bab iii perancangan dan pembuatan reaktor · pdf fileproses pembuatan tabung reaktor...
Post on 06-Feb-2018
221 Views
Preview:
TRANSCRIPT
BAB III
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN REAKTOR
GASIFIKASI
3.1 Perancangan Reaktor Gasifikasi
Reaktor gasifikasi yang akan dibuat dalam penelitian ini didukung oleh
beberapa komponen lain sehinga membentuk suatu sistem gasifikasi. Sistem
gasifikasi yang akan dibuat terdiri atas tabung reaktor gasifikasi, sistem
pengeluaran arang, siklon, blower, dan burner. Hal ini digambarkan dalam skema
yang terdapat dalam Gambar 3.1.
Gambar 3.1 Skema reaktor gasifikasi
Dalam Gambar 3.1 di atas ditunjukkan prinsip kerja dari sistem gasifikasi
yang akan dibuat. Udara, arang dan bahan bakar masuk ke dalam tabung reaktor
dan bereaksi menghasilkan gas dan arang. Gas hasil reaksi dihisap oleh blower
dan menuju siklon, sedangkan arang hasil gasifikasi dikeluarkan melalui suatu
mekanisme yang terdapat dalam sistem pengeluaran arang. Di dalam siklon gas
hasil reaksi dan partikel-partikel berat seperti abu yang terbawa dan tar
dipisahkan, sehingga menghasilkan gas pembakaran yang bersih. Gas keluaran
siklon kemudian dicampur dengan udara di dalam burner untuk kemudian
dibakar.
1
Prinsip kerja dari reaktor gasifikasi yang dirancang dalam penelitian ini
merupakan pengembangan dari prinsip kerja dari reaktor gasifikasi milik Willy
Adriansyah. Untuk itu dilakukan percobaan gasifikasi campuran bonggol jagung
dan sekam padi menggunakan reaktor gasifikasi milik Willy Adriansyah sebelum
melakukan perancangan dan pembuatan. Hal ini dilakukan untuk memperoleh
masukan informasi yang berguna untuk penelitian ini.
Dari beberapa percobaan gasifikasi yang dilakukan, didapat informasi
bahwa distribusi ukuran campuran bonggol jagung dan sekam padi yang tidak
merata membuat proses gasifikasi menjadi sulit. Untuk itu perlu dilakukan
perlakuan terhadap jagung berupa pemotongan bonggol jagung ke dalam ukuran
3x3cm. Hal ini dilakukan untuk lebih menyeragamkan distribusi ukuran
campuran bonggol jagung dan sekam padi, dan membuat bara api dalam reaktor
lebih cepat merata dan gas hasil gasifikasi yang terbentuk cenderung konstan.
Reaktor gasifikasi yang digunakan dalam percobaan ditunjukkan dalam
Gambar 3.2(a), sedangkan dalam Gambar 3.2(b) dan 3.2(c) ditunjukkan bahan
bakar yang digunakan dalam percobaan.
(a) (b) (c)
Gambar 3.2 (a) Reaktor gasifikasi milik WillyAdriansyah, (b) Potongan bonggol jagung,
(c) Sekam padi
13
3.1.1 Reaktor Gasifikasi
Dalam penelitian tugas akhir ini, tipe reaktor yang dipilih adalah reaktor tipe
downdraft. Pemilihan tipe ini dilakukan karena gas yang diperoleh lebih bersih.
Kelebihan lainnya adalah, reaktor tipe ini dapat dikembangkan menjadi reaktor
yang bekerja secara berkesinambungan melalui pengembangan lebih lanjut.
Terdapat beberapa kriteria yang harus dimiliki oleh reaktor gasifikasi.
Kriteria tersebut adalah reaktor gasifikasi mampu menghasilkan daya yang besar
dengan waktu operasi yang relatif lama, serta memiliki kerugian panas yang kecil
akibat konduksi pada dinding. Untuk memperoleh daya keluaran yang besar dari
reaktor gasifikasi, maka diameter reaktor harus cukup besar. Waktu operasi yang
panjang dapat diperoleh dengan cara membuat reaktor gasifikasi yang tinggi.
Sedangkan untuk memperkecil kerugian panas konduksi pada dinding reaktor,
dibutuhkan insulasi yang tebal.
Spesifikasi reaktor gasifikasi yang dipilih mengikuti spesifikasi reaktor
gasifikasi milik Belonio[7]. Dimensi-dimensi seperti diameter, tinggi, serta tebal
insulasi reaktor gasifikasi yang dipilih, ditunjukkan dalam Gambar 3.3. Diameter
reaktor dipilih sebesar 250 mm sedangkan tinggi reaktor gasifikasi sebesar 770
mm seperti yang terlihat dalam sketsa reaktor dalam Gambar 3.3. Sementara tebal
insulasi dipilih sebesar 40 mm.
Gambar 3.3 Sketsa reaktor gasifikasi
14
Material yang dipilih dalam perancangan reaktor gasifikasi ini adalah baja
karbon rendah dalam bentuk pelat. Sedangkan campuran semen, pasir dan arang
sekam, digunakan sebagai meteri insulasi. Ketiga komposisi tersebut dicampur
dengan air, lalu dicor ke dalam ruang antara dua buah pelat anulus.
3.1.2 Mekanisme Pengeluar Arang
Karakteristik arang hasil gasifikasi sekam padi dan bonggol jagung sedikit
berbeda. Arang hasil gasifikasi sekam padi berukuran kecil, sedangkan arang
hasil gasifikasi bonggol jagung lebih besar. Agar memperoleh ukuran yang halus
dan merata dari campuran arang, maka dilakukan penggerusan dalam ruangan
penampung arang.
Setelah diperoleh arang yang lebih halus, arang dikeluarkan menggunakan
prinsip pneumatic conveyor. Prinsip kerja ini digambarkan dalam Gambar 3.4.
Dalam skema yang digambarkan tampak bahwa setelah arang digerus, arang
dikeluarkan bersama aliran udara menggunakan blower. Aliran udara harus
diarahkan sedemikian rupa sehingga aliran udara tidak mengalir masuk ke dalam
reaktor gasifikasi yang dapat memicu terjadinya pembakaran bahan bakar di
dalam reaktor.
Gambar 3.4 Skema sistem pembuang arang
3.1.3 Perancangan Burner
Burner adalah alat yang digunakan untuk membakar gas hasil gasifikasi. Di
dalam burner gas dicampur dengan udara dengan tujuan agar gas memperoleh
oksigen untuk melakukan proses pembakaran. Hal ini menyebabkan ketika
campuran gas dan udara tersebut dipantik, gas tersebut akan terbakar.
15
Dalam perancangan sebuah burner, kita harus memeperhatikan ukuran,
jumlah dan letak bukaan yang disediakan untuk pemasukan udara. Bukaan yang
disediakan untuk pemasukkan udara harus mampu membuat udara pembakaran
masuk dalam jumlah yang berlebih untuk memastikan semua gas terbakar habis.
Untuk memperoleh pembakaran yang sempurna, maka gas hasil gasifikasi harus
tercampur dengan baik dengan udara di dalam burner. Hal ini dapat dilakukan
dengan memperhatikan letak pemasukan udara. Cara lain yang biasa digunakan
untuk memperoleh campuran yang homogen di dalam sebuah burner adalah
dengan menggunakan swirl.
Sebelum melakukan perancangan burner untuk reaktor gasifikasi yang
dirancang, terlebih dahulu dilakukan percobaan pembakaran gas keluaran reaktor
dengan menggunakan burner yang digunakan pada reaktor prototipe. Burner yang
digunakan ini mempunyai diameter sebesar 70mm dengan panjang 200mm
dengan lubang pemasukan udara yang terletak di buritan.
Melalui percobaan yang dilakukan didapat api pembakaran yang sangat
tidak konstan. Hal ini dapat disebabkan karena kekurangan pasokan udara untuk
pembakaran atau karena udara belum tercampur sempurna dengan gas hasil
gasifikasi.
Dalam proses perancangan yang dilakukan, diputuskan untuk membuat
burner lebih panjang agar diperoleh waktu yang cukup bagi gas untuk bercampur
dengan udara pembakaran. Selain itu diameter burner juga dibuat lebih besar
karena gas yang dihasilkan reaktor gasifikasi hasil rancangan lebih banyak
dibandingkan gas yang dihasilkan reaktor prototipe. Selain itu lubang pemasukkan
udara pun ditambah agar gas dapat terbakar sempurna.
Gambar 3.5 Sketsa rancangan burner
16
Dalam Gambar 3.5 ditunjukkan burner hasil perancangan dengan panjang
400mm dengan diameter 95mm. Pada burner hasil rancangan ini, udara
pembakaran dipasok melalui dua buah pipa kecil yang terhubung pada badan
burner dan lubang-lubang kecil yang terletak dibagian buritan burner.
3.1.4 Siklon
Siklon merupakan bagian yang berfungsi sebagai pemisah antara debu dan
tar dengan gas hasil gasifikasi. Siklon memanfaatkan gaya sentrifugal dan tekanan
rendah yang dihasilkan oleh gerakan memutar untuk memisahkan material yang
memiliki perbedaan massa jenis, ukuran, dan bentuk. Komponen ini sering
digunakan karena sangat sederhana dan murah untuk dibuat[11]. Selain itu, siklon
tidak memiliki bagian yang bergerak dan dapat dioperasikan dalam temperatur
dan tekanan yang tinggi.
Gambar 3.6 Prinsip kerja siklon[11].
17
Prinsip kerja siklon dapat dilihat pada Gambar 3.6. Gas dengan kecepatan
yang tinggi masuk melalui pipa yang memiliki jarak tertentu dengan sumbu
siklon. Hal ini mengakibatkan aliran gas memiliki kecepatan sudut dan berputar
dalam bentuk vortex. Material yang lebih besar atau memiliki massa jenis lebih
besar akan terlempar keluar dan drag yang dihasilkan oleh udara berputar dan
gaya gravitasi mengakibatkan material tersebut keluar melalui lubang bawah.
Sedangkan material yang ringan keluar melalui lubang pipa ke atas.
Proses pemisahan melalui siklon membutuhkan aliran yang tunak. Kedua
lubang keluaran juga sebaiknya memiliki tekanan yang sama agar tidak terjadi
aliran balik.
Penambahan siklon dalam perancangan reaktor gasifikasi akan
menghasilkan gas hasil gasifikasi yang lebih bersih. Spesifikasi siklon yang
digunakan dalam reaktor merupakan adaptasi dari siklon yang digunakan pada
reaktor gasifikasi sekam sistem kontinyu[13]. Hal ini didasarkan pada kemiripan
bahan bakar reaktor yang digunakan. Berdasarkan hal tersebut, diharpkan siklon
dapat bekerja dengan baik seperti ketika digunakan pada reaktor gasifikasi sekam
sistem kontinyu.
Gambar 3.7 Siklon yang digunakan
18
Proses perancangan siklon yang digunakan dalam reaktor gasifikasi sekam
sistem kontinyu dilakukan dengan mengikuti standar yang ada. Dalam Gambar
3.7 ditunjukkan bentuk dari siklon yang dirancang dalam reaktor gasifikasi sistem
kontinyudan digunakan dalam reaktor gasifikasi hasil perancangan.
3.1.5 Pemilihan Blower dan Inverter
Untuk menghisap udara pembakaran dan gas hasil proses gasifikasi
digunakan blower yang memiliki daya isap yang cukup. Daya isap blower harus
disesuaikan dengan reaktor agar udara pembakaran yang terisap kurang dari yang
dibutuhkan. Hal ini dimaksudkan agar terjadi pembakaran yang tidak sempurna
dan gas hasil proses gasifikasi tidak ikut terbakar.
Jenis blower yang dipilih pada penelitian ini adalah blower sentrifugal tipe
DE 100 dengan daya 40 watt. Untuk memudahkan penyesuaian daya isap blower,
ditambahkan alat berupa satu buah inventer yang berfungsi mengatur kecepatan
putar kipas blower. Inventer yang dipilih adalah Toshiba Inventer tipe VFNC-
2007P. Bentuk blower dan inverter dapat kita lihat pada Gambar 3.8.
Gambar 3.8 Blower dan Inverter
3.2 Proses Pembuatan Reaktor Gasifikasi
3.2.1 Proses Pembuatan Reaktor
Proses pembuatan tabung reaktor gasifikasi berawal dari proses pengelasan
pelat baja berukuran 785x770x2mm sehingga membentuk silinder berongga.
19
Kemudian sebuah silinder yang lebih besar dibuat dari pelat baja berukuran
1036x770x2mm. Silinder yang lebih besar ini kemudian dilubangi di tiga tempat
dengan jarak 120o. Tiga buah pipa sepanjang 160mm berdiameter luar 55mm
dengan ketebalan 3mm dilas pada tiga lubang yang telah dibuat pada silinder.
Ketiga pipa ini dijadikan sebagai penyangga reaktor.
Langkah selanjutnya adalah melakukan proses pengecoran untuk
membentuk insulasi reaktor gasifikasi. Hal ini dilakukan dengan meletakkan
silinder kecil di dalam silinder yang lebih besar sehingga membentuk annulus.
Ruang annulus dan pipa yang tekah dilas kemudian dituangi campuran semen,
abu sekam dan air. Campuran tersebut kemudian dibiarkan mengering dan
mengeras.
Setelah tabung reaktor selesai dibuat, langkah selanjutnya adalah
pembuatan ruang arang hasil gasifikasi. Sebuah pelat berbentuk cincin berukuran
diameter dalam 330mm, diameter luar 430mm dan ketebalan 10mm dilas pada
silinder luar tabung reaktor. Dibawah cincin tersebut sebuah pelat dengan
ketebalan 2mm dilas pada lingkaran terluar cincin hingga membentuk tabung
dengan ketinggian 400mm. Sebagai saluran keluar gas hasil gasifikasi, tabung
tersebut dilubangi dan sebuah pipa dengan diameter dalam 2 inchi dilas pada
lubang yang telah dibuat. Untuk memudahkan proses pembuangan arang, bagian
dasar reaktor dibuat mengecil hingga membentuk kerucut. Bentuk reaktor dapat
kita lihat pada Gambar 3.9.
20
Gambar 3.9 Reaktor gasifikasi
3.2.2 Proses Pembuatan Siklon
Proses selanjutnya adalah pembuatan siklon untuk dipasangkan pada pipa
tempat keluarnya gas gasifikasi yang terdapat pada reaktor gasifikasi. Siklon yang
ukurannya telah ditentukan melalui perancangan sebelumnya, dibuat melalui
beberapa proses sederhana yaitu pengerolan, pemotongan dan pengelasan.
Bahan yang digunakan dalam pembuatan siklon ini adalah pelat baja
dengan ketebalan 2mm. Pelat yang digunakan kemudian dipotong sesuai ukuran
hasil perancangan untuk digunakan dalam pembuatan tiga buah silinder, sebuah
konus, asaluran masuk siklon serta flens. Tiga buah silinder dengan diameter
75mm, 50mm, dan 150mm kemudian dibentuk dengan cara pengerolan pelat.
Kemudian melalui pengerolan ini juga dibentuk sebuah konus yang akan
menghubungkan silinder berdiameter 150mm dengan silinder berdiameter 50mm.
Setelah masing masing bagian dibentuk sesuai ukurannya, dilakukanlah
proses pengelasan untuk menghubungkan pelat-pelat yang telah dibentuk. Maka
siklon siap untuk dihubungkan ke reaktor gasifikasi.
21
3.2.3 Proses Pembuatan Burner
Burner hasil rancangan yang digunakan dibuat dari sebuah pelat yang dirol
sehingga membentuk silinder. Kemudian, dinding silinder tersebut dilubangi pada
dua tempat yang berbeda. Dua buah pipa yang akan berfungsi sebagai lubang
pemasukan udara kemudian dilas pada lubang tersebut dengan kemiringan 45o
dari garis sumbu burner.
3.2.4 Proses Pembuatan Sistem Pengeluar Arang
Sistem pengeluaran abu terdiri atas kipas penggerus, saringan abu, serta
penampung arang. Kipas penggerus arang dibuat dengan cara yang sangat
sederhana. Enam buah bilah kipas yang terbuat dari pelat baja dengan ketebalan
2mm dilas ke sebuah pipa dengan kemiringan yang telah ditentukan. Sedangkan
saringan abu dibuat dengan cara melubangi pelat baja dengan ketebalan 5mm
melalui pengeboran.
Langkah berikutnya adalah pembuatan ruang penampung arang.
Komponen ini dibuat dengan cara membentuk silinder yang terbuat dari pelat.
Lalu silinder tersebut dilubangi untuk saluran pipa yang mengalirkan udara
bertekanan. Selain itu silinder tersebut mempunyai dasar dengan kemiringan
tertentu untuk mengarahkan abu yang telah digerus menuju daerah hisapan. Hal
ini sesuai dengan yang terlihat dalam Gambar 3.10.
Gambar 3.10 Ruang Penampung Arang
3.2.5 Proses Perakitan
Proses terakhir dalam proses produksi reaktor gasifikasi adalah proses
perakitan semua komponen-komponen yang telah dibuat. Dalam proses ini,
22
reaktor gasifikasi yang telah dibuat dihubungkan dengan siklon melalui
pemasangan baut pada flens masing-masing komponen. Pada bagian atas siklon
kemudian dipasang blower untuk mengisap gas dari hasil gasifikasi. Sementara
itu, pada blower juga dipasang dudukan yang sesuai untuk burner. Burner
kemudian dihubungkan dengan dudukan yang tersambung dengan blower.
Langkah terakhir adalah dengan memasangkan sistem pengeluaran arang di
bagian bawah reaktor.
Dalam Gambar 3.11 dapat kita lihat bentuk akhir dari sistem reaktor
gasifikasi yang dibuat.
Gambar 3.11 Sistem reaktor gasifikasi
23
top related