UJi

UJI KINERJA ALAT GASIFIKASI DOWNDRAFT TIPE BEULP TERHADAP KINERJA MESIN LISTRIKFlorian Wullur (100316018)

1. Pendahuluan

0. Latar belakang

Ketergantungan manusia akan kebutuhan bahan bakar yang berasal dari fosil dari tahun ke tahun semakin meningkat, sedangkan ketersediaannya semakin berkurang atau menipis. Hal ini disebabkan karena pertambahan penduduk, kemajuan teknologi dan peningkatan konsumsi energi di dunia. Peningkatan kebutuhan konsumsi energi tersebut tidak diiringi dengan kestabilan harga dan pasokan energi yang mencukupi, oleh sebab itu perlu dicari berbagai inovasi untuk mendapatkan sumber energi selain dari energi yang berasal dari fosil. Berbagai pengembangan energi alternatif telah dilakukan diantaranya biodiesel, bioetanol, biogas, dan lainya. Teknologi dengan memanfaatkan biomassa merupakan salah satu cara untuk mengatasi krisis energi tersebut. Biomassa merupakan salah satu bentuk energi terbarukan yang tersedia dalam jumlah besar. Sumber biomassa terbesar biasanya berasal dari limbah pertanian diantaranya tandan kosong kelapa sawit, sekam, tongkol jagung dan limbah pengolahan hasil perkebunan.Secara umum teknologi konversi biomassa menjadi bahan bakar dapat dibedakan menjadi tiga yaitu pembakaran langsung, konversi termokimiawi dan konversi biokimiawi. Pembakaran langsung merupakan teknologi yang paling sederhana karena pada umumnya biomassa telah dapat langsung dibakar. Beberapa biomassa perlu dikeringkan terlebih dahulu dan didensifikasi untuk kepraktisan dalam penggunaan. Konversi termokimiawi merupakan teknologi yang memerlukan perlakuan thermal untuk memacu terjadinya reaksi kimia dalam menghasilkan bahan bakar. Sedangkan konversi biokimiawi merupakan teknologi konversi yang menggunakan bantuan mikroba dalam menghasilkan bahan bakar (Susanto, 2008).Teknologi gasifikasi biomassa merupakan suatu bentuk konversi energy yang terkandung di dalam biomassa. Proses gasifikasi berlangsung di dalam suatu reaktor yang disebut gasifier. Pada alat ini bahan bakar biomassa diurai di dalam reaktor (ruang bakar) dengan udara terbatas. Dengan kata lain, proses gasifikasi biomassa merupakan proses pembakaran tidak sempurna bahan baku padat biomassa, melibatkan reaksi antara oksigen secara terbatas dengan bahan bakar padat berupa biomassa. Uap air dan karbon dioksida hasil pembakaran direduksi menjadi gas yang mudah terbakar, yaitu karbon monoksida (CO), hidrogen (H2) dan methan (CH4). Gas gas produksi ini disebut synthetic gas atau syngas.Salah satu jenis gasifier yang sederhana dan banyak digunakan adalah jenis downdraft gasifier. Adanya pergerakan udara dan bahan bakar menyebabkan biomassa mengalami serangkaian proses yaitu proses pengeringan, pirolisis, gasifikasi dan pembakaran. Keuntungan penggunaan reaktor gasifikasi dengan tipe downdraft adalah gas yang dihasilkan lebih bersih dibandingkan tipe lainnya. Gasifier tipe downdraf dapat diaplikasikan untuk pembangkitan daya, seperti daya listrik atau mesin (Purnomo, 2012).Pertumbuhan konsumsi listrik Indonesia mencapai sekitar 14%/tahun sebelum krisis, termasuk sangat tinggi dibandingkan dengan laju rata-rata pertumbuhan konsumsi listrik Asia 7,4%/tahun dan Dunia 3,6%/tahun. Kecenderungan konsumsi energi listrik yang meningkat itu dan adanya fakta penurunan suplai energy yang berasal dari minyak bumi menuntut pengembangan teknologi baru guna memanfaatkan sumber energy alternative [Akmal, F., 2004]. Salah satu teknologi konversi bahan bakar non konvensional dan terbarukan adalah sistem gasifikasi dengan bahan bakar limbah biomassa dari pertanian, perkebunan dan kehutanan. Secara umum, gasifikasi melibatkan 4 tahapan proses berupa drying, pirolisis, oksidasi parsial dan reduksi. Drying merupakan proses penguapan kandungan air didalam biomassa melalui pemberian panas pada interval suhu 100~300C. Drying dilanjutkan dengan dekomposisi termal kandungan volatile matter berupa gas dan menyisakan arang karbon, dimana proses ini biasa disebut pirolisis. Pirolisis merupakan proses eksoterm yang melepas sejumlah panas pada interval suhu 300~900C. Selanjutnya sisa arang karbon akan mengalami proses oksidasi parsial, dimana proses ini merupakan proses eksoterm yang melepas panas pada interval suhu diatas 900C. Panas yang dilepas dari oksidasi parsial ini digunakan untuk mengatasi kebutuhan panas dari reaksi reduksi endotermis dan untuk memecah hidrokarbon yang telah terbentuk selama proses pirolisis. Proses reduksi gas CO2 dan H2O ini terjadi pada interval suhu 400~900C. Reduksi gas CO2 melalui reaksi kesetimbangan Boudouard equilibrium reaction dan reduksi gas H2O melalui reaksi kesetimbangan water-gas reaction, dimana reaksi-reaksi tersebut secara dominan dipengaruhi oleh suhu dan tekanan [Sudarmanta, B., 2010]. Pemilihan reactor gasifikasi jenis down-draft didasarkan pada rendahnya kandungan tar yang dihasilkan dibandingkan jenis updraft. Hal ini dikarenakan bahwa kandungan tar hasil pirolisis terbawa bersama gas dan kemudian masuk ke dalam proses oksidasi parsial yang mencapai suhu hingga 900C, dimana pada suhu tersebut kandungan tar dimungkinkan dapat terurai menjadi senyawa yang lebih ringan. Gas hasil gasifikasi system

0. Tujuan PenelitianPenelitian ini bertujuan untuk mengetahui uji alat gasifikasi terhadap kinerja motor/mesin listrik.

0. Manfaat penelitianPenelitian ini diharapkan dapat memberi informasi bagi masyarakat khususnya para petani bahwa kita dapat menggunakan limbah hasil pertanian menjadi sebuah energy yang terbaruhkan

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

2.1 BiomassaDefinisi biomassa merupakan hal terpenting dalam memahami pengertian gasifikasi biomassa. Biomassa di definisikan sebagai bagian dari tumbuhan yang dapat digunakan sebagai bahan bakar padat atau dapat diubah dalam bentuk cair (biofuel) atau juga bentuk gas (biogas) untuk menghasilkan energy. Berbagai jenis biomassa yang telah digunakan sebagai bahan gasifikasi adalah kayu, kertas, tandan kosong kelapa sawit, sekam padi, dan bonggol jagung.

Prinsip Dasar Gasifikasi BiomassaProses gasifikasi merupakan proses pembakaran parsial bahan baku padat, melibatkan reaksi antara oksigen dengan bahan bakar padat. Uap air dan karbon dioksida hasil pembakaran direduksi menjadi gas yang mudah terbakar, yaitu karbon monoksida (CO), hidrogen (H2) dan methan (CH4). mCaHbOc

mCaHbOc + nH2O wH2 + xCH4 + yCO + zCO2 (1)

Bahan bakar gasifikasi dapat berupa material padatan berkarbon biasanya biomassa (kayu atau limbah berselulosa) atau batubara. Semua senyawa organic mengandung atom karbon (C), hidrogen (H) dan oksigen (O), dalam wujud molekul komplek yang bervariasi. Tujuan dari gasifikasi adalah untuk memutuskan ikatan dari molekul komplek ini menjadi gas yang sederhana yaitu Hidrogen dan karbon monoksida (H2 dan CO). Kedua gas ini merupakan gas yang mudah terbakar serta memiliki kerapatan energi dan densitas. Keduanya merupakan gas yang sangat bersih dan hanya memerlukan satu atom oksigen untuk dibakar menghasilkan karbon dioksida dan air (CO2, H2O). Inilah yang menyebabkan pembakaran yang melalui proses gasifikasi memiliki emisi yang snagat bersih. Dalam prosesnya, gasifikasi merupakan rangkaian proses termal hingga terbentuk gas. Pembakaran tidak sempurna sangat kotor dan buruk. Tujuan dari gasifikasi adalah untuk mengendalikan proses termal secara terpisah yang tercampur dalam proses pembakaran sederhana dan diatur sehingga menghasilkan produk yang diinginkan. Gasifikasi terdiri dari empat tahapan terpisah: pengeringan, pirolisis, oksidasi/pembakaran dan reduksi. Keempat tahapan ini terjadi secara alamiah dalam proses pembakaran. Dalam gasifikasi keempat tahapan ini dilalui secara terpisah sedemikian hingga dapat menginterupsi api dan mempertahankan gas dari gasifikasi adalah untuk mengendalikan proses termal secara terpisah yang biasanya tercampur dalam proses pembakaran sederhana dan diatur sehingga menghasilkan produk yang diinginkan.Gasifikasi terdiri dari empat tahapan terpisah: pengeringan, pirolisis, oksidasi/pembakaran dan reduksi. Keempat tahapan ini terjadi secara alamiah dalam proses pembakaran. Dalam gasifikasi keempat tahapan ini dilalui secara terpisah sedemikian hingga dapat menginterupsi api dan mempertahankan gas mudah terbakar tersebut dalam bentuk gas serta mengalirkan produk gasnya ke tempat lain. Salah satu cara untuk mengetahui proses yang berlangsung pada gasifier jenis ini adalah dengan mengetahui rentang temperatur masing-masing proses, yaitu:- Pengeringan: T > 150 C- Pirolisis/Devolatilisasi: 150 < T < 700 C- Oksidasi/pembakaran: 700 < T < 1500 C- Reduksi: 800 < T < 1000

Gambar.1 Reaksi gasifikasi pada gasifier downdraftProses pengeringan, pirolisis, dan reduksi bersifat menyerap panas (endotermik),sedangkan proses oksidasi bersifat melepas panas (eksotermik).

1. PengeringanPada pengeringan, kandungan air pada bahan bakar padat diuapkan oleh panas yang diserap dari proses oksidasi. Panas yang berasal dari bawah akan memanaskan biomass hingga diatas 100 oC sehingga kandungan air akan menguap.2. PirolisisPada pirolisis, pemisahan volatile matters (uap air, cairan organik, dan gas yang tidak terkondensasi) dari arang atau padatan karbon bahan bakar juga menggunakan panas yang diserap dari proses oksidasi. Pirolisis atau devolatilisasi disebut juga sebagai gasifikasi parsial. Suatu rangkaian proses fisik dan kimia terjadi selama proses pirolisis yang dimulai secara lambat pada T 700 C. Komposisi produk yang tersusun merupakan fungsi temperatur, tekanan, dan komposisi gas selama pirolisis berlangsung. Proses pirolisis dimulai pada temperatur sekitar 230 C, ketika komponen yang tidak stabil secara termal, seperti lignin pada biomassa dan volatile matters pada batubara, pecah dan menguap bersamaan dengan komponen lainnya. Produk cair yang menguap mengandung tar dan PAH (polyaromatic hydrocarbon). Produk pirolisis umumnya terdiri dari tiga jenis, yaitu gas ringan (H2, CO, CO2, H2O, dan CH4), tar, dan arang. Pirolisis selulosa endotermik pada temperature kurang dari 400-450 C dan kemudian menjadi esotermik pada temperature diatasnya, ditunjukkan dengan reaksi berikut (Klass, 1998).

CO + 3H2 CH4 + H2O 226 kJ/gmol (2)CO + 2H2 CH3OH 105 kJ/gmol (3)0,17C6H10O5 C + 0,85H2O 80 kJ/gmol (4)CO + H2O CO2 + H2 42 kJ/gmol (5)(C6H10O5 merepresentasikan monomer selulosa)

3. Oksidasi (Pembakaran)Pembakaran mengoksidasi kandungan karbon dan hidrogen yang terdapat pada bahan bakar dengan reaksi eksotermik, sedangkan gasifikasi mereduksi hasil pembakaran menjadi gas bakar dengan reaksi endotermik. Oksidasi atau pembakaran arang merupakan reaksi terpenting yang terjadi di dalam gasifier. Proses ini menyediakan seluruh energi panas yang dibutuhkan pada reaksi endotermik. Oksigen yang dipasok ke dalam gasifier bereaksi dengan substansi yang mudah terbakar. Hasil reaksi tersebut adalah CO2 dan H2O yang secara berurutan direduksi ketika kontak dengan arang yang diproduksi pada pirolisis. Reaksi yang terjadi pada proses pembakaran adalah:C + O2 CO2 + 393.77 kJ/mol (6)Reaksi pembakaran lain yang berlangsung adalah oksidasi hidrogen yangterkandung dalam bahan bakar membentuk kukus. Reaksi yang terjadi adalah:

H2 + O2 H2O + 742 kJ/mol H2 (7)

4. Reduksi (Gasifikasi)Reduksi atau gasifikasi melibatkan suatu rangkaian reaksi endotermik yang disokong oleh panas yang diproduksi dari reaksi pembakaran. Produk yang dihasilkan pada proses ini adalah gas bakar, seperti H2, CO, dan CH4. Reaksi berikut ini merupakan empat reaksi yang umum telibat pada gasifikasi.

C + H2O H2 + CO (8)CO2 + C 2CO (9)CO + H2O CO2 + H2 (10)C + 2H2 CH4(11)Gasifikasi adalah proses dekomposisi termal untuk membentuk gas-produk yaitu karbon monoksida, hidrogen, metana, karbon dioksida, dan air pada suhu sekitar 600-1000 C.Jenis Reaktor Gasifikasi Biomassa

Gasifier unggun tetap (Fixed bed gasifier) menggunakan sejumlah bahan padat dimana udara dan gas dapat lewat baik ke atas maupun ke bawah. Jenis ini merupakan tipe yang paling sederhana dan hanya digunakan untuk aplikasi dalam skala kecil. Yang termasuk dari jenis ini adalah up, down dan cross draft gasifier. Down-draft gasifier dikembangkan untuk merubah bahan bakar volatile (kayu, biomassa) menjadi gas dengan kandungan tar rendah. Up-draft gasifier umum digunakan untuk gasifikasi batubara dan bahan bakar non-volatil seperti arang batu-bara. Namun demikian, karena tingginya kandungan tar-nya (5-20%) membuatnya tidak praktis untuk bahan bakar motor. Cross-draft gasifier merupakan gasifier yang paling sederhana dan paling ringan. Sedangkan gasifier unggun terfluidakan (fluidized bed gasifier) lebih umum digunakan untuk skala besar dan gasifier yang menggunakan partikel yang relatif kecil. Dalam hal ini udara dialirkan dengan kecepatan tinggi sehingga bisa mengangkat partikel padatan. Gasifier suspensi partikel (suspended particle gasifier) menggerakkansuspensi menuju tungku panas, menyebabkan terjadinya pirolisis, pembakaran dan reduksi. Tipe ini hanya digunakan untuk gasifiksi skala besar. Untuk selanjutnya hanya akan dijelaskan lebih rinci mengenai gasifier unggun tetap (kros, up dan downdraft).

Downdraft GasifierBagian atas dari silinder gasifier diisi bahan bakar yang selama operasi, setiap beberapa jam diisi dan diposisikan tertutup ketika beroperasi. Penutup ini bjuga difungsikan sebagai keran pengaman (safety valve) untuk mengantisipasi terjadinya ledakan. Kira-kira sepertiga bagian dari atas, terdapat nozel untuk mengalirkn udara ke biomassa yang siap di gasifikasi. Biasanya nozelnya berjumlah ganjil dan dihubungkan dengan distributor. Distributor ini juga terhubung dengan udara luar untuk menyediakan udara yg cukup untuk pembakaran. Biasanya juga terdapat lubang untuk pembakaran awal dalam memulai proses gasifikasi.Selama operasi, udara yang masuk membakar dan mempiralisa sebagian bahan bakar, sebagian besar tar dan minyak, dan sebagain arang yang mengisi gasifier dibawah nozel. Sebagian besar padatan dikonversi menjadi biomassa di zona pembakaran ini karena biomassa mengandung sekitar 80% senyawa volatil. Gasifier memiliki sifat pengaturan mandiri. Jika arang tidak cukup, pada bagian nozel, lebih banyak kayu yang akan terbakar dan terpirolisa untuk menghasilkan lebih banyak arang. Jika arang terlalu banyak pada kondisi pengisian penuh, jumlah char meningkat sekitar nozel sehingga menghambat udara masuk dan pada akhirnya mengurangi jumlah arang. Begitulah zona reaksi dikendalikan pada bagian nozel.Dibawah nozel udara merupakan zona reduksi, yang merupakan bagian inti gasifier. Biasanya bagian ini berbentuk V, namun model terbaru ada juga yang berbentuk datar. Peningkatan kualitas isolasi di bagian ini akan menurunkan produksi tar dan peningkatan efesiensi operasi. Gas CO2 dan H2O yang dihasilkan di zona pirolisis dan pembakaran mengalir melalui arang ini dimana terjadi reduksi parsial membentuk gas CO dan H2. Proses ini menyebabkan pendinginan gas karena sebagian panas dirubah menjadi energi kimia. Proses ini menghilangkan sebagian besar arang/kokas dan meningkatkan kualitas dari singas. Ujung-ujungnya arang/kokas dilarutkan oleh gas ini dan dipecah-pecah menjadi partikel kecil kemudian dipisahkan di siklon. Tar yang tidak terbakar pada nozel dapat terpecah lebih lanjut pada kokas panas. Abu kokas bias menyumbat unggun kokas dan mengurangi aliran gas sehingga harus dibersihkan. Umumnya gasifier dilengkapi grate yang bisa di getar-getarkan untuk membersihkan gasifier dari penyumbatan oleh abu.

DESAIN GASIFIERDesain dari gasifikasi selain reaktor juga melibatkan perlengkapan pendukungnya, sistem yang perlu di desain pada perancangan gasifier adalah: Reaktor gasifier Sistem pengontrolan biomassa Sistem feeding Sistem pembersihan Gas Pembuangan debu dan materi residu lainnyaTARTar merupakan salah satu hasil dari proses gasifikasi yang juga merupakan hambatan terbesar dalam gasifikasi berupa cairan hitam dengan kekentalan tinggi, masalah yang dapat ditimbulkan Tar adalah: menghambat aliran gas membentuk aerosols polimerisasi menjadi struktur lebih kompleks

Untuk menghindari masalah Tar unit gasifikasi dilengkapi dengan siklon (Cyclone), siklon merupakan tempat pengumpulan materi sisa yang berukuran makro atau lebih besar dari 1 mikron, dengan bentuknya yang seperti corong menghasilkan gaya sentrifugal pada aliran gas yang akan menyingkirkan Tar dengan ukuran besar. Untuk menyaring Tar dengan ukuran mikro digunakan filter Filter beroperasi secara kontinyu atau diskontinyu, tergantung apakah buangan dari padatan tersaring tunak (steady) atau sebentar-sebentar. Sebagian besar siklus operasi dari penyaring diskontinyu, aliran fluida melalui peralatan secara kontinu, tetapi harus dihentikan secara periodik untuk membuang padatan terakumulasi. Medium filter adalah membran keramik, logam, atau polimer dengan pori yang cukup kecil untuk menahan sebagian besar partikel tersuspensi. Sebagian cairan mengalir melalui medium sebagai filtrat yang jernih, meninggalkan suspensi pekatnya.

MetodologiMetode dari perancangan ini adalah sebagai berikut :MulaiMenentukan Topik Tugas AkhirStudi LiteraturPerancangan SistemPembuatan AlatPengujian AlatEvaluasiAnalisaKesimpulanSelesai

Daftar Pustaka[1] Basu, P. 2010. Biomass gasification and pyrolysis : practical design andtheory, (http://www.dl4all.com/e_books/273488-biomass-gasification-andpyrolysis-practical-design-and-theory.html, diakses 1 Agustus 2010)[2] Alexis T Belonio, Rice Husk Gas Stove Handbook, Iliolo Filipina, 2005[3] http://www.allenergies.net/biomass/background.html, diakses pada 6 Juni2011Mengetahui

SEP25

Gasifikasi Biomasa Untuk Bahan Bakar Mesin Pada Industri Penggergajian Kayu

Gasifikasi biomasa adalah teknologi yang sudah dikenal lama di dunia dan tetapi belum banyak diaplikasikan di Indonesia. Penggunaan biomasa sebagai bahan bakar terbarukan atau carbon neutral fuel dan termasukbiofuel generasi keduamembuat teknologi ini mempunyai perspektif baru di era kekhawatiran terhadap pemanasan global.Padahal potensi biomasa di Indonesia sangat berlimpah dan potensial untuk mengaplikasikan teknologi ini. Di sisi lain kebutuhan energi diberbagai bidang terus meningkat. Ada beberapa teknologi gasifikasi yang bisa digunakan antara lain downdraft, updraft, fluidised bed dan entrained flow. Untuk mendapatkan kualitas gas yang lebih murni atau sedikit pengotor ter-nya teknologi gasifikasi downdraft-lah yang paling cocok. Bahan baku berupa limbah-limbah kayu dengan ukuran dan kadar air tertentu bisa digunakan sebagai umpan di gasifier tersebut. Perbandingan kualitas gas antara berbagai teknologi gasifikasi tersebut terlihat seperti pada tabel dibawah ini:

Tingkat toleransi tiap-tiap mesin juga berbeda-beda. Sehingga tingkat kemurnian gas terhadap pengotor harus diusahakan untuk mencapai grade yang tinggi atau masih dibawah tingkat toleransinya.

Gasifier untuk menghasilkan tenaga mesin atau listrik ini dikelompokkan sebagaipower gasifier. Karena penggunaan gas yang dihasilkan sebagai bahan bakar mesin sehingga grade gasnya harus lebih baik daripada yang langsung dibakar. Diagram proses untukpower gasifierseperti pada skema dibawah ini :

Ditinjau dari komposisi gas yang dihasilkan tiap-tiap gasifier tersebut juga berbeda-beda. Secara umum nilai kalor gas yang dihasilkan cukup kecil yakni bervariasi antara 4.0 dan 6.0 MJ/Nm3 atau sekitar 10 hingga 15% dari nilai kalor gas alam. Bahan baku dan tipe gasifier yang berbeda akan mempengaruhi komposisi gas yang dihasilkan.Berdasarkan kondisi tersebut sehingga perlu modifikasi mesin yang menggunakan bahan bakar gas dari gasifier ini seperti memperbesar orifice, waktu pengapian dan sebagainya. Tabel dibawah ini

Industri penggergajian kayu di Indonesia akan menghasilkan limbah biomasa sangat banyak. Potensi ini bisa dimanfaatkan untuk pemanfaatan gasifier tersebut. Gasifier tersebut akan menghasilkan gas yang bisa langsung digunakan sebagai bahan bakar mesin bahkan hingga menghasilkan listrik. Dengan inovasi tersebut akan mengurangi pemakaian bahan bakar fossil secara signifikan. Otomatis keuntungan ekonomi lebih besar juga diperoleh dengan mengaplikasikan teknologi ini, setelah diperhitungkan biaya-biaya antara lain investasi alat, operasional, penyusutan dan output yang didapat.

Photo taken fromhere

Untuk mendapatkan kualitas gas yang lebih bersih dari pengotor, sejumlah tempat menggunakan arang sebagai umpan gasififier. Arang bisa didapat dari pembuat arang tradisional ataupun dari produsen arang denganteknologi modern. Arang sebagai residue dari gasifikasi limbah kayu juga bisa di gunakan sebagai umpan gasifikasi arang. Gasifikasi arang juga telah banyak dilakukan. Teknologi ini akan semakin kompetitif ketika bahan bakar fossil mahal akibat cadangannya semakin menipis dan issue lingkungan terkait pemanasan global.