INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

Transkripsi

1 PERANCANGAN DAN PEMBUATAN REAKTOR GASIFIKASI DENGAN BAHAN BAKAR BIOMASSA (BONGGOL JAGUNG) TUGAS SARJANA Karya ilmiah sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik dari Institut Teknologi Bandung Oleh RIZA AZHARI PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK MESIN & DIRGANTARA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008

2 Tugas Sarjana PERANCANGAN DAN PEMBUATAN REAKTOR GASIFIKASI DENGAN BAHAN BAKAR BIOMASSA (BONGGOL JAGUNG) Oleh Riza Azhari Program Studi Teknik Mesin Institut Teknologi Bandung Disetujui pada Februari 2008 Pembimbing Dr. Ir. Willy Adriansyah NIP: i

3 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT karena atas berkat limpah rahmat dan petunjuk-nya penulis dapat menyelesaikan tugas sarjana ini. Selama pengerjaan tugas sarjana ini penulis memperoleh banyak ilmu dan pengalaman baru yang mudah-mudahan dapat dijadikan bekal untuk masa depan penulis. Tugas sarjana ini dapat diselesaikan berkat bimbingan, doa, motivasi, dan dukungan dari semua pihak. Untuk itu, ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada: 1. Ayah (Achmad Syahrani), Almarhum Bunda (Nursehan) dan Umi (Nurlela) atas semua perhatian dan kasih sayang terhadap penulis selama hidup penulis semenjak dari kecil. 2. Dr. Ir. Willy Adriansyah sebagai pembimbing tugas sarjana ini atas bimbingan, diskusi, saran, dan pengarahannya selama penyelesaian tugas sarjana ini. 3. Adik-adikku tersayang (Washil, Fadhil, Hayati, Elya dan Kika) dan anggota keluarga lainnya atas semua inspirasi selama hidup penulis. 4. Dosen-dosen pengajar Teknik Mesin ITB atas semua ilmu yang telah diberikan kepada penulis selama kuliah di ITB. 5. Program Indofood Riset Nugraha sebagai sponsor dana penelitian ini. 6. Riarno Haryowibowo dan Ery Ferdian, partner penulis dalam penyelesaian tugas sarjana ini. 7. Teman-teman seperjuangan di Laboratorium Termodinamika untuk waktu dan pengalaman yang berharga selama 1 tahun terakhir. 8. Teman-teman Mesin 2003 ITB yang telah penulis habiskan waktu bersama selama kehidupan penulis di kampus. 9. HMM atas semua pengalaman dan soft skill yang didapatkan selama beraktivitas di dalamnya. ii

4 10. Pak Aman dan Pak Adong yang banyak memberikan bantuan dalam proses pembuatan dan pengujian reaktor gasifikasi. 11. Ibu Tuti, Ibu Ria, Pak Ridwan, dan Pak Sur atas semua bantuan dalam urusan administrasi penulis selama di Teknik Mesin ITB. 12. Semua pihak yang telah membantu dalam proses penyelesaian proses penyelesaian tugas sarjana ini baik secara langsung maupun tidak langsung. Penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi kesempurnaan tugas sarjana ini. Akhir kata, penulis berharap semoga tugas sarjana ini dapat menjadi masukan yang berarti bagi yang membutuhkan dan dapat dimanfaatkan bagi dunia pendidikan pada umumnya. Bandung, Januari 2008 Riza Azhari iii

5 Judul Perancangan dan Pembuatan Reaktor Gasifikasi dengan Bahan Bakar Biomassa Riza Azhari (Bonggol Jagung) Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara Institut Teknologi Bandung ABSTRAK Berbagai solusi telah ditawarkan oleh para ilmuwan di dunia untuk mengatasi ketergantungan terhadap sumber energi tak terbarukan. Di antara berbagai solusi itu salah satunya adalah dengan memanfaatkan energi terbarukan seperti biomassa. Meskipun ketersediaan bahan bakar biomassa cukup melimpah, namun secara umum kandungan energi yang dimiliki oleh biomassa lebih kecil daripada bahan bakar fosil. Contoh biomassa yaitu sekam padi dan bonggol jagung. Berdasarkan data yang diperoleh dari literatur, energi yang dikandung dalam sekam padi sebesar kJ/kg dan bonggol jagung kJ/kg [1]. Rendahnya kandungan energi yang dimiliki oleh biomassa mengharuskan penggunaan teknik pemanfaatan energi biomassa yang tepat. Salah satu cara memanfaatan energi biomassa secara efektif adalah dengan gasifikasi. Pada penelitian ini, sebuah reaktor gasifikasi dengan bahan bakar bonggol jagung dirancang dan dibuat, kemudian karakteristik prestasi dari bonggol jagung sebagai bahan bakar reaktor gasifikasi tersebut dipelajari melalui kaji analisis dan kaji eksperimental. Parameter yang diambil dari hasil analisis adalah daya maksimum dan daya netto dari reaktor gasifikasi yang dirancang serta efisiensi proses gasifikasi yang terjadi pada reaktor. Hasil pengujian dan perhitungan parameter prestasi dari reaktor dengan bahan bakar bonggol jagung menunjukan daya maksimum yang diperoleh sebesar 20,68 kw dengan efisiensi proses gasifikasi sebesar 79,6%. Namun karena design burner yang tidak efisien menyebabkan daya netto yang dapat dimanfaatkan hanya sebesar 6,72 kw. iv

6 Title Design and Manufacture of Reactor for Biomass (Corn Cob) Gasification Riza Azhari Major Mechanical Engineering Mechanical and Aerospace Engineering Faculty Institut Teknologi Bandung ABSTRACT Lots of solutions have been offered by scientists all across the world to solve dependence on unrenewable energy. One of those solutions is to use renewable energy such as biomass. Although the availability of biomass is abundent, but generally the energy content in biomass is smaller than that in fosil fuel.rice husk and corn cob are example of biomass. Based on literature, the energy content of biomass such as rice husk is about kJ/kg and corn cob kJ/kg [1]. The low energy content in biomass has been a driving force to use the most effective technique to obtain as much energy as posibble from it. One of the techniques is by implementing gasification method. On this research, a gasification reactor is designed and built using corn cob as fuel, and then performance characteristic of corn cob as fuel for gasification reactor is evaluated through analytical study and experiment. The results from this research are nett and maximum power of the designed gasification reactor, and also efficiency of gasification process that happened in reactor. The result of experiment and performance analysis of gasification reactor using corn cob as fuel show that maximum power is 20,68 kw and efficiency of gasification process that happened in reactor is 79,6%. However, because the design of the burner is not efficient, the net power that can be used is only 6,72 kw. v

7 Daftar Isi KATA PENGANTAR... ii ABSTRAK... iv ABSTRACT... v DAFTAR ISI... vi DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL... viii DAFTAR LAMPIRAN... ix Bab 1 Pendahuluan Latar Belakang Tujuan Penelitian Metodologi Penelitian Batasan Masalah Sistematika Penulisan... 3 Bab 2 Tinjauan Pustaka Pengertian Biomassa Prinsip Dasar Gasifikasi Biomassa Tipe-Tipe Reaktor Gasifikasi Biomassa Hal-Hal Yang Perlu Dipertimbangkan Dalam Perancangan Reaktor...Gasifikasi Biomassa Bab 3 Perancangan dan Pembuatan Reaktor Gasifikasi Perancangan Reaktor Gasifikasi Reaktor vi

8 3.1.2 Perancangan Burner Pemilihan Blower Siklon Pembuatan Reaktor Gasifikasi Bab 4 Prosedur Pengujian, Pengambilan Data, dan Pengolahan Data Prosedur Pengujian Gasifikasi Bonggol Jagung Data Pengujian Pengolahan Data Perhitungan Enthalpi Gas Hasil Gasifikasi Laju Konsumsi Bahan Bakar Laju Aliran Massa Gas Daya Gas Efisiensi Gasifikasi Analisis Bab 5 Kesimpulan dan Saran Kesimpulan Saran Daftar Pustaka LAMPIRAN vii

9 Daftar Gambar Gambar 2.1 Skema reaktor gasifikasi tipe updraft... 8 Gambar 2.2 Skema reaktor gasifikasi tipe downdraft Gambar 2.3 Skema reaktor gasifikasi tipe inverted downdraft Gambar 3.1 Skema reaktor gasifikasi Gambar 3.2 Prototipe reaktor gasifikasi dan potongan bonggol jagung Gambar 3.3 Sketsa reaktor gasifikasi Gambar 3.4 Sketsa rancangan burner Gambar 3.5 Blower dan Inverter Gambar 3.6 Prinsip kerja siklon Gambar 3.7 Siklon Gambar 3.8 Reaktor gasifikasi Gambar 3.9 Sistem reaktor gasifikasi Gambar 4.1 Skema pembakaran burner Daftar Tabel Tabel 4.1. Data hasil pengujian Tabel 4.2. Komposisi gas hasil uji gas chromatography Tabel 4.3. Komposisi gas dalam persen massa Tabel 4.4. Nilai LHV gas Tabel 5.1 Kandungan gas sampel keluaran reaktor Tabel 5.2. Data pengujian gasifikasi Bonggol Jagung viii

10 Daftar Lampiran Lampiran A. Data Hasil Uji Gas Chromatography dan Perhitungan menggunakan b Software HYSIS Lampiran B. Faktor Konversi Lampiran C. Tabel Sifat Gas Lampiran D. Foto Kegiatan Pengujian ix