LAPORAN TUGAS AKHIR GASIFIKASI BIOMASSA (SERBUK KAYU LABAN) SISTEM UPDRAFT SINGLE GAS OUTLET DENGAN SISTEM PEMBERSIH FILTER JERAMI (Tinjauan Kinerja Filter Jerami Terhadap Produksi Syngas) Dibuat Sebagai Persyaratan Untuk Menyelesaikan Pendidikan Program Studi S 1 (Terapan) Teknik Energi Jurusan Teknik Kimia Oleh : SITI DESTIANA YOLANDA 0611 4041 1557 POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA PALEMBANG 2015 ii
LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR GASIFIKASI BIOMASSA (SERBUK KAYU LABAN) SISTEM UPDRAFT SINGLE GAS OUTLET DENGAN SISTEM PEMBERSIH FLTER JERAMI (Tinjauan Kinerja Filter Jerami Terhadap Produksi Syngas) Oleh: SITI DESTIANA YOLANDA 0611 4041 1557 Menyetujui, Pembimbing I Palembang, Juli 2015 Pembimbing II Ir. Fatria, M.T. NIP. 196602211994032001 Zulkarnain, S.T, M.T. NIP.197102251995021001 Mengetahui, Ketua Program Studi Teknik Energi Ketua Jurusan Teknik Kimia Ir. Arizal Aswan, M.T. Ir. Robert Junaidi, M.T. NIP. 195804241993031001 NIP. 196607121993031003 iii
ABSTRAK GASIFIKASI BIOMASSA (SERBUK KAYU LABAN) SISTEM UPDRAFT SINGLE GAS OUTLET DENGAN SISTEM PEMBERSIH FILTER JERAMI (Ditinjau Dari Kinerja Filter Jerami Terhadap Produksi Syngas) (Siti Destiana Yolanda, 2015, 74 Halaman, 26 Tabel, 20 Gambar, 4 Lampiran) Kebutuhan energi bagi penduduk dunia terus meningkat seiring dengan peningkatan jumlah penduduk dan gaya hidup manusia yang membutuhkan energi. Salah satu jenis biomassa yang dapat digunakan sebagai energy terbarukan adalah serbuk kayu dari industri pengolahan kayu yang belum termanfaatkan secara optimal, oleh karena itu dikembangkanlah salah satu metode untuk mendapatkan energi alternatif yaitu dengan gasifikasi biomassa. Pada gasifikasi berbahan baku serbuk kayu laban (Vitex pubescens Vahl) menggunakan system updraft ini syngas yang dihasilkan masih mengandung partikel pengotor yang tidak sedikit, Untuk itu perlu ditambahkan sistem pembersih berupa filter dengan menggunakan jerami sebagai media penyaring partikel pengotor dalam syngas. Filter jerami ini diterapkan dalam proses gasifikasi system updraft guna mengetahui pengaruhnya dalam mereduksi partikel pengotor dalam syngas. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan kinerja optimum filter jerami dalam menyaring tar yang terbawa bersama syngas berdasarkan variasi kerapatan massa jerami sehingga akan didapatan kerapatan optimal dari filter jerami dalam menyaring tar yang terbawa bersama syngas. Kata Kunci : Gasifikasi, Biomassa, Kayu Laban, Filter Jerami, Syngas. iv
ABSTRACT GASIFICATION OF BIOMASS (SAWDUST OF LABAN WOOD) UPDRAFT SINGLE GAS OUTLET SYSTEM WITH STRAW FILTER CLEANING SYSTEM (Based on Straw Filter Performance to Syngas Production) (Siti Destiana Yolanda, 2015, 74 Pages, 26 Tables, 20 Pictures, 4 Appendixes) The world's energy needs for the population continues to increase along with the increase of population and human lifestyle requires energy. One type of biomass that can be used as renewable energy is sawdust from the wood processing industry has not been utilized optimally, therefore, is developing one of the methods to obtain alternative energy, namely by gasification of biomass. In the gasification of wood raw material powder Laban (Vitex pubescens Vahl) using this updraft system syngas generated particles still contain impurities that are not small, it is necessary to be added in the form of filter cleaning system using straw as filter media particle impurities in the syngas. Straw filter is applied in the process of updraft gasification system to determine its effect in reducing particle impurities in the syngas. This study aims to obtain optimum performance in filtering tar filter straw that brought together syngas based on variations in the mass density of the straw that will optimalize the density of filter in the filter tar straw that brought together syngas. Keywords: Gasification, Biomass, Wood Laban, Filter Straw, Syngas. v
Motto: Syukurlah karena aku bodoh!!! Keberhasilan didapatkan karena semua kegagalan yang aku alami dan itu membuatku sadar kalau aku sudah memilih takdirku dengan benar. (Masashi Kishimoto) Mimpi tidak akan terwujud karena seseorang bilang begitu padamu, kau harus membuat impianmu menjadi kenyataan. (Moritaka Mashiro-Bakuman) Kupersembahkan untuk: Kedua Orang Tuaku, Ahmad Jazuli Subekti dan Zulyani. Kedua adikku Ahmad Galih Dwi Cahyo dan Ahmad Panji Triantoro. Kedua pembimbingku, Ir. Fatria, M.T. dan Zulkarnain, S.T., M.T. Teman seperjuanganku Dara Finalda, Vinanda Permata Helmy, dan Wijaya Agustria. Semua sahabat di EGB & EGA dan orangorang yang kusayangi. Almamaterku Politeknik Negeri Sriwijaya. vi
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas rahmat dan karunia-nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul Gasifikasi Biomassa (Serbuk Kayu Laban) Sistem Updraft Single Gas Outlet Dengan Sistem Pembersih Filter Jerami (Ditinjau Dari Kinerja Filter Jerami Terhadap Produksi Syngas) Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi persyaratan mata kuliah Tugas Akhir pada Jurusan Teknik Kimia Program Studi Teknik Energi di Politeknik Negeri Sriwijaya. Tugas Akhir ini didasarkan pada studi rancang bangun yang dilakukan pada bulan April-Juni 2015. Selama penyusunan dan penulisan Tugas Akhir ini, penulis mendapatkan bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak. Untuk itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada yang terhormat : 1. RD. Kusmanto, S.T, M.M, selaku Direktur Politeknik Negeri Sriwijaya. 2. Ir. Robert Junaidi, M.T, selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Politeknik negeri Sriwijaya. 3. Zulkarnain, S.T, M.T, selaku Sekretaris Jurusan Teknik Kimia Politeknik negeri Sriwijaya dan Dosen Pembimbing II yang telah banyak membantu selama proses penyelesaian penelitian maupun penyusunan Tugas Akhir ini. 4. Ir. Arizal Aswan, M.T, selaku Ketua Program studi Teknik Energi Jurusan Teknik Kimia Politeknik negeri Sriwijaya 5. Ir. Fatria, M.T, selaku Dosen Pembimbing I yang telah banyak membantu selama proses penyelesaian penelitian maupun penyusunan Tugas Akhir ini. 6. Seluruh Staf Pengajar, Administrasi, dan Jurusan teknik Kimia dan Teknik Energi atas bantuan dan kemudahan yang diberikan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 7. Kedua orang tua dan saudara-saudara saya yang telah memberikan do a, restu, motivasi, bantuan moril dan semangat serta dukungannya selalu penyelesaian Tugas Akhir ini. vii
8. Terima kasih kepada Dara Finalda, Vinanda Nuansa Permata Helmy, dan Wijaya Agustria atas semua bantuannya baik secara langsung maupun tak langsung. 9. Teman-teman 8 EGB dan 8 EGA Teknik Energi Politeknik Negeri Sriwijaya Palembang Angkatan 2011 terima kasih atas masukan dan bantuannya yang telah diberikan selama ini. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih belum sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun untuk penyempurnaan Tugas Akhir ini. Penulis berharap semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Semoga Allah SWT senantiasa memberikan ridho- Nya kepada kita, Amin. Palembang, Juni 2015 Penulis viii
DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PENGESAHAN... ii ABSTRAK... iii ABSTACT... iv KATA PENGANTAR... v DAFTAR ISI... vi DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... viii DAFTAR LAMPIRAN... ix BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Tujuan Penelitian... 3 1.3 Manfaat... 3 1.4 Perumusan Masalah... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 4 2.1 Biomassa... 4 2.2 Kayu... 4 2.3 Kayu Laban... 11 2.4 Jerami... 15 2.5 Gasifikasi... 15 2.6 Faktor Yang Mempengaruhi Proses Gasifikasi... 17 2.7 Tahapan Proses Gasifikasi... 19 2.8 Jenis Reaktor... 22 2.9 Udara Pembakaran... 26 2.10 Gas Mampu Bakar (Syngas)... 27 2.11 Perhitungan Dasar Gasifikasi... 28 BAB III METODE PENELITIAN... 36 3.1 Pendekatan Desain Fungsional... 36 3.2 Pendekatan Desain Struktural... 37 3.3 Pertimbangan Percobaan... 42 3.4 Pengamatan... 45 3.5 Prosedur Penelitian... 45 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 49 ix
4.1 Pengambilan Data... 49 4.2 Pembahasan... 49 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 59 5.1 Kesimpulan... 59 5.2 Saran... 59 DAFTAR PUSTAKA... 61 LAMPIRAN... 63 x
DAFTAR GAMBAR Gambar Halaman 1. Pohon Laban... 11 2. Penyebaran Pohon Laban... 13 3. Tahapan Proses Gasifikasi... 20 4. Updraft Gasifier... 23 5. Downdraft Gasifier... 24 6. Crossdraft Gasifier... 25 7. Reaktor Gasifikasi... 37 8. Grate... 38 9. Tangki Bahan Baku... 38 10. Cyclone Separator... 39 11. Water Scrubber... 39 12. Tampak Dalam Water Scrubber... 40 13. Filter Jerami... 41 14. Tampak Dalam Filter Jerami... 41 15. Desain Rancangan Gasifikasi Sistem Updraft... 42 16 Komposisi Syngas Terhadap Massa Filter Jerami... 51 17. Perbandingan LHV Syngas Terhadap Massa Filter Jerami... 52 18. Perbandingan Total Tar dan Tar Tersaring Terhadap Massa Filter Jerami... 53 19. Perbandingan Daya Serap Terhadap Massa Filter Jerami... 54 20. Perbandingan Jumlah Asap Cair Terhadap Massa Filter Jerami... 56 xi
DAFTAR TABEL Tabel Halaman 1. Komposisi Kayu... 5 2. Kelas Kayu Kuat... 8 3. Komponen Kimia Menurut Golongan Kayu... 8 4. Jenis Kayu Kelas Awet dan Kuat... 10 5. Klasifikasi Kayu Laban... 12 6. Analisa Proximate dan Ultimate Kayu Laban... 14 7. Unsur Biokimia dan Zat Ekstraktif... 14 8. Green Moisture Content, Ash, Density dan HHV... 14 9. Perbandingan Teknologi Gasifikasi dan Pembakaran... 17 10. Kelebihan dan Kekurangan Berbagai Jenis Gasifier... 26 11. Gas Dari Gasifikasi Kayu dan Arang... 27 12. Komponen Yang Terkandung Dalam Udara Kering... 27 13. Kualitas Gas Produser dari Gasifier Biomassa... 28 14. Nilai Kalori Pada Syngas... 28 15. Hasil Analisa Syngas... 49 16. Hasil Perhitungan Desain Alat Gasifikasi... 50 17. Distribusi Temperatur di Reaktor (Tanpa Jerami)... 61 18 Distribusi Temperatur di Reaktor (Filter Jerami 100 gr)... 61 19. Distribusi Temperatur di Reaktor (Filter Jerami 200 gr)... 62 20. Distribusi Temperatur di Reaktor (Filter Jerami 300 gr)... 62 21. Distribusi Temperatur di Reaktor (Filter Jerami 400 gr)... 63 22. Penggunaan Jerami... 63 23 Hasil Anlaisa Syngas... 64 24. LHV Syngas dari Variasi Filter Jerami... 68 25. Total Tar dari Variasi Filter Jerami... 71 26. Daya Serap Filter Jerami dari Variasi Filter Jerami... 71 xii
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran Halaman 1. Data Pengmatan... 61 2. Perhitungan... 65 3. Gambar... 72 4. Surat-surat... xiii