TUGAS AKHIR PENGARUH KECEPATAN UDARA PADA TUNGKU Pengaruh Kecepatan Udara Pada Tungku Gasifikasi Sekam Padi Terhadap Temperatur Pembakaran.
TUGAS AKHIR
PENGARUH KECEPATAN UDARA PADA TUNGKU
GASIFIKASI SEKAM PADI TERHADAP TEMPERATUR
PEMBAKARAN
Tugas Akhir Ini Disusun Sebagai Syarat Untuk Mendapatkan Gelar
Sarjana S1
Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas muhammadiyah surakarta
Disusun oleh:
DWI PRASTIYO
D200 080 097
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
OKTOBER 2012
Pengaruh Kecepatan Udara Pada Tungku Gasifikasi Sekam Padi
Terhadap Temperatur Pembakaran
Dwi Prastiyo, Subroto, Wijianto
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan Kartasura
E-mail: [email protected]
ABSTRAKSI
Sekam padi dapat diubah menjadi gas metana dengan metode gasifikasi yaitu
menggunakan tungku gasifikasi sekam padi. Berdasarkan hal tersebut penelitian ini
bertujuan untuk mengetahui pengaruh kecepatan udara pada tungku gasifikasi
terhadap temperatur pembakaran, mengetahui waktu lama nyala efektif, mengetahui
lama pendidihan air, dan mengetahui kecepatan udara optimum pada temperatur
pembakaran.
Penelitian diawali dengan pembuatan tungku gasifikasi sekam padi. Kemudian
menganalisis hasil pembakaran tungku gasifikasi dengan kecepatan udara di variasi
V=2.82 m/s, V=2.31 m/s, dan V=1.90 m/s. Dalam penelitian tersebut mengukur
temperatur pembakaran serta mencatat perubahan temperatur air sebanyak 3 liter
setiap 3 menit.
Hasil pengujian menunjukkan semakin besar kecepatan udara yang dihasilkan
oleh fan maka semakin tinggi pula temperatur pembakaran pada tungku gasifikasi
sekam padi. Pada V=2.82 m/s didapatkan temperatur pembakaran 288.82˚C, V=2.31
m/s didapatkan temperatur pembakaran 281.68˚C, dan V=1.90 m/s didapatkan
temperatur pembakaran 235.52˚C. Sedangkan nyala efektif dan lama pendidihan air
untuk V=2.82 m/s didapatkan nyala efektif 36 menit, lama pendidihan air 18 menit,
untuk V=2.31 m/s didaptkan nyala efektif 45 menit, lama pendidihan air 21 menit,
untuk V=1.90 m/s didapatkan nyala efektif 48 menit, lama pendidihan air 9 menit.
Sedangkan untuk kecepatan udara optimum didapatkan pada kecepatan udara 2.31
m/s.
Kata kunci: sekam padi, tungku gasifikasi, kecepatan udara
3
Pendahuluan
Tujuan penelitian
Latar belakang
a. Untuk
mengetahuai
pengaruh
kecepatan
udara
pada
tungku
gasifikasi
terhadap
tempertur
pembakaran.
b. Untuk mengetahui lama waktu nyala
efektif dan lama pendidihan air.
c. Untuk mengetahui kecepatan udara
optimum.
Ketika konsumsi domestik bahan
bakar minyak terus meningkat sehingga
membawa Indonesia sebagai net oil
importet, dimana kita ketahui energi fosil
merupakan energi yang tidak dapat
diperbaharui. Sehingga subsitusi energi
non fosil dengan memanfaatkan sumber
energi alternatif secara lebih efisien dan
menggunakan
teknologi
modern
merupakan suatu langkah yang tepat.
Salah satu energi alternatif yang
sekarang sedang dikembangkan adalah
energi yang berasal dari bahan – bahan
organik, hal ini dikarenakan senyawa
organik tersebut tergolong energi yang
dapat diperbarui. Salah satunya yaitu
berupa sampah organik yang jumlahnya
dari waktu ke waktu semakin bertambah.
Contoh yaitu berupa sekam padi.
Teknologi
gasifikasi
biomas
merupakan
teknologi
yang
relatif
sederhana dan mudah pengoprasiaannya
serta secara teknik maupun ekonomi
adalah layak untuk dikembangkan.
Dengan demikian teknologi gasifikasi
biomas
sangat
potensial
menjadi
teknologi yang sepadan untuk diterapkan
diberbagai tempat di Indonesia.
Pembatasan masalah
a. Alat produksi gas metana dengan jenis
thermal prosses gasification
b. Pengaruh kecepatan udara terhadap
temperatur pembakaran
c. Bahan bakar yang digunakan berupa
sekam padi
d. Dinding isolasi yang digunakan serbuk
batu bata
e. Air yang dipanaskan sebanyak 3 liter
f. Kapasitas sekam padi 1.2 kg.
Tinjauan pustaka
Belonio
(2005),
mendisain
kompor gas sekam padi dengan konsep
energi alternatif, dimana kompor tersebut
terbuat dari stainless steel. Untuk
membuat gas dari sekam padi digunakan
teknologi gasifikasi. Prodes gasifikasi
dilakukan dengan membakar sekam padi
kering sehingga menghasilkan gas yang
mudah terbakar dengan bantuan fan.
Gas tersebut mengandung gas metana
sebesar 0.5%-7% volum.
Ibnu (2011), mendisain alat
produksi gas metana dari sampah
organik. Sampah organik yang digunakan
adalah sekam padi, tempurung kelapa
dan serbuk gergaji. Untuk membuat gas
dari sampah ini, digunakan teknologi
gasifikasi. Dengan cara membakar
sampah kering di dalam reactor,
sehingga
menghasilkan
gas
yang
bertekanan dengan bantuan blower.
Selanjutnya gas dialirkan menuju pipa ke
tabung absorsi, kemudian langsung
disalurkan ke pipa menuju kompor.
Murjito (2009), mendisain alat
penangkap gas metana pada sampah
menjadi biogas yang terbuat dari plastik
polyethylene. Penelitian ini menghasilkan
rancangan alat penangkap gas metana
yang berbahan dasar plastik polyethilene
dengan spesifikasi sebagai berikut:
biodigester dengan volume total 11 m3 ,
volume basah 8,8 m3, waktu proses 40
hari, isian bahan 220 kg/hari, luas lahan
18 m2, dan memiliki penampung gas
4
dengan dimensi tinggi 4,6 m, diameter
0,954 m, volume efektif 2,5 m3.
Nugraha
(2010),
mengolah
sampah organik menjadi biogas dengan
cara
Anaerobic
gasification
yaitu
mengolah sampah organik menjadi gas
dengan
cara
fermentasi.
Proses
gasifikasi dilakukan dengan menimbun
sampah organik di dalam tanah selama
beberapa hari (minimal 7 hari). Gas hasil
fermentasi ini kemudian dialirkan ke alat
purifikasi untuk membersihkan gas
metana dari impurities (kotoran). Setelah
didapatkan kadar gas metana di atas
70% digunakan sebagai bahan bakar
kompor pengganti LPG.
Dasar teori
Gasifikasi
Gasifikasi adalah konversi bahan
bakar padat menjadi gas dengan oksigen
terbatas yang menghasilkan gas yang
bisa dibakar, seperti CH4, H2, CO dan
senyawa yang sifatnya impuritas seperti
H2S, CO2 dan TAR. Berdasarkan proses
pembentukan gas gasifikasi dibedakan
menjadi tiga macam, yaitu:
1) Reaksi pembakaran gas metana
dengan oksigen murni.
Reaksi: CH4 + 2O2
CO2 + 2H2O
(Shannon, 2000)
2) Reaksi pembakaran gas metana
dengan udara di alam.
Reaksi: CH4 + 2O2 + 7.52N2
CO2
+ 2H2O + 7.52N2 + heat
3) Reaksi pembakaran sekam padi
dengan oksigen murni.
Reaksi: C6H12O5 + 3O2
CH4 +
C4H6O10 + CO + H2 + heat
(Simpson, 2001)
1. Pembentukan gas metana
Gas metana dapat terbentuk
melalui reaksi antara hidrogen dengan
karbon monoksida.
Reaksi : CO + 3H2
CH4 + H2O
2. Pemurnian gas metana
Pemurnian gas metana dari
proses gasifikasi dapat dilakukan
dengan metode absorbsi. Metode ini
menggunakan air sebagai absorben
karena air mampu mengikat TAR yang
sifatnya sebagai pengotor gas CH4.
Hal ini dilakukan karena semakin tinggi
kandungan
gas
pengotor
akan
mengurangi
nilai
kalor
dari
pembakaran gas metana.
1. Landfill gasification yaitu mengambil
gas metana yang terdapat pada
tumpukan sampah.
2. Thermal process gasification yaitu
proses konversi termal bahan bakar
padat menjadi gas.
3. Anaerobic gasification yaitu mengolah
sampah organik menjadi gas dengan
cara fermentasi.
Gas metana
Metana adalah hidrokarbon paling
sederhana yang berbentuk gas dengan
rumus kimia CH4. Metana murni tidak
berbau, tidak berwarna dan mudah
terbakar.
5
Metod
dologi pen
nelitian
Diagra
am alir pen
nelitian
b. Assh chamberr
Ala
at ini dig
gunakan sebagai
s
penyimpanan
n abu sekam
m padi.
ru
uang
Gamb
bar 3. Ash chamber
c
urner
c. Bu
Ala
at ini digu
unakan untuk memb
bakar
gas metana dan
d
merubah api men
njadi
birru.
Ga
ambar 4. Bu
urner
d. Fa
an
Ala
at ini digu
unakan un
ntuk menyu
uplai
udara prime
er ke dalam
d
rea
actor
pembakaran.
Gamb
bar 1. Diagrram alir pen
nelitian
Alat dan
d bahan penelitian
n
1. Ala
at
a. Reactor pemb
bakaran
Ala
at ini digu
unakan se
ebagai tem
mpat
pro
oses pemba
akaran seka
am padi.
G
Gambar 5. Fan
F
ermometer rrider
e. Te
Ala
at ini digu
unakan un
ntuk mengukur
tem
mperatur
pembakaran
dan
tem
mperatur dinding isola
asi.
Gambar 2.. Reactor pembakaran
n
6
G
Gambar
10.. Termometter
alasi pengu
ujian
Insta
Gambar 6. Termom
meter rider
f. Ane
emometer digital
d
Ala
at ini digu
unakan untuk mengu
ukur
keccepatan alirran udara dari
d fan.
Gambar 7. Anemometer digital
g. Timbangan
T
analog
a
Alat
A ini digunakan untu
uk menimb
bang
massa
m
bah
han bakarr yang akan
a
digunakan.
Gam
mbar 11. In
nstalasi tung
gku gasifika
asi
s
sekam
padi
Gambar 8.. Timbanga
an analog
S
digital
d
h. Stopwatch
mbar:
Alat
A
ini dig
gunakan un
ntuk menccatat Keterrangan gam
1. Po
ot holder
gan pintu
6. Pegang
waktu
w
dalam
m pengambilan data.
2. Bu
urner
7. Pengun
nci
3. Re
eactor
8. Ash dis
scharge levver
4. As
sh chamberr 9. Burnerr handle
5. Fa
an casing 10. Secon
ndary air ho
oles
gkah penelitian
Lang
yang dila
akukan dallam melaku
ukan
penelitian adalah:
Gambar
G
9. Stopwatch
S
d
digital
M
o
se
ekam
1. Menimbang
bahan organik
i. Terrmometer
pa
adi yang a
akan digun
nakan seb
bagai
Ala
at ini digu
unakan untuk mengu
ukur
ba
ahan penelitian mas
sing-masing
g 1,2
perrubahan te
emperatur air setiap
p 3
kg
g.
me
enit.
7
2. Mengisi sekam padi pada reaktor
gasifikasi dengan 1,2 kg, pada
masing-masing percobaan.
3. Menyalakan fan pada pada switch
control, dengan kecepatan udara 2.82
m/s sebagai percobaan pertama, 2.31
m/s sebagai percobaan kedua, 1.90
m/s sebagai percobaan ketiga.
Penyalaan fan ini sesuai dengan
masing-masing percobaan.
4. Membuat potongan kertas, kemudian
taruh potongan kertas tersebut diatas
sekam padi yang telah diisi pada
reaktor pembakaran.
5. Membuat bara api dari potongan
kertas sebagai penyalaan bahan
bakar.
6. Mencatat lama penyalaan bahan
bakar dari pembuatan bara api
sampai bara api benar-benar menyala
diatas reaktor tungku gasifikasi.
7. Menutup reaktor gasifikasi dengan
burner.
8. Mencatat waktu berubahnya nyala api
sampai menjadi gas hasil dari
gasifikasi.
9. Meletakkan panci yang telah di isi air
sebanyak tiga liter di atas burner.
10. Mengambil data kenaikan temperatur
air. Dari temperatur awal air,
temperatur air mendidih, temperatur
air berubah fase setiap tiga menit dari
tiga liter air.
11. Mengambil
data
temperatur
pembakaran setiap tiga menit.
12. Mengambil data dari dinding isolasi
dengan isolasi serbuk batu bata
setiap tiga menit.
13. Ulangi percobaan yang sama sesuai
beban yang diujikan dari 1,2 kg,
dengan kecepatan udara 2.31 m/s
dan kecepatan udara 1.90 m/s.
Hasil dan pembahasan
1. Perbandingan Temperatur pembakaran Variasi V=2.81 m/s, V=2.31 m/s, dan
V=1.90 m/s
350
T Pembakaran
V=2.82 m/s
Temperatur (˚C)
300
250
T Pembakaran
V=2.31 m/s
200
150
100
T Pembakaran
V=1.90 m/s
50
0
3
6
9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48
Waktu (menit)
Gambar 12. Grafik Perbandingan Variasi Kecepatan Udara pada Temperatur
Pembakaran dengan waktu
Pada gambar 12 diatas dapat
pembakaran tertinggi pada menit ke 9
dilihat bahwa untuk gasifikasi sekam
dengan
temperatur
pembakaran
padi 1.2 kg menggunakan kecepatan
331.66˚C, untuk gasifikasi sekam padi
udara 2.82 m/s didapatkan temperatur
1.2 kg menggunakan kecepatan udara
8
udara yang dihasilkan oleh fan pada
tungku
gasifikasi
sekam
padi
mempercepat air mendidih dalam
pembebanan sebesar 3 liter air.
Sedangkan temperatur pembakaran
dari mulai pembentukan nyala api
sampai nyala api mulai padam,
temperatur pembakaran berubah-ubah.
Hal ini dikarenakan tidak setabilnya
pembakaran sampah organik sekam
padi
dalam
reactor
sehingga
mengakibatkan
pembentukan
gas
metana menjadi tidak stabil.
2.31
m/s
didapatkan
temperatur
pembakaran tertinggi pada menit ke 21
dengan
temperatur
pembakaran
311.22˚C, sedangkan untuk gasifikasi
sekam padi 1.2 kg dengan kecepatan
udara 1.90 m/s temperatur pembakaran
tertinggi terdapat pada menit ke 12
dengan
temperatur
pembakaran
tertinggi 263.11˚C. dari perbandingan
temperatur pembakaran terhadap besar
kecepatan udara menunjukkan hasil
bahwa,
tingginya
temperatur
pembakaran dan besarnya kecepatan
2. Perbandingan Temperatur air Variasi V=2.81 m/s, V=2.31 m/s, dan V=1.90 m/s
120
100
T Air V=2.82 m/s
Temperatur (˚C)
80
60
T Air V=2.31 m/s
40
T Air V=1.90 m/s
20
0
3
6
9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48
Waktu (menit)
Gambar 13. Grafik Perbandingan Variasi Kecepatan Udara pada Temperatur Air
dengan waktu
1.2 kg dengan kecepatan udara 1.90
Pada gambar 13 dapat dilihat
m/s dapat mendidihkan air sebesar 3
bahwa untuk gasifikasi sekam padi 1.2
liter dengan waktu 18 menit, lama nyala
kg dengan kecepatan udara 2.82 m/s
efektif 48 menit, dan lama pendidihan
dapat mendidihkan air sebesar 3 liter
air selama 9 menit. Dari percobaan
dengan waktu 12 menit, lama nyala
untuk lama pendidihan air sebesar 3
efektif 36 menit, dan lama pendidihan
liter pendidihan air paling lama
air selama 18 menit. untuk gasifikasi
dilakukan pada percobaan gasifikasi
sekam padi 1.2 kg dengan kecepatan
sekam padi 1.2 kg dengan kecepatan
udara 2.31 m/s dapat mendidihkan air
udara yaitu 2.31 m/s dengan waktu air
sebesar 3 liter dengan waktu 15 menit,
mendidih 15 menit, lama nyala efektif
lama nyala efektif 45 menit, dan lama
45 menit, dan lama pendidihan air 21
pendidihan air selama 21 menit.
menit.
Sedangkan untuk gasifikasi sekam padi
6
Temperatur (˚C)
3. Perrbandingan antara V=2.82
V
m/s,, V=2.31 m//s, dan V= 1.90 m/s ditinjau
d
darri
tem
mperatur pembakaran rata-rata
a dan lama nyala efek
ktif.
350
60
300
50
250
40
200
30
150
20
100
50
10
0
0
kecepaatan 2.82 m/s
kecepattan 2.31 m/s
kecepataan 1.90 m/s
Temperaturr pembakaran Nyyala Efektif
Gambar 14. Diagram
D
Pe
erbandingan antara Te
emperatur P
Pembakara
an rata-rata
dengan lam
ma Nyala E
Efektif
Pada gam
mbar 14 diatas
d
dapa
at
emperatur pembakara
an
dilihatt bahwa te
terting
ggi pada kecepatan
k
udara 2.8
82
m/s
sebesar
C
denga
an
331.66˚C
eratur
pe
embakaran
n
rata-ratta
tempe
288.8
82˚C, sedangkan lama nyala
efektiff dari tem
mperatur pembakara
an
selam
ma 36 me
enit. Untukk kecepata
an
udara
a 2.31 m/s didapatkan
n temperatu
ur
pemb
bakaran
tertinggi
sebesa
ar
311.2
22˚C
dengan
d
temperatu
ur
pemb
bakaran
281.68˚C
C,
rata-rata
sedan
ngkan lam
ma nyala efektif da
ari
tempe
eratur pem
mbakaran selama 4
45
menit. Untuk kec
cepatan udara 1.90 m/s
mperatur pembakara
an
didapatkan tem
ggi sebesar 263.11˚C denga
an
terting
tempe
eratur
pe
embakaran
n
rata-ratta
235.5
52˚C, sedangkan lama nyala
efektiff dari tem
mperatur pembakara
an
selam
ma 48 menitt.
Kesimpulan dan
d saran
n
n udara mempenga
aruhi
a. Kecepatan
tingginya temperatur pembaka
aran,
makin bessar kecep
patan
yakni sem
udara yang dihasillkan oleh fan
ssemakin
maka
tinggi
pula
temperatur
akaran
y
yang
pemba
ngku gasiffikasi
dihasilkan oleh tun
di.
sekam pad
m/s
n
udara
2.82
b. kecepatan
menghasillkan nyala efektif 36
menit, keccepatan ud
dara 2.31 m/s
menghasillkan nyala efektif
e
45 menit
m
dan kece
epatan uda
ara 1.90 m/s
menghasillkan nyala efektif 48
menit. S
Sedangkan lama waktu
w
pendidihan
n 3 liter air dari kecep
patan
udara 2.8
82 m/s ada
alah 18 menit,
m
kecepatan
n udara 2.3
31 m/s ad
dalah
21 menit d
dan kecepa
atan udara 1.90
m/s adalah
h 9 menit.
n
udara
a
optim
mum
c. Kecepatan
didapatkan
n
dengan
kecep
patan
udara 2.31
1 m/s.
Kesim
mpulan
Saran
Dari hasil pen
nelitian
mpulan, yaitu:
kesim
da
apat
ditarrik
p
Rea
aktor
a. Dinding isolasi pada
mbah
pembakaran hendakknya ditam
7
misalnya
gas
bul
atau
alumuniumfoil untuk mengurangi
kalor yang terbuang melalui dinding
isolasi.
b. Ruang fan hendaknya dibuat
sepresisi
mungkin.
Hal
ini
dikarenakan untuk memaksimalkan
suplai udara primer ke bahan bakar.
c. Bahan kontruksi yang digunakan
untuk pembuatan tungku gasifikasi
hendaknya memakai stainless steel
agar tungku tidak korosi.
8
DAFTAR PUSTAKA
B.T. Alexis , 2005. Rice Husk Gas Stove Handbook. Philippines: College
of Agriculture Central Philippine University Iloilo City.
J. P. Holman, 1994. Perpindahan Kalor. Jakarta: Erlangga.
Murjito, 2009. Alat Penangkap Gas Metana pada TPA dari Plastik
Polyethilene untuk Sekala Kecil, Universitas Sumatra Utara, Medan.
Nugraha, 2010. Mengolah Sampah Organik Menjadi Biogas dengan Cara
Anaerobic Gasification, Universitas Sumatra Utara, Medan.
Reynolds, W.C., & Perkins, H.C. 1983. Termodinamika Teknik. Jakarta
Puasat: Erlangga.
S. Ibnu, 2011. Rancang Bangun dan Pengujian Alat Produksi Gas Metana
dari Sampah Organik dengan Variasi Bahan Sekam Padi,
Tempurung Kelapa dan Serbuk Gergaji Kayu. Sekripsi. Surakarta:
Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta.
PENGARUH KECEPATAN UDARA PADA TUNGKU
GASIFIKASI SEKAM PADI TERHADAP TEMPERATUR
PEMBAKARAN
Tugas Akhir Ini Disusun Sebagai Syarat Untuk Mendapatkan Gelar
Sarjana S1
Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas muhammadiyah surakarta
Disusun oleh:
DWI PRASTIYO
D200 080 097
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
OKTOBER 2012
Pengaruh Kecepatan Udara Pada Tungku Gasifikasi Sekam Padi
Terhadap Temperatur Pembakaran
Dwi Prastiyo, Subroto, Wijianto
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan Kartasura
E-mail: [email protected]
ABSTRAKSI
Sekam padi dapat diubah menjadi gas metana dengan metode gasifikasi yaitu
menggunakan tungku gasifikasi sekam padi. Berdasarkan hal tersebut penelitian ini
bertujuan untuk mengetahui pengaruh kecepatan udara pada tungku gasifikasi
terhadap temperatur pembakaran, mengetahui waktu lama nyala efektif, mengetahui
lama pendidihan air, dan mengetahui kecepatan udara optimum pada temperatur
pembakaran.
Penelitian diawali dengan pembuatan tungku gasifikasi sekam padi. Kemudian
menganalisis hasil pembakaran tungku gasifikasi dengan kecepatan udara di variasi
V=2.82 m/s, V=2.31 m/s, dan V=1.90 m/s. Dalam penelitian tersebut mengukur
temperatur pembakaran serta mencatat perubahan temperatur air sebanyak 3 liter
setiap 3 menit.
Hasil pengujian menunjukkan semakin besar kecepatan udara yang dihasilkan
oleh fan maka semakin tinggi pula temperatur pembakaran pada tungku gasifikasi
sekam padi. Pada V=2.82 m/s didapatkan temperatur pembakaran 288.82˚C, V=2.31
m/s didapatkan temperatur pembakaran 281.68˚C, dan V=1.90 m/s didapatkan
temperatur pembakaran 235.52˚C. Sedangkan nyala efektif dan lama pendidihan air
untuk V=2.82 m/s didapatkan nyala efektif 36 menit, lama pendidihan air 18 menit,
untuk V=2.31 m/s didaptkan nyala efektif 45 menit, lama pendidihan air 21 menit,
untuk V=1.90 m/s didapatkan nyala efektif 48 menit, lama pendidihan air 9 menit.
Sedangkan untuk kecepatan udara optimum didapatkan pada kecepatan udara 2.31
m/s.
Kata kunci: sekam padi, tungku gasifikasi, kecepatan udara
3
Pendahuluan
Tujuan penelitian
Latar belakang
a. Untuk
mengetahuai
pengaruh
kecepatan
udara
pada
tungku
gasifikasi
terhadap
tempertur
pembakaran.
b. Untuk mengetahui lama waktu nyala
efektif dan lama pendidihan air.
c. Untuk mengetahui kecepatan udara
optimum.
Ketika konsumsi domestik bahan
bakar minyak terus meningkat sehingga
membawa Indonesia sebagai net oil
importet, dimana kita ketahui energi fosil
merupakan energi yang tidak dapat
diperbaharui. Sehingga subsitusi energi
non fosil dengan memanfaatkan sumber
energi alternatif secara lebih efisien dan
menggunakan
teknologi
modern
merupakan suatu langkah yang tepat.
Salah satu energi alternatif yang
sekarang sedang dikembangkan adalah
energi yang berasal dari bahan – bahan
organik, hal ini dikarenakan senyawa
organik tersebut tergolong energi yang
dapat diperbarui. Salah satunya yaitu
berupa sampah organik yang jumlahnya
dari waktu ke waktu semakin bertambah.
Contoh yaitu berupa sekam padi.
Teknologi
gasifikasi
biomas
merupakan
teknologi
yang
relatif
sederhana dan mudah pengoprasiaannya
serta secara teknik maupun ekonomi
adalah layak untuk dikembangkan.
Dengan demikian teknologi gasifikasi
biomas
sangat
potensial
menjadi
teknologi yang sepadan untuk diterapkan
diberbagai tempat di Indonesia.
Pembatasan masalah
a. Alat produksi gas metana dengan jenis
thermal prosses gasification
b. Pengaruh kecepatan udara terhadap
temperatur pembakaran
c. Bahan bakar yang digunakan berupa
sekam padi
d. Dinding isolasi yang digunakan serbuk
batu bata
e. Air yang dipanaskan sebanyak 3 liter
f. Kapasitas sekam padi 1.2 kg.
Tinjauan pustaka
Belonio
(2005),
mendisain
kompor gas sekam padi dengan konsep
energi alternatif, dimana kompor tersebut
terbuat dari stainless steel. Untuk
membuat gas dari sekam padi digunakan
teknologi gasifikasi. Prodes gasifikasi
dilakukan dengan membakar sekam padi
kering sehingga menghasilkan gas yang
mudah terbakar dengan bantuan fan.
Gas tersebut mengandung gas metana
sebesar 0.5%-7% volum.
Ibnu (2011), mendisain alat
produksi gas metana dari sampah
organik. Sampah organik yang digunakan
adalah sekam padi, tempurung kelapa
dan serbuk gergaji. Untuk membuat gas
dari sampah ini, digunakan teknologi
gasifikasi. Dengan cara membakar
sampah kering di dalam reactor,
sehingga
menghasilkan
gas
yang
bertekanan dengan bantuan blower.
Selanjutnya gas dialirkan menuju pipa ke
tabung absorsi, kemudian langsung
disalurkan ke pipa menuju kompor.
Murjito (2009), mendisain alat
penangkap gas metana pada sampah
menjadi biogas yang terbuat dari plastik
polyethylene. Penelitian ini menghasilkan
rancangan alat penangkap gas metana
yang berbahan dasar plastik polyethilene
dengan spesifikasi sebagai berikut:
biodigester dengan volume total 11 m3 ,
volume basah 8,8 m3, waktu proses 40
hari, isian bahan 220 kg/hari, luas lahan
18 m2, dan memiliki penampung gas
4
dengan dimensi tinggi 4,6 m, diameter
0,954 m, volume efektif 2,5 m3.
Nugraha
(2010),
mengolah
sampah organik menjadi biogas dengan
cara
Anaerobic
gasification
yaitu
mengolah sampah organik menjadi gas
dengan
cara
fermentasi.
Proses
gasifikasi dilakukan dengan menimbun
sampah organik di dalam tanah selama
beberapa hari (minimal 7 hari). Gas hasil
fermentasi ini kemudian dialirkan ke alat
purifikasi untuk membersihkan gas
metana dari impurities (kotoran). Setelah
didapatkan kadar gas metana di atas
70% digunakan sebagai bahan bakar
kompor pengganti LPG.
Dasar teori
Gasifikasi
Gasifikasi adalah konversi bahan
bakar padat menjadi gas dengan oksigen
terbatas yang menghasilkan gas yang
bisa dibakar, seperti CH4, H2, CO dan
senyawa yang sifatnya impuritas seperti
H2S, CO2 dan TAR. Berdasarkan proses
pembentukan gas gasifikasi dibedakan
menjadi tiga macam, yaitu:
1) Reaksi pembakaran gas metana
dengan oksigen murni.
Reaksi: CH4 + 2O2
CO2 + 2H2O
(Shannon, 2000)
2) Reaksi pembakaran gas metana
dengan udara di alam.
Reaksi: CH4 + 2O2 + 7.52N2
CO2
+ 2H2O + 7.52N2 + heat
3) Reaksi pembakaran sekam padi
dengan oksigen murni.
Reaksi: C6H12O5 + 3O2
CH4 +
C4H6O10 + CO + H2 + heat
(Simpson, 2001)
1. Pembentukan gas metana
Gas metana dapat terbentuk
melalui reaksi antara hidrogen dengan
karbon monoksida.
Reaksi : CO + 3H2
CH4 + H2O
2. Pemurnian gas metana
Pemurnian gas metana dari
proses gasifikasi dapat dilakukan
dengan metode absorbsi. Metode ini
menggunakan air sebagai absorben
karena air mampu mengikat TAR yang
sifatnya sebagai pengotor gas CH4.
Hal ini dilakukan karena semakin tinggi
kandungan
gas
pengotor
akan
mengurangi
nilai
kalor
dari
pembakaran gas metana.
1. Landfill gasification yaitu mengambil
gas metana yang terdapat pada
tumpukan sampah.
2. Thermal process gasification yaitu
proses konversi termal bahan bakar
padat menjadi gas.
3. Anaerobic gasification yaitu mengolah
sampah organik menjadi gas dengan
cara fermentasi.
Gas metana
Metana adalah hidrokarbon paling
sederhana yang berbentuk gas dengan
rumus kimia CH4. Metana murni tidak
berbau, tidak berwarna dan mudah
terbakar.
5
Metod
dologi pen
nelitian
Diagra
am alir pen
nelitian
b. Assh chamberr
Ala
at ini dig
gunakan sebagai
s
penyimpanan
n abu sekam
m padi.
ru
uang
Gamb
bar 3. Ash chamber
c
urner
c. Bu
Ala
at ini digu
unakan untuk memb
bakar
gas metana dan
d
merubah api men
njadi
birru.
Ga
ambar 4. Bu
urner
d. Fa
an
Ala
at ini digu
unakan un
ntuk menyu
uplai
udara prime
er ke dalam
d
rea
actor
pembakaran.
Gamb
bar 1. Diagrram alir pen
nelitian
Alat dan
d bahan penelitian
n
1. Ala
at
a. Reactor pemb
bakaran
Ala
at ini digu
unakan se
ebagai tem
mpat
pro
oses pemba
akaran seka
am padi.
G
Gambar 5. Fan
F
ermometer rrider
e. Te
Ala
at ini digu
unakan un
ntuk mengukur
tem
mperatur
pembakaran
dan
tem
mperatur dinding isola
asi.
Gambar 2.. Reactor pembakaran
n
6
G
Gambar
10.. Termometter
alasi pengu
ujian
Insta
Gambar 6. Termom
meter rider
f. Ane
emometer digital
d
Ala
at ini digu
unakan untuk mengu
ukur
keccepatan alirran udara dari
d fan.
Gambar 7. Anemometer digital
g. Timbangan
T
analog
a
Alat
A ini digunakan untu
uk menimb
bang
massa
m
bah
han bakarr yang akan
a
digunakan.
Gam
mbar 11. In
nstalasi tung
gku gasifika
asi
s
sekam
padi
Gambar 8.. Timbanga
an analog
S
digital
d
h. Stopwatch
mbar:
Alat
A
ini dig
gunakan un
ntuk menccatat Keterrangan gam
1. Po
ot holder
gan pintu
6. Pegang
waktu
w
dalam
m pengambilan data.
2. Bu
urner
7. Pengun
nci
3. Re
eactor
8. Ash dis
scharge levver
4. As
sh chamberr 9. Burnerr handle
5. Fa
an casing 10. Secon
ndary air ho
oles
gkah penelitian
Lang
yang dila
akukan dallam melaku
ukan
penelitian adalah:
Gambar
G
9. Stopwatch
S
d
digital
M
o
se
ekam
1. Menimbang
bahan organik
i. Terrmometer
pa
adi yang a
akan digun
nakan seb
bagai
Ala
at ini digu
unakan untuk mengu
ukur
ba
ahan penelitian mas
sing-masing
g 1,2
perrubahan te
emperatur air setiap
p 3
kg
g.
me
enit.
7
2. Mengisi sekam padi pada reaktor
gasifikasi dengan 1,2 kg, pada
masing-masing percobaan.
3. Menyalakan fan pada pada switch
control, dengan kecepatan udara 2.82
m/s sebagai percobaan pertama, 2.31
m/s sebagai percobaan kedua, 1.90
m/s sebagai percobaan ketiga.
Penyalaan fan ini sesuai dengan
masing-masing percobaan.
4. Membuat potongan kertas, kemudian
taruh potongan kertas tersebut diatas
sekam padi yang telah diisi pada
reaktor pembakaran.
5. Membuat bara api dari potongan
kertas sebagai penyalaan bahan
bakar.
6. Mencatat lama penyalaan bahan
bakar dari pembuatan bara api
sampai bara api benar-benar menyala
diatas reaktor tungku gasifikasi.
7. Menutup reaktor gasifikasi dengan
burner.
8. Mencatat waktu berubahnya nyala api
sampai menjadi gas hasil dari
gasifikasi.
9. Meletakkan panci yang telah di isi air
sebanyak tiga liter di atas burner.
10. Mengambil data kenaikan temperatur
air. Dari temperatur awal air,
temperatur air mendidih, temperatur
air berubah fase setiap tiga menit dari
tiga liter air.
11. Mengambil
data
temperatur
pembakaran setiap tiga menit.
12. Mengambil data dari dinding isolasi
dengan isolasi serbuk batu bata
setiap tiga menit.
13. Ulangi percobaan yang sama sesuai
beban yang diujikan dari 1,2 kg,
dengan kecepatan udara 2.31 m/s
dan kecepatan udara 1.90 m/s.
Hasil dan pembahasan
1. Perbandingan Temperatur pembakaran Variasi V=2.81 m/s, V=2.31 m/s, dan
V=1.90 m/s
350
T Pembakaran
V=2.82 m/s
Temperatur (˚C)
300
250
T Pembakaran
V=2.31 m/s
200
150
100
T Pembakaran
V=1.90 m/s
50
0
3
6
9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48
Waktu (menit)
Gambar 12. Grafik Perbandingan Variasi Kecepatan Udara pada Temperatur
Pembakaran dengan waktu
Pada gambar 12 diatas dapat
pembakaran tertinggi pada menit ke 9
dilihat bahwa untuk gasifikasi sekam
dengan
temperatur
pembakaran
padi 1.2 kg menggunakan kecepatan
331.66˚C, untuk gasifikasi sekam padi
udara 2.82 m/s didapatkan temperatur
1.2 kg menggunakan kecepatan udara
8
udara yang dihasilkan oleh fan pada
tungku
gasifikasi
sekam
padi
mempercepat air mendidih dalam
pembebanan sebesar 3 liter air.
Sedangkan temperatur pembakaran
dari mulai pembentukan nyala api
sampai nyala api mulai padam,
temperatur pembakaran berubah-ubah.
Hal ini dikarenakan tidak setabilnya
pembakaran sampah organik sekam
padi
dalam
reactor
sehingga
mengakibatkan
pembentukan
gas
metana menjadi tidak stabil.
2.31
m/s
didapatkan
temperatur
pembakaran tertinggi pada menit ke 21
dengan
temperatur
pembakaran
311.22˚C, sedangkan untuk gasifikasi
sekam padi 1.2 kg dengan kecepatan
udara 1.90 m/s temperatur pembakaran
tertinggi terdapat pada menit ke 12
dengan
temperatur
pembakaran
tertinggi 263.11˚C. dari perbandingan
temperatur pembakaran terhadap besar
kecepatan udara menunjukkan hasil
bahwa,
tingginya
temperatur
pembakaran dan besarnya kecepatan
2. Perbandingan Temperatur air Variasi V=2.81 m/s, V=2.31 m/s, dan V=1.90 m/s
120
100
T Air V=2.82 m/s
Temperatur (˚C)
80
60
T Air V=2.31 m/s
40
T Air V=1.90 m/s
20
0
3
6
9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48
Waktu (menit)
Gambar 13. Grafik Perbandingan Variasi Kecepatan Udara pada Temperatur Air
dengan waktu
1.2 kg dengan kecepatan udara 1.90
Pada gambar 13 dapat dilihat
m/s dapat mendidihkan air sebesar 3
bahwa untuk gasifikasi sekam padi 1.2
liter dengan waktu 18 menit, lama nyala
kg dengan kecepatan udara 2.82 m/s
efektif 48 menit, dan lama pendidihan
dapat mendidihkan air sebesar 3 liter
air selama 9 menit. Dari percobaan
dengan waktu 12 menit, lama nyala
untuk lama pendidihan air sebesar 3
efektif 36 menit, dan lama pendidihan
liter pendidihan air paling lama
air selama 18 menit. untuk gasifikasi
dilakukan pada percobaan gasifikasi
sekam padi 1.2 kg dengan kecepatan
sekam padi 1.2 kg dengan kecepatan
udara 2.31 m/s dapat mendidihkan air
udara yaitu 2.31 m/s dengan waktu air
sebesar 3 liter dengan waktu 15 menit,
mendidih 15 menit, lama nyala efektif
lama nyala efektif 45 menit, dan lama
45 menit, dan lama pendidihan air 21
pendidihan air selama 21 menit.
menit.
Sedangkan untuk gasifikasi sekam padi
6
Temperatur (˚C)
3. Perrbandingan antara V=2.82
V
m/s,, V=2.31 m//s, dan V= 1.90 m/s ditinjau
d
darri
tem
mperatur pembakaran rata-rata
a dan lama nyala efek
ktif.
350
60
300
50
250
40
200
30
150
20
100
50
10
0
0
kecepaatan 2.82 m/s
kecepattan 2.31 m/s
kecepataan 1.90 m/s
Temperaturr pembakaran Nyyala Efektif
Gambar 14. Diagram
D
Pe
erbandingan antara Te
emperatur P
Pembakara
an rata-rata
dengan lam
ma Nyala E
Efektif
Pada gam
mbar 14 diatas
d
dapa
at
emperatur pembakara
an
dilihatt bahwa te
terting
ggi pada kecepatan
k
udara 2.8
82
m/s
sebesar
C
denga
an
331.66˚C
eratur
pe
embakaran
n
rata-ratta
tempe
288.8
82˚C, sedangkan lama nyala
efektiff dari tem
mperatur pembakara
an
selam
ma 36 me
enit. Untukk kecepata
an
udara
a 2.31 m/s didapatkan
n temperatu
ur
pemb
bakaran
tertinggi
sebesa
ar
311.2
22˚C
dengan
d
temperatu
ur
pemb
bakaran
281.68˚C
C,
rata-rata
sedan
ngkan lam
ma nyala efektif da
ari
tempe
eratur pem
mbakaran selama 4
45
menit. Untuk kec
cepatan udara 1.90 m/s
mperatur pembakara
an
didapatkan tem
ggi sebesar 263.11˚C denga
an
terting
tempe
eratur
pe
embakaran
n
rata-ratta
235.5
52˚C, sedangkan lama nyala
efektiff dari tem
mperatur pembakara
an
selam
ma 48 menitt.
Kesimpulan dan
d saran
n
n udara mempenga
aruhi
a. Kecepatan
tingginya temperatur pembaka
aran,
makin bessar kecep
patan
yakni sem
udara yang dihasillkan oleh fan
ssemakin
maka
tinggi
pula
temperatur
akaran
y
yang
pemba
ngku gasiffikasi
dihasilkan oleh tun
di.
sekam pad
m/s
n
udara
2.82
b. kecepatan
menghasillkan nyala efektif 36
menit, keccepatan ud
dara 2.31 m/s
menghasillkan nyala efektif
e
45 menit
m
dan kece
epatan uda
ara 1.90 m/s
menghasillkan nyala efektif 48
menit. S
Sedangkan lama waktu
w
pendidihan
n 3 liter air dari kecep
patan
udara 2.8
82 m/s ada
alah 18 menit,
m
kecepatan
n udara 2.3
31 m/s ad
dalah
21 menit d
dan kecepa
atan udara 1.90
m/s adalah
h 9 menit.
n
udara
a
optim
mum
c. Kecepatan
didapatkan
n
dengan
kecep
patan
udara 2.31
1 m/s.
Kesim
mpulan
Saran
Dari hasil pen
nelitian
mpulan, yaitu:
kesim
da
apat
ditarrik
p
Rea
aktor
a. Dinding isolasi pada
mbah
pembakaran hendakknya ditam
7
misalnya
gas
bul
atau
alumuniumfoil untuk mengurangi
kalor yang terbuang melalui dinding
isolasi.
b. Ruang fan hendaknya dibuat
sepresisi
mungkin.
Hal
ini
dikarenakan untuk memaksimalkan
suplai udara primer ke bahan bakar.
c. Bahan kontruksi yang digunakan
untuk pembuatan tungku gasifikasi
hendaknya memakai stainless steel
agar tungku tidak korosi.
8
DAFTAR PUSTAKA
B.T. Alexis , 2005. Rice Husk Gas Stove Handbook. Philippines: College
of Agriculture Central Philippine University Iloilo City.
J. P. Holman, 1994. Perpindahan Kalor. Jakarta: Erlangga.
Murjito, 2009. Alat Penangkap Gas Metana pada TPA dari Plastik
Polyethilene untuk Sekala Kecil, Universitas Sumatra Utara, Medan.
Nugraha, 2010. Mengolah Sampah Organik Menjadi Biogas dengan Cara
Anaerobic Gasification, Universitas Sumatra Utara, Medan.
Reynolds, W.C., & Perkins, H.C. 1983. Termodinamika Teknik. Jakarta
Puasat: Erlangga.
S. Ibnu, 2011. Rancang Bangun dan Pengujian Alat Produksi Gas Metana
dari Sampah Organik dengan Variasi Bahan Sekam Padi,
Tempurung Kelapa dan Serbuk Gergaji Kayu. Sekripsi. Surakarta:
Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta.