karakterisasi proses gasifikasi downdraft berbahan baku ... · 2. proses sampling syngas hasil...
Post on 11-Mar-2019
260 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Karakterisasi Proses Gasifikasi Downdraft Berbahan Baku Sekam Padi Dengan Desain Sistem Pemasukan Biomassa
Secara Kontinyu Dengan Variasi Air Fuel Ratio
Oleh :
Dimas Setiawan
(2105100096)
Pembimbing :
Dr. Bambang Sudarmanta, ST. MT.
JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA2011
JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA2011
LATAR BELAKANG
Krisis Energi
Ketergantungan terhadap Minyak Bumi
Indonesia Sebagai Negara Agraris
Tuntutan Penggunaan Energi Alternatif Yang Renewable
Sekam Padi Melimpah
Sumber Energi Baru
GasifikasiEnergi
RenewableBiomassa
Sekam Padi
Downdraft
Kelebihan :
Mampu menghasilkan gas yang rendah Tar
JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA2011
JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA2011
Perumusan Masalah
• Bagaimana melakukan konversi biomassa
menggunakan reaktor gasifikasi downdraft
• Mencari desain sistem pengumpan bahan baku yang
optimal
• Bagaimana mengidentifikasi zona tahapan proses
gasifikasi
Tujuan Penelitian
• Karakterisasi proses gasifikasi meliputi :
1. distribusi suhu,
2. identifikasi zone proses,
3. kesetimbangan massa dan energi selama proses,
4. komposisi gas yang dihasilkan
5. efisiensi thermal
• Korelasi kecepatan suplai udara terhadap distribusi temperatur di
dalam reaktor, kesetimbangan massa, laju alir massa syngas, dan
pengaruh terhadap AFR
•Mendapatkan combustible gas hasil proses gasifikasi dengan
kandungan tar rendah
JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA2011
Batasan Masalah
JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA2011
•Penelitian tidak dibahas mengenai desain pembuatan
reaktor
•Bahan baku yang digunakan adalah sekam padi dari
penggilingan dengan moisture content 9%, dengan
penyimpanan tertutup dari udara luar
•Penelitian ini tidak dibahas mengenai proses radiasi
pada instalasi
•Aliran udara sekitar melintasi reaktor secara cross flow
JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA2011
Tinjauan Pustaka
Biomass Energy
Karakteristik Sekam Padi(Firsta Dita, 2009)
Kandungan karbon dan oksigen menunjukan jumlah yang cukup dominan, unsur-unsur ini
menjadi komponen utama dalam reaksi pembentukan syngas
JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA2011
Analisa Ultimate & Proximate
Kandungan (%)
Parameter Proximate LHV (kJ/kg)Moisture
ContentVolatile Matter Ash Content
Fixed Carbon
9.47 55.37 16.68 16.48 17600.18
Kandungan (%)
Parameter Ultimate
C H O N S
42.54 4.99 37.75 0.2 0.04
JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA2011
Teknologi Proses Konversi Biomassa
Synthetic Gas
CO, CO2, H2, dan CH4
Gasifikasi
Pemberian Panas
Oksigen Terbatas
AFR < 1,5
Reaktor Downdraft
JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA2011
1. Drying Zone
Evaporasi → Menghilangkan Kandungan air
2. Pyrolisis
Dekomposisi → Mengeluarkan Volatile
3. Partial Oxidation
Eksoterm → Menghasilkan Panas
4. Reduction
Endoterm → Menyerap Panas
Tahapan Proses :
Kesetimbangan Energi dan Massa
Kesetimbangan Massa
Kesetimbangan Energi
Dimana :
Energi Masuk
Energi Keluar
• Efisiensi Gasifikasi
• Heat Loss
q”conv = h A (Ts - T )
DVRe
.
rP
k
LhNu
.
JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA2011
PENELITIAN TERDAHULU
JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA2011
• Tren distribusi temperatur yang terjadi pada
zona pembakaran atau zona oksidasi yang
berfluktuatif.
• Fenomena itu terjadi akibat distribusi oksigen
pada reaktor yang tidak merata atau distribusi
lokal.
• Hal ini menunjukkan bahwa apabila reaktor
dijalankan dengan menggunakan uap atau O2,
maka aliran oksigen harus diatur dengan bertahap
untuk menanggulangi akumulasi oksigen yang tiba-
tiba, sehingga mampu memastikan kondisi proses
gasifikasi berjalan pada tiap tingkatannya.
Pengmei, dkk 2007
“Hydrogen-rich gas production from biomass air and oxygen/steam gasification
in a downdraft gasifier”
PENELITIAN TERDAHULU
JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA2011
Budiartha, 2010
Dengan pemberian suplai udara yang besar, maka akan dihasilkan laju alir gas
yang besar pula dengan kepekatan kandungan komposisinya bisa dikatakan
sangat encer (CO2 tinggi). Keadaan saat gas bercampur dengan udara sekitar
dan mulai terbakar akan menghasilkan warna lebih dominan rona merah yang
memiliki jelaga dan radiasi panas tinggi, sehingga saat terbaca di termokopel,
api pada variasi AFR tinggi ini akan menghasilkan temperatur yang paling
tinggi pula.
JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA2011
Aplikasi
Water Pump
Electric Generator
Diesel Engine
JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA2011
Skema Instalasi
Scrubber
Flowchart PercobaanMulai
Pengolahan Biomassa
Studi Literatur : 1. Jurnal 2. Text Book
Pengujian Propertis Sekam
Padi
Data Awal :- T udara ambient- T reaktor dan pipa
Pengaturan Variasi AFR
dengan dimmer
Proses Pengujian Gasifikasi
Pencatatan Data Proses :- Distribusi Temp.- Laju Alir Massa Udara- Laju Alir Massa Gas
A
A
Pengujian Nilai Kalor Ash, Char, dan Syn-
gas
Pengolahan Data
Perhitungan :- Kesetimbangan Massa- Kesetimbangan Energi- Heat Loss Perpindahan Panas- Efisiensi Gasifikasi
Grafik :- Distribusi Temp = f (dimmer)- Air Fuel Ratio = f (dimmer)- Kesetimbangan Massa = f (dimmer)- Laju Alir Massa Gas = f (dimmer)- η gasifikasi = f (dimmer)
Analisa Grafik
Kesimpulan
SelesaiPencatatan Data Akhir :
T sepanjang reaktor, Laju alir udara dan biomassa
Hasil dan Pembahasan
Profil Distribusi Temperatur Reaktor
Prosentase AFR Pada Masing-masing Dimmer
JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA2011
Kesetimbangan Massa
Dim
Massa masuk (kg/100menit) Massa Keluar (kg)Selisih
(kg)Bio Udara 1 Udara 2 Total Char Ash Syn-gas Total
1 10 7,5 5.051 22.551 1.04 0.092 21.0841 22.21 0.33
2 107.5 4.236
21.7361.09 0.13 19.4885
20.711.03
3 107.5 3.644
21.1441.15 0.15 18.6907
19.991.15
4 107.5 2.88
20.381.21 0.176 18.1209
19.510.87
Prosentase Laju Alir Massa Syngas
JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA2011
Visualisasi Api Saat Stabil
JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA2011
Biomassa
97,8 %
P RO SE S
Udara
2,2 %
Useful Energy (syngas)
43 %
Losses Energy (char+ash)
10,7 %
Heat Loss Energy (konveksi)
5 %
Losses Energy (unknown)
41,3 %
Sankey Diagram
JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA2011
= 43,68 %
Efisiensi Gasifier
JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA2011
JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA2011
Kesimpulan
1. Air Fuel Ratio terbaik pada kondisi 1,25 dengan menghasilkan syn-gas
yang combustible, yaitu ditandai dengan nyala api stabil
2. Penurunan suplai udara mengakibatkan penurunan juga pada laju alir
massa syngas dan distribusi temperatur di reaktor
3. Losses energi cenderung semakin besar dengan semakin menurunnya
suplai udara
4. Secara keseluruhan, efisiensi gasifikasi mencapai hingga 43,68 % pada
AFR 1,25
5. Komposisi syngas yang dihasilkan dari proses didapatkan kadar H2, O2,
N2, CO2, CO, CH4, C2H6 berturut-turut adalah sebesar 14,22 %, 8,29 %,
51,12 %, 8,82 %, 15,33 %, 1,52 %, dan 0,22 %, serta Low Heating Value(LHV)-nya sebesar 3289,38 kJ/kg.
JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA2011
Saran
1. Perlu pendesainan ulang reaktor terkait dengan sistem pembuangan
yang seharusnya kontinyu pula
2. Proses sampling syngas hasil gasifikasi membutuhkan perlakuan yang
lebih hati-hati untuk mendapatkan hasil pengukuran yang sempurna dan
mewakili keadaan syngas sesungguhnya
3. Agar syngas yang dihasilkan bisa termanfaatkan dengan sempurna,
maka pembuatan pipa keluaran diletakkan pada posisi yang lebih rendah
dari reaktor agar seluruh syngas mengalir keluar
4. Adanya penelitian lebih lanjut mengenai proses pembersihan gas hasil
gasifikasi
5. Perlu adanya penelitian lebih lanjut mengenai pemanfaatan gas hasil
gasifikasi agar nantinya bisa menjadi komoditi energi alternatif yang
potensial untuk dikembangkan
JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA2011
Kritik dan Saran Sangat Kami HarapkanDemi Kesempurnaan Tugas Akhir
top related