KARAKTERISASI GASIFIKASI BIOMASSA BRIKET SERBUK KAYU PADA REAKTOR DOWNDRAFT SISTEM KONTINYU DENGAN VARIASI AIR FUEL RATIO (AFR) DAN UKURAN

BIOMASSA

OLEH :

ALIEF KUNTARTO

(2104 100 142)

DOSEN PEMBIMBING :

Dr. Bambang Sudarmanta, ST. MT.

JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA2012

PROPOSAL TUGAS AKHIR – KONVERSI ENERGI

LATAR BELAKANG

Krisis bahan bakar minyak karena cadangan minyak semakin menipis

Peningkatan jumlah penduduk dan kemajuan industrialisasi, kebutuhan bahan bakar meningkat

Diperlukan sumber energi alternatif baru yang lebih murah dan dapat diperbaharui (biomassa)

Biomassa serbuk kayu di Indonesia sedemikian melimpah, namun belum terolah sepenuhnya

Serbuk kayu sangat potensial dijadikan sumber energi alternatif dengan metode konversi energi yang tepat

RUMUSAN MASALAH

Bagaimana mendapatkan variasi rasio udara-bahan bakar (Air Fuel Ratio)

terbaik terhadap gasifikasi biomassa briket serbuk kayu dengan variasi

ukuran biomassa briket serbuk kayu :

Variasi dimensi diameter biomassa :

1. Ukuran diameter briket serbuk kayu 5 cm

2. Ukuran diameter briket serbuk kayu 2,5 cm

TUJUAN PENELITIAN

1. Mendapatkan identifikasi zone-zone proses gasifikasi (Briket Serbuk Kayu).

2. Mendapatkan variasi (AFR) yang tepat dengan variabel ukuran briket

serbuk kayu terhadap :

kosentrasi yang terkandung di dalam produksi syn-gas (Vol.%)

nilai kandungan energi dilihat dari LHV (Lower Heating value) syn-gas

efisiensi gasifikasi

hasil visualisasi nyala api

BATASAN MASALAH

1. Penelitian dan pembahasan Tugas Akhir hanya dilakukan dengan menggunakan model (prototipe) reaktor gasifikasi berkapasitas 5,5 kg, dengan jenis gasifikasi aliran searah (downdraft gasification).

2. Penelitian tidak membahas tentang proses desain model (prototipe) reaktor gasifikasi.

3. Penelitian dilakukan di Laboratorium TPBB Teknik Mesin ITS, sehingga kondisi temperatur, tekanan, kecepatan udara yang digunakan sesuai dengan kondisi setempat dan dianggap konstan.

4. Biomassa yang digunakan adalah briket serbuk kayu dari sisa pengolahan industri mebel di daerah Sukolilo dengan properti yang konstan.

5. Pada penelitian ini tidak dibahas mengenai perpindahan panas secara radiasi dikarenakan media yang dilalui di sekitar reaktor gasifikasi dengan fluida yang bergerak.

BIOMASSA

Adalah bahan organik yang dihasilkan melalui proses fotosintetis, baik berupa produk maupun buangan.

Keuntungan Biomassa :

1. Sumber ENERGI yang dapat diperbaharui

2. Jumlah yang melimpah di Indonesia

3. Mengurangi polusi dan efek rumah kaca

4. Hasil pembakaran biomassa relatif bersih

5. Meningkatkan perekonomian di daerah pedesaan

CONTOH BIOMASSA

Corn Switch grass

Cotton woods

Corn stover

Wood chips Bagasse

Sawdust

GASIFIKASI

Teknologi Proses thermo-kimia yang mengubah segala jenis Biomassa padat

menjadi Flammable Gas CO, H2, dan CH4

PROSES THERMO-KIMIA PADA BIOMASSA

KARAKTERISTIK GASIFIKASI DOWNDRAFT

Tahapan Proses :1. Drying Zone (100 °C – 200 °C) Endoterm → Menghilangkan

Kandungan air

2. Pyrolisis (200 °C – 600 °C) Dekomposisi → Penguraian Volatile

Endoterm → Menyerap Panas

3. Partial Oxidation (600 °C – 1000 °C) Eksoterm → Menghasilkan Panas

4. Reduction (400 °C – 600 °C) Mereduksi CO2 dengan reaksi :

- Water Gas Reaction- Boudouard Reaction- Shift Conversion- Methanation

KESETIMBANGAN ENERGI DAN LAJU ALIR MASSA

Kesetimbangan Massa

Kesetimbangan Energi

Dimana :

Energi Masuk

Energi Keluar

• Efisiensi Gasifikasi

• Heat Loss

JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA2012

qconv = h A (Ts - T)

DV

Re.

PENELITIAN TERDAHULU Catharina Erlich, dkk pada makalahnya yang berjudul ”Downdraft gasification of

pellets made of wood, palm oil residues respective bagasse” di tahun 2011 Dampak dari variasi AF-RATIO, ukuran dan jenis biomassa terhadap cold-gas

efisiensi, ditunjukkan pada grafik di bawah ini :

Gambar Efisiensi gasifikasi sebagai fungsi dari rasio udara-bahan bakar.

Gambar Temperatur gasifikasi sebagai fungsi rasio udara-bahan bakar.

Rasio udara-bahan bakar yang tinggi mengarah ke temperatur gasifikasi yang lebih tinggi dan konversi bahan bakar yang lebih baik, ditunjukkan pada grafik, dimana suhu rata-rata gasifikasi (T8 dalam grafik) ditampilkan sebagai fungsi rasio udara-bahan bakar untuk kayu dan ampas tebu.

PENELITIAN TERDAHULU Penelitian gasifikasi juga telah dilakukan oleh Ferry Ardianto

dengan menggunakan reaktor tipe downdraft sistem batch berbahan baku serbuk kayu tanpa dilakukan pembriketan. Penelitian ini menggunakan 4 variasi rasio udara dan bahan bakar (AFR), serta dua variasi ukuran serbuk kayu yaitu ukuran 1-7 mm dan 10-30 mm.

Hasil dari penelitian ini adalah Nilai Rasio udara-bahan bakar (Air Fuel Ratio) yang terbaik, untuk ukuran panjang serpihan kayu (10-30) mm dan (1-7) mm ditinjau dari efisiensi gasifikasi (%) yaitu pada AFR 0,96. Dimana nilai efisiensi gasifikasi sebesar 67,798 % untuk ukuran panjang serpihan kayu (1-7) mm dan nilai efisiensi gasifikasi sebesar 66,627 % untuk ukuran panjang serpihan kayu (10-30)mm. Berikut gambar distribusi temperatur fungsi waktu pada AFR 0,96 dengan ukuran (1-7)mm dan (10-30)mm.

Gambar Distribusi Temperatur=f(waktu) pada AFR 0,96 dan panjang serpihan kayu (1-7) mm

Gambar Distribusi Temperatur=f(waktu) pada AFR 0,96 dan panjang serpihan kayu (10-30) mm

Serbuk Kayu

Alat Pembriket Briket

SKEMA PENELITIAN

Ts

Pencampuran serbuk kayu dengan perekat

dikeringkan

BAHAN UJI (BIOMASSA) Pada pengujian ini biomassa yang digunakan sebagai bahan baku proses

gasifikasi tipe downdraft adalah briket serbuk kayu. Berikut pengujian propertis

biomassa briket serbuk kayu :

1. Analisa Ultimate :

Dapat diketahui karakteristik kandungan komposisi dari karbon, hidrogen,

nitrogen, belerang, dan oksigen yang dimiliki oleh bahan baku.

2. Analisa Proxymate :

Dianalisa mengenai kadar kandungan moisture bahan bakar, volatil matter, fixed

carbon, dan abu (ash) yang dimilikinya.

3. Analisa Nilai Kalor :

Dianalisa mengenai nilai kandungan kalor (Low Heating Value) yang di uji pada

alat bomb kalorimeter dimana nilai yang keluar dalam bentuk High Heating

Value.

PERALATAN YANG DIGUNAKAN

Alat Ukur

FLOWCHART PENELITIANMULAI ( START )

Pengambilan Biomassa serbuk kayu di industri kayu Keputih

Pengujian Analisa Proximate dan Nilai Kalor ( LHV ) biomassa serbuk

kayu di laboratorium pusat studi Energi dan Rekayasa ITS

Perhitungan Analisa Proximate :1. Volatile Matter2.Moisture3.Ash4. Fixed Carbon5. LHV

Studi Literatur :1. Text Book2. Jurnal

Sortasi Serbuk kayu yang telah diambil

Pencampuran dengan Perekat

Pengempaan

Pengeringan

BRIKET

A

A

Data Awal :1. Temperatu Udara Ambient ( ~ )2.Massa Biomassa Serbuk Kayu

Pengaturan Variasi AFR dengan 4 variasiSerta variasi ukuran biomassa diameter 38-40mm

dan 18-20 mm

PROSES PENGUJIAN GASIFIKASI

Catat Data Proses :1. Distribusi Temperatur pada 5 Titik ( Zona )2. Δ L Manometer V θ 10°3.Massa biomassa serbuk kayu dan waktu operasi Gasifikasi4. Temperatur dinding reaktor dan Visualisa nyala api

Perhitungan :1. Laju Alir Massa Udara yang Masuk ke Throat Reaktor2.Laju Alir massa Biomassa Briket serbuk Kayu3.Rasio Udara Bahan Bakar (AFR)

Pengambilan sampel Syn-gas untuk diuji komposisi kandunagn syn-gas di laboratorium Pusat Studi Energi dan Rekayasa

LPPM

Perhitungan Analisa Nilai Kalor Gas terbakar ( Combustible Gas ) dari Syn-gas :1. Low Heating Value ( LHV ) CO2. Low Heating Value CH43.Low Heating Value H2

Data Akhir :1. Massa ASH

2. Massa CHAR

B

Perhitungan Analisa Nilai Kalor :1.Low Heating Value ASH2.Low Heating Value CHAR

Perhitungan :1. Keseimbangan Massa dengan vole atur kondisi tunak2.Keseimbangan Energi dengan volume atur kondisi tunak3. Efisiensi Gasifikasi4. Heat Loss perpindahan panas dinding reaktor, losses Syn-gas, dan losses – losse lain ( unknown losses )

Pengolahan data berupa grafik dan gambar :1. Distribusi Temperatur = f(Air Fuel Ratio),2. Konsentrasi kandungan Syn-gas = f(Air Fuel Ratio),3.Nilai Kandungan Energi (LHV) Syn-gas = f(Air Fuel Ratio),4. Efisiensi Gasifikasi = f(Air Fuel Ratio),5. Visualisasi Api = f(Air Fuel Ratio)

KESIMPULAN

SELESAI ( FINISH )

B

INPUT OUTPUT

Variabel Tetap Variabel Bervariasi

DiukurDihitung Visualisasi

Sekali Data Proses

Dimensi reaktor Suplai udara masuk

h Manometer T sepanjang reaktor

Analisa proximate Nyala api

Bahan baku briket

Ukuran briket

T udara luar T dinding luar reaktor

LHV biomassa

ṁ briket V Syn-gas ṁ udara

Kadar Perekat briket V udara luar ṁ syngas

h Manometer LHV syngas

Komposisi Syngas Heat Loss

MassaAsh & Char

ηgasifikasi

Sankey Diagram

DESAIN EXPERIMEN

TERIMA KASIHKRITIK DAN SARAN SANGAT SAYA

HARAPKAN DEMI KESEMPURNAAN TUGAS AKHIR

“Jazakumullah khairan katsira. Wabillahittaufik wal hidayah Wassalamu’alaikum warrahmatullahi wabarakatuh.”