studi awal gasifikasi serbuk kayu pada open top

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-25

STUDI AWAL GASIFIKASI SERBUK KAYU PADA OPEN TOPSTRATIFIED DOWNDRAFT GASIFIER

Fajri Vidian1, a*, , Hasan Basri2 , Alfentri Lingga Safutra3

1,2,3Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sriwijaya

Jl Palembang-Prabumulih KM 32, Ogan Ilir (OI), Sumatera Selatana* [email protected]

Abstrak

Penelitian ini dilatar belakangi oleh banyaknya limbah serbuk kayu di Sumatera Selatan,khususnya disekitar Universitas Sriwijaya, Inderalaya Ogan Ilir dan kemudahan pembuatanserta operasi gasifier tipe open top stratified downdraft untuk menghasilkan gas mampubakar (combustible gas). Penelitian dilakukan dengan tujuan mengetahui karakteristikpengoperasian gasifier, stabiltas gas yang dihasilkan serta nilai equivalensi rasio (ER) prosesgasifikasi. Pengujian dilakukan di Laboratorium Konversi Energi, Jurusan Teknik Mesin,Fakultas Teknik, Universitas Sriwijaya. Peralatan pengujian yang digunakan adalah sistemgasifikasi berupa reaktor gasifikasi tipe downdraft tanpa daerah pengecilan (stratified) denganbagian atas tanpa tutup (open top). Peralatan sistem gasifikasi dilengkapi dengan sistempembersih gas berupa siklon, spray tower dan filter. Udara pembakaran dihisap menggunakanblower. Proses pemasukkan bahan bakar dilakukan dengan sistem kontinyu. Hasil pengujianmenunjukkan : proses gasifikasi berlangsung pada laju pemakaian bahan bakar lebih kurang 5kg/jam, jumlah udara pembakaran yang digunakan 8,9 kg/jam, gas mampu bakar dapatdiperoleh setelah operasi berlangsung lebih kurang 15 menit setelah start-up. Gas mampubakar diperoleh pada kondisi semua zona proses gasifikasi tersedia (zona pengeringan,flaming pirolisis, reduksi). Tinggi total daerah flaming pirolisis dan daerah reduksi daribagian bawah reaktor lebih kurang 35 cm. Ketinggian daerah pengeringan lebih kurang 5 s/d10 cm. Stabilitas gas diperoleh lebih kurang 67 menit. Dengan nilai equivalensi rasio antara0,17 s/d 0,36.

Kata Kunci : Gasifikasi, serbuk kayu, open top, stratified, downdraft, gasifier.

1. PendahuluanDalam upaya mengatasi kebutuhan

energi yang meningkat dan sumber energifosil yang terbatas maka diperlukanmencari sumber energi alternatif yangdapat menyediakan sumber energi secaraterus menerus. Energi tersebut adalahsumber energi yang dapat diperbaharui.Sumber energi yang dapat diperbaharuiantara lain angin, air, sinar matahari danbiomassa [1,2]. Sumber biomassa yangtersedia di Indonesia berupa sekam padi,ampas tebu, batok kelapa, batang jagung,cangkang sawit, tandan kosong kelapasawit, kayu limbah pengergajian dan kayu

limbah regenerasi kebun karet, daun-daunan dan lain-lain. Sistem teknologipemanfaatan biomassa untuk menghasikanenergi saat ini dilakukan dengan sistimpembakaran langsung pada boiler yaitupemanfaatkan panas yang dihasilkan untukmenghasilkan uap, selanjutnya uapdimanfaatkan untuk menggerakkan turbinuap sebagai pembangkit listrik. Sistimpembakaran langsung memiliki kelemahanpada efisiensi pengkompersian yangrendah serta masalah polusi lingkunganyang dihasilkan.


KE-25

Gasifikasi menawarkan gabunganefisiensi, fleksibilitas dan keramahanterhadap lingkungan, keseluruhan haltersebut sangat penting dalam memenuhikebutuhan energi yang akan datang.Gasifikasi adalah suatu proses termokimiayang mengubah bahan bakar padat menjadigas mampu bakar (bahan bakar gas) didalam suatu reaktor yang disebut gasifier.

Pemanfatan tekonologi gasifikasiuntuk mengkomversikan biomassa menjadienergi terkadang mengalami hambatanpada pengoperasian sistem gasifier secarakonvesional. Pengoperasian updraftgasifier secara konvensional akanmenemui hambatan pada saat pemasukkanbahan bakar dimana tekanan gas keluarreaktor sangat besar disamping jumlah taryang dihasilkan besar. Penggunaan imbertdowndraft gasifier sering mengalamihambatan dimana aliran bahan bakarterutama biomassa didalam tidak lancarkarena adanya daerah pengecilan (throat)pada bagian tengah reaktor. Open topstratified downdraft gasifier merupakansalah tipe gasifier yang dapat mengatasipermasalahan-permasalahan diatas.

Penelitian bertujuan untukmengetahui karakeristik operasi gasifikasibiomassa serbuk kayu, stabilitas gas dannilai equivalensi rasio proses. pada opentop stratified downdraft gasifier.

2. Metodologi Penelitian

Penelitian dilakukan padaLaboratorium Konversi Energi, JurusanTeknik Mesin, Univesitas Sriwijaya. Opentop stratified downdraft gasifier dengantinggi 63 cm dan diameter 23 cm daribahan stainless stell dilengkapi dengansistem pembersih gas yang terdiri darisiklon, spray tower dan filter digunakandalam penelitian ini (Gambar 1). Untuk

menjamin bahan bakar dapat turun denganteratur didalam reaktor maka digunakanmekanisme grade yang dapat diputar(rotating grade)

Bahan Bakar yang digunakan padapenelitian ini adalah serbuk kayu dengananalisa ultimat terlihat pada Tabel 1.Serbuk kayu dan udara masuk dari bagianatas reaktor. Proses pengujian dilakukandengan sistem kontinyu. Sebuah blowerhisap digunakan untuk menarik udara kedalam reaktor. Kapasitas penuh reaktormemuat lebih kurang 1,5 kg serbuk kayu.Proses pemasukkan bahan bakar dilakukansecara kontinyu. Laju pemakaian udaradiukur menggunakan flat orifis denganpembacaan manometer pipa U.

Gambar 1. Sistem Gasifikasi dan SistemPembersih Gas

Tabel 1 Analias Ultimat

Namaunsur

%berat

C 56,31%

H 7,78%

O 34,73%

N 1,06 %

Sumber [3]


KE-25

3. Hasil dan Diskusi

3.1. Zona Gasifikasi

Hasil pengujian memperlihatkangas mampu bakar baru dapat diperolehketika kondisi reaktor sudah sangat panas.Dimana untuk mendapatkan kondisireaktor panas tersebut diperlukan kuranglebih waktu 20 menit. Zona gasifikasi(Pengeringan, flaming pyrolysis, reduksi)harus terbentuk terbentuk terlebih dahuluagar gas mampu bakar dapat dinyalakan.Hal ini dapat terlihat jika tidak terdapatbahan bakar yang belum terbakar padalapisan flaming pirolisis maka gas mampubakar yang dihasilkan akan berhenti.Penjagaan stabilitas zana pengeringan ataubahan bakar belum terbakar sangatmenentukan kontinuitas gas yangdihasilkan. Hasil pengujian menunjukkandaerah flaming pirolisis terjadi pada jarak± 5 s/d 10 cm dari posisi udara masuk ataupada tinggi zona pengeringan 5 s/d 10 cm(Gambar 2(a)) dimana hasil ini tidak jauhberbeda dengan hasil Bario dkk (2001) [4].Bahan bakar akan cepat terkonsumsi olehpada pada proses flaming pyrolisissehingga harus segera ditambah sebelumsemua bahan bakar terkonsumsi habis padaposisi zona pengeringan [5]. Hasilpengujian menunjukkan jika semua daerahpada bagian atas reaktor telah menjadidaerah flaming pyrolysis maka gas mampubakar tidak dapat dinyalkan lagi sehinggapenambahan bahan bakar harus segeradilakukan sebelum daerah pyrolysis mulaitampak seperti pada Gambar 2(b). Panjangjarak terjadinya flaming pyrolisis dariposisi udara dan bahan bakar masuksangat tergantung dengan jumlah volatileyang dikandung oleh bahan bakar semakinbanyak volatile akan mempercepat prosesflaming pyrolysis pada kondisi kandunganair yang sama. Kayu memiliki volatile

matter lebih besar dari 60 % sehinggatemperatur ignition berkisar ± pada suhu500 0C [6] dimana pada pada temperaturtersebut semua volatile matternya telahlepas dari permukaan bahan bakar. Totaltinggi daerah flaming pyrolysis dan daerahreduksi ± 35 cm dari bagian bawah reaktor,hasil pengujian tidak jauh berbeda denganbeberapa pengujian sebelumnya yang telahdilakukan oleh Bario dkk, 2001 [4].

(a) (b)

Gambar 2. (a) Tinggi daerah flamingpyrolysis ; (b) Tampak atas posisi daerahpengeringan dan daerah flaming pyrolysis

3.2. Equivalensi Rasio Proses Gasifikasi

Equivalensi rasio adalah satuparameter kinerja proses gasifikasi yangmengambarkan persentase udara yangdigunakan dari total jumlah udarastoikiometri. Secara teoritis equivalensirasio untuk proses gasifikasi berkisarantara 0,2 s/d 0,4 udara stoikimetri. Hasilpengujian menunjukkan pada kondisi gasyang dihasilkan dapat dinyalakan nilaiequivalensi rasio antara 0,17 s/d 0,36


KE-25

(Gambar 4) dimana nilai mendekati nilaiteori yang ada serta tidak jauh berbedadengan hasil eksperimen oleh Jain dkk,(2000) [7]. Bervariasinya nilai equivalensirasio ini disebabkan oleh ukuran dariserbuk yang tidak seragam serta bahanbakar turun di dalam reaktor juga belumseragam sehingga menyebabkan flamingpyrolisis juga berbeda walaupun dengansuplai udara yang hampir sama. Akibatkondisi tersebut laju pembakaran jugatidak sama antara pengujian yang satuterhadap pengujian yang lainnya. Nilaiequivalensi rasio untuk konvensionalstartified downdraft gasifier dapatmencapai 0,45 [7,8].

Gambar 4. Nilai equivalensi rasio padabeberapa pengujian

3.3. Stabilitas Gas .

Stabilitan gas juga sangatditentukan oleh penjagaan kondisi daerahpengeringan pada bagian atas reaktor sertakestabilitas zona-zona yang lain.Pemutaran grade reaktor juga sangatmempengaruhi kestabilitasan gas, hal inidisebabkan dengan pemutaran grade makabahan bakar akan turun merata dalam

reaktor. Secara umum perbandingandengan waktu operasi dan durasi gas dapatmenyala hampir sama berkisar ± 10 : 7untuk setiap pengujian seperti ditunjukkanpada Gambar 5. Rata – rata nyala gas ± 67menit yang divisulisasikan oleh flare hasilpembakaran gas yang meyala terus. tampaberhenti setelah disulut. Nyala gas hasilgasifikasi diperlihatkan pada Gambar 6.

Gambar 5. Perbandingan waktu operasiterhadap durasi gas menyala

Gambar 6. Nyala pembakaran gas hasilGasifikasi


KE-25

4. Kesimpulan

Dari hasil pengujian skala laboratoriumgasifikasi serbuk kayu pada open topthroatless downdraft gasifier diperolehbeberapa hasil-hasil penting.

1. Karakteristik operasi gasifier yaitu lajupemakaian bahan bakar ± 5 kg/jam, gasmampu nyala diperoleh setelah operasiberjalan ± 15 menit jarak daerahflaming pyolisis dari posisi udaramasuk lebih kurang 5- 10 cm.

2. Proses gasifikasi berlangsung padadaerah nilai equivalensi rasio antara0,17 s.d 0.36

3. Stabiliatas gas diperoleh rata – rata ±67 menit, dengan perbandingan anataralama waktu operasi terhadap durasinyala gas adalah 10 : 7.

Ucapan Terimah KasihPenulis mengucapkan Terimah KasihKepada Rektor Universitas Sriwijayamelalui Lembaga Penelitian UniversitasSriwijaya yang telah membiayai penelitianini melalui Hibah Unggulan KompetitipTahun 2015, Bidang EnergiBaru/Terbarukan.

Referensi

[1]. Nair. S.A, Pemen. AJM, Yan K, VanCombel FM, Van Leuken. HEM, VanHeeseeti EJM, Tar Removal fromBiomass Derived Fuel Gas by PulsedCorona Discharge, Elivier, FuelProcessing Technology 84 (2003) 161– 173.

[2]. Bridgwater,AV., Thermal Processingof Biomass for Fuels and Chemical,Paper,. 6th Asia- Pacific InternationalSymposium on Combustion andEnergy Utilization (2002).

[3]. Laohalidanond. K, Heil. Jürgen,Wirtgen. C, The Production ofSynthetic Diesel from Biomass (2006),Vol 6 No 1 Jan – Jun.

[4]. Barrio. M, Fossum. M, Hustad J.E,Operational Characteristics of a SmallScale Stratified Downdraft Gasifier,

Six International ConferenceTechnology and Combustion for CleanEnvironment (2001).

[5]. Reed. T.B, Das. A, Hand Book ofBiomass Downdraft Gasifier EngineSystem, Solar Energy ResearchInstitute, Golden Colorado. 1988,

[6]. Spliethoff.bH, Power Generation fromSolid Fuel, Springer -Verlag BerlinHeidel Berg, 2010.

[7]. Jain. A.K, Gross. J.R,“ Determinationof Reactor Scaling Factor forThroaless Rice Husk Gasifier‘‘,Biomass and Bioenergy 18 (2000) 249– 256.

[8]. Barrio. M, Fossum. M, Hustad J.E, ASmall Scale Stratified DowndraftGasifeir Coupled to A Gas Engine forCombined Heat and Power Production,Progress in thermochemical BiomassConversion Volume 1 (2001).

studi awal gasifikasi serbuk kayu pada open top

Documents