TUGAS AKHIR Studi Eksperimen Gasifikasi Pada Reaktor Studi Eksperimen Gasifikasi Pada Reaktor Fluidized Bed Dengan Bahan Bakar Ampas Tebu.
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
v
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)
vi
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.
vii
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.
viii
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.
ix
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
x
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: ferry.rv465@gmail.com
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.
xi
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: ferry.rv465@gmail.com
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
xii
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
xiii
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 ........................
4.1.4 Tabel Perbandingan Mecepatan Minimum Fluidisasi
4.2 Pembahasan Temperatur Reaktor ................................
43
44
45
4.2.1 Temperatur Reaktor Pada Ampas Tebu
Ukuran 1,54mm ...................................................
45
4.2.2 Temperatur Reaktor Pada Ampas Tebu
Ukuran 1,08mm ..................................................
46
4.2.3 Temperatur Reaktor Pada Ampas Tebu
Ukuran 0,078mm ................................................
4.2.4 Perbandingan Temperatur Reaktor Dari Ketiga
xiv
47
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
4.3.2 Temperatur Panas Titik Api Pada Bahan Bakar
Ampas Tebu Ukuran 1,08mm ...............................
52
4.3.3 Temperatur Panas Titik Api Pada Bahan Bakar
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
4.4.2 Temperatur Pendidihan Air Dengan Bahan Bakar
Ukuran 1,08mm ....................................................
57
4.4.3 Temperatur Pendidihan Air Dengan Bahan Bakar
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
xv
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
Gambar 4.2 Grafik kecepatan minimum fluidisasi dengan
Bahan bakar ampas tebu ukuran 1,08mm ..................
42
Gambar 4.3 Grafik kecepatan minimum fluidisasi dengan
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 ............................................................
xvi
50
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
xvii
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
Tabel 6 Perhitungan kalor sensibel air pada
bahan bakar ukuran 1,08mm ............................
61
Tabel 7 Perhitungan kalor sensibel air pada
bahan bakar ukuran 0,708mm ..........................
62
Tabel 8 Perhitungan kalor laten air ...............................
63
Tabel 9 Perhitungan kalor sensibel di jumlahkan
dengan kalor laten ............................................
xviii
63
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)
xix
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
v
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)
vi
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.
vii
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.
viii
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.
ix
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
x
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: ferry.rv465@gmail.com
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.
xi
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: ferry.rv465@gmail.com
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
xii
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
xiii
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 ........................
4.1.4 Tabel Perbandingan Mecepatan Minimum Fluidisasi
4.2 Pembahasan Temperatur Reaktor ................................
43
44
45
4.2.1 Temperatur Reaktor Pada Ampas Tebu
Ukuran 1,54mm ...................................................
45
4.2.2 Temperatur Reaktor Pada Ampas Tebu
Ukuran 1,08mm ..................................................
46
4.2.3 Temperatur Reaktor Pada Ampas Tebu
Ukuran 0,078mm ................................................
4.2.4 Perbandingan Temperatur Reaktor Dari Ketiga
xiv
47
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
4.3.2 Temperatur Panas Titik Api Pada Bahan Bakar
Ampas Tebu Ukuran 1,08mm ...............................
52
4.3.3 Temperatur Panas Titik Api Pada Bahan Bakar
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
4.4.2 Temperatur Pendidihan Air Dengan Bahan Bakar
Ukuran 1,08mm ....................................................
57
4.4.3 Temperatur Pendidihan Air Dengan Bahan Bakar
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
xv
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
Gambar 4.2 Grafik kecepatan minimum fluidisasi dengan
Bahan bakar ampas tebu ukuran 1,08mm ..................
42
Gambar 4.3 Grafik kecepatan minimum fluidisasi dengan
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 ............................................................
xvi
50
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
xvii
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
Tabel 6 Perhitungan kalor sensibel air pada
bahan bakar ukuran 1,08mm ............................
61
Tabel 7 Perhitungan kalor sensibel air pada
bahan bakar ukuran 0,708mm ..........................
62
Tabel 8 Perhitungan kalor laten air ...............................
63
Tabel 9 Perhitungan kalor sensibel di jumlahkan
dengan kalor laten ............................................
xviii
63
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)
xix