaritas tanpa batas hanya berawal dari

Satria F150 (AD 2263 MR) dan (AD 5953 PI)

6. Dosen Universitas Muhammadiyah Surakarta, wabil khusus

Jurusan Teknik Mesin yang telah membimbing saya didalam

perkuliahan maupun yang lainnya.

Wassalamu’alaikum. Wr. Wb.

ix

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Wr. Wb

Sesungguhnya, segala puji hanyalah milik Allah, atas segala

rahmat dan karunia- Nya yang telah terlimpahkan kepada penulis,

sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Sholawat dan salam

semoga senantiasa tercurah kepada Nabi Muhammad SAW. Juga kepada

keluarga, para sahabat serta orang-orang yang setia mengikuti mereka

hingga hari akhir.

Tugas Akhir yang berjudul “STUDI EKSPERIMEN GASIFIKASI

PADA REAKTOR FLUIDIZED BED DENGAN BAHAN BAKAR AMPAS

TEBU” ini disusun untuk memenuhi persyaratan Sidang Sarjana S-1

pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah

Surakarta.

Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis banyak mendapat

bantuan dari berbagai pihak, pada kesempatan ini, penulis dengan penuh

keikhlasan hati ingin menyampaikan terima kasih kepada :

1. Bapak Ir. Sri Sunarjono, MT. Ph, D selaku Dekan Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta.

2. Bapak Tri Widodo Besar Riyadi, ST, M.Sc, Ph. D. selaku Ketua

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah

Surakarta.

3. Bapak Bibit Sugito, Ir, MT. selaku Pembimbing Akademik.

x

4. Dosen Jurusan Teknik Mesin beserta Staf Tata Usaha Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta.

5. Teman – teman angkatan 2010, 2011, 2012 dan seterusnya yang

sudah banyak membantu dan mendukung saya dalam perkuliahan

maupun yang lainnya selama di Universitas Muhammadiyah

Surakarta.

Akhir kata, penulis mohon maaf sebelum dan sesudahnya, jika

sekiranya terdapat kesalahan dan kekurangan dalam penulisan Tugas

Akhir ini, yang disebabkan adanya keterbatasan-keterbatasan antara lain

waktu, dana, literatur yang ada, dan pengetahuan yang penulis miliki.

Harapan penulis semoga laporan ini bermanfaat untuk pembaca.

Tugas Akhir ini semoga dapat bermanfaat khususnya bagi penulis

dan pihak lain yang membutuhkan, Amin ya Robbaallamin.

Wassalamu’alaikum. Wr. Wb.

Surakarta, januari 2017

Penulis

xi

STUDI EKSPERIMEN GASIFIKASI PADA REAKTOR FLUIDIZED BED DENGAN BAHAN BAKAR AMPAS TEBU

Feri Rudiyanto, Nur Aklis

Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A.Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura.

Email: [email protected]

ABSTRAKSI

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh ukuran

bahan bakar terhadap kinerja reaktor fluidized bed. Penelitian

dilakukan pada reaktor dengan ukuran diameter 454,38 mm dan

tinggi ruang bakar 908,50 mm. Pada penelitian ini menggunakan

variasi bahan bakar ampas tebu dengan ukuran 1,54 mm, 1,08 mm,

dan 0,708 mm. untuk satu kali proses pembakaran menggunakan

komposisi pasir silika 10 kg, 1 kg kapur, dan ampas tebu 5 kg. Data

yang diambil meliputi kecepatan minimum fluidisasi, temperatur

reaktor, lama reaksi, lamanya waktu untuk mendidihkan air

sebanyak 2 liter. Hasil penelitian menunjukkan bahwa ukuran

bahan bakar berpengaruh terhadap kecepatan minimum fluidisasi.

Temperatur reaktor rata-rata tertinggi 207 (ºC) Waktu tercepat

untuk mendidihkan air sebanyak 2 liter adalah 33 menit. pada

pengujian yang menggunakan ampas tebu ukuran 1,54 mm.

Jumlah kalor terbesar yang dihasilkan yaitu 2051,765 kJ yang

dilakukan pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar

ampas tebu ukuran 0,708 mm. Lama reaksi tercepat yaitu 45 menit

yang dilakukan pada pengujian dengan menggunakan variasi

ampas tebu ukuran 1,54 mm.

Kata kunci: Ampas tebu, Fluidized bed Gasifier, Ukuran Bahan Bakar.

mailto:[email protected]

xii

EXSPERIMENTAL STUDY GASIFICATION REACTOR FLUIDIZED BED WITH FUEL BAGGASE

Feri Rudiyanto, Nur Aklis

Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A.Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura.

Email: [email protected]

ABSTRACT

The aims of the research is to determine the effect of fuel particle size on

the performance of fluidized bed reactor. The research was permormed on

reactor with a diameter of 454.38 mm and 908.5 mm combustion chamber

high. The study used bagasse fuel with the variation of size 1.54 mm,

1.08mm, 0.708 mm and particles bed is silica sand used with the size of

0.54 mm. The combustion process for a once use 10 kg silica sand, chalk

1 kg, and bagasse 5 kg. The data are taken contained of the minimum

speed of fluidization, reactor temperature, time of reaction, the length of

time to boil the water by as much as 2 liters. The examination showed that

the size of the fuel affects the speed of minimum fluidization. The average

reactor temperature high of 207 (ºc). Fastest time to boil water as much as

2 liters is 33 minutes. on an examination by using bagasse size 1.54 mm.

Greatest amount of heat is generated that is 2051.765 kJ conducted on

the examination using bagasse fuel size 0.708 mm. Fastest time of

reaction is 45 minute conducted on the examination by using a variation

bagasse size of 1.54 mm

Keywords: Bagasse, Fluidized Bed Gasifier, The Size Of The Fuel

mailto:[email protected]

xiii

DAFTAR ISI

Halaman Judul ............................................................................. i

Pernyataan Keaslian Tugas Akhir ................................................ ii

Halaman Persetujuan .................................................................. iii

Halaman Pengesahan ................................................................. iv

Lembar Soal Tugas Akhir ............................................................ v

Motto ............................................................................................ vi

Halaman Persembahan ............................................................... vii

Kata Pengantar ............................................................................ viii

Abstraksi ...................................................................................... xi

Abstrack ....................................................................................... xii

Daftar Isi ...................................................................................... xiii

Daftar Gambar ............................................................................. xvi

Daftar Tabel ................................................................................. xviii

Daftar Simbol ............................................................................... xix

BAB I PENDAHULUAN

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

1.2 Perumusan Masalah ...................................................... 4

1.3 Batasan Masalah ........................................................... 4

1.4 Tujuan Penelitian ........................................................... 4

1.5 Manfaat Penelitian ......................................................... 5

1.6 Metode Penelitian .......................................................... 5

1.7 Sistematika Penulisan ................................................... 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Tinjauan Pustaka ........................................................... 7

2.2 Dasar Teori .................................................................... 10

2.2.1 EnergiI Biomassa ................................................. 10

2.2.2 Karakteristik Biomassa Ampas Tebu ................... 14

2.2.3 Gasifikasi .............................................................. 16

2.2.4 Jenis Jenis Reaktor .............................................. 16

xiv

2.2.5 Fluidisasi .............................................................. 20

2.2.6 Pengaruh Ukuran Partikel Terhadap

Kecepatan Minimum Fluidisasi ............................ 24

2.2.7 Bed Material ......................................................... 25

2.2.8 Kecepatan Minimum Fluidisasi ............................. 31

2.2.9 Kalor ..................................................................... 32

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Tahap Penelitian ............................................................ 34

3.1.1 Diagram Alir Penelitian ......................................... 34

3.1.2 Tahapan Penelitian .............................................. 35

3.2 Alat Dan Bahan ............................................................. 36

3.2.1 Alat ....................................................................... 36

3.2.2 Alat Pelengkap ..................................................... 39

3.2.3 Bahan ................................................................... 40

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Kecepatan Minimum Fluidisasi ...................................... 41

4.1.1 Kecepatan Minimum Fluidisasi Dengan Bahan Bakar

Ampas Tebu Berukuran 1,54mm .......................... 41

4.1.2 Kece patan Minimum Fluidisasi Dengan Bahan Bakar

Ampas Tebu Berukuran 1,08mm .......................... 42

4.1.3 Kecepatan Minimum Fluidisasi Dengan Bahan Bakar

Ampas Tebu Berukuran 0,708mm ........................ 43

4.1.4 Tabel Perbandingan Mecepatan Minimum Fluidisasi 44

4.2 Pembahasan Temperatur Reaktor ................................ 45

4.2.1 Temperatur Reaktor Pada Ampas Tebu

Ukuran 1,54mm ................................................... 45


Ukuran 1,08mm .................................................. 46


Ukuran 0,078mm ................................................ 47

4.2.4 Perbandingan Temperatur Reaktor Dari Ketiga

xv

Material Bed ....................................................... 48

4.2.5 Perbandingan Temperatur Rata-Rata Bahan Bakar

Pada Ketiga Variasi Ukuran Ampas Tebu ............ 49

4.2.6 Perbandingan Temperatur Pada Free Board ....... 50

4.3 Temperatur Panas Titik Api Pada Bahan Bakar

Ampas Tebu .................................................................. 51

4.3.1 Temperatur Panas Titik Api Pada Bahan Bakar

Ampas Tebu Ukuran 1,54mm ............................... 51


Ampas Tebu Ukuran 1,08mm ............................... 52


Ampas Tebu Ukuran 0,708mm ............................. 53

4.3.4 Perbandingan Lama Reaksi Pada Tiga Variasi Ukuran

Bahan Bakar Ampas Tebu .................................... 55

4.4 Temperatur Pendidihan Air ............................................ 56

4.4.1 Temperatur Pendidihan Air Dengan Bahan Bakar

Ukuran1,54mm ..................................................... 56


Ukuran 1,08mm .................................................... 57


Ukuran 0,708mm .................................................. 58

4.4.4 Perbandingan Kalor Gas Hasil Dari Gasifikasi ..... 59

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpualan .................................................................. 65

5.2 Saran ............................................................................. 66

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xvi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Reaktor Gasifikasi tipe Downdraft ............................ 16

Gambar 2.2 Reaktor Gasifikasi tipe Crossdraft ........................... 17

Gambar 2.3 Reaktor Gasifikasi tipe Updraft ................................ 18

Gambar 2.4 Bubbling Fluidized Bed Gasifire ............................... 19

Gambar 2.5 Circulating Fluidized Bed Gasifire ............................ 20

Gambar 2.6 Konsep dasar fluidisasi ............................................ 21

Gambar 2.7 Klasifikasi Jenis-Jenis Pasir ..................................... 26

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ............................................ 34

Gambar 3.2 Skema reaktor gasifikasi tipe fluidized bed Gasifier . 36

Gambar 4.1 Grafik kecepatan minimum fluidisasi dengan

bahan bakar ampas tebu ukuran 1,54mm ............ 41


Bahan bakar ampas tebu ukuran 1,08mm .................. 42


Bahan bakar ampas tebu ukuran 0,708mm ............ 43

Gambar 4.4 Grafik Rata-rata Temperatur Reaktor pada Ampas

Tebu Ukuran 1,54mm .................................................. 45

Gambar 4.5 grafik perbandingan reaktor pada Ampas

Tebu Ukuran 1,08mm .................................................. 46

Gambar 4.6 grafik perbandingan Temperatur Rata-rata

Reaktor Pada Ampas Tebu Ukuran 0,708mm ............. 47

Gambar 4.7 Grafik Perbandingan Temperatur Reaktor

Pada Material Bed yang Berbahan Bakar

Ampas Tebu ................................................................ 48

Grafik 4.8 grafik Perbandingan Temperatur Rata-rata

Bahan Bakar ......................................................... 49

garafik 4.9 Grafik perbandingan Temperatur pada

Free Board ............................................................ 50

xvii

Gambar 4.10 Grafik Temperatur Panas Titik Api Dengan

Bahan Bakar Ampas Tebu Ukuran 1,54mm ........... ....... 52

Gambar 4.11 Grafik Titik Panas Api Dengan Bahan Bakar

Ukuran 1.08mm ...................................................... ....... 53

Gambar 4.12 Temperatur Panas Titik Api Dengan Bahan Bakar

Ukuran 0,708mm .................................................... ....... 54

Gambar 4.13 Grafik Perbandingan lama reaksi pada Tiga Variasi

Ampas Tebu ........................................................... ....... 55

Gambar 4.14 Grafik Temperatur Titik Didih Air dengan Bahan bakar

Ampas Tebu Ukuran 1,54mm ................................. ....... 56

Gambar 4.15 Grafik Temperatur Titik Didih Air dengan Bahan Bakar

Ampas Tebu Ukuran 1,08mm ................................. ....... 57

Gambar 4.16 Grafik Temperatur Titik Didih Air dengan Bahan Bakar

Ampas Tebu Ukuran 0,708mm ............................... ....... 58

Gambar 4.17 Grafik Perbandingan Kalor Gas Hasil Gasifikasi dari ke

Tiga Variasi Ukuran Ampas Tebu ........................... ....... 59

xviii

DAFTAR TABEL

Tabel 1 Hasil Uji kandungan ampas tebu ...................... 15

Tabel 2 Hasil Uji kandungan ampas tebu ...................... 15

Tabel 3 Ukuran standar ayakan .................................... 30

Tabel 4 Perbandingan kecepatan minimum fluidisasi ... 44

Tabel 5 Perhitungan kalor sensibel air pada

bahan bakar ukuran 1,54mm ............................ 60


bahan bakar ukuran 1,08mm ............................ 61


bahan bakar ukuran 0,708mm .......................... 62

Tabel 8 Perhitungan kalor laten air ............................... 63

Tabel 9 Perhitungan kalor sensibel di jumlahkan

dengan kalor laten ............................................ 63

xix

DAFTAR SIMBOL

Simbol Satuan

Umf = Kecepatan minimum fluidisasi (m/s)

dp = Diameter partikel (meter)

ρf = Densitas udara (kg/m3)

g = Percepatan gravitasi (9,81 m/s2)

µ = Viskositas udara (Pa.s)

QS = Kalor sensibel air (Joule)

m = Massa air (kg)

cp = Kalor jenis air (kJ/kg °C)

ΔT = T2 – T1 (perubahan suhu) (°C)

QL = Kalor laten air (Joule)

muap = Massa uap air (kg)

hfg = Enthalpy penguapan (kJ/kg)

QT = Total kalor gas hasil gasifikasi (Joule)

Studi Eksperimen Gasifikasi Pada Reaktor Fluidized Bed ...eprints.ums.ac.id/49697/2/1.Halaman...

Documents

Transcript of Studi Eksperimen Gasifikasi Pada Reaktor Fluidized Bed ...eprints.ums.ac.id/49697/2/1.Halaman...