Distribusi Temperatur Eksperimen dan Simulasi

158 Produksi Gas dari Padatan Dibandingkan dengan kecepatan I, waktu yang butuhkan untuk proses gasifikasi pada kecepatan II semakin cepat. Adanya penambahan udara ke dalam reaktor menyebabkan reaksi gasifikasi semakin aktif dan akibatnya temperatur maksimum yang terjadi lebih tinggi. Temperatur maksimum pada kecepatan II adalah 990 K sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 5.21. Gambar 5.20. Grafik distribusi temperatur reaktor terhadap waktu pada berbagai ketinggian untuk variasi kecepatan II. t : 1090 detik t : 1928 detik t : 2594 detik t : 3117 detik t : 3480 detik Gambar 5.21. Grafik distribusi temperatur reaktor pada berbagai ketinggian pada variasi kecepatan II. 0,60 0,50 0,40 0,30 0,19 0,09 1090 1928 3117 3480 300 400 500 600 700 800 900 Temperatur K Ketinggian m Waktu detik 1090 eksp 1090 simul 1928 eksp 1928 simul 2594 eksp 2594 simul 3117 eksp 3117 simul 3480 eksp 3480 simul 159 Gasifikasi Gambar 5.22. Grafik distribusi temperatur reaktor terhadap waktu pada berbagai ketinggian untuk variasi kecepatan III. t : 735 detik t : 1635 detik t : 2382 detik t : 2852 detik t : 3120 detik Gambar 5.23. Grafik distribusi temperatur reaktor pada berbagai ketinggian pada variasi kecepatan III. Pada variasi kecepatan III dan kadar air 10 didapatkan distribusi temperatur reaktor pada berbagai ketinggian 0,60 0,50 0,40 0,30 0,19 0,09 734 1635 2852 3120 300 400 500 600 700 800 900 1000 Temperatur K Ketinggian m Waktu detik 734 eksp 734 simul 1635 eksp 1635 simul 2381 eksp 2381 simul 2852 eksp 2852 simul 3120 eksp 3120 simul 160 Produksi Gas dari Padatan sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 5.22 dan Gambar 5.23. Adanya peningkatan kecepatan udara masuk menyebabkan waktu gasifikasi semakin singkat dan temperatur dalam reaktor meningkat. Temperatur tertinggi dalam reaktor pada saat kecepatan III adalah 1020 K. Distribusi temperatur dalam reaktor juga menunjukkan lebih merata pada kecepatan yang lebih tinggi sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 5.23. Dari gambar Gambar 5.18 sampai Gambar 5.23 terlihat bahwa distribusi temperatur simulasi mendekati distribusi temperatur eksperimen. Pada Gambar 5.23, ketinggian 0,48- 0,60m setelah 735 detik terlihat bahwa temperatur line termokopel 0,65-0,75mm tertinggi yang dicapai sebesar 697 C sedangkan temperatur pengujian eksperimen sebesar 686 C seperti terlihat pada Gambar 5.23 dengan kesalahan sebesar 1,0 sehingga temperatur simulasi mendekati hasil eksperimen. Penambahan kecepatan udara akan menyebabkan peningkatan jumlah udara yang masuk kedalam reaktor. Peningkatan jumlah udara akan menyebabkan combustible gas bereaksi dengan udara lebih sebelum mencapai burner sehingga terjadi peningkatan temperatur reaktor, selain itu peningkatan jumlah udara juga akan memicu terjadinya pembakaran sekam di dalam reaktor sehingga temperatur reaktor terus meningkat.

5.6.5. Unjuk Kerja Reaktor Gasifikasi Serbuk Kayu

Porositas adalah nilai perbandingan volum udara yang terdapat pada biomassa dalam sebuah geometri terhadap volum dari geometri tersebut. Porositas awal serbuk kayu sebesar 0,950 sehingga harus dilakukan penyaringan agar diperoleh porositas yang mendekati sekam padi, dari hasil penyaringan dapat diperoleh porositas sebesar 0,760. Efisiensi terbaik reaktor gasifikasi sekam padi diperoleh pada variasi kecepatan III, dengan menggunakan perbandingan porositas dapat dilakukan pendekatan untuk menentukan kecepatan udara masuk pada reaktor gasifikasi serbuk kayu yang akan digunakan, seperti terlihat pada Tabel 5.10. Tabel 5.10. Porositas sekam dan serbuk untuk menentukan kecepatan udara. Porositas Kecepatan Udara Masuk Fan ms Sekam Padi Serbuk Kayu Sekam Padi Serbuk Kayu 161 Gasifikasi 0,774 0,760 2,2 2,2

5.6.6. Distribusi Tekanan Reaktor Gasifikasi Serbuk Kayu

Pada saat pengujian eksperimen, untuk biomassa serbuk kayu rugi tekanan dalam kompor gasifikasi serbuk kayu mengikuti suatu formula dPL = 28,94V 1,20 , dimana dpL adalah rugi tekanan per satuan panjang Pam dan V adalah kecepatan udara di bawah bed atau sekam padi ms. Dengan tekanan masuk yang sama, serbuk kayu akan memiliki tekanan keluaran yang lebih rendah dari sekam padi karena rugi tekanan pada serbuk kayu lebih besar. Sedangkan rugi tekanan simulasi didapatkan dari hasil simulasi proses gasifikasi serbuk kayu didalam reaktor. Untuk lebih jelasnya, rugi tekanan eksperimen dan simulasi reaktor gasifikasi serbuk kayu pada varisi kecepatan III dapat dilihat dalam Tabel 5.11 berikut. Tabel 5.11. Distribusi rugi tekanan reaktor pada pengujian eksperimen dan simulasi untuk variasi kecepatan III. Kecepatan Udara Masuk Fan ms Rugi Tekanan Eksperimen x 10 2 Pam Rugi Tekanan Simulasi x 10 2 Pam 2,2 33,82 32,89 Dari Tabel 5.11 terlihat bahwa rugi tekanan eksperimen pada variasi kecepatan III sebesar 33,82x10 -2 Pam dan rugi tekanan simulasi reaktor sebesar 32,89x10 -2 Pam. Harga rugi tekanan simulasi lebih rendah dari harga rugi tekanan eksperimen, dengan kesalahan sebesar 2,75 hal ini dimungkinkan karena adanya perbedaan nilai kecepatan simulasi dan eksperimen sehingga nilai rugi tekanan simulasi tidak tepat sesuai dengan eksperimen, fenomena yang sama juga terjadi pada pengujian sekam padi. 5.6.7. Perbandingan Unjuk Kerja Reaktor Gasifikasi terhadap Kapasitas Serbuk pada Variasi Kecepatan III Dengan menggunakan metode yang sama seperti pengujian reaktor sekam padi mampu kita tentukan nilai efisiensi energi reaktor serbuk kayu, yaitu rasio panas sensibel dan panas laten terhadap input energi panas dan daya listrik yang digunakan. Besarnya efisiensi energi dari pengujian reaktor 162 Produksi Gas dari Padatan gasifikasi serbuk kayu pada berbagai variasi kapasitas isian untuk variasi kecepatan III dapat dilihat dalam Tabel 5.12. Tabel 5.12. Efisiensi energi reaktor gasifikasi serbuk kayu pada berbagai variasi kapasitas isian untuk variasi kecepatan III. Variasi Kapasita Isian Panas Sensibel x 10 -2 W Panas Laten X 10 -2 W Input Energi Panas x 10 -3 W Daya Listrik W Efisiensi Energi 100 7,57 19,33 4,78 2,19 56 75 9,56 10,58 5,36 2,19 38 50 10,74 2,55 6,05 2,19 22 25 12,86 0,63 7,08 2,19 19 Untuk lebih jelasnya besarnya efisiensi energi dari pengujian reaktor gasifikasi serbuk kayu pada berbagai variasi kapasitas isian digambarkan pada Gambar 5.24. Gambar 5.24. Grafik efisiensi kompor gasifikasi vs kapasitas serbuk kayu untuk variasi kecepatan III. Dari Gambar 5.24 di atas terlihat bahwa efisiensi tertinggi dari pengujian dengan menggunakan variasi kecepatan III pada kapasitas 100. Penurunan kapasitas dari serbuk akan mengakibatkan jumlah udara yang disuplai ke reaktor semakin banyak, hal ini menyebabkan gas combustible yang berada di dalam reaktor akan ikut bereaksi dengan udara, sehingga suplai gas combustible yang berada di burner akan berkurang dan 10 20 30 40 50 60 20 40 60 80 100 Kapasitas Serbuk Kayu E fi s ie n s i R e a k to r Kec 2,2 ms Ef isi ensi Re aktor Kapasitas Serbuk Kayu 163 Gasifikasi mengakibatkan temperatur gas di burner juga berkurang dan efisiensinya turun. 5.7. Distribusi Temperatur Eksperimen dan Simulasi Ketinggian reaktor gasifikasi adalah 0,6 m sehingga penempatan termokopel untuk mengukur distribusi temperatur reaktor dibagi dalam beberapa lokasi Tabel 5.6. Penempatan termokopel pada reaktor gasifikasi seperti terlihat dalam Gambar 5.17. Tabel 5.13. Perhitungan laju massa udara dan laju massa serbuk kayu untuk berbagai variasi ketinggian pada variasi kecepatan III. Tinggi m Kec. Udara Masuk Reaktor x 10 3 ms Massa Serbuk Jati x 10 2 kg Waktu s Laju Massa Udara x 10 4 kgs Laju Massa Serbuk Kayu x 10 4 kgs 0,48- 0,60 19,13 11,46 795 3,92 1,44 0,36- 0,48 26,43 13,07 612 5,42 2,13 0,24- 0,36 48,89 18,33 527 10,03 3,47 0,12-0,24 74,86 21,29 443 15,36 4,79 0,00- 0,12 92,72 16,00 260 19,02 6,14 Simulasi numerik dilakukan dengan menggunakan berbagai parameter pengujian eksperimen, diantaranya adalah kondisi batas, sifat material serta nilai pembangkitan massa dan energi. Penentuan nilai pembangkitan massa dan energi pada variasi kecepatan III seperti terlihat pada Tabel 5.13 dan Tabel 5.14. Perkiraan reaksi kimia pada masing-masing ketinggian digunakan untuk menentukan nilai pembangkitan massa dan energi. Perkiraan reaksi gasifikasi serbuk kayu untuk ketinggian 0,48-0,60 m adalah: 5,84x10 -6 CH 1,44 O 0,66 + 2,86 x10 -6 O 2 +3,76N 2  5,80 x10 -6 CO + 4,2037 x10 -6 H 2 O + 10,75 x10 -6 N 2 5.20 164 Produksi Gas dari Padatan Dari perkiraan reaksi pada berbagai variasi ketinggian maka nilai pembangkitan massa dan energi dapat disajikan dalam Tabel 5.14 berikut. Tabel 5.14. Penentuan nilai pembangkitan massa dan energi untuk berbagai variasi ketinggian pada variasi kecepatan III pada gasifikasi serbuk kayu. Tinggi m Laju Massa Udara x 10 4 kgs Laju Serbuk Kayu x 10 4 kgs Pembangkitan Massa x 10 2 kgm 3 s Pembangkitan Energi x 10 -4 Wm 3 0,48- 0,60 3,92 1,44 9,02 15,11 0,36- 0,48 5,42 2,13 12,14 36,81 0,24- 0,36 10,03 3,47 18,09 48,08 0,12-0,24 15,36 4,79 26,83 59,56 0,00- 0,12 19,02 6,14 32,31 65,44 Gambar 5.25. Grafik distribusi temperatur reaktor terhadap waktu pada berbagai ketinggian untuk variasi kecepatan III pada gasifikasi serbuk kayu. 0,60 0,50 0,40 0,30 0,19 0,09 795 1407 2379 2639 300 400 500 600 700 800 900 Temperatur K Ketinggian m Waktu detik 795 eksp 795 simul 1407 eksp 1407 simul 1935 eksp 1935 simul 2379 eksp 2379 simul 2639 eksp 2639 simul