Bab 5 Pengujian dan Pengolahan Data

Transkripsi

1 Bab 5 Pengujian dan Penglahan Data 5.1 Prsedur Pengujian Gasiikasi Sekam Padi Dalam melakukan pengujian gasiikasi sekam padi, terdapat prsedur yang harus diikuti. Prsedur ini dimaksudkan untuk menghindari kecelakaan kerja ataupun kerusakan alat. Prsedur ini juga dimaksudkan agar alat yang diuji dapat bekerja dengan baik, serta untuk memperleh hasil yang terpercaya. Berikut adalah prsedur yang harus dilakukan dalam pengujian: A. Persiapan Sebelum Melakukan Gasiikasi 1. Persiapkan reaktr gasiikasi dengan baik. Pastikan blwer penghisap gas bahan bakar hasil gasiikasi telah terhubung dengan listrik, namun kntak listrik dalam keadaan terbuka. 2. Siapkan sekam padi kering 3. Siapkan abu atau arang hasil pembakaran sekam padi atau bnggl jagung. 4. Siapkan br untuk memicu pembakaran gas hasil gasiikasi. 5. Masukkan abu atau arang ke dalam reaktr sehingga memenuhi 2/3 dari tinggi tabung yang berada di bawah reaktr gasiikasi. 6. Nyalakan blwer penghisap gas, kemudian ukur kecepatan aliran udara pada nsel keluaran blwer. Catat harga kecepatan aliran, kemudian matikan kembali blwer. 7. Masukkan bahan bakar (sekam padi) sehingga ketinggian bahan bakar berada di mulut bawah tabung reaktr gasiikasi. 8. Bakar secarik kertas dengan api, lalu masukkan ke dalam reaktr gasiikasi. 9. Nyalakan blwer. 52

2 10. Setelah bara terbentuk di permukaan atas bahan bakar, masukkan bahan bakar (sekam padi) sehingga ketinggian bahan bakar di bawah bibir atas tabung reaktr gasiikasi. 11. Catat waktu dimulainya prses gasiikasi. B. Prsedur yang Dilaksanakan Ketika Prses Gasiikasi sedang Berlangsung 1. Nyalakan br. 2. Setelah asap hasil pembakaran bahan bakar mulai habis, bakar gas dengan cara memasukkan ujung br melalui lubang pemantik pada pembakar (burner). 3. Catat waktu dimulainya pembakaran gas hasil gasiikasi. 4. Matikan br guna mencegah terjadinya kebakaran. 5. Catat warna dan bentuk api hasil pembakar (burner). 6. Apabila terjadi gangguan yang menyebabkan api pembakaran mati, nyalakan kembali menggunakan br. 7. Setelah api meredup dan bara telah mencapai permukaan bahan bakar paling atas, hentikan pencatat waktu prses gasiikasi dan waktu pembakaran. C. Prsedur yang Dilaksanakan Setelah Prses Gasiikasi Berakhir 1. Siramkan sedikit air guna mematikan bara yang terjadi. 2. Setelah bara padam, cabut blwer dari kntak. 5.2 Data Pengujian Pengujian dilakukuan dua kali dengan 2 kndisi yang berbeda, yaitu pada pagi hari dan malam hari. Data-data yang dibutuhkan dalam melakukan analisis dan perhitungan eisiensi reaktr gasiikasi sekam padi, diperleh melalui pengujian yang dilakukan di labratrium Termdinamika PAU-ITB. Pengujian dilakukan pada tanggal Januari Data yang diperleh melalui pengujian yang dilakukan disajikan dalam tabel 5.1 di bawah ini: 53

3 Tabel 5.1 Data Hasil Pengujian Kndisi I II Kecepatan Gas Masuk 14 m/s 14 m/s Api Biru Biru Stabilitas Api Stabil Tidak Arah Angin Barat Timur Arah Api Burner Barat Barat Backlw Tidak Ya Cuaca Cerah Mendung 5.3 Penglahan Data Perhitungan Entalpi Pembakaran Gas Hasil Gasiikasi Kandungan energi dalam gas hasil gasiikasi dapat diketahui melalui perhitungan entalpi pembakaran pada pembakar (burner). Hal ini dapat dilakukan dengan menganggap pembakar (burner) sebagai sebuah sistem tertutup, dan pembakaran stkimetrik gas hasil gasiikasi terjadi di dalam pembakar (burner). Temperatur gas hasil gasiikasi diasumsikan sebesar 500 K. Hal ini diperleh dari hasil pengukuran temperatur gas hasil gasiikasi reaktr milik Belni [5]. Tedangkan tekanan gas adalah 1 atm (101,325 kpa). Udara yang digunakan dalam pembakaran diasumsikan dalam tingkat keadaan standar yaitu pada temperatur 298 K dan 1 atm. Reaksi pembakaran yang dilakukan menghasilkan prduk gas hasil pembakaran dengan temperatur 1200 K dan tekanan 1 atm. Hal ini sesuai dengan skema sistem yang digambarkan dalam Gambar 5.1 di bawah ini: Gambar 5.1 Skema Pembakaran Pada Pembakar (Burner). 54

4 Dalam melakukan perhitungan nilai entalpi pada reaksi pembakaran yang terjadi, beberapa asumsi digunakan untuk menyederhanakan perhitungan. Asumsiasumsi tersebut diantaranya: 1. Batas vlume atur ditunjukkan leh garis putus-putus dalam Gambar Sistem berperasi dalam keadaan tunak. 3. Perubahan energi kinetik dan ptensial diabaikan. 4. Reaktan dan prduk merupakan campuran gas yang berlaku seperti gas ideal. 5. Udara pembakaran yang digunakan adalah udara kering. Diketahui reaksi pembakaran gas hasil gasiikasi adalah: a CO + b H 2 + c CH 4 + d CO 2 + e O 2 + N 2 + g (O 2 +3,76N 2 ) d CO 2 + h CO 2 + i H 2 O + j N 2 Keisien reaksi gas dapat diperleh dari data raksi ml sesuai dengan kandungan gas hasil uji gas chrmatgraphy, sehingga: a = 0, b = 0,05096 c = 0, d = 0, e = 0, = 0, Reaksi pembakaran menjadi: 0, CO + 0,05096 H 2 + 0, CH 4 + 0, CO 2 + 0, O 2 + 0, N 2 + 0, (O 2 +3,76N 2 ) 0, CO 2 + 0, CO 2 + 0, H 2 O + 1, N 2 Berdasarkan asumsi yang digunakan, maka kesetimbangan energi yang terjadi pada sistem pada Gambar 5.1 di atas adalah: Entalpi reaktan = Entalpi prduk + Q 55

5 h R = h P + Q Sehingga, -Q = h P - h R = Entalpi pembakaran h RP = h P - h R Karena reaktan dan prduk merupakan suatu campuran gas dengan jumlah ml tertentu, maka dalam basis ml persamaan menjadi: h RP = n h P n h R...1) P P R R Berdasarkan deinisi yang diperleh dari reerensi [12], maka entalpi spesiik ( h ) pada tingkat keadaan diluar tingkat keadaan standar adalah penjumlahan entalpi pembentukan standar dengan ( h ) perubahan entalpi spesiik antara tingkat keadaan standar dengan tingkat keadaan yang ditinjau ( h ). Sehingga: h ( T, p ) = h + [ h ( T, p ) - h ( T re, p re )] = h + h...2) Dengan meninjau reaksi pembakaran dan suku pertama dari persamaan 1), maka persamaan entalpi spesiik prduk adalah : n h P P = 0, h + 0, P CO , CO , H 2O + N 2...3) Dalam reaksi pembakaran yang terjadi, sebanyak 0, ml CO 2 dan 0, ml N 2 yang terkandung dalam gas bakar tidak bereaksi dengan udara. Dengan kata lain, tidak terjadi pembentukan 0, ml CO 2 dan 0, ml N 2. Sehingga dalam perhitungan yang dilakukan, entalpi pembentukan standarnya 56

6 bernilai 0 ( h = 0). Selain itu, entalpi pembentukan standar dari elemen-elemen yang bersiat stabil seperti N 2, O 2,dan H 2 juga bernilai 0. Maka persamaan 3) menjadi: n h P P = 0, h + 0, P CO , CO , H 2O h N2 Harga entalpi pembentukan standar untuk CO 2 dan H 2 O diperleh dari tabel A-25. Sedangkan entalpi spesiik untuk N 2, CO 2 dan H 2 O diperleh melalui interplasi pada T = 1200 K dari tabel A-23 [12] (terdapat pada lampiran C.5). Maka entalpi spesiik prduk adalah: h P P P n = 0, [( )] + 0, [ ( )] + 0, [ ( )] + 1, [( )] = ,1 kj/kml Sedangkan entalpi spesiik reaktan diperleh melalui persamaan: n h R R = 0, h + 0,05096 R CO + H 2 + 0, , CH 4 h + CO 2 + 0, , h O 2 N 2 + 0, , O 2 + N 2 57

7 Udara yang direaksikan berada dalam tingkat keadaan standar, sehingga h = 0. Selain itu, karena CO 2 yang terkandung dalam gas bakar tidak bereaksi maka entalpi pembentukan standarnya bernilai 0. Sehingga entalpi pembentukan standar untuk CO 2 beserta elemen-elemen yang bersiat stabil seperti N 2, O 2, H 2, bernilai 0. n h R R = 0, h + 0,05096 R CO 0 + h H2 + 0, , h CH 4 CO2 + 0, h O2 + 0, h N2 Harga entalpi pembentukan standar untuk CO, dan CH 4 diperleh dari tabel A-25 [12] (terdapat pada lampiran C.3). Sedangkan entalpi spesiik untuk CO, N 2, CO 2, O 2 dan H 2 O diperleh melalui interplasi pada T = 500 K dari tabel A-23 [12] (terdapat pada lampiran C.5). Sedangkan entalpi spesiik untuk H 2 dan CH 4 diperleh melalui persamaan: = h cp. T Harga c diperleh dari tabel A-21 [12] (terdapat pada lampiran C.2). Untuk T = 500 p K, c untuk H 2 dan CH 4 adalah: p c p H 2 = 29,26 kj/kml.k c p CH 4 = 45,31 kj/kml.k Maka entalpi spesiik prduk adalah: 58

8 h R R R n = 0, [ ( ) ] + 0,05096 [29,26 ( )] + 0, [ ,31 ( )] + 0, [( )] + 0, [( )] + 0, [( )] = ,7 kj/kml Sehingga entalpi pembakaran gas hasil gasiikasi dalam basis ml adalah: h RP = P n P h P R n = ,1 (-12902,7) kj/kml = ,4 kj/kml R h R Untuk mengetahui entalpi pembakaran dalam basis massa, maka perlu diketahui massa mlar rata-rata dari gas, yaitu: M = n M rata rata = 29,2035 i i Maka entalpi pembakaran dalam basis massa adalah:, 1107,72 kj/kg, Nilai kalr bawah (LHV) dideinisikan sebagai panas yang dilepaskan pada saat bahan bakar bereaksi pada tingkat keadaan standar (25 C, 1 atm) dan prduk hasil pembakaran tersebut kembali ke tingkat keadaan standar [13]. (LHV gas ) telah didapatkan dari data pengujian sebelumnya, yaitu LHV gas = 2532,6 kj/kg 59

9 5.3.2 Daya Gas Gas yang dihasilkan memiliki kandungan energi per satuan massanya. Daya maksimum gas keluaran reaktr merupakan perkalian antara kandungan energi ini dikalikan dengan laju aliran massanya. Sehingga: P maks = m gas LHV gas = 0,01 [kg/s]. (2532,6) [kj/kg] = 25,33 kw Namun daya yang dihasilkan ini bukan daya keluaran sebenarnya, karena adanya energi panas yang terbuang (Q lss ) pada pembakar (burner) yang diakibatkan leh islasi sistem yang tidak sempurna. Energi panas yang terbuang (Q lss ) pada pembakar (burner) yang terjadi besarnya dapat diketahui dengan mengalikan besarnya entalpi pembakaran dengan laju aliran massanya. P maks = m gas h RP = 0,01[kg/s].(-11077,2)[kJ/kg] = -11,077 kw Besarnya daya sebenarnya (P sebenarnya ) adalah pengurangan dari daya gas (P) dengan energy panas yang terbuang (Q lss ). P sebenarnya = P maks - Q lss = 25,33 kw - 11,077 kw = 14,253 kw Eisiensi Pembakar (Burner) Dari hasil perhitungan di atas, kita dapat menentukan besarnya nilai eisiensi pembakar (burner). Besarnya eisiensi pembakar (burner) adalah :. 100% 14,253 56,3% 25,33 Eisiensi pembakar (burner) adalah sebesar 56,3% 60

10 5.4 Analisa Secara umum, pembakar (burner) yang dihasilkan sudah cukup baik, ditandai dengan adanya api biru. Tetapi eisiensi pembakar (burner) masih sangat kecil,yaitu 56,3%. Eisiensi ini dapat lebih ditingkatkan dengan menggunakan islasi di sekeliling pembakar (burner) sehingga tidak ada panas yang terbuang percuma Perbandingan Hasil Pemdelan FLUENT dan Pengujian Dari hasil pengujian,didapatkan beberapa perbedaan dengan hasil dari pemdelan FLUENT, diantaranya: 1. Pemdelan FLUENT tidak menunjukkan gejala backlw 2. Api pemdelan FLUENT selalu stabil Kndisi yang berbeda antara pemdelan FLUENT dan Pengujian adalah: 1. Adanya angin. 2. Pemdelan FLUENT menggunakan kecepatan blwer 16 m/s, sedangkan pengujian hanya pada 14 m/s karena inverter rusak. 3. Dimensi antara pembakar (burner) FLUENT dan dalam pengujian memiliki perbedaan. 4. Pemdelan FLUENT mengasumsikan gas dan udara akan langsung menyala ketika sudah tercampur secara sempurna, padahal pembakaran baru akan terjadi jika ada pemantik. 5. Bentuk sambungan yang dilakukan dengan pengelasan, bukan dengan menggunakan sambungan. Faktr arah angin dan kecepatan gas masuk dapat menjadi alasan terjadinya backlw. Karena adanya arah angin yang melawan arah api, api terdrng ke belakang. Hal ini juga semakin didukung dengan kurangnya kecepatan blwer bisa dipakai. Jika kecepatan angin yang melawan lebih besar dari hisapan blwer terhadap udara dan gas masuk, maka backlw pun terjadi dan api menjadi tidak stabil. Ini dibuktikan juga ketika arah angin searah dengan arah api/tidak ada angin, api stabil. 61

11 Selain itu, ketidakstabilan api juga dapat diakibatkan dari aktr dimensi saluran karena dimensi saluran yang panjang dan besar dapat mengakibatkan laju aliran pada saluran menjadi lambat sehingga dapat dilawan leh angin luar. Penyambungan saluran pipa yang dilakukan dengan las dan bukan dilakukan dengan sambungan siku (elbw) dapat membuat kecepatan sudah turun sebelum memasuki saluran pembakar (burner). Letak pemantik juga patut diperhitungkan karena mungkin saja pemantik terletak terlalu jauh sehingga udara dan gas sudah tidak tercampur dengan sempurna lagi ketika mau dipantik. Ada beberapa cara untuk menanggulangi hal ini,di antaranya: 1. Menyediakan inverter sehingga kecepatan blwer dapat dijaga stabil. Dengan demikian, hisapan dari blwer tidak akan kalah dengan hembusan angin. 2. Mengurangi diameter saluran atau memperpendek saluran. 3. Memperbaiki letak pemantik. 4. Memperbaiki bentuk sambungan Perbandingan Pembakar (Burner) Baru dengan Pembakar (Burner) Acuan Jika dibandingkan, masing-masing pembakar (burner) memiliki keunggulan. Keunggulan pembakar (burner) baru adalah warna api yang biru dan memusar serta panjang. Hal ini membuktikan pembakaran yang terjadi adalah pembakaran yang sempurna, sedangkan pembakar (burner) acuan masih berwarna biru kemerahmerahan. Pencampuran yang dilakukan leh pembakar (burner) baru dengan menggunakan swirler dan saluran pembakar (burner) yang panjang tenyata sudah cukup baik. Pembakar (burner) acuan memiliki keunggulan di bagian stabilitas api. Pada cuaca dan arah angin seperti apapun, pembakar (burner) acuan selalu dapat menghasilkan api. Tetapi pengujian pembakar (burner) acuan dilakukan dengan menggunakan inverter, sedangkan pada pengujian dengan pembakar baru tidak. Jadi, sebaiknya pembakar (burner) yang baik dapat dihasilkan dengan menggabungkan 62

12 kedua hal tersebut, yaitu pembakar (burner) baru yang dipasangi inverter sehingga kecepatan masuk dapat diatur. Selain itu, jika dibandingkan dengan gasiikasi sekam padi pada pembakar (burner) acuan, didapatkan perbedaan eisiensi sebesar 23,3%. Selain itu,terjadi peningkatan daya pembakar sebesar 5,905 kw. Hal ini menunjukkan kinerja pembakar (burner) baru lebih baik dan eisien dibandingkan pembakar (burner) acuan. 63