Bab 3 Perancangan dan Pembuatan Reaktor Gasifikasi

Transkripsi

1 Bab 3 Perancangan dan Pembuatan Reaktor Gasifikasi 3.1 Perancangan Reaktor Gasifikasi Perancangan reaktor didasarkan pada rancangan reaktor gasifikasi sekam padi milik Willy Adriansyah. Asumsi yang digunakan dalam perancangan ini adalah reaktor akan dapat menggasifikasi bahan bakar bonggol jagung atau campuran bonggol dan sekam padi dengan baik seperti halnya pada reaktor sekam padi. Reaktor gasifikasi yang akan dibuat dalam penelitian ini didukung oleh beberapa komponen lain sehingga membentuk suatu sistem gasifikasi. Sistem gasifikasi yang akan dibuat terdiri atas tabung reaktor, burner, blower, dan siklon. Hal ini digambarkan dalam skema yang terdapat dalam Gambar 3.1. Gambar 3.1 Skema reaktor gasifikasi Sebagai input awal pada proses perancangan reaktor gasifikasi, terlebih dahulu dilakukan beberapa kali percobaan proses gasifikasi bonggol jagung menggunakan reaktor gasifikasi sekam padi milik Willy Adriansyah. Pada percobaan ini didapat perlakuan terhadap bonggol jagung sebelum proses gasifikasi dan tahapan pengerjaan gasifikasi sehinggga proses gasifikasi lebih mudah. Perlakuan bonggol jagung yang dimaksud adalah bonggol jagung harus dipotong sehingga berukuran 3x3cm. Hal ini bertujuan agar bara api dalam 13

2 reaktor lebih cepat merata dan gas hasil gasifikasi yang terbentuk cenderung konstan. Pada gambar 3.2 dapat kita lihat gambar dari prototipe reaktor gasifikasi sekam padi yang mengalami beberapa penyesuaian untuk kemudahan proses gasifikasi dan perlakuan terhadap bonggol jagung sebelum dimasukkan ke dalam reaktor. Gambar 3.2 Prototipe Reaktor Gasifikasi dan Potongan Bonggol Jagung Reaktor Tipe reaktor yang dipilih dalam perancangan ini adalah reaktor tipe downdraft. Pemilihan tipe ini dilakukan karena gas yang diperoleh lebih bersih. Kelebihan lainnya adalah reaktor tipe ini dapat dikembangkan menjadi reaktor yang bekerja secara berkesinambungan (kontinyu) melalui pengembangan yang lebih lanjut. Reaktor yang dirancang dalam penelitian ini ditujukan untuk aplikasi kalangan industri kecil menengah. Terdapat beberapa kriteria yang harus dimiliki oleh reaktor gasifikasi. Kriteria tersebut adalah reaktor gasifikasi mampu menghasilkan daya yang besar dengan waktu operasi yang lama, serta memiliki 14

3 kerugian panas yang kecil akibat konduksi pada dinding. Untuk memperoleh daya keluaran yang besar dari reaktor gasifikasi, maka diameter reaktor harus cukup besar. Waktu operasi yang panjang dapat diperoleh dengan cara membuat reaktor gasifikasi yang tinggi. Sedangkan untuk memperkecil kerugian panas konduksi pada dinding reaktor, dibutuhkan insulasi yang tebal. Dimensi-dimensi seperti diameter, tinggi, serta tebal insulasi reaktor gasifikasi yang dipilih, ditunjukkan dalam Gambar 3.3. Diameter reaktor dipilih sebesar 250mm sedangkan tinggi reaktor gasifikasi sebesar 770mm seperti yang terlihat dalam sketsa reaktor dalam Gambar 3.3. Sementara tebal insulasi dipilih sebesar 40mm. Material yang dipilih dalam perancangan reaktor gasifikasi ini adalah baja karbon rendah dalam bentuk pelat. Sedangkan campuran semen, pasir dan arang sekam, digunakan sebagai materi insulasi. Ketiga komposisi tersebut dicampur dengan air, lalu dicor ke dalam ruang antara dua buah pelat anulus. Gambar 3.3 Sketsa reaktor gasifikasi 15

4 3.1.2 Perancangan Burner Burner adalah alat yang digunakan untuk membakar gas hasil gasifikasi. Di dalam burner gas dicampur dengan udara dengan tujuan agar gas memperoleh oksigen untuk melakukan proses pembakaran. Hal ini menyebabkan ketika campuran gas dan udara tersebut dipantik, gas tersebut akan terbakar. Dalam perancangan sebuah burner, kita harus memperhatikan ukuran, jumlah dan letak bukaan yang disediakan untuk pemasukan udara. Bukaan yang disediakan untuk pemasukkan udara harus mampu membuat udara pembakaran masuk dalam jumlah yang berlebih untuk memastikan semua gas terbakar habis. Untuk memperoleh pembakaran yang sempurna, maka gas hasil gasifikasi harus tercampur dengan baik di dalam burner. Hal ini dapat dilakukan dengan memperhatikan letak pemasukan udara. Pada Gambar 3.4 dapat kita lihat bentuk rancangan burner yang diinginkan. Seperti yang terlihat pada gambar, burner dirancang cukup panjang yaitu 400mm dengan diameter 95mm. Burner dibuat panjang agar diperoleh waktu yang cukup bagi gas untuk bercampur dengan udara pembakaran. Udara pembakaran dipasok melalui dua buah pipa kecil yang terhubung pada badan burner dan lubang-lubang kecil yang terletak dibagian buritan burner. Gambar 3.4 Sketsa Rancangan Burner 16

5 3.1.3 Pemilihan Blower Untuk menghisap udara pembakaran dan gas hasil proses gasifikasi digunakan blower yang memiliki daya isap yang cukup. Daya isap blower harus disesuaikan dengan reaktor agar udara pembakaran yang terisap kurang dari yang dibutuhkan. Hal ini dimaksudkan agar terjadi pembakaran yang tidak sempurna dan gas hasil proses gasifikasi tidak ikut terbakar. Karena keterbatasan dana, jenis blower yang dipilih pada penelitian ini adalah blower sentrifugal tipe DE 100 dengan daya 40watt. Kemudian untuk memudahkan penyesuaian daya isap blower ditambahkan alat berupa satu buah inverter yang berfungsi mengatur kecepatan putar kipas blower. Inverter yang dipilih adalah Toshiba Inverter tipe VFNC-2007P. Bentuk blower dan inverter dapat kita lihat pada Gambar 3.5. Gambar 3.5 Blower dan Inverter Siklon Siklon merupakan bagian yang berfungsi sebagai pemisah antara debu dan tar dengan gas hasil gasifikasi. Siklon memanfaatkan gaya sentrifugal dan tekanan rendah yang dihasilkan oleh gerakan memutar untuk memisahkan material yang memiliki perbedaan massa jenis, ukuran, dan bentuk. Siklon sering digunakan karena sangat sederhana dan murah untuk dibuat [12]. Selain itu, siklon tidak 17

6 memiliki bagian yang bergerak dan dapat dioperasikan dalam temperatur dan tekanan yang tinggi. Gambar 3.6 Prinsip kerja siklon [12] Prinsip kerjanya dapat dilihat pada gambar 3.6. Gas dengan kecepatan yang tinggi masuk melalui pipa dan bentuk kerucut dari siklon mengakibatkan aliran gas untuk berputar dalam bentuk vortex. Material yang lebih besar atau memiliki massa jenis lebih besar akan terlempar keluar dan drag yang dihasilkan oleh udara berputar dan gaya gravitasi mengakibatkan material tersebut keluar melalui lubang bawah. Sedangkan material yang ringan keluar melalui lubang pipa ke atas. Proses pemisahan melalui siklon membutuhkan aliran yang tunak. 18

7 Kedua lubang keluaran juga sebaiknya memiliki tekanan yang sama agar tidak terjadi aliran balik. Penambahan siklon akan menghasilkan gas hasil gasifikasi yang lebih bersih. Untuk proses perancangannya dilakukan dengan mengikuti standar yang sudah ada dan ukurannya disesuaikan dengan besarnya reaktor dan debit gas yang dihasilkan. Pada gambar 3.7 dapat kita lihat bentuk dari siklon yang dirancang. Gambar 3.7 Siklon 3.2 Pembuatan Reaktor Gasifikasi Proses pembuatan tabung reaktor gasifikasi berawal dari proses pengelasan pelat baja berukuran 785x770x2mm sehingga membentuk silinder berongga. Kemudian sebuah silinder yang lebih besar dibuat dari pelat baja berukuran 1036x770x2mm. Silinder yang lebih besar ini kemudian dilubangi di tiga tempat dengan jarak 60 o. Tiga buah pipa sepanjang 160mm berdiameter luar 55mm dengan ketebalan 3mm dilas pada tiga lubang yang telah dibuat pada silinder. Ketiga pipa ini dijadikan sebagai penyangga reaktor. Langkah selanjutnya adalah melakukan proses pengecoran untuk membentuk insulasi reaktor gasifikasi. Hal ini dilakukan dengan meletakkan 19

8 silinder kecil di dalam silinder yang lebih besar sehingga membentuk annulus. Ruang annulus dan pipa yang telah dilas kemudian dituangi campuran semen, abu sekam dan air. Campuran tersebut kemudian dibiarkan mengering dan mengeras. Setelah tabung reaktor selesai dibuat, langkah selanjutnya adalah pembuatan ruang arang hasil gasifikasi. Sebuah pelat berbentuk cincin berukuran diameter dalam 330mm, diameter luar 430mm dan ketebalan 10mm dilas pada silinder luar tabung reaktor. Dibawah cincin tersebut sebuah pelat dengan ketebalan 2mm dilas pada lingkaran terluar cincin hingga membentuk tabung dengan ketinggian 400mm. Sebagai saluran keluar gas hasil gasifikasi, tabung tersebut dilubangi dan sebuah pipa dengan diameter dalam 2 inchi dilas pada lubang yang telah dibuat. Untuk memudahkan proses pembuangan arang, bagian dasar reaktor dibuat mengecil hingga membentuk kerucut. Bentuk reaktor dapat kita lihat pada Gambar 3.7. Gambar 3.8 Reaktor Gasifikasi Proses selanjutnya adalah memasang siklon yang telah dibuat pada pipa tempat keluarnya gas gasifikasi. Pada bagian atas siklon dipasang blower untuk mengisap gas dari hasil gasifikasi. Kemudian pada blower juga dipasang dudukan yang sesuai untuk burner agar mempermudah proses pengelasan. Untuk lebih 20

9 jelasnya, Gambar 3.8 dapat kita lihat bentuk akhir dari sistem reaktor gasifikasi yang dibuat. Blower Tabung Reaktor Burner Siklon Ruang Arang Reaktor Gambar 3.9 Sistem Reaktor Gasifikasi 21