Genset Dengan Bahan Bakar Gasifikasi Downdraft Kulit Kopi dan Batubara.

PROSIDING
SEMINAR NASIONAL TAHUNAN TEKNIK MESIN INDONESIA· XIV

Chaflenge!; and Appl!cor•on!1 ot Moctutn• l Engineering Sctence for
A ean Eeonomtc Commu nity In 2015

supported by

t\AUTODESK.

>

!!m "':, BUMA

Ba.n.t armashl Post
Banjarmasin
7 - Oktober 2015

PROSIDING

SEMINAR NASIONAL TAHUNAN TEKNIK MESIN INDONESIA· XIV

Challenges and Applications of Mechanical Engineering Sc
ience for
Asean Economic Community in 20 15

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT
Banjarmasin, 7 • 8 Oktobar 2015

Seminar Nasional Tahnnan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)
Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015
COVER ................................................................................................................................................................. i
KATA PENGANTAR.•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••

ii

SAMBUTAN REKTOR••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••

ill

SAl\fBUTAN DEKAN ........................................................................................................................................................................................... iv
REVIEWER ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••

v

PANITIA ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••

vii

JADWAL ACARA •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••

vill

DAFfAR lSI •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• nvii
KEYNOTE SPEAKER.•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••

xllx

BIDANG KONVERSI ENERGI

NO

JUDUL

KODE

Genset denttan llahan bakar eo··g.,;ifilrasi downdraft kullt

2

Unjuk Kerja Pengering Surya Tipe Rak Pada Pengeringan Kerupuk Kulit Mentah

KE 02

3

Analisis Unjuk Kerja Sistem Turbin Gas Mikro Bioenergi Proto X-3 Berbahan Bakar LPG

KE 04

4

Optimasi periode data berdasarkan time constant
surya pelat datar

KE 06

5

Pengembangan Model Matematika Kinetika Reaksi Torefaksi Sampah

6

PENGGUNAAN GAS SEBAGAI BAHAN BAKAR PADA SEPEDA MOTOR BERMESIN INJEKSI

7

STUDI NUMERIK KARAKTERISTIK ALIRAN GAS-SOLID DAN PEMBAKARAN PADA TANGENTIALLY
FIRED PULVERIZED-COAL BURNER DENGAN VARIASI SUDUTTILTING

8

dan batubara

KE 01

1

pada pengujian unjuk kerja termal kolektor

Pemanfaatan Panas Buang Kondenser pada Pengering Beku Vakum

KE 07
KE 10

KE 11

KE 12

9

Sistem Pendingin Adsorpsi dengan Single Bed Adsorber

10

Penerapan Evaporative Cooling Untuk Peningkatan Kinerja Mesin Pengkondisian Udara Tipe
Terpisah (AC Split)

KE 14

11

Penggunaan Thermal Energy Storage sebagai Penyejuk Udara Ruangan dan Pemanas Air pada
Residential Air Conditioning Hibrida

KE 15

12

Studi Eksperimental tentang Karakteristik Turbin Angin Sumbu Vertikal Jenis Darrieus-Savonius

13

PENGARUH KONSENTRASI GARAM TERHADAP KARAKTERISITIK ALIRAN DUA FASE GAS DAN AIR

14

Karakteristik Pembentukan Cincin Vorteks pada Jet Sintetik akibat Perubahan Frekwensi Eksitasi
pada Aktuator Ber-cavity Kerucut

KE 23

15

KAJI TEORITIK KONSUMSI GAS LPG SEBAGAI SUMBER PANAS PADA PETERNAKAN AYAM BROILER
TIPE KANDANG TERTUTUP (CLOSED HOUSE)

KE 24

16

STUDI AWAL GASIFIKASI SERBUK KAYU PADA OPEN TOP STRATIFIED DOWNDRAFT GASIFIER

17

Prototipe Sistem Pengering Cengkeh Dengan Energi Surya

18

Drag Reduction in Flow Separation Using Plasma Actuator in Cylinder Models

19

PENGARUH VARIASI NORMALITAS AKTIVATOR PADA AKTIVASI NaOH-FISIK ADSORBEN FLY ASH
BATUBARA TERHADAP PRESTASI MESIN SEPEDA MOTOR 4-LANGKAH

KE 13

xxvii

KE 17
KE 22

KE 25
KE 26
KE 28

KE 29

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)
Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

Gensel dengan bahan bakar gasifikasi downdraft kulit kopi dan batubara
I Gusti Ngurah Putu Tenaya 1• 8 ·, I Nyoman Suprapta Winaya 2·b dan
I Nyoman Edi Gunawan3·c
12 3
' ' Jurusan

Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Udayana
Kampus Bukit Jimbaran Badung- Bali 80361 Telp/Faks: 0361-703321
"putu.tenaya@me.unud.ac.id, bins.winaya@me.unud.ac.id

Abstrak
Proses gasifikasi downdraft adalah proses pengk:onversian dua bahan bakar padat atau lebih
menjadi gas mudah terbakar dengan jumlah udara yang terbatas dan gas basil pembakaran
dilewatkan pada bagian oksidasi dari pembakaran dengan cara ditarik mengalir ke bawah. Pada
penelitian ini bahan bakar yang digunakan adalah campuran antara biomassa kulit kopi dengan
batubara. Pengk:onversian dua jenis bahan bakar padat dimaksudkan untuk meningk:atkan kualitas
(nilai kalor) dari biomassa kulit kopi dan mengurangi dampak negatif atau pencemaran lingk:ungan.
Dalam penelitan ini dianalisis lama genset menyala dengan komposisi campuran kulit kopi dan
batubara berdasarkan prosentase massa dengan berat total bahan bakar 3 kg. Penelitian ini
melibatkan 3 variasi presentase massa kulit kopi-batubara seperti: 80 : 20, 70 : 30 dan 60 : 40.
Temperatur dan kondisi operasi disesuaikan untuk proses gasifikasi pada laju alir udara yang
konstan. Hasil penelitian menunjukkan seiring dengan prosentase peningk:atan biomassa kulit kopi
pada campuran bahan bakar akan memperpendek lama genset menyala dan mempersingk:at waktu
penyalaan.

Kata kunci : kulit kopi, batubara, gasifikasi downdraft, lama genset menyala

Pendahuluan
Salah satu pemanfaatan energi biomassa
dapat dilakukan dengan cara teknologi
gasifikasi downdraft. Gasifikasi downdraft
adalah proses yang mengk:onversikan bahan
bakar padat menjadi bahan bakar gas dengan
memakai jumlah udara yang terbatas dan gas
basil pembakaran dilewatkan pada bagian
oksidasi dari pembakaran dengan cara ditarik
mengalir ke bawah. Gas yang dihasilkan
seperti metana (Cf4) , karbon monoksida
(CO) dan hydrogen (Hz) bisa dimanfaatkan
untuk
pembangkit
energi
thermal.
Pengk:onversian dua jenis bahan bakar padat
dimaksudkan untuk meningk:atkan kualitas
(nilai kalor) dari biomassa kulit kopi dan
mengurangi dampak negatif atau pencemaran
lingk:ungan. Kandungan volatile metter yang
tinggi pada
kulit
kopi
mempunyai
keuntungan yaitu mudah terbakar tetapi
berpotensi menghasilkan gas NOx akibat

pembakaran. Disisi lain penggunaan batubara
sebagai bahan bakar dikarenakan mempunyai
nilai kalor yang tinggi. Komposisi bahan
bakar kulit kopi dan batubara pada gasifikasi
sangat diperlukan sebagai parameter untuk
mengembangk:an sistem gasifikasi khususnya
kulit kopi sehingga bisa menjadi teknologi
terapan.
Dalam penelitan ini mengacu pada
pengaruh
komposisi
(persen
massa)
campuran bahan bakar kulit
kopi
dan
batubara dengan sistem gasifikasi downdraft
terhadap lama genset menyala.

DasarTeori
Biomassa Kulit Kopi
Biomassa adalah bahan organik yang
dihasilkan melalui proses fotosintentis, baik
berupa produk maupun buangan. Biomassa
digunakan sebagai sumber energi (bahan
bakar). Secara umum yang digunakan sebagai

Proeeedbl2 SeiiiiD.ar Nasloaal Tahunan TekDJk Melin XIV (SNTTM XIV)

bahan bakar adalah biomassa yang nilai
ekonomisnya rendab atau merupakan limbah
setelah diambil produk primemya.
Kopi (coffea sp.) adalah spesies tanam.an
berbentuk pohon yang termasuk dalam
k.eluarga ruhiaceGe
dan genus coffea.
Tanaman ini berbentuk tegak, bercabang dan
bila dibiarkan tumbuh dapat mencapai tinggi
12m. Jenis kopi yang banyak diusahakan di
Indonesia yaitu Robusta dan Arabika. Dalam
proses pengolahan kopi secara basah akan
menghasilkan limbah padat berupa k:ulit buah
pada proses pengupasan buah (pulping) dan
kulit tanduk pada saat penggerbusan
(hulling). Kadar organik k:ulit buah kopi
adalah 45,3 %, kadar nitrogen 2,98 %, fosfor
0,18 % dan kalium 2,26 %. Selam itu kulit
buah kopi juga mengandung Ca, Mg, Mn, Fe,
Cu dan Zn. Kulit kopi selama ini tidak:
mengalami pemprosesan di pabrik karena
yang digunakan hanya biji kopi yang
k.emudian dijadikan bubuk kopi instan.
Ada tiga tipe bahan bakar yang dihasilkan
oleh biomassa dan dipergunakan
untuk
berbagai macam kebutuhan, antara lain :
• Cairan : ethanol,
biodiesel
dan
methanol.
biogas (CI4. C(h), producer
• Gas
gas (C(h, H2, CF4, C02),
syngas (C02, H2).
• Padat : arang, briket.
Penggunaan ethanol dan biodiesel sebagai
bahan bakar kendaraan transportasi dapat
m.engurangi em.isi gas C . Oleh .karena itu
biomassa bukan hanya energi terbarukan tapi
juga bersih atau ramah lingkungan dan dapat
digunakan sebagai sumber energi secara
global.
Jenis Gasifikasi
Berdasarkan arah aliran gasnya, gasifikasi
dapat dibedakan menjadi gasiitkasi aliran
berlawanan (updraft gasification), gasifi.kasi
a1iran searah (downdraft gasification) dan
gasifikasi aliran menyilang (crossdraft
gasification). Ketiga jenis gasifikasi tersebut
memUiki keunggulan dan kekurangan
masing-masing.
a. Updraft Gasi.jkr.
Pada bagian ini pembakaran berlangsung
di bagian bawah dari tumpuan bahan
bakar da1am silinder, gas hasil
pembakaran akan mengalir ke atas
melewati tumpuan bahan bakar sekaligus
mengeringkannya.
Bahan
bakar

dimasukkan k.e dalam ruang bakar dari
lubang pemasukan atas.
K.eunggulan yang dimiliki jenis gasifier
ini menghasilkan pembakaran yang sangat
bersih, lebih mudah dioperasikan dan
arang yang dihasilkan lebih sedikit
sedangkan
kekurangannya
adalah
menghasilkan sedikit metan, tidak dapat
beroperasi secara kontinyu dan gas yang
dihasilkan tidak kontinyu.

Oambar 1. Skema Updraft Gasifier
b. Downdraft Gasifier.
Gas hasil pembakaran dilewatkan pada
bagian oksidasi dari pembakaran dengan
cara ditarik mengalir ke bawah sehingga
gas yang dihasilkan akan lebih bersih

karena tar dan m.inyak akan terbakar
sewaktu melewati bagian tadi.
K.eunggulan yang dimiliki jenis gasifier
ini dapat beroperasi secara kontinyu dan
suhu gas tinggi sedangkan kek:urangannya
adalab tar yang dihasilkan lebih banyak,
produksi asap terlalu banyak saat
beroperasi dan menghasilkan arang lebih
banyak.

Gambar 2. Skema Downdraft Gasifier
c. Crossdraft Gasifier.
Udara disemprotkan ke dalam bahan
bakar dari lubang arab samping yang
saling berhadapan
dengan
lubang
pengambilan gas sehingga pembakaran
dapat terkonsentrasi pada satu bagian saja

ProeeedJng SeiiiiD.ar Nasloaal Tahunan TekDJk Melin XIV (SNTTM XIV)

dan berlangsung secara lebih banyak
dalan suatu satuan waktu tertentu.
Keunggulan yang dimiliki jenis gasifier
ini suhu gas yang keluar tinggi, reduksi
C02 rendah, kecepatan gas tinggi, tempat
penyimpanan, pembakaran dan zona
reduksi
terpisah,
kemampuan
pengoprasiannya sangat bagus dan waktu
mulai
lebih
cepat.
Sedangkan
kek:urangannya adalah komposisi gas
yang dihasilkan kurang bagus, gas CO
yang dihasilkan tinggi, gas H rendah dan
gas metan yang dihasilkan juga rendab

Gambar 3. Skema Crossdraft Gasifier

Proses Gasifikasi
Gasifikasi adalah proses yang merubab
biomassa menjadi gas yang dapat dibakar
secara umum, djmana udara yang diperlukan
lebih rendab dari udara yang digunakan untuk
proses pembakaran.
Proses gasifikasi
melibatkan empat tahapan seperti drying,
pyrolisis, oksidasi parsial dan reduksi.
a. Pengeringan (drying).
Kandungan air dalam wujud cair berubab
menjadi uap air yang berwujud gas akibat
proses pemanasan.

CO+

02 ----. 0 + 283 KJ/mol

d Reduksi
Terjadi pada suhu 600° C sampai dengan
900° C. Produk yang dihasilkan pada
proses ini adalah gas terbakar seperti H2,
COdanCH.

Parameter Gasifikasi
Parameter-parameter penting yang hams
dipertimbangkan dalam proses gasifi.kasi,
yaitu:
a) Temperatur Gasifikasi
Temperatur gasifikasi hams tinggi karena
dalam tahap pertama gasifikasi adalah
pengeringan
untuk
menguapkan
kandungan air agar menghasilkan gas
yang bersih. Temperatur yang tinggi juga
dapat berpengaruh dalam menghasilkan
gas yang mudab terbakar. Untuk
mempertahankan temperatur, m.aka tangki
reak.tor diisolasi dengan bata tahan api
agar tidak ada panas yang k.eluar ke
lingkungan sehingga efisiensi reaktor
menjadi baik.
b) Fuel Consumtion Rate (FCR)

Biomassa yang dibutuhkan pada proses
gasifikasi dapat dihitung m.enggnnakan
rumus;
FCR = berat biomassatergasifikasi
waktu operasional
berat biomassa-berat arang
FCR

=

waktuoperasiona/

(kWdt)
c) Air Fuel Rate (AFR)

b. Pyrolisis
Terjadi pada suhu 150° C sampai 800° C.
Untuk gasifikasi biomassa, pyrolisis dapat
diprentasikan sebagai berikut:
Bahan bakar p8l!8l Char + Volatil
c. Oksidasi (pembakaran)
Pembakaran merupakan reaksi terpenting,
teljadi pada suhu 800° C sampai dengan
1400° C. Reaksi yang terjadi pada proses
pembakaran adalah:
C + 02
. C20 + 110,7 KJ/mo1
C + 02 ---+ 0 + 393,77 KJ/mol
H2 + 02 ---+ H20 + 742 KJ/mol

AFR adalah tingkat aliran udara primer
yang masuk ke reaktor. Hal ini mengacu
pada laju aliran udara yang diperlukan
untuk mengubab bahan bakar padat
menjadi gas. Hal ini sangat penting dalam
menentukan u.kuran blower yang
dibutuhkan untuk reaktor. Ini dapat
ditentukan dengan menggunakan tingkat
konsumsi bahan bakar (FCR), udara
stokiometri dari baban bakar (SA) dan
rasio equivalensi (e) untuk gasifying 0,3
sampai
0,4.
Seperti
ditunjukkan
menggunakanrumus:
AFR= sxFCRxSA
pa

Dimana:

ProeeedJng SeiiiiD.ar Nasloaal Tahunan TekDJk Melin XIV (SNTTM XIV)

AFR
=Air Fuel Rate (tingkat aliran
udara) (m3/jam)
FCR
= Fuel Consumtion Rate
(kg/jam)
pa
= Massa jenis udara (kglm3)
& = Rasio equivalensi (0,3-0,4)
SA
= Udara stokiom.etri dari bahan
bakar padat
d) Waktui Mulai Menyala
Adalah total waktu yang dibutuhkan oleh
reaktor sirkulasi fix bed mulai dari blower
dihidupkan sampai keluar gas m.ampu
bakar.
e) Durasi Oas Menyala
Adalah jumlah total waktu gas mampu
ba/car dapat menyala.

f) Durasi Operasi
Adalah jumlab total reaktor gasifikasi
untuk terjadinya proses fluidisasi sampai
gas mampu bakar yang dihasilkan tidak
dapat terbakar lagi dan bahan bakar habis
terbakar.
Metode Penelitian
Deskripsi Alat
Dalam penelitian ini reaktor gasifikasi
(gasifier) yang digunakan menggunakan
sistem downdraft tipe fixed bed. Komposisi
campuran
kulit
kopi
dan
batubara
berdasarkan prosentase massa dengan berat
total bahan bakar 3 kg. Penelitian ini
melibatkan 3 variasi presentase massa kulit
kopi-batubara seperti: (I) 80 :20. (II) 70 :30
dan (Ill) 60 : 40. Gambar 4. dibawah ini
adalab skematik downdraft gasifier yang
digunakan dalam penelitian.

3.
4.

5.
6.
7.
8.

Biomassa yang terbakar (areal
pembakaran).
Saluran pematik api.
Wajan pembakaran.
Lubang pembersih abu pada reaktor
Tabung cyclone.
Toples kaca penampung tar.

9. Filter
10. Katup ke lingkungan.
11. Katup ke genset.
12. Tt (Oksidasi).
13. T2 (Reduksi).
14. T3 (Pirolisis).
15. T4 (Pengeringan).
Bahan Penelitian
Dalam penelitian ini bahan bakar yang
digunakan berupa biomassa kulit kopi dan
batubara. Biomassa kulit kopi dan batubara
adalah baban bakar padat yang berbeda
karakteristiknya. Batubara memiliki kadar
abu sedang dan kandungan senyawa volatile
rendah dengan nilai karbon dan nilai kalor
tinggi. Sedangkan biomassa kulit kopi
memiliki kandungan bahan volatile tinggi
namun kadar karbon rendah. Kadar abu
biomassa terggantung dari jenis babannya
(kulit kopi, dll), sedangkan nilai kalornya
tergolong sedang. Pembakaran dapat dimulai
pada suhu rendah dikarenakan tingginya
kandungan senyawa volatile dalam biomassa.
Dalam penelitian ini biomassa yang
digunakan berbahan dasar butiran kopi utuh
karena mudah ditemukan di daerah PupuanTabanan Bali karena sebagian besar komoditi
petani disana adalah penghasilannya sebagai
petani laban kering yaitu petani kopi. Bahan
dasar kulit kopi tersebut kemudian digiling
untuk memisabkan biji kopi dengan kulitnya.
Hal tersebut dikarenakan pada proses
gasifikasi tidak mungkin dilakukan secara
langsung, karena berbagai alasan sepeti
menggunakan bahan bakar biomassa yang
tidak terpakai dan biji kopi bernilai ekonomi
tinggi. Oleh karenanya biomassa butinm kopi
perlu
diperlakukan
hingga
diperoleh
biomassa yang tidak terpakai. Bahan baku
tersebut berupa kulit kopi.

Gambar 4. Skematik Downdraft Gasifier
Keterangan Gambar :
1. Tabung reaktor baban bakar.
2. Blower

Gambar 5 K.ulit Kopi dan Batu Bara

ProeeedJng SeiiiiD.ar Nasloaal Tahunan TekDJk Melin XIV (SNTTM XIV)

Tahapan Pengujian
Bahan bakar berupa variasi komposisi
batubara dan kulit kopi dimasukkan ke dalam
tabung reak.tor bahan bakar dengan ukuran
yang seragam hingga penuh. Hidupkan
blower sebelum
melakukan
proses
pembakaran bahan bakar. K.emudian bahan
bakar yang jatuh ke wajan pembakaran
disiram dengan minyak tanah melalui tutup
reaktor dan dibakar melalui saluran pematik
hingga teJjadi proses pembakaran. Dari
pembakaran campuran bahan bakar tersebut
akan timbul gas yang akan dihisap oleh
blower lalu diteruskan ke tabung cyclone dan
pada tabung cyclone akan dipisahkan antara
tar dan gas hingga tar akan jatuh ke toples
kaca penampung tar. Gas yang masih
terdapat debu akan diteruskan ke kotak filter
untuk disaring. Gas yang telab bersih akan
langsung dihisap blower dan nantinya gas
akan dibuang ke valve yang m.enuju ke
1ingkungan untuk dicoba gasnya apakah
sudah mampu terbakar atau tidak. Jilm gas
sudah mampu terbakar tutup valve yang
menuju ke lingkungan dan buka valve yang
menuju genzet.

HasH dao Pembahasao
Data basil penelitian didapat waktu mulai
menyala, waktu gas menyala, waktu operasi
dan lama genzet menyala. Perbanclingan data
tersebut dapat dianalisis sebagai berikut:
ROOO
:>:<
·.=;

;?

4000

+------==--

3000

2

2000 -!---

•Ourasl Gas M