SKRIPSI - sinta.unud.ac.id Awal...Teknologi co-gasifikasi sirkulasi fluidized bed merupakan salah...
Transcript of SKRIPSI - sinta.unud.ac.id Awal...Teknologi co-gasifikasi sirkulasi fluidized bed merupakan salah...
SKRIPSI
VARIASI CAMPURAN BAHAN BAKAR BATUBARA DAN LIMBAH
BAMBU TERHADAP PERFORMANSI CO-GASIFIKASI
SIRKULASI FLUIDIZED BED
OLEH :
PUTU HENDRA YULIARTHANA
NIM : 1319351014
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK (NON REGULER)
UNIVERSITAS UDAYANA
2015
iii
VARIASI CAMPURAN BAHAN BAKAR BATUBARA DAN LIMBAH BAMBU
TERHADAP PERFORMANSI CO-GASIFIKASI
SIRKULASI FLUIDIZED BED
Oleh : Putu Hendra Yuliarthana
Pembimbing : Prof. I Nyoman Suprapta Winaya,ST.MASc.Ph.D
A.A.I.A.Sri Komaladewi, ST, MT
ABSTRAK
Teknologi co-gasifikasi sirkulasi fluidized bed merupakan salah satu teknologi
alternative terbaik untuk mengkonversi dua atau lebih bahan bakar padat (biomassa dan
batubara) menjadi gas yang mampu bakar secara termokimia dalam sebuah reaktor.
Limbah bambu adalah biomassa yang dapat digunakan sebagai sumber energi ramah
lingkungan, sedangkan batubara adalah sumber energi fosil yang siap untuk
menggantikan peran minyak bumi.
Reaktor Gasifikasi Sirkulasi Fluidized Bed yang digunakan untuk penelitian
berdiameter 68 cm dan tinggi 162 cm serta dengan bahan plat stainless steel Sc 20.
Variasi komposisi campuran bahan bakar limbah bambu dan batubara yang diterapkan
adalah 60%:40%, 70%:30% dan 80%:20%. Temperatur operasi dalam penelitian ini
adalah 600 0C.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa persentase komposisi limbah bambu yang
lebih besar pada campuran bahan bakar (variasi III) menghasilkan performansi yang
terbaik. Dimana hasil yang diperoleh pada variasi III yaitu FCRa = 97,282 kg/jam, Gas
mampu bakar = 14,44%, efisiensi gasifikasi = 46,90% dan distribusi temperatur pada
T1 = 465oC, T2 = 462
oC, T3 = 446
oC, T4 = 422
oC.
Kata Kunci : Co-gasifikasi, limbah bambu, Sirkulasi Fluidized Bed.
iv
VARIATIONS IN FUEL MIXTURE OF COAL AND WASTE BAMBOO
TO THE PERFORMANCE OF CO-GASIFICATION
CIRCULATING FLUIDIZED BED
Author : Putu Hendra Yuliarthana
Guidence : Prof. I Nyoman Suprapta Winaya,ST.MASc.Ph.D
A.A.I.A.Sri Komaladewi, ST, MT
ABSTRACT
Co-gasification circulating fluidized bed technology which is one of the best
alternative technologies to convert two or more solid fuels (biomass and coal) became
the gas capable burned with thermochemistry in a reactor. Bamboo waste is biomass
that can be used as an environmentally friendly energy source, while coal is the most
effective fossil energy source to replace petroleum.
Circulation Fluidized Bed reactor used for the research had 68 cm diameter
with 162 cm height and with 20 sc stainless steel plate. Variation of coal and bamboo
waste mixture that is applied is 40%:60%, 30%:70% and 20%:80%. Operating
temperature in this research was 600 0C.
The results showed that the percentage composition of bamboo waste greater on
fuel mixture (variations III) produced the best performance. Result of variations III was
the value of FCRa (fuel consumption rate actual) = 97,282 kg/hour, the gas capable
burned=14,44%, efficiency of the gasification = 46,90% and distribution of
temperature at T1 = 465oC, T2 = 462
oC, T3 = 446
oC, T4 = 422
oC
Keywords: Co-gasification, bamboo waste, Circulating Fluidized Bed
v
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat
rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Variasi Campuran
Bahan Bakar Batubara dan Limbah Bambu Terhadap Performansi Co-Gasifikasi
Sirkulasi Fluidized Bed”
Dalam penyusunan skripsi ini penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai
pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Prof. I Nyoman Suprapta Winaya, ST. MASc. Ph.D, selaku Ketua
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Udayana dan juga selaku
Dosen Pembimbing I dalam penulisan skripsi ini.
2. Ibu A.A.I.A. Sri Komaladewi, ST, MT., selaku Dosen Pembimbing II dalam
penulisan skripsi ini.
3. Bapak I Gusti Agung Kade Suriadi, ST, MT, selaku Dosen Pembimbing
Akademik.
4. Bapak I Made Agus Putrawan, ST.,MT., selaku asisten Dosen Pembimbing I
yang sangat membantu dalam penyelesaian skripsi ini.
5. Bapak/Ibu Dosen serta staf pegawai Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Mesin Universitas Udayana.
6. Semua pihak dan kawan-kawan Jurusan Teknik Mesin yang telah membantu
dalam penyelesaian skripsi.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini tentu jauh dari kesempurnaan mengingat
keterbatasan pengetahuan dan referensi yang penulis miliki. Oleh karena itu kritik dan
saran yang sifatnya konstruktif sangat penulis harapkan dari berbagai pihak. Sekali lagi
penulis mengucapkan banyak terima kasih dan penulis mohon maaf apabila ada
kekurangan ataupun kesalahan dalam penulisan skripsi ini.
Denpasar, Juli 2015
Penulis
vi
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN ..................................................................................... i
LEMBAR PERSETUJUAN .................................................................................... ii
ABSTRAK ............................................................................................................... iii
KATA PENGANTAR ............................................................................................. v
DAFTAR ISI ............................................................................................................ vi
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................... ix
DAFTAR TABEL .................................................................................................... xi
DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................... xii
BAB I PENDAHULUAN ........................................................................................ 1
1.1 Latar Belakang ......................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah .................................................................................... 3
1.3 Batasan Penelitian .................................................................................... 3
1.4 Tujuan Penelitian ..................................................................................... 3
1.5 Manfaat Penelitian .................................................................................. 4
BAB II DASAR TEORI ........................................................................................ 5
2.1 Biomassa ................................................................................................... 5
2.1.1 Kandungan dalam Biomassa........................................................... 5
2.1.2 Biomassa Bambu………………..…………………………… ...... 6
2.1.3 Produk Biomassa ............................................................................ 11
2.2 Batubara ................................................................................................... 12
2.2.1 Pengertian Batubara ........................................................................ 12
2.2.2 Klasifikasi Batubara........................................................................ 13
2.2.3 Karakteristik Batubara .................................................................... 14
2.3 Analisa Komposisi Bahan Bakar ............................................................. 15
2.3.1 Analisa Proksimat .......................................................................... 15
2.3.2 Analisa Ultimat .............................................................................. 16
2.3.3 Analisa Nilai Kalor ........................................................................ 16
2.4 Pasir Silika………………………………………………………….. ...... 17
2.5 Fluidisasi .................................................................................................. 18
2.5.1 Jenis-Jenis Fluidisasi ..................................................................... 18
vii
2.5.2 Rumus-Rumus Umum Fluidisasi ................................................... 20
2.6 Gasifikasi ..................................................................................................21
2.6.1 Jenis-Jenis Gasifikasi .................................................................... 22
2.6.2 Tahapan Proses Gasifikasi ........................................................... 24
2.6.3 Faktor yang Mempengaruhi Proses Gasifikasi ............................ 27
2.6.4 Parameter–Parameter Penting dalam Proses Gasifikasi .............. 29
2.6.5 Efisiensi Gasifikasi ...................................................................... 32
2.6.6 Perhitungan Kandungan Gas Hasil Gasifikasi ............................. 33
BAB III METODE PENELITIAN ................................................................... 35
3.1 Lokasi Penelitian .................................................................................... 35
3.2 Variabel Penelitian .................................................................................. 35
3.2.1 Variabel Bebas .............................................................................. 35
3.2.2 Variabel Terikat ............................................................................ 35
3.3 Pengujian Karakterisasi Bahan Bakar .................................................... 36
3.3.1 Bahan dan Alat Pengujian .............................................................. 36
3.3.2 Pengujian Analisis Proksimat, Ultimat dan Nilai Kalor ............... 37
3.4 Bahan dan Alat Penelitian ....................................................................... 41
3.4.1 Bahan yang Diperlukan ................................................................. 41
3.4.2 Alat yang Digunakan ..................................................................... 43
3.5 Instalasi Penelitian ................................................................................... 47
3.6 Prosedur Penelitian .................................................................................. 48
3.6.1 Tahap Persiapan ............................................................................ 48
3.6.2 Tahap Pengujian ............................................................................ 49
3.7 Diagram Alir Penelitian ........................................................................... 51
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................... 52
4.1 Data Pengujian Awal ............................................................................... 52
4.1.1 Hasil Analisa Prokimat dan Ultimat Limbah Bahan Bakar ...... 52
4.1.2 Hasil Analisa Nilai Kalor Bahan Bakar .................................... 52
4.2 Kebutuhan Udara Gasifikasi Limbah bambu dan Batubara .................... 53
4.2.1 Kebutuhan Udara Untuk Gasifikasi Limbah bambu ................. 54
4.2.2 Kebutuhan Udara Untuk Gasifikasi Batubara ........................... 55
4.2.3 Air Fuel Rate (AFR) Kebutuhan Udara .................................... 57
4.3 Kecepatan Minimum Fluidisasi (Umf) .................................................... 58
viii
4.4 Data Hasil Penelitian .............................................................................. 61
4.5 Data Pengujian Gas Hasil Gasifikasi ....................................................... 61
4.6 Pengolahan Data Hasil Penelitian ...................................................... 63
4.6.1 Perhitungan Fuel Consumtion Rate Actual (FCRa) ............. 63
4.6.2 Perhitungan Air Fuel Rate Actual (AFRa) ............................ 64
4.6.3 Distribusi Temperatur Reaktor ............................................. 65
4.6.4 Perhitungan Gas Gasifikasi .................................................. 67
4.6.5 Perhitungan Efisiensi Gasifikasi (η) .................................... 70
4.7 Analisis Data Penelitian ..................................................................... 73
4.7.1 Analisis Perbandingan Variasi Komposisi
Bahan Bakar Terhadap FCRa ................................................. 73
4.7.2 Analisis Variasi Komposisi Bahan Bakar
Terhadap Gas Mampu Bakar Hasil Gasifikasi ...................... 73
4.7.3 Analisis Perbandingan Variasi Campuran
Bahan Bakar terhadap Efisiensi ............................................. 75
BAB V PENUTUP ............................................................................................. 76
5.1 Kesimpulan ........................................................................................ 76
5.2 Saran .................................................................................................... 76
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 77
LAMPIRAN ...................................................................................................... 79
ix
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Limbah Bambu dari Sarana Persembahyangan di Pemelisan Sesetan ..... 11
Gambar 2.2 Batubara ..................................................................................................... 13
Gambar 2.3 Jenis-jenis Batubara .................................................................................... 13
Gambar 2.4 Pasir Silika ................................................................................................. 18
Gambar 2.5 Skema Bubbling Fluidization ..................................................................... 19
Gambar 2.6 Skema Reaktor Circulated Fulidized Bed .................................................. 20
Gambar 2.7 Gasifikasi .................................................................................................... 22
Gambar 2.8 Updraft Gasifier ......................................................................................... 23
Gambar 2.9 Tahapan-Tahapan Proses Gasifikasi ......................................................... 25
Gambar 3.1 Peralatan Pengujian Karakteristik Bahan bakar (a)CHN628 (b)628 S
(c) 628 O (d) TGA 701 (e) Timbangan (f) Bom Kalorimeter .................. 37
Gambar 3.2 Potongan Limbah Bambu .......................................................................... 42
Gambar 3.3 Batubara .................................................................................................... 42
Gambar 3.4 Pasir Silika .................................................................................................. 42
Gambar 3.5 Reaktor ....................................................................................................... 43
Gambar 3.6 Fuel Feeder ................................................................................................ 43
Gambar 3.7 Unit Cyclone Pada Reaktor Gasifikasi ....................................................... 44
Gambar 3.8 Posisi Termokopel ...................................................................................... 44
Gambar 3.9 Burner ......................................................................................................... 44
Gambar 3.10 Plat Distributor ......................................................................................... 45
Gambar 3.11 Gear Ratio ................................................................................................ 45
Gambar 3.12 Dinamo Motor ......................................................................................... 45
Gambar 3.13 Unit Blower ............................................................................................. 46
Gambar 3.14 Kaca Pengamat Pembakaran .................................................................. 46
Gambar. 3.15 Water Tank .............................................................................................. 46
Gambar 3.16 Komponen Isolator pada Reaktor Gasifikasi .......................................... 47
Gambar 3.17 Co-gasifikasi Sirkulasi Fluidized Bed Gasifier
(a) Tampak Depan (b) Tampak Samping.................................................. 48
Gambar 3.18 Diagram Alir Penelitian ......................................................................... 51
x
Gambar 4.1 Grafik Distribusi Temperatur pada Variasi I .......................................... 65
Gambar 4.2 Grafik Perbandingan Variasi Komposisi Bahan
Bakar Terhadap Temperatur Rata-Rata Reaktor ...................................... 67
Gambar 4.3 Grafik Perbandingan Variasi Komposisi Bahan Bakar
Terhadap FCR Actual .............................................................................. 73
Gambar 4.4 Grafik Perbandingan Variasi Campuran Bahan Bakar
Terhadap Persentase Kandungan Gas Mampu Bakar ............................. 74
Gambar 4.5 Grafik Perbandingan Variasi Campuran Bahan Bakar
Terhadap Efisiensi Gasifikasi (η) ........................................................... 75
xi
DAFTAR TABEL
Table 2.1 Analisa Ultimat Biomassa .............................................................................. 6
Tabel 2.2 Sifat Fisis dan Mekanis Bambu ..................................................................... 10
Tabel 2.3 Analisa Kimia Bambu .................................................................................... 10
Tabel 2.4 Analisis Proksimat dan Ultimat Batubara ..................................................... 14
Tabel 2.5 Higher Heating Value (HHV) dan Lower Heating Value (LHV)
Gas mampu Bakar ......................................................................................... 33
Tabel 3.1 Persentase Perbandingan Massa Limbah Bambu dan Batubara .................... 49
Tabel 4.1 Hasil Analisa Proksimat Limbah bambu dan Batubara ................................ 52
Tabel 4.2 Hasil Analisa Ultimat Limbah Bambu dan Batubara .................................... 52
Tabel 4.3 Hasil Pengujian Benzoid Acid ...................................................................... 53
Tabel 4.4 Hasil Pengujian Analisa Nilai Kalor Limbah Bambu dan Batubara ............ 53
Tabel 4.5 Kebutuhan Udara Gasifikasi Batubara dan Limbah Bambu ......................... 57
Tabel 4.6 AFR Kebutuhan Udara .................................................................................. 58
Tabel 4.7 Data Hasil Penelitian .................................................................................... 61
Tabel 4.8 Data hasil Pengujian Gas Gasifikasi dan Udara Standar ............................. 62
Tabel 4.9 FCR Aktual dari Masing-Masing Variasi Komposisi
Campuran Bahan Bakar .............................................................................. 64
Tabel 4.10 AFR Aktual dari Masing-Masing Variasi Komposisi
Campuran Bahan Bakar .............................................................................. 65
Tabel 4.11 Temperatur Rata-Rata Reaktor .................................................................. 66
Tabel 4.12 Persentase Kandungan Gas Hasil Gasifikasi ............................................. 69
Tabel 4.13 Kandungan Gas Mampu Bakar yang Dihasilkan ....................................... 70
Tabel 4.14 Jumlah Gas Nitrogen yang Diproduksi ...................................................... 71
Tabel 4.15 Total Energi Output dari Gas Mampu Bakar ............................................. 72
Tabel 4.16 Total Energi Input dari Bahan Bakar yang Digunakan ............................... 72
Tabel 4.17 Efisiensi Gas Hasil Gasifikasi ..................................................................... 72
xii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Foto Penelitian ........................................................................................ 79
Lampiran 2 Hasil Data Pengujian Gas Gasifikasi ...................................................... 80
Lampiran 3 Distribusi Temperatur Reaktor ............................................................... 84
Lampiran 4 Lembar Asistensi ...................................................................................... 102
Lampiran 5 Surat Pernyataan ...................................................................................... 106
Lampiran 6 SK Pembimbing ....................................................................................... 107