BAB III METODOLOGI III.1.Alat dan Bahan Bahan yang digunakan dalam penelitian ini meliputi kayu gamal sebagai umpan gasifier dan bensin sebagai bahan bakar di mesin generator bensin. Daftar bahan yang digunakan ditampilkan pada Tabel III.1, sedangkan daftar alat beserta sepesifikasi ditampilkan pada perincian di bawah dan skema rangkaian alat ditampilkan pada Gambar III.1. III.1.a Daftar Bahan Bahan bahan yang digunakan dalam penelitian dapat dilihat pada sebagai berikut: Tabel III.1 Daftar Bahan Penelitian No Nama Bahan Jumlah Kegunaan 1. Kayu Gamal 100 kg Bahan baku penelitian 2. Kayu Kaliandra 100 kg Bahan baku penelitian 3. Arang 20 kg Bahan baku pembentukan bara pada gasifier 4. Bensin 20 L Bahan bakar utama pada genset bensin 5. Tabung LPG 12 kg Bahan bakar utama pada genset LPG 6. Kain Perca 20 kg Bahan isian filter III.1.b Daftar Alat dan Spesifikasi Alat-alat yang digunakan dalam penelitian, antara lain : 1. Gasifier Jenis : Downdraft Bahan : Mild steel Kapasitas : 5 kg/jam tenggorokan : 10 cm bunker : 30 cm 13
h bunker : 38 cm zona reduksi : 24 cm h zona reduksi : 15 cm Fungsi : Tempat reaksi gasifikasi kayu Gamal dan kayu Kaliandra berlangsung 2. Water Seal (Bawah gasifier) Diameter : 40 cm Tinggi : 25 cm Fungsi : Penampung abu hasil gasifikasi pada gasifier 3. Scrubber Jenis : Spray Tower Bahan : Plat mild steel Nozzel : 1 Fungsi : - Membersihkan gas dari partikel padat menggunakan air - Mendinginkan gas produser 4. Water Seal (bawah scrubber) Panjang : 60 cm Lebar : 40 cm Tinggi : 40 cm Fungsi : Penampung air hasil keluaran scrubber 5. Filter Jenis : Fixed bed Bahan : stainless steel Jumlah : 3 Fungsi : Menyaring gas produser dengan bahan isian 14
6. Burner Bahan : Plat mild steel Fungsi : Menguji gas hasil gasifikasi kayu gamal dan kaliandra 7. Mesin Genset Bensin Jenis : Electronic Ignition Merk : Honda Petrol Engine Model : KG7000ES Kapasitas : maks ouput 5 kw Fungsi : Membangkitkan listrik dari bensin dan gas produser 8. Mesin Genset LPG Jenis : Electronic Ignition Merk : Prime Model : LPG6500 Fungsi : Membangkitkan listrik dari LPG dan gas produser 9. Blower 1 HP Jenis : Ring Blower HG-370 Power : 750 W Phase : 2 phase Fungsi : - Menghisap udara ke dalam gasifier - Mengalirkan gas produser dari gasifier hingga menuju genset - Sebagai beban listrik untuk genset 10. Blower ½ HP Jenis : Ring Blower / Vortex Blower Power : 370 W 15
Fungsi : - Sebagai beban listrik untuk genset - Sebagai penghisap udara kedalam gasifier - Mengalirkan gas produser dari gasifier menuju genset 11. Orifice Jenis : Restriction Orifice Bahan : Besi Fungsi : Mengukur laju alir gas produser ke genset bensin dan LPG 12. Blower ¼ HP Jenis : Blower Tiup Power : 150 W Fungsi : Sebagai penyuplai udara pada gasifier untuk pembentukan bara api 13. Heater 2 kw Jenis : Coil Heater Merk : Water Wasser Fungsi : Sebagai beban listrik untuk genset 14. Heater 1 kw Jenis : Coil Heater Merk : Jiamei Fungsi : Sebagai beban listrik untuk genset 15. Pompa Air Jenis : PS-122-MP Merk : Multi Pro Kapasitas : 25 L/menit 16
Fungsi : Mengalirkan air menuju wet scrubber 16. Manometer Jenis : Pipa U berskala Bahan : kaca Isi Manometer : Air Raksa Jumlah : 2 Fungsi : Mengukur ΔP antara fluida input dan output orifice 17. Water Flow Meter Jenis : Analog Flow Meter Merk : imd Ningbo China Kapasitas : 1,5 m 3 /Jam Satuan : m 3 /Jam Fungsi : Mengukur laju alir air pendingin 18. Thermocouple Jenis : Type K Rentang pengukuran : max 1300 o C Fungsi : Mengukur suhu di zona oksidasi gasifier 19. Thermodisplay Model : T4WM-N3NKCC Merk : Autonics Skala : 1-1200 C Fungsi : Menampilkan suhu dengan angka digital pada thermocouple 20. Termometer Payung Jenis : Termometer Payung Merk : Jako Ukuran : D = 10 cm Skala : 0-120, 0-150, 0-200 17
Jumlah : 4 Fungsi : Untuk mengukur suhu yang ada di pipa keluar gasifier, scrubber, pipa air pendingin, output blower masuk genset. 21. Tang Ampere Jenis : 266 Clamp Meter Skala : 0-200 A Satuan : Ampere Fungsi : Mengukur arus listrik output genset 22. Alat Ukur Laju Alir Bensin Jenis : Buret Merk : Pyrex Bahan : Kaca Ukuran : 25 ml Fungsi : Mengukur laju konsumsi bensin 23. Timbangan Merk : Five Goats Skala : 0-10 Kg Fungsi : - Mengukur massa biomassa sebelum dan sesudah gasifikasi - Mengukur massa LPG yang terkonsumsi saat operasi genset 24. Gergaji Mesin Kecil Jenis : Mitter Saw Merk : Modern Fungsi : - Memotong kayu mejadi ukuran lebih kecil - Sebagai beban listrik pada genset 18
III.1.c Skema Rangkaian Alat Rangkaian alat yang diterapkan dalam penelitian ini dapat dilihat seperti pada gambar di bawah. Gambar III.1 Skema Rangkaian Alat III.2. Metode Kegiatan ini dibagi menjadi dua tahap utama. Tahap pertama yaitu karakterisasi proses gasifikasi. Gas produser yang dihasilkan diuji secara visual dengan penyalaan lidah api dan diuji secara instrumental dengan alat Gas Chromatography (GC) untuk analisis komposisi gas produser. Tahap selanjutnya yaitu mengumpankan gas produser ke motor genset. Percobaan dilakukan dengan 5 variasi beban listrik (0%, 40%, 60%, 80%, dan 100% dari beban maksimal). Pada tahap ini, dilakukan pengambilan data agar diperoleh konsumsi solar, daya listrik output genset, konsumsi biomassa di gasifier, dan tingkat kesetaraan antara kayu Gamal dan kayu 19
Kaliandra dengan bensin dan LPG. Penelitian ini dilaksanakan di Power House Laboratorium Aplikasi Teknik Kimia. Alur kerja penelitian terlihat pada Gambar III.2. Gambar III.2 Alur Kerja 1. Tahap Penanganan Bahan Baku Sebelum bahan baku digunakan untuk gasifikasi ada penanganan yang harus dilakukan agar hasil gas produser terbentuk cepat dan bagus, meliputi: a. Pemotongan Bahan Baku Memotong bahan baku menjadi lebih kecil, agar mempermudah masuknya bahan baku biomassa ke gasifier dan juga mempermudah pengeringan. Permotongan dengan menggunakan 20
alat gergaji mesin kecil dan golok. Tipe gergaji tersebut Mitter Saw dengan merk Modern. b. Perhitungan Rentang Ukuran Bahan Baku Menghilangkan kadar air pada bahan baku yang meliputi panjang n dan lebar menggunakan penggaris dengan skala 30 cm, berbahan plastik, bermerk butterfly. Perhitungan dilakukan secara manual dengan melihat angka yang tertera di penggaris. c. Pengeringan Bahan Baku Menghilangkan kadar air pada bahan baku dengan cara penjemuran atau pengovenan. Jika dengan penjemuran, maka dibutuhkan waktu sekitar 3-4 hari di bawah terik matahari langsung. Jika dengan pengovenan, maka waktu yang diperlukan 24 jam dan suhu 70 C. Oven yang digunakan dengan skala suhu 0-400 C dengan merk Memmert. d. Perhitungan Kadar Air Bahan Baku Biomassa Menghitung kadar air bahan baku dengan cara memotong kembali bahan baku biomassa sebesar tusuk gigi. Kemudian menimbang bahan baku biomassa sebelum dioven (Ww) dengan menggunakan timbangan digital bermerk Scout-Pro berskala 400 gram. Lalu, mengeringkan dengan oven yang sama seperti pengeringan sebelumnya selama 24 jam. Setelah dioven, menimbang kembali dengan timbangan yang sama (Wd). Rumus yang digunakan : Kadar air = W W W d W W x 100% e. Perhitungan Bulk Density Proses perhitungan bulk density dilakukan dengan cara menimbang bahan baku yang telah dikeringkan terlebih dahulu. Penimbangan menggunakan timbangan analog dengan skala 5 kg bermerek Lion 21
Star. Pertama, menimbang loyang berukuran 24 cm x 24 cm x 7 cm berbahan alumunium. Kemudian menambahkan bahan baku biomassa dengan cara disebar hingga tidak melebihi tinggi loyang, dengan dari bahan baku biomassa (Wb), dan Volume ukuran loyang (V). Rumus perhitungan bulk density : Bulk density = V W b 2. Produksi Gas Produser Membuat gas produser, pada tahap 1 meliputi: a. Menimbang arang sebanyak 1 kg dan kayu gamal sebanyak 10 kg dengan timbangan jenis analog skala 10 kg. b. Memasukkan 0,5 kg arang dengan tangan terbuka dan sedikit solar pada suatu botol penyimpanan ke dalam gasifier untuk memantik api. c. Menghidupkan ring blower ½ HP dan pompa air pendingin terlebih dahulu. d. Membakar arang dengan menuangkan solar sedikit demi sedikit ke gasifier hingga terbentuk bara api secara merata. e. Mengalirkan sedikit udara menggunakan blower ¼ HP dengan cara menyambungkan selang udara ke bagian atas gasifier agar dapat mempercepat pembentukan bara pada bagian atas gasifier. f. Mematikan blower ¼ HP setelah bara api dalam gasifier rata. g. Memasukkan arang kembali sedikit demi sedikit agar bara api yang terbentuk menjadi lebih tinggi hingga cekungan gasifier. h. Memasukkan bahan baku berupa kayu gamal atau kaliandra sesuai penelitian yang diadakan ke dalam gasifier. Penambahan bahan baku pertama sedikit demi sedikit hingga terbentuk lidah api di burner. i. Menutup bagian atas gasifier dengan penutup gasifier dan membuka aliran udara pada samping gasifier. Aliran udara dapat masuk dengan cara membuka valve 1 4, 1 2, 3 4, penuh. 22
j. Kemudian, mencatat waktunya pada catatan sebagai waktu start-up, memulai waktu dengan stopwatch ketika kayu gamal mulai masuk gasifier. k. Untuk mengetahui adanya proses gasifikasi pada gasifier dengan cara menyemprotkan gas pemantik api dengan merek hi-cook ke arah burner. l. Mengatur bukaan valve udara output blower hingga lidah api yang terbentuk stabil di burner. m. Menimbang bahan baku biomassa sisa dengan timbangan jenis analog skala 10 kg setelah 1 jam terhitung sejak bahan baku masuk. Penimbangan dilakukan untuk mengetahui laju alir konsumsi bahan baku biomassa pada gasifier. Pengoperasian alat pada tahap 2 meliputi: a. Mengalirkan gas produser ke genset bensin atau LPG dengan membuka penuh (100%) valve gas produser input genset. b. Mencatat perbandingan konsumsi bahan bakar genset sebelum dan sesudah penambahan gas produser, dengan variasi beban listrik genset bensin atau LPG. 3. Operasi Genset dengan Variasi Beban Listrik 0%, 40%, 60%, 80%, dan 100% Tanpa Gas Produser a. Pengukuran Laju Konsumsi Bensin Tanpa Penambahan Gas Produser - Menyalakan motor genset dengan cara memutar kunci genset searah jarum jam sesuai buku panduan. - Mengatur bukaan valve input udara sesuai variasi yang diinginkan. - Mencatat waktu dengan stopwatch dan level (ketinggian) pada buret skala 25 ml. 23
- Mencatat waktu ketika level di alat ukur laju alir bensin menunjukkan bensin terkonsumsi sebanyak 25 ml. b. Pengukuran Laju Konsumsi LPG Tanpa Penambahan Gas Produser - Menyalakan motor genset LPG dengan cara memutar kunci genset searah jarum jam sesuai buku panduan. - Mengatur bukaan valve input udara sesuai variasi yang diinginkan. - Mencatat waktu dengan stopwatch dan menimbang berat LPG secara langsung dengan timbangan. - Mencatat berat LPG sebelum (W1) dan sesudah (W2). - Mencatat hasil laju konsumsi LPG dengan waktu tertentu (t) sehingga dapat dihitung laju alirnya. Dengan menggunakan rumus sebagai berikut: Laju konsumsi LPG = W 2 W 1 t = kg/menit 4. Operasi Genset dengan Variasi Beban Listrik 0%, 40%, 60%, 80%, dan 100% Menggunakan Gas Produser a. Pengukuran Penghematan Konsumsi Bensin Dengan Penambahan Gas Produser - Mengalirkan gas produser ke motor genset dengan kondisi valve dijaga terbuka 100%. - Mencatat waktu dan level di alat ukur laju alir bensin pada awal pengukuran. - Mencatat waktu ketika level di alat ukur laju alir bensin menunjukkan bensin terkonsumsi sebanyak 25 ml. 24
- Penghematan konsumsi bensin merupakan selisih antara laju konsumsi bensin sebelum penambahan gas produser dengan laju konsumsi bensin setelah penambahan gas produser. b. Pengukuran penghematan konsumsi LPG dengan penambahan gas produser - Mengalirkan gas produser ke motor genset LPG dengan kondisi valve dijaga terbuka 100%. - Mencatat waktu dan ukur laju alir LPG pada awal pengukuran dengan cara yang sama dengan laju alir pada konsumsi LPG tanpa gas produser. - Mencatat hasil konsumsi LPG dengan waktu tertentu sehingga laju alir dapat dihitung. - Penghematan konsumsi LPG merupakan selisih antara laju konsumsi LPG sebelum penambahan gas produser dengan laju konsumsi LPG setelah penambahan gas produser. 5. Pengukuran daya listrik output genset a. Mengalirkan listrik output genset ke beban listrik. Beban listrik yang digunakan divariasikan sesuai nilai variabel bebas yang dibutuhkan. b. Mengukur kuat arus listrik yang mengalir dari genset ke beban listrik menggunakan tang ampere. c. Mengukur tegangan listrik dari genset ke beban listrik dengan tang ampere. d. Menghitung daya listrik yang dialirkan dari genset ke beban listrik dengan menggunakan data kuat arus dan tegangan listrik. 25
6. Perhitungan Specific Gasification Rate (SGR) SGR mengindikasikan banyaknya biomassa rata-rata yang dapat tergasifikasi dalam gasifier per satuan luas reaktor per satuan waktu. Dengan data yang diperlukan yaitu biomassa awal pada proses gasifikasi (Wa), Berat arang pengoprasian (Wc), Luas reaktor Gasifier (Ar), dan waktu pengoprasian (t). SGR = W a W c A R x t 7. Perhitungan laju alir gas produser input genset bensin dan LPG Laju alir gas produser maupun udara yang diumpankan ke genset bensin dan LPG dapat dihitung dari hasil peneraan manometer. Dari hasil peneraan diperoleh hubungan h manometer dengan debit gas produser. Hasil peneraan laju alir terlampir. 8. Perhitungan Presentase Hasil Residu Padatan Persentase hasil residu padatan adalah perbandingan banyaknya sisa arang yang dihasilkan (Wc) dengan banyaknya biomassa yang dibutuhkan (Wa). Dengan rumus: % Residu padataan = W c W a 100% 9. Menganalisis Hasil Gas Produser Kegiatan penelitian ini dibagi menjadi dua tahap utama. Tahap pertama yaitu karakterisasi proses gasifikasi. Gas produser yang dihasilkan diuji secara visual dengan penyalaan lidah api dan diuji secara instrumental dengan alat Gas Chromatography (GC) untuk analisis komposisi gas produser. Tahap selanjutnya yaitu mengumpankan gas produser ke motor genset. Percobaan dilakukan dengan 5 variasi beban listrik (0%, 40%, 60%, 80%, dan 100% dari beban maksimal). Pada tahap ini, dilakukan 26
pengambilan data agar diperoleh konsumsi bensin dan LPG, daya listrik output genset, konsumsi biomassa di gasifier, dan tingkat kesetaraan antara biomassa dengan bensin dan LPG. Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Power House. 27