SKRIPSI

PENGARUH KOMPOSISI BIOMASSA SERBUK KAYU DAN BATU

BARA TERHADAP PERFORMANSI PADA CO-GASIFIKASI

SIRKULASI FLUIDIZED BED

Oleh :

I KETUT WIJAYA

NIM : 1119351025

JURUSAN TEKNIK MESIN NON REGULER

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS UDAYANA

2015

Pengaruh Komposisi Biomassa Serbuk Kayu Dan Batubara

Terhadap Performansi Pada Co-Gasifikasi Sirkulasi Fluidized Bed

Oleh

:I Ketut Wijaya,

Pembimbing : Prof. I Nyoman Suprapta Winaya,ST.MASc.Ph.D

I Wayan Widhiada,ST.MSc.Ph.D

Abstrak

Teknologi co-gasifikasi circulating fluidized bed adalah pengkonversian dua campuran bahan bakar padat terfluidakan secara thermokimia menjadi bahan bakar gas mudah terbakar.

Proses ini memerlukan sekitar 50% udara pembakaran. Batubara adalah sumber energi fosil yang paling siap untuk menggantikan peran minyak bumi sedangkan serbuk kayu adalah

biomassa yang dapat digunakan sebagai sumber energi ramah lingkungan. Reaktor Gasifier circulating Fluidized Bed yang digunakan untuk penelitian berdiameter

96cm dengan tinggi 162cm dan ketebalan 3 mm dengan bahan plat stainless steel sc 20.

Komposisi campuran bahan bakar yang digunakan adalah 30% batu bara: 70% serbuk kayu dengan membandingkan hasil tanpa system circulating fluidized bed. Temperatur operasi dalam

penelitian ini adalah 600 0C. Hasil dari pengujian, didapatkan kandungan CO tertinggi dihasilkan pada system

circulating fluidized bed . Hal ini disebabkan karena komposisi bahan bakar biomassa serbuk

kayu yang lebih banyak dari batubara. Persentase kandungan CH4 yang didapat dari hasil

peneliatian juga meningkat pada variasi komposisi campuran bahan bakar 30% batubara dan 70% serbuk kayu.

Kata Kunci : Gasifier circulating Fluidized Bed, Campuran Batubara dan serbuk kayu,co- gasifikasi,Temperatur operasi

THE EFFECT OF COMPOSITION BIOMASS SAWDUST

MIXTURE AND COAL FUEL WITH PERFORMANCE OF

CIRCULATING FLUIDIZED BED GASIFIER

Author

Guidence

:I Ketut Wijaya,

: Prof. I Nyoman Suprapta Winaya,ST.MASc.Ph.D

I Wayan Widhiada,ST.MSc.Ph.D

ABSTRACT

Co-gasification circulating fluidized bed technology is the conversion process of two

mixed solid fuel into combustible gas thermochemically. This process requires about 50% of air combustion. Coal is the most effective fossil energy source to replace petroleum, while saw dust is a biomass that can be used as an eco-energy source. Circulating Fluidized Bed Gasifier reactor used for the research had 96cm diameter with162cm height and 3 mm thickness with 20 sc stainless steel plate. The fuel mixture composition 30% coal : 70 % saw dust. By comparing the gas and temperature result without circulating system versus with circulating fluidized bed.

The temperature of this study was 600 C. The results of the test, obtained the highest content of CO produced by composition of 30% coal and 70% saw dust. This was because the saw dust fuel composition was more than coal. The percentage of the CH4 also higher contained in the fuel composition of 30% coal and 70% saw dust.

Key words: Co-Gasification, Temperature of Operation, Circulating Fluidized Bed Gasifier, Mixture of Coal and Saw dust.

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmat-

Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “PENGARUH KOMPOSISI

BIOMASSA SERBUK KAYU DAN BATU BARA PADA CIRCULATING FLUIDIZED BED

GASIFICATION”.

Dalam penyusunan skripsi ini penulis tidak sedikit mendapat bantuan dari berbagai pihak,

untuk itu penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar – besarnya kepada :

1. Bapak Prof. I Nyoman Suprapta Winaya,ST.,MASc.,PhD., selaku Ketua Jurusan

Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Udayana, Pembimbing Akademik dan

sekaligus sebagai Dosen Pembimbing I dalam penulisan proposal skripsi ini.

2. Bapak I Wayan Widhiada, ST., MSc.,Ph.D selaku Dosen Pembimbing II dalam

penulisan skripsi ini.

3. Bapak/Ibu dosen serta staf pegawai Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik,

Universitas Udayana.

4. Keluarga, rekan – rekan saya yang berada di Fakultas ataupun diluar Fakultas, serta

semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian skripsi ini.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini jauh dari kesempurnaan mengingat keterbatasan

pengetahuan dan referensi yang penulis miliki. Oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat

membangun sangat penulis harapkan dari berbagai pihak. Sekali lagi penulis mengucapkan

banyak terima kasih dan penulis mohon maaf apabila terdapat kekurangan atau kesalahan dalam

penulisan skripsi ini.

Denpasar , April 2015

Penulis

DAFTAR ISI

LEMBAR PERSETUJUAN………………………………………………………………..i

LEMBAR PENGESAHAN………………………………………………………………..ii

HALAMAN PERNYATAAN ............................................................................................. iii

ABSTRAK…………………………………………………………………………………iv

ABSTRCT…………………………………………………………………………………..v

KATA PENGANTAR ......................................................................................................... vi

DAFTAR ISI……………………………………………………………………………….vii

DAFTAR GAMBAR………………………………………………………………………x

DAFTAR TABEL………………………………………………………………………….xi

LAMPIRAN………………………………………………………………………………..xii

BAB I PENDAHULUAN.................................................................................................... 1

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

Latar Belakang ................................................................................................ 1

Rumusan Masalah ............................................................................................ 3

Batasan Masalah............................................................................................... 3

Tujuan Penelitian.............................................................................................. 4

Manfaat Penelitian............................................................................................ 4

BAB II TEORI DASAR ..................................................................................................... 5

2.1

2.2

2.3

2.4

2.5

Energi Batubara................................................................................................ 5

2.1.1 Pengertian Batubara ............................................................................... 5

2.1.2 Analisa Batubara .................................................................................... 5

Biomassa .......................................................................................................... 9

2.2.1 Pengertian Biomassa.............................................................................. 9

2.2.2 Serbuk Kayu........................................................................................... 9

2.2.3 Komposisi Biomassa.............................................................................. 10

2.2.4 Pemanfaatan Energi Biomassa............................................................... 12

2.2.5 Produk Biomassa ................................................................................... 15

Pasir Silika........................................................................................................ 16

Gasifikasi.......................................................................................................... 16

2.4.1 Teknologi Co-Gasifikasi ....................................................................... 17

2.4.2 Reaktor Gasifikasi.................................................................................. 18

2.4.3 Dasar Proses Gasifikasi.......................................................................... 25

2.4.4 Parameter-Parameter Penting dalam Proses Gasifikasi ......................... 28

2.4.5 Efisiensi Gasifikasi ................................................................................ 29

Fluidisasi .......................................................................................................... 31

2.5.1 Karakteristik Fluidisasi .......................................................................... 31

2.5.2 Jenis-Jenis Fluidisasi............................................................................... 31

2.5.3 Rumus-Rumus Umum Fluidisasi............................................................ 32

2.5.4 Ruang Fraksi Kosong (voidage) ............................................................. 32

2.5.5 Kecepatan Minimum Fluidisasi (Umf)..................................................... 34

2.5.6 Ekspansi Ketinggian Hamparan Fluidisasi (∆Ha) ................................... 33

2.6 Pembakaran Bahan Bakar ................................................................................. 34

2.6.1 Nilai Pembakaran.................................................................................... 35

2.6.2 Jumlah Udara Pembakaran ..................................................................... 36

BAB III METODE PENELITIAN ...................................................................................... 36

3.1

3.2

Lokasi Penelitian dan Lokasi Penyempurnaan Alat ............................................. 36

3.1.1 Lokasi Penelitian.................................................................................... 36

3.1.2 Lokasi Penyempurnaan Alat .................................................................. 36

Variabel Penelitian ........................................................................................... 36

3.3 Alat dan Bahan Penelitian …………………………………………………. 38

3.3.1 Bahan Penelitian .................................................................................... 38

3.3.2 Peralatan yang Digunakan ..................................................................... 39

3.4

3.5

3.6

3.7

Metode Pengambilan dan Pengolahan Biomassa Serbuk Kayu ....................... 42

Pengujian Analysis Proximate Batubara dan Biomassa Serbuk Kayu ............. 42

Prosedur Penelitian........................................................................................... 43

3.6.1 Tahap Pengujian..................................................................................... 45

Rancangan Penelitian ....................................................................................... 46

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................ 48

4.1

4.2

Kebutuhan Udara Gasifikasi Serbuk Kayu dan Batubara .................................... 48

4.1.1 Kebutuhan Udara Serbuk Kayu ............................................................. 48

3.1.2 Analisis Kebutuhan Udara Batubara...................................................... 49

Data Pengujian ................................................................................................. 51

4.2.1 Hasil Analisis Ultimate dan Proximate Serbuk Kaya dan Batubara……51

4.2.2 Hasil Pengujian Nilaai Kalori Serbuk Kayu dan Batubara……………...52

4.3 Data Hasil Penelitian …….…………………………………………………. 53

4.4

4.5

4.6

Pengolahan Data Hasil Penelitian .................................................................... 54

4.4.1 Menghitung Fuel Consumption Rate Actual ......................................... 54

4.4.2 Menghitung Air Fuel Rate Actual.......................................................... 55

4.4.3 Efisiensi Bahan Bakar Gasifikasi……………………………………….57

4.4.4 Kecepatan Minimum Fluidisasi…………………………………………58

Distribusi Temperatur Reaktor ......................................................................... 60

Analisa Data ..................................................................................................... 63

4.6.1 Analisa Waktu Gas Menyala dan Waktu Operasi………………………63

4.6.2 Analisa Variasi Komposisi Bahan Bakar Gas Hasil Gasifikasi………...64

4.6.3 Analisa Perbandingan Variasi Terhadap AFR dan FCR………………. 65

4.6.4 Anallisa Perbandingan Variasi Terhadap Efisiensi……………………...66

BAB V PENUTUP ............................................................................................................. 69

5.1

5.2

Kesimpulan ................................................................................................................ 69 Saran ................................................................................................................. 69

DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................................... 70

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Teknologi Biomassa ......................................................................... 12

Gambar 2.2 Skema Pembentukan Biogas ............................................................ 14

Gambar 2.3 Updraft Gasifier ................................................................................ 18

Gambar 2.4 Downdraft Gasifier .......................................................................... 19

Gambar 2.5 Crossdraft Gasifier .......................................................................... 20

Gambar 2.6 Fluidized Bed Gasifier ..................................................................... 21

Gambar 2.7 Cyclone CFB .................................................................................... 23

Gambar 2.8 Reaktor Entrained Flow ................................................................... 24

Gambar 3.1 Bahan Bakar Batubara ...................................................................... 38

Gambar 3.2 Bahan Bakar Serbuk Kayu ............................................................... 38

Gambar 3.3 Pasir Silika. ....................................................................................... 39

Gambar 3.4 Alat Uji dan Timbangan ................................................................... 43

Gambar 3.5 Skematik Circulating Fluidized Bed Gasifier .................................. 44

Gambar 3.6 Diagram Alir Penelitian ................................................................... 47

Gambar 4.1 Grafik Distribusi Temperatur untuk Variasi I................................... 61

Gambar 4.2 Grafik Distribusi Temperatur untuk Variasi II ................................ 62

Gambar 4.3 Grafik Distribusi Temperatur untuk Variasi III ............................... 62

Gambar 4.4 Grafik Hubungan Antara Variasi Komposisi Bahan Bakar Terhadap

Durasi Operasi, Durasi Mulai Menyala, Durasi Gas Menyala .......... 63

Gambar 4.5 Grafik Perbandingan Variasi Komposisi Bahan Bakar Terhadap

Persentase Kandungan Gas................................................................ 64

Gambar 4.6 Grafik perbandingan variasi Komposisi Bahan Bakar terhadap AFR

dan FCR actual ................................................................................. 66

Gambar 4.7 Grafik Perbandingan Variasi Komposisi Bahan Bakar terhadap

efesiensi bakaryang tergasifikasi ....................................................... 66

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1

Tabel 2.2

Analisis Proximate Batubara ..............................................................

Analisis Ultimate Batubara ................................................................

6

8

Tabel 2.3

Tabel 2.4

Tabel 2.5

Tabel 4.1

Tabel 4.2

Ultimate Analisis of Biomassa ........................................................... 11

Kelebihan dan Kelemahan Gasifier .................................................... 17

Aspek Teknis Gasifikasi Menggunakan Fluidized Bed ..................... 21

Kebutuhan Udara Gasifikasi Batubara dan Serbuk Kayu Menurut

Variasi Komposisi Campuran Bahan Bakar........................................ 51

Hasil analisa Ultimate Prosentase Kandungan C,H,O,N,S ................. 52

Tabel 4.3 Hasil Analisa Proximate (Moisture) Bahan Bakar .............................. 52

Tabel 4.4 Hasil Pengujian Nilai Kalor Serbuk Kayu dan Batubara ..................... 53

Tabel 4.5 Data Hasil Penelitian............................................................................ 54

Tabel 4.6 FCR aktual dari masing-masing variasi komposisi campuran bahan

bakar..................................................................................................... 55

Tabel 4.7 AFR aktual dari masing-masing variasi komposisi campuran bahan

bakar..................................................................................................... 57

Tabel 4.8 Efisiensi bahan bakar yang tergasifikasikan masing-masing variasi ... 58

Tabel 4.9 Perbandingan persentase kandungan gas disetiap variasi .................... 64

LAMPIRAN

Halaman

Hasil uji lab forensic Poltabes Denpasar ...............................................................

Lampiran 1: Distribusi temperature serbuk kayu 50% : batubara 50% ..................

Lampiran 2 : Distribusi temperature serbuk kayu 60% : batubara 40% ..................

Lampiran 3: Distribusi temperature serbuk kayu 70% : batubara 30% ...................

Foto dokumentasi ...................................................................................................

72

80

86

91

9