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