SIMULATION OF GAS PROFILE AND POTENTIAL ENERGY FROM COMBUSTION OF MUNICIPAL SOLID WASTE ON BED MODEL FROM MOVING GRATE INCINERATOR

  

ISSN : 2355-9365 e-Proceeding of Engineering : Vol.4, No.1 April 2017 | Page 713

SIMULASI PROFIL GAS DAN POTENSI ENERGI DARI PEMBAKARAN SAMPAH PADAT KOTA

PADA MODEL BED DARI INSINERATOR MOVING GRATE

SIMULATION OF GAS PROFILE AND POTENTIAL ENERGY FROM COMBUSTION OF

MUNICIPAL SOLID WASTE ON BED MODEL FROM MOVING GRATE INCINERATOR

  1

  2

  3 Chaidir Azwin , M Ramdlan Kirom, S.Si., M.Si. , Sugianto, S.T., M.Eng 1,2,

  Prodi S1 Teknik Fisika, Fakultas Teknik Elektro, Universitas Telkom

  3,

  Prodi Teknik Aeronautika, Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Bandung

  1

   2

   3

chaidirrr@gmail.com , jakasantang@gmail.com , sugizaps@gmail.com

  Abstrak

  Sampah merupakan suatu tantangan besar yang sekarang dihadapi hampir oleh seluruh kota besar di indonesia, khusunya kota bandung. Dengan meningkatnya jumlah penduduk, akan berbanding lurus dengan meningkatnya jumlah timbulan sampah. Timbulan sampah masyarakat kota bandung diproyeksikan sebesar 1.549 ton/hari dengan jumlah penduduk 2.748.732 jiwa dan dengan produksi sampah 1100 ton/hari. Selama ini pengolahan sampah dilakukan degan cara di timbun. Salah satu alternatif metode pengolahan sampah adalah insenerasi, dengan proses insinerasi dapat mengurangi volume sampah dalam jumlah yang besar dengan waktu yang relatif singkat. Teknologi insinerasi yang tepat dapat menurunkan potensi pencemaran yang ditimbulkan gas buang dan bahan padat sisa pembakaran. Insinerator adalah alat yang digunakan untuk proses insinerasi. Pada penelitian ini dilakukan simulasi pembakaran sampah padat kota pada model bed insinerator dengan data sampah kota bandung yang divariasikan menjadi beberapa data untuk dijadikan perbandingan hasil potensi energi yang dihasilkan dan bagaimana profil gas yang dihasilkan dari pembakaran pada model bed insinerator tersebut. Pada penelitian ini simulasi dilakukan dengan lima data sampah dimana potensi energi terbesar diperoleh dengan nilai 15.259 Mega watt dan dihasilkan beberapa kandungan gas dimana gas berbahaya yang dihasilkan adalah gas CO(Karbon Monoksida) dan di konversi ke indeks standart polutan udara (ISPU) dan masuk kategori “Sangat Tidak Sehat”.

  Kata Kunci : Insinerasi, Sampah padat kota, Profil temperatur, ISPU, CO Abstract Trash is a biggest challange currently facing almost the whole country in Indonesia, specially Bandung city.

  With increased the number of residents is directly proportional to the increasing number of pileup trash. The pileup trash of populations in Bandung city has projected up to 1.549 tons/day with the number of populations reached 2.748.732 persons and the number of trash production reach 1100 tons/day. During this waste management by means of hoarded. One of alternative metode to manage this waste is incineration, with incineration process can decreased the volume of waste in large quatities with a relatively short time. The correct technology incineration can decreased contamination potential who inflicted the exhaust gases and solid material chemical residue. Incinerator is a tools who used for incineration process. In this research doing combustion simulation municipal solid waste on bed incinerator model according to the waste data of Bandung city who variated to be some of the data for the comparison of the potential energy produced and how profile gases generated of combustion on the bed incinerator model. In this simulation research doing with five waste data where the biggest potential energy was reached 15.259 Mega watt and generated from some gas content where dangerous gas produced are CO (Carbon Monoxide) and in convertion to standart index air pollutants and included in the catagory “Very Unhealthy”.

  Keywords : Incineration, MSW, Temperature profile, Air pollution standart, CO

1. Pendahuluan

1.1 Latar Belakang

  Indonesia masih menghadapi persoalan dalam mencapai target pembangunan bidang energi. Ketergantungan

  

ISSN : 2355-9365 e-Proceeding of Engineering : Vol.4, No.1 April 2017 | Page 714

  sebesar 96% (minyak bumi 48%, gas 18% dan batubara 30%) dari total konsumsi dan upaya untuk memaksimalkan pemanfaatan energi terbarukan belum dapat berjalan sebagaimana yang direncanakan. Solusi dari permasalahan tersebut adalah energi terbarukan, salah satunya adalah dengan pembangunan PLTS (Pembangkit Listrik Tenaga Sampah), disamping kebutuhan energi yang terpenuhi, penanggulangan sampah dapat diatasi. Tentu dengan

  [1]

  pengolaan sampah yang baik untuk menghasilkan energi yang optimal. Pengelolaan sampah yang optimal merupakan suatu tantangan besar yang sekarang dihadapi hampir oleh seluruh kota besar di indonesia, khusunya kota bandung. Dengan meningkatnya jumlah penduduk, akan berbanding lurus dengan meningkatnya jumlah timbulan sampah. Oleh karena itu pengelolaan sampah yang optimal harus mengikuti peningkatan tersebut sehingga masalah sampah tidak menyebabkan kerusakan lingkungan dan penurunan kualitas kesehatan masyarakat. Timbunan sampah masyarakat kota bandung diproyeksikan sebesat 1.549 ton/hari dengan jumlah penduduk pada tahun 2014 sebanyak 2.748.732 dan sampah yang terangkut ke tempat pemrosesan akhir (TPA)

  [2]

  sebesar kurang lebih 1100 ton/hari, dengan komposisi sampah organik 57% dan anorganik 43%. Selama ini pengolahan sampah dilakukan dengan cara ditimbun (landfill), sebagian kecil (3%) dimanfaatkan sebagai kompos atau didaur ulang dan diolah menjadi gas metana. Namun sisa volume sampah yang belum dimanfaatkan masih sangat besar. Pada hari mendatang sisa sampah akan menjadi permasalahan, terutama tentang ketersediaan lahan

  [2]

  pembuangan yang semakin terbatas. Salah satu alternatif metode pengolahan sampah yang diterapkan adalah insinerasi, dengan proses insinerasi dapat mengurangi volume sampah dalam jumlah yang besar dengan waktu yang relatif singkat. Pemilihan teknologi insinerasi yang tepat dapat menurunkan potensi pencemaran yang ditimbulkan gas buang dan bahan padat sisa pembakaran. Proses insinerasi terjadi didalam insinerator, dimana insinerator adalah bagian dari pembangkit listrik tenaga sampah (PLTS). Pada insinerator terdapat sebuah bed untuk proses pembakaran yang akan dimodelkan dimana dalam model bed terdapat beberapa proses pembakaran yang akan dilalui oleh sampah padat yang sebelumnya telah diolah menjadi briket padat sampah. Banyak jenis dari insinerator itu sendiri dimana perbedaan terdapat pada bed yang digunakan didalam insinerator seperti insinerator fixed bed, insinerator rotary klin dan insinerator moving grate. Tugas akhir ini fokus untuk mensimulasikan untuk model bed dari insinerator moving grate karena sampah yang dipakai sebagai biomassa adalah sampah padat kota dengan jumlah banyak direkomendasikan untuk model bed dari insinerator jenis moving

  

grate . Dimana moving grate terdapat beberapa proses pembakaran yang berbeda beda suhu pada setiap prosesnya

  yang mengoptimalkan pembakaran untuk jumlah sampah dengan kuantitas besar. Proses untuk pembakaran pada

  [2]

  model bed pada insinerator adalah zona pengeringan, zona pembakaran, zona pirolisa dan zona gasifikasi. Maka dalam tugas akhir ini fokus pada pembuatan model bed insinerator, simulasi profil gas dan suhu yang dihasilkan pada model bed dan mendapatkan potensi listrik yang dapat dihasilkan.

1.2 Tujuan Tujuan dari tugas akhir ini adalah sebagai berikut.

  1. Mengetahui profil gas, temperatur dan kecepatan gas dari proses insinerasi dalam model bed.

  2. Mengetahui potensi energi yang bisa dihasilkan dari model bed.

  3. Mengetahui nilai ambang batas indeks standart polutan udara yang dihasilkan dari model bed.

  2. Dasar Teori

2.1 Insinerasi

  Insinerasi merupakan suatu teknologi pengolahan limbah yang melibatkan pembakaran limbah pada temperatur tinggi. Teknologi insinerasi dan sistem pengolahan limbah temperatur tinggi lainnya digambarkan sebagai

  “perlakuan termal”. Pada hakekatnya, insinerasi barang barang sisa atau sampah mengkonversi limbah menjadi panas yang dapat digunakan untuk menghasilkan energi seperti listrik. Salah satu cara teknologi pengolahan limbah adalah dengan teknologi insinerasi , dan alat yang digunakan biasa disebut dengan insinerator. Pengolahan limbah dengan insinerator terutama bertujuan untuk mengurangi volume dari limbah itu sendiri sampai sekecil mungkin, kemudian juga untuk mengolah limbah tersebut supaya menjadi tidak berbahaya

  [3] bagi lingkungan serta stabil secara kimiawi.

2.1.1 Insinerator Moving Grate

  Insinerator moving grate adalah insinerator dengan tipe membawa bahan bakar atau sampah bergerak dengan rel secara otomatis jadi sampah terus berjalan dan terbakar dan langsung ada dibawah tungku pembakaran, sampah yang padat memasuki insinerator moving grate akan melawati beberapa zona yaitu zona pengeringan , zona

  

[4]

gasifikasi, zona pirolisis, zona oksidasi dan zona reduksi.

  

ISSN : 2355-9365 e-Proceeding of Engineering : Vol.4, No.1 April 2017 | Page 715

M ovi n g Gra t e

  

Gambar 2. 1 Insinerator Moving grate

  Gambar di atas menunjukan bentuk dari insinerator moving grate yang dilengkapi dengan konveyor untuk

  [4] mengalirkan sampah tersebut.

  

Gambar 2. 2 Zona zona didalam proses insinerasi

  Gambar diatas menunjukan proses proses yang akan terjadi pada insinerator moving grate. Dimulai dari daerah

  [5] pengeringan, pirolisis, pembakaran dan reduksi hingga menjadi arang.

2.1.2 Pirolisis

  Pirolisis atau devolatilisasi disebut juga sebagai gasifikasi parsial. Suatu rangkaian proses fisik dan kimia terjadi selama proses pirolisis yang dimulai secara lambat pada T < 350 °C dan terjadi secara cepat pada T > 700 °C. Selama pirolisis, kelembaban menguap pertama kali (100° C), kemudian hemiselulosa terdekomposisi (200 - 260° C), diikuti oleh selulosa (240-340° C) dan lignin (280-500° C). Ketika suhu mencapai 500° C, reaksi pirolisis hampir selesai. Oleh karena itu, pada laju pemanasan 10° C/dtk, pirolisis selesai dalam 1 menit, atau pirolisis selesai dalam 5 detik pada 100° C/dtk. Semakin tinggi laju pemanasan semakin mempercepat pembentukan produk yang mudah menguap, meningkatkan tekanan, waktu tinggal yang pendek dari produk yang mudah menguap di dalam reaktor, dan hasil produk cair yang lebih tinggi dinamakan pirolisis cepat atau pirolisis kilat. Produk cair yang menguap mengandung tar dan PAH (polyaromatic hydrocarbon). Produk pirolisis umumnya terdiri dari tiga jenis, yaitu gas ringan (H

  2 , CO, CO 2 , H

  2 O, dan CH 4 ), tar, dan arang[5]. Jumlah dan distribusi produk zona pirolisa

  dapat dihitung dari persamaan model Neves seperti ditunjukkan persamaan berikut:

  , ,�� �� � ,� ℎ ℎ

  0 0

  ,��� � �

  2 �,� ℎ ℎ ,

  , ��,�� � ��, �

4 ��, � ��, � ���,� �,�� �� �

  ��,�� � � � �

  , � 4, � , , , � ��� � �� � �

  � � �

  4 �,� −4

  0 0 �,� = 2.18 , , ,

  �,��� 2 � � � �� �� � �, � �, � 2 ��10 ℎ ℎ .

  , � 2 �

  0 0

  2 � 2 �,�

  , , � � 2 � � �

  . ) (∑ �,� − ∑ �, � �� �

  �,�

  [

  � �

  [ ]

  �

  2

  −Ω1 0 0 1 ]

  [ Ω

  2

  0,146 0 0 0 −1

  �� �� � �� �� � � �

  4 �� � �� �� � �

  2 �

  � �,� �ℎ,� � �.�ℎ �

  . ). (2.1) 3 = (∑ − ∑ ��

  0 0 1 ] Dimana : j = C,H,O

  Ω

  1 = Y H2.F /Y CO.F

  Ω

  2 =Y H2

  F=Umpan

• ∑{���
• ∑{���

  [6]

  = CO, CO

  2 , N 2 , H

  

4

  Berdasar data yang diperoleh dari PD Kebersihan selama 8 hari berturut-turut ditiap TPS per kecamatan maka rata-rata timbulan sampah kota Bandung adalah 2.403,43 m

  3

  /hari. Data ini adalah data timbulan sampah yang dibuang di TPS kota bandung sebelu diambil oleh pemulung.

  [6]

  Pengujian karakteristik kimiawi sampah kota Bandung ini dilakukan di laboratorium dengan menggunakan beberapa sampel yang mewakili komponen- komponen sampah kota Bandung. Hasil pengujian untuk karakteristik kimiawi dapat dilihat pada gambar 2.3 dan 2.4 di bawah. Dari gambar tersebut terlihat bahwa sampah Bandung memiliki komposisi zat terbang yang relatif tinggi. Komposisi zat terbang ini menimbulkan permasalahan slagging pada boiler.

  Berikut adalah alir penelitian secara umum:

  Suhu gas buang dapat diketahui dari pengukuran atau diprediksi berdasarkan perhitungan. Prediksi suhu gas buang pembakaran dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut: = (− ��) � + (��

  1. Sampling Data Sampah Mengumpulkan data hasil pengujian sampah yang telah dilakukan dan memvariasikan data sampah tersebut.

  2. Desain Model Bed Penetapan desain model bed dengan ketinggian dan panjang bed yang akan disimulasikan.

  3. Definisi Briket Sampah Penetapan ukuran briket sampah yang akan masuk ke dalam insinerator model bed.

  4. Menentukan Panjang Pembakaran dan Kapasitas Sampah Penetapan temperatur pada zona zona pembakaran dan jumlah sampah yang akan dibakar.

  5. Menjalankan Simulasi Dalam proses ini mulai menjalankan simulasi dengan parameter yang sudah ditetapkan.

  6. Pengambilan Data Mengambil data hasil simulasi seperti profil gas yang dihasilkan model bed dan nilai kalor yang dihasilkan oleh model bed.

  7. Analisis Analisis dilakukan dengan membandingkan kelima data hasil simulasi dengan parameter gas dan nilai kalor yang dihasilkan lalu gas yang dianggap berbahaya dikonversi menjadi indeks standar polutan udara

  

ISSN : 2355-9365 e-Proceeding of Engineering : Vol.4, No.1 April 2017 | Page 716

  Cpm = Kapasitas Panas Molar T = Suhu gas buang Tin = Suhu umpan masuk ∆Hv = Panas latent penguapan n, air = Mol air i = Bahan bakar, udara j

  (2.2) Dimana : HHV = Hight Heating Value n = mol

  )} �

  ��

  ����������

  )

  �������

  − (��

  ����������

  )

  � ����

  = − ∑(������)

  �

  ���

  ( −

  ��

  )} � + �

  ���

  ( ∆��

  )

  ���

  ���

  ( −

2 O, HCl, SO

2.2 Karakteristik Fisis dan Kimiawi Sampah Kota Bandung

3. Metode Peneltian

3.1 Alir Penelitian

  

ISSN : 2355-9365 e-Proceeding of Engineering : Vol.4, No.1 April 2017 | Page 717

  3.2 Model Pembakaran

  Pada dasarnya, ruang bakar utama dipisahkan menjadi 3 daerah, yaitu daerah pengeringan, daerah pembakaran dan daerah pembakaran buang. Seperti yang tercantum dalam mekanisme pembakaran sampah padat di atas, tahap pertama adalah tahap pengeringan, di mana udara panas pada suhu di bawah pengapian diumpankan ke dalam bahan bakar. Kecepatan udara harus lebih tinggi daripada yang lain untuk menyebarkan uap dari bahan bakar. Tujuan utama dari tahap ini adalah untuk mengurangi sebanyak

• – banyaknya bentuk kelembaban pada bahan bakar. Hal ini untuk meningkatkan pembakaran secara merata. Dengan kurangnya kadar kelembaban, tingkat pembakaran sampah pada kota dapat dibuat lebih cepat dan lebih efisien. Berikutnya adalah daerah pembakaran di mana semua tahap pembakaran bergantung pada tahap ini dimana terjadi proses penghapusan air terikat, devolatilisasi dan hasil pembakaran yang menjadi arang. Pada tahap ini, devolatilisasi adalah reaksi dimana produk pirolisis dibakar, udara panas pada suhu yang lebih tinggi dan kecepatan rendah dimasukkan ke bahan bakar. Hal ini untuk memastikan semua volatil dapat diekstraksi secara penuh dan dibakar secara efisien. Pada akhir tahap ini, akan menghasilkan lebih banyak arang dari volatil. Pindah ke tahap akhir, daerah pembakaran buang, dimana arang tersisa dibakar sepenuhnya dengan masukan oksigen tinggi dan diisi oleh udara panas. Dari sini kita dapat membayangkan cara kerja di dalam ruang bakar di mana didalam tahapan diruang bakar terjadi proses yang berbeda. Jadi kita harus memastikan bahan bakar sampah padat kota sepenuhnya terinsinerasi dan

  [8] meminimalisir emisi polutan yang dihasilkan.

  3.3 Hasil Uji Proximate dan Ultimat Sampah Kota Bandung

  Hasil data pengujian dari literatur pusat rekayasa LPPM ITB menunjukan beberapa data hasil pengujian proximate dan ultimat. Data yang akan digunakan pada proses simulasi diambil dari data TPA 1 sebagai data acuan dan variasi data dengan kenaikan 2.5% , 5% , 7.5% dan 10%.

  Tabel 3. 1 Data hasil Uji Proximat dari TPA 1 Abu 29,54 %

  Uji Proximat sampah kota Bandung dari TPA 1 Kandungan Air 5,9 %

  Karbon Tetap 12 %

  Tabel 3. 4 Data hasil Uji Ultimat dari TPA 1+2.5%

Volatille Matter 54 % Uji Ultimat sampah kota Bandung dari TPA

  1+2.5% Abu 30 %

  Karbon 32,01 % Kandungan Air 4 %

  Hidrogen 4,82 %

  Tabel 3. 2 Data hasil Uji Ultimat dari TPA 1

  Sulfur 10,68 % Uji Ultimat sampah kota Bandung dari TPA 1

  Oksigen 46,42 % Karbon 37.5 %

  Nitrogen 3,91 % Hidrogen 3.5 %

  Klorin 2,16 % Sulfur 0.9 %

  Tabel 3. 5 Data hasil rata-rata Uji Proximat dari

  Oksigen 55.5 % TPA 1+5%

  Nitrogen 2.4 % Uji Proximat sampah kota Bandung dari TPA

  1+5% Klorin 0.3 %

  Karbon Tetap 14,17 %

  Tabel 3. 3 Data hasil Uji Proximat dari TPA

  1+2.5%

  Volatille Matter 49,17 %

  Uji Proximat sampah kota Bandung dari TPA Abu 29,17 %

  1+2.5% Kandungan Air 7,5 %

  Karbon Tetap 13,19 %

  Volatille Matter 51,37 %

  Sulfur 0.35 % Oksigen 28.8 % Nitrogen 3.25 % Klorin 0.4 %

  1+10%

  

ISSN : 2355-9365 e-Proceeding of Engineering : Vol.4, No.1 April 2017 | Page 718

  [8]

( Gas Aow Model)

  FLIC adalah software yang digunakan untuk memodelkan pembakaran pada model bed insinerator. Dimana software ini menghitung reaksi yang terjadi pada beberapa proses pembakaran yang terjadi. Terlebih dahulu kita harus mengetahui komposisi sampah pada yang akan digunakan untuk data masukan pada software. Data yang diperlukan antara lain adalah hasil uji proximate, uji ultimat pada sampah padat kota, menentukan nilai primary air, panjang bed model, waktu proses pembakaran dan jumlah sampah yang dibakar serta menentukan volume briket sampah padat yang akan masuk pada model bed.

  Karbon 60.25 % Hidrogen 7.25 %

  1+7.5% Uji Ultimat sampah kota Bandung dari TPA 1+7.5%

  Tabel 3. 8 Data hasil rata-rata Uji Ultimate TPA

  1+10%

  Tabel 3. 10 Data hasil rata-rata Uji Ultimate TPA

  1+7.5%

  Tabel 3. 7 Data hasil rata-rata Uji Proximat TPA

  Tabel 3. 9 Data hasil rata-rata Uji Proximat TPA

  Uji Ultimat sampah kota Bandung dari TPA 1+5% Karbon 32,69 % Hidrogen 6,54 % Sulfur 4,54 % Oksigen 46,54 % Nitrogen 5,69 % Klorin 4 %

  1+5%

  Tabel 3. 6 Data hasil rata-rata Uji Ultimat dari TPA

  Uji Ultimat sampah kota Bandung dari TPA 1+10% Karbon 29,69 % Hidrogen 8,44 % Sulfur 6,81 % Oksigen 40,94 % Nitrogen 7,75 % Klorin 6,38 %

  Abu 4.4 % Kandungan Air 9.2%

  Volatille Matter 74.6 %

  Karbon Tetap 11.8 %

  Uji Proximat sampah kota Bandung dari TPA 1+7.5%

  45,71 % Abu 28,57 % Kandungan Air 10 %

  Volatille Matter

  Uji Proximat sampah kota Bandung dari TPA 1+10% Karbon Tetap 15,72 %

3.4 FLIC

F?I

• �
• ---+ �

• ---+

  �

4. Hasil dan Analisis

4.1 Hasil Simulasi

  09 5 .

  1

  5

  ( 1 ) + (2 ) + ( 3 ) = 17 . 1083 M wt ( 4 )Heat tr an s f err ed t o ov e r - b ed by r ad i ati on : .

  8 4 902 M wt ( 3)Rema inin g Chem i ca l h e at i n a s h : 6 . 9 222 e --009 M wt

  1 5 . 2 593 M wt (2)R e m ainin g Chem i ca l h ea t i n n u e -gas : 1 .

  1 7 . 4 029 I .IWI ( 1 )H e at r e l eas e d from w a s t e co m b u s ti o n :

  6 3 k glh r ) H e a t Ba l an c e : T o t al e n e r 2l i n w a s t e - f eed=

  5 1 % In i tial was t e we i g ht ( 830 6 .

  6 4 kglh r ) To ta l mass l oss ( 5857 . 02 k � r ) =70 .

  1 1 . % I n i ti a l fix e d-ca r bo n i n w a s t e (

  1

  8

  =

  1 06 . 52 k � r )

  1

  1 2 k glh r ) C h a r b urn ed (

  99 . 72% In i ti al vo latil e in wa s t e ( 4 267 .

  � r ) =

  09 1 k glh r ) V ol a tile r elea s ed ( 4 255 . 2 k

  I n i ti al w a t er i n wa s t e ( 49 .

  67

  1 2.

  7 M wt ( 5)Heat ca rrie d b y n u e gas ( s en s i b le ) :

  59

  ISSN : 2355-9365 e-Proceeding of Engineering : Vol.4, No.1 April 2017 | Page 719

  

Gambar 4. 1 Data Group 2 TPA1 Gambar 4. 2 Data Group 2 TPA1+2,5%

  9 'I<,

  8

  8 8 .

  :

  8 M wt H e a t r e cov e ry e ffi ciency f r om th e was t e

  1 4 . 080

  1A wt )

  33

  gasified

  1

  1

  ( 4 ) + ( 5 ) + (6 ) + o ther h e at l oss ( .

  4 M wt (7 )He a t l os s t o s i de wa ll s fr o m g a s p h ase : o . M wt ( 8 ) H e a t l oss t o s i de w a ll s f r om s oli d p h a se : . 252375 M wt

  67

  34

  6 M wt ( 6 )Hea t ca rrie d b y e x it - w a s t e ( s e n s i b l e ) : .

  1

  85

  1 %

  30 1 k � r ) = 1 1 .

  4 95 .

  A) : Ast,

Gambar 3. 3 Tahapan mengubah model untuk volume sampah selama pembakaran.

  9

  In i ti al fi x ed-car b on in w a s t e (

  7 08 k l)lh r ) = 1 00 . 4 %

  7 9 kglh r ) C h ar burned ! 999 .

  32 9 k � r ) = 9 9 . 12 % I ni ti a l vo l ati l e in w a s te ( 4482 .

  05 8 k glh r ) V olab l e relea s ed ! 444

  33 9 . 899 k � r ) = 102 . 4 % In itia l wa t e r i n wast e ( 332 .

  M ois t u r e evap o r a t e d (

  Setelah mejalankan simulasi dengan data proximate dan ultimate TPA1, TPA1+2.5%, TPA1+5%, TPA1+7.5%, TPA1+10% dengan rentang waktu 15 menit dan jumlah sampah 8,3 ton dihasilkan data sebagai berikut:

  Ast, Dned, pyrolysed - waste (

  17 5 k glhr ) T o t a l m ass l oss !57

  Ash Dned - pyrolysed waste(D ) : Carbon

  Carbon Ash Dned W aste ( q V ol ati l es Carbon

  l ritia W aste ( B ) : M:llsttn V olati l es

  I CATION R �

  IF

  DRYlNG A PYROL YSl �

  [9]

  Model penyelesaian persamaan untuk pembakaran di dalam FLIC merupakan kode yang ditulis oleh SUWIC atau Sheffield University of Waste Incineration Centre yang digunakan untuk mensimulasikan bed pembakaran sampah. Gambar 3.4 di bawah ini menunjukkan tahapan yang berbeda dalam pembakaran yang dapat dimodelkan menggunakan FLIC dan Gambar 3.5 menggambarkan profil dasar bed pembakaran dalam insinerator piringan bergerak (Moving Grate).

  

Gambar 3. 2 Skema pembakaran pada model bed insinerator.

  I Pada simulasi ini penulis fokus pada model pembakaran pada bed di insinerator dimana data temperatur, kecepatan udara dan profil gas dapat menjadi masukan untuk model gas seperti gambar diatas.

  9 6 .

  8 2 . 9 k �r ) = 69 . 66 % ln i bal was te w ei g ht ( 830 1 . 46 kglh r ) H eat Ba l an c e : T o t a l e n e r 2l i n waste - f ee d =

IA WI

IA WI

  1 1 . 360 1 , .1wt ( 6 ) H e a t ca rri e d b y e x i t - wa s t e (s e ns i b le ) : .

  9 M l Hea tr e cov e ry e fli ci e n cy fr o m t h ewas t e :

  1A wt ) 11 . 787

  2

  2 1 8039 M WI ( 4 ) + (5 ) + ( 6 ) + o ther he a t lo ss ( 9 . 9 623 4 e -

  8 ) H ea t lo s s t o sid e wa ll s fr o m so l i d pha se : .

  6 M wt (7) H e a t l os s t o s ide w a ll s fro m ga s pha s e : o . M wt (

  1

  96

  34

  8 1 . 17 % M oi s tu re e v ap o r at e d !

  1 5 . 5063

  44

  ( 4 ) H e a t tran s f e r red to ov e r - b e d b y r adiatio n : --0 . 239

  1 5 . 2902

  8 MWt ( 1 ) + ( 2) + ( 3 ) =

  17 M WI (3 )R em a i n in g Ch e m i ca l heat in as h : 8 . 6996 e -00

  8

  24

  : 1 .

  42 I .IWI ( 2)Remai n lng Ch e mi ca l hea t in n ue- g a s

  1 4 .

  ( 1 )H eat re l ea s ed fr o m was t e co m b us t io n :

  7 MWt ( 5 )H e a t ca rried b y fl ue gas ( s e n s i b le ) :

  ( 1 ) + (2 ) + (3 ) =

  5 ) Hea t c a rr i ed by fl u e g a s ( s e n s i bl e ) : 12 . 7792 M Wt

  1 8 .

  8

  6

  4

  8 M Wt ( 1 ) He a t r e l e a s e d fr om wast e c om b u st i o n :

  1 4 . 356

  1 MWt ( 2 ) Re ma in i n g ch e m i ca l h e a t i n fl u e - g a s : 2 . 82587 M Wt (

  3 ) Re ma in i n g c h e m i ca l h e a t i n a s h : 7 . 72503e-0

  2 M Wt (1 ) + ( 2 ) + (3 ) =

  1 7 . 259

  2 MWt ( 4 ) Hea t tr a n s f e r r e d t o o v e r - bed by r a d i a ti o n : . 263255 Mwt (

  ( 6 ) Hea t c a rr i e d by ex i t - wa s t e ( s e ns i b l e ) : .450898 l . l wt (7 ) Hea t l o ss to s i de w a ll s fr o m g a s ph a s e : . M wt ( 8 ) Heatl o s s to s i de w a ll s fr o m s o li d p h a s e : .

  = 93 .0 4 %

  

ISSN : 2355-9365 e-Proceeding of Engineering : Vol.4, No.1 April 2017 | Page 720

  65 M Wt ) 14 . 1988 t.lwt H e a t re cov e ry e ffi c i e n cy fr o m th e wa s t e : 85 .

  1

  5

  11

  ( 8)Hea t l oss t o s i d e wa ll s fr o m s o l i d p h ase : . 251408 t.lWI ( 4 )+( 5)+(6 )

  1 3 . 0639 t.lWI ( 6)Hea t ca rr i e d by ex it - wa s t e (s e n s i b l e ) : . 513351 MW! (7 )Hea t l oss t o s i d e wa ll s f r o m ga s p h ase : o . t.lWI

  1 7 . 8792 MW! ( 4 )He a t tr a n s f e rr ed t o ove r -b e d by r a d i a ti o n : . 25501 M WI ( 5)Hea t ca r ri e d by n u e ga s (s e n s i b l e ) :

  1 9 . 878 Mwt ( 1)H ea t r e l eas e d fr o m w as t e c o m b u s ti o n :

  1 3 .

  9

  = 69 . 1 % He a t B a l an c e : T o ta l e n e r 2l'. i n w a s t e -f e ed =

  2 54 . 98 k g/h r ) T ot a l m a ss l o ss ( 578 1 .4 1 k g / hr ) Initi a l w a s t e w e i g ht ( 8366 . 57 k g / hr )

  4 MW! ( 2)R ema inin g c h e m i c a l h ea t i n flu e-gas : 3.37285 MW! ( 3)R ema inin g c h e m i c a l h e a t i n as h : . 605937 MW!

  6

  Mo i s t u r e e vap o r a t e d (

  62 7 . 23 6 k 2 ih r ) = 10 .

  7 % I n iti a l wa t e r i n wa s t e ( 622 .

  9 9 8 kg/h r ) V o l a t il e r e l e a s e d (4042 . 48 kg/h r)

  =

  9 8 .

  99 %

  I nitia l v o l a t il e i n w a s t e (

  40

  8 3 . 54 k g/h r ) ldo i sture e v ap o r a t e d (

  7 4 .

  4 2 k g / hr ) = 100 . 6% Initi a l w a t e r i n w as t e ( 736 .

  1

  2 58 k g / hr ) V o l a ti l e r e l e a se d ( 3 873 .1 8 k g / hr )

  = 97 .6 7 % Initi a l v o l a til e in w as t e ( 3965 .

  7 5 k g/h r ) C h ar b u rn e d (

  11 67 . 59 k g / h r ) C h a r b u rne d (

  1

  16 6.

  1 2 k 2 /h r ) =

  9 9 . 07 % I n iti a l fixecl-c a r b o n i n w a s t e c 1 1 n . 5 k g/h r )

  T o ta l m ass l oss (5835 . 83 kg/hr ) = 70 .

  2 6 % In i ti a l was t e w ei g h t (8306 .

  6 3 kg/hr ) Initi a l fi x e d -c a r b o n i n w as t e (

  00

• o th e r h ea tl oss (0 .

4 Mwt

  2

  1 I.IWt ( 3) Re ma inin g c h e mical he a t i n a sh : 1 . 24 176 M wt

  ( 1 ) + ( 2 ) + ( 3 ) =

  1 8 .4

  9 6 t.lWt ( 4 ) H ea t tra n s f e rr e d to ov e r - b e d b y r a d i a ti o n : 8 .

  59 6 4e -

  00

  2 M W ( 5 ) H ea t carrie d b y fl ue g a s (s e ns i ble ) : 13 .

  26

  39 I.IWt ( 6 ) H ea t carri ed b y e xit-w a s t e (sensib l e ) : . 54368 t.lwt (7) H e a t lo ss t o s i de wa ll s fro m gas p h a s e : 0. M wt ( 8 ) H e a t lo ss t o s i de wa ll s f r o m s oli d p h a s e : 0 .

  2

  4

  11

  8

  8 t.lwt

  ( 4 )

  9 MWl )

  1 4 .

  25

  1

  5 MWt H ea t r e covery e ffi c ie n cy fro m t h e was t e : 84 .

  5 %

  Gambar 4. 5 Data Group 2 TPA1+10%

  Gambar di atas menunjukan data group 2 dari lima data yang disimulasikan. Data report 2 menunjukan jumlah kadar air yang menguap, senyawa volatil yang dihasilkan dan arang yang terbakar. Data diatas pun menunjukan energy balance yang dihasilkan dari hasil pembakaran, panas yang dilepaskan dari bed dan panas yang hilang dari bed. Selanjutnya ada profile temperatur gas yang ada didalam bed dan komposisi gas yang keluar diatas bed.

  2

  5

  1

  8 5 .42 % H ea t Balan c e : T o t a l e n e r g y i n w as t e - f ee d =

  44 2 kg/h r ) V o l a til e rele a s ed (3718 .

  1 3 . 8 533 M W! He a t r e co v e ry e ffi c i e n cy fro m the wa s t e :

  ( 4 ) + ( 5)+(6) +oth e r h e a t l o s s ( . 1 13526 M Wt )

  1

  4

  6

  4

  2 4 %

  Gambar 4. 3 Data Group 2 TPA1+5% Gambar 4. 4 Data Group 2 TPA1+7,5% Mo is tu r e eva p o r a t e d (

  8 22 .28 6 kg/h r ) =

  1 00 .1% I n it i a l w a t er i n w as t e (

  82 1.

  7 4 k !l!!!r ) :

  9

  9 9 . 04 % In i ti a l volatil e i n w as t e ( 375 4 . 8 1 kg/h r ) C h a r b u rn ed (

  1

  1 5 . 3 k g/h r ) =

  8 9. 08 % I n iti a l fi x ecl-ca r b on i n was t e (

  1

  29 1 .

  3 1 k g /h r ) To t a l mass l oss (5691 . 33 k!l!!!r ) = 69 . 28 % I n i ti a l waste w e i g h t ( 821 4 .4 2 kg/hr ) H e a t B a l a n c e : T o t a l e n e r g y i n wa st e - f ee d = 2 . 723

  3 I.IWt ( 1 ) H ea t rele a s ed fr om w a s t e comb u s t i o n : 13 .

  2

  4

  9

  3 I.IWt ( 2 ) R e ma i n l ng c h e m i cal h ea t I n nue - g a s : 3 .

• (5 ) + ( 6)+o lh e r heat l oss ( . 11583

• t
• 72
• 6

  36

  6 4 .

  8

  5

  4 454 .

  9 1 .

  8 2 .

  7 3 .

  5.4

  5

  7

  6.3 7 .

  2 PROJ E CT otS T A NC E ALO N G BED L ENGTH , m

  GasT(K ] Mon Dec 1 8 13

  1 5 : 36 201 ( P R OJ E C T D

  I ST ANCE AL O N G BE D L E NG lrl , m GasT ( K J Mon Dec 18 1

  3 : 15 :

  8

  85

  3

  1 6 .

  

ISSN : 2355-9365 e-Proceeding of Engineering : Vol.4, No.1 April 2017 | Page 721

  ��

  �:g: ...

  16 TPA _

  11

  9

  " "'1 916.7

  20

  = �: �:g g

  � _ 1 _ 45e+0

  3 1 . 2 5e +003 1 . 19e+00

  3 1 . 12 e +003 1 . 5e+0

  3

  98

  8 919

• ��

1 T o ta l r es i d e n ce time: 00 hr

• 1. 46e+00
• ³⁸
⁵ DI S T A NC E AL O N G BE D LE NGTM , m PROJ E C T Gas T (K] M on Dec
• .

• 5 %
• c
• :
• Crriin ( ma s %)
• CmH n ( mas %) 27 .
• co
• c o ( ma s % )

PR OJEC T T P A _

  �� � (

  1 .

  6

  GasT(K ] T o ta l r es i dence ti me: 00 hr 1 5 m i n 00 sec

  I P R OJE C T T PA _ 1 + 2 _ 5 %

  1 .0 � 4e+O <

  1 1 e +0 <

  1 .4 7e +O< 1 . 39e +O < 1 . 32 e +O< 1.25e.+-0( 1.18e+O(

  6

  6 1 e+O< _ 1 . 548+0(

  1 . &&e.O< 1 .

  DfS TANC E AL O N G BED L EN G TH , m

  1 6 .

  9

  11

  7

  4

  60

  8 , ,/\

  2 ( ma s % )

  7 H

  2 1 .

  H2 m u % )

  ( ma s% )

  ' 1' 'i

  3 2 .

  T P A_1+10 % T o ta l res i dence ti me : 00 h r 15 mi n 00 sec

  

1

Gambar 4. 3 Temperatur Gas TPA1+5%

  1 5 : 36 201

  Mon Dec 1 8 1 3 :

  2 480 368 316

  3

  5

  Gambar 4. 5 Temperatur Gas TPA1+10%

  ��� Gambar 4. 2 Temperatur Gas TPA1+2,5%

  1 5 m i n 00 s ec TP A _ 1 + 7 _ 5 % T ota l r eside n ce ti m e : 00 hr 1 5 rrin 00 sec

  03 _ 1 . 32 e.00

  4 6 .

  5 5 .

  3 1 06e.+003

  1 2 e.+00

  3 1 . 19e +003 1 .

  3 1 . 26e +00

  3 _ 1 . 39e 1-0

  4 s .

  3 1 . 52 e -+003

  7 1 . 59e+00

  9 16 .

  00

  11

  Gambar 4. 1 Temperatur Gas TPA1 Gambar 4. 4 Temperatur Gas TPA1+7,5%

  2 5 .

  3 7 .

  ��� T ota l res id e n ce ti m e : 00 h r 15 m i n 00 se

  3 :

  6 TP A _1 +

  1 5 : 36 201

  8 Mon Dec 18 13 :

  31

  I ST AN CE AL O N G BE D LE N G TH, m G a s T (K J

  1 5 : 36 2016 P ROJ E CT D

  7 720 653 586 519 452

  2

  78

  4

  5

  8

  1

  92

  3 7 .

  P r o l le a long be d le ngth At th e bed to p Mo n Dec

  1 8 13 : 15:36 2016 PR OJEC T T P A _

  1 +2 _ 5 % D

  ISTANCE ALO N G B ED L E N G TH . m Pro fi l e al o ng bed l e ngth

  � Dec

  1

  8

  1 3 :

  1 5 : 36 2016 At the bed t op

  _L

Gambar 4. 6 Komposisi Gas TPA1 Gambar 4. 7 Komposisi Gas TPA1+2,5%

  

ISSN : 2355-9365 e-Proceeding of Engineering : Vol.4, No.1 April 2017 | Page 722

1 DISTANC E AL O N G BED L E N G T H , m

• - C rrl-1 n (ma s 'Ko)
• co ( ma s % )
• - c rrttn (mu %)
• co ( mn Yt )
• 2
• 2 ( m u % )
• - c o2 ( mas % ) - H 2 ( ma s %) .c 1. n
• c02 ( mas % )
• - H
>

  P ROJE CT T P A _ 1+ 7 _ 5 % o e 1 a 2 . 1 a.e , . ;---;-:

  1 i

  2 31 ""' J ....

  A.... y

  17

  32 j\ t ·

  � ) \ "'° t \

  1 \

  \J \ <,

  2 ( ma sYt)

  ( rre s % )

  (mes'M.)

  I I ...,/ ^{f �} \...

  4 ..... e

  85 2887 t

  3 DIST ANC E ALO N G BE D LEN G TH , m Profi l e a l ong bed l e ngth A t the bed IDp

  7

  2 M on Dec 1 a

  1 3 . 15 . 36 2016 Gambar 4. 9 Komposisi Gas TPA1+7,5%

  4.2 Hasil Perhitungan Indeks Standart Polutan Udara (ISPU)

  Polutan adalah salah satu permasalahan didalam insinerator. Di indonesia gas gas yang di anggap berbahaya adalah gas CO, SO

  2 , O 3 dan NO 2 . Dalam penelitian ini hanya ditemukan gas CO sebagai gas yang dapat dikonversi kedalam satuan ISPU. Oleh karena itu perhitungan hanya bisa dilakukan dengan kadar CO.

  Berikut adalah kadar CO dari hasil simulasi kelima data.

  

Tabel 4. 1 Tabel konversi nilai CO

  DATA Nilai CO

  PPM mg/m3 TPA1 1,815 % 22,2 27,9 TPA1+2,5% 2,045 % 25,5 31,4 TPA1+5% 1,878 % 23,3 28,7 TPA1+7,5% 1,745 % 21,7 26,8 TPA1+10% 1,613 % 20,1 24,8

  Data diatas adalah hasil konversi menjadi mg/m3. Jadi bisa kita masukan dalam rumus untuk menjadi satuan ISPU sebagai berikut.

  I '

  34

  ISSN : 2355-9365 e-Proceeding of Engineering : Vol.4, No.1 April 2017 | Page 723

  H

  ...

  \ ' 'i \ 2020 2300

  , "

  9 }

  42 ·: · /

  H

  2 ( ma s % )

  34

  79

  2

  78

  1 <,

  2 ( ma s%)

  1 5 : 36 2016

Gambar 4. 8 Komposisi Gas TPA1+5% Gambar 4. 10 Komposisi Gas TPA1+10%

  (ma s % )

  20 ( mas %)

  I . ,

  9 PROJECT T P A _ 1+5 %

  O lS TA NCE Al. O N G BED LE N G TH , m P r o fi le a l ong bed l e ('9 1h M.the bed IDp

  Mon Dec 1 a 1 3:

  1 5 : 36 2016 P ROJ E C T TPA _ 1 + 1 % ----,- .

  2 .

  7

  36 4 5 5 . 4 6 .

  3 D

  IS TA NCE AL ON G B ED LE N G TI-1 , m Pr ofi l e a l ong be d l eng lh

  A t lhobed t op Mo n Dec r s 1 3 :

• - C l'T'ri n ( mas 'Mo )
• co ( mas %)
• 1, \,(/\
• ,
• 2
• c02
• H 20 (mas % ) o , .
• m /
• H

  

Tabel 4. 2 Tabel ISPU Hasil Simulasi

  Data

  ISPU Kategori TPA1 246 SANGAT TIDAK SEHAT

  TPA1+2,5% 285 SANGAT TIDAK SEHAT TPA1+5% 269 SANGAT TIDAK SEHAT

  TPA1+7,5% 258 SANGAT TIDAK SEHAT TPA1+10% 246 SANGAT TIDAK SEHAT

  

Tabel 4. 3 Tabel nilai katagori ISPU

BAIK 0-50 SEDANG 51-100 TIDAK SEHAT 101-199 SANGAT TIDAK SEHAT 200-299 BERBAHAYA 300-500

  Dari perhitungan ISPU diatas dapat disimpulkan bahwa kelima data yang memproduksi kadar CO masuk dalam katagori “Sangat Tidak Sehat” dimana dalam kategori ini menunjukan potensi meningkatnya kardiovaskular pada orang bukan perokok yang berpanyakit Jantung, dan akan tampak beberapa kalemahan yang terlihat secara nyata.

  5. Kesimpulan

  Berdasarkan hasil simulasi dan pembahasan dari kelima data sampah yang sudah dijalankan dapat disimpulkan bahwa:

  1. Dari kelima data yang sudah disimulasikan potensi energi terbesar diperoleh dari data sampah TPA1+2,5% dimana menghasilkan 15.259 Mwt.

  2. Dari kelima data yang sudah disimulasikan hanya produksi gas CO yang dapat dimasukan kedalam perhitungan indeks standart polutan udara, dikarenkan kadar gas berbahaya yang lainnya tidak bernilai.

  3. Dari kelima data yang sudah disimulasikan diperoleh nilai indeks standart polutan udara (ISPU) terbesar terdapat pada data sampah TPA1+2,5% dengan nilai ISPU 285 yang tergolong pada kategori “Sangat Tidak Sehat” begitu pula dengan sisa data sampah yang lain masuk ke dalam kategori “Sangat Tidak Sehat”

  

ISSN : 2355-9365 e-Proceeding of Engineering : Vol.4, No.1 April 2017 | Page 724

  

ISSN : 2355-9365 e-Proceeding of Engineering : Vol.4, No.1 April 2017 | Page 725

DAFTAR PUSTAKA

  [1]F.Zed,Y.N.Suharya, A.Rasyid, D.Hayati, D.Rosdiana, E.Mohi, F,Santhani,S.H.Pambudi,C.Malik,J.Santosa,A.Nurohim(2014) Dewan Energi Nasioal Outlook Energi Indonesia

  2014. Jakarta

  [2] Naryono, Eko. Atikah. Rahmansyah,Arief. Soemarno. Simulasi dan Evaluasi Insinerasi Sampah Organik

  Rumah Tangga Pada Reaktor Unggun Tetap (Fixed Bed). Universitas Brawijaya. Malang

  [3] Christian, Hans (2008) Modifikasi Sistem Burner dan Pengujian Fluideized Bed Incinerator.Fakultas Teknik Universitas Indonesia [4] Hussein, Ahmad.(2012) CFD Modeling of Grate Furnance Design for Municipal Solid Waste Combustion.

  Malaysia [5] Arisanty,Y.R. Kusumastuti,Yuni. Utami,A.W.(2009) Gasifikasi Limbah Kulit Biji Kopi Dalam Reaktor Fixed Bed dengan Sitem Inverted Downdraft Gasifier : 1Distribusi Suhu . Universitas Gajah Mada.

  [6] Wibowo, Ario Basuki. (2007) Kajian Awal Pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Sampah di Kota

  Bandung . Institut Teknologi Bandung

  [7] Damarhuri,Enri dan Padmi,Tri.(2010) Diktak Kuliah TL-3104 Pengolahan Sampah. Institut Teknologi Bandung [8]Tang,Erik.(2006) CFD Modeling of MSW Combustor. Universiti Teknologi Malaysia.

  [9]Yang, Yao Bin. Newman, Robert. Sharifi, Vida. Swithenbank, Jim. Aris, John (2007) Mathematical

  modelling of straw combustion in a 38 Mwe power plant furnace and effect of operating conditions. Sheffield University Waste Incineration Centre (SUWIC). United Kingdom.

  [10] Yin, Cheng. Rosendahl, Lasse. Clausen, Sonik. Hvid, SorenL. (2012) Characterizing and modeling of an

  88MWgrate-fired boiler burning wheat straw: Experience and lessons. Department of Energy Technology , Aalborg University.