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
193 Aplikasi Gas untuk Pembangkit Daya dan Panas
Gambar 6.2. Kecepatan udara di atas reaktor untuk laju sekam padi 5 kgjam dan 10 kgjam pada berbagai variasi lambda.
Gambar 6.3. Prediksi komposisi gas yang dihasilkan baik dari pembakaran maupun gasifikasi sekam.
0,0 1,0
2,0 3,0
4,0 5,0
6,0 7,0
0,0 0,1
0,2 0,3
0,4 0,5
0,6 0,7
0,8 0,9
Pembakaran sempurna Gasifikasi Lambda 0,5 Gasifikasi Lambda 0,3
A F
R [
-]
K ec
ep at
an m
s
Kecepatan Udara ms_Kapasitas 5 kgjam
Kecepatan Udara ms_Kapasitas 10 kgjam
AFR_aktual
10 20
30 40
50 60
70
N2 H2O
CO2 CO
H2 Pembakaran sempurna
Gasifikasi Lambda 0,5 Gasifikasi Lambda 0,3
N
2
H
2
O CO
2
CO H
2
194 Produksi Gas dari Padatan
Tabel 6.1. Prediksi daya listrik output dari hasil gasifikasi lambda 0,5 dan 0,3 untuk berbagai perbandingan volume udara dan
volume gas.
Gasifikasi Gasifikasi
Lambda 0,5 Lambda 0,3
AFR_stoi 0,74
0,74 1,49
1,49 Volume udara:volume gas
2 1
2 1
Kapasitas mesin
Bustamante, Enick et al. 193
193 193
193 Putaran mesin rpm
2000 2000
2000 2000
Kebutuhan gas Ls 3,22
6,43 3,22
6,43 Nilai Kalor gas MJm
3
3,5 3,5
3,5 3,5
Daya_input Kwant 3,16
6,33 5,64
11,28 Efisiensi termal mesin
30 30
30 30
Efisiensi generator 95
95 95
95 Listrik yang dihasilkan W
902,8 1805,7
1609,7 3219,4
Tabel 6.1 menunjukkan prediksi daya listrik output dari hasil gasifikasi lambda 0,5 dan 0,3 untuk berbagai perbandingan
volume udara dan volume gas. Terlihat bahwa untuk perbandingan volume udara dengan gas yang sama, dengan
menggunakan lambda lebih rendah artinya proses gasifikasi dengan udara yang lebih rendah dapat diperoleh daya output
yang lebih besar. Hal ini dapat terjadi karena dengan pemakaian udara yang lebih rendah, pada proses gasifikasi dapat diperoleh
kandungan CO atau H
2
yang lebih tinggi. Tabel 6.1 juga menunjukkan bahwa pada perbandingan udara dan gasifikasi
yang masuk ke motor bakar lebih rendah dapat diperoleh daya output yang lebih tinggi. Artinya untuk mendapatkan daya
keluaran yang besar dapat ditempuh dengan cara:
1. Pada reaktor gasifikasi sekam dijaga agar lambda untuk gasifikasi sekitar 0,3.
2. Pada motor bakar, proses pembakaran gasifikasi dengan udara menggunakan rasio volume udara terhadap
gasifikasi sebesar 1.
195 Aplikasi Gas untuk Pembangkit Daya dan Panas
6.4 Analisis Unjuk Kerja Genset Berbahan Bakar Gasifikasi
Uji unjuk kerja motor bakar berbahan bakar gas hasil melibatkan torsi, bmep, efisiensi volumetrik dan efisiensi total.
Dari hasi pengujian genset berbahan bakar gas hasil, dapat diperoleh torsi yang diperlihatkan pada Gambar 6.4. Semakin
besar beban membutuhkan torsi yang lebih besar. Pada beban 1000 W, torsi yang dibutuhkan 2,4
– 2,7 Nm untuk semua variasi pengujian. Torsi yang terjadi ternyata lebih rendah dari torsi
maksimum spesifikasi standar genset berbahan bakar bensin sebesar 10,8 Nm. Hal ini dapat dimengerti karena energi yang
terkandung dalam gas hasil lebih rendah dari bensin. Dengan kapasitas sekam 10 kgjam dan lambda 0,3 dapat diperoleh torsi
yang sedikit lebih tinggi dari variasi lainnya.
Gambar 6.4. Torsi mesin berbahan bakar gas hasil.
0,0 0,5
1,0 1,5
2,0 2,5
3,0
200 400
600 800
1000 1200
T or
si N
m
Beban W
Kapasitas sekam 5 kgjam, lambda 0,3 Kapasitas sekam 5 kgjam, lambda 0,5
Kapasitas sekam 10 kgjam, lambda 0,3 Kapasitas sekam 10 kgjam, lambda 0,5
196 Produksi Gas dari Padatan
Gambar 6.5. Efisiensi volumetrik mesin berbahan bakar gas hasil. Efisiensi volumetrik pada saat idle dengan bahan bakar
gas hasil berkisar antara 40-70 tergantung dari kapasitas sekam dan lambda. Pada kapasitas sekam 5 kgjam dengan
lambda 0,3 diperoleh efisiensi volumetris antara 40-60. Pada beban rendah 600 watt, efisiensi volumetris tertinggi
diperoleh pada saat variasi kapasitas sekam 10 kgjam dan lambda 0,3. Pada beban tinggi 600 watt, efisiensi
volumetris tertinggi diperoleh pada saat variasi sekam 10 kgjam dan lambda 0,5.
10
20
30
40 50
60 70
80 90
100
200 400
600 800
1000 1200
E fi
si ens
i V ol
um et
ri k
Beban W Kapasitas sekam 5 kgjam, lambda 0,3
Kapasitas sekam 5 kgjam, lambda 0,5 Kapasitas sekam 10 kgjam, lambda 0,3
Kapasitas sekam 10 kgjam, lambda 0,5
197 Aplikasi Gas untuk Pembangkit Daya dan Panas
Gambar 6.6. Bmep mesin berbahan bakar gas hasil.
Gambar 6.7. Konsumsi bahan bakar spesifik mesin berbahan bakar gas hasil.
Dari pengujian motor bakar berbahan bakar gas hasil pada beban 1000 W diperoleh harga bmep sebesar 220 kPa
sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 6.6. Besarnya bmep pada motor bakar adalah 850-1050 kPa pada torsi maksimumnya
50 100
150 200
250
200 400
600 800
1000 1200
m ep
kP a
Beban W Kapasitas sekam 5 kgjam, lambda 0,3
Kapasitas sekam 5 kgjam, lambda 0,5 Kapasitas sekam 10 kgjam, lambda 0,3
Kapasitas sekam 10 kgjam, lambda 0,5
5 10
15 20
25 30
200 400
600 800
1000 1200
K ons
um si
B aha
n B aka
r S pe
si fi
k cc
J
Beban W Kapasitas sekam 5 kgjam, lambda 0,3
Kapasitas sekam 5 kgjam, lambda 0,5 Kapasitas sekam 10 kgjam, lambda 0,3
Kapasitas sekam 10 kgjam, lambda 0,5
198 Produksi Gas dari Padatan
Heywood, 1988. Data ini sekaligus menunjukkan bahwa dengan bmep yang rendah, motor bakar berbahan bakar gas hasil dapat
menghasilkan daya rendah. Gambar 6.6 juga menunjukkan bahwa semakin besar beban dapat diperoleh peningkatan bmep untuk
semua variasi pada proses gasifikasi. Besarnya bmep pada setiap beban untuk setiap variasi mempunyai harga yang tidak jauh
berbeda.
Dari hasil pengujian diperoleh bahwa konsumsi bahan bakar spesifik pada motor bakar berbahan bakar gas hasil
semakin menurun dengan meningkatnya beban sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 6.7. Pada beban 1000 W, besarnya
konsumsi bahan bakar spesifik sebesar 5 ccJ dan tidak terlalu dipengaruhi oleh variasi pada proses gasifikasi.
Gambar 6.8. Efisiensi total mesin berbahan bakar gas hasil. Gambar 6.8 menunjukkan efisiensi total mesin berbahan
bakar gas hasil. Terlihat bahwa efisiensi total memingkat seiring dengan meningkatnya beban. Dari Gambar 6.8 terlihat bahwa
pada beban 1000 W, efisiensi tertinggi diperoleh pada saat variasi
2 4
6 8
10
200 400
600 800
1000 1200
E fi
si ens
i T ot
al
Beban W Kapasitas sekam 5 kgjam, lambda = 0,3
Kapasitas sekam 5 kgjam, lambda = 0,5 Kapasitas sekam 10 kgjam, lambda = 0,3
Kapasitas sekam 10 kgjam, lambda = 0,5
199 Aplikasi Gas untuk Pembangkit Daya dan Panas
pengujian dengan kapasitas sekam 5 kgjam dan lambda 0,3 yaitu sebesar 8.
6.5
Studi Kasus Pembangkit Daya dan Panas 6.5.1. Clean Stages Gasifier 300 kW di TU Graz, Austria.
Konsep dari gasifikasi bertingkat yang dikembangkan di IWT, TU Graz, Austria dapat dilihat pada Gambar 6.9. Secara garis
besar, reaktor gasifikasi dipisahkan menjadi tiga yaitu reaktor pirolisis, reaktor oksidasi terbatas, dan reaktor reduksi char. Gas
dari staged gasifier sebelum dimasukkan ke dalam mesin gas perlu dilakukan pembersihan gas cleaning dan panasnya dapat
dimanfaatkan kembali heat recovering.
Gambar 6.9. Skema clean staged gasifier di IWT, TU Graz, Austria Suyitno, 2007.
