bab ii. kajian pustaka - sinta.unud.ac.id ii.pdf · membantu pengikatan partikel halus pada...
TRANSCRIPT
7
BAB II. KAJIAN PUSTAKA
2.1 Energi Biomassa
Biomassa adalah bahan organik yang dihasilkan melalui proses fotosintetis,
baik berupa produk maupun buangan. Melalui fotosintesis, karbondioksida di udara
ditransformasi menjadi molekul karbon lain (misalnya gula dan selulosa) dalam
tumbuhan. Energi kimia yang tersimpan dalam tanaman dan hewan (akibat memakan
tumbuhan atau hewan lain) atau dalam kotorannya dikenal dengan nama bio-energi.
Jenis biomassa yang banyak dijumpai antara lain adalah tanaman, pepohonan,
rumput, ubi, limbah pertanian, limbah hutan, limbah perkebunan, tinja dan kotoran
ternak (Agustina, 2009).
2.1.1 Struktur Kimia Bahan Bakar Biomassa
Biomassa merupakan bahan alami yang tersedia, yang menyimpan energi
matahari melalui proses fotosintesis dengan bantuan sinar matahari. Kandungan utama
biomassa ini mengandung selulosa, hemiselulosa dan lignin, dengan komposisi rata-
rata C6H10O5, dengan sedikit variasi tertentu tergantung pada sifat dari biomassa itu
sendiri yang mana biomassa tersebut merupakan bahan bakar padat yang memiliki
unsur utama karbon (C) dan hidrogen (H) serta beberapa zat yang mudah menguap
(volatile matter).
Terdapat dua metode untuk menganalisis struktur kimia biomassa yaitu :
analisis ultimate dan analisis proximate. Analisis ultimate menganalisis seluruh
elemen komponen biomassa, padat atau gas dan analisis proximate meganalisis hanya
fixed carbon, bahan yang mudah menguap, kadar air dan persen abu. Analisis ultimate
8
harus dilakukan oleh laboratorium dengan peralatan yang lengkap oleh ahli kimia
yang trampil, sedangkan analisis proximate dapat dilakukan dengan peralatan yang
sederhana.
2.1.2 Analisis Proximate
Analisis proximate menunjukan persen berat dari fixed carbon, bahan mudah
menguap, abu, dan kadar air dalam biomassa. Jumlah fixed carbon dan bahan yang
mudah menguap secara langsung turut andil terhadap nilai panas biomassa. Fixed
carbon bertindak sebagai pembangkit utama panas selama pembakaran. Kandungan
bahan yang mudah menguap yang tinggi menunjukan mudahnya penyalaan bahan
bakar. Kadar abu merupakan hal penting dalam perancangan grate tungku, volum
pembakaran, peralatan kendali polusi dan sistem handling abu pada tungku. Analisis
proximate untuk berbagai jenis biomassa diberikan dalam Tabel berikut ini.
Tabel 2.1 Analisis proximate biomassa
(Zhang, 2012)
Parameter-parameter tersebut dijelaskan lebih rinci melalui uraian dibawah ini.
9
Fixed carbon:
Fixed carbon merupakan bahan bakar padat yang tertinggal dalam tungku
setelah bahan yang mudah menguap didistilasi. Kandungan utamanya adalah karbon
tetapi juga mengandung hidrogen, oksigen, sulfur dan nitrogen yang tidak terbawa
gas. Fixed carbon memberikan perkiraan kasar terhadap nilai panas biomassa.
Bahan yang mudah menguap (volatile matter):
Bahan yang mudah menguap dalam biomassa adalah metan, hidrokarbon,
hidrogen, karbon monoksida, dan gas-gas yang tidak mudah terbakar, seperti karbon
dioksida dan nitrogen. Bahan yang mudah menguap merupakan indeks dari
kandunagn bahan bakar bentuk gas didalam biomassa. Kandungan bahan yang mudah
menguap ini berkisar antara 20 hingga 95%.
Kadar abu (ash)
Abu merupakan kotoran yang tidak akan terbakar. Kandungannya berkisar
antara 5% hingga 40%. Abu dalam biomassa memiliki karakter sebagai berikut :
Mengurangi kapasitas handling dan pembakaran
Meningkatkan biaya handling
Mempengaruhi efisiensi pembakaran dan efisiensi boiler
Menyebabkan penggumpalan dan penyumbatan
Kadar Air:
Kandungan air dalam biomassa harus diangkut, di-handling dan disimpan
bersama-sama biomassa. Kadar air akan menurunkan kandungan panas per kg
10
biomassa, dan kandungannya berkisar antara 0,5 hingga 10%. Kadar air dalam
biomassa dapat :
Meningkatkan kehilangan panas, karena penguapan dan pemanasan berlebih
dari uap
Membantu pengikatan partikel halus pada tingkatan tertentu
Membantu radiasi transfer panas
Kadar Sulfur
Kadar sulfur dalam biomassa umumnya berkisar pada 0,5 hingga 0,8%. Sulfur
dalam biomassa memiliki karakter berikut :
Mempengaruhi kecenderungan teradinya penggumpalan dan penyumbatan
Mengakibatkan korosi pada cerobong dan peralatan lain seperti pemanas udara
dan economizers
Membatasi suhu gas buang yang keluar
2.1.3 Analisis Ultimate
Analsis ultimate menentukan berbagai macam kandungan kimia unsur- unsur
seperti karbon, hidrogen, oksigen, sulfur, dll (semua unsur baik padat maupun gas).
Analisis ini berguna dalam penentuan jumlah udara yang diperlukan untuk
pembakaran. Informasi ini diperlukan untuk perhitungan suhu nyala dan perancangan
saluran gas buang dll. Analisis ultimate untuk berbagai jenis biomassa diberikan
dalam tabel dibawah ini.
11
Tabel 2.2 Analisis ultimate dari berbagai macam biomassa
(Saidur, R. 2011)
2.1.4 Sifat biomassa jenis kardus, jerami, dan kapas
Telah dijelaskan di awal bahwa penelitian ini menggunakan tiga jenis bahan
bakar biomassa yang digunakan pada reaktor gasifikasi, maka penjelasan sifat dan
karakter unsur mengenai ketiga bahan bakar biomassa tersebut perlu di uraikan.
Seperti dijelaskan di awal bab 1, ketiga jenis bahan bakar biomassa yang akan
digunakan sebagai bahan penelitian ini adalah merupakan hasil samping (limbah) dari
media tanam jamur merang yang berupa jerami, kapas dan atau kardus.
Kardus (corrugated paper) merupakan bahan kemasan yang digunakan untuk
melindungi suatu produk selama dalam masa penyimpanan atau pendistribusian dari
12
produsen menuju konsumen. pada umumnya kardus memiliki warna coklat muda
meskipun begitu tidak jarang ditemui juga kardus dengan warna putih. Kardus
termasuk jenis biomassa yang sudah mengalami beberapa proses perubahan bentuk.
Bahan dasar utama pembuatan kardus ini adalah dari kertas, sedangkan kertas terbuat
dari serat kayu yang kemudian mengalami proses manufaktur sehingga terbentuk
menjadi seperti lembaran – lembaran tipis. Serat kayu, sebagai bahan pembentuk
kertas, hanya memiliki komponen utama berupa serat (selulosa dan hemiselulosa)
yang diekstraksi dari kayu tersebut dan tanpa lignin. Jenis kayu yang digunakan dalam
pembuatan kertas tersebut berasal dari kayu jenis hardwood dan softwood.
Kedua jenis biomassa lainnya, kapas dan jerami merupakan jenis biomassa
murni yang bersumber dari tanaman langsung tanpa mengalami proses perubahan
bentuk sehingga komposisi utama dari kedua bahan tersebut berupa selulosa,
hemiselulosa dan lignin. Jerami didapat dari hasil sisa tanaman padi / pertanian yang
sudah tidak dimanfaatkan lagi. Berbeda dengan jerami, serat kapas bersumber dari
tumbuhan kapas yang memiliki sebagian besar selulosa yang berdasarkan pada asal
tumbuhannya. Kapas ini dapat berasal dari biji, daun, batang, dan buah dari
tumbuhannya. Tabel berikut memberikan penjelasan tentang komposisi bahan
penyusun dari ketiga jenis biomassa tersebut.
13
Tabel 2.3 Perbedaan komponen penyusun ketiga limbah biomassa jamur merang
No Kriteria Kardus
(hardwood) Kapas Jeramai
Lignocellulosic constituen :
1 Selulosa (% massa) 45 – 49 80 – 95 32.10
2 Hemiselulosa (% massa) 30 5 – 20 24.00
3 Lignin (% massa) - - 12.94
Proximate Analisis :
1 Fix Carbon (% massa) 21.9 12.4 15.86
2 Ash (% massa) 2.7 6.6 18.07
3 Volatile matter (% massa) 77.6 81.0 65.47
Ultimate Analisis :
1 C (% massa) 50.0 50.40 38.45
2 H (% massa) 6.00 8.40 5.28
3 O (% massa) 42.40 39.80 -
4 HHV (MJ/kg) 19.0 18.83 15.6
(Saidur, R. 2011 ; Zhang, 2012)
2.2 Gasifikasi Biomassa
Gasifikasi biomassa merupakan proses pembakaran tidak sempurna bahan
bakar biomassa sehingga menghasilkan produksi gas mudah terbakar yang terdiri dari
Karbon monoksida (CO), Hidrogen (H2) dan sedikit Metana (CH4) (Rajvanshi, 2014).
Campuran gas hasil gasifikasi ini disebut gas produser. Setiap bahan biomassa dapat
mengalami gasifikasi, dan proses gasifikasi ini jauh lebih kompleks daripada
pembakaran biasa. Hal yang menjadi dasar terjadinya proses gasifikasi biomassa ini
adalah dengan cara melakukan pembakaran biomassa dengan udara supplai (oksigen)
yang terbatas, biasanya sekitar 20 % - 40 % dari pembakaran normal (pembakaran
stoikiometri).
Secara teoritis, rasio udara-ke-bahan bakar yang dibutuhkan untuk
pembakaran sempurna biomassa, yang didefinisikan sebagai pembakaran stoikiometri
adalah 6 : 1 sampai 6,5 : 1, melalui reaksi oksidasi (pembakaran) dengan produk
14
akhir menjadi CO2 dan H2O. Dimana proses pembakaran tersebut secara umum dapat
di jabarkan pada proses reaksi berikut ini (Reed, TB. 1988).
CH1.4O0.6 + 1.05 O2 + (3.95 N2) CO2 + 0.7 H2O + (3.95 N2) ……. (1)
Rumus molekul CH1.4O0.6 ini merupakan rumus kimia umum untuk biomassa.
Nitrogen (N2) dalam reaksi tersebut diatas, ditulis dalam tanda kurung mengingat
keberadaan Nitrogen (N2) dalam proses reaksi tersebut dapat diabaikan karena
Nitrogen (N2) merupakan gas yang terdapat pada udara yang bersifat inert (tidak
reaktif).
Namun kemudian, jika pasokan udara dikurangi menjadi sekitar 20% - 40%
dari pembakaran stoikiometrik, maka pelepasan energi kimia dari biomassa akan
berkurang, dan kemudian senyawa gas baru akan terbentuk dari proses pembakaran
yang tidak sempurna ini (disebut proses gasifikasi). Senyawa gas yang terbentuk ini
terdiri atas H2, CO, dan CH4 (methana), yang masih memiliki potensi energi kimia
yang belum dilepaskan. Proses pembakaran gasifikasi ini, dilakukan pada kondisi sub-
stoikiometri dengan rasio udara-ke-bahan bakar menjadi 1,5 : 1 sampai 1,8 : 1. Gas
yang diperoleh (H2, CO, dan CH4) disebut gas produser, yang mudah terbakar. Proses
ini dimungkinkan dalam sebuah alat yang disebut gasifier, dalam pasokan udara
terbatas melalui reaksi oksidasi parsial dan reaksi reduksi. Reaksi reduksi merupakan
reaksi endotermik untuk menghasilkan produk yang mudah terbakar seperti CO, H2
dan CH4 seperti yang ditunjukkan di bawah ini (Reed, TB. 1988).
…………………….……………….. (2)
…..... (3)
15
Reaksi ini menghasilkan karbon tersisa. Sisa karbon ini dapat direaksikan dengan uap
air. Secara stoikiometrik prosesnya akan memenuhi reaksi berikut:
C (arang) + H2O (uap air) –> CO (gas) + H2 (gas) ………………(4)
Reaksi sisa karbon dengan uap air ini dapat menghasilkan gas karbon monoksida dan
gas hidrogen. Gas hidrogen merupakan gas yang memiliki nilai pembakaran.
Namun demikian, uap air yang ditambahkan dapat pula bereaksi dengan gas hasil
proses reaksi sebelumnya. Uap air dapat berreaksi dengan gas karbon dioksida
menghasilkan gas karbon monoksida dan gas hidrogen sesuai reaksi stoikiometrik
berikut:
CO2 + H2O –> CO + H2 ……………………………………………… (5)
Reaksi ini biasa disebut dengan shift reaction atau reaksi geser. Reaksi yang dapat
menggeser karbon dioksida dan uap air menjadi gas karbon monoksida dan hidrogen.
Selain dengan uap air, karbon sisa dapat juga berreaksi dengan gas karbon dioksida
sesuai reaksi stoikiometrik berikut:
C (arang) + CO2 –> 2CO ………………………………………….. (6)
Terlihat pada Reaksi ini, karbon dikonversi oleh gas CO2 menjadi gas yang memiliki
nilai mampu bakar yaitu gas CO. Jika pada ruang gasifikasi tersebut masih tersisa gas
H2 dan arang C, maka gas H2 tersebut akan dapat bereaksi dengan karbon C tersebut
melalui reaksi berikut :
C (arang) + H2 –> CH4 ……………………………..……………….. (7)
Proses gasifikasi tersebut diatas akan berlangsung terus – menerus selama
kandungan arang (C) pada biomassa masih tersedia dan terbentuk melalui proses
16
pembakaran biomassa itu sendiri. Proses tersebut diatas dapat berlangsung terus
selama masih terjadi pembakaran bahan bakar biomassa.
2.2.1 Jenis – Jenis Reaktor Gasifikasi
Proses gasifikasi berkaitan dengan jumlah udara atau oksigen dan biomassa di
gasifier, sehingga reaktor gasifikasi diklasifikasikan menurut cara udara atau oksigen
di supplai ke dalamnya. Ada tiga jenis sistem reaktor gasifikasi berdasarkan arah
aliran udara dan atau arah supplai bahan bakar biomassanya yaitu : sistem Downdraft,
Updraft dan Crossdraft. Sesuai dengan namanya, sistem gasifikasi updraft memiliki
aliran udara yang disupplai melalui biomassa dari bawah dan gas mudah terbakar
keluar dari bagian atas reaktor. Demikian pula dalam sistem gasifikasi downdraft
udara dilewatkan dari leher ke arah bawah biomassanya (Rajvanshi, 2014).
Gambar 2.1 Jenis Reaktor Gasifikasi
Ketiga jenis sistem gasifiasi tersebut termasuk dalam jenis gasifikasi sistem fix
bed gasifier. Sistem gasifikasi jenis lain yang tidak termasuk dalam fix bed gasifier ini
adalah jenis sistem fluidized bed gasification. Dimana sistem fluidized bed tersebut
dikembangkan untuk mengatasi permasalahan yang terjadi pada fix bed gasifier.
Sitem ini cocok untuk kapasitas yang besar untuk skala industri. Berbeda dengan
17
sistem fix bed, pada sistem fluidized bed bahan bakar biomassa yang padat berbentuk
partikel kecil didalam reaktor dihembuskan oleh blower sehingga mengalami sifat
seperti fluida (fluidisasi). Berbeda dengan ketiga sistem diatas, pada sistem fluidisasi
ini, proses pembakaran dan gasifikasi dapat diatur sesuai dengan kebutuhan energi
kalor yang akan digunakan. Kelemahan pada sistem ini yaitu memiliki kandungan tar
yang tinggi, pembakaran karbon yang tidak sempurna dan kesulitan dalam pengisian
bahan bakar (Belonio, 2005)
2.2.2 Tahapan Proses Gasifikasi
Proses gasifikasi terjadi melalui empat tahapan proses yang berbeda. Masing –
masing tahapan proses tersebut memiliki tingkat keadaan temperatur yang berbeda
pula. Berikut merupakan empat tahapan proses yang terjadi pada sistem gasifikasi
tersebut :
Proses pengeringan bahan bakar
Proses pirolisis
Proses reduksi, dan
Proses pembakaran (oksidasi)
Masing – masing tahapan proses tersebut terjadi pada bahan bakar biomassa di
dalam reaktor gasifikasi yang berbeda zona-nya tergantung perbedaan temperatur
yang ada pada biomassa yang terbakar tersebut. Gambar 3 berikut menunjukkan
skema sebuah gasifier updraft dengan zona yang berbeda dan suhu masing-masing
(Rajvanshi, 2014)..
18
Gambar 2.2 Skema zona untuk tiap tahap proses gasifikasi pada sistem updraft
2.3 Kebutuhan Udara Pada Proses Gasifikasi
Jika susunan bahan bakar diketahui, maka dapat dihitung jumlah kebutuhan
udara pembakaran untuk pembakaran sempurna. (Djokosetyardjo, 1989)
Karbon (C) terbakar sempurna menjadi CO2 menurut persamaan :
C + O2 CO2 ………………………………….……………….. (8)
12 kg C + 32 kg O2 44 kg CO2
1 kg C + 32/12 kg O2 44/12 kg CO2
1 kg C + 2,67 kg O2 3,67 kg CO2
Hidrogen (H) terbakar sempurna menjadi H20 menurut persamaan :
4 H + O2 2H2O …………………………….………….…….. (9)
4 kg H + 32 O2 36 kg H2O
1 kg H + 8 kg O2 9 kg H2O
Untuk pembakaran sempurna 1 atom karbon (C) akan membutuhkan sejumlah 2,67
kg Oksigen (O2) dan 1 atom Hidrogen akan membutuhkan sejumlah 8 kg Oksigen
(O2). Berbeda pada proses gasifikasi, untuk dapat terjadinya serangkaian proses gas
19
produser gasifikasi, hanya memerlukan 20% - 40% dari pembakaran sempurna
(stoikiometri). Setiap 1 atom karbon (C) pada proses gasifikasi akan membutuhkan
sejumlah 0,53 – 1,06 kg Oksigen (O2) dan 1 atom Hidrogen akan membutuhkan
sejumlah 1,6 – 3,2 kg Oksigen (O2). Terlihat pada table 2.3 diatas, karena ketiga
bahan bakar biomassa yang digunakan memiliki jumlah atom C dan H yang berbeda,
maka kebutuhan udara gasifikasi per satu satuan massa bahan bakarnya juga akan
berbeda pula.
2.4 Analisis Energi Kalor Pada Proses Sterilisasi
Prinsip sederhana dari proses sterilisasi kumbung dengan menggunakan
tungku tradisional tersebut sebenarnya adalah merupakan serangkaian proses
perubahan / perpindahan kalor dari energi bahan bakar kayu menjadi energi uap panas
dan kemudian dipindahkan ke media tanam jerami dan ruangan kumbung. Proses ini
dapat dianggap sebagai proses yang terjadi pada kesetimbangan energi pada boiler.
Gambar berikut merupakan ilustrasi dari penjelasan perpindahan kalor yang terjadi
pada proses sterilisasi kumbung jamur merang tersebut, yaitu :
Gambar 2.3 Analisis perpindahan energi kalor pada proses sterilisasi
menuju
kumbung (QL) QH2O
Nyala api
pembakaran Qf (biomassa)
Drum
penampung air
20
Energi yang terkandung pada bahan bakar biomassa di konversi menjadi
energi kalor (panas) melalui proses pembakaran pada tungku/kompor. Energi kalor
hasil pembakaran biomassa tersebut (Q fuel = Qf) kemudian digunakan untuk
memanaskan air sehingga temperatur air mengalami kenaikan dan kemudian
mengubah fasa air tersebut menjadi uap. Energi kalor yang tersimpan pada uap panas
tersebut (QH2O) kemudian disalurkan ke kumbung dimana pada kumbung tersebut
terdapat beban kalor berupa media tanam jerami dan disebut sebagai beban kalor
media tanam (Q load = QL). Media tanam jerami yang ada di dalam kumbung tersebut
akan mengalami kenaikan temperatur akibat dari perpindahan kalor dari energi uap
panas yang bertemperatur tinggi ke media tanam jerami tersebut yang bertemperatur
lebih rendah dan akan mengalami kesetimbangan kalor pada titik temperatur tertentu
sehingga temperatur kumbung tersebut dapat dipertahankan pada kondisi temperatur
tersebut.
Potensi energi kalor yang terkandung pada bahan bakar biomassa (Qf) tersebut
dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut ini, yaitu (Keating, 2007) :
............................................................................ (10)
Dimana :
= energi kalor hasil pembakaran bahan bakar biomassa, (kJ)
= massa bahan bakar biomassa yang terbakar selama pembakaran, (kg)
HHV = nilai kalor pembakaran bahan bakar biomassa tiap satuan massa, (kJ/kg)
Rumus yang digunakan pada persamaan (10) diatas merupakan potensi energi kalor
yang terkandung pada bahan bakar biomassa (Qf) dalam satuan energi totalnya (joule).
Potensi energi kalor yang terkandung pada bahan bakar biomassa tersebut dinyatakan
21
dalam satuan energi totalnya (joule), dapat juga dinyatakan dalam satuan daya (watt)
yaitu menggunakan rumus berikut ini, (Keating, 2007) :
............................................................................ (11)
Dimana :
= laju kalor hasil pembakaran bahan bakar biomassa, (kW)
= laju massa bahan bakar biomassa yang disuplai pada pembakaran, (kg/s)
HHV = nilai kalor pembakaran bahan bakar biomassa tiap satuan massa, (kJ/kg)
Proses selanjutnya yang terjadi pada boiler adalah pemanasan sensibel dan
penguapan laten, maka untuk mengetahui berapa laju kalor yang diterima oleh air
dapat dihitung dengan dengan dua cara, yaitu menghitung laju kalor sensibel dan atau
laju kalor latennya. Persamaan yang digunakan untuk menghitung laju kalor sensibel
pada air dapat menggunakan persamaan asas Black, yaitu :
…………………………………………… (12)
Dimana :
QS.H2O = laju kalor sensibel yang terpakai untuk memanaskan air (kJ)
= massa air yang dipanaskan, (kg)
= kalor jenis air, (= 4,19 kJ/kgoC)
= temperatur air pada kondisi awal (kondisi lingkungan), (oC) dan
= temperatur air pada kondisi akhir (kondisi cair jenuh), (oC)
22
Persamaan diatas adalah utnutk menghitung kelor pemanasan sensibel pada
air, sedangkan untuk menghitung energi kalor laten penguapan air (QH2O) dapat
dihitung melalui persamaan berikut ini (Keating, 2007) :
……………………………………………… (13)
Dimana :
= Jumlah kalor yang terpakai untuk memanaskan air (kJ)
= massa uap air yang diperoleh, (kg)
= nilai kalor laten penguapan air pada kondisi jenuh, (kJ/kg)
Setiap energi kalor yang dihasilkan pada pembakaran bahan bakar biomassa
tersebut tidak seluruhnya digunakan untuk memanaskan dan menguapkan air dalam
tangki. Ada sebagian energi kalor yang terbuang ke lingkungan dalam bentuk panas,
maka besarnya efisiensi pembakaran pada tungku tersebut (efisiensi boiler = )
dapat dihitung dengan membandingkan transfer energi yang ada pada uap panas
tersebut ( dengan energi yang dikeluarkan oleh bahan bakar biomassa yang
terbakar ( tersebut, yaitu sebagai berikut (Keating, 2007) :
………………………..………………………………. (14)
Dimana :
= efisiensi pembakaran boiler pada kompor biomassa
= jumlah transfer kalor yang terdapat pada uap panas (kJ)
= energi kalor hasil pembakaran bahan bakar biomassa, (kJ)
Beban kalor yang ada pada ruangan kumbung (Q load, ) adalah merupakan
beban pemanasan sensibel media tanam jamur (jerami) yang ada pada ruang
23
kumbung. Untuk menghitung beban pemanasan sensibel tersebut dengan
menggunakan rumus azas Black sebagai berikut :
………………………………………… (15)
Dimana :
= beban pemanasan sensibel media tanam jamur pada kumbung (kJ)
= massa media tanam jamur (jerami) yang dipanaskan, (kg)
= nilai kalor jenis media tanam jamur (jerami) ( kJ/kg◦C), dan
= selisih temperatur media tanam sesudah dan sebelum pemanasan (◦C)
Ada sebagian energi kalor yang hilang dalam proses transfer panas yang
terjadi dari energi kalor laten penguapan air pada tangki menuju pipa uap uap air
terus sampai ke media tanam jamur akibat adanya kebocoran udara pada kumbung
(eksfiltrasi). Sebagian energi kalor uap tersebut dipindahkan ke lingkungan sekitar
kumbung, dan dapat dikatakan bahwa dalam hal ini terdapat efisiensi dalam proses
transfer panas tersebut. Besarnya beban pemanasan sensibel media tanam jamur yang
ada di kumbung ( ) tersebut dapat dirumuskan melalui persamaan efisiensi berikut :
………………………….…… (16)
Dimana :
= beban pemanasan sensibel media tanam jamur yang ada di kumbung (kJ)
= jumlah energi kalor laten penguapan air (kJ)
= faktor kehilangan panas pada tangki air dan pipa uap
= faktor kehilangan akibat kebocoran udara pada kumbung (eksfiltrasi)
= Energi kalor uap panas keluar pipa pada kumbung
24
2.5 Konsep Boiler Dengan Kompor Gasifikasi Biomassa
Salah satu aplikasi gasifier yang telah dibuat untuk skala kecil rumah tangga
adalah dalam bentuk kompor gasifikasi biomassa. Kompor ini dibuat dengan desain
tertentu sehingga dapat menerapkan sistem pembakaran dengan udara yang terbatas
sehingga gas produser yang mudah terbakar (proses gasifikasi) dapat dihasilkan dari
pembakaran pada kompor biomassa ini. Berikut ini merupakan gambar rancangan dari
kompor gasifikasi biomassa yang telah dibuat tersebut :
Gambar 2.4 Skema proses gasifikasi pada kompor biomassa
Bahan bakar biomassa yang ada di bagian tengah kompor dibakar dengan
nyala api awal dengan bantuan minyak/spiritus sehingga terjadi proses pembakaran
pada bagian atas biomassa. Pembakaran terus berlanjut namun karena supplai udara
yang mengalir dari bawah kompor sedikit, maka pembakaran yang terjadi pada ruang
bakar tersebut menjadi tidak sempurna dan proses gasifikasi pun terjadi dengan
menghasilkan gas produser yang mudah terbakar. Gas produser yang dihasilkan dari
biomassa tersebut menguap ke bagian atas dan ke samping lalu menuju ke ruang
bakar hingga akhirnya terbakar dan proses pembakaran tersebut berlangsung terus
menerus dengan gas produser hasil gasifikasi tersebut. Panas yang dihasilkan dari
Supplai udara
masuk
Gas produser hasil
gasifikasi Bahan bakar
biomassa
Ruang
pembakaran
25
pembakaran gas hasil gasifikasi tersebut kemudian digunakan untuk memanaskan air
yang ada dalam panci sampai pada titik temperatur jenuh 100oC, lalu kemudian
menguapkannya. Uap panas inilah yang dialirkan ke dalam kumbung dan digunakan
untuk sterilisasi media tanam jamur merang (jerami) yang berada di dalam kumbung
tersebut.