PENGARUH JUMLAH LUBANG DISTRIBUTOR TERHADAP UNJUK KERJA FLUIDIZED BED GASIFIER

Transkripsi

1 PENGARUH JUMLAH LUBANG DISTRIBUTOR TERHADAP UNJUK KERJA FLUIDIZED BED GASIFIER Dsusun sebaga salah satu syarat menyelesakan Program Stud Strata I pada Jurusan Teknk Mesn Fakultas Teknk Oleh : DIDIK SETYAWAN D PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2017

2 V

3 V

4 V

5 PENGARUH JUMLAH LUBANG DISTRIBUTOR TERHADAP UJUK KERJA FLUIDIZED BED GASIFIER Abstrak Dengan menpsnya cadangan dan produks mnyak bum dan gas (mgas) nasonal, sedangkan kebutuhan akan bahan bakar mgas menngkat dar tahun ke tahun, maka perlu dcar cadangan energ alternatf lan yang ramah terhadap lngkungan. Kn dkembangkan peneltan dengan bahan baku bomassa sekam pad untuk dubah menjad bahan bakar baru. Tujuan dar peneltan n adalah untuk mengetahu pengaruh jumlah lubang dstrbutor terhadap unjuk kerja fludzed bed gasfer, untuk mengetahu kecepatan mnmum fludsas, untuk mengetahu temperature reaktor, untuk mengetahu lama penddhan ar, untuk mengetahu temperatur ttk ap. Pada peneltan n menggunakan varas dstrbutor udara dengan masng-masng jumlah lubang 19,28 dan 37. Mengambl data dengan komposs 2 kg sekam pad dan campuran masng-masng 0,5 kg pasr slka dan batu kapur, melput kecepatan mnmum fludsas, temperature reaktor, temperature ttk ap, temperature ar yang dddhkan dengan 1 lter ar yang ddhkan, pencatatan data setap 2 ment. Hasl peneltan menunjukkan varas dstrbutor udara dengan jumlah lubang 19 ddapatkan temperatur reaktor tertngg sebesar 331,7 C, waktu nyala efektf selama 60 ment. Lama penddhan ar selama 18 ment dan temperatur ttk ap tertngg sebesar 446,3 C. Varas dstrbutor udara dengan jumlah lubang 28 ddapatkan temperatur reaktor tertngg sebesar 460,9 C, waktu nyala efektf selama 56 ment. Lama penddhan ar selama 16 ment dan temperatur ttk ap tertngg sebesar 482,7 C. Varas dstrbutor udara dengan jumlah lubang 37 ddapatkan temperatur reaktor tertngg sebesar 495,4 C, waktu nyala efektf selama 50 ment. Lama penddhan ar selama 12 ment dan temperatur ttk ap tertngg sebesar 532,9 C. Kata Kunc : Dstrbutor Udara, Kalor, Reaktor Fludzed Bed Gasfer Abstract Wth the depleton of reserves and producton of ol and gas (ol & gas), whle the demand for fuel ol and natural gas ncreased from year to year, so need to look for other alternatve energy reserves that are frendly to the envronment. Now developed research wth rce husk bomass raw materals to be transformed nto new fuel. The purpose of ths research s to know the nfluence of the number of holes aganst dstrbutor fludzed bed gasfer performance, to know the mnmum speed of fludzaton, to fnd out the temperature of the reactor, to know the old bolng water, to fnd out the temperature of the fre. In ths study usng a varaton of the ar dstrbutor wth the respectve number of holes and 37. Retreve data wth a composton of 2 kg of rce husk and blend each 0.5 kg of slka sand and lmestone, nclude fludzaton the mnmum speed, temperature reactor, temperature, fre pont, temperature of water boled wth 1 lter of water bol, the recordng data every 2 mnutes. The results showed a varaton of ar dstrbutor wth a total of 19 holes obtaned hghest reactor temperature of 331,7 C, flame tme effectvely for 60 mnutes. Long bolng water for 18 mnutes and the temperature pont of the hghest fre of 446,3 C. Ar dstrbutor wth a varaton of the number of holes of the hghest temperature of the reactor obtaned 28 of 460,9 C, flame tme effectvely durng 56 mnutes. Long bolng water for 16 mnutes and the temperature pont of the hghest fre of 482,7 C. Ar dstrbutor wth a varaton of the amount of 37 holes obtaned the hghest of reactor temperature 495,4 C, flame tme effectve for 50 mnutes. Long bolng water for 12 mnutes and the temperature pont of the hghest fre of 532,9 C. Keywords: Ar Dstrbutors, Heat, Fludzed Bed Reactor V 1

6 1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Bomassa merupakan bahan-bahan organk yang berasal dar tumbuh-tumbuhan yang melput, dedaunan, rerumputan, rantng, gulma, lmbah pertanan, lmbah peternakan, lmbah kehutanan dan gambut ( Borman, 1998). Indonesa memlk bahan bakar bomassa yang melmpah sepert lmbah pertanan, lmbah peternakan dan sebaganya, walaupun banyak dgunakan oleh masyarakat pedesaan sebaga bahan bakar, namun pemanfaatannya belum optmal. Salah satu teknolog potensal untuk pengolahan lmbah bomassa adalah teknolog gasfkas. gasfer adalah Suatu alat untuk proses gasfkas. Ke dalam alat n dmasukkan bahan bakar bomassa yang mengalam reaks oksdas parsal dengan udara, oksgen, atau campurannya. Teknolog Fludsas banyak daplkaskan pada teknolog reaktor, salah satunya d gasfkas fludzed. Fludsas adalah proses dmana benda padat halus (partkel) dubah menjad fase yang berkelakuan sepert fluda car melalu kontak dengan gas atau caran (Kun dan Levenspel 1969). Fenomena n terjad pada meda yang dsebut dengan fludzed bed, dmana fludzed bed merupakan suatu bejana yang bers partkel padat yang dalr fluda dar bawah bejana. Menurut Zenz dan Othmer (1960) secara prnsp ada 4 aspek keunggulan yang dmlk oleh fludzed bed jka dbandng dengan teknolog kontak yang lannya yatu; (1) pada aspek kemampuan untuk mengontrol temperature, (2) kemampuan beroperas secara kontnu, (3) keunggulan dalam persoalan perpndahan panas, dan (4) keunggulan dalam proses katals. Pengaturan udara masuk pada fludzed bed dlakukan oleh dstrbutor udara dan plenum. Ada beberapa bentuk dan tpe dstrbutor udara yang dgunakan dalam fludzed bed. Secara umum bentuk dan tpe tersebut dapat dkelompokkan menurut arah alran masuk udara ke dalam reaktor bak arah alrannya ke atas, lateral dan ke bawah. Bentuk dstrbutor udara yang palng serng dgunakan adalah tpe dstrbutor udara plate. Tpe n merupakan tpe arah alran udara dar bawah yang memlk keuntungan murah dan mudah dalam pembuatan tetap memlk kelemahan yatu terjadnya udara mengalr balk ke plenum yang berada d bawahnya. Untuk menutup kelemahan tpe dstrbutor udara plate maka dgunakan tpe bubble cups dan nozzles yang arah alrannya lateral. Tpe n memlk kelemahan pada harga yang mahal dalam pembuatannya dan kendala pada saat pembershan dan modfkas. D sampng dua tpe tersebut, d beberapa fludzed bed menggunakan tpe sparger dan concal, tetap penggunaan dua tpe n jarang dtemukan. Pemlhan dstrbutor tdak hanya berdasarkan keunggulan dan kekurangan dalam hal pembuatan, operas dan harga, tetap dstrbutor udara yang dgunakan juga harus dapat menjamn terjadnya fludsas yang merata dan stabl pada fludzed bed. V 2

7 Maka dalam peneltan kal n kta plh dstrbutor udara tpe plate karena tpe n memlk keuntungan murah dan mudah dalam pembuatan, dmana 3 tpe dstrbutor udara n dengan jumlah lubangnya yang berbeda-beda yatu 1. dstrbutor udara jumlah lubang 19 dengan dameter lubang 12 mm, 2. dstrbutor udara jumlah lubang 28 dengan dameter lubang 10 mm, dan 3. dstrbutor udara jumlah lubang 37 dengan dameter lubang 9 mm. Dstrbutor n berfungs untuk mengalrkan udara dar blower secara seragam keseluruhan reaktor melalu plenum. 1.2 Tujuan peneltan Tujuan dar peneltan n adalah untuk mengetahu pengaruh jumlah lubang dstrbutor terhadap unjuk kerja fludzed bed gasfer melput: a. Kecepatan mnmum fludsas. b. Temperatur reaktor. c. Nla kalor yang dhaslkan. d. Laju konvers energ. 1.3 Batasan masalah Peneltan n dbatas pada pengembangan fludzed bed gasfer dengan varas dstrbutor udara yatu : a. Dalam pengujan n proses tdak berlangsung kontnue, artnya bahan bakar sekam pad dan campuran 0,5 kg pasr slka,batu kapur sekal paka. b. Gas produk hasl peneltan n dbakar, dgunakan untuk memanaskan ar. c. Kecepatan udara yang dgunakan dalam peneltan n sebesar 2 m/s. 2.METODOLOGI PENELITIAN Tahapan n bers prosedur dan pelaksanaan peneltan. Mula Tahap persapan survey alat dan bahan Proses desan alat Pembuatan alat Proses pengujan alat Tdak Nyala Ap Ya V 3

8 P (cmh₂o) Pengamblan Data Dstrbutor Jumlah Lubang19 1. Kecepatan Mnmum Fludsas 2.Temperatur Reaktor Dstrbutor Jumlah Lubang Kecepatan Mnmum Fludsas 2.Temperatur Reaktor Dstrbutor Jumlah Lubang Kecepatan Mnmum Fludsas 2.Temperatur Reaktor 3. Temperatur Panas Ap 3. Temperatur Panas Ap 3. Temperatur Panas Ap 4.Temperatur Ar Menddh 4.Temperatur Ar Menddh 4.Temperatur Ar Menddh Pengolahan data dan pengamblan kesmpulan 3.HASIL DAN PEMBAHASAN Gambar 1. Dagram Alr Peneltan 3.1.Data dan pembahasan kecepatan mnmum fludsas Gambar.2. sampa gambar 4. menunjukkan karakterstk kecepatan mnmum fludsas tpe dstrbutor dengan komposs pasr slka 0,5 kg dan 0,5 kg batu kapur, serta masng-masng dstrbutor jumlah lubang 19, jumlah lubang 28 dan jumlah lubang 37. A. Dstrbutor Tpe 1 (Jumlah Lubang 19) Selesa Keceatan m/s Kecepatan nak Kecepatan turun Gambar 2. karakterstk kecepatan mnmum fludsas tpe dstrbutor 1 (jumlah lubang 19) 4 V

9 P (cmh₂o) P (cmh₂o) B. Dstrbutor Tpe 2 (Jumlah Lubang 28) Kecepatan nak kecepatan turun Keceatan (m/s) Gambar 7. karakterstk kecepatan mnmum fludsas tpe dstrbutor 2 (jumlah lubang 28) C. Dstrbutor tpe 3 (Jumlah Lubang 37) Kecepatan nak Kecepatan nak Kecepatan (m/s) Gambar 3. karakterstk kecepatan mnmum fludsas tpe dstrbutor 3 (jumlah lubang 37) Dar gambar 2. sampa gambar 3 ddapatkan kecepatan mnmum fludsas tpe dtrbutor 1 (jumlah Lubang 19) sebesar 1,8 m/s, sedangkan untuk jumlah lubang 28 kecepatan mnmum fludsas 1,6 m/s dan sebesar 1,2 m/s untuk dstrbutor jumlah lubang 37. Cara menentukan kecepatan mnmum fludsas denga cara menambahkan kecepatan 5 V

10 Temperatur Reaktor ( C) udara dar bukaan stop kran pada blower setelah penambahan kecepatan udara maka tekanan 1 akan mengalam kenakan dan tekanan 2 turun, pada kecepatan udara konstan akan terjad tekanan kostan pula maka kta tark gars dar tekanan nak pada tekanan 1 dan kta tark gars dar tekanan turun, dar ttk perpotongan 2 gars tersebut sehngga kta dapat menentukan besarnya kecepatan mnmum fludsas. Berkut tabel besarnya kecepatan mnmum fludas dar peneltan n. Tabel 1. kecepatan mnmum fludsas. Dstrbutor Kecepatan Mnmum Fudsas ( m/s ) 1. Jumlah Lubang 19 1,8 2. Jumlah Lubang 28 1,6 3. Jumlah Lubang 37 1,2 3.2.Perbandngan temperatur reaktor pada tga tpe dstrbutor jumlah lubang T.Reaktor Waktu (ment) Suhu Reaktor Jumlah Lubang 37 Suhu Reaktor Jumlah Lubang 28 Suhu Reaktor Jumlah Lubang 19 Gambar 5. Grafk hubungan antara waktu dengan temperatur reactor pada tga tpe dstrbutor udara. Gambar 5. grafk menunjukkan gabungan temperatur reaktor yang dhaslkan dar proses pembakaran sekam pad pada tga varas tpe dstrbutor jumlah lubang dengan kecepatan udara 2 m/s. Pada percobaan n menggunkan campuran pasr slka dan batu kapur masng-masng 0,5 kg. Pada percobaan dstrbutor jumlah lubang 19 grafk datas menunjukkan temperatur awal reaktor sebesar 54,8 C dan menunjukkan temperatur tertngg V 6

11 Temperatur Panas Ap ( C) pada temperature 331,7 C pada ment ke 54. Pada percobaan dstrbutor jumlah lubang 28 temperatur awal reaktor 54,7 C dan menunujukkan suhu tertngg pada 460,3 C pada ment ke 60. Sedangkan temperatur awal reaktor saat menggunakan dstrbutor jumlah lubang 37, menunjukkan temperatur awal 55,1 C dan mencapa temperatur tertngg 495,4 C pada ment ke 60. Pemanasan awal pada bed yang berupa pasr slka bertujuan untuk meratakan panas pasr sebelum proses pembakaran bahan bakar ddalam reaktor berlangsung. 3.3.Perbandngan temperatur panas ap pada tga tpe dstrbutor jumlah lubang Gambar 6. menunjukkan grafk temperatur panas ap dengan waktu pada percobaan pembakaran sekam pad sebanyak 2 kg dengan kecepatan udara 2 m/s, serta pasr slka dan batu kapur sebaga bed. Temperatur awal pada panas ap hasl dar pembakaran gas adalah 46,01 C dan temperatur tertngg rata-rata hasl pembakaran gas adalah 487,3 C pada ment ke 46. Temperatur ap cenderung mengalam penurunan pada ment ke 50 yatu dar temperatur 46,01 C menjad 435,13 C. Dar grafk hasl percobaan dketahu bahwa waktu yang dhaslkan dar proses pembakaran 2 kg sekam pad dapat menyala efektf adalah 55 ment Waktu (ment) Suhu Panas Ap Jumlah Lubang 37 Suhu Panas Ap Jumlah Lubang 28 Suhu Panas Ap Jumlah Lubang 19 Gambar 6. grafk hubungan antara waktu dengan temperatur panas ap pada tga tpe dstrbutor udara. V 7

12 Temperatur Ar Menddh (C) 3.4.Grafk perbandngan temperatur ar menddh pada tga tpe dstrbutor jumlah lubang Waktu (ment) Suhu Ar Menddh Jumlah Lubang 37 Suhu Ar Menddh Jumlah Lubang 28 Suhu Ar Menddh Jumlah Lubang 19 Gambar 7. grafk hubungan antara waktu dengan temperatur ar pada tga tpe dstrubutor jumlah lubang Gambar 7. grafk menunjukkan hubungan antara waktu dengan temperatur ar menddh pada tga tpe dstrubutor jumlah lubang. Untuk menddhkan ar sebanyak 1 lter dalam waktu 18 ment pada dstrbutor jumlah lubang 19, dapat menddhkan ar sebanyak 1 lter dalam waktu 16 ment pada dstrbutor jumlah lubang 28, Sedangkan untuk dstrbutor jumlah lubang 37 dapat menddhkan ar sebanyak 1 lter dalam waktu 12 ment. Urutan waktu penddhan ar pada percobaan 7 dengan menggunakan dtrbutor jumlah lubang 19 adalah selama 18 ment, sedangkan dengan menggunakan dtrbutor jumlah lubang 28 dan 37 selama 16 ment dan 12 ment. Dar ketga tpe dstrbutor jumlah lubang yang dgunakan dapat djelaskan bahwa dstrbutor jumlah lubang 19, memerlukan waktu untuk menddhkan ar 1 lter dalam waktu 18 ment, dan pada dstrbutor jumlah lubang 28 untuk menddhkan ar sebesar 1 lter dperlukan waktu 16 ment, sedangkan dstrbutor jumlah lubang 37 untuk menddhkan ar sebesar 1 lter dperlukan waktu 12 ment. Hal n dkarenakan tdak stablnya proses pembakaran sekam pad ddalam reaktor. Lama penddhan n dpengaruh lamanya nyala efektf bahan bakar, semakn lama waktu penddhan berart pembakaran bahan bakar tdak akan cepat habs. V 8

13 QL (KJ) QS (KJ) 3.5.Grafk hubungan antara tga tpe dstrbutor jumlah lubang dengan kalor sensbel Jumlah Lubang 19 Jumlah Lubang 28 Jumlah Lubang 37 Gambar 8. Dagram batang hubungan antara tga tpe dstrbutor jumlah lubang dengan kalor sensbel Grafk hubungan antara tga tpe dstrbutor jumlah lubang dengan kalor laten Jumlah Lubang 19 Jumlah Lubang 28 Jumlah Lubang 37 Gambar 9. Dagram batang hubungan antara tga tpe dstrbutor jumlah lubang dengan kalor laten V 9

14 QT (KJ) 3.7. Grafk hubungan antara tga tpe dstrbutor jumlah lubang dengan kalor terpaka Jumlah Lubang 19 Jumlah Lubang 28 Jumlah Lubang 37 Gambar 10. Dagram batang hubungan antara tga tpe dstrbutor jumlah lubang dengan kalor laten Gambar 8 sampa gambar 10, dagram batang menunjukkan besarnya hasl perhtungan kalor sensbel, kalor laten dan kalor terpaka pada tga varas dstrbutor jumlah lubang dengan pembakaran bahan bakar 2 kg sekam pad dan campuran pasr slka, batu kapur masng-masng 0,5 kg. Dar gambar dketahu bahwa besarnya kalor sensbel, kalor laten serta kalor terpaka setap percobaan berbeda. Pada percobaan dstrbutor jumlah lubang 19 dengan menggunakan bahan bakar 2 kg sekam pad dan campuran pasr slka, batu kapur masngmasng 0,5 kg kalor sensbel, kalor laten serta kalor terpaka berturut-turut sebesar 284,7605 KJ, 1296,75 KJ., 1581,5105 KJ, sedangkan pada percobaan dstrbutor jumlah lubang 28 dengan menggunakan bahan bakar 2 kg sekam pad dan campuran pasr slka, batu kapur masng-masng 0,5 kg. Besarnya kalor sensbel, kalor laten serta kalor terpaka berturut-turut sebesar 284,7881 KJ., 1433,25 KJ., 1718,0381 KJ., dan pada percobaan dstrbutor jumlah lubang 37 dengan menggunakan bahan bakar 2 kg sekam pad dan campuran pasr slka, batu kapur masng-masng 0,5 kg. Besarnya kalor sensbel, kalor laten serta kalor terpaka berturutturut sebesar 284,9476 KJ., 1683,5 KJ., 1968,4476 KJ. Maka dar Hasl percobaan n dapat dsmpulkan bahwa semakn banyak jumlah lubang, kalor yang dhaslkan semakn besar pula karena penyebaran udara dalam reaktor semakn merata dan nyala ap stabl. V 10

15 4. Penutup 4.1 Kesmpulan Berdasarkan analsa dan pembahasan, pengujan pengaruh jumlah lubang dstrbutor terhadap unjuk kerja fludzed bed gasfer dar pembakaran sekam pad dengan varas dstrbutor udara yang masng-masng jumlah lubang 19, 28, 37 dapat d smpukan sebaga berkut: 1. Kecepatan mnmum fludsas pada percobaan tpe dstrbutor udara dengan jumlah lubang 19 yatu sebesar 1,8 m/s, percobaan tpe dstrbutor udara dengan jumlah lubang 28 yatu sebesar 1,6 m/s, dan percobaan tpe dstrbutor udara dengan jumlah lubang 37 yatu sebesar 1,2 m/s, maka kecepatan udara yang dgunakan pada peneltan n adalah 2 m/s. Karena kecepatan udara pada fludsas terjad saat kecepatan datas kecepatan mnmum fludsas. 2. Semakn banyak jumlah lubang yang dgunakan maka semakn tngg temperatur reaktornya yatu sebesar 495,4 C, pada percobaan tpe dstrbutor udara dengan jumlah lubang Semakn banyak jumlah lubang yang dgunakan maka semakn cepat ar menddh yatu selama 10 ment, pada percobaan tpe dstrbutor udara dengan jumlah lubang Semakn banyak jumlah lubang yang dgunakan maka semakn besar pula kalor terpaka yang dhaslkan yatu sebesar 1968,4476 KJ, pada tpe dstrbutor udara dengan jumlah lubang 37 Sehngga dapat dsmpulkan bahwa dar percobaan ketga tpe dstrbutor jumlah lubang palng bak terjad pada tpe dstrbutor udara dengan jumlah lubang 37, karena semakn banyak jumlah lubang semakn bak haslnya. DAFTAR PUSTAKA Akls, N Stud Ekspermetal Pengaruh Jumlah Lubang Dstrbutor Udara Terhadap Karakterstk Gelembung Pada Bubblng Fludzed Bed Dengan Varas Partkel Bed. Unverstas Gajah Mada, Yogyakarta. Akls, N. dkk Pengaruh Ukuran Partkel Bed Terhadap Syngas Yang Dhaslkan Bubblng Fludzed Bed Gasfer. Unversty Research Coloquum Basu, P Combuston and Gasfcaton n Fludzed Bed, nc., New York. Basu, P Bomassa Gasfcaton and Pyrolyss, New York. Borman, G.L and Ragland, K. W Combuston Engneerng. McGraw Hll.,Sngapura. V 11

16 Kun. D. and Levenspel. O Fludzaton Engneerng. John Wley and Sons, Inc. New York. Nurman, A Stud Karakterstk Pembakaran Bomassa Tempurung Kelapa pada Fludzed bed Combustor. Unverstas Indonesa Dengan Partkel Bed Berukuran Mesh Jurusan Teknk Mesn Fakultas Teknk Unverstas Indonesa. Munson, B.R, Young, D.F. and Oksh, T.H Flud Mechancs. Department of Aerospace Engneerng and Engneerng mechancs. Iowa State Unversty. USA. Tajal, A Panduan Penlaan Bomassa Sebaga Sumber Eneg Alternatf D Indonesa. Penabulum Allance. Zenz. F.A. and Othmer F.D Fludzaton and Flud Partcle Systems. Renhold Publshng Corporaton. New York. V 12