SKRIPSI VARIASI CAMPURAN BAHAN BAKAR BATUBARA DAN LIMBAH BAMBU TERHADAP PERFORMANSI CO-GASIFIKASI SIRKULASI FLUIDIZED BED OLEH :

SKRIPSI VARIASI CAMPURAN BAHAN BAKAR BATUBARA DAN LIMBAH BAMBU TERHADAP PERFORMANSI CO-GASIFIKASI SIRKULASI FLUIDIZED BED OLEH : PUTU HENDRA YULIARTHANA NIM : 1319351014 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK (NON REGULER) UNIVERSITAS UDAYANA 2015

VARIASI CAMPURAN BAHAN BAKAR BATUBARA DAN LIMBAH BAMBU TERHADAP PERFORMANSI CO-GASIFIKASI SIRKULASI FLUIDIZED BED Oleh Pembimbing : Putu Hendra Yuliarthana : Prof. I Nyoman Suprapta Winaya,ST.MASc.Ph.D A.A.I.A.Sri Komaladewi, ST, MT ABSTRAK Teknologi co-gasifikasi sirkulasi fluidized bed merupakan salah satu teknologi alternative terbaik untuk mengkonversi dua atau lebih bahan bakar padat (biomassa dan batubara) menjadi gas yang mampu bakar secara termokimia dalam sebuah reaktor. Limbah bambu adalah biomassa yang dapat digunakan sebagai sumber energi ramah lingkungan, sedangkan batubara adalah sumber energi fosil yang siap untuk menggantikan peran minyak bumi. Reaktor Gasifikasi Sirkulasi Fluidized Bed yang digunakan untuk penelitian berdiameter 68 cm dan tinggi 162 cm serta dengan bahan plat stainless steel Sc 20. Variasi komposisi campuran bahan bakar limbah bambu dan batubara yang diterapkan adalah 60%:40%, 70%:30% dan 80%:20%. Temperatur operasi dalam penelitian ini adalah 600 0 C. Hasil penelitian menunjukkan bahwa persentase komposisi limbah bambu yang lebih besar pada campuran bahan bakar (variasi III) menghasilkan performansi yang terbaik. Dimana hasil yang diperoleh pada variasi III yaitu FCR a = 97,282 kg/jam, Gas mampu bakar = 14,44%, efisiensi gasifikasi = 46,90% dan distribusi temperatur pada T 1 = 465 o C, T 2 = 462 o C, T 3 = 446 o C, T 4 = 422 o C. Kata Kunci : Co-gasifikasi, limbah bambu, Sirkulasi Fluidized Bed. iii

VARIATIONS IN FUEL MIXTURE OF COAL AND WASTE BAMBOO TO THE PERFORMANCE OF CO-GASIFICATION CIRCULATING FLUIDIZED BED Author Guidence : Putu Hendra Yuliarthana : Prof. I Nyoman Suprapta Winaya,ST.MASc.Ph.D A.A.I.A.Sri Komaladewi, ST, MT ABSTRACT Co-gasification circulating fluidized bed technology which is one of the best alternative technologies to convert two or more solid fuels (biomass and coal) became the gas capable burned with thermochemistry in a reactor. Bamboo waste is biomass that can be used as an environmentally friendly energy source, while coal is the most effective fossil energy source to replace petroleum. Circulation Fluidized Bed reactor used for the research had 68 cm diameter with 162 cm height and with 20 sc stainless steel plate. Variation of coal and bamboo waste mixture that is applied is 40%:60%, 30%:70% and 20%:80%. Operating temperature in this research was 600 0 C. The results showed that the percentage composition of bamboo waste greater on fuel mixture (variations III) produced the best performance. Result of variations III was the value of FCRa (fuel consumption rate actual) = 97,282 kg/hour, the gas capable burned=14,44%, efficiency of the gasification = 46,90% and distribution of temperature at T 1 = 465 o C, T 2 = 462 o C, T 3 = 446 o C, T 4 = 422 o C Keywords: Co-gasification, bamboo waste, Circulating Fluidized Bed iv

KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmat-nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul Variasi Campuran Bahan Bakar Batubara dan Limbah Bambu Terhadap Performansi Co-Gasifikasi Sirkulasi Fluidized Bed Dalam penyusunan skripsi ini penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Prof. I Nyoman Suprapta Winaya, ST. MASc. Ph.D, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Udayana dan juga selaku Dosen Pembimbing I dalam penulisan skripsi ini. 2. Ibu A.A.I.A. Sri Komaladewi, ST, MT., selaku Dosen Pembimbing II dalam penulisan skripsi ini. 3. Bapak I Gusti Agung Kade Suriadi, ST, MT, selaku Dosen Pembimbing Akademik. 4. Bapak I Made Agus Putrawan, ST.,MT., selaku asisten Dosen Pembimbing I yang sangat membantu dalam penyelesaian skripsi ini. 5. Bapak/Ibu Dosen serta staf pegawai Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Mesin Universitas Udayana. 6. Semua pihak dan kawan-kawan Jurusan Teknik Mesin yang telah membantu dalam penyelesaian skripsi. Penulis menyadari bahwa skripsi ini tentu jauh dari kesempurnaan mengingat keterbatasan pengetahuan dan referensi yang penulis miliki. Oleh karena itu kritik dan saran yang sifatnya konstruktif sangat penulis harapkan dari berbagai pihak. Sekali lagi penulis mengucapkan banyak terima kasih dan penulis mohon maaf apabila ada kekurangan ataupun kesalahan dalam penulisan skripsi ini. Denpasar, Juli 2015 Penulis v

DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN... i LEMBAR PERSETUJUAN... ii ABSTRAK... iii KATA PENGANTAR... v DAFTAR ISI... vi DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... xi DAFTAR LAMPIRAN... xii BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 3 1.3 Batasan Penelitian... 3 1.4 Tujuan Penelitian... 3 1.5 Manfaat Penelitian... 4 BAB II DASAR TEORI... 5 2.1 Biomassa... 5 2.1.1 Kandungan dalam Biomassa... 5 2.1.2 Biomassa Bambu..... 6 2.1.3 Produk Biomassa... 11 2.2 Batubara... 12 2.2.1 Pengertian Batubara... 12 2.2.2 Klasifikasi Batubara... 13 2.2.3 Karakteristik Batubara... 14 2.3 Analisa Komposisi Bahan Bakar... 15 2.3.1 Analisa Proksimat... 15 2.3.2 Analisa Ultimat... 16 2.3.3 Analisa Nilai Kalor... 16 2.4 Pasir Silika..... 17 2.5 Fluidisasi... 18 2.5.1 Jenis-Jenis Fluidisasi... 18 vi

2.5.2 Rumus-Rumus Umum Fluidisasi... 20 2.6 Gasifikasi...21 2.6.1 Jenis-Jenis Gasifikasi... 22 2.6.2 Tahapan Proses Gasifikasi... 24 2.6.3 Faktor yang Mempengaruhi Proses Gasifikasi... 27 2.6.4 Parameter Parameter Penting dalam Proses Gasifikasi... 29 2.6.5 Efisiensi Gasifikasi... 32 2.6.6 Perhitungan Kandungan Gas Hasil Gasifikasi... 33 BAB III METODE PENELITIAN... 35 3.1 Lokasi Penelitian... 35 3.2 Variabel Penelitian... 35 3.2.1 Variabel Bebas... 35 3.2.2 Variabel Terikat... 35 3.3 Pengujian Karakterisasi Bahan Bakar... 36 3.3.1 Bahan dan Alat Pengujian... 36 3.3.2 Pengujian Analisis Proksimat, Ultimat dan Nilai Kalor... 37 3.4 Bahan dan Alat Penelitian... 41 3.4.1 Bahan yang Diperlukan... 41 3.4.2 Alat yang Digunakan... 43 3.5 Instalasi Penelitian... 47 3.6 Prosedur Penelitian... 48 3.6.1 Tahap Persiapan... 48 3.6.2 Tahap Pengujian... 49 3.7 Diagram Alir Penelitian... 51 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 52 4.1 Data Pengujian Awal... 52 4.1.1 Hasil Analisa Prokimat dan Ultimat Limbah Bahan Bakar... 52 4.1.2 Hasil Analisa Nilai Kalor Bahan Bakar... 52 4.2 Kebutuhan Udara Gasifikasi Limbah bambu dan Batubara... 53 4.2.1 Kebutuhan Udara Untuk Gasifikasi Limbah bambu... 54 4.2.2 Kebutuhan Udara Untuk Gasifikasi Batubara... 55 4.2.3 Air Fuel Rate (AFR) Kebutuhan Udara... 57 4.3 Kecepatan Minimum Fluidisasi (U mf )... 58 vii

4.4 Data Hasil Penelitian... 61 4.5 Data Pengujian Gas Hasil Gasifikasi... 61 4.6 Pengolahan Data Hasil Penelitian... 63 4.6.1 Perhitungan Fuel Consumtion Rate Actual (FCRa)... 63 4.6.2 Perhitungan Air Fuel Rate Actual (AFR a )... 64 4.6.3 Distribusi Temperatur Reaktor... 65 4.6.4 Perhitungan Gas Gasifikasi... 67 4.6.5 Perhitungan Efisiensi Gasifikasi (η)... 70 4.7 Analisis Data Penelitian... 73 4.7.1 Analisis Perbandingan Variasi Komposisi Bahan Bakar Terhadap FCR a... 73 4.7.2 Analisis Variasi Komposisi Bahan Bakar Terhadap Gas Mampu Bakar Hasil Gasifikasi... 73 4.7.3 Analisis Perbandingan Variasi Campuran Bahan Bakar terhadap Efisiensi... 75 BAB V PENUTUP... 76 5.1 Kesimpulan... 76 5.2 Saran... 76 DAFTAR PUSTAKA... 77 LAMPIRAN... 79 viii

DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Limbah Bambu dari Sarana Persembahyangan di Pemelisan Sesetan... 11 Gambar 2.2 Batubara... 13 Gambar 2.3 Jenis-jenis Batubara... 13 Gambar 2.4 Pasir Silika... 18 Gambar 2.5 Skema Bubbling Fluidization... 19 Gambar 2.6 Skema Reaktor Circulated Fulidized Bed... 20 Gambar 2.7 Gasifikasi... 22 Gambar 2.8 Updraft Gasifier... 23 Gambar 2.9 Tahapan-Tahapan Proses Gasifikasi... 25 Gambar 3.1 Peralatan Pengujian Karakteristik Bahan bakar (a)chn628 (b)628 S (c) 628 O (d) TGA 701 (e) Timbangan (f) Bom Kalorimeter... 37 Gambar 3.2 Potongan Limbah Bambu... 42 Gambar 3.3 Batubara... 42 Gambar 3.4 Pasir Silika... 42 Gambar 3.5 Reaktor... 43 Gambar 3.6 Fuel Feeder... 43 Gambar 3.7 Unit Cyclone Pada Reaktor Gasifikasi... 44 Gambar 3.8 Posisi Termokopel... 44 Gambar 3.9 Burner... 44 Gambar 3.10 Plat Distributor... 45 Gambar 3.11 Gear Ratio... 45 Gambar 3.12 Dinamo Motor... 45 Gambar 3.13 Unit Blower... 46 Gambar 3.14 Kaca Pengamat Pembakaran... 46 Gambar. 3.15 Water Tank... 46 Gambar 3.16 Komponen Isolator pada Reaktor Gasifikasi... 47 Gambar 3.17 Co-gasifikasi Sirkulasi Fluidized Bed Gasifier (a) Tampak Depan (b) Tampak Samping... 48 Gambar 3.18 Diagram Alir Penelitian... 51 ix

Gambar 4.1 Grafik Distribusi Temperatur pada Variasi I... 65 Gambar 4.2 Grafik Perbandingan Variasi Komposisi Bahan Bakar Terhadap Temperatur Rata-Rata Reaktor... 67 Gambar 4.3 Grafik Perbandingan Variasi Komposisi Bahan Bakar Terhadap FCR Actual... 73 Gambar 4.4 Grafik Perbandingan Variasi Campuran Bahan Bakar Terhadap Persentase Kandungan Gas Mampu Bakar... 74 Gambar 4.5 Grafik Perbandingan Variasi Campuran Bahan Bakar Terhadap Efisiensi Gasifikasi (η)... 75 x

DAFTAR TABEL Table 2.1 Analisa Ultimat Biomassa... 6 Tabel 2.2 Sifat Fisis dan Mekanis Bambu... 10 Tabel 2.3 Analisa Kimia Bambu... 10 Tabel 2.4 Analisis Proksimat dan Ultimat Batubara... 14 Tabel 2.5 Higher Heating Value (HHV) dan Lower Heating Value (LHV) Gas mampu Bakar... 33 Tabel 3.1 Persentase Perbandingan Massa Limbah Bambu dan Batubara... 49 Tabel 4.1 Hasil Analisa Proksimat Limbah bambu dan Batubara... 52 Tabel 4.2 Hasil Analisa Ultimat Limbah Bambu dan Batubara... 52 Tabel 4.3 Hasil Pengujian Benzoid Acid... 53 Tabel 4.4 Hasil Pengujian Analisa Nilai Kalor Limbah Bambu dan Batubara... 53 Tabel 4.5 Kebutuhan Udara Gasifikasi Batubara dan Limbah Bambu... 57 Tabel 4.6 AFR Kebutuhan Udara... 58 Tabel 4.7 Data Hasil Penelitian... 61 Tabel 4.8 Data hasil Pengujian Gas Gasifikasi dan Udara Standar... 62 Tabel 4.9 FCR Aktual dari Masing-Masing Variasi Komposisi Campuran Bahan Bakar... 64 Tabel 4.10 AFR Aktual dari Masing-Masing Variasi Komposisi Campuran Bahan Bakar... 65 Tabel 4.11 Temperatur Rata-Rata Reaktor... 66 Tabel 4.12 Persentase Kandungan Gas Hasil Gasifikasi... 69 Tabel 4.13 Kandungan Gas Mampu Bakar yang Dihasilkan... 70 Tabel 4.14 Jumlah Gas Nitrogen yang Diproduksi... 71 Tabel 4.15 Total Energi Output dari Gas Mampu Bakar... 72 Tabel 4.16 Total Energi Input dari Bahan Bakar yang Digunakan... 72 Tabel 4.17 Efisiensi Gas Hasil Gasifikasi... 72 xi

DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 Foto Penelitian... 79 Lampiran 2 Hasil Data Pengujian Gas Gasifikasi... 80 Lampiran 3 Distribusi Temperatur Reaktor... 84 Lampiran 4 Lembar Asistensi... 102 Lampiran 5 Surat Pernyataan... 106 Lampiran 6 SK Pembimbing... 107 xii