karakterisasi proses gasifikasi downdraft berbahan baku ... · 2. proses sampling syngas hasil...

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



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





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



Batasan Masalah



•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



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



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



Teknologi Proses Konversi Biomassa

Synthetic Gas

CO, CO2, H2, dan CH4

Gasifikasi

Pemberian Panas

Oksigen Terbatas

AFR < 1,5

Reaktor Downdraft



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

.



PENELITIAN TERDAHULU



• 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



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.



Aplikasi

Water Pump

Electric Generator

Diesel Engine



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



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



Visualisasi Api Saat Stabil



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



= 43,68 %

Efisiensi Gasifier





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.



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



Kritik dan Saran Sangat Kami HarapkanDemi Kesempurnaan Tugas Akhir

karakterisasi proses gasifikasi downdraft berbahan baku ... · 2. proses sampling syngas hasil...

Documents