183 Gasifikasi
Senyawa Tanpa
oksidasi Oksidasi
10 Oksidasi
20 Oksidasi
30 Oksidasi
40
glycolic acid pyridine, 2,4-
pentadienetritile 6,036
5,87 Lain-lain
22,717 34,521
43,306 35,566
44,411 Total
100,0 100,0
100,0 100,0
100,0 Tabel 5.21. Senyawa dalam tar setelah oksidasi untuk laju sekam
10 kgjam, lambda 0,3. Senyawa
Tanpa oksidasi
Oksidasi 10
Oksida si
20 Oksida
si 30
Oksida si
40
acetic acid 29,757
43,411 24,497 18,738 26,37 ethyl alcohol
2-propane,1-hydroxy 16,593
16,267 13,79 14,272 15,66
2-furancarboxaldehyde 8,419
16,802 Phenol
7,919 8,661
11,601 11,312 8,93
acetic acid, dihydroxy, glycolic acid
5,384 pyridine, 2,4-
pentadienetritile 7,031
2,4-pentadienetritile 7,096
2-propanone,1-acetyloxy 5,256
7,027 6,128 8,008
7,38 2-butanone,1-hydroxy
5,731 Lain-lain
26,672 18,903 20,086 40,639 41,660
Total 100,0
100,0 100,0 100,0 100,0
184 Produksi Gas dari Padatan
Tabel 5.22. Senyawa dalam tar setelah oksidasi untuk laju sekam 10 kgjam, lambda 0,5.
Senyawa Tanpa oksidasi Oksidasi
10 Oksidasi
20 Oksidasi
30 Oksidasi
40
acetic acid 29,772
38,749 31,202 25,289 28,36
ethyl alcohol 2-propane,1-hydroxy
14,922 16,045 15,959 12,737
14,66 2-furancarboxaldehyde
9,555 6,374
Phenol 7,731
7,886 10,107
7,821 6,64
1.2-ethadiol diacetate 6,64
2-propanone,1-acetyloxy 5,396
6,716 9,39
6,38 2-butanone,1-hydroxy
4,296 5,372
6,757 5,135
Lain-lain 28,328
25,232 26,585 47,777 32,193 Total
100,0 100,0
100,0 100,0
100,0 Tabel 5.23. Komposisi gas pada pengujian laju sekam 5 kgjam,
lamnda 0,3 dengan oksidasi Komposisi
Gas
Tanpa oksidasi Oksidasi 10
Oksidasi 20
Oksidasi 30
Oksidasi 40
CO 26,3
25,2 17,5
8,8 25,1
CO2 0,0
0,0 8,5
17,0 0,0
O2 12,6
15,2 2,1
1,0 15,5
185 Gasifikasi
Tabel 5.24. Komposisi gas pada pengujian laju sekam 5 kgjam, lamnda 0,5 dengan oksidasi
Komposisi Gas
Tanpa oksidasi Oksidasi 10
Oksidasi 20
Oksidasi 30
Oksidasi 40
CO 23,0
25,2 14,0
11,6 25,0
CO2 3,9
0,0 11,4
14,6 0,0
O2 14,0
15,3 5,7
1,2 15,5
Tabel 5.25. Komposisi gas pada pengujian laju sekam 10 kgjam, lamnda 0,3 dengan oksidasi
Komposisi Gas
Tanpa oksidasi Oksidasi 10
Oksidasi 20
Oksidasi 30
Oksidasi 40
CO 26,0
13,2 12,7
11,1 11,1
CO2 0,0
12,2 13,4
14,8 14,3
O2 14,2
15,2 0,8
0,8 15,3
Tabel 5.26. Komposisi gas pada pengujian laju sekam 10 kgjam, lamnda 0,5 dengan oksidasi
Komposisi Gas
Tanpa oksidasi Oksidasi 10
Oksidasi 20
Oksidasi 30
Oksidasi 40
CO 23,3
12,6 12,2
9,8 26,3
CO2 3,2
12,9 13,8
16,1 0,0
O2 13,8
15,2 0,3
1,1 12,6
Dari Tabel 5.27. terlihat bahwa selain dapat menurunkan tar dan H
2
O, oksidasi juga mampu menurunkan kadar partikel dalam gas hasil. Mekanisme yang memungkinkan dari oksidasi
adalah partikel yang berujud arang dibakar dalam reaktor oksidasi terbatas sehingga menghasilkan gas CO
2
. Pada laju massa sekam 10 kgjam dan lambda 0,5 dengan oksidasi 30 dan 40 justru
terjadi peningkatan partikel yang banyak. Penyebab dari fenomena ini adalah terjadinya reaksi tar sekunder sehingga
dihasilkan tar berantai pendek dan partikel. Dapat dijelaskan pula bahwa pada laju sekam padi 10 kgjam dan lambda 0,5 dengan
oksidasi 40 tidak terjadi reaksi pembakaran karena karena tidak
186 Produksi Gas dari Padatan
terdeteksi gas CO
2
dalam gas hasil setelah reaktor oksidasi terbatas sehingga yang terjadi adalah reaksi tar sekunder.
Tabel 5.27. Konsentrasi partikel dalam gas hasil dengan oksidasi Variasi Pengujian
Tanpa Pencucian
Oksidasi 10
Oksidasi 20
Oksidasi 30
Oksidasi 40
m_sekam = 5 kgh, l = 0,3 0,34
2,37 0,56
0,89 0,59
m_sekam = 5 kgh, l = 0,5 2,43
1,62 1,64
0,26 0,54
m_sekam = 10 kgh, l = 0,3 4,01
2,44 1,00
2,91 2,05
m_sekam = 10 kgh, l = 0,5 5,17
2,42 1,58
16,94 19,50
187 Gasifikasi
Soal Bab V:
5.1. Jelaskan langkah-langkah dalam mendesain reaktor gasifikasi.
5.2. Jelaskan bagaimana cara saudara mendapatkan lambda 0,3 pada pengujian gasifikasi sekam padi.
5.3. Jelaskan perbedaan kalor laten dan kalor sensibel. 5.4. Jelaskan parameter unjuk kerja reaktor gasifikasi.
5.5. Mengapa dalam reaktor gasifikasi terdapat rugi-rugi
tekanan yang harus diperhitungkan, dan mengapa rugi-rugi tekanan perlu diperhitungkan.
5.6. Jelaskan mengapa efisiensi unjuk kerja reaktor gasifikasi sekam padi berbeda dengan unjuk kerja gasifikasi serbuk
kayu. 5.7. Sebutkan cara pencucian gas dari hasil gasifikasi.
5.8. Jelaskan yang dimaksud tar, bagaimana klasifikasinya dan jelaskan pula mengapa tar perlu dibersihkan.
5.9. Jelaskan dan prediksikan gas yang dihasilkan dari proses gasifikasi sekam padi dengan lambda 0,3 dan 0,5. Jelaskan
mengapa dengan perubahan lambda dapat diperoleh komposisi gas yang berbeda. Jelaskan pada lambda berapa
komposisi gas lebih baik.
5.10. Jelaskan proses pencucian gas dengan scrubber dan jelaskan efektivitasnya.
188 Aplikasi Gas untuk Pembangkit Daya dan Panas
BAB V APLKAS GAS UNTUK
PEMBANGKT DAYA DAN PANAS
6.1 Konsep Kombinasi Panas dan Daya
Beberapa teknologi yang memungkinkan dikembangkan dari konsep dasar gasifikasi dengan mengkombinasikan panas
dan daya dalam skala kecil dan menengah, maka beberapa teknologi berikut sangat dimungkinkan:
Mesin gas IC-gas engine, Turbin gas,
Fuel cells.
Tabel 1. Nilai tertentu untuk produksi gas dan ambang batas untuk operasi mesin pembakaran dalam dalam mgm³
st.c.,dry Gas
hasil
, Hasler, 1998; Hindsgaul, 2000; Milne, 1998
Kontanimasi Gas hasil
Batas Ideal
Partikel 100-200
50 Heavy tar
50-150 5
Light tar 100-1000
50 Phenol
50-250 rendah
PAH 200-600
rendah NH
3
150-800 55
HCL 1-30
100 HCN
1-30 rendah
H
2
S 12-40
1150 Silikat
1 20
Setiap teknik ini memerlukan kualitas produksi gas yang spesifik. Mesin gas pada saat ini umumnya tersedia untuk
189 Aplikasi Gas untuk Pembangkit Daya dan Panas
pembangkit daya antara 50 dan 5.000 kW. Untuk pemanfaatan dengan menggunakan mesin gas jenis pembakaran dalam IC,
Internal Combustion, beberapa hal perlu diperhatikan untuk tercapainya operasi yang stabil dalam waktu yang lama
sebagaimana terlihat pada Tabel 1. Semua parameter ini harus dipenuhi dengan peralatan pembersih gas yang efisien.
Sedangkan untuk operasi dengan turbin gas dan fuel cells, ambang batas yang diperlukan lebih rendah lagi Suyitnoa,
Lettner et al., 2005.
6.2 Unjuk Kerja Motor Bakar
Kinerja suatu motor bakar diperoleh dengan serangkaian uji unjuk kerja. Beberapa paramater penting yang berpengaruh
pada unjuk kerja motor bakar adalah sebagai berikut:
6.2.1 Torsi dan Daya Poros
Torsi adalah
ukuran kemampuan
mesin untuk
menghasilkan kerja. Dalam prakteknya, torsi dari mesin berguna untuk mengatasi hambatan sewaktu kendaraan jalan menanjak,
atau waktu mempercepat laju kendaraan otomotif. Besar torsi dapat dihitung dengan rumus:
T =
n N
n N
e e
. .
30 60
. .
2
6.1 dimana :
T : torsi N.m
N
e
: daya porosdaya efektif Watt
n : putaran poros engkol rpm
Putaran poros engkol diukur dengan menggunakan tachometer.
6.2.2 Tekanan Efektif Rata-Rata mep
Tekanan efektif rata-rata didefinisikan sebagai tekanan teoritis konstan, yang apabila mendorong torak sepanjang
langkah kerja dari motor dapat menghasilkan tenaga tenaga poros.
190 Produksi Gas dari Padatan
mep =
torak langkah
volume siklus
per kerja
6.2
mep =
a n
z V
N
L e
. .
.
6.3 dimana :
mep : tekanan efektif rata-rata
kgm
2
atau Pa N
e
: daya porosdaya efektif watt V
L
: Volume langkah torak per silinder m
3
: [luas penampang torak, m
2
] x [panjang langkah torak m]
Z : jumlah silinder N : putaran poros engkol rpm
a : jumlah siklus per putaran
putaran siklus
: 1, untuk motor 2 tak : ½, untuk motor 4 tak.
6.2.3 Pemakaian Bahan Bakar Spesifik
Pemakaian bahan bakar spesifik menyatakan banyaknya bahan bakar yang dikonsumsi mesin per jam untuk setiap daya
kuda yang dihasilkan. Harga pemakaian bahan bakar spesifik yang lebih rendah menyatakan efisiensi yang lebih tinggi. Jika dalam
suatu pengujian mesin diperoleh data mengenai penggunaan jumlah bahan bakar kg bahan bakarjam, dan dalam waktu 1 jam
diperoleh tenaga yang dihasilkan N, maka pemakaian bahan spesifik dihitung sebagai berikut :
B =
N G
f
6.4 dimana :
B : pemakaian bahan bakar kg bahan bakarjam.W G
f
: jumlah bahan bakar yang digunakan kg bahan bakarjam
N : jumlah tenaga yang dihasilkan per waktu W
191 Aplikasi Gas untuk Pembangkit Daya dan Panas
6.2.4 Efisiensi Total
Menyatakan efisiensi pemanfaatan panas dari bahan bakar untuk diubah menjadi tenaga berguna. Besar efisiensi total dapat
dihitung dengan:
e
=
c f
e
Q G
N .
x 100 6.5
dimana :
e
: efisiensi termal efektif N
e
: daya efektif W
G
f
: jumlah BB yang dipergunakan kg bahan
bakars Q
c
: nilai kalor bahan bakar Jkg bahan
bakar
6.3 Analisis Teoritis Pembakaran Gasifikasi
Dari analisis ultimasi sekam padi diperoleh data bahwa:
Elemen Mass
massa mol
mol C
C 50
50,00 4,17
1,00 H
6 6,00
6,00 1,44
O 44
44,00 2,75
0,66 N
0,00 0,00
0,00 Total
100 100,00
12,92 Sehingga pembakaran sekam padi menghasilkan CO
2
dan H
2
O berdasarkan persamaan:
CH
1,44
O
0,66
+ 1,03 O
2
+ 3,76 N
2
CO
2
+ 0,72 H
2
O + 3,87 N
2
6.6
192 Produksi Gas dari Padatan
Gambar 6.1. Kebutuhan udara untuk laju sekam padi 5 kgjam dan 10 kgjam pada berbagai variasi lambda.
Lambda adalah perbandingan AFR aktual dengan AFR stoikiometri. Lambda 1 artinya terjadi pembakaran sempurna.
Lambda kurang dari 1 artinya terjadi reaksi dengan campuran kaya bahan bakar. Untuk proses gasifikasi dengan lambda 0,5, pada
laju sekam padi 5 kgjam dan 10 kgjam, maka diperlukan debit udara masing-masingnya sebanyak 13 m
3
jam dan 26 m
3
jam. Untuk proses gasifikasi dengan lambda 0,3, pada laju sekam padi
5 kgjam dan 10 kgjam, maka diperlukan debit udara masing- masingnya sebanyak 7,8 m
3
jam dan 15,6 m
3
jam sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 6.1. Gambar 6.2. menunjukkan
kecepatan udara yang terjadi pada bagian atas reaktor. Terlihat bahwa dengan semakin rendah lambda, maka kebutuhan udara
yang terjadi juga lebih rendah baik pada laju sekam padi 5 kgjam dan 10 kgjam.
0,0 1,0
2,0 3,0
4,0 5,0
6,0 7,0
0,0 10,0
20,0 30,0
40,0 50,0
60,0
Pembakaran sempurna Gasifikasi Lambda 0,5 Gasifikasi Lambda 0,3
A F
R [
-]
D eb
it m
3
j am
Debit Udara m3jam_Kapasitas 5 kgjam
Debit Udara m3jam_Kapasitas 10 kgjam
AFR_aktual
