LAPORAN PENELITIAN
PREDIKSI DAYA BLOWER UNIT GASIFIKASI SEKAM PADI JENIS FIXED BED
Disusun oleh :
Danang Setyo Broto NIM : I0511014
Naf'an NIM : I0511031
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2015
LEMBAR PENGESAHAN
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
FAKULTAS TEKNIK
JURUSAN TEKNIK KIMIA
Nama : 1.Danang Setyo Broto I 0511014
2.Naf'an I 0511031
Judul Penelitian : Prediksi Daya Blower Unit Gasifikasi
Sekam Padi Jenis Fixed Bed.
Dosen Pembimbing : Dr. Sunu Herwi Pranolo
LEMBAR KONSULTASI
Nama : Danang Setyo Broto I0511014
Naf'an I0511031
Judul Penelitian :Prediksi Daya Blower Unit Gasifikasi Sekam Padi
Jenis Fixed Bed.
Tanggal Mulai :
INTISARI
Danang Setyo Broto, Naf'an, 2015, "Prediksi Daya Blower Unit Gasifikasi
Sekam Padi Jenis Fixed Bed", Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik,
Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Pengadaan unit gasifikasi berpotensi membantu masyarakat dalam pemenuhan
kebutuhan energi listrik maupun energi panas.Tetapi, setiap unit gasifikasi
memiliki karakteristik hilang tekan tergantung pada umpan biomassa dan
rangkaian peralatannya.Penelitian ini mempelajari pengaruh karakteristik
hilang tekan unit gasifikasi sekam padi untuk prediksi kebutuhan daya
blower.Kinerja reaktor unggun tetap memerlukan energi berlebih karena
adanya tumpukan biomassa penyebab hilang tekan dan berpengaruh pada
kenaikan kebutuhan energi pengaliran gasifying agent sehingga mengurangi
perolehan energi netto.Biomassa untuk penelitian ini adalah sekam padi
dengan variasi 5 laju alir gas yaitu 15,3; 14,2; 13; 11,3; dan 8,3 m/s, dan
5 variasi tinggi tumpukan biomassa di reaktor gasifikasi yaitu 0; 0,05;
0,1; 0,15; dan 0,2 m. Hasil percobaan pada fixed bed gasifier menunjukkan
bahwa semakin cepat laju alir fluida, maka semakin besar daya blower.Daya
blower di fixed bed gasifier terbesar adalah pada saat laju alir fluida
15,3 m/s dan tinggi tumpukan biomassa 0,2 m yaitu 7,175 W.Penelitian ini
menghasilkan suatu model persamaan untuk prediksi total kebutuhan daya
blower dari unit gasifikasi sekam padi yang terdiri dari: filter 1, filter
2, filter 3, water scrubber, cyclone, dan fixed bed gasifier yang
menunjukkan hubungan antara laju alir dan tinggi tumpukan sebagai berikut:
Pada percobaan ini, kebutuhan daya blower paling besar yaitu ketika laju
alir 15,3 m/s dan tinggi tumpukan 0,2 m yaitu P = 85,013 W dengan rata-rata
ralat sebesar 1,7 %.
Kata kunci: hilang tekan, gasifikasi, sekam padi, daya blower, biomassa
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, sehingga kami
dapat menyelesaikan Penelitian sampai dengan selesainya penyusunan Laporan
Penelitian ini. Pelaksanaan Penelitian dan penulisan Laporan Penelitian
kami tidak akan berjalan lancar tanpa dukungan dan bimbingan dari berbagai
pihak. Untuk itu kami menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya
kepada:
1. Ibu, Ayah, dan Keluarga tercinta atas doa dan dukungan baik secara
moril dan materil.
2. Dr. Sunu Herwi Pranolo selaku Dosen Pembimbing Penelitian yang
senantiasa memberikan pengarahan dalam pengerjaan dan penyusunan Laporan
Penelitian ini.
3. Bapak Wusana Agung Wibowo,S.T.,M.T. yang telah banyak memberikan masukan
yang sangat membantu.
4. Dwi Hantoko, Iddo Fadhlil Ratmana, Nugroho Sunu Pratama, Pamor Satria
Panggraita, dan Risal Rismawan dari Jurusan Teknik Kimia UNS
Surakartayang telah memberikan motivasi dan masukan bagi penulis.
5. Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi Kementerian Pendidikan dan
Kebudayaan yang telah memberikan bantuan dana melalui Program Kreativitas
Mahasiswa sehingga penelitian ini dapat berjalan.
Kami menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari kesempurnaan, oleh
karena itu kami mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun dari
semua pihak demi penyempurnaan laporan ini.
Kami berharap laporan ini dapat bermanfaat bagi semua pihak dan semoga
Tuhan senantiasa memberikan anugerah-Nya pada kita.Amin.
Surakarta, September 2015
Penyusun
DAFTAR ISI
LAPORAN PENELITIAN i
INTISARI iv
KATA PENGANTAR v
DAFTAR ISI vi
DAFTAR TABEL vii
DAFTAR GAMBAR vii
DAFTAR LAMBANG viii
BAB IPENDAHULUAN 1
I.1Latar Belakang Masalah 1
I.2Perumusan Masalah 2
I.3Tujuan Penelitian 3
I.4Manfaat Penelitian 3
BAB IILANDASAN TEORI 4
II.1Tinjauan Pustaka 4
BAB III METODE PENELITIAN 8
III.1 Alat dan Bahan 8
III.2. Pelaksanaan Penelitian 9
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 11
BAB VKESIMPULAN DAN SARAN 17
V.1 Kesimpulan 17
V.2. Saran 17
DAFTAR PUSTAKA 18
LAMPIRAN 19
DAFTAR TABEL
Tabel III.1 Daftar Alat Penelitian…………………………………………………8
Tabel IV.1 Nilai Parameter C1, C2, dan C3…………………………….……………………………..15
DAFTAR GAMBAR
Gambar I.1.Konsumsi Energi Dunia……………………...……….………………1
Gambar II 1.Kerangka pikir penelitian………………………………………........7
Gambar III.1. Skema pengukuran satu alat gasifikasi…………………………… 9
Gambar III.2. Skema rangkaian alat gasifikasi……………….…………………...9
Gambar III.2.Alur pelaksanaan penelitian……………………………………….10
Gambar IV.1. Hubungan antara tinggi tumpukan dengan daya blower pada
filter
1………….............................................................
.................12
Gambar IV.2. Hubungan antara tinggi tumpukan dengan daya blower pada
filter
2………….............................................................
.................12
Gambar IV.3. Hubungan antara tinggi tumpukan dengan daya blower pada
filter
3………….............................................................
.................13
Gambar IV.4. Hubungan antara tinggi tumpukan dengan daya blower pada
water
scrubber……........................................................
.................13
Gambar IV.5. Hubungan antara tinggi tumpukan dengan daya blower pada
cyclone…………......................................................
.......................14
Gambar IV.6. Hubungan antara tinggi tumpukan dengan daya blower pada
gasifier………….....................................................
........................15
DAFTAR LAMBANG
"Lambang " "
"Nama " "
" " "
"Δp " "
"perbedaan tekanan (Pa) " "
" " "
"Δh " "
"perbedaan tinggi cairan manometer pipa U (m) " "
" " "
"ρair " "
"densitas air (kg/m3) " "
" " "
"ρg " "
"densitas udara (kg/m3) " "
" " "
"h " "
"tinggi tumpukan (m) " "
" " "
"Dp " "
"diameter rata-rata partikel (m) " "
" " "
"µ " "
"viskositas gas (kg/m.s) " "
" " "
"g " "
"percepatan gravitasi (m/s2) " "
" " "
"u " "
"kecepatan fluida (m/s) " "
" " "
" " "
"berat spesifik (N/m3) " "
" " "
"z " "
"ketinggian (m) " "
" " "
"Q " "
"panas reaksi (J) " "
" " "
"P " "
"daya (Watt) " "
" " "
"m " "
"massa (kg) " "
" " "
"V " "
"volume (m3) " "
" " "
"A " "
"luas penampang (m2) " "
" " "
"W " "
"daya (Nm/N) " "
" " "
"U " "
"energi dalam (J/kg) " "
" " "
" " "
BAB I
PENDAHULUAN
I.1Latar Belakang Masalah
Semakin lama kebutuhan energi semakin meningkat. Pada Gambar(I.1), dapat
dilihat bahwa konsumsi energi dunia mengalami kenaikan setiap tahunnya.
Sebagian besar penyediaan energi primer saat ini berasal dari bahan bakar
fosil.Agar kebutuhan energi tetap terpenuhi maka sumber energi terbarukan
mulai mendapatkan perhatian.Salah satu sumber energi terbarukan adalah
biomassa.Biomassa adalah materi organik yang berasal dari bahan-bahan
biologis (Brown, 2003).
(BP Statistical Review of World Energy, 2015)
Gambar I.1.Konsumsi Energi Dunia
Ketergantungan masyarakat terhadap bahan bakar fosil sebagai sumber energi
harus segera diatasi karena konsumsi bahan bakar fosil semakin meningkat,
sedangkan sumber bahan bakar fosil sangat terbatas.Selama ini energi yang
paling banyak dimanfaatkan adalah energi yang berasal dari bahan bakar
fosil.Agar kebutuhan energi tetap terpenuhi maka sumber energi terbarukan
mulai mendapatkan perhatian.Salah satu sumber energi terbarukan adalah
biomassa.Biomassa adalah materi organik yang berasal dari bahan-bahan
biologis.Biomassa mungkin tumbuh sebagai hasil pertanian, tetapi secara
luas adalah hutan-hutan, padang rumput, rawa-rawa dan perikanan (Brown,
2003).
Pengadaan unit gasifikasi biomassa ini diharapkan dapat membantu
masyarakat dalam pemenuhan kebutuhan energi listrik maupun energi
panas.Tetapi, setiap unit gasifikasi memiliki karakteristik-karakteristik
tertentu bergantung pada umpan biomassa yang berpengaruh terhadap kinerja
unit tersebut sehingga diperlukan pengujian alat agar dapat diketahui
kondisi operasi terbaiknya.
Sebagai salah satu sumber energi alternatif terbarukan, biomassa
berpeluang besar dikembangkan di Indonesia karena potensi sumber biomassa
di Indonesia beragam dan melimpah.Tetapi, potensi tersebut tersebar di
Indonesia karena Indonesia merupakan negara kepulauan. Dari segi
lingkungan, penggunaan biomassa sebagai bahan bakar memiliki dua pengaruh
positif yaitu bersifat mendaur ulang CO2 sehingga emisi CO2 ke atmosfir
secara netto berjumlah nol, dan sebagai sarana pemanfaatan limbah industri
khususnya limbah pertanian.
Kinerja reaktor unggun tetap berpotensi memerlukan energi berlebih
karena adanya tumpukan biomassa penyebab hilang tekan dan berpengaruh pada
proses pengaliran gasifying agent. Jadi, tumpukan bahan bakar biomassa di
dalam reaktor gasifikasi menimbulkan hilang tekan penyebab kenaikan
kebutuhan energi pengaliran gasifying agent.Tingginya kebutuhan energi
pengoperasian unit gasifikasi dapat mengurangi perolehan energi netto.Jadi,
variabel yang mempengaruhi besar hilang tekan perlu diketahui sehingga
hilangnya energi dapat diperkecil.
I.2Perumusan Masalah
Hilang tekan mengakibatkan adanya pengurangan perolehan energi netto,
karena sebagian energi terpakai untuk penggerak sistem. Sulitnya melakukan
analisis terhadap daya blower menyebabkan perlu melakukan analisis pada
variabel lain yang juga mempengaruhi hilang tekan. Variabel tersebut adalah
laju alir fluidadan tinggi tumpukan biomassa.
I.3Tujuan Penelitian
Studi pengaruh laju alir fluida dan tinggi tumpukan biomassa di fixed
bed gasifier terhadap daya blower tiap alat dan total daya blower unit
gasifikasi sekam padi, serta hilang tekan pada tiap alat unit gasifikasi
sekam padi.
I.4Manfaat Penelitian
Memprediksi laju alir fluida dan tinggi tumpukan biomassa di fixed bed
gasifier serta nilai total daya blower yang tepat, agar dapat mengurangi
nilai hilang tekan pada tiap alat unit gasifikasi sekam padi, sehingga
dapat mengurangi pengurangan perolehan energi netto.
BAB II
LANDASAN TEORI
II.1Tinjauan Pustaka
II.1.1.Gasifikasi
Gasifikasi adalah suatu proses konversi secara termokimia bahan
biomassa padat menjadi bahan gas. Gasifikasi berlangsung dalam keadaan
kekurangan oksigen. Dengan kata lain, gasifikasi biomassa dipahami sebagai
reaksi oksidasi parsial biomassa yang menghasilkan campuran gas yang masih
dapat dioksidasi lebih lanjut (bersifat bahan bakar).
Pada proses gasifikasi terjadi reaksi yang bertingkat. Jadi
disederhanakan, reaksi hasifikasi dengan oksidator udara atau oksigen dapat
dituliskan dengan persamaan sebagai berikut (Simpson, 2001).
C6H12O5 + O2 CxHz + CnHmOk + CO
+ H2 + Kalor
Hasil yang diperoleh dari gasifikasi biomassa merupakan campuran
beberapa macam gas.Komponen utama bahan bakar dalam gas biomassa adalah H2
dan CO. Kandungan CO dalam gas biomassa 15% – 30%, sedang H2 antara 10% -
20% (Turare, 1997).
II.1.2.Hilang Tekan (p) pada Aliran Fluida
Hilang tekan dapat didefinisikan sebagai perbedaan tekanan antara dua
titik tinjauan dalam sistem fluida. Hilangnya tekanan pada sebuah alat
bergantung pada sifat fluida yang mengalir sepanjang alat tersebut. Hilang
tekan total pada aliran fluida terdiri dari hilang tekan dapat pulih
(reversible) dan hilang tekan tidak dapat pulih (irreversible). Hilang
tekan yang tidak dapat pulih terjadi akibat adanya perubahan energi mekanis
menjadi energi panas yang meliputi hilang gesek dan hilang lokal. Hilang
tekan dapat pulih meliputi hilang tekan ketinggian (elevation pressure
drop) dan hilang tekan percepatan (acceleration pressure drop).Hilang tekan
percepatan dipengaruhi oleh luasan aliran dan densitas fluida sedangkan
Hilang tekan ketinggian diakibatkan oleh energi potensial aliran fluida
(Gartia, 2007).
Hilang tekan sepanjang bahan isian bergantung pada: kecepatan
fluida, sifat fisis fluida (viskositas dan densitas), porositas equivalent
bahan isian, arah susunan bahan isian, ukuran partikel, bentuk partikel,
rasio diameter partikel dengan diameter reaktor dan rasio diameter dengan
panjang partikel umpan (l/d) (Ribeiro, 2010).
Pengukuran hilang tekan dapat dilakukan dengan pembacaan tinggi
kolom cairan (di dalam manometer pipa U yang masing-masing ujungnya
terpasang pada inlet dan outlet sistem. Bila densitas gas dan densitas
cairan pada manometer pipa U diketahui, maka beda-tekan antara antar inlet
dan outlet sistem dapat dihitung menggunakan Persamaan (II.1) (Brown,
1950).
" " "
Ketika gasifier tidak berisi tumpukan biomassa (h=0), aliran udara
hanya terhambat oleh gasifier. Hambatan tersebut juga menimbulkan hilang
tekan. Hilang tekan pada gasifier berisi tumpukan lebih besar dibandingkan
hilang tekan pada gasifier kosong karena aliran udara terhambat tidak hanya
oleh hambatan gasifier tetapi juga oleh hambatan tumpukan biomassa
(Hantoko, 2012).
II.1.3.Hubungan Hilang Tekan (Δp) denganDaya (P) Oleh Bernoulli
Hubungan hilang tekan dengan kebutuhan daya blower oleh Bernoulli
dapat diprediksi dengan Persamaan (II.2) (Smith, et.al, 1986).
Dengan anggapan keadaan steady state, kemudiansetelah penyesuaian
satuan Persamaan (II.2) melalui pembagian ruas kiri dan ruas kanan dengan
m.g,dan dengan anggapan laju alir tetap (u1=u2) luas penampang pipa input
dan output sama (A1 =A2),serta densitas tetap (ρ1 = ρ2), maka( )
persamaan menjadi Persamaan (II.3).
Karena tidak terjadi perubahan suhu selama fluida melewati alat unit
gasifikasi sekam padi, suhu fluida input sama dengan suhu fluida output
sehingga Energi dalam input juga sama dengan Energi dalam output (U1 =
U2).Percobaan tidak melibatkan panas reaksi(Q=0).Arah aliran fluida
lurus(Δz=0),sehingga didapat Persamaan (II.4). Persamaan (II.4) memiliki
satuan Nm/N yangharus diubah menjadi satuan Watt, sehingga menjadi
Persamaan (II.5)
P = u Ag W
II.2. Kerangka Pemikiran
Hilang tekan pada gasifikasi sekam padi (fixed bed gasifier)
dipengaruhi oleh tinggi tumpukan biomassa, laju alir fluida, dan
karakteristik biomassa.Nilai hilang tekan digunakan untuk prediksi daya
blower penyedia udara penggasifikasi.
Hilang tekan mengakibatkan adanya pengurangan perolehan energi netto,
karena sebagian energi terpakai untuk penggerak sistem. Sulitnya melakukan
analisis terhadap daya listrik blower menyebabkan perlu melakukan analisis
pada variabel lain yang juga mempengaruhi hilang tekan. Variabel tersebut
adalah laju alir fluida, tinggi tumpukanbiomassa dalamfixed bedgasifier,
perbedaan tinggi cairan ( h) manometer pipa U. Kerangka pikir penelitian
ini dapat dilihat pada Gambar II.1.
Keterangan:
1. Penelitian Dwi Hantoko dan Muflih Arisa Adnan tahun 2012
2. Penelitian ini
3. Penelitian yang akan dating
Gambar II 1.Kerangka pikir penelitian
BAB III
METODE PENELITIAN
III.1 Alat dan Bahan
III.1.1. Alat
Unit gasifikasi sekam padi yang digunakan terdiri dari: filter 1,
filter 2, filter 3, water scrubber, cyclone, dan fixed bed gasifier. Filter
berfungsi menyaring gas produser dengan bahan isian (filter 1: sekam padi,
filter 2:kain perca, dan filter 3: batok kelapa).Tinggi tumpukan biomassa
divariasipada kolom gasifier.Ring blowerdigunakan untuk mengalirkan udara
ke dalam gasifier dan mengalirkan gas produser ke burner. Gas produser yang
keluar dari kolom gasifier dijaga agar tidak keluar sistem dengan
menggunakan water seal. Analisahilang tekan pada unit gasifikasi sekam
padimenggunakan manometer pipa U dan analisalaju alir fluida menggunakan
valvepada ring bloweryang berfungsi sebagai pengatur laju aliran
fluida.Dimensi alat utama tercantum dalam Lampiran H.
TabelIII.1 Daftar Alat Penelitian
"No "Nama Alat "Jumlah "Kegunaan "
"1. "Fixed Bed "1 "Tempat reaksi gasifikasi sekam "
" "Gasifier " "padi berlangsung "
"2. "Cyclone "1 "Menyaring tar dan abu yang terbawa"
" " " "gas produser "
"3. "Water Scrubber "1 "Menyaring gas produser "
"4. "Filter "3 "Menyaring gas produser dengan "
" " " "variasi bahan isian "
"5. "Ring blower 1 HP"1 "Alat penyedia udara penggasifikasi"
" " " "ke dalam gasifier "
"6. "Manometer U "6 "Mengetahui perbedaan ketinggian "
" " " "cairan ( h) pada tiap alat "
" "Anemometer "1 "Alat ukur laju alir fluida "
"7. " " " "
Gambar III.1. Skema pengukuran satu alat gasifikasi
Gambar III.2. Skema dan arah aliran rangkaian alat gasifikasi
III.1.2. Bahan
Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah sekam padi.
III.2. Pelaksanaan Penelitian
Variabel bebas penelitian ini adalah laju alir udara (u) dan
tinggi tumpukan biomassa (h) sedangkan variabel tetapnya adalah hilang
tekan ( p). Percobaan dilakukan dengan 5 variasi laju alir (15,3 m/s,
14,2 m/s, 13 m/s, 11,3 m/s dan 8,3 m/s), 5 variasi tinggi tumpukan (0
m, 0,05 m, 0,1 m, 0,15 m, dan 0,2 m) pada setiap alat unit gasifikasi
(gasifier, cyclone, water scrubber, filter 1, filter 2, dan filter 3).
Umpan biomassa berupa sekam padi dimasukkan secara curah ke dalam
gasifier.Penelitian ini dilaksanakan diLaboratorium Aplikasi (Power
House) Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret. Alur kerja penelitian
terlihat pada Gambar III.2,
Gambar III.3. Alur pelaksanaan penelitian
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Biomassa yang digunakan pada penelitian ini adalah sekam padi dengan
variasi 5 laju alir gas yaitu 15,3; 14,2; 13; 11,3; dan 8,3 m/s, dan 5
variasi tinggi tumpukan biomassa di fixed bed gasifier yaitu 0; 0,05; 0,1;
0,15; dan 0,2 m. Hasil percobaan menunjukkan bahwa semakin cepat laju alir,
dan semakin tinggi tumpukan biomassa maka hilang tekan semakin besar.
Tahap pendahuluan percobaan ini diawali dengan pemasangan manometer U
pada unit gasifikasi sekam padi (filter 1, filter 2, filter 3, water
scrubber, cyclone, gasifier) untuk pengambilan data h masing – masing alat.
Data yang diambil dalam penelitian ini adalah p (hilang tekan) di setiap
alat. Dari pengambilan data p maka dapat mengetahui kebutuhan daya blower
pada setiap alat gasifikasi.
Hasil perhitungan dayablowerberdasarkan hilang tekan pada alat filter
1, filter 2, filter 3, water scrubber dan cyclone menunjukkan bahwa semakin
cepat laju alir gas maka semakin besar daya blower yang dibutuhkan, namun
perbedaan tinggi tumpukan pada fixed bed gasifier tidak mempengaruhi daya
blower karena variasi tinggi tumpukan biomassa hanya dilakukan pada fixed
bed gasifier. Kecenderungan tersebut sesuai denganPersamaan (II.5) yaitu
laju alir berbanding lurus dengan daya.
Penelitian ini menghasilkan suatu model persamaan untuk prediksi total
kebutuhan daya blower dari unit gasifikasi yang terdiri dari: filter 1,
filter 2, filter 3, water scrubber, cyclone, dan gasifier yang menunjukkan
hubungan antara laju alir gas dan tinggi tumpukan biomassa.
Hasil percobaan hubungan antara laju alir fluida dan tinggi tumpukan
biomassa di fixed bed gasifier terhadap daya blower pada filter 1 (Gambar
IV.1), filter 2 (Gambar IV.2), dan filter 3 (Gambar IV.3) dapat dilihat
bahwa pada filter 1 memiliki harga P(Lampiran E) yang paling besar jika
dibandingkan dengan filter 2 dan filter 3 karena filter 1 memiliki jarak
paling dekat dengan ring blower. Selain itu, bahan isian pada filter 1
adalah sekam padi sehingga untuk volume filter yang sama filter 1 lebih
terisi penuh oleh bahan isian maka hilang tekan semakin besar dibandingkan
dengan bahan isian filter 2 (kain perca), dan filter 3 (batok kelapa).
Gambar IV.1 Hubungan antara tinggi tumpukan dengan daya blower pada filter
1
Gambar IV.2 Hubungan antara tinggi tumpukan dengan daya blower pada filter
2
Gambar IV.3 Hubungan antara tinggi tumpukan dengan daya blower pada filter
3
Hasil percobaan hubungan antara laju alir fluida dan tinggi tumpukan
biomassa di fixed bed gasifier terhadap daya blower pada water scrubber
(Gambar IV.4), (Lampiran E) menunjukkan bahwa daya blower terbesar saat
laju alir fluida 15,3 m/s yaitu 8,081 W.
Gambar IV.4 Hubungan antara tinggi tumpukan dengan daya blower pada water
scrubber
Hasil percobaan hubungan antara laju alir fluida dan tinggi tumpukan
biomassa di fixed bed gasifier terhadap daya blower pada cyclone (Gambar
IV.5), (Lampiran E) bahwa daya blower terbesar saat laju alir fluida 15,3
m/s yaitu 5,891 W.
Gambar IV.5 Hubungan antara tinggi tumpukan dengan daya blower pada cyclone
Hasil percobaan pada fixed bedgasifier menunjukkan bahwa semakin
cepat laju alir fluida, maka semakin besar daya blower yang dibutuhkan
(Lampiran B). Kecenderungan tersebut sesuai dengan Persamaan (II.5) yaitu
laju alir fluida (u) berbanding lurus dengan daya (P).Daya blowerdi fixed
bed gasifier terbesar adalah pada saat laju alir fluida 15,3 m/s dan tinggi
tumpukan biomassa 0,2 m yaitu 7,175 W (Lampiran B).
Gambar IV.6 Hubungan antara tinggi tumpukan dengan daya blower pada fixed
bed gasifier
Analisa data pada penelitian ini didekati dengan persamaan hubungan
antara daya (P) dengan laju alir fluida (u) dan tinggi tumpukan (h)
Persamaan (IV.1).
(IV.1)
Data penelitian diolah dengan acuan Persamaan (IV.1) sehingga
didapatkan parameter C1,C2, dan C3 (Tabel IV.1).Tabel (IV.1) menunjukkan
bahwa unit alat gasifikasi (ditunjukkan oleh parameter C1), pengaruh laju
alir (ditunjukkan oleh parameter C2) dan pengaruh tinggi tumpukan biomassa
(ditunjukkan oleh parameter C3) terhadap daya untuk alat filter 1, filter
2, filter 3, water scrubber, dan cyclone tidak berpengaruh terhadap daya
blower karena variasi tinggi tumpukan hanya dilakukan pada fixed bed
gasifier. Sedangkan pada gasifier, semakin cepat laju alir fluida dan
semakin tinggi tumpukan biomassa, semakin besar daya yang dibutuhkan.
Tabel IV.1 Nilai Parameter C1, C2, dan C3
"No "Alat "C1 "C2 "C3 "
"1 "Filter 1 "1,313 "1,353"0 "
"2 "Filter 2 "0,047 "1,747"0 "
"3 "Filter 3 "0,066 "1,605"0 "
"4 "Water "0,124 "1,521"0 "
" "Scrubber " " " "
"5 "Cyclone "0,054 "1,699"0 "
"6 "Gasifier "0,108 "1,462"1,879"
"7 "Total "1,639 "1,437"0,162"
Hasil perhitungan dari Persamaan (IV.1) dengan parameter C1, C2, dan
C3Tabel (IV.1) menghasilkan daya (P model) untuk masing-masing alat pada
unit gasifikasi sekam padi (Lampiran F), sehingga dapat mengetahui total
daya (P model) yang dibutuhkan (Lampiran F).Perbandingan antara total daya
(P data) dengan total daya (P model) menghasilkan rata-rata ralat (Lampiran
G).Pada percobaan ini, kebutuhan daya blower paling besar yaitu ketika laju
alir fluida 15,3 m/s dan tinggi tumpukan biomassa 0,2 m yaitu P = 85,013 W
(Lampiran F) dengan rata-rata ralat sebesar 1,7% (Lampiran G).
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
V.1 Kesimpulan
Hasil percobaan pada fixed bed gasifier menunjukkan bahwa semakin
cepat laju alir fluida, maka semakin besar daya blower yang dibutuhkan
(Lampiran B). Kecenderungan tersebut sesuai dengan Persamaan (II.5) yaitu
laju alir fluida (u) berbanding lurus dengan daya (P).Hasil perhitungan
dari Persamaan (IV.1) dengan parameter C1, C2, dan C3Tabel (IV.1)
menghasilkan daya blower(P model) untuk masing-masing alat pada unit
gasifikasi sekam padi. Perbandingan antara total daya (P data) dengan total
daya blower (P model) menghasilkan rata-rata ralat sebesar 1,7%, serta
kebutuhan daya blower paling besar yaitu ketika laju alir fluida 15,3 m/s
dan tinggi tumpukan biomassa 0,2 m yaitu P = 85,013 W.
V.2. Saran
1. Perancangan unit gasifikasi sekam padi harus mempertimbangkan kebutuhan
total daya blower pada laju alir fluida dan tinggi tumpukan biomassa
tertentu.
2. Diperlukan prediksi laju alir fluida dan tinggi tumpukan fluida,
serta nilai total daya blower yang tepat pada unit gasifikasi sekam padi,
agar dapat mengurangi nilai hilang tekan, sehingga mengurangi pengurangan
perolehan energi netto (sebagian energi tidak terpakai untuk penggerak
sistem).
DAFTAR PUSTAKA
Brown, C.R., 2003, Biorenewable Resources, page 4, Iowa State Press, Iowa.
Brown, G.G., 1950, Unit Operation, page 154, John Willey and Sons Inc, New
York.
Gibilaro, L.G., 2001, Fluidization-Dynamics, Reed Elsevier, Berlin.
Higman, C, and van der Berg, M., 2003, Gasification, Elsevier Science, USA.
Krongkaew L., Heil J., and Wirtgen, C., 2006, The Production of Synthetic
Diesel from Biomass, Vol. 6 No. 1.
Kunii, D., and Levenspiel, O., 1977, Fluidization Engineering, John Willey
&Sons, Inc, New York.
Perry, R.H., and Green, D.W., 2007, Perry's Chemical Engineers Handbook,
8th ed, page 6-9, 6-39, Mc Graw Hill Book Company, New York.
Pranolo, S.H., Hantoko, D., dan Adnan, M.A., 2012, Performance Prediction
of Biomass Gasification in Fixed-Bed Gasifier Based on Selection Size and
Shape of Biomass Particle, Bali, RSCE, p. A-36-5,
Smith, J.M., Van Ness, H.G., and Abbott, M.M., 1986, 'Introduction to
Chemical Engineering Thermodynamics", 6th ed., Mc Graw Hill Book
Company, Singapore.
Speight, J.G., 2005, Handbook of Coal Analysis, John Willey & Sons, Inc,
New Jersey.
LAMPIRAN
LAMPIRAN A
ALGORITMA PERHITUNGAN
LAMPIRAN B
CONTOH PERHITUNGAN
1. Perhitungan alat fixed bed gasifier saat laju alir 15,3 m/s dan
tinggi tumpukan biomassa 0,2 m
= 0,081 m
= 995,7 kg/m3
= 1,166 kg/m3
g= 9,8 m/s2
=0,081 m x (995,7 kg/m3- 1,166 kg/m3) x 9,8 m/s2
kg/m.s2
Pa
2. Perhitungan Walatfixed bed gasifier saat laju alir 15,3 m/s dan tinggi
tumpukan biomassa 0,2 m
= 789,461 kg/m.s2
= 11,426 kg/m2s2
u = 15,3 m/s
g = 9,8 m/s2
3. Perhitungan Palat fixed bed gasifier saat laju alir 15,3 m/s dan tinggi
tumpukan biomassa 0,2 m (percobaan)
u = 15,3 m/s
A = 0,00050645 m2
= 1,166 kg/m3
g = 9,8 m/s2
W =81,032 m
P = u Ag W
P = 15,3 m/s x 0,00050645 m2x 1,166 kg/m3x 9,8 m/s2x 81,032 m
P = 7,175 kg.m2/s3
P = 7,175 Watt
4. Perhitungan manual analisis regresi pada Daya (P) Gasifier
"No "u (m/s)"h (m) " p(Pa) "P (Watt) "
"1 "8,3 "0 "516.561 "2,34 "
"2 "8,3 "0,05 "545.800 "2,463 "
"3 "8,3 "0,1 "565.293 "2,545 "
"4 "8,3 "0,15 "653.011 "2,914 "
"5 "8,3 "0,2 "672.504 "2,996 "
"6 "11,3 "0 "584.786 "3,773 "
"7 "11,3 "0,05 "623.772 "3,996 "
"8 "11,3 "0,1 "633.518 "4,052 "
"9 "11,3 "0,15 "682.250 "4,33 "
"10 "11,3 "0,2 "682.250 "4,33 "
"11 "13 "0 "614.025 "4,691 "
"12 "13 "0,05 "623.772 "4,756 "
"13 "13 "0,1 "643.265 "4,884 "
"14 "13 "0,15 "691.997 "5,205 "
"15 "13 "0,2 "721.236 "5,397 "
"16 "14,2 "0 "623.772 "5,331 "
"17 "14,2 "0,05 "633.518 "5,401 "
"18 "14,2 "0,1 "672.504 "5,682 "
"19 "14,2 "0,15 "730.982 "6,102 "
"20 "14,2 "0,2 "740.729 "6,172 "
"21 "15,3 "0 "643.265 "6,042 "
"22 "15,3 "0,05 "662.757 "6,193 "
"23 "15,3 "0,1 "691.997 "6,42 "
"24 "15,3 "0,15 "740.729 "6,797 "
"25 "15,3 "0,2 "789.461 "7,175 "
Matriks Y:
"No "Matriks Y"Matriks X "
" "lnP "konstan"lnu "ln(h+1) "
"1 "1,799 "1 "2,728"0 "
"2 "1,823 "1 "2,728"0,049 "
"3 "1,859 "1 "2,728"0,095 "
"4 "1,916 "1 "2,728"0,140 "
"5 "1,971 "1 "2,728"0,182 "
"6 "1,674 "1 "2,653"0 "
"7 "1,687 "1 "2,653"0,049 "
"8 "1,737 "1 "2,653"0,095 "
"9 "1,809 "1 "2,653"0,140 "
"10 "1,820 "1 "2,653"0,182 "
"11 "1,546 "1 "2,565"0 "
"12 "1,559 "1 "2,565"0,049 "
"13 "1,586 "1 "2,565"0,095 "
"14 "1,650 "1 "2,565"0,140 "
"15 "1,686 "1 "2,565"0,182 "
"16 "1,328 "1 "2,425"0 "
"17 "1,385 "1 "2,425"0,049 "
"18 "1,399 "1 "2,425"0,095 "
"19 "1,466 "1 "2,425"0,140 "
"20 "1,466 "1 "2,425"0,182 "
"21 "0,850 "1 "2,116"0 "
"22 "0,901 "1 "2,116"0,049 "
"23 "0,934 "1 "2,116"0,095 "
"24 "1,070 "1 "2,116"0,140 "
"25 "1,097 "1 "2,116"0,182 "
Hasil perkalian matriks X-transpose dengan matriks X
Dari matriks transpose diatas dihitung nilai inversnya yaitu
Hasil perkalian antara matriks X-transpose dengan Y
Menghitung nilai koefisien beta yaitu perkalian antara matriks [XTX]-1
dengan matriks [XTY]
Hasil perhitungan diatas jika diubah ke dalam bentuk persamaan maka
hasilnya sebagai berikut:
Persamaan daya gasifier (Persamaan IV.1)
Jadi persamaan yang terbentuk adalah
5. Perhitungan P alat fixed bed gasifier saat laju alir 15,3 m/s dan tinggi
tumpukan biomassa 0,2 m (model)
C1 = 0,108
C2 = 1,462
C3 = 1,879
u = 15,3 m/s
h = 0,2 m
P = 6.992 Watt
6. Perhitungan ralattotal saat laju alir 15,3 m/s dan tinggi tumpukan
biomassa 0,2 m
Ralat =
=
= 0,015
=1,5%
LAMPIRAN C
Tabel C. Data h manometer dengan variasi tinggi tumpukan biomassa dan laju
alir gas
"u "h (m) " hFilte" hFilte" hFilte" hWater " hCyclone" hGasifi"
"(m/s)" "r 1(m) "r 2(m) "r 3(m) "Scrubber "(m) "er (m) "
" " " " " "(m) " " "
"15,3 "0 "0,051 "0,062 "0,061 "0,093 "0,064 "0,066 "
"15,3 "0,05 "0,051 "0,062 "0,061 "0,093 "0,064 "0,068 "
"15,3 "0,10 "0,051 "0,062 "0,061 "0,093 "0,064 "0,071 "
"15,3 "0,15 "0,051 "0,062 "0,061 "0,093 "0,064 "0,076 "
"15,3 "0,20 "0,051 "0,062 "0,061 "0,093 "0,064 "0,081 "
"14,2 "0 "0,048 "0,056 "0,054 "0,086 "0,056 "0,064 "
"14,2 "0,05 "0,048 "0,056 "0,054 "0,086 "0,056 "0,065 "
"14,2 "0,10 "0,048 "0,056 "0,054 "0,086 "0,056 "0,069 "
"14,2 "0,15 "0,048 "0,056 "0,054 "0,086 "0,056 "0,075 "
"14,2 "0,20 "0,048 "0,056 "0,054 "0,086 "0,056 "0,076 "
"13,0 "0 "0,047 "0,053 "0,052 "0,084 "0,054 "0,063 "
"13,0 "0,05 "0,047 "0,053 "0,052 "0,084 "0,054 "0,064 "
"13,0 "0,10 "0,047 "0,053 "0,052 "0,084 "0,054 "0,066 "
"13,0 "0,15 "0,047 "0,053 "0,052 "0,084 "0,054 "0,071 "
"13,0 "0,20 "0,047 "0,053 "0,052 "0,084 "0,054 "0,074 "
"11,3 "0 "0,045 "0,049 "0,044 "0,081 "0,051 "0,060 "
"11,3 "0,05 "0,045 "0,049 "0,044 "0,081 "0,051 "0,064 "
"11,3 "0,10 "0,045 "0,049 "0,044 "0,081 "0,051 "0,065 "
"11,3 "0,15 "0,045 "0,049 "0,044 "0,081 "0,051 "0,070 "
"11,3 "0,20 "0,045 "0,049 "0,044 "0,081 "0,051 "0,070 "
"8,3 "0 "0,041 "0,043 "0,047 "0,072 "0,045 "0,053 "
"8,3 "0,05 "0,041 "0,043 "0,047 "0,072 "0,045 "0,056 "
"8,3 "0,10 "0,041 "0,043 "0,047 "0,072 "0,045 "0,058 "
"8,3 "0,15 "0,041 "0,043 "0,047 "0,072 "0,045 "0,067 "
"8,3 "0,20 "0,041 "0,043 "0,047 "0,072 "0,045 "0,069 "
LAMPIRAN D
Tabel D. Data p dengan variasi tinggi tumpukan biomassa dan laju alir gas
"u "h (m) " pFilte" pFilte" pFilte" pWater " pCyclon" pGasifi"
"(m/s)" "r 1(Pa)"r 2(Pa)"r 3(Pa)"Scrubber "e (Pa) "er (Pa) "
" " " " " "(Pa) " " "
"15,3 "0 "6796,69"604,279"594,532"906,418 "623,772 "643,265 "
" " "7 " " " " " "
"15,3 "0,05 "6796,69"604,279"594,532"906,418 "623,772 "662,757 "
" " "7 " " " " " "
"15,3 "0,10 "6796,69"604,279"594,532"906,418 "623,772 "691,997 "
" " "7 " " " " " "
"15,3 "0,15 "6796,69"604,279"594,532"906,418 "623,772 "740,729 "
" " "7 " " " " " "
"15,3 "0,20 "6796,69"604,279"594,532"906,418 "623,772 "789,461 "
" " "7 " " " " " "
"14,2 "0 "6396,89"545,800"526,307"838,193 "545,800 "623,772 "
" " "2 " " " " " "
"14,2 "0,05 "6396,89"545,800"526,307"838,193 "545,800 "633,518 "
" " "2 " " " " " "
"14,2 "0,10 "6396,89"545,800"526,307"838,193 "545,800 "672,504 "
" " "2 " " " " " "
"14,2 "0,15 "6396,89"545,800"526,307"838,193 "545,800 "730,982 "
" " "2 " " " " " "
"14,2 "0,20 "6396,89"545,800"526,307"838,193 "545,800 "740,729 "
" " "2 " " " " " "
"13,0 "0 "6263,62"516,561"506,815"818,700 "526,307 "614,025 "
" " "3 " " " " " "
"13,0 "0,05 "6263,62"516,561"506,815"818,700 "526,307 "623,772 "
" " "3 " " " " " "
"13,0 "0,10 "6263,62"516,561"506,815"818,700 "526,307 "643,265 "
" " "3 " " " " " "
"13,0 "0,15 "6263,62"516,561"506,815"818,700 "526,307 "691,997 "
" " "3 " " " " " "
"13,0 "0,20 "6263,62"516,561"506,815"818,700 "526,307 "721,236 "
" " "3 " " " " " "
"11,3 "0 "5997,08"477,575"428,843"789,461 "497,068 "584,786 "
" " "6 " " " " " "
"11,3 "0,05 "5997,08"477,575"428,843"789,461 "497,068 "623,772 "
" " "6 " " " " " "
"11,3 "0,10 "5997,08"477,575"428,843"789,461 "497,068 "633,518 "
" " "6 " " " " " "
"11,3 "0,15 "5997,08"477,575"428,843"789,461 "497,068 "682,250 "
" " "6 " " " " " "
"11,3 "0,20 "5997,08"477,575"428,843"789,461 "497,068 "682,250 "
" " "6 " " " " " "
"8,3 "0 "5464,01"419,097"458,082"701,743 "438,589 "516,561 "
" " "2 " " " " " "
"8,3 "0,05 "5464,01"419,097"458,082"701,743 "438,589 "545,800 "
" " "2 " " " " " "
"8,3 "0,10 "5464,01"419,097"458,082"701,743 "438,589 "565,293 "
" " "2 " " " " " "
"8,3 "0,15 "5464,01"419,097"458,082"701,743 "438,589 "653,011 "
" " "2 " " " " " "
"8,3 "0,20 "5464,01"419,097"458,082"701,743 "438,589 "672,504 "
" " "2 " " " " " "
"u (m/s) "h (m) "PFilter "
" " "1(Watt) "
"85,141 "82,624 "3,0 "
"85,292 "83,185 "2,5 "
"85,519 "83,771 "2,0 "
"85,896 "84,380 "1,8 "
"86,274 "85,013 "1,5 "
"73,225 "74,198 "1,3 "
"73,295 "74,702 "1,9 "
"73,576 "75,227 "2,2 "
"73,996 "75,773 "2,4 "
"74,066 "76,341 "3,1 "
"64,766 "65,339 "0,9 "
"64,831 "65,781 "1,5 "
"64,959 "66,243 "2,0 "
"65,28 "66,723 "2,2 "
"65,472 "67,222 "2,7 "
"52,774 "53,412 "1,2 "
"52,997 "53,772 "1,5 "
"53,053 "54,148 "2,1 "
"53,331 "54,540 "2,3 "
"53,331 "54,946 "3,0 "
"34,633 "34,311 "0,9 "
"34,756 "34,541 "0,6 "
"34,838 "34,780 "0,2 "
"35,207 "35,029 "0,5 "
"35,289 "35,288 "0,0 "
Diperoleh rata-rata ralat sebesar 1,7%
LAMPIRAN H
GambarH.1 Dimensi filter
GambarH.2 Dimensi water scrubber
GambarH.3 Dimensi cyclone
GambarH.4 Dimensi fixed bedgasifier
LAMPIRAN I
DOKUMENTASI PENELITIAN
-----------------------
(II.1)
(II.2)
(II.3)
(II.4)
(II.5)
Karakteristik
Ukuran biomassa
Bentuk biomassa
Laju alir fluida
Tinggi tumpukan biomassa
Viskositas fluida
Densitas fluida
1
2
3
Udara
Reaktor gasifikasi unggun tetap
Energi proses gasifikasi
Pengaliran udara
Gas produser
Persiapan bahan baku:
Pengadaan bahan baku
Pengeringan bahan baku
Modifikasi alat
Pemasangan anemometer dan manometer
Percobaan awal
Pengumpulan data
Laju alir fluida
Tinggi tumpukan biomassa
Selisih ketinggian ( h) manometer
Analisis
Input data:
Laju alir fluida
Tinggi tumpukan biomassa
Beda ketinggian () cairan di manometer
Hasil perhitungan:
Menghitungdengan Persamaan (II.1)
Menghitung W dengan Persamaan (II.4)
Menghitung P dengan Persamaan (II.5)
Analisa data:
Mengetahui arah aliran fluida pada fixed bed gasifier
Mengetahui hubungan antara dengan P
Menghasilkanmodel persamaan prediksi daya blower (P) untuk tiap alat
Menghasilkan model persamaan prediksi daya blower total (P) untuk
unit gasifikasi sekam padi
Menghasilkan rata-rata ralat
Gambar b. Blower
Gambar a. Sekam padi
Gambar d. Water Scrubber
Gambar c. Filter
Gambar f. Gasifier
Gambar e. Pengambilan data pada cyclone