PENGARUH KECEPATAN UDARA PADA TUNGKU GASIFIKASI SEKAM PADI TERHADAP TEMPERATUR PEMBAKARAN

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR PENGARUH KECEPATAN UDARA PADA TUNGKU GASIFIKASI SEKAM PADI TERHADAP TEMPERATUR PEMBAKARAN Tugas Akhir Ini Disusun Sebagai Syarat Untuk Mendapatkan Gelar Sarjana S1 Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas muhammadiyah surakarta Disusun oleh: DWI PRASTIYO D JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA OKTOBER 2012

2

3 Pengaruh Kecepatan Udara Pada Tungku Gasifikasi Sekam Padi Terhadap Temperatur Pembakaran Dwi Prastiyo, Subroto, Wijianto Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan Kartasura dprastiyo58@yahoo.com ABSTRAKSI Sekam padi dapat diubah menjadi gas metana dengan metode gasifikasi yaitu menggunakan tungku gasifikasi sekam padi. Berdasarkan hal tersebut penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh kecepatan udara pada tungku gasifikasi terhadap temperatur, mengetahui waktu lama nyala efektif, mengetahui lama pendidihan air, dan mengetahui kecepatan udara optimum pada temperatur. Penelitian diawali dengan pembuatan tungku gasifikasi sekam padi. Kemudian menganalisis hasil tungku gasifikasi dengan kecepatan udara di variasi V=2.82 m/s, V=2.31 m/s, dan V=1.90 m/s. Dalam penelitian tersebut mengukur temperatur serta mencatat perubahan temperatur air sebanyak 3 liter setiap 3 menit. Hasil pengujian menunjukkan semakin besar kecepatan udara yang dihasilkan oleh fan maka semakin tinggi pula temperatur pada tungku gasifikasi sekam padi. Pada V=2.82 m/s didapatkan temperatur C, V=2.31 m/s didapatkan temperatur C, dan V=1.90 m/s didapatkan temperatur C. Sedangkan nyala efektif dan lama pendidihan air untuk V=2.82 m/s didapatkan nyala efektif 36 menit, lama pendidihan air 18 menit, untuk V=2.31 m/s didaptkan nyala efektif 45 menit, lama pendidihan air 21 menit, untuk V=1.90 m/s didapatkan nyala efektif 48 menit, lama pendidihan air 9 menit. Sedangkan untuk kecepatan udara optimum didapatkan pada kecepatan udara 2.31 m/s. Kata kunci: sekam padi, tungku gasifikasi, kecepatan udara 3

4 Pendahuluan Latar belakang Ketika konsumsi domestik bahan bakar minyak terus meningkat sehingga membawa Indonesia sebagai net oil importet, dimana kita ketahui energi fosil merupakan energi yang tidak dapat diperbaharui. Sehingga subsitusi energi non fosil dengan memanfaatkan sumber energi alternatif secara lebih efisien dan menggunakan teknologi modern merupakan suatu langkah yang tepat. Salah satu energi alternatif yang sekarang sedang dikembangkan adalah energi yang berasal dari bahan bahan organik, hal ini dikarenakan senyawa organik tersebut tergolong energi yang dapat diperbarui. Salah satunya yaitu berupa sampah organik yang jumlahnya dari waktu ke waktu semakin bertambah. Contoh yaitu berupa sekam padi. Teknologi gasifikasi biomas merupakan teknologi yang relatif sederhana dan mudah pengoprasiaannya serta secara teknik maupun ekonomi adalah layak untuk dikembangkan. Dengan demikian teknologi gasifikasi biomas sangat potensial menjadi teknologi yang sepadan untuk diterapkan diberbagai tempat di Indonesia. Pembatasan masalah a. t produksi gas metana dengan jenis thermal prosses gasification b. Pengaruh kecepatan udara terhadap temperatur c. Bahan bakar yang digunakan berupa sekam padi d. Dinding isolasi yang digunakan serbuk batu bata e. Air yang dipanaskan sebanyak 3 liter f. Kapasitas sekam padi 1.2 kg. Tujuan penelitian a. Untuk mengetahuai pengaruh kecepatan udara pada tungku gasifikasi terhadap tempertur. b. Untuk mengetahui lama waktu nyala efektif dan lama pendidihan air. c. Untuk mengetahui kecepatan udara optimum. Tinjauan pustaka Belonio (2005), mendisain kompor gas sekam padi dengan konsep energi alternatif, dimana kompor tersebut terbuat dari stainless steel. Untuk membuat gas dari sekam padi digunakan teknologi gasifikasi. Prodes gasifikasi dilakukan dengan membakar sekam padi kering sehingga menghasilkan gas yang mudah terbakar dengan bantuan fan. Gas tersebut mengandung gas metana sebesar 0.5%-7% volum. Ibnu (2011), mendisain alat produksi gas metana dari sampah organik. Sampah organik yang digunakan adalah sekam padi, tempurung kelapa dan serbuk gergaji. Untuk membuat gas dari sampah ini, digunakan teknologi gasifikasi. Dengan cara membakar sampah kering di dalam reactor, sehingga menghasilkan gas yang bertekanan dengan bantuan blower. Selanjutnya gas dialirkan menuju pipa ke tabung absorsi, kemudian langsung disalurkan ke pipa menuju kompor. Murjito (2009), mendisain alat penangkap gas metana pada sampah menjadi biogas yang terbuat dari plastik polyethylene. Penelitian ini menghasilkan rancangan alat penangkap gas metana yang berbahan dasar plastik polyethilene dengan spesifikasi sebagai berikut: biodigester dengan volume total 11 m 3, volume basah 8,8 m 3, waktu proses 40 hari, isian bahan 220 kg/hari, luas lahan 18 m 2, dan memiliki penampung gas 4

5 dengan dimensi tinggi 4,6 m, diameter 0,954 m, volume efektif 2,5 m 3. Nugraha (2010), mengolah sampah organik menjadi biogas dengan cara Anaerobic gasification yaitu mengolah sampah organik menjadi gas dengan cara fermentasi. Proses gasifikasi dilakukan dengan menimbun sampah organik di dalam tanah selama beberapa hari (minimal 7 hari). Gas hasil fermentasi ini kemudian dialirkan ke alat purifikasi untuk membersihkan gas metana dari impurities (kotoran). Setelah didapatkan kadar gas metana di atas 70% digunakan sebagai bahan bakar kompor pengganti LPG. Dasar teori Gasifikasi Gasifikasi adalah konversi bahan bakar padat menjadi gas dengan oksigen terbatas yang menghasilkan gas yang bisa dibakar, seperti CH 4, H 2, CO dan senyawa yang sifatnya impuritas seperti H 2 S, CO 2 dan TAR. Berdasarkan proses pembentukan gas gasifikasi dibedakan menjadi tiga macam, yaitu: 1. Landfill gasification yaitu mengambil gas metana yang terdapat pada tumpukan sampah. 2. Thermal process gasification yaitu proses konversi termal bahan bakar padat menjadi gas. 3. Anaerobic gasification yaitu mengolah sampah organik menjadi gas dengan cara fermentasi. 1) Reaksi gas metana dengan oksigen murni. Reaksi: CH 4 + 2O 2 CO 2 + 2H 2 O (Shannon, 2000) 2) Reaksi gas metana dengan udara di alam. Reaksi: CH 4 + 2O N 2 CO 2 + 2H 2 O N 2 + heat 3) Reaksi sekam padi dengan oksigen murni. Reaksi: C 6 H 12 O 5 + 3O 2 CH 4 + C 4 H 6 O 10 + CO + H 2 + heat (Simpson, 2001) 1. Pembentukan gas metana Gas metana dapat terbentuk melalui reaksi antara hidrogen dengan karbon monoksida. Reaksi : CO + 3H 2 CH 4 + H 2 O 2. Pemurnian gas metana Pemurnian gas metana dari proses gasifikasi dapat dilakukan dengan metode absorbsi. Metode ini menggunakan air sebagai absorben karena air mampu mengikat TAR yang sifatnya sebagai pengotor gas CH 4. Hal ini dilakukan karena semakin tinggi kandungan gas pengotor akan mengurangi nilai kalor dari gas metana. Gas metana Metana adalah hidrokarbon paling sederhana yang berbentuk gas dengan rumus kimia CH 4. Metana murni tidak berbau, tidak berwarna dan mudah terbakar. 5

6 Metod dologi pen nelitian Diagra am alir pen nelitian b. Assh chamberr at ini dig gunakan sebagai s penyimpanan n abu sekam m padi. ru uang Gamb bar 3. Ash chamber c c. Bu urner at ini digu unakan untuk memb bakar gas metana dan d merubah api men njadi birru. ambar 4. Bu urner Ga d. Fa an at ini digu unakan un ntuk menyu uplai udara prime er ke dalam d rea actor. Gamb bar 1. Diagrram alir pen nelitian t dan d bahan penelitian n 1. at a. Reactor pemb bakaran at ini digu unakan se ebagai tem mpat pro oses pemba akaran seka am padi. G Gambar 5. Fan F ermometer rrider e. Te at ini digu unakan un ntuk mengukur tem mperatur dan tem mperatur dinding isola asi. Gambar 2.. Reactor n 6

7 G Gambar 10.. Termometter alasi pengu ujian Insta Gambar 6. Termom meter rider f. Ane emometer digital d at ini digu unakan untuk mengu ukur keccepatan alirran udara dari d fan. Gambar 7. Anemometer digital g. Timbangan T analog a t A ini digunakan untu uk menimb bang massa m bah han bakarr yang akan a digunakan. Gam mbar 11. In nstalasi tung gku gasifika asi s sekam padi Gambar 8.. Timbanga an analog S digital d h. Stopwatch mbar: t A ini dig gunakan un ntuk menccatat Keterrangan gam 1. Po ot holder gan pintu 6. Pegang waktu w dalam m pengambilan data. 2. Bu urner 7. Pengun nci 3. Re eactor 8. Ash dis scharge levver 4. As sh chamberr 9. Burnerr handle 5. Fa an casing 10. Secon ndary air ho oles gkah penelitian Lang yang dila akukan dallam melaku ukan penelitian adalah: Gambar G 9. Stopwatch S d digital M o se ekam 1. Menimbang bahan organik i. Terrmometer pa adi yang a akan digun nakan seb bagai at ini digu unakan untuk mengu ukur ba ahan penelitian mas sing-masing g 1,2 perrubahan te emperatur air setiap p 3 kg g. me enit. 7

8 2. Mengisi sekam padi pada reaktor gasifikasi dengan 1,2 kg, pada masing-masing percobaan. 3. Menyalakan fan pada pada switch control, dengan kecepatan udara 2.82 m/s sebagai percobaan pertama, 2.31 m/s sebagai percobaan kedua, 1.90 m/s sebagai percobaan ketiga. Penyalaan fan ini sesuai dengan masing-masing percobaan. 4. Membuat potongan kertas, kemudian taruh potongan kertas tersebut diatas sekam padi yang telah diisi pada reaktor. 5. Membuat bara api dari potongan kertas sebagai penyalaan bahan bakar. 6. Mencatat lama penyalaan bahan bakar dari pembuatan bara api sampai bara api benar-benar menyala diatas reaktor tungku gasifikasi. 7. Menutup reaktor gasifikasi dengan burner. 8. Mencatat waktu berubahnya nyala api sampai menjadi gas hasil dari gasifikasi. 9. Meletakkan panci yang telah di isi air sebanyak tiga liter di atas burner. 10. Mengambil data kenaikan temperatur air. Dari temperatur awal air, temperatur air mendidih, temperatur air berubah fase setiap tiga menit dari tiga liter air. 11. Mengambil data temperatur setiap tiga menit. 12. Mengambil data dari dinding isolasi dengan isolasi serbuk batu bata setiap tiga menit. 13. Ulangi percobaan yang sama sesuai beban yang diujikan dari 1,2 kg, dengan kecepatan udara 2.31 m/s dan kecepatan udara 1.90 m/s. Hasil dan pembahasan 1. Perbandingan Temperatur Variasi V=2.81 m/s, V=2.31 m/s, dan V=1.90 m/s Temperatur ( C) Waktu (menit) T Pembakaran V=2.82 m/s T Pembakaran V=2.31 m/s T Pembakaran V=1.90 m/s Gambar 12. Grafik Perbandingan Variasi Kecepatan Udara pada Temperatur Pembakaran dengan waktu Pada gambar 12 diatas dapat tertinggi pada menit ke 9 dilihat bahwa untuk gasifikasi sekam dengan temperatur padi 1.2 kg menggunakan kecepatan udara 2.82 m/s didapatkan temperatur C, untuk gasifikasi sekam padi 1.2 kg menggunakan kecepatan udara 8

9 2.31 m/s didapatkan temperatur tertinggi pada menit ke 21 dengan temperatur C, sedangkan untuk gasifikasi sekam padi 1.2 kg dengan kecepatan udara 1.90 m/s temperatur tertinggi terdapat pada menit ke 12 dengan temperatur tertinggi C. dari perbandingan temperatur terhadap besar kecepatan udara menunjukkan hasil bahwa, tingginya temperatur dan besarnya kecepatan udara yang dihasilkan oleh fan pada tungku gasifikasi sekam padi mempercepat air mendidih dalam pembebanan sebesar 3 liter air. Sedangkan temperatur dari mulai pembentukan nyala api sampai nyala api mulai padam, temperatur berubah-ubah. Hal ini dikarenakan tidak setabilnya sampah organik sekam padi dalam reactor sehingga mengakibatkan pembentukan gas metana menjadi tidak stabil. 2. Perbandingan Temperatur air Variasi V=2.81 m/s, V=2.31 m/s, dan V=1.90 m/s Temperatur ( C) T Air V=2.82 m/s T Air V=2.31 m/s T Air V=1.90 m/s Waktu (menit) Gambar 13. Grafik Perbandingan Variasi Kecepatan Udara pada Temperatur Air dengan waktu Pada gambar 13 dapat dilihat bahwa untuk gasifikasi sekam padi 1.2 kg dengan kecepatan udara 2.82 m/s dapat mendidihkan air sebesar 3 liter dengan waktu 12 menit, lama nyala efektif 36 menit, dan lama pendidihan 1.2 kg dengan kecepatan udara 1.90 m/s dapat mendidihkan air sebesar 3 liter dengan waktu 18 menit, lama nyala efektif 48 menit, dan lama pendidihan air selama 9 menit. Dari percobaan untuk lama pendidihan air sebesar 3 air selama 18 menit. untuk gasifikasi liter pendidihan air paling lama sekam padi 1.2 kg dengan kecepatan udara 2.31 m/s dapat mendidihkan air sebesar 3 liter dengan waktu 15 menit, lama nyala efektif 45 menit, dan lama dilakukan pada percobaan gasifikasi sekam padi 1.2 kg dengan kecepatan udara yaitu 2.31 m/s dengan waktu air mendidih 15 menit, lama nyala efektif pendidihan air selama 21 menit. 45 menit, dan lama pendidihan air 21 Sedangkan untuk gasifikasi sekam padi menit. 6

10 3. Perbandingan antara V=2.82 m/s, V=2.31 m/ /s, dan V= 1.90 m/s ditinjau dari temperatur rata-rataa dan lama nyala efektif Temperatur ( C) kecepatan 2.82 m/s kecepatan 2.31 m/s kecepatan 1.90 m/s Temperaturr Nyala Efektif Gambar 14. Diagram Perbandingan antara Temperatur Pembakaran rata-rata dengan lama Nyala Efektif Pada gambar 14 diatas dapat dilihat bahwa temperatur tertinggi pada kecepatan udara 2.82 m/s sebesar C dengan temperatur rata-rata C, sedangkan lama nyala efektiff dari temperatur selama 36 menit. Untuk kecepatan udaraa 2.31 m/s didapatkan temperatur C tertinggi dengan rata-rata sebesar temperatur C, sedangkan lama nyala temperatur efektif dari selama 45 menit. Untuk kecepatan udara 1.90 m/s didapatkan temperatur tertinggi sebesar C dengan temperatur rata-rata C, sedangkan lama nyala efektiff dari temperatur selama 48 menit. Kesimpulan dan saran Kesimpulan Dari hasil penelitian dapat ditarik kesimpulan, yaitu: a. b. c. Saran a. Kecepatan udara mempengaruhi tingginya temperatur, yakni semakin besar kecepatan udara yang dihasilkan oleh fan maka semakin tinggi pula temperatur yang dihasilkan oleh tungku gasifikasi sekam padi. kecepatan udara 2.82 m/s menghasilkan nyala efektif 36 menit, kecepatan udara 2.31 m/s menghasilkan nyala efektif 45 menit dan kecepatan udara 1.90 m/s menghasilkan nyala efektif 48 menit. Sedangkan lama waktu pendidihann 3 liter air dari kecepatan udara 2.82 m/s adalah 18 menit, kecepatan udara 2.31 m/s adalah 21 menit dan kecepatan udara 1.90 m/s adalah 9 menit. Kecepatan didapatkan udaraa dengan optimum kecepatan udara 2.31 m/s. Dinding isolasi pada Reaktor hendaknya ditambah 7

11 misalnya gas bul atau alumuniumfoil untuk mengurangi kalor yang terbuang melalui dinding isolasi. b. Ruang fan hendaknya dibuat sepresisi mungkin. Hal ini dikarenakan untuk memaksimalkan suplai udara primer ke bahan bakar. c. Bahan kontruksi yang digunakan untuk pembuatan tungku gasifikasi hendaknya memakai stainless steel agar tungku tidak korosi. 8

12 DAFTAR PUSTAKA B.T. Alexis, Rice Husk Gas Stove Handbook. Philippines: College of Agriculture Central Philippine University Iloilo City. J. P. Holman, Perpindahan Kalor. Jakarta: Erlangga. Murjito, t Penangkap Gas Metana pada TPA dari Plastik Polyethilene untuk Sekala Kecil, Universitas Sumatra Utara, Medan. Nugraha, Mengolah Sampah Organik Menjadi Biogas dengan Cara Anaerobic Gasification, Universitas Sumatra Utara, Medan. Reynolds, W.C., & Perkins, H.C Termodinamika Teknik. Jakarta Puasat: Erlangga. S. Ibnu, Rancang Bangun dan Pengujian t Produksi Gas Metana dari Sampah Organik dengan Variasi Bahan Sekam Padi, Tempurung Kelapa dan Serbuk Gergaji Kayu. Sekripsi. Surakarta: Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta.