135 Gasifikasi
Gambar 5.8. Burner LPG konvensional
Gambar 5.9. Gas burner Jika burner didesain dan diproduksi untuk gasifier sekam
padi Gambar 5.9, lubang-lubang burner sekitar 316-14 in dengan spasi 18 in antar lubang telah terbukti bekerja dengan
baik untuk meng-gasifikasi bahan bakar. Udara untuk pembakaran seharusnya pada saluran port keluaran daripada
pada saluran masukan. 7. Isolasi reaktor
Reaktor gasifier perlu diisolasi dengan benar untuk dua alasan. Pertama, isolasi ini akan menyediakan konversi bahan
bakar menjadi gas yang lebih baik. Kedua, isolator akan mencegah terbakarnya kulit ketika terjadi secara tak sengaja
menyentuh permukaan reaktor. Abu biomassa merupakan bahan isolasi yang termurah dan paling efektif untuk reaktor gas bahan
bakar. Campuran semen dan abu biomassa dengan perbandingan 1:1, juga dapat digunakan sebagai isolator. Bagaimanapun, reaktor
akan menjadi lebih berat dan biayanya akan menjadi lebih mahal.
136 Produksi Gas dari Padatan
Gambar 5.10. Contoh abu sekam padi.
8. Lokasi penyalaan bahan bakar.
Bahan bakar dapat dibakar dalam reaktor dengan berbagai cara. Untuk fixed bed gasifier, seperti pada reaktor down draft,
bahan bakar bahan bakar dapat dinyalakan dimulai dari atas top lit Gambar 5.11 atau dari bawah reaktor Bottom Lit. Sejauh ini,
untuk gasifier tipe inverted down draft, penyalaan bahan bakar dari atas adalah jalan terbaik dan termudah. Penyalaan bahan
bakar dengan cara ini meminimalisasi emisi asap.
Gambar 5.11. Penyalaan bahan bakar dari atas reaktor
137 Gasifikasi
Bagaimanapun, pemasukan bahan bakar kembali antar operasi tidak mungkin. Pengalaman dari desain reaktor
sebelumnya bahwa pemasukan bahan bakar kembali selama operasi hanya mungkin ketika pembakaran bahan bakar dimulai
dari bagian bawah reaktor. Keuntungan lain dari penyalaan dari bagian bawah adalah bahwa waktu start-up total untuk
ketinggian reaktor yang sama dapat diperpanjang, dimana tidak dapat dilakukan ketika penyalaan bahan bakar dari bagian atas
reaktor.
9. Ukuran dan lokasi ruang arang char chamber
Ukuran ruang untuk bahan bakar karbonisasi Gambar 5.12 menentukan frekuensi pembuangan arang atau abu. Semakin
besar ruang dapat mengakomodasi jumlah arang yang semakin besar dan menjadikan waktu yang lebih lama sebelum arang
dibuang. Sebagai tambahan, merancang ruang yang lebih pendek akan memberikan cukup ketinggian reaktor reaktor dan burner.
Jika diinginkan hasil dari gasifikasi adalah arang, ukuran ruang seharusnya tidak terlalu besar sehingga hanya perlu waktu
singkat sebelum arang dibuang. Arang panas yang dibuang dari reaktor terbakar lebih lanjut dimana konsekuensinya mengubah
arang menjadi abu. Untuk membuang secara tepat abu atau arang dari reaktor, sudut gesek pada bagian bawah dari ruang
hopper seharusnya 45
o
. Dalam kasus sudut yang terbatas, sekop atau alat pengorek scraper diperlukan untuk membuang abu
atau arang secara tepat.
10. Pertimbangan keamanan
Pengoperasian reaktor memerlukan keamanan. Sehingga, pertimbangan keamanan seharusnya menjadi bagian dari desain
reaktor. Dalam hal ini, sebuah pelindung keamanan harus dimasukkan dalam desain reaktor untuk mencegah anak-anak dari
kontak langsung dengan panas reaktor. Penahan panci Worasuwannarak, Potisri et al., seperti sebuah penahan ring
atau batang-batang yang menonjol keluar, dilas ke burner dan ke penahan panci untuk mencegah panci tergelincir.
138 Produksi Gas dari Padatan
Gambar 5.12. Ruang arang char
5.3. Perhitungan-Perhitungan Desain
Beberapa parameter –parameter penting yang perlu
dipertimbangkan dalam menentukan ukuran reaktor gas bahan bakar, dimasukkan dalam pertimbangan daya keluaran yang
diharapkan. Ukuran reaktor dapat dengan mudah diperkirakan dari perhitungan parameter-parameter ini. Parameter-parameter
berikut dan formulasinya untuk menghitung kebutuhan dasar dalam desain reaktor gas bahan bakar.
1. Energi yang diperlukan
Energi berhubungan dengan jumlah panas yang perlu disuplai oleh reaktor. Jumlah energi yang diperlukan dapat ditentukan
berdasarkan pada jumlah makanan yang dimasak danatau air yang akan dididihkan, dan energi panas jenisnya ditunjukkan pada
Tabel 5.1.
Tabel 5.1. Energi yang diperlukan untuk memasak makanan dan mendidihkan air
Makanan Panas jenis
kcalkg.
o
C Total energi yang
diperlukan kcalkg
Nasi 0,42
– 0,44 79,3
Daging 0,48
– 0,93 56,5
Sayuran 0,93
74,5 Air
1,0 72
Pada perbedaan temperatur 72ºC
139 Gasifikasi
Jumlah energi yang diperlukan untuk memasak makanan dapat dihitung menggunakan formula:
T xE
M Q
s f
n
5.1 dimana :
Q
n
= energi yang diperlukan, kcaljam
M
f
= massa makanan, kg
E
s
= energi spesifik, kcalkg
T = waktu memasak,
jam
2. Energi Masukan
Energi masukan berhubungan dengan jumlah keperluan energi dalam bentuk bahan bakar yang dimasukkan ke reaktor.
Energi masukan dapat dihitung dengan formula:
g f
n
x HV
Q FCR
5.2 dimana :
FCR = laju konsumsi bahan bakar, kgjam
Q
n
= keperluan energi panas, kcaljam
HVf = nilai kalor bahan bakar, kcalkg
g
= efisiensi reaktor gasifier,
3. Diameter reaktor
Diameter reaktor berhubungan dengan ukuran reaktor, dalam hal ini diameter penampang silinder dimana bahan bakar
dibakar. Ini adalah sebuah fungsi dari jumlah bahan bakar yang dikonsumsi per satuan waktu FCR terhadap laju gasifikasi
spesifik SGR bahan bakar, dimana berkisar antara 110
–210 kgm
2
.jam atau 56 –130 seperti dinyatakan dari hasil-hasil
beberapa pengujian pada reaktor gas bahan bakar. Seperti ditunjukkan di bawah, diameter reaktor dapat dihitung
menggunakan rumus:
5 ,
. 27
.1
SGR FCR
D
5.3 dimana :
D = diameter reaktor,
m FCR
= laju konsumsi bahan bakar, kgjam
SGR = laju gasifikasi spesifik bahan bakar, 110-210
kgm
2
.jam
140 Produksi Gas dari Padatan
4. Ketinggian reaktor
Ketinggian reaktor berhubungan dengan jarak total dari atas dan bawah reaktor. Ketinggian reaktor menentukan seberapa
lama reaktor akan beroperasi dalam satu loading bahan bakar. Pada dasarnya, ini adalah sebuah fungsi dari sejumlah variabel
seperti waktu yang diperlukan untuk mengoperasikan gasifier T, laju gasifikasi spesifik SGR, dan massa jenis
bahan bakar ρ
rh
. Seperti ditunjukkan di bawah, ketinggian reaktor dapat dihitung
menggunakan rumus:
rh
T x
SGR H
5.4 dimana :
H = panjang reaktor, m SGR = laju gasifikasi spesifik bahan bakar, kgm
2
.jam T = waktu yang diperlukan untuk mengkonsumsi bahan
bakar, jam ρ
rh
= massa jenis bahan bakar, kgm
3
5. Waktu untuk mengkonsumsi bahan bakar
Waktu untuk konsumsi bahan bakar berhubungan dengan total waktu yang diperlukan untuk proses gasifikasi bahan bakar
selesai di dalam reaktor. Parameter ini termasuk waktu untuk menyalakan bahan bakar dan waktu untuk menghasilkan gas,
ditambah waktu untuk membakar seluruh bahan bakar di dalam reaktor secara sempurna.
Densitas bahan bakar ρ
rh
, volume reaktor Vr, dan laju konsumsi bahan bakar adalah faktor-faktor
yang digunakan dalam menentukan total waktu untuk mengkonsumsi bahan bakar bahan bakar dalam reaktor. Seperti
ditunjukkan di bawah, waktu untuk konsumsi bahan bakar dapat dihitung menggunakan rumus:
FCR Vr
x T
rh
5.5 dimana :
T = waktu yang diperlukan untuk mengkonsumsi bahan bakar, jam
Vr = volume reaktor, m
3
ρ
rh
= densitas bahan bakar, kgm
3
FCR = laju konsumsi bahan bakar, kgjam
6. Jumlah udara yang diperlukan untuk gasifikasi
141 Gasifikasi
Jumlah udara berhubungan dengan laju aliran udara yang diperlukan untuk gasifikasi bahan bakar. Ini sangat penting dalam
menentukan ukuran fan atau blower yang diperlukan reaktor dalam gasifikasi bahan bakar. Seperti ditunjukkan, jumlah udara
dapat ditentukan secara sederhana menggunakan laju konsumsi bahan bakar bahan bakar FCR, udara stokiometrik bahan bakar
SA, dan perbandingan ekuivalen oksidatif yang disarankan
untuk gasifikasi bahan bakar 0,3 – 0,4. Ini dapat dihitung
menggunakan rumus:
a udara
SA x
FCR x
V
.
5.6 dimana :
udara
V
.
= laju aliran udara, m
3
jam
= perbandingan ekuivalen oksidatif, 0,3 – 0,4
FCR = laju konsumsi bahan bakar, kgjam
SA = udara stokiometri, 4,5 kg.udarakg bahan bakar
ρ
a
= densitas udara, 1,25 kgm
3
7. Kecepatan udara superficial
Kecepatan udara berhubungan dengan kecepatan aliran udara dalam alas bahan bakar. Kecepatan udara dalam alas bahan
bakar dapat menyebabkan pembentukan saluran, dimana berpengaruh besar terhadap gasifikasi. Diameter reaktor D dan
laju aliran udara
udara
V
.
menentukan kecepatan udara dalam gasifier. Seperti ditunjukkan, kecepatan udara superficial dapat
dihitung menggunakan rumus:
2 .
. .
4 D
V V
udara s
5.7 dimana :
Vs = kecepatan gas superficial,
ms
udara
V
.
= laju aliran udara, m
3
jam D
= diameter reaktor, m
8. Tahanan aliran udara
Tahanan aliran udara berhubungan dengan jumlah tahanan yang digunakan oleh bahan bakar dan oleh arang didalam reaktor
selama gasifikasi. Ini penting dalam menentukan apakah fan atau blower diperlukan untuk reaktor. Ketebalan kolom bahan bakar
142 Produksi Gas dari Padatan
T
f
dan tahanan spesifik Sr bahan bakar diperlukan untuk memberikan informasi tahanan total yang diperlukan untuk fan
atau blower. R
f
dapat dihitung menggunakan rumus:
r f
f
xS T
R
5.8 dimana :
R
f
= tahanan bahan bakar, cmH
2
O T
f
= ketebalan kolom bahan bakar, m
S
r
= tahanan spesifik, cmH
2
Om bahan bakar
5.4. Pengujian Unjuk Kerja Reaktor Gasifikasi
Dalam pengujian dan evaluasi unjuk kerja reaktor gasifikasi, dua seri pengujian dapat dilakukan yaitu: a uji
laboratorium, dan b uji memasak aktual. 1. Uji laboratorium
Dalam uji laboratorium, parameter-parameter operasi untuk reaktor ditentukan. Serangkaian uji dilakukan untuk menentukan
berbagai unjuk kerja operasional reaktor termasuk boiling test untuk menentukan efisiensi dan daya keluaran reaktor.
Perlengkapan tes, seperti termometer, timbangan, dan timer, digunakan selama pengujian reaktor dalam laboratorium.
2. Tes memasak aktual
Dalam tes ini, reaktor digunakan dalam rumah tangga. Data yang diambil meliputi data unjuk kerja memasak dari reaktor,
manajemen operasional dapur loading bahan bakar bahan bakar dan pembuangan arang, pengoperasian dan sisi ekonomi
penggunaan reaktor yang dikumpulkan dari rumah tangga-rumah tangga yang menggunakan reaktor. Sisi ekonomi penggunaan
reaktor juga ditentukan dan dibandingkan dengan metode tradisional memasak.
Ada beberapa metode yang dapat digunakan untuk menguji unjuk kerja sebuah reaktor. Metode ini meliputi uji mendidihkan
air water boiling test, water simmering test, dan kombinasi dari dua tes ini disebut dengan water boiling-simmering test. Metode
yang paling umum digunakan dalam menguji unjuk kerja reaktor gas bahan bakar, adalah kombinasi water boiling dan simmering
test dimana mengijinkan sejumlah volume tertentu air untuk mendidih dan didiamkan pada titik didih tersebut simmer
sampai seluruh bahan bakar dikonsumsi dalam reaktor. Selama tes, unjuk kerja operasi reaktor dalam istilah waktu mulai untuk
