Karakterisasi Gasifikasi Biomassa Sampah pada Reaktor Downdraft Sistem Batch dengan Variasi Air Fuel Ratio

Transkripsi

1 Karakterisasi Gasifikasi Biomassa Sampah pada Reaktor Downdraft Sistem Batch dengan Variasi Air Fuel Ratio Oleh : Rada Hangga Frandika ( ) Pembimbing : Dr. Bambang Sudarmanta, ST. MT.

2 Kebutuhan Energi Minyak Bumi Cadangan Krisis Energi LATAR BELAKANG Diversifikasi Konservasi Banyaknya Permasalahan Sampah Sampah Organik Tuntutan Penggunaan Energi Alternatif Yang Renewable Sumber Energi Baru

3 Biomassa Sampah Gasifikasi Energi Renewable Downdraft Kelebihan : Mampu menghasilkan gas yang rendah Tar

4 Perumusan Masalah Bagaimana mendapatkan karakterisasi gasifikasi biomassa sampah yang dinyatakan dalam effisiensi thermal dan visualisasi nyala api dengan memvariasikan AFR

5 Tujuan Penelitian Mendapatkan karakteristik biomassa sampah dengan cara proximate analysis Mendapatkan identifikasi zone-zone proses gasifikasi untuk bahan baku sampah Mendapatkan Air Fuel Ratio (AFR) yang tepat pada proses gasifikasi untuk bahan baku sampah Karakterisasi unjuk kerja gasifikasi yang dinyatakan dalam efisiensi thermal dan visualisasi nyala api

6 Batasan Masalah Penelitian dilakukan di Research Center ITS Penelitian ini tidak membahas mengenai proses radiasi pada instalasi Penelitian tidak membahas tentang proses desain reaktor Penelitian dan pembahasan Tugas Akhir hanya dilakukan dengan menggunakan reaktor gasifikasi bermetode downdraft yang dibuat secara pribadi, sehingga hasil yang diperoleh hanya berlaku pada gasifier tersebut saja Biomass yang digunakan adalah sampah yang berada di lingkungan kampus ITS Surabaya dengan properti yang konstan

7 Tinjauan Pustaka Biomass DAUN KERING

8 Analisa Ultimate & Proximate Karakteristik Biomassa Sampah Kandungan (%) Moisture Content Parameter Proximate Volatile Matter Ash Content Fixed Carbon LHV (kj/kg) 9,97 66,92 3,82 19, Parameter Ultimate Kandungan (%) C H O N S 52,15 6,11 30,34 6,99 0,16 Kandungan karbon dan oksigen menunjukan jumlah yang cukup dominan, unsur-unsur ini menjadi komponen utama dalam reaksi pembentukan syngas

9 Gasifikasi Teknologi Proses Konversi Biomassa secara Thermokimia Flammable Gas CO, CO 2, H 2, dan CH 4

10 Reaktor Downdraft Tahapan Proses : 1. Drying Zone (100 C 200 C) Endoterm Menghilangkan Kandungan air 2. Pyrolisis (200 C 600 C) Dekomposisi Penguraian Volatile Endoterm 3. Partial Oxidation (600 C 1000 C) Eksoterm Menghasilkan Panas 4. Reduction (400 C 600 C) Mereduksi CO2 dengan : - Water Gas Reaction - Boudouard Reaction - Shift Conversion - Methanation

11 Kesetimbangan Energi dan Massa Kesetimbangan Massa Energi Masuk Kesetimbangan Energi Dimana : Energi Keluar

12 massa udara P 0 P S = red oil.g.h P D = ½. udara.v udara 2 red oil.g.h = ½. udara.v udara 2 h = 2. h red oil.sin red oil = SG red oil. H2O SG red oil. H2O.g. 2. h red oil.sin = ½. udara.v udara 2

13 Efisiensi Gasifikasi Heat Loss q conv = h A (T s - T )

14 PENELITIAN TERDAHULU Karakterisasi Gasifikasi Biomassa Sekam Padi Menggunakan Reaktor Downdraft dengan Dua Tingkat Laluan Udara Sudarmanta, B., dkk 2009 Penelitian tersebut menggunakan reaktor gasifikasi downdraft dengan pendekatan sistem batch. Penelitian dimulai dari karakterisasi biomassa sekam padi secara proximate dan ultimate analyze dan dilanjutkan dengan karakterisasi proses gasifikasi Identifikasi zone tahapan proses gasifikasi dilakukan dengan pemasangan 5 titik pengukuran suhu sepanjang reaktor gasifikasi untuk mendapatkan zone drying, pyrolisis, oksidasi parsial serta reduksi. Pengaturan suhu udara pada laluan tingkat kedua dimulai dari suhu 30 0 C, 40 0 C, 50 0 C sampai 60 0 C dengan cara melewatkan saluran udara tersebut pada bak air yang sudah dipanaskan.

15 Dita Firsta, 2009 PENELITIAN TERDAHULU Dengan pemberian suplai udara yang besar, maka akan dihasilkan laju alir gas yang besar pula dengan kepekatan kandungan komposisinya bisa dikatakan sangat encer (CO 2 tinggi). Keadaan saat gas bercampur dengan udara sekitar dan mulai terbakar akan menghasilkan warna lebih dominan rona merah yang memiliki jelaga dan radiasi panas tinggi, sehingga saat terbaca di termokopel, api pada variasi AFR tinggi ini akan menghasilkan temperatur yang paling tinggi pula.

16 Aplikasi Water Pump Electric Generator Diesel Engine

17 Skema Penelitian Rotary Screen Crusher Sampah

18 Flowchart Percobaan Mulai A Pengolahan Biomassa - Crusher - Pengeringan Studi Literatur : 1. Jurnal 2. Text Book Pengujian Nilai Kalor Ash, Char, dan Syngas Pengujian Propertis Sampah Pengolahan Data Data Awal : - T udara ambient - T reaktor dan pipa - Massa biomassa Perhitungan : - Kesetimbangan Massa - Kesetimbangan Energi - Heat Loss Perpindahan Panas - Efisiensi Gasifikasi Pengaturan Variasi AFR dengan dimmer Proses Pengujian Gasifikasi Grafik : - Distribusi Temp = f (dimmer) - Air Fuel Ratio = f (dimmer) - Kesetimbangan Massa = f (dimmer) - Laju Alir Massa Gas = f (dimmer) - η gasifikasi = f (dimmer) Pencatatan Data Proses : - Distribusi Temp. - Laju Alir Massa Udara - Laju Alir Massa Gas - Temperatur dinding luar - Kecepatan Udara Luar Analisa Grafik Kesimpulan Pencatatan Data Akhir : Massa abu Selesai A

19 Hasil dan Pembahasan Profil Distribusi Temperatur Reaktor

20 Prosentase AFR Pada Masing-masing Dimmer

21 Kesetimbangan Massa

22 Prosentase Laju Alir Massa Syngas

23 Visualisasi Api Saat Stabil

24 Sankey Diagram Heat Loss Energy (konveksi) 1,20 % Losses Energy (char+ash) 14,14 % Biomassa 99,25 % P R O S E S Useful Energy (syngas) 48,15 % Udara 0,75 % Losses Energy (unknown) 35,71 %

25 Efisiensi Gasifier = 48,15 %

26 Komposisi Syngas Gasifikasi Sampah

27 Kesimpulan 1. Air Fuel Ratio terbaik pada kondisi 0,46 dengan menghasilkan syn-gas yang combustible, yaitu ditandai dengan nyala api stabil dan effisiensi yang cukup tinggi 2. Penurunan suplai udara mengakibatkan penurunan juga pada laju alir massa dan distribusi temperatur sepanjang reaktor 3. Losses energi cenderung semakin besar dengan semakin menurunnya suplai udara 4. Secara keseluruhan, efisiensi gasifikasi mencapai hingga 48,15% pada AFR 0,46

28 Kritik dan Saran Sangat Kami Harapkan Demi Kesempurnaan Tugas Akhir

29 Reaksi Reduksi Water-Gas Reaction C + H 2 O H 2 + CO kj/kg mol karbon Boudouard Reaction CO 2 + C 2CO kj/mol karbon Shift conversion CO + H 2 O CO 2 + H kj/mol Methanation C + 2H 2 CH kj/mol karbon tar gases (CO 2 ; CO; H 2 O; H 2 ; CH 4 ; CnHm) CO H 2 O ¼ CO 2 H 2 41 kj/mol; CH 4 H 2 O CO 3H kj/mol; CH 4 2H 2 O ¼ CO 2 4H kj/mol; C H 2 O ¼ CO H kj/mol; C 2H 2 ¼ CH 4-75 kj/mol C CO 2 ¼ 2CO kj/mol