TUGAS AKHIR Pengaruh Jumlah Nozel Distributor Terhadap Kinerja Fluidized Bed Gasifier.

TUGAS AKHIR

PENGARUH JUMLAH NOZEL DISTRIBUTOR TERHADAP
KINERJA FLUIDIZED BED GASIFIER

Disusun Sebagai Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun oleh :

RISKI ELIS SAPUTRA
D 200 110 085

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2017

i

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Skripsi dengan judul:
“PENGARUH JUMLAH NOZEL DISTRIBUTOR TERHADAP KINERJA
FLUIDIZED BED GASIFIER” 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 si
publikasikan

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,

Riski Elis Saputra

ii

HALAMAN PERSETUJUAN
Tugas Akhir berjudul “PENGARUH JUMLAH NOZEL DISTRIBUTOR
TERHADAP KINERJA FLUIDIZED BED GASIFIER”, telah disetujui
Pembimbing dan diterima sebagai syarat memperoleh gelar sarjana S1
pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah
Surakarta.
Dipersiapkan oleh:
Nama

: RISKI ELIS SAPUTRA

NIM

: D 200 110 085

Disetujui pada
Hari

: ............................

Tanggal

: ............................

Pembimbing Utama

Nur Aklis, ST., M.Eng

iii

HALAMAN PENGESAHAN
Tugas Akhir berjudul : “PENGARUH JUMLAH NOZEL DISTRIBUTOR
TERHADAP KINERJA FLUIDIZED BED GASIFIER” 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

: RISKI ELIS SAPUTRA

NIM

: D 200 110 085

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

Ya Tuhanku, berilah aku petunjuk agar aku dapat mensyukuri nikmat-Mu

yang telah Engkau limpahkan kepadaku dan kepada kedua orang tuaku,
dan agar aku dapat berbuat kebajikan yang Engkau ridhai ; dan berilah
aku kebaikan yang akan mengalir sampai kepada anak cucuku. Sungguh,
aku bertobat kepada Engkau, dan sungguh, aku termasuk orang muslim
(Q.S Al- Ahqaf 15)

“Ya Tuhanku, tambahkanlah kepadaku ilmu pengetahuan.”
(Q.S Taha 114)

vi

Abstraksi
Pembakaran bahan bakar gas lebih menguntungkan dari bahan
bakar padat karena menghasilkan pembakaran yang lebih bersih, produk
gas dapat dibuat dengan cara fluidized bed gasifier dengan bahan bakar
sekam padi. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh jumlah
nozel distributor terhadap kinerja fluidized bed gasifier pada kecepatan 1,3
m/s yang meliputi kecepatan minimum fluidisasi, temperatur reaktor,
pengaruh jumlah gas yang dihasilkan dan waktu nyala efektif. Penelitian
diawali dengan pembuatan alat fluidized bed gasifier sekam padi,

kemudian melakukan pengujian pebakaran dengan mengatur distributor
udara jumlah nozel 3, jumlah nozel 5, dan jumlah nozel 7. Data yang
diukur dalam penelitian ini adalah mengukur kecepatan minimum
fluidisasi, temperatur reaktor, pengaruh jumlah gas yang dihasilkan dan
waktu nyala efektif. Hasil penelitian menunjukkan jumlah nozzel pada
distributor mempengaruhi kinerja alat fluidized bed gasifier semakin
banyak jumlah nozel kecepatan minimum yang dihasilkan semakin
rendah, yaitu pada distributor jumlah nozel 7 sebesar 0,9 m/s. Untuk
temperatur tertinggi didapatkan dari distributor jumlah nozel 7 yaitu
465,5°C. Sedangkan untuk waktu nyala efektif terlama distributor jumlah
nozel 3 didapatkan selama 65 menit. Jumlah gas yang dihasilkan
terbanyak adalah distributor jumlah nozzel 7 sebesar 1561,4269 Kj.
Kata kunci : fluidized bed gasifier, sekam padi, jumlah nozzel
distributor, kinerja reaktor

vii

Abstraction
The burning of gas fuel is more profitable than solid fuel because it
produces a cleaner combustion, gas products can be made by way of a

fluidized bed gasifier with rice husk fuel. This research aims to know the
influence of the number of nozzles distributor fluidized bed gasifier on
performance at the speed of 1,3 m/s which include minimum speed
fluidization, the reactor temperature,time effective flame and the influence
of the amount of gas produced. The research began with the manufacture
of tools of fluidized bed gasifier rice husk, then do the test firing by setting
the air distributor number of nozzle 3, nozzle 5, nozzle 7. The data
measured in this research is to measure the speed of a minimum
fluidization, reactor temperature, influences the amount of gas produced
from the time effective flame. The results showed the number of nozzles
on a distributor appliance affect the performance of fluidized bed gasifier
the greater number of nozzles the minimum speed that produced the lower
number 7 nozzles of 0,9 m/s . For the highest temperature is obtained
from the distributor number of nozzles 7 of 465,5ºC. While for the longest
time effective flame distributor 3 nozzles amount obtained during the 65
minute. The amount of gas produced is the largest distributor of the
number of nozzles 7 of 1561.4269 Kj.
Keyword : Fluidized bed gasifier, rice husk, the number of distributor
nozzle reactor performance

viii

HALAMAN PERSEMBAHAN

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 adik saya
yang menjadi saudara yang senantiasa mendukung dan
memberikan semangat kepada saya untuk selalu senantiasa
berusaha sebaik mungkin.
4. Teman seperjuangan tugas akhir Didik Setyawan, Rizkitianto Dwi
Hadi Purnomo dan Teguh Prasetyo Yuono, terimakasih atas
kerjasama dan bantuannya.
5. Sahabatku semuanya yang selalu menyemangati yang tidak bisa
saya tulis satu persatu.

ix

KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr. Wb
Sesungguhnya, segala puji hanyalah milik Allah, atas segala
rahmat dan karunia- Nya yang telah terlimpahkan kepada penulis,
sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Sholawat dan salam
semoga senantiasa tercurah kepada Nabi Muhammad SAW. Juga kepada
keluarga, para sahabat serta orang-orang yang setia mengikuti mereka
hingga hari akhir.
Tugas Akhir yang berjudul “PENGARUH JUMLAH NOZEL
DISTRIBUTOR TERHADAP KINERJA FLUIDIZED BED GASIFIER” 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 Amin Sulistyanto ST. selaku Pembimbing Akademik.

x

4. Dosen Jurusan Teknik Mesin beserta Staf Tata Usaha Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
5. Teman – teman yang sudah banyak membantu dan mendukung saya
dalam perkuliahan maupun yang lainnya selama di Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
Akhir kata, penulis mohon maaf sebelum dan sesudahnya, jika
sekiranya terdapat kesalahan dan kekurangan dalam penulisan Tugas
Akhir ini, yang disebabkan adanya keterbatasan-keterbatasan antara lain
waktu, dana, literatur yang ada, dan pengetahuan yang penulis miliki.
Harapan penulis semoga laporan ini bermanfaat untuk pembaca.
Tugas Akhir ini semoga dapat bermanfaat khususnya bagi penulis
dan pihak lain yang membutuhkan, Amin ya Robbaallamin.
Wassalamu’alaikum. Wr. Wb.
Surakarta, januari 2017

Penulis

xi

DAFTAR ISI

Halaman Judul ...................................................................................... i
Pernyataan Keaslian Skripsi ................................................................. ii
Halaman Persetujuan ........................................................................... iii
Halaman Pengesahan .......................................................................... iv
Lebar Soal Tugas Akhir ........................................................................ v
Motto .................................................................................................... vi
Abstraksi ............................................................................................... vii
Abstraction ............................................................................................ viii
Halaman Persembahan ........................................................................ ix
Kata Pengantar ..................................................................................... x
Daftar Isi ................................................................................................ xii
Daftar Gambar ...................................................................................... xvii
Daftar Tabel .......................................................................................... xx
Daftar Simbol ........................................................................................ xxi

xii

BAB I PENDAHULUN
1.1 Latar Belakang ..................................................................... 1
1.2 Perumusan Masalah ............................................................ 4
1.3 Tujuan Penelitian ................................................................. 4
1.4 Manfaat Penelitian ............................................................... 4
1.5 Batasan Masalah ................................................................. 5
1.6 Sistematika Penulisan .......................................................... 6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Tinjauan Pustaka ................................................................. 8
2.2 Dasar Teori .......................................................................... 10
2.2.1 Sekam Padi ................................................................ 10
2.2.2 Fluidisasi ..................................................................... 12
2.2.3 Fluidized Bed .............................................................. 14
2.2.4 Kecepatan Minimum Fluidisasi ................................... 15
2.2.5 Keuntungan Fluidisasi ................................................ 16
2.2.6 Distributor ................................................................... 17
2.2.7 Bed Material................................................................ 20

xiii

2.2.8 Gasifikasi .................................................................... 23
2.2.9 Tipe Gasifier ............................................................... 25
2.2.10 Tahapan Proses Pembakaran .................................. 27
2.2.11 Produk Gas ............................................................... 29
2.2.12 Daya ......................................................................... 35
2.2.13 Kalor ......................................................................... 36
2.2.14 Persamaan Bernoulli ................................................ 38
2.2.15 Persamaan Kontinuitas ............................................ 39
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Diagram Alir Penelitian ...................................................... 42
3.2 Tahapan Penelitian ............................................................ 43
3.3 Instalasi Pengujian ............................................................. 45
3.4 Alat Dan Bahan Pengujian ................................................. 47
3.5 Alat Ukur ............................................................................ 54
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Kecepatan minimum fluidisasi distributor jumlah nozel 3 .. 56
4.2 Kecepatan minimum fluidisasi distributor jumlah nozel 5 .. 57

xiv

4.3 Kecepatan minimum fluidisasi distributor jumlah nozel 7 .. 57
4.4 Pembahasan dan grafik temperatur reaktor dengan distributor
jumlah nozel 3 ................................................................... 58
4.5 Grafik dan pembahasan temperatur reaktor dengan distributor
jumlah nozel 5 ................................................................... 60
4.6 Grafik dan pembahasan temperatur reaktor dengan distributor
jumlah nozel 7 ................................................................... 61
4.7 Grafik dan pembahasan temperatur reaktor pada ketiga
jumlah nozel distributor...................................................... 62
4.8 Pembahasan dan grafik temperatur api pada distributor jumlah
nozel 3 ............................................................................... 63
4.9 Pembahasan dan grafik temperatur api pada distributor jumlah
nozel 5 ............................................................................... 64
4.10 Pembahasan dan grafik temperatur api pada distributor
jumlah nozel 7 ............................................................... 65
4.11 Grafik dan pembahasan temperatur api ketiga jumlah nozel
distributor ......................................................................... 66
4.12 Grafik

dan pembahasan temperatur air pada distributor

jumlah nozel 3 .................................................................

xv

67

4.13 Grafik

dan pembahasan temperatur air pada distributor

jumlah nozel 5 .................................................................
4.14 Grafik

68

dan pembahasan temperatur air pada distributor

jumlah nozel 7 .................................................................

69

4.15 Grafik dan pembahasan temperatur air pada ketiga jumlah
nozel distributor ...............................................................

70

4.15 Pembahasan dan grafik hubungan kalor terpakai ketiga
jumlah nozel distributor ...................................................

72

BAB V PENUTUP
5.1. Kesimpulan ....................................................................................

74

5.2. Saran .............................................................................................

75

DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN

xvi

DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Sekam padi ..................................................................... 11
Gambar 2.2. Konsep dasar fluidisasi ................................................... 13
Gambar 2.3. Kecepatan minimum fluidisasi ........................................ 16
Gambar 2.4. Jenis-jenis distributor ...................................................... 18
Gambar 2.5. Contoh distributor type nozel .......................................... 19
Gambar 2.6. Contoh lain distributor type nozel.................................... 19
Gambar 2.7. Pasir silika ....................................................................... 21
Gambar 2.8. Kapur atau gamping ........................................................ 22
Gambar 2.9. Tahapan proses gasifikasi .............................................. 24
Gambar 2.10. Type gasifier.................................................................. 25
Gambar 3.1. Diagram alir penelitian .................................................... 42
Gambar 3.2. System fluidized bed gasifier .......................................... 45
Gambar 3.3. Instalasi alat fluidized bed gasifier .................................. 46
Gambar 3.4. Bahan bakar dan material bed. ....................................... 48
Gambar 3.5. Plenum ............................................................................ 48
Gambar 3.6. Distributor yang digunakan ............................................. 49

xvii

Gambar 3.7. Bentuk 2D distributor nozel ............................................. 49
Gambar 3.8. Reaktor Fluidisasi............................................................ 51
Gambar 3.9. Cyclone ........................................................................... 51
Gambar 3.10. Tangki Filter .................................................................. 52
Gambar 3.11. Kompor modifikasi......................................................... 53
Gambar 4.1. Karakteristik kecepatan minimum fluidisasi distributor
jumlah nozel 3 ....................................................................................... 56
Gambar 4.2. Karakteristik kecepatan minimum fluidisasi distributor jumlah
nozel 5 .................................................................................................. 57
Gambar 4.3. Karakteristik kecepatan minimum fluidisasi distributor jumlah
nozel 7 .................................................................................................. 58
Gambar 4.4. Grafik temperatur reaktor percobaan fluidized bed gasifier
pembakaran sekam padi distributor jumlah nozel 3 ............................. 59
Gambar 4.5. Grafik temperatur reaktor percobaan fluidized bed gasifier
pembakaran sekam padi distributor jumlah nozel 5 ............................. 60
Gambar 4.6. Grafik temperatur reaktor percobaan fluidized bed gasifier
pembakaran sekam padi distributor jumlah nozel 7 ............................. 61
Gambar 4.7. Grafik temperatur reaktor pada tiga distributor ............... 62

xviii

Gambar 4.8. Grafik temperatur api pada distributor jumlah nozel 3
terhadap waktu pada kerja alat fluidized bed ..................................... 63
Gambar 4.9 Grafik temperatur api distributor jumlah nozel 5 terhadap
waktu pada kerja alat fluidized bed ..................................................... 64
Gambar 4.10. Grafik temperatur api pada disributor jumlah nozel 7
terhadap waktu pada kerja alat fluidized bed ..................................... 65
Gambar 4.11. Temperatur api tiga distributor ...................................... 66
Gambar 4.12. Menunjukkan hubungan temperatur air terhadap waktu
pendidihan air pada distributor jumlah nozel 3 ..................................... 67
Gambar 4.13. Menunjukkan hubungan temperatur air terhadap waktu
pendidihan air pada distributor jumlah nozel 5 ..................................... 68
Gambar 4.14. Menunjukkan hubungan temperatur air terhadap waktu
pendidihan air pada distributor jumlah nozel 7 ..................................... 69
Gambar 4.15. Grafik hubungan temperatur air terhadap waktu pada tiga
variasi jumlah distributor ....................................................................... 70
Gambar 4.16. Diagram batang kalor terpakai ketiga distributor .......... 73

xix

DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Komposisi kimia sekam berdasarkan DTC-IPB .................. 11
Tabel 2.2. Kelebihan dan kekurangan berbagai tipe gasifier ............... 26
Tabel 2.3. Perbedaan gasifikasi dan pembakaran ............................... 28
Tabel 3.1. Jenis Distributor Udara Yang digunakan ............................ 49
Tabel 4.1. Tabel minimum fluidisasi ..................................................... 58
Tabel 4.2. Tabel perhitungan kalor sensibel ........................................ 72
Tabel 4.3. Tabel perhitungan kalor laten .............................................. 72
Tabel 4.4. Tabel perhitungan kalor terpakai......................................... 72

xx

DAFTAR SIMBOL
Simbol Satuan
Qs

= Kalor sensible [Kilo Joule]

Ql

= Kalor laten [Kilo Joule]

m

= Massa bahan bakar [kg]

Cp

= Kalor jenis air [kJ/kg]

Hfg

= Enthalpy penguapan [kJ/kg]

ΔT

= T2-T1 (perubahan suhu) [°C]

muap = Massa uap (Kg)

P

= Daya (J/s)

W

= Usaha (J)

t

= Waktu (s)

xxi