TUGAS AKHIR Pengaruh Variasi Kecepatan Udara Terhadap Kinerja Fluidized Bed Gasifier Pada Distributor Udara Jenis Nozel.
TUGAS AKHIR
PENGARUH VARIASI KECEPATAN UDARA TERHADAP
KINERJA FLUIDIZED BED GASIFIER PADA DISTRIBUTOR
UDARA JENIS NOZEL
Disusun Sebagai Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun oleh :
RIZKITIANTO DWI HADI PURNOMO
D 200 110 096
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2017
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Skripsi dengan judul :
“PENGARUH VARIASI KECEPATAN UDARA TERHADAP KINERJA
FLUIDIZED BED GASIFIER PADA DISTRIBUTOR UDARA JENIS
NOZEL” yang dibuat untuk memenuhi sebagai syarat memperoleh derajat
sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan
tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan atau
pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan dilingkungan
Universitas Muhammadiyah Surakarta atau instansi manapun, kecuali
bagian yang sumber informasinya saya
cantumkan sebagaimana
mestinya.
Surakarta, Januari 2017
Yang menyatakan,
Rizkitianto Dwi Hadi Purnomo
ii
HALAMAN PERSETUJUAN
Tugas Akhir berjudul “PENGARUH VARIASI KECEPATAN UDARA
TERHADAP
KINERJA
FLUIDIZED
BED
GASIFIER
PADA
DISTRIBUTOR UDARA JENIS NOZEL”, telah disetujui Pembimbing dan
diterima sebagai syarat memperoleh gelar sarjana S1 pada Jurusan
Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Dipersiapkan oleh:
Nama
: RIZKITIANTO DWI HADI PURNOMO
NIM
: D 200 110 096
Disetujui pada
Hari
: ............................
Tanggal
: ............................
Pembimbing Utama
Nur Aklis, ST., M.Eng
iii
HALAMAN PENGESAHAN
Tugas Akhir berjudul : “PENGARUH VARIASI KECEPATAN UDARA
TERHADAP
KINERJA
FLUIDIZED
BED
GASIFIER
PADA
DISTRIBUTOR UDARA JENIS NOZEL” telah dipertahankan di hadapan
Tim
Penguji
dan
telah
dinyatakan
sah
untuk
memenuhi
syarat
memperoleh gelar sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Dipersiapkan oleh :
Nama
: RIZKITIANTO DWI HADI PURNOMO
NIM
: D 200 110 096
Disahkan pada :
Hari
: ............................
Tanggal
: ............................
Tim Penguji :
Ketua
: Nur Aklis, ST.,M.Eng.
..........................
Anggota 1
: Ir. Sartono Putro, MT.
..........................
Anggota 2
: Ir. Sunardi Wiyono, MT.
..........................
Dekan
Ketua Jurusan
Ir. Sri Sunarjono, MT.,Ph.D
Tri Widodo Besar R, ST., M.Sc.,Ph.D
iv
v
MOTTO
Janganlah kamu mencari ilmu karena 3 hal : Untuk
berdebat, untuk dibanggakan, karena pamrih. dan
jangan pula kamu meninggalkannya karena 3 hal :
Karena malu mencarinya, karena zuhud (menjauh) darinya, karena
rela untuk tidak mengetahuinya.
(Umar Ibn Al Khattab)
Barang siapa menempuh suatu jalan untuk mencari ilmu, maka
Allah memudahkannya mendapatkan jalan ke syurga
(H.R Muslim)
Hai orang-orang yang beriman, jadikanlah sabar dan sholatmu
sebagai penolongmu, sesungguhnya Allah bersama orang-orang
yang sabar
(Al-Baqarah: 153)
vi
Abstrak
Fluidized bed gasifier merupakan salah satu jenis teknologi
reaktor yang memiliki kelebihan mengkonversi biomassa (sekam padi)
menjadi syngas. Salah satu faktor yang dapat mempengaruhi kinerja
proses dari reaktor fluidized bed adalah kecepatan udara. Penelitian ini
dilakukan dengan memvariasikan kecepatan udara yang masuk kedalam
reaktor dengan variasi kecepatan udara yang digunakan adalah 1 m/s, 1,5
m/s, 2 m/s, kemudian mengambil data percobaan meliputi temperatur
reaktor, jumlah kalor yang dihasilkan dan waktu nyala efektif. Hasil dari
penelitian menunjukan variasi kecepatan udara sangat berpengaruh
terhadap temperatur reaktor, jumlah kalor yang dihasilkan dan waktu
nyala efektif yang dihasilkan. Pada kecepatan udara 1 m/s menghasilkan
temperatur reaktor sebesar 386,60C jumlah kalor yang dihasilkan sebesar
933,6566 Kj dengan waktu nyala efektif selama 40 menit. Kecepatan
udara 1,5 m/s menghasilkan temperatur reaktor sebesar 454,40C jumlah
kalor yang dihasilkan sebesar 1.023,9417 Kj dengan waktu nyala efektif
selama 38 menit. Kecepatan udara 2 m/s menghasilkan temperatur
reaktor sebesar 487,50C jumlah kalor yang dihasilkan sebesar 1.227,0724
Kj dengan waktu nyala efektif selama 34 menit.
Kata kunci : Kecepatan Udara, Fluidized Bed, Sekam Padi.
vii
Abstract
Fluidized bed gasifier is a type of reactor technology which is able
to convert biomass (rice husk) to syngas. One of the effecting factor the
performance of the fluidized bed reactor process is the air speed. This
research was conducted by varying the air speed to the reactor with a
variations of speed is 1 m/s, 1,5 m/s, 2 m/s. Thus, gathering the testing
data which are consist of reactor temperature, the yield of heat and time
effective flame. The result of the research discloses the air speed is
having a huge effect on the reactor temperature, the yield of heat and time
effective flame. The air speed 1 m/s develops reactor temperature
386,60C, the yield of heat 933,6566 Kj and time effective flame 40
minutes. Then air speed 1,5 m/s develops reactor temperature 454,40C,
the yield of heat 1.023,9417 Kj and the time effective flame 38 minutes.
While the air speed 2 m/s develops reactor temperature 487,50C, the yield
of heat 1.227,0724 Kj and time effective flame 34 minutes.
Keywords: Air Speed, Fluidezed Bed, Rice Husk.
viii
viii
viii
HALAMAN PERSEMBAHAN
Dengan penuh mengharap ridho Allah SWT, taburan cinta dan
kasih sayang-Mu telah memberikanku kekuatan, membekaliku dengan
ilmu serta memberikanku petunjuk dengan islam. Atas karunia dan
kemudahan yang Engkau berikan akhirnya skripsi yang sederhana ini
dapat terselesaikan. Sholawat serta salam selalu tercurahkan kepada
junjungan kita
Nabi Muhammad SAW. Setelah melewati berbagai ujian
dalam perjuangan yang tak kenal lelah, Saya persembahkan karya
sederhana ini kepada:
1. Kedua orang tua tercinta, Tashadi dan Muti’ah, yang begitu tulus
memberikan segalanya demi keberhasilan putranya.
2. Kakak Hermiawan Haditia yang telah memberikan semangat, doa dan
dukungan baik moril maupun materil.
3.
Kedua Adik ku tersayang Misfana Fagi Haditia dan Arga Dini Astuti
yang selalu menghiburku dirumah.
4. Anisa Amalia yang selalu memberikan motivasi, semangat dan selalu
mengingatkan untuk menyelesaikan penelitian dan penulisan tugas
akhir ini.
ix
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr. Wb.
Syukur Alhamdulilah, dipanjatkan ke hadirat Allah SWT atas berkah
dan rahmat-Nya sehingga penyusunan laporan ini dapat terselesaikan.
Tugas akhir yang berjudul “PENGARUH VARIASI KECEPATAN
UDARA TERHADAP KINERJA FLUIDIZED BED GASIFIER PADA
DISTRIBUTOR
UDARA
JENIS
NOZEL”,
dapat
terselesaikan
atas
dukungan dari beberapa pihak. Untuk itu pada kesempatan ini, dengan
segala ketulusan dan keiklasan hati ingin menyampaikan rasa terima
kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Ir. Sri Sunarjono, MT., Ph.D sebagai Dekan Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Tri Widodo Besar Riyadi, ST.,M.Sc.,PhD selaku Ketua
Jurusan Teknik Mesin.
3. Bapak Nur Aklis, ST., M.Eng. selaku pembimbing utama dalam
penelitian Tugas Akhir.
4. Bapak Agus Yulianto, ST, MT. selaku Pembimbing Akademik.
5. Dosen Jurusan Teknik Mesin beserta Staf Tata Usaha Fakultas
Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
6. Teman 1 kelompok tugas akhir Riski Elis Saputra, Didik setyawan,
Teguh
Prasetyo
Youno
yang
menyelesaikan tugas akhir ini.
x
telah
sama-sama
berjuang
7. Haqqi dan andre yang selalu membantu dalam proses penelitian
tugas akhir ini.
8. Teman – teman angkatan 2009, 2010, 2011 yang sudah banyak
membantu dan mendukung saya dalam perkuliahan selama di
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Penulis juga menyadari bahwa masih banyak kesalahan dan
kekurangan dalam penulisan tugas akhir ini. Maka dari itu, dengan rendah
hati penulis mengharapkan adanya kritik dan saran yang bersifat
membangun guna hasil yang lebih baik kedepannya. Harapan terakhir dari
penulis, semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi diri sendiri maupun
orang lain terutama para pembaca sekalian.
Wassalamu’alaikum Wr. Wb.
Surakarta, Januari 2017
Penulis
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL...........................................................................
i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI .............................................
ii
HALAMAN PERSETUJUAN ...........................................................
iii
HALAMAN PENGESAHAN ............................................................
iv
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR ....................................................
v
MOTTO ............................................................................................
vi
ABSTRAKSI ....................................................................................
vii
HALAMAN PERSEMBAHAN …………………………………………
ix
KATA PENGANTAR .......................................................................
x
DAFTAR ISI ......................................................................................
xii
DAFTAR GAMBAR ..........................................................................
xv
DAFTAR TABEL ..............................................................................
xvii
DAFTAR SIMBOL .................................................................................
xviii
BAB I PENDAHULUAN ..................................................................
1
1.1 Latar Belakang ...............................................................
1
1.2 Perumusan Masalah ......................................................
3
1.3 Batasan Masalah ...........................................................
3
1.4 Tujuan Penelitian ............................................................
4
1.5 Manfaat Penelitian .........................................................
4
1.6 Sistematikan Penulisan ..................................................
5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ........................................................
7
2.1 Tinjauan Pustaka.............................................................
7
2.2 Dasar Teori .....................................................................
9
2.2.1 Biomassa ..............................................................
9
2.2.2 Fluidisasi ...............................................................
13
2.2.3 Kecepatan Minimum Fluidisasi ..............................
16
2.2.4 Distributor ..............................................................
17
xii
2.2.5 Bed Material ..........................................................
17
2.2.6 Gasifikasi ...............................................................
19
2.2.7 Gas Produk Gasifikasi ...........................................
24
2.2.8 Kalor ......................................................................
26
2.2.9 Pembakaran ...........................................................
27
2.2.10 Prinsip Dasar Kontinuitas ....................................
29
2.2.11 Persamaan Bernoulli ............................................
32
BAB III METODE PENELITIAN ......................................................
35
3.1 Diagram Alir Penelitian ...................................................
35
3.2 Tahapan Penelitian .........................................................
36
3.3 Instalasi Pengujian .........................................................
37
3.4 Alat dan Bahan Penelitian ..............................................
39
3.4.1 Alat Penelitian……………………………………….
39
3.4.2 Bahan Penelitian……………………………………
47
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................
48
4.1 Hasil Penelitian ...............................................................
48
4.1.1 Hasil Kecepatan Minimum Fluidisasi ....................
48
4.1.2 Hasil Temperatur Reaktor Fluidized Bed
pada Kecepatan Udara 1 m/s ..............................
49
4.1.3 Hasil Temperatur Reaktor Fluidized Bed
pada Kecepatan Udara 1,5 m/s ...........................
50
4.1.4 Hasil Temperatur Reaktor Fluidized Bed
pada Kecepatan Udara 2 m/s ..............................
51
4.2 Hasil Temperatur Nyala Api ............................................
52
4.2.1 Hasil Temperatur Api pada Kecepatan
Udara 1 m/s...........................................................
52
4.2.2 Hasil Temperatur Api pada Kecepatan
Udara 1,5 m/s .......................................................
4.2.3 Hasil Temperatur Api pada Kecepatan
xiii
xiii
xiii
53
Udara 2 m/s...........................................................
54
4.3 Hasil Temperatur Pendidihan Air ....................................
55
4.3.1 Hasil Temperatur Pendidihan Air pada
Kecepatan Udara 1 m/s ........................................
55
4.3.2 Hasil Temperatur Pendidihan Air pada
Kecepatan Udara 1,5 m/s .....................................
56
4.3.3 Hasil Temperatur Pendidihan Air pada
Kecepatan Udara 2 m/s ........................................
57
4.4 Pembahasan ...................................................................
58
4.4.1 Perbandingan Temperatur Reaktor pada
Kecepatan Udara 1 m/s, 1,5 m/s, 2 m/s ...............
58
4.4.2 Perbandingan Temperatur Api pada
Kecepatan Udara 1 m/s, 1,5 m/s, 2 m/s ...............
59
4.4.3 Perbandingan Temperatur Pendidihan Air
pada Kecepatan Udara 1 m/s, 1,5 m/s, 2 m/s ......
60
4.4.4 Tabel Perhitungan Kalor .......................................
62
4.4.5 Perbandingan Jumlah Kalor yang Dihasilkan .......
65
BAB V PENUTUP ............................................................................
67
5.1 Kesimpulan .....................................................................
67
5.2 Saran ..............................................................................
68
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN-LAMPIRAN
xiv
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Sekam Padi .................................................................
11
Gambar 2.2 Ilustrasi Fluidisasi .........................................................
13
Gambar 2.3 Grafik Hubungan antara Besar Kecepatan
Superficial yang Bekerja dengan Pressure Drop .........
16
Gambar 2.4 Prilaku Gelembung pada Jenis Distributor ...................
17
Gambar 2.5 Pasir Silika ....................................................................
18
Gambar 2.6 Tipe Gasifier Fixed Bed ...............................................
22
Gambar 2.7 Skema Reaktor Bubbling Fluidized Bed Gasifier .........
23
Gambar 2.8 Skema Reaktor Circulating Fluidized Bed Gasifier .....
24
Gambar 2.9 Aliran Fluida dalam Tabung..........................................
30
Gambar 2.10 Aliran Fluida pada Penampang yang Sama...............
31
Gambar 2.11 Siklus Persamaan Bernoulli........................................
33
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ................................................
35
Gambar 3.2 Instalasi Pengujian ......................................................
37
Gambar 3.3 Reaktor ........................................................................
39
Gambar 3.4 Distributor Udara ..........................................................
40
Gambar 3.5 Cyclone ........................................................................
41
Gambar 3.6 Plenum .........................................................................
42
Gambar 3.7 Tabung Filter ................................................................
43
Gambar 3.8 Kompor Modifikasi……………………………………….
44
Gambar 3.9 Sekam Padi………………………………………………... 47
Gambar 3.10 Pasir Silika……………………………………………….
47
Gambar 3.11 Kapur (gamping)……………………………………….
47
Gambar 4.1 Karakteristik Kecepatan Minimum Fluidisasi…………..
48
Gambar 4.2 Grafik Temperatur Reaktor pada Kecepatan
Udara 1m/s………………………………………………
49
Gambar 4.3 Grafik Temperatur Reaktor pada Kecepatan
Udara 1,5m/s…………………………………………….
Gambar 4.4 Grafik Temperatur Reaktor pada Kecepatan
xv
xv
50
Udara 2 m/s………………………………………………
51
Gambar 4.5 Grafik Temperatur Nyala Api pada Kecepatan
Udara 1 m/s………………………………………………
52
Gambar 4.6 Grafik Temperatur Nyala Api pada Kecepatan
Udara 1,5 m/s…………………………………………….
53
Gambar 4.7 Grafik Temperatur Nyala Api pada Kecepatan
Udara 2 m/s………………………………………………
54
Gambar 4.8 Grafik Temperatur Pendidihan Air pada
Kecepatan Udara 1 m/s………………………………...
55
Gambar 4.9 Grafik Temperatur Pendidihan Air pada
Kecepatan Udara 1,5 m/s………………………………
56
Gambar 4.10 Grafik Temperatur Pendidihan Air pada
Kecepatan Udara 2 m/s……………………………….
57
Gambar 4.11 Grafik Perbandingan Temperatur Reaktor
pada Kecepatan Udara 1 m/s, 1,5 m/s, 2 m/s……
58
Gambar 4.12 Grafik Perbandingan Temperatur Nyala Api
pada Kecepatan Udara 1 m/s, 1,5 m/s, 2 m/s……
59
Gambar 4.13 Grafik Perbandingan Temperatur Pendidihan Air
pada Kecepatan Udara 1 m/s, 1,5 m/s, 2 m/s……
61
Gambar 4.14 Grafik Perbandingan Jumlah kalor yang dihasilkan
pada Kecepatan Udara 1 m/s, 1,5 m/s, 2 m/s……
xvi
xvi
65
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Unsur Kimia .....................................................................
28
Tabel 3.1 Keterangan Gambar Reaktor ..........................................
37
Tabel 4.1 Tabel Perhitungan Kalor Sensibel Air pada Kecepatan
Udara 1 m/s ....................................................................
62
Tabel 4.2 Hasil Perhitungan Kalor Sensibel Air pada Kecepatan
Udara 1,5 m/s .................................................................
63
Tabel 4.3 Hasil Perhitungan Kalor Sensibel Air pada Kecepatan
Udara 2 m/s ....................................................................
64
Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Kalor Laten Air ...................................
64
Tabel 4.5 Hasil Perhitungan Jumlah Kalor yang dihasilkan .............
65
xvii
DAFTAR SIMBOL
Simbol
Satuan
Q
= Kalor
[Joule]
Qs
= Kalor sensible
[Joule]
Ql
= Kalor laten
[Joule]
m
= Massa bahan bakar
[kg]
Cp
= Kalor jenis air
[kj/kg.°C]
hfg
= Enthalpy penguapan
[kj/kg]
∆T
= T2-T1 (perubahan suhu)
[°C]
P
= Tekanan
[N/m2]
A
= Luas penampang
[m 2]
v
= Kecepatan aliran fluida
[m/s]
ρ
= Massa jenis fluida
[kg/m3]
g
= Percepatan gravitasi bumi
[9,8 m/s 2]
xviii
PENGARUH VARIASI KECEPATAN UDARA TERHADAP
KINERJA FLUIDIZED BED GASIFIER PADA DISTRIBUTOR
UDARA JENIS NOZEL
Disusun Sebagai Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun oleh :
RIZKITIANTO DWI HADI PURNOMO
D 200 110 096
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2017
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Skripsi dengan judul :
“PENGARUH VARIASI KECEPATAN UDARA TERHADAP KINERJA
FLUIDIZED BED GASIFIER PADA DISTRIBUTOR UDARA JENIS
NOZEL” yang dibuat untuk memenuhi sebagai syarat memperoleh derajat
sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan
tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan atau
pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan dilingkungan
Universitas Muhammadiyah Surakarta atau instansi manapun, kecuali
bagian yang sumber informasinya saya
cantumkan sebagaimana
mestinya.
Surakarta, Januari 2017
Yang menyatakan,
Rizkitianto Dwi Hadi Purnomo
ii
HALAMAN PERSETUJUAN
Tugas Akhir berjudul “PENGARUH VARIASI KECEPATAN UDARA
TERHADAP
KINERJA
FLUIDIZED
BED
GASIFIER
PADA
DISTRIBUTOR UDARA JENIS NOZEL”, telah disetujui Pembimbing dan
diterima sebagai syarat memperoleh gelar sarjana S1 pada Jurusan
Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Dipersiapkan oleh:
Nama
: RIZKITIANTO DWI HADI PURNOMO
NIM
: D 200 110 096
Disetujui pada
Hari
: ............................
Tanggal
: ............................
Pembimbing Utama
Nur Aklis, ST., M.Eng
iii
HALAMAN PENGESAHAN
Tugas Akhir berjudul : “PENGARUH VARIASI KECEPATAN UDARA
TERHADAP
KINERJA
FLUIDIZED
BED
GASIFIER
PADA
DISTRIBUTOR UDARA JENIS NOZEL” telah dipertahankan di hadapan
Tim
Penguji
dan
telah
dinyatakan
sah
untuk
memenuhi
syarat
memperoleh gelar sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Dipersiapkan oleh :
Nama
: RIZKITIANTO DWI HADI PURNOMO
NIM
: D 200 110 096
Disahkan pada :
Hari
: ............................
Tanggal
: ............................
Tim Penguji :
Ketua
: Nur Aklis, ST.,M.Eng.
..........................
Anggota 1
: Ir. Sartono Putro, MT.
..........................
Anggota 2
: Ir. Sunardi Wiyono, MT.
..........................
Dekan
Ketua Jurusan
Ir. Sri Sunarjono, MT.,Ph.D
Tri Widodo Besar R, ST., M.Sc.,Ph.D
iv
v
MOTTO
Janganlah kamu mencari ilmu karena 3 hal : Untuk
berdebat, untuk dibanggakan, karena pamrih. dan
jangan pula kamu meninggalkannya karena 3 hal :
Karena malu mencarinya, karena zuhud (menjauh) darinya, karena
rela untuk tidak mengetahuinya.
(Umar Ibn Al Khattab)
Barang siapa menempuh suatu jalan untuk mencari ilmu, maka
Allah memudahkannya mendapatkan jalan ke syurga
(H.R Muslim)
Hai orang-orang yang beriman, jadikanlah sabar dan sholatmu
sebagai penolongmu, sesungguhnya Allah bersama orang-orang
yang sabar
(Al-Baqarah: 153)
vi
Abstrak
Fluidized bed gasifier merupakan salah satu jenis teknologi
reaktor yang memiliki kelebihan mengkonversi biomassa (sekam padi)
menjadi syngas. Salah satu faktor yang dapat mempengaruhi kinerja
proses dari reaktor fluidized bed adalah kecepatan udara. Penelitian ini
dilakukan dengan memvariasikan kecepatan udara yang masuk kedalam
reaktor dengan variasi kecepatan udara yang digunakan adalah 1 m/s, 1,5
m/s, 2 m/s, kemudian mengambil data percobaan meliputi temperatur
reaktor, jumlah kalor yang dihasilkan dan waktu nyala efektif. Hasil dari
penelitian menunjukan variasi kecepatan udara sangat berpengaruh
terhadap temperatur reaktor, jumlah kalor yang dihasilkan dan waktu
nyala efektif yang dihasilkan. Pada kecepatan udara 1 m/s menghasilkan
temperatur reaktor sebesar 386,60C jumlah kalor yang dihasilkan sebesar
933,6566 Kj dengan waktu nyala efektif selama 40 menit. Kecepatan
udara 1,5 m/s menghasilkan temperatur reaktor sebesar 454,40C jumlah
kalor yang dihasilkan sebesar 1.023,9417 Kj dengan waktu nyala efektif
selama 38 menit. Kecepatan udara 2 m/s menghasilkan temperatur
reaktor sebesar 487,50C jumlah kalor yang dihasilkan sebesar 1.227,0724
Kj dengan waktu nyala efektif selama 34 menit.
Kata kunci : Kecepatan Udara, Fluidized Bed, Sekam Padi.
vii
Abstract
Fluidized bed gasifier is a type of reactor technology which is able
to convert biomass (rice husk) to syngas. One of the effecting factor the
performance of the fluidized bed reactor process is the air speed. This
research was conducted by varying the air speed to the reactor with a
variations of speed is 1 m/s, 1,5 m/s, 2 m/s. Thus, gathering the testing
data which are consist of reactor temperature, the yield of heat and time
effective flame. The result of the research discloses the air speed is
having a huge effect on the reactor temperature, the yield of heat and time
effective flame. The air speed 1 m/s develops reactor temperature
386,60C, the yield of heat 933,6566 Kj and time effective flame 40
minutes. Then air speed 1,5 m/s develops reactor temperature 454,40C,
the yield of heat 1.023,9417 Kj and the time effective flame 38 minutes.
While the air speed 2 m/s develops reactor temperature 487,50C, the yield
of heat 1.227,0724 Kj and time effective flame 34 minutes.
Keywords: Air Speed, Fluidezed Bed, Rice Husk.
viii
viii
viii
HALAMAN PERSEMBAHAN
Dengan penuh mengharap ridho Allah SWT, taburan cinta dan
kasih sayang-Mu telah memberikanku kekuatan, membekaliku dengan
ilmu serta memberikanku petunjuk dengan islam. Atas karunia dan
kemudahan yang Engkau berikan akhirnya skripsi yang sederhana ini
dapat terselesaikan. Sholawat serta salam selalu tercurahkan kepada
junjungan kita
Nabi Muhammad SAW. Setelah melewati berbagai ujian
dalam perjuangan yang tak kenal lelah, Saya persembahkan karya
sederhana ini kepada:
1. Kedua orang tua tercinta, Tashadi dan Muti’ah, yang begitu tulus
memberikan segalanya demi keberhasilan putranya.
2. Kakak Hermiawan Haditia yang telah memberikan semangat, doa dan
dukungan baik moril maupun materil.
3.
Kedua Adik ku tersayang Misfana Fagi Haditia dan Arga Dini Astuti
yang selalu menghiburku dirumah.
4. Anisa Amalia yang selalu memberikan motivasi, semangat dan selalu
mengingatkan untuk menyelesaikan penelitian dan penulisan tugas
akhir ini.
ix
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr. Wb.
Syukur Alhamdulilah, dipanjatkan ke hadirat Allah SWT atas berkah
dan rahmat-Nya sehingga penyusunan laporan ini dapat terselesaikan.
Tugas akhir yang berjudul “PENGARUH VARIASI KECEPATAN
UDARA TERHADAP KINERJA FLUIDIZED BED GASIFIER PADA
DISTRIBUTOR
UDARA
JENIS
NOZEL”,
dapat
terselesaikan
atas
dukungan dari beberapa pihak. Untuk itu pada kesempatan ini, dengan
segala ketulusan dan keiklasan hati ingin menyampaikan rasa terima
kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Ir. Sri Sunarjono, MT., Ph.D sebagai Dekan Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Tri Widodo Besar Riyadi, ST.,M.Sc.,PhD selaku Ketua
Jurusan Teknik Mesin.
3. Bapak Nur Aklis, ST., M.Eng. selaku pembimbing utama dalam
penelitian Tugas Akhir.
4. Bapak Agus Yulianto, ST, MT. selaku Pembimbing Akademik.
5. Dosen Jurusan Teknik Mesin beserta Staf Tata Usaha Fakultas
Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
6. Teman 1 kelompok tugas akhir Riski Elis Saputra, Didik setyawan,
Teguh
Prasetyo
Youno
yang
menyelesaikan tugas akhir ini.
x
telah
sama-sama
berjuang
7. Haqqi dan andre yang selalu membantu dalam proses penelitian
tugas akhir ini.
8. Teman – teman angkatan 2009, 2010, 2011 yang sudah banyak
membantu dan mendukung saya dalam perkuliahan selama di
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Penulis juga menyadari bahwa masih banyak kesalahan dan
kekurangan dalam penulisan tugas akhir ini. Maka dari itu, dengan rendah
hati penulis mengharapkan adanya kritik dan saran yang bersifat
membangun guna hasil yang lebih baik kedepannya. Harapan terakhir dari
penulis, semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi diri sendiri maupun
orang lain terutama para pembaca sekalian.
Wassalamu’alaikum Wr. Wb.
Surakarta, Januari 2017
Penulis
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL...........................................................................
i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI .............................................
ii
HALAMAN PERSETUJUAN ...........................................................
iii
HALAMAN PENGESAHAN ............................................................
iv
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR ....................................................
v
MOTTO ............................................................................................
vi
ABSTRAKSI ....................................................................................
vii
HALAMAN PERSEMBAHAN …………………………………………
ix
KATA PENGANTAR .......................................................................
x
DAFTAR ISI ......................................................................................
xii
DAFTAR GAMBAR ..........................................................................
xv
DAFTAR TABEL ..............................................................................
xvii
DAFTAR SIMBOL .................................................................................
xviii
BAB I PENDAHULUAN ..................................................................
1
1.1 Latar Belakang ...............................................................
1
1.2 Perumusan Masalah ......................................................
3
1.3 Batasan Masalah ...........................................................
3
1.4 Tujuan Penelitian ............................................................
4
1.5 Manfaat Penelitian .........................................................
4
1.6 Sistematikan Penulisan ..................................................
5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ........................................................
7
2.1 Tinjauan Pustaka.............................................................
7
2.2 Dasar Teori .....................................................................
9
2.2.1 Biomassa ..............................................................
9
2.2.2 Fluidisasi ...............................................................
13
2.2.3 Kecepatan Minimum Fluidisasi ..............................
16
2.2.4 Distributor ..............................................................
17
xii
2.2.5 Bed Material ..........................................................
17
2.2.6 Gasifikasi ...............................................................
19
2.2.7 Gas Produk Gasifikasi ...........................................
24
2.2.8 Kalor ......................................................................
26
2.2.9 Pembakaran ...........................................................
27
2.2.10 Prinsip Dasar Kontinuitas ....................................
29
2.2.11 Persamaan Bernoulli ............................................
32
BAB III METODE PENELITIAN ......................................................
35
3.1 Diagram Alir Penelitian ...................................................
35
3.2 Tahapan Penelitian .........................................................
36
3.3 Instalasi Pengujian .........................................................
37
3.4 Alat dan Bahan Penelitian ..............................................
39
3.4.1 Alat Penelitian……………………………………….
39
3.4.2 Bahan Penelitian……………………………………
47
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................
48
4.1 Hasil Penelitian ...............................................................
48
4.1.1 Hasil Kecepatan Minimum Fluidisasi ....................
48
4.1.2 Hasil Temperatur Reaktor Fluidized Bed
pada Kecepatan Udara 1 m/s ..............................
49
4.1.3 Hasil Temperatur Reaktor Fluidized Bed
pada Kecepatan Udara 1,5 m/s ...........................
50
4.1.4 Hasil Temperatur Reaktor Fluidized Bed
pada Kecepatan Udara 2 m/s ..............................
51
4.2 Hasil Temperatur Nyala Api ............................................
52
4.2.1 Hasil Temperatur Api pada Kecepatan
Udara 1 m/s...........................................................
52
4.2.2 Hasil Temperatur Api pada Kecepatan
Udara 1,5 m/s .......................................................
4.2.3 Hasil Temperatur Api pada Kecepatan
xiii
xiii
xiii
53
Udara 2 m/s...........................................................
54
4.3 Hasil Temperatur Pendidihan Air ....................................
55
4.3.1 Hasil Temperatur Pendidihan Air pada
Kecepatan Udara 1 m/s ........................................
55
4.3.2 Hasil Temperatur Pendidihan Air pada
Kecepatan Udara 1,5 m/s .....................................
56
4.3.3 Hasil Temperatur Pendidihan Air pada
Kecepatan Udara 2 m/s ........................................
57
4.4 Pembahasan ...................................................................
58
4.4.1 Perbandingan Temperatur Reaktor pada
Kecepatan Udara 1 m/s, 1,5 m/s, 2 m/s ...............
58
4.4.2 Perbandingan Temperatur Api pada
Kecepatan Udara 1 m/s, 1,5 m/s, 2 m/s ...............
59
4.4.3 Perbandingan Temperatur Pendidihan Air
pada Kecepatan Udara 1 m/s, 1,5 m/s, 2 m/s ......
60
4.4.4 Tabel Perhitungan Kalor .......................................
62
4.4.5 Perbandingan Jumlah Kalor yang Dihasilkan .......
65
BAB V PENUTUP ............................................................................
67
5.1 Kesimpulan .....................................................................
67
5.2 Saran ..............................................................................
68
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN-LAMPIRAN
xiv
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Sekam Padi .................................................................
11
Gambar 2.2 Ilustrasi Fluidisasi .........................................................
13
Gambar 2.3 Grafik Hubungan antara Besar Kecepatan
Superficial yang Bekerja dengan Pressure Drop .........
16
Gambar 2.4 Prilaku Gelembung pada Jenis Distributor ...................
17
Gambar 2.5 Pasir Silika ....................................................................
18
Gambar 2.6 Tipe Gasifier Fixed Bed ...............................................
22
Gambar 2.7 Skema Reaktor Bubbling Fluidized Bed Gasifier .........
23
Gambar 2.8 Skema Reaktor Circulating Fluidized Bed Gasifier .....
24
Gambar 2.9 Aliran Fluida dalam Tabung..........................................
30
Gambar 2.10 Aliran Fluida pada Penampang yang Sama...............
31
Gambar 2.11 Siklus Persamaan Bernoulli........................................
33
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ................................................
35
Gambar 3.2 Instalasi Pengujian ......................................................
37
Gambar 3.3 Reaktor ........................................................................
39
Gambar 3.4 Distributor Udara ..........................................................
40
Gambar 3.5 Cyclone ........................................................................
41
Gambar 3.6 Plenum .........................................................................
42
Gambar 3.7 Tabung Filter ................................................................
43
Gambar 3.8 Kompor Modifikasi……………………………………….
44
Gambar 3.9 Sekam Padi………………………………………………... 47
Gambar 3.10 Pasir Silika……………………………………………….
47
Gambar 3.11 Kapur (gamping)……………………………………….
47
Gambar 4.1 Karakteristik Kecepatan Minimum Fluidisasi…………..
48
Gambar 4.2 Grafik Temperatur Reaktor pada Kecepatan
Udara 1m/s………………………………………………
49
Gambar 4.3 Grafik Temperatur Reaktor pada Kecepatan
Udara 1,5m/s…………………………………………….
Gambar 4.4 Grafik Temperatur Reaktor pada Kecepatan
xv
xv
50
Udara 2 m/s………………………………………………
51
Gambar 4.5 Grafik Temperatur Nyala Api pada Kecepatan
Udara 1 m/s………………………………………………
52
Gambar 4.6 Grafik Temperatur Nyala Api pada Kecepatan
Udara 1,5 m/s…………………………………………….
53
Gambar 4.7 Grafik Temperatur Nyala Api pada Kecepatan
Udara 2 m/s………………………………………………
54
Gambar 4.8 Grafik Temperatur Pendidihan Air pada
Kecepatan Udara 1 m/s………………………………...
55
Gambar 4.9 Grafik Temperatur Pendidihan Air pada
Kecepatan Udara 1,5 m/s………………………………
56
Gambar 4.10 Grafik Temperatur Pendidihan Air pada
Kecepatan Udara 2 m/s……………………………….
57
Gambar 4.11 Grafik Perbandingan Temperatur Reaktor
pada Kecepatan Udara 1 m/s, 1,5 m/s, 2 m/s……
58
Gambar 4.12 Grafik Perbandingan Temperatur Nyala Api
pada Kecepatan Udara 1 m/s, 1,5 m/s, 2 m/s……
59
Gambar 4.13 Grafik Perbandingan Temperatur Pendidihan Air
pada Kecepatan Udara 1 m/s, 1,5 m/s, 2 m/s……
61
Gambar 4.14 Grafik Perbandingan Jumlah kalor yang dihasilkan
pada Kecepatan Udara 1 m/s, 1,5 m/s, 2 m/s……
xvi
xvi
65
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Unsur Kimia .....................................................................
28
Tabel 3.1 Keterangan Gambar Reaktor ..........................................
37
Tabel 4.1 Tabel Perhitungan Kalor Sensibel Air pada Kecepatan
Udara 1 m/s ....................................................................
62
Tabel 4.2 Hasil Perhitungan Kalor Sensibel Air pada Kecepatan
Udara 1,5 m/s .................................................................
63
Tabel 4.3 Hasil Perhitungan Kalor Sensibel Air pada Kecepatan
Udara 2 m/s ....................................................................
64
Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Kalor Laten Air ...................................
64
Tabel 4.5 Hasil Perhitungan Jumlah Kalor yang dihasilkan .............
65
xvii
DAFTAR SIMBOL
Simbol
Satuan
Q
= Kalor
[Joule]
Qs
= Kalor sensible
[Joule]
Ql
= Kalor laten
[Joule]
m
= Massa bahan bakar
[kg]
Cp
= Kalor jenis air
[kj/kg.°C]
hfg
= Enthalpy penguapan
[kj/kg]
∆T
= T2-T1 (perubahan suhu)
[°C]
P
= Tekanan
[N/m2]
A
= Luas penampang
[m 2]
v
= Kecepatan aliran fluida
[m/s]
ρ
= Massa jenis fluida
[kg/m3]
g
= Percepatan gravitasi bumi
[9,8 m/s 2]
xviii