TUGAS AKHIR STUDI EKSPERIMEN PENGARUH UKURAN …eprints.ums.ac.id/49668/18/HALAMAN...
Transcript of TUGAS AKHIR STUDI EKSPERIMEN PENGARUH UKURAN …eprints.ums.ac.id/49668/18/HALAMAN...
TUGAS AKHIR
STUDI EKSPERIMEN PENGARUH UKURAN BAHAN BAKAR
TERHADAP KERJA PADA REAKTOR FLUIDIZED BED
GASIFIER
Disusun Sebagai Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun oleh:
ARY DESCESAR PRASETYA WIBAWA
D 200 100 122
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2016
ii
iii
iv
v
vi
MOTTO
“Hai manusia, sesungguhnya kami menciptakan kamu dari seorang laki-
laki dan seorang perempuan dan menjadikan kamu berbangsa-bangsa
dan bersuku-suku supaya kamu saling kenal-mengenal. Sesungguhnya
orang yang paling mulia diantara kamu disisi Allah ialah orang yang paling
taqwa diantara kamu. Sesungguhnya Allah Maha Mengetahui lagi Maha
Mengenal”. (QS. Al-Hujuraat : 13)
“Sesungguhnya kehidupan dunia hanyalah permainan dan senda gurau.
Dan jika kamu beriman dan bertaqwa, Allah akan memberikan pahala
kepadamu dan Dia tidak akan meminta harta-hartamu”.
(QS : Muhammad : 36)
“Ilmu tanpa agama adalah lumpuh, dan agama tanpa ilmu adalah buta”
(Albert Einstein)
“When someone abuses you, it is a compliment that so far they spend a lot
of time thinking about you, even when you do not think about them”
(B.J. Habibie)
vii
HALAMAN PERSEMBAHAN
Assalamu’alaikum Wr. Wb
Dengan penuh mengharap ridho Allah SWT, teriring perasaan
syukur dan sabar yang mendalam serta penghargaan yang tinggi, setelah
melewati berbagai ujian dalam perjuangan yang tak kenal lelah, Saya
mempersembahkan Tugas Akhir ini kepada :
1. Ayah dan Ibu yang dengan segala doa, bimbingan, pengertian,
perhatian, kasih sayang, kesabaran, keikhlasan dan pengorbanannya
yang sangat besar kepada saya dan adik saya yang menjadi saudara
yang senantiasa mendukung dan memberikan semangat kepada saya
untuk selalu senantiasa berusaha sebaik mungkin.
2. Nur Aklis, ST., M. Eng. selaku dosen pembimbing akademik dan
dosen pembimbing tugas akhir yang telah bersedia menasehati,
memberikan bimbingan, catatan serta meluangkan waktu, tenaga,
pikiran dan segala perhatiannya kepada kami sehingga kami selalu
bersemangat dan termotivasi untuk dapat menyelesaikan tugas akhir
ini dengan baik. Kami minta maaf jika selama ini kami melakukan
kesalahan baik dalam bimbingan tugas akhir maupun yang lainnya.
3. Teman seperjuangan tugas akhir Feri Rudiyanto, terimakasih atas
kerjasama dan bantuannya.
4. Teman-teman angkatan 2010 teknik mesin yang selalu kompak, dan
saling menyemangati.
viii
5. Dosen Universitas Muhammadiyah Surakarta, wabil khusus Jurusan
Teknik Mesin yang telah membimbing saya didalam perkuliahan
maupun yang lainnya.
6. Honda Supra Fit B 6675 FGM yang senantiasa menemani dari awal
saya kuliah sampai saat ini.
Wassalamu’alaikum. Wr. Wb.
ix
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr. Wb
Sesungguhnya, segala puji hanyalah milik Allah, atas segala
rahmat dan karunia- Nya yang telah terlimpahkan kepada penulis,
sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Sholawat dan salam
semoga senantiasa tercurah kepada Nabi Muhammad SAW. Juga kepada
keluarga, para sahabat serta orang-orang yang setia mengikuti mereka
hingga hari akhir.
Tugas Akhir yang berjudul “STUDI EKSPERIMEN PENGARUH
UKURAN BAHAN BAKAR TERHADAP KERJA PADA REAKTOR
FLUIDIZED BED GASIFIER” ini disusun untuk memenuhi persyaratan
Sidang Sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis banyak mendapat
bantuan dari berbagai pihak, pada kesempatan ini, penulis dengan penuh
keikhlasan hati ingin menyampaikan terima kasih kepada :
1. Bapak Ir. Sri Sunarjono, MT. Ph, D selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Tri Widodo Besar Riyadi, ST, M.Sc, Ph. D. selaku Ketua
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah
Surakarta.
x
xi
STUDI EKSPERIMEN PENGARUH UKURAN BAHAN BAKAR TERHADAP KERJA PADA REAKTOR FLUIDIZED BED GASIFIER
Ary Descesar Prasetya Wibawa, Nur Aklis Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A. Yani Tromol Pos l Pabelan, Kartasura Email : [email protected]
ABSTRAKSI
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui bagaimana pengaruh
ukuran partikel bahan bakar terhadap kinerja reaktor tipe fluidized bed.
Penelitian dilakukan pada reaktor dengan ukuran diameter 454,38 mm
dan tinggi ruang bakar 908,5 mm. Bahan bakar yang digunakan adalah
sekam padi dengan variasi ukuran 1,54 mm, 1,84 mm, dan 2,17 mm.
Sedangkan partikel bed yang digunakan adalah pasir silika dengan ukuran
0,54 mm. Data yang diambil meliputi kecepatan minimum fluidisasi,
temperatur reaktor, lama reaksi, lamanya waktu untuk mendidihkan air
sebanyak 2 liter. Untuk satu kali proses pembakaran digunakan 5 kg
sekam padi, 10 kg pasir silika, dan kapur 1 kg. Hasil penelitian
menunjukkan bahwa ukuran bahan bakar berpengaruh terhadap
kecepatan minimum fluidisasi. Temperatur rata-rata reaktor tertinggi
sebesar 237 (°C) yaitu pada pengujian dengan menggunakan variasi
sekam padi ukuran 1,84 mm. Lama reaksi tercepat yaitu 55 menit yang
dilakukan pada pengujian dengan menggunakan variasi sekam padi
ukuran 1,54 mm. Waktu tercepat untuk mendidihkan air sebanyak 2 liter
yaitu 40 menit pada pengujian dengan menggunakan sekam padi ukuran
2,17 mm. Jumlah kalor gas hasil gasifikasi terbesar yang dihasilkan yaitu
1870,083 kJ yang dilakukan pada pengujian dengan menggunakan sekam
padi ukuran 1,54 mm.
Kata Kunci : Sekam Padi, Fluidized Bed Gasifier, Ukuran Bahan Bakar.
xii
STUDY EXPERIMENTAL THE EFFECT OF SIZE OF FUEL TO WORK ON REACTOR FLUIDIZED BED GASIFIER
Ary Descesar Prasetya Wibawa, Nur Aklis Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A. Yani Tromol Pos l Pabelan, Kartasura Email : [email protected]
ABSTRACTION
The aims of the research is to determine the effect of fuel particle
size on the performance of fluidized bed reactor. The research was
performed on reactor with a diameter of 454.38 mm and 908.5 mm
combustion chamber high. The fuel used rice husk with the variation of
size 1.54 mm, 1.84 mm, 2.17 mm and particles bed is silica sand used
with the size of 0.54 mm. The data are taken contained of the minimum
speed fluidization, the temperature of the reactor, time of reaction, length
of time to boil the water by as much as 2 liters. The combustion process
for a one time use 5 kg of rice husk, 10 kg of silica sands, and chalk 1 kg.
The results showed that the size of the fuel affects the minimum speed
fluidization. Average temperature highes of reactor is 237 (°C) during the
examination with rice husk using a variation of size 1.84 mm. Fastest time
of reaction is 55 minute conducted on the examination by using a variation
of rice husk size 1.54 mm. Fastest time to boil water as much as 2 liters is
40 minutes on an examination by using rice husk size 2.17 mm. Greatest
amount of heat is generated that is 1870.083 kJ conducted on the
examination using rice husk size 1.54 mm.
Keywords: Rice Husk, Fluidized Bed Gasifier, The Size Of The Fuel.
xiii
DAFTAR ISI
Halaman Judul ………………………………………………………………….. i
Pernyataan Keaslian Tugas Akhir …………………………………………… ii
Halaman Persetujuan ………………………………………………………… iii
Halaman Pengesahan ………………………………………………………... iv
Lembar Soal Tugas Akhir …………………………………………………….. v
Halaman Motto ………………………………………………………………… vi
Halaman Persembahan ……………………………………………………….vii
Kata Pengantar ………………………………………………………………... ix
Abstraksi ……………………………………………………………………….. xi
Abstraction …………………………………………………………………….. xii
Daftar Isi ………………………………………………………………………. xiii
Daftar Gambar ………………………………………………………………...xvi
Daftar Tabel …………………………………………………………………..xviii
Daftar Simbol ………………………………………………………………….xix
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang …………………………………………………….. 1
1.2 Perumusan Masalah ……………………………………………… 2
1.3 Batasan Masalah ………………………………………………….. 3
1.4 Tujuan Penelitian ………………………………………………….. 3
1.5 Manfaat Penelitian ………………………………………………… 4
1.6 Metodologi Penelitian …………………………………………….. 4
1.7 Sistematika Penulisan ……………………………………………. 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Tinjauan Pustaka …………………………………………………. 6
2.2 Dasar Teori ………………………………………………………… 9
2.2.1 Biomassa ……………………………………………………. 9
2.2.2 Karakteristik Biomassa Sekam Padi ……………………. 10
2.2.3 Gasifikasi ……………………………………………………11
2.2.4 Jenis-jenis Reaktor Gasifikasi …………………………… 13
xiv
2.2.5 Fluidisasi …………………………………………………… 18
2.2.6 Pengaruh Ukuran Partikel Terhadap Kecepatan
Minimum Fluidisasi ………………………………………. 20
2.2.7 Pasir Silika/Pasir Kuarsa ………………………………… 25
2.2.8 Kalor ………………………………………………………... 29
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Tahapan Penelitian ……………………………………………… 32
3.1.1 Diagram Alir Penelitian …………………………………… 32
3.1.2 Tahapan Penelitian ………………………………………. 33
3.2 Alat dan Bahan …………………………………………………... 35
3.2.1 Alat …………………………………………………………. 35
3.2.2 Alat Pelengkap ……………………………………………. 39
3.2.3 Bahan ………………………………………………………. 40
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Kecepatan Minimum Fluidisasi ………………………………… 41
4.1.1 Kecepatan Minimum Fluidisasi Pada Sekam Padi
Ukuran 1,54 mm ………………………………………….. 41
4.1.2 Kecepatan Minimum Fluidisasi Pada Sekam Padi
Ukuran 1,84 mm ………………………………………….. 42
4.1.3 Kecepatan Minimum Fluidisasi Pada Sekam Padi
Ukuran 2,17 mm ………………………………………….. 43
4.1.4 Pembahasan Kecepatan Minimum Fluidisasi ……….... 44
4.2 Temperatur Pada Reaktor ……………………………………… 45
4.2.1 Temperatur Rata-rata Reaktor Pada Sekam Padi
Ukuran 1,54 mm ………………………………………….. 45
4.2.2 Temperatur Rata-rata Reaktor Pada Sekam Padi
Ukuran 1,84 mm ………………………………………….. 46
4.2.3 Temperatur Rata-rata Reaktor Pada Sekam Padi
Ukuran 2,17 mm ………………………………………….. 47
4.2.4 Perbandingan Temperatur Pasir Silika Pada
3 Variasi Ukuran Sekam Padi …………………………... 49
xv
4.2.5 Perbandingan Temperatur Rata-rata Bahan Bakar
Pada 3 Variasi Ukuran Sekam Padi ……………………. 51
4.2.6 Perbandingan Temperatur Rata-rata Free Board
Pada 3 Variasi Ukuran Sekam Padi ……………………. 53
4.3 Temperatur Titik Api ………………………………………………55
4.3.1 Temperatur Titik Api Pada Sekam Padi
Ukuran 1,54 mm ………………………………………….. 55
4.3.2 Temperatur Titik Api Pada Sekam Padi
Ukuran 1,84 mm ………………………………………….. 56
4.3.3 Temperatur Titik Api Pada Sekam Padi
Ukuran 2,17 mm ………………………………………….. 57
4.3.4 Perbandingan Lama Reaksi Pada 3 Variasi
Ukuran Sekam Padi ……………………………………… 58
4.4 Temperatur Pendidihan Air …………………………………….. 60
4.4.1 Temperatur Pendidihan Air Pada Sekam Padi
Ukuran 1,54 mm ………………………………………….. 60
4.4.2 Temperatur Pendidihan Air Pada Sekam Padi
Ukuran 1,84 mm ………………………………………….. 61
4.4.3 Temperatur Pendidihan Air Pada Sekam Padi
Ukuran 2,17 mm ………………………………………….. 62
4.4.4 Perhitungan Kalor Gas Hasil Gasifikasi ……………….. 63
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ……………………………………………………….. 68
5.2 Saran ……………………………………………………………… 69
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xvi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Reaktor Gasifikasi Tipe Downdraft ………………………….. 13
Gambar 2.2 Reaktor Gasifikasi Tipe Crossdraft ………………………….. 14
Gambar 2.3 Reaktor Gasifikasi Tipe Updraft ……………………………... 15
Gambar 2.4 Bubbling Fluidized Bed Gasifire ……………………………... 17
Gambar 2.5 Circulating Fluidized Bed Gasifire …………………………… 17
Gambar 2.6 Ilustrasi Fluidisasi ……………………………………………... 18
Gambar 2.7 Fenomena fix bed ……………………………………………... 22
Gambar 2.8 Fenomena minimum or incipient fluidization ………………. 22
Gambar 2.9 Fenomena smooth or homogenously fluidization ………….. 23
Gambar 2.10 Fenomena bubbling fluidization ……………………………. 23
Gambar 2.11 Fenomena slugging fluidization ……………………………. 24
Gambar 2.12 Fenomena chanelling fluidization ………………………….. 24
Gambar 2.13 Fenomena disperse fluidization ……………………………. 24
Gambar 2.14 Diagram Klasifikasi Jenis-jenis Pasir ……………………… 26
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ……………………………………….. 32
Gambar 3.2 Skema reaktor gasifikasi tipe fluidized bed ………………… 35
Gambar 4.1 Grafik kecepatan minimum fluidisasi pada
sekam padi ukuran 1,54 mm ………………………………… 41
Gambar 4.2 Grafik kecepatan minimum fluidisasi pada
sekam padi ukuran 1,84 mm ………………………………… 42
Gambar 4.3 Grafik kecepatan minimu fluidisasi pada
sekam padi ukuran 2,17 mm ………………………………… 43
Gambar 4.4 Grafik perbandingan temperatur rata-rata reaktor
pada sekam padi ukuran 1,54 mm ………………………….. 45
Gambar 4.5 Grafik perbandingan temperatur rata-rata reaktor
pada sekam padi ukuran 1,84 mm ………………………….. 46
Gambar 4.6 Grafik perbandingan temperatur rata-rata reaktor
pada sekam padi ukuran 2,17 mm ………………………….. 48
xvii
Gambar 4.7 Grafik perbandingan temperatur pasir silika pada
tiga variasi ukuran sekam padi ……………………………… 49
Gambar 4.8 Grafik perbandingan temperatur rata-rata bahan
bakar pada tiga variasi ukuran sekam padi ………….…….. 51
Gambar 4.9 Grafik perbandingan temperatur rata-rata free board
pada tiga variasi ukuran sekam padi ……………………….. 53
Gambar 4.10 Grafik temperatur titik api pada sekam padi
ukuran 1,54 mm ……………………………………………….. 55
Gambar 4.11 Grafik temperatur titik api pada sekam padi
ukuran 1,84 mm ……………………………………………….. 56
Gambar 4.12 Grafik temperatur titik api pada sekam padi
ukuran 2,17 mm ……………………………………………….. 57
Gambar 4.13 Grafik perbandingan temperatur titik api
pada tiga variasi ukuran sekam padi ……………………….. 58
Gambar 4.14 Grafik temperatur pendidihan air pada
sekam padi ukuran 1,54 mm ………………………………… 60
Gambar 4.15 Grafik temperatur pendidihan air pada
sekam padi ukuran 1,84 mm ………………………………… 61
Gambar 4.16 Grafik temperatur pendidihan air pada
sekam padi ukuran 2,17 mm ………………………………… 62
Gambar 4.17 Grafik perbandingan temperatur pendidihan air
pada 3 variasi ukuran sekam padi ………………………….. 63
xviii
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Analisis ultimate biomassa sekam padi ………………………… 11
Tabel 2. Analisis proximate biomassa sekam padi ………………………. 11
Tabel 3. Ukuran standar ayakan …………………………………………… 28
Tabel 4. Tabel kecepatan minimum fluidisasi pada ketiga variasi
ukuran sekam padi ………………………………………………... 44
Tabel 5. Tabel perhitungan kalor sensibel air pada sekam padi
ukuran 1,54 mm …………………………………………………… 64
Tabel 6. Tabel perhitungan kalor sensibel air pada sekam padi
ukuran 1,84 mm …………………………………………………… 64
Tabel 7. Tabel perhitungan kalor sensibel air pada sekam padi
ukuran 2,17 mm ........................................................................ 65
Tabel 8. Tabel perhitungan kalor laten air ………………………………… 66
Tabel 9. Tabel jumlah kalor sensibel dan kalor laten air ………………… 66
xix
DAFTAR SIMBOL
Simbol Satuan
Umf = Kecepatan minimum fluidisasi (m/s)
dp = Diameter partikel (meter)
ρf = Densitas udara (kg/m3)
g = Percepatan gravitasi (9,81 m/s2)
µ = Viskositas udara (Pa.s)
QS = Kalor sensibel air (Joule)
m = Massa air (kg)
cp = Kalor jenis air (kJ/kg °C)
ΔT = T2 – T1 (perubahan suhu) (°C)
QL = Kalor laten air (Joule)
muap = Massa uap air (kg)
hfg = Enthalpy penguapan (kJ/kg)
QT = Total kalor gas hasil gasifikasi (Joule)