NASKAH PUBLIKASI Pengaruh Variasi Kecepatan Udara Terhadap Kinerja Tungku Gasifikasi Sekam PAdi Tipe Downdraft Kontinu.
NASKAH PUBLIKASI
PENGARUH VARIASI KECEPATAN UDARA TERHADAP
KINERJA TUNGKU GASIFIKASI SEKAM PADI TIPE
DOWNDRAFT KONTINU
Tugas Akhir Ini Disusun Untuk Memenuhi Syarat Untuk Memperoleh Gelar
Sarjana Strata Satu Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun Oleh:
NURHADI SAPUTRA
NIM : D200100109
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2016
ii
PENGARUH VARIASI KECEPATAN UDARA TERHADAP
KINERJA TUNGKU GASIKASI SEKAM PADI TIPE
DOWNDRAFT KONTINU
Nurhadi Saputra, Subroto, Nur Aklis
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A Yani Tromol Pos 1 Pabelan Surakarta
E-mail: nh.saputra01@gmail.com
Abstraksi
Pembakaran adalah proses oksidasi yang sangat cepat antara
bahan bakar dan oksidator dengan menimbulkan nyala dan panas.
Berdasarkan gas sisa yang dihasilkan pembakaran dibedakan menjadi
pembakaran sempurna dan pembakaran tidak sempurna, contoh
pembakaran tidak sempurna adalah pada proses gasifikasi. Gasifikasi
adalah suatu proses perubahan bahan bakar padat secara termokimia
menjadi gas, dimana udara yang diperlukan lebih rendah dari udara yang
digunakan untuk proses pembakaran.
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh kecepatan
udara pembakaran terhadap temperatur pembakaran, waktu penyalaan
awal dan waktu nyala efektif pada tungku gasifikasi berbahan bakar
sekam padi tipe downdraft kontinu. Penelitian dilakukan dengan
memvariasikan kecepatan udara yang masuk kedalam tungku dengan
variasi kecepatan 6,0 m/s, 7,0 m/s dan 8,0 m/s, kemudian mengambil data
meliputi temperatur pembakaran, waktu penyalaan awal dan waktu nyala
efektif.
Hasil penelitian menunjukkan variasi kecepatan udara berpengaruh
terhadap temperatur pembakaran, waktu penyalaan awal dan waktu nyala
efektif yang dihasilkan. Pada kecepatan udara 6,0 m/s temperatur tertinggi
sebesar 500.47oC waktu penyalaan 9.5 menit dan waktu nyala efektif
selama 35 menit. Kecepatan udara 7,0 m/s temperatur tertinggi sebesar
559.51oC waktu penyalaan 7 menit serta waktu nyala efektif selama 32
menit. Sedangkan pada kecepatan udara 8,0 m/s temperatur tertinggi
yang dihasilkan sebesar 595.32oC waktu penyalaan 5,5 menit dan waktu
nyala efektif selama 28 menit.
Kata kunci: Kecepatan Udara, Gasifikasi, Sekam Padi, Temperatur
Pembakaran
iii
Abstraction
Combustion is very rapid oxidation process between the fuel and
oxidizer to cause ignition and heat. Based on the residual gas produced by
burning differentiated into combustion and incomplete combustion, is an
example of incomplete combustion in the gasification process. Gasification
is a process of change thermochemical solid fuel into gas, where the
necessary air is lower than the air used for combustion processes.
The purpose of this study was to determine the effect of the speed
of the combustion air to the combustion temperature, time and time startup
effective flame furnace fueled gasification of rice husk continuous
downdraft type. The study was conducted by varying the speed of air
enters the furnace with a variable rate of 6.0 m / s, 7.0 m / s and 8.0 m / s,
and then retrieve the data include combustion temperatures, ignition timing
early and effective burning time.
The results show the air speed variations affect the combustion
temperature, time of the initial ignition and burning time effectively
produced. At the air velocity of 6.0 m / s the highest temperature at the
time of ignition 500.47oC 9.5 minutes and time effective flame for 35
minutes. Air velocity of 7.0 m / s the highest temperature at the time of
ignition 559.51oC 7 minutes and time effective flame for 32 minutes. While
on the air velocity of 8.0 m / s the highest temperature generated at the
time of ignition 595.32oC 5.5 minutes and time effective flame for 28
minutes.
Keywords: Air Speed, Gasification, Rice Husk, Temperature
Combustion
iv
PENDAHULUAN
secara termokimia menjadi bahan bakar
gas, dimana udara yang diperlukan lebih
rendah dari udara yang digunakan untuk
proses pembakaran.
Kebutuhan akan energi menjadi hal
yang sangat penting bagi kelangsungan
hidup manusia, sampai saat ini sebagian
besar energi yang dibutuhkan masih
berasal dari sumber-sumber energi yang
tidak terbarukan yang jumlahnya semakin
hari semakian menipis.
Cadangan minyak yang dimiliki
Indonesia diperkirakan
tidak akan
bertahan lebih dari 11 tahun. Hal ini
terjadi jika laju produksi minyak Indonesia
terus berada pada kisaran 800 ribu barel
per hari (bph). Sekretaris SKK Migas Gde
Pradyana
mengatakan,
masyarakat
seharusnya menyadari Indonesia saat ini
tidak lagi kaya akan sumber daya energi
fosil seperti minyak bumi, ujarnya di Hotel
Dharmawangsa,
Jakarta,
Kamis
(23/4/2015).
Diakses
melalui
http://bisnis.liputan6.com/ read/2219093/
cadangan-minyak-ri-habis-11 tahun-lagi
pada tanggal 14 Oktober 2015 pukul
23.32 WIB.
Proses
gasifikasi
ini
dapat
memanfaatkan banyak bahan-bahan
yang seringkali dikategorikan sebagai
sampah/bahan-bahan yang tidak lagi
terpakai seperti, sekam padi, serbuk
gergaji, batok kelapa, dan lain-lain. Selain
bisa menghasilkan sumber energi proses
ini juga bisa membantu mengurangi
penanggulangan sampah.
Proses gasifikasi menghasilkan gasgas yang sifatnya mudah terbakar yaitu
CH4 (Metana), H2 (Hidrogen) dan CO
(karbon monoksida), sehingga bisa
menggantikan fungsi dari bahan bakar
gas yang digunakan untuk memasak dan
hal-hal lain yang menggunakan gas
sebagai sumber energinya. Oleh karena
itu
penelitian
dan
pengembangan
teknologi gasifikasi sebagai salah satu
sumber energi alternatif harus terus
menerus
ditingkatkan
agar
bisa
mendapatkan efisiensi dan efektivitas
yang paling maksimal.
Semakin menipisnya cadangan energi
yang dimiliki serta semakin bertambah
tingginya
tingkat
konsumsi
dari
masyarakat membuat impor terhadap
komoditas energi tidak dapat dihindari,
pemenuhan kebutuhan energi dengan
jalan impor ini tentu memiliki banyak
konsekuensi
negatif
yang
harus
ditanggung yaitu harga yang tidak setabil
dan besarnya tambahan biaya untuk
mendatangkan sumber energi tersebut,
dampaknya adalah biaya yang harus
dikeluarkan untuk memperoleh energi
tersebut menjadi tinggi.
Berdasarkan arah alirannya gasifikasi
dibedakan menjadi gasifikasi downdraft,
updraft dan crosdraft, gasifikasi tipe
downdraft adalah gasifikasi yang memiliki
arah padatan dan aliran udara yang
sama yaitu ke bawah menuju zona
gasifikasi
yang
panas,
hal
ini
memungkinkan tar yang terdapat pada
asap terbakar sehingga gas yang
dihasilkan lebih bersih. Keuntungan
gasifikasi tipe downdraft adalah dapat
dioperasikan secara berkesinambungan
dengan cara menambahkan bahan bakar
melalui bagian atas reaktor.
Energi alternatif yang terbarukan
adalah solusi yang bisa membantu untuk
mengatasi
semakin
menipisnya
cadangan energi. Banyak sekali metode
atau cara yang bisa diterapkan untuk
memperoleh
sumber-sumber
energi
alternatif salah satunya yaitu dengan
metode gasifikasi. Gasifikasi adalah
proses perubahan bahan bakar padat
Udara merupakan komponen utama
dalam proses pembakaran gasifikasi,
kecepatan udara yang masuk tungku
sangat berpengaruh terhadap efektivitas
pembakaran untuk itu perlu dilakukan
1
penelitian terhadap kecepatan udara
yang paling efektif untuk digunakan.
TINJAUAN PUSTAKA
PERUMUSAN MASALAH
Lailun Najib, Sudjud Darsopuspito
(2012), melakukan penelitian tentang
gasifikasi dengan judul Karakterisasi
Proses Gasifikasi Biomassa Tempurung
Kelapa Sistem Downdraft Kontinu
Dengan Variasi Perbandingan UdaraBahan Bakar (AFR) Dan Ukuran
Biomassa. Hasil pengujian menunjukkan
bahwa semakin besar AFR (Air Fuel
Ratio) maka semakin kecil komposisi
flammable gas (gas yang mudah
terbakar), hal ini dikarenakan besarnya
laju aliran udara yang masuk ke dalam
tungku tidak sebanding dengan laju aliran
biomassa yang dihasilkan sehingga
udara yang masuk ke dalam tungku
gasifikasi menjadi berlebih, maka akan
terbentuk banyak gas O2, N2, CO2 dan
Flammable gas (H2, CO, CH4) berkurang.
Bagaimana
pengaruh
variasi
kecepatan udara terhadap temperatur
pembakaran, waktu penyalaan awal dan
nyala efektif pada tungku gasifikasi
sekam padi tipe downdraft kontinu?
BATASAN MASALAH
Berdasarkan rumusan masalah yang
ada agar pembahasan terfokus dan tidak
melebar terlalu jauh maka yang menjadi
prioritas utama adalah:
1. Tungku gasifikasi menggunakan tipe
downdraft kontinu.
2. Bahan bakar yang digunakan adalah
sekam padi jenis IR 64.
3. Massa bahan bakar yang digunakan
adalah 2,5 kg.
4. Kecepatan udara yang digunakan 6,0
m/s, 7,0 m/s, 8,0 m/s.
5. Indikator penelitian adalah temperatur
pembakaran, waktu penyalaan awal
dan waktu nyala efektif.
6. Waktu nyala awal mulai dihitung pada
saat temperatur gas pembakaran
mencapai temperatur 300oC.
7. Waktu nyala efektif dihitung pada saat
temperatur awal gas yang dihasilkan
mencapai 300oC sampai temperatur
gas pembakaran kembali turun pada
temperatur 300oC.
8. Temperatur
tertinggi
pembakaran
adalah rata-rata dari temperatur diatas
400oC.
Budi Setiawan (2014), melakukan
pengujian gasifikasi batu bara dengan
mengunakan tungku gasifikasi tipe up
draft dengan judul Studi Gasifikasi Batu
Bara Lignite Dengan Variasi Kecepatan
Udara Untuk Keperluan Karbonasi.
Pengujian
menggunakan
variasi
kecepatan udara 2,0 m/s, 4,0 m/s dan 6,0
m/s, hasil pengujian menyatakan bahwa
variasi udara berpengaruh terhadap
temperatur pembakaran, dari pengujian
diperoleh data bahwa kecepatan udara
6,0 m/s yaitu memiliki temperatur sebesar
3690C, kecepatan udara 4,0 m/s memiliki
temperatur sebesar 2940C dan kecepatan
udara 2,0 m/s sebesar 2320C.
TUJUAN PENELITIAN
Handoyo (2013), melakukan pengujian
gasifikasi
sekam
padi
dengan
menggunakan tungku tipe up draft
dengan
judul
Pengaruh
Variasi
Kecepatan Udara Terhadap Temperatur
Pembakaran Pada Tungku Gasifikasi
Sekam Padi. Pengujian menggunakan
variasi kecepatan udara 3,5 m/s, 4,0 m/s
dan 4,5 m/s, dari ketiga variasi kecepatan
tersebut hasil pengujian menunjukkan
1. Untuk mengetahui pengaruh variasi
kecepatan udara terhadap temperatur
pembakaran.
2. Untuk mengetahui pengaruh variasi
kecepatan udara terhadap waktu
penyalaan awal.
3. Untuk mengetahui pengaruh variasi
kecepatan udara terhadap waktu nyala
efektif.
2
bahwa semakin tinggi kecepatan udara
yang digunakan maka semakin tinggi
temperatur yang dihasilkan.
dan pengotor organik yaitu Tar.
Komposisi gas yang terkandung sangat
tergantung pada komposisi dari unsur
yang digunakan sebagai bahan bakar.
DASAR TEORI
Biomassa
Biomassa adalah bahan organik yang
dihasilkan melalui proses fotosintetik,
baik berupa produk maupun buangan.
Contoh biomassa antara lain adalah
tanaman, pepohonan, rumput, limbah
pertanian, limbah hutan, tinja dan kotoran
ternak. Selain digunakan untuk tujuan
primer serat, bahan pangan, pakan
ternak, minyak nabati, bahan bangunan
dan
sebagainya,
biomassa
juga
digunakan sebagai sumber energi (bahan
bakar). Yang digunakan adalah bahan
bakar biomassa yang nilai ekonomisnya
rendah atau merupakan limbah setelah
diambil produk primernya.
Jenis-jenis Gasikasi
Berdasarkan arah aliran Gasikasi
dapat dibedakan menjadi beberapa
macam, yaitu:
a. Gasifiksi aliran searah (Downdraft
gasification) yaitu arah aliran padatan
dan gas sama-sama kebawah.
Gambar 1. Gasifikasi Downdraft
b. Gasifikasi aliran berlawanan (Updraft
gasification) yaitu arah aliran padatan
kebawah sedangkan arah aliran gas
keatas.
Energi biomassa dapat menjadi
sumber energi alternatif pengganti bahan
bakar fosil (minyak bumi) karena
beberapa sifatnya yang menguntungkan
yaitu, dapat dimanfaatkan secara lestari
karena sifatnya yang dapat diperbaharui
(renewable resources), relatif tidak
mengandung unsur sulfur sehingga tidak
menyebabkan polusi udara dan juga
dapat
meningkatkan
efisiensi
pemanfaatan sumber daya hutan dan
pertanian (Widarto dan Suryanta, 1995).
Gambar 2. Gasifikasi Updraft
Gasifikasi
Gasifikasi
adalah
suatu
proses
perubahan bahan bakar padat secara
termokimia menjadi gas, dimana udara
yang diperlukan lebih rendah dari udara
yang
digunakan
untuk
proses
pembakaran. Produk yang dihasilkan
dapat dikategorikan menjadi tiga bagian
utama, yaitu: padatan, cairan dan gas
permanen.
Gas hasil gasifikasi terdiri dari gas-gas
yang dapat/mudah dibakar yaitu CO, H2
dan CH4, pengotor inorganic berupa gasgas yang tidak dapat terbakar seperti
CO2, N, NH3, HCN, H2S serta debu halus
Sumber :http://www.enggcyclopedia.com
c. Gasifikasi Crosdraft yaitu arah aliran
gas dijaga mengalir mendatar dengan
aliran padatan kebawah.
Gambar 3. Gasifikasi Crosdraft
Sumber : http://www.enggcyclopedia.com
3
Tahapan Proses Gasifikasi
a. Drying atau pengeringan (T > 1500C)
Pada tahap pengeringan, kandungan
air pada bahan bakar padat diuapkan
oleh panas yang diserap dari proses
oksidasi.
b. Pirolisis atau devolatilisasi (1500C < T
< 5500C)
Pirolisis atau devolatilisasi disebut juga
sebagai gasifikasi parsial.
Suatu
rangkaian proses fisik dan kimia terjadi
selama proses Pirolisis yang dimulai
secara lambat pada T < 1000C dan
terjadi secara cepat pada T > 2000C.
Proses Pirolisis dimulai pada temperatur
sekitar 2300C. Produk Pirolisis umumnya
terdiri dari tiga jenis , yaitu gas ringan (H2,
CO, CO2, H2O dan CH4), tar dan arang.
c. Oksidasi atau pembakaran (700C < T <
1500C)
Oksidasi atau pembakaran arang
merupakan reaksi terpenting yang terjadi
didalam gasifier. Oksigen yang dipasok
kedalam gasifier bereaksi dengan bahan
yang mudah terbakar. Hasil reaksi
tersebut adalah CO2 dan H2O yang
secara berurutan direduksi ketika kontak
dengan arang yang diproduksi pada
pirolisis.
d. Reduksi (500C < T < 1200C)
Reduksi merupakan tahapan gasifikasi
yang melibatkan suatu rangkaian reaksi
endotermik yang didukung oleh panas,
serta diproduksi dari reaksi pembakaran.
Produk yang dihasilkan pada proses ini
adalah gas bakar, seperti: H2, CO, CH4.
Sekam padi adalah salah satu energi
alternatif yang dapat digunakan untuk
menanggulangi krisis energi yang terjadi
saat ini khususnya di daerah pedesaan.
Energi sekam padi tidak hanya jumlahnya
berlimpah tetapi juga merupakan energi
terbaharukan, tidak seperti sumber bahan
bakar fosil yang jumlahnya terbatas dan
bukan merupakan energi terbarukan.
Ketersediaan sekam padi di hampir 75
negara di dunia diperkirakan sekitar 100
juta ton dengan energi potensial berkisar
1,2 x 109 GJ/tahun dan mempunyai nilai
kalor rata-rata 15 MJ/kg. (I Nyoman
Suprapta Winaya,dkk. 2010)
Pembakaran
Pembakaran adalah proses oksidasi
yang sangat cepat antara bahan bakar
dan oksidator dengan menimbulkan nyala
dan panas. Bahan bakar merupakan
substansi yang melepaskan panas ketika
dioksidasi
dan
secara
umum
mengandung karbon, hidrogen, oksigen
dan sulfur. Sementara oksidator adalah
segala substansi yang mengandung
oksigen yang akan bereaksi dengan
bahan bakar (Mahandri, 2010).
Tujuan dari pembakaran adalah
melepaskan seluruh panas yang terdapat
dalam bahan bakar. Berdasarkan gas
sisa yang dihasilkan, pembakaran
dibedakan menjadi dua macam yaitu:
1. Pembakaran
sempurna,
yaitu
pembakaran yang terjadi dimana
seluruh
bahan
yang
terbakar
membentuk gas karbondioksida (CO2),
dan air (H2O) sehingga tidak ada lagi
bahan yang tersisa.
2. Pembakaran tidak sempurna, yaitu
pembakaran yang terjadi apabila hasil
dari pembakaran berupa gas karbon
monoksida (CO) dan gas lain, dimana
salah
satu
penyebanya
adalah
kekurangan oksigen.
Reaksi dari unsur-unsur bahan bakar
dalam proses pembakaran sempurna
adalah:
Sekam Padi
Sekam padi merupakan lapisan keras
yang meliputi bulir beras yang terdiri dari
dua belahan yang disebut lemma dan
palea yang saling bertautan. Pada proses
penggilingan beras sekam akan terpisah
dari butir beras dan menjadi bahan sisa
atau
limbah
penggilingan.
Sekam
dikategorikan sebagai biomasa yang
dapat
digunakan
untuk
berbagai
kebutuhan seperti bahan baku industri,
pakan ternak dan energi atau bahan
bakar.
4
a. Pembakaran karbon menjadi karbon
dioksida
C + O2
CO2
Untuk membakar 12 kg karbon
memerlukan 32 kg oksigen untuk
membentuk karbon dioksida, oleh
karen itu 1 kg karbon memerlukan
32/12 atau 2,67 kg mol oksigen dalam
pembakaran.
b. Pembakaran hidrogen menjadi air
2H2O + O2
H2O
Untuk membakar 4 kg hidrogen
memerlukan 32 kg oksigen, oleh
karena itu 1 kg hidrogen memerlukan
32/4 atau 8 kg oksigen untuk
membentuk air.
Reaksi pembakaran dalam proses
gasifikasi sekam padi (pembakaran tidak
sempurna karena kekurangan oksigen)
adalah:
belerang untuk mendeteksi kebocoran
yang mungkin terjadi.
Reaksi pembakaran gas metana dengan
oksigen murni.
CH4 + 2O2
CO2 +2H2O
Reaksi pembakaran gas metana dengan
udara di alam.
CH4 + 2O2 + 7.52N2
CO2+2H2O
+ 7.52N2
METODE PENELITIAN
Mulai
Studi Pustaka
Persiapan Alat dan Bahan
Pengujian Tungku Gasifikasi Sekam Padi Tipe Downdraft Kontinu Dengan Variasi
Kecepatan Udara
Kecepatan 6.0
m/s
Reaksi Pembakaran Sekam Padi
(C6H10O5)
Sekam padi (C6H10O5) direaksikan
dengan oksigen murni (O2) akan
melepaskan
satu
molekul
karbon
dioksida (CO2), empat molekul karbon
monoksida (4CO), satu molekul metana
(CH4) dan tiga molekul air (3H2O).
Kecepatan 7.0
m/s
Kecepatan 8.0
m/s
Pengambilan Data Temperatur Pembakaran, Waktu Penyalaan Awal dan Nyala Efektif
Analisa Data dan Penarikan Kesimpulan
Pembuatan Laporan
Selesai
C6H10O5 + 2O2
CO2 + 4CO + CH4
+ 3H2O
Sekam padi (C6H10O5) direaksikan
dengan udara (O2 + 3,76N2) akan
melepaskan empat molekul karbon
monoksida (4CO), dua molekul hidrogen
(2H2), satu molekul metana (CH4), satu
molekul air (H2O), satu molekul karbon
dioksida (CO2) dan 3,76 molekul nitrogen
(3,76N2).
C6H1005 + (O2 + 3,76N2)
4CO +
2H2 + CH4 +H2O + CO2 + 3,76N2
Gambar 4. Diagram alir penelitian
Instalasi Pengujian
Gas metana
Metana adalah hidrokarbon yang
berbentuk gas dengan rumus kimia CH4.
Metana murni tidak berbau, tapi jika
digunakan untuk keperluan komersial,
biasanya ditambahkan sedikit bau
Gambar 5. Instalasi Pengujian
5
Alat dan bahan pengujian
Alat:
1. Tungku pembakaran utama, sebagai
tempat pembakaran bahan bakar
untuk proses gasifikasi.
2. Storage
(tangki
pengisian),
penampung suplai bahan bakar ke
tungku utama.
3. Penutup tangki.
4. Anemometer,
digunakan
untuk
mengukur kecepatan udara yang
akan masuk ke dalam tungku.
5. Saluran udara.
6. Anemometer reader, alat untuk
membaca dan mendisplai hasil dari
yang ditangkap sensor anemometer.
7. Katub pengatur, untuk mengatur dan
mengunci kecepatan udara.
8. Blower, sebagai penyuplai udara.
9. Thermocouple reader, alat yang
berfungsi untuk membaca dan
mendisplai hasil yang didapat
thermocouple.
10. Thermocouple,
untuk
mengukur
temperatur dari nyala api yang
dihasilkan.
11. Dudukan thermocouple.
12. Kaki penyangga tungku.
13. Saluran keluar gas, sebagai tempat
keluar gas hasil gasifikasi.
14. Saluran penghubung.
15. Penahan ash chamber, menahan
sekam sisa hasil gasifikasi agar tidak
langsung jatuh keluar.
16. Saluran ignition, sebagai saluran
untuk penyalaan awal untuk proses
gasifikasi.
Bahan:
1. Sekam padi
Tempat Penelitian
Tempat
yang
digunakan
untuk
penelitian adalah laboratorium Teknik
Mesin
Universitas
Muhammadiyah
Surakarta.
Prosedur Penelitian
Dalam penelitian pengaruh variasi
kecepatan udara terhadap kinerja tungku
gasifikasi tipe downdraft kontinu yang
dilaksanakan di laboratorium Teknik
Mesin
Universitas
Muhammadiyah
Surakarta, untuk dapat memperoleh hasil
penelitian yang baik maka harus
dilaksanakan prosedur penelitian sebagai
berikut:
1. Periksa semua perlengkapan dan
bahan yang dibutuhkan selama
pengujuian, pastikan semuanya telah
tersedian dan siap digunakan.
2. Memasang seluruh instalasi yang
dibutuhkan dan pastikan semua
terpasang dan terukur dengan benar,
thermocouple
terpasang
pada
tempatnya dan udara yang akan
masuk ke dalam tungku sudah
terseting sesuai variabel yang
dikehendaki.
3. Menakar bahan bakar sekam padi
yang dibutuhkan yaitu sebanyak 2,5
kg kemudian masukkan ke dalam
tungku.
4. Tutup penutup atas tungku.
5. Buka saluran ignition kemudian
nyalakan sekam yang ada disaluran
tersebut sebagai pemicu awal
pembakaran, setalah dirasa cukup
kemudian tutup kembali saluran
ignition tersebut.
6. Nyalakan blower sebagai penyuplai
udara
utama
kedalam
tungku
pembakaran.
7. Nyalakan juga instrumen ukur lainnya
(stop watch dan thermocouple).
8. Amati dan catat perkembangan
temperatur tiap menitnya, catat pula
waktu saat mulai menghasilkan nyala
api sampai api mati.
9. Bersihkan sisa-sisa sekam yang ada
dalam tungku kemudian biarkan
tungku sampai suhunya turun sama
seperti suhu ruang, ulangi pengujian
sebanyak tiga kali pengujian.
10. Ulangi percobaan sebanyak 3 kali.
11. Lakukan percobaan yang sama untuk
variabel kecepatan yang lainnya.
12. Setelah pengujian selesai bersihkan
dan rapikan kembali alat dan tempat
pengujian.
6
HASIL DAN PEMBAHASAN
Grafik temperatur kecepatan 6,0 m/s
Pada grafik 2. menjelaskan tentang
pengujian pembakaran gasifikasi dengan
menggunakan kecepatan udara 7,0 m/s
gas hasil gasifikasi mulai menyala pada
menit
ke-7,
temperatur
rata-rat
o
tertingginya mencapai 559.51 C. Terjadi
penurunan temperatur secara berangsurangsur setelah melewati menit ke-39 ini
terjadi dikarenakan gas yang dihasilkan
dari proses gasifikasi bahan bakar sekam
padi telah habis, sehingga temperatur
secara berangsur-angsur mulai turun.
600
Temperatur (oC)
500
400
300
200
100
0
Grafik temperatur kecepatan 8,0 m/s
1
6
11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66
Waktu (Menit)
800
Grafik 1. Hubungan antara temperatur rata-rata
pembakaran dengan waktu pada kecepatan
udara 6,0 m/s
700
Temperatur (oC)
600
Pada grafik diatas menunjukkan
bahwa,
pada
pengujian
dengan
menggunakan kecepatan udara 6,0 m/s
gas hasil gasifikasi mulai menyala pada
menit ke- 9.5, rata-rata temperatur nyala
tertinggi yang dihasilkan adalah sebesar
500.47 oC. Setelah melewati menit ke-44
terjadi penurunan temperatur hal ini
terjadi dikarenakan pembakaran gas hasil
gasifikasi bahan bakar sekam padi telah
habis, sehingga temperatur mulai turun.
0
1
6
11
16
21
26
31
36
41
46
Waktu (Menit)
Grafik 3. Hubungan antara temperatur rata-rata
pembakaran dengan waktu pada kecepatan
udara 8,0 m/s
Pada grafik hubungan temperatur dan
waktu pada kecepatan 8,0 m/s diatas
didapat beberapa data yaitu pada
pengujian
dengan
menggunakan
kecepatan tersebut gas yang dapat
terbakar mulai dihasilkan dan dapat
menyala saat dibakar pada menit ke-5.5,
temperatur nyala rata-rata tertinggi yang
dihasilkan pada pengujian dengan
kecepatan ini sebesar 595.32 oC. Setelah
melewati menit ke-33.5 terjadi tren
penurunan
temperatur
ini
terjadi
dikarenakan gas yang dihasilkan dari
proses gasifikasi bahan bakar sekam
padi telah habis, sehingga temperatur
mulai turun berangsur-angsur hingga
mencapai suhu ruang.
700
600
Temperatur (oC)
300
100
800
500
400
300
200
100
0
6
400
200
Grafik temperatur kecepatan 7,0 m/s
1
500
11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66
Waktu (Menit)
Grafik 2. Hubungan antara temperatur rata-rata
pembakaran dengan waktu pada kecepatan
udara 7,0 m/s
7
51
Perbandingan Temperatur Rata-rata
Pembakaran Pada Kecepatan 6,0 m/s,
7,0 m/s dan 8,0 m/s
800
700
Temperatur (oC)
600
500
6.0 m/s
400
7.0 m/s
300
8.0m/s
200
100
0
1
6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66
Waktu (Menit)
Grafik 4. Perbandingan temperatur rata-rata
pembakaran pada kecepatan udara 6,0 m/s, 7,0
m/s, 8,0 m/s
Pada grafik 4. grafik perbandingan
antara ketiga variabel kecepatan yang
digunakan dalam pengujian menunjukkan
bahwa temperatur rata-rata tertinggi
didapat pada kecepatan 8,0 m/s yaitu
sebesar 595.32 oC, kemudian temperatur
tertinggi
setelahnya
didapat
pada
pengujian
dengan
menggunakan
kecepatan 7,0 m/s yaitu sebesar 559.51
o
C sedangkan temperatur yang terendah
diantara ketiga variabel yang digunakan
adalah pada kecepatan 6,0 m/s yaitu
sebesar 500.47 oC. Semakin besar
kecepatan udara yang digunakan maka
temperatur rata-rata yang dihasilkan juga
akan semakin tinggi.
Perbandingan Nyala Efektif
Pada
Kecepatan 6,0 m/s, 7,0 m/s dan 8,0 m/s
36
Lama Waktu Penyalaan (menit)
Waktu (menit)
6.0 m/s
26
7.0 m/s
24
8.0 m/s
6.0 m/s
7.0 m/s
8.0 m/s
Kecepatan udara (m/s)
Grafik 6. Perbandingan nyala efektif pada
kecepatan udara 6,0 m/s, 7,0 m/s, 8,0 m/s
Pada diagram batang 4.6. menunjukkan
bahwa, pada kecepatan udara 6,0 m/s
adalah kecepatan dengan nyala efektif
paling panjang yaitu 35 menit kemudian
kecepatan udara 7,0 m/s selama 32
menit dan yang terpendek diantara ketiga
varibel yang digunakan yaitu pada
kecepatan udara 8,0 m/s selama 28
menit. Semakin kecil kecepatan udara
yang digunakan maka waktu nyala
efektifnya akan lebih panjang, begitu pula
sebaliknya semakin besar kecepatan
udara yang digunakan maka waktu nyala
efektifnya akan semakin pendek.
7
5.5
5
4
3
7,0 m/s
28
28
20
7
6,0 m/s
30
22
9
6
32
32
9.5
8
35
34
Perbandingan Lama Waktu Penyalaan
Pada Kecepatan 6,0 m/s, 7,0 m/s dan
8,0 m/s
10
Grafik perbandingan 4.5. menunjukkan
bahwa waktu yang dibutuhkan untuk
dapat menghasilkan gas yang dapat
terbakar dan dapat menyala paling cepat
adalah pada kecepatan 8,0 m/s yaitu
selama 5,5 menit, kemudian pada
kecepatan 7,0 m/s yaitu selama 7 menit
dan yang paling lama diantara ketiga
variabel yang digunakan adalah pada
kecepatan udara 6,0 m/s yaitu selama
9,5 menit. Semakin besar kecepatan
udara yang digunakan maka waktu yang
dibutuhkan untuk dapat menyala akan
semakin cepat, sebaliknya semakin kecil
kecepatan udara yang digunakan maka
waktu penyalaan yang dibutuhkan akan
semakin lama.
8,0 m/s
Kecepatan (m/s)
Grafik 5. Perbandingan lama waktu penyalaan
pada kecepatan udara 6,0 m/s, 7,0 m/s, 8,0 m/s
8
2. Variasi kecepatan udara berpengaruh
terhadap lama waktu penyalaan awal,
waktu penyalaan tercepat yaitu pada
kecepatan udara 8,0 m/s selama 5,5
menit, kecepatan udara 7,0 m/s
selama 7 menit dan kecepatan udara
6,0 m/s selama 9,5 menit.
3. Variasi kecepatan udara berpengaruh
terhadap waktu nyala efektif yang
dihasilkan, nyala efektif terpanjang
yaitu pada kecepatan udara 6,0 m/s
selama 35 menit, kecepatan udara 7,0
m/s selama 32 menit dan kecepatan
udara 8,0 m/s selama 28 menit.
KESIMPULAN
Berdasarkan pembahasan dan analisa
data dari pengujian tungku gasifikasi tipe
downdraft
kontinu
dengan
variasi
kecepatan udara 6,0 m/s, 7,0 m/s dan 8,0
m/s, maka didapatkan kesimpulan
sebagai berikut:
1. Variasi kecepatan udara berpengaruh
terhadap temperatur pembakaran gas
hasil gasifikasi, temperatur rata-rata
tertinggi yaitu pada kecepatan udara
8,0 m/s sebesar 595.32 oC, kecepatan
7,0 m/s sebesar 559.51 oC dan
kecepatan 6,0 m/s sebesar 500.47 oC.
DAFTAR PUSTAKA
Febijanto, Irhan, 2007, Potensi Biomasa Indonesia Sebagai Bahan Bakar Pengganti
Energi Fosil, BPPT, Jakarta
Vidian, Fajri, 2008, Gasifikasi Tempurung Kelapa Menggunakan Updraft Gasifier
pada Beberapa Variasi Laju Alir Udara Pembakaran, Jurusan Teknik
Mesin, Fakultas
Teknik, Universitas Sriwijaya, Palembang
Samsudin, Anis, dkk., 2009, Studi Eksperimen Pemanfaatan Sekam Padi sebagai
Bahan Bakar Gasifikasi Penghasil Syngas, Fakultas Teknik Universitas
Negeri Semarang, Semarang
Agung W, Wusan, dkk., 2010, Gasifikasi Tempurung Kelapa Menggunakan Updraft
Gasifier pada Beberapa Variasi Laju Alir Udara Pembakaran, Jurusan
Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta
Najib, Lailun, Darsopuspito, Sudjud, 2012, Karakterisasi Proses Gasifikasi Biomassa
Tempurung Kelapa Sistem Downdraft Kontinyu Dengan Variasi
Perbandingan Udara-Bahan Bakar (Afr) Dan Ukuran Biomassa, Jurusan
Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh
Nopember, Surabaya
Hadi, Sholehul, Dasopuspito, Sudjud, 2013, Pengaruh Variasi Perbandingan UdaraBahan Bakar Terhadap Kualitas Api Pada Gasifikasi Reaktor Downdraft
Dengan Suplai Biomass Serabut Kelapa Secara Kontinyu, Jurusan
Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh
Nopember, Surabaya
Handoyo, 2013, Pengaruh Variasi Kecepatan Udara Terhadap Temperatur
Pembakaran Pada Tungku Gasifikasi Sekam Padi, Jurusan Teknik Mesin,
Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta, Surakarta
Setiawan, Budi, 2014, Studi Gasifikasi Batu Bara Lignite Dengan Variasi Kecepatan
Udara Untuk Keperluan Karbonasi, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas
Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta, Surakarta
9
PENGARUH VARIASI KECEPATAN UDARA TERHADAP
KINERJA TUNGKU GASIFIKASI SEKAM PADI TIPE
DOWNDRAFT KONTINU
Tugas Akhir Ini Disusun Untuk Memenuhi Syarat Untuk Memperoleh Gelar
Sarjana Strata Satu Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun Oleh:
NURHADI SAPUTRA
NIM : D200100109
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2016
ii
PENGARUH VARIASI KECEPATAN UDARA TERHADAP
KINERJA TUNGKU GASIKASI SEKAM PADI TIPE
DOWNDRAFT KONTINU
Nurhadi Saputra, Subroto, Nur Aklis
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A Yani Tromol Pos 1 Pabelan Surakarta
E-mail: nh.saputra01@gmail.com
Abstraksi
Pembakaran adalah proses oksidasi yang sangat cepat antara
bahan bakar dan oksidator dengan menimbulkan nyala dan panas.
Berdasarkan gas sisa yang dihasilkan pembakaran dibedakan menjadi
pembakaran sempurna dan pembakaran tidak sempurna, contoh
pembakaran tidak sempurna adalah pada proses gasifikasi. Gasifikasi
adalah suatu proses perubahan bahan bakar padat secara termokimia
menjadi gas, dimana udara yang diperlukan lebih rendah dari udara yang
digunakan untuk proses pembakaran.
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh kecepatan
udara pembakaran terhadap temperatur pembakaran, waktu penyalaan
awal dan waktu nyala efektif pada tungku gasifikasi berbahan bakar
sekam padi tipe downdraft kontinu. Penelitian dilakukan dengan
memvariasikan kecepatan udara yang masuk kedalam tungku dengan
variasi kecepatan 6,0 m/s, 7,0 m/s dan 8,0 m/s, kemudian mengambil data
meliputi temperatur pembakaran, waktu penyalaan awal dan waktu nyala
efektif.
Hasil penelitian menunjukkan variasi kecepatan udara berpengaruh
terhadap temperatur pembakaran, waktu penyalaan awal dan waktu nyala
efektif yang dihasilkan. Pada kecepatan udara 6,0 m/s temperatur tertinggi
sebesar 500.47oC waktu penyalaan 9.5 menit dan waktu nyala efektif
selama 35 menit. Kecepatan udara 7,0 m/s temperatur tertinggi sebesar
559.51oC waktu penyalaan 7 menit serta waktu nyala efektif selama 32
menit. Sedangkan pada kecepatan udara 8,0 m/s temperatur tertinggi
yang dihasilkan sebesar 595.32oC waktu penyalaan 5,5 menit dan waktu
nyala efektif selama 28 menit.
Kata kunci: Kecepatan Udara, Gasifikasi, Sekam Padi, Temperatur
Pembakaran
iii
Abstraction
Combustion is very rapid oxidation process between the fuel and
oxidizer to cause ignition and heat. Based on the residual gas produced by
burning differentiated into combustion and incomplete combustion, is an
example of incomplete combustion in the gasification process. Gasification
is a process of change thermochemical solid fuel into gas, where the
necessary air is lower than the air used for combustion processes.
The purpose of this study was to determine the effect of the speed
of the combustion air to the combustion temperature, time and time startup
effective flame furnace fueled gasification of rice husk continuous
downdraft type. The study was conducted by varying the speed of air
enters the furnace with a variable rate of 6.0 m / s, 7.0 m / s and 8.0 m / s,
and then retrieve the data include combustion temperatures, ignition timing
early and effective burning time.
The results show the air speed variations affect the combustion
temperature, time of the initial ignition and burning time effectively
produced. At the air velocity of 6.0 m / s the highest temperature at the
time of ignition 500.47oC 9.5 minutes and time effective flame for 35
minutes. Air velocity of 7.0 m / s the highest temperature at the time of
ignition 559.51oC 7 minutes and time effective flame for 32 minutes. While
on the air velocity of 8.0 m / s the highest temperature generated at the
time of ignition 595.32oC 5.5 minutes and time effective flame for 28
minutes.
Keywords: Air Speed, Gasification, Rice Husk, Temperature
Combustion
iv
PENDAHULUAN
secara termokimia menjadi bahan bakar
gas, dimana udara yang diperlukan lebih
rendah dari udara yang digunakan untuk
proses pembakaran.
Kebutuhan akan energi menjadi hal
yang sangat penting bagi kelangsungan
hidup manusia, sampai saat ini sebagian
besar energi yang dibutuhkan masih
berasal dari sumber-sumber energi yang
tidak terbarukan yang jumlahnya semakin
hari semakian menipis.
Cadangan minyak yang dimiliki
Indonesia diperkirakan
tidak akan
bertahan lebih dari 11 tahun. Hal ini
terjadi jika laju produksi minyak Indonesia
terus berada pada kisaran 800 ribu barel
per hari (bph). Sekretaris SKK Migas Gde
Pradyana
mengatakan,
masyarakat
seharusnya menyadari Indonesia saat ini
tidak lagi kaya akan sumber daya energi
fosil seperti minyak bumi, ujarnya di Hotel
Dharmawangsa,
Jakarta,
Kamis
(23/4/2015).
Diakses
melalui
http://bisnis.liputan6.com/ read/2219093/
cadangan-minyak-ri-habis-11 tahun-lagi
pada tanggal 14 Oktober 2015 pukul
23.32 WIB.
Proses
gasifikasi
ini
dapat
memanfaatkan banyak bahan-bahan
yang seringkali dikategorikan sebagai
sampah/bahan-bahan yang tidak lagi
terpakai seperti, sekam padi, serbuk
gergaji, batok kelapa, dan lain-lain. Selain
bisa menghasilkan sumber energi proses
ini juga bisa membantu mengurangi
penanggulangan sampah.
Proses gasifikasi menghasilkan gasgas yang sifatnya mudah terbakar yaitu
CH4 (Metana), H2 (Hidrogen) dan CO
(karbon monoksida), sehingga bisa
menggantikan fungsi dari bahan bakar
gas yang digunakan untuk memasak dan
hal-hal lain yang menggunakan gas
sebagai sumber energinya. Oleh karena
itu
penelitian
dan
pengembangan
teknologi gasifikasi sebagai salah satu
sumber energi alternatif harus terus
menerus
ditingkatkan
agar
bisa
mendapatkan efisiensi dan efektivitas
yang paling maksimal.
Semakin menipisnya cadangan energi
yang dimiliki serta semakin bertambah
tingginya
tingkat
konsumsi
dari
masyarakat membuat impor terhadap
komoditas energi tidak dapat dihindari,
pemenuhan kebutuhan energi dengan
jalan impor ini tentu memiliki banyak
konsekuensi
negatif
yang
harus
ditanggung yaitu harga yang tidak setabil
dan besarnya tambahan biaya untuk
mendatangkan sumber energi tersebut,
dampaknya adalah biaya yang harus
dikeluarkan untuk memperoleh energi
tersebut menjadi tinggi.
Berdasarkan arah alirannya gasifikasi
dibedakan menjadi gasifikasi downdraft,
updraft dan crosdraft, gasifikasi tipe
downdraft adalah gasifikasi yang memiliki
arah padatan dan aliran udara yang
sama yaitu ke bawah menuju zona
gasifikasi
yang
panas,
hal
ini
memungkinkan tar yang terdapat pada
asap terbakar sehingga gas yang
dihasilkan lebih bersih. Keuntungan
gasifikasi tipe downdraft adalah dapat
dioperasikan secara berkesinambungan
dengan cara menambahkan bahan bakar
melalui bagian atas reaktor.
Energi alternatif yang terbarukan
adalah solusi yang bisa membantu untuk
mengatasi
semakin
menipisnya
cadangan energi. Banyak sekali metode
atau cara yang bisa diterapkan untuk
memperoleh
sumber-sumber
energi
alternatif salah satunya yaitu dengan
metode gasifikasi. Gasifikasi adalah
proses perubahan bahan bakar padat
Udara merupakan komponen utama
dalam proses pembakaran gasifikasi,
kecepatan udara yang masuk tungku
sangat berpengaruh terhadap efektivitas
pembakaran untuk itu perlu dilakukan
1
penelitian terhadap kecepatan udara
yang paling efektif untuk digunakan.
TINJAUAN PUSTAKA
PERUMUSAN MASALAH
Lailun Najib, Sudjud Darsopuspito
(2012), melakukan penelitian tentang
gasifikasi dengan judul Karakterisasi
Proses Gasifikasi Biomassa Tempurung
Kelapa Sistem Downdraft Kontinu
Dengan Variasi Perbandingan UdaraBahan Bakar (AFR) Dan Ukuran
Biomassa. Hasil pengujian menunjukkan
bahwa semakin besar AFR (Air Fuel
Ratio) maka semakin kecil komposisi
flammable gas (gas yang mudah
terbakar), hal ini dikarenakan besarnya
laju aliran udara yang masuk ke dalam
tungku tidak sebanding dengan laju aliran
biomassa yang dihasilkan sehingga
udara yang masuk ke dalam tungku
gasifikasi menjadi berlebih, maka akan
terbentuk banyak gas O2, N2, CO2 dan
Flammable gas (H2, CO, CH4) berkurang.
Bagaimana
pengaruh
variasi
kecepatan udara terhadap temperatur
pembakaran, waktu penyalaan awal dan
nyala efektif pada tungku gasifikasi
sekam padi tipe downdraft kontinu?
BATASAN MASALAH
Berdasarkan rumusan masalah yang
ada agar pembahasan terfokus dan tidak
melebar terlalu jauh maka yang menjadi
prioritas utama adalah:
1. Tungku gasifikasi menggunakan tipe
downdraft kontinu.
2. Bahan bakar yang digunakan adalah
sekam padi jenis IR 64.
3. Massa bahan bakar yang digunakan
adalah 2,5 kg.
4. Kecepatan udara yang digunakan 6,0
m/s, 7,0 m/s, 8,0 m/s.
5. Indikator penelitian adalah temperatur
pembakaran, waktu penyalaan awal
dan waktu nyala efektif.
6. Waktu nyala awal mulai dihitung pada
saat temperatur gas pembakaran
mencapai temperatur 300oC.
7. Waktu nyala efektif dihitung pada saat
temperatur awal gas yang dihasilkan
mencapai 300oC sampai temperatur
gas pembakaran kembali turun pada
temperatur 300oC.
8. Temperatur
tertinggi
pembakaran
adalah rata-rata dari temperatur diatas
400oC.
Budi Setiawan (2014), melakukan
pengujian gasifikasi batu bara dengan
mengunakan tungku gasifikasi tipe up
draft dengan judul Studi Gasifikasi Batu
Bara Lignite Dengan Variasi Kecepatan
Udara Untuk Keperluan Karbonasi.
Pengujian
menggunakan
variasi
kecepatan udara 2,0 m/s, 4,0 m/s dan 6,0
m/s, hasil pengujian menyatakan bahwa
variasi udara berpengaruh terhadap
temperatur pembakaran, dari pengujian
diperoleh data bahwa kecepatan udara
6,0 m/s yaitu memiliki temperatur sebesar
3690C, kecepatan udara 4,0 m/s memiliki
temperatur sebesar 2940C dan kecepatan
udara 2,0 m/s sebesar 2320C.
TUJUAN PENELITIAN
Handoyo (2013), melakukan pengujian
gasifikasi
sekam
padi
dengan
menggunakan tungku tipe up draft
dengan
judul
Pengaruh
Variasi
Kecepatan Udara Terhadap Temperatur
Pembakaran Pada Tungku Gasifikasi
Sekam Padi. Pengujian menggunakan
variasi kecepatan udara 3,5 m/s, 4,0 m/s
dan 4,5 m/s, dari ketiga variasi kecepatan
tersebut hasil pengujian menunjukkan
1. Untuk mengetahui pengaruh variasi
kecepatan udara terhadap temperatur
pembakaran.
2. Untuk mengetahui pengaruh variasi
kecepatan udara terhadap waktu
penyalaan awal.
3. Untuk mengetahui pengaruh variasi
kecepatan udara terhadap waktu nyala
efektif.
2
bahwa semakin tinggi kecepatan udara
yang digunakan maka semakin tinggi
temperatur yang dihasilkan.
dan pengotor organik yaitu Tar.
Komposisi gas yang terkandung sangat
tergantung pada komposisi dari unsur
yang digunakan sebagai bahan bakar.
DASAR TEORI
Biomassa
Biomassa adalah bahan organik yang
dihasilkan melalui proses fotosintetik,
baik berupa produk maupun buangan.
Contoh biomassa antara lain adalah
tanaman, pepohonan, rumput, limbah
pertanian, limbah hutan, tinja dan kotoran
ternak. Selain digunakan untuk tujuan
primer serat, bahan pangan, pakan
ternak, minyak nabati, bahan bangunan
dan
sebagainya,
biomassa
juga
digunakan sebagai sumber energi (bahan
bakar). Yang digunakan adalah bahan
bakar biomassa yang nilai ekonomisnya
rendah atau merupakan limbah setelah
diambil produk primernya.
Jenis-jenis Gasikasi
Berdasarkan arah aliran Gasikasi
dapat dibedakan menjadi beberapa
macam, yaitu:
a. Gasifiksi aliran searah (Downdraft
gasification) yaitu arah aliran padatan
dan gas sama-sama kebawah.
Gambar 1. Gasifikasi Downdraft
b. Gasifikasi aliran berlawanan (Updraft
gasification) yaitu arah aliran padatan
kebawah sedangkan arah aliran gas
keatas.
Energi biomassa dapat menjadi
sumber energi alternatif pengganti bahan
bakar fosil (minyak bumi) karena
beberapa sifatnya yang menguntungkan
yaitu, dapat dimanfaatkan secara lestari
karena sifatnya yang dapat diperbaharui
(renewable resources), relatif tidak
mengandung unsur sulfur sehingga tidak
menyebabkan polusi udara dan juga
dapat
meningkatkan
efisiensi
pemanfaatan sumber daya hutan dan
pertanian (Widarto dan Suryanta, 1995).
Gambar 2. Gasifikasi Updraft
Gasifikasi
Gasifikasi
adalah
suatu
proses
perubahan bahan bakar padat secara
termokimia menjadi gas, dimana udara
yang diperlukan lebih rendah dari udara
yang
digunakan
untuk
proses
pembakaran. Produk yang dihasilkan
dapat dikategorikan menjadi tiga bagian
utama, yaitu: padatan, cairan dan gas
permanen.
Gas hasil gasifikasi terdiri dari gas-gas
yang dapat/mudah dibakar yaitu CO, H2
dan CH4, pengotor inorganic berupa gasgas yang tidak dapat terbakar seperti
CO2, N, NH3, HCN, H2S serta debu halus
Sumber :http://www.enggcyclopedia.com
c. Gasifikasi Crosdraft yaitu arah aliran
gas dijaga mengalir mendatar dengan
aliran padatan kebawah.
Gambar 3. Gasifikasi Crosdraft
Sumber : http://www.enggcyclopedia.com
3
Tahapan Proses Gasifikasi
a. Drying atau pengeringan (T > 1500C)
Pada tahap pengeringan, kandungan
air pada bahan bakar padat diuapkan
oleh panas yang diserap dari proses
oksidasi.
b. Pirolisis atau devolatilisasi (1500C < T
< 5500C)
Pirolisis atau devolatilisasi disebut juga
sebagai gasifikasi parsial.
Suatu
rangkaian proses fisik dan kimia terjadi
selama proses Pirolisis yang dimulai
secara lambat pada T < 1000C dan
terjadi secara cepat pada T > 2000C.
Proses Pirolisis dimulai pada temperatur
sekitar 2300C. Produk Pirolisis umumnya
terdiri dari tiga jenis , yaitu gas ringan (H2,
CO, CO2, H2O dan CH4), tar dan arang.
c. Oksidasi atau pembakaran (700C < T <
1500C)
Oksidasi atau pembakaran arang
merupakan reaksi terpenting yang terjadi
didalam gasifier. Oksigen yang dipasok
kedalam gasifier bereaksi dengan bahan
yang mudah terbakar. Hasil reaksi
tersebut adalah CO2 dan H2O yang
secara berurutan direduksi ketika kontak
dengan arang yang diproduksi pada
pirolisis.
d. Reduksi (500C < T < 1200C)
Reduksi merupakan tahapan gasifikasi
yang melibatkan suatu rangkaian reaksi
endotermik yang didukung oleh panas,
serta diproduksi dari reaksi pembakaran.
Produk yang dihasilkan pada proses ini
adalah gas bakar, seperti: H2, CO, CH4.
Sekam padi adalah salah satu energi
alternatif yang dapat digunakan untuk
menanggulangi krisis energi yang terjadi
saat ini khususnya di daerah pedesaan.
Energi sekam padi tidak hanya jumlahnya
berlimpah tetapi juga merupakan energi
terbaharukan, tidak seperti sumber bahan
bakar fosil yang jumlahnya terbatas dan
bukan merupakan energi terbarukan.
Ketersediaan sekam padi di hampir 75
negara di dunia diperkirakan sekitar 100
juta ton dengan energi potensial berkisar
1,2 x 109 GJ/tahun dan mempunyai nilai
kalor rata-rata 15 MJ/kg. (I Nyoman
Suprapta Winaya,dkk. 2010)
Pembakaran
Pembakaran adalah proses oksidasi
yang sangat cepat antara bahan bakar
dan oksidator dengan menimbulkan nyala
dan panas. Bahan bakar merupakan
substansi yang melepaskan panas ketika
dioksidasi
dan
secara
umum
mengandung karbon, hidrogen, oksigen
dan sulfur. Sementara oksidator adalah
segala substansi yang mengandung
oksigen yang akan bereaksi dengan
bahan bakar (Mahandri, 2010).
Tujuan dari pembakaran adalah
melepaskan seluruh panas yang terdapat
dalam bahan bakar. Berdasarkan gas
sisa yang dihasilkan, pembakaran
dibedakan menjadi dua macam yaitu:
1. Pembakaran
sempurna,
yaitu
pembakaran yang terjadi dimana
seluruh
bahan
yang
terbakar
membentuk gas karbondioksida (CO2),
dan air (H2O) sehingga tidak ada lagi
bahan yang tersisa.
2. Pembakaran tidak sempurna, yaitu
pembakaran yang terjadi apabila hasil
dari pembakaran berupa gas karbon
monoksida (CO) dan gas lain, dimana
salah
satu
penyebanya
adalah
kekurangan oksigen.
Reaksi dari unsur-unsur bahan bakar
dalam proses pembakaran sempurna
adalah:
Sekam Padi
Sekam padi merupakan lapisan keras
yang meliputi bulir beras yang terdiri dari
dua belahan yang disebut lemma dan
palea yang saling bertautan. Pada proses
penggilingan beras sekam akan terpisah
dari butir beras dan menjadi bahan sisa
atau
limbah
penggilingan.
Sekam
dikategorikan sebagai biomasa yang
dapat
digunakan
untuk
berbagai
kebutuhan seperti bahan baku industri,
pakan ternak dan energi atau bahan
bakar.
4
a. Pembakaran karbon menjadi karbon
dioksida
C + O2
CO2
Untuk membakar 12 kg karbon
memerlukan 32 kg oksigen untuk
membentuk karbon dioksida, oleh
karen itu 1 kg karbon memerlukan
32/12 atau 2,67 kg mol oksigen dalam
pembakaran.
b. Pembakaran hidrogen menjadi air
2H2O + O2
H2O
Untuk membakar 4 kg hidrogen
memerlukan 32 kg oksigen, oleh
karena itu 1 kg hidrogen memerlukan
32/4 atau 8 kg oksigen untuk
membentuk air.
Reaksi pembakaran dalam proses
gasifikasi sekam padi (pembakaran tidak
sempurna karena kekurangan oksigen)
adalah:
belerang untuk mendeteksi kebocoran
yang mungkin terjadi.
Reaksi pembakaran gas metana dengan
oksigen murni.
CH4 + 2O2
CO2 +2H2O
Reaksi pembakaran gas metana dengan
udara di alam.
CH4 + 2O2 + 7.52N2
CO2+2H2O
+ 7.52N2
METODE PENELITIAN
Mulai
Studi Pustaka
Persiapan Alat dan Bahan
Pengujian Tungku Gasifikasi Sekam Padi Tipe Downdraft Kontinu Dengan Variasi
Kecepatan Udara
Kecepatan 6.0
m/s
Reaksi Pembakaran Sekam Padi
(C6H10O5)
Sekam padi (C6H10O5) direaksikan
dengan oksigen murni (O2) akan
melepaskan
satu
molekul
karbon
dioksida (CO2), empat molekul karbon
monoksida (4CO), satu molekul metana
(CH4) dan tiga molekul air (3H2O).
Kecepatan 7.0
m/s
Kecepatan 8.0
m/s
Pengambilan Data Temperatur Pembakaran, Waktu Penyalaan Awal dan Nyala Efektif
Analisa Data dan Penarikan Kesimpulan
Pembuatan Laporan
Selesai
C6H10O5 + 2O2
CO2 + 4CO + CH4
+ 3H2O
Sekam padi (C6H10O5) direaksikan
dengan udara (O2 + 3,76N2) akan
melepaskan empat molekul karbon
monoksida (4CO), dua molekul hidrogen
(2H2), satu molekul metana (CH4), satu
molekul air (H2O), satu molekul karbon
dioksida (CO2) dan 3,76 molekul nitrogen
(3,76N2).
C6H1005 + (O2 + 3,76N2)
4CO +
2H2 + CH4 +H2O + CO2 + 3,76N2
Gambar 4. Diagram alir penelitian
Instalasi Pengujian
Gas metana
Metana adalah hidrokarbon yang
berbentuk gas dengan rumus kimia CH4.
Metana murni tidak berbau, tapi jika
digunakan untuk keperluan komersial,
biasanya ditambahkan sedikit bau
Gambar 5. Instalasi Pengujian
5
Alat dan bahan pengujian
Alat:
1. Tungku pembakaran utama, sebagai
tempat pembakaran bahan bakar
untuk proses gasifikasi.
2. Storage
(tangki
pengisian),
penampung suplai bahan bakar ke
tungku utama.
3. Penutup tangki.
4. Anemometer,
digunakan
untuk
mengukur kecepatan udara yang
akan masuk ke dalam tungku.
5. Saluran udara.
6. Anemometer reader, alat untuk
membaca dan mendisplai hasil dari
yang ditangkap sensor anemometer.
7. Katub pengatur, untuk mengatur dan
mengunci kecepatan udara.
8. Blower, sebagai penyuplai udara.
9. Thermocouple reader, alat yang
berfungsi untuk membaca dan
mendisplai hasil yang didapat
thermocouple.
10. Thermocouple,
untuk
mengukur
temperatur dari nyala api yang
dihasilkan.
11. Dudukan thermocouple.
12. Kaki penyangga tungku.
13. Saluran keluar gas, sebagai tempat
keluar gas hasil gasifikasi.
14. Saluran penghubung.
15. Penahan ash chamber, menahan
sekam sisa hasil gasifikasi agar tidak
langsung jatuh keluar.
16. Saluran ignition, sebagai saluran
untuk penyalaan awal untuk proses
gasifikasi.
Bahan:
1. Sekam padi
Tempat Penelitian
Tempat
yang
digunakan
untuk
penelitian adalah laboratorium Teknik
Mesin
Universitas
Muhammadiyah
Surakarta.
Prosedur Penelitian
Dalam penelitian pengaruh variasi
kecepatan udara terhadap kinerja tungku
gasifikasi tipe downdraft kontinu yang
dilaksanakan di laboratorium Teknik
Mesin
Universitas
Muhammadiyah
Surakarta, untuk dapat memperoleh hasil
penelitian yang baik maka harus
dilaksanakan prosedur penelitian sebagai
berikut:
1. Periksa semua perlengkapan dan
bahan yang dibutuhkan selama
pengujuian, pastikan semuanya telah
tersedian dan siap digunakan.
2. Memasang seluruh instalasi yang
dibutuhkan dan pastikan semua
terpasang dan terukur dengan benar,
thermocouple
terpasang
pada
tempatnya dan udara yang akan
masuk ke dalam tungku sudah
terseting sesuai variabel yang
dikehendaki.
3. Menakar bahan bakar sekam padi
yang dibutuhkan yaitu sebanyak 2,5
kg kemudian masukkan ke dalam
tungku.
4. Tutup penutup atas tungku.
5. Buka saluran ignition kemudian
nyalakan sekam yang ada disaluran
tersebut sebagai pemicu awal
pembakaran, setalah dirasa cukup
kemudian tutup kembali saluran
ignition tersebut.
6. Nyalakan blower sebagai penyuplai
udara
utama
kedalam
tungku
pembakaran.
7. Nyalakan juga instrumen ukur lainnya
(stop watch dan thermocouple).
8. Amati dan catat perkembangan
temperatur tiap menitnya, catat pula
waktu saat mulai menghasilkan nyala
api sampai api mati.
9. Bersihkan sisa-sisa sekam yang ada
dalam tungku kemudian biarkan
tungku sampai suhunya turun sama
seperti suhu ruang, ulangi pengujian
sebanyak tiga kali pengujian.
10. Ulangi percobaan sebanyak 3 kali.
11. Lakukan percobaan yang sama untuk
variabel kecepatan yang lainnya.
12. Setelah pengujian selesai bersihkan
dan rapikan kembali alat dan tempat
pengujian.
6
HASIL DAN PEMBAHASAN
Grafik temperatur kecepatan 6,0 m/s
Pada grafik 2. menjelaskan tentang
pengujian pembakaran gasifikasi dengan
menggunakan kecepatan udara 7,0 m/s
gas hasil gasifikasi mulai menyala pada
menit
ke-7,
temperatur
rata-rat
o
tertingginya mencapai 559.51 C. Terjadi
penurunan temperatur secara berangsurangsur setelah melewati menit ke-39 ini
terjadi dikarenakan gas yang dihasilkan
dari proses gasifikasi bahan bakar sekam
padi telah habis, sehingga temperatur
secara berangsur-angsur mulai turun.
600
Temperatur (oC)
500
400
300
200
100
0
Grafik temperatur kecepatan 8,0 m/s
1
6
11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66
Waktu (Menit)
800
Grafik 1. Hubungan antara temperatur rata-rata
pembakaran dengan waktu pada kecepatan
udara 6,0 m/s
700
Temperatur (oC)
600
Pada grafik diatas menunjukkan
bahwa,
pada
pengujian
dengan
menggunakan kecepatan udara 6,0 m/s
gas hasil gasifikasi mulai menyala pada
menit ke- 9.5, rata-rata temperatur nyala
tertinggi yang dihasilkan adalah sebesar
500.47 oC. Setelah melewati menit ke-44
terjadi penurunan temperatur hal ini
terjadi dikarenakan pembakaran gas hasil
gasifikasi bahan bakar sekam padi telah
habis, sehingga temperatur mulai turun.
0
1
6
11
16
21
26
31
36
41
46
Waktu (Menit)
Grafik 3. Hubungan antara temperatur rata-rata
pembakaran dengan waktu pada kecepatan
udara 8,0 m/s
Pada grafik hubungan temperatur dan
waktu pada kecepatan 8,0 m/s diatas
didapat beberapa data yaitu pada
pengujian
dengan
menggunakan
kecepatan tersebut gas yang dapat
terbakar mulai dihasilkan dan dapat
menyala saat dibakar pada menit ke-5.5,
temperatur nyala rata-rata tertinggi yang
dihasilkan pada pengujian dengan
kecepatan ini sebesar 595.32 oC. Setelah
melewati menit ke-33.5 terjadi tren
penurunan
temperatur
ini
terjadi
dikarenakan gas yang dihasilkan dari
proses gasifikasi bahan bakar sekam
padi telah habis, sehingga temperatur
mulai turun berangsur-angsur hingga
mencapai suhu ruang.
700
600
Temperatur (oC)
300
100
800
500
400
300
200
100
0
6
400
200
Grafik temperatur kecepatan 7,0 m/s
1
500
11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66
Waktu (Menit)
Grafik 2. Hubungan antara temperatur rata-rata
pembakaran dengan waktu pada kecepatan
udara 7,0 m/s
7
51
Perbandingan Temperatur Rata-rata
Pembakaran Pada Kecepatan 6,0 m/s,
7,0 m/s dan 8,0 m/s
800
700
Temperatur (oC)
600
500
6.0 m/s
400
7.0 m/s
300
8.0m/s
200
100
0
1
6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66
Waktu (Menit)
Grafik 4. Perbandingan temperatur rata-rata
pembakaran pada kecepatan udara 6,0 m/s, 7,0
m/s, 8,0 m/s
Pada grafik 4. grafik perbandingan
antara ketiga variabel kecepatan yang
digunakan dalam pengujian menunjukkan
bahwa temperatur rata-rata tertinggi
didapat pada kecepatan 8,0 m/s yaitu
sebesar 595.32 oC, kemudian temperatur
tertinggi
setelahnya
didapat
pada
pengujian
dengan
menggunakan
kecepatan 7,0 m/s yaitu sebesar 559.51
o
C sedangkan temperatur yang terendah
diantara ketiga variabel yang digunakan
adalah pada kecepatan 6,0 m/s yaitu
sebesar 500.47 oC. Semakin besar
kecepatan udara yang digunakan maka
temperatur rata-rata yang dihasilkan juga
akan semakin tinggi.
Perbandingan Nyala Efektif
Pada
Kecepatan 6,0 m/s, 7,0 m/s dan 8,0 m/s
36
Lama Waktu Penyalaan (menit)
Waktu (menit)
6.0 m/s
26
7.0 m/s
24
8.0 m/s
6.0 m/s
7.0 m/s
8.0 m/s
Kecepatan udara (m/s)
Grafik 6. Perbandingan nyala efektif pada
kecepatan udara 6,0 m/s, 7,0 m/s, 8,0 m/s
Pada diagram batang 4.6. menunjukkan
bahwa, pada kecepatan udara 6,0 m/s
adalah kecepatan dengan nyala efektif
paling panjang yaitu 35 menit kemudian
kecepatan udara 7,0 m/s selama 32
menit dan yang terpendek diantara ketiga
varibel yang digunakan yaitu pada
kecepatan udara 8,0 m/s selama 28
menit. Semakin kecil kecepatan udara
yang digunakan maka waktu nyala
efektifnya akan lebih panjang, begitu pula
sebaliknya semakin besar kecepatan
udara yang digunakan maka waktu nyala
efektifnya akan semakin pendek.
7
5.5
5
4
3
7,0 m/s
28
28
20
7
6,0 m/s
30
22
9
6
32
32
9.5
8
35
34
Perbandingan Lama Waktu Penyalaan
Pada Kecepatan 6,0 m/s, 7,0 m/s dan
8,0 m/s
10
Grafik perbandingan 4.5. menunjukkan
bahwa waktu yang dibutuhkan untuk
dapat menghasilkan gas yang dapat
terbakar dan dapat menyala paling cepat
adalah pada kecepatan 8,0 m/s yaitu
selama 5,5 menit, kemudian pada
kecepatan 7,0 m/s yaitu selama 7 menit
dan yang paling lama diantara ketiga
variabel yang digunakan adalah pada
kecepatan udara 6,0 m/s yaitu selama
9,5 menit. Semakin besar kecepatan
udara yang digunakan maka waktu yang
dibutuhkan untuk dapat menyala akan
semakin cepat, sebaliknya semakin kecil
kecepatan udara yang digunakan maka
waktu penyalaan yang dibutuhkan akan
semakin lama.
8,0 m/s
Kecepatan (m/s)
Grafik 5. Perbandingan lama waktu penyalaan
pada kecepatan udara 6,0 m/s, 7,0 m/s, 8,0 m/s
8
2. Variasi kecepatan udara berpengaruh
terhadap lama waktu penyalaan awal,
waktu penyalaan tercepat yaitu pada
kecepatan udara 8,0 m/s selama 5,5
menit, kecepatan udara 7,0 m/s
selama 7 menit dan kecepatan udara
6,0 m/s selama 9,5 menit.
3. Variasi kecepatan udara berpengaruh
terhadap waktu nyala efektif yang
dihasilkan, nyala efektif terpanjang
yaitu pada kecepatan udara 6,0 m/s
selama 35 menit, kecepatan udara 7,0
m/s selama 32 menit dan kecepatan
udara 8,0 m/s selama 28 menit.
KESIMPULAN
Berdasarkan pembahasan dan analisa
data dari pengujian tungku gasifikasi tipe
downdraft
kontinu
dengan
variasi
kecepatan udara 6,0 m/s, 7,0 m/s dan 8,0
m/s, maka didapatkan kesimpulan
sebagai berikut:
1. Variasi kecepatan udara berpengaruh
terhadap temperatur pembakaran gas
hasil gasifikasi, temperatur rata-rata
tertinggi yaitu pada kecepatan udara
8,0 m/s sebesar 595.32 oC, kecepatan
7,0 m/s sebesar 559.51 oC dan
kecepatan 6,0 m/s sebesar 500.47 oC.
DAFTAR PUSTAKA
Febijanto, Irhan, 2007, Potensi Biomasa Indonesia Sebagai Bahan Bakar Pengganti
Energi Fosil, BPPT, Jakarta
Vidian, Fajri, 2008, Gasifikasi Tempurung Kelapa Menggunakan Updraft Gasifier
pada Beberapa Variasi Laju Alir Udara Pembakaran, Jurusan Teknik
Mesin, Fakultas
Teknik, Universitas Sriwijaya, Palembang
Samsudin, Anis, dkk., 2009, Studi Eksperimen Pemanfaatan Sekam Padi sebagai
Bahan Bakar Gasifikasi Penghasil Syngas, Fakultas Teknik Universitas
Negeri Semarang, Semarang
Agung W, Wusan, dkk., 2010, Gasifikasi Tempurung Kelapa Menggunakan Updraft
Gasifier pada Beberapa Variasi Laju Alir Udara Pembakaran, Jurusan
Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta
Najib, Lailun, Darsopuspito, Sudjud, 2012, Karakterisasi Proses Gasifikasi Biomassa
Tempurung Kelapa Sistem Downdraft Kontinyu Dengan Variasi
Perbandingan Udara-Bahan Bakar (Afr) Dan Ukuran Biomassa, Jurusan
Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh
Nopember, Surabaya
Hadi, Sholehul, Dasopuspito, Sudjud, 2013, Pengaruh Variasi Perbandingan UdaraBahan Bakar Terhadap Kualitas Api Pada Gasifikasi Reaktor Downdraft
Dengan Suplai Biomass Serabut Kelapa Secara Kontinyu, Jurusan
Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh
Nopember, Surabaya
Handoyo, 2013, Pengaruh Variasi Kecepatan Udara Terhadap Temperatur
Pembakaran Pada Tungku Gasifikasi Sekam Padi, Jurusan Teknik Mesin,
Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta, Surakarta
Setiawan, Budi, 2014, Studi Gasifikasi Batu Bara Lignite Dengan Variasi Kecepatan
Udara Untuk Keperluan Karbonasi, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas
Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta, Surakarta
9