SKRIPSI PENGARUH KOMPOSISI BIOMASSA SERBUK KAYU DAN BATU BARA TERHADAP PERFORMANSI PADA CO-GASIFIKASI SIRKULASI FLUIDIZED BED Oleh : I KETUT WIJAYA NIM : 1119351025 JURUSAN TEKNIK MESIN NON REGULER FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA 2015
Pengaruh Komposisi Biomassa Serbuk Kayu Dan Batubara Terhadap Performansi Pada Co-Gasifikasi Sirkulasi Fluidized Bed Oleh :I Ketut Wijaya, Pembimbing : Prof. I Nyoman Suprapta Winaya,ST.MASc.Ph.D I Wayan Widhiada,ST.MSc.Ph.D Abstrak Teknologi co-gasifikasi circulating fluidized bed adalah pengkonversian dua campuran bahan bakar padat terfluidakan secara thermokimia menjadi bahan bakar gas mudah terbakar. Proses ini memerlukan sekitar 50% udara pembakaran. Batubara adalah sumber energi fosil yang paling siap untuk menggantikan peran minyak bumi sedangkan serbuk kayu adalah biomassa yang dapat digunakan sebagai sumber energi ramah lingkungan. Reaktor Gasifier circulating Fluidized Bed yang digunakan untuk penelitian berdiameter 96cm dengan tinggi 162cm dan ketebalan 3 mm dengan bahan plat stainless steel sc 20. Komposisi campuran bahan bakar yang digunakan adalah 30% batu bara: 70% serbuk kayu dengan membandingkan hasil tanpa system circulating fluidized bed. Temperatur operasi dalam penelitian ini adalah 600 0C. Hasil dari pengujian, didapatkan kandungan CO tertinggi dihasilkan pada system circulating fluidized bed. Hal ini disebabkan karena komposisi bahan bakar biomassa serbuk kayu yang lebih banyak dari batubara. Persentase kandungan CH4 yang didapat dari hasil peneliatian juga meningkat pada variasi komposisi campuran bahan bakar 30% batubara dan 70% serbuk kayu. Kata Kunci : Gasifier circulating Fluidized Bed, Campuran Batubara dan serbuk kayu,cogasifikasi,temperatur operasi
THE EFFECT OF COMPOSITION BIOMASS SAWDUST MIXTURE AND COAL FUEL WITH PERFORMANCE OF CIRCULATING FLUIDIZED BED GASIFIER Author Guidence :I Ketut Wijaya, : Prof. I Nyoman Suprapta Winaya,ST.MASc.Ph.D I Wayan Widhiada,ST.MSc.Ph.D ABSTRACT Co-gasification circulating fluidized bed technology is the conversion process of two mixed solid fuel into combustible gas thermochemically. This process requires about 50% of air combustion. Coal is the most effective fossil energy source to replace petroleum, while saw dust is a biomass that can be used as an eco-energy source. Circulating Fluidized Bed Gasifier reactor used for the research had 96cm diameter with162cm height and 3 mm thickness with 20 sc stainless steel plate. The fuel mixture composition 30% coal : 70 % saw dust. By comparing the gas and temperature result without circulating system versus with circulating fluidized bed. The temperature of this study was 600 C. The results of the test, obtained the highest content of CO produced by composition of 30% coal and 70% saw dust. This was because the saw dust fuel composition was more than coal. The percentage of the CH4 also higher contained in the fuel composition of 30% coal and 70% saw dust. Key words: Co-Gasification, Temperature of Operation, Circulating Fluidized Bed Gasifier, Mixture of Coal and Saw dust.
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmat- Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul PENGARUH KOMPOSISI BIOMASSA SERBUK KAYU DAN BATU BARA PADA CIRCULATING FLUIDIZED BED GASIFICATION. Dalam penyusunan skripsi ini penulis tidak sedikit mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar besarnya kepada : 1. Bapak Prof. I Nyoman Suprapta Winaya,ST.,MASc.,PhD., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Udayana, Pembimbing Akademik dan sekaligus sebagai Dosen Pembimbing I dalam penulisan proposal skripsi ini. 2. Bapak I Wayan Widhiada, ST., MSc.,Ph.D selaku Dosen Pembimbing II dalam penulisan skripsi ini. 3. Bapak/Ibu dosen serta staf pegawai Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Udayana. 4. Keluarga, rekan rekan saya yang berada di Fakultas ataupun diluar Fakultas, serta semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian skripsi ini. Penulis menyadari bahwa skripsi ini jauh dari kesempurnaan mengingat keterbatasan pengetahuan dan referensi yang penulis miliki. Oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun sangat penulis harapkan dari berbagai pihak. Sekali lagi penulis mengucapkan banyak terima kasih dan penulis mohon maaf apabila terdapat kekurangan atau kesalahan dalam penulisan skripsi ini. Denpasar, April 2015 Penulis
DAFTAR ISI LEMBAR PERSETUJUAN..i LEMBAR PENGESAHAN..ii HALAMAN PERNYATAAN... iii ABSTRAK iv ABSTRCT..v KATA PENGANTAR... vi DAFTAR ISI.vii DAFTAR GAMBAR x DAFTAR TABEL.xi LAMPIRAN..xii BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 Latar Belakang... 1 Rumusan Masalah... 3 Batasan Masalah... 3 Tujuan Penelitian... 4 Manfaat Penelitian... 4 BAB II TEORI DASAR... 5 2.1 Energi Batubara... 5 2.1.1 Pengertian Batubara... 5 2.1.2 Analisa Batubara... 5 2.2 Biomassa... 9 2.2.1 Pengertian Biomassa... 9 2.2.2 Serbuk Kayu... 9 2.2.3 Komposisi Biomassa... 10 2.2.4 Pemanfaatan Energi Biomassa... 12 2.2.5 Produk Biomassa... 15 2.3 Pasir Silika... 16 2.4 Gasifikasi... 16 2.4.1 Teknologi Co-Gasifikasi... 17 2.4.2 Reaktor Gasifikasi... 18 2.4.3 Dasar Proses Gasifikasi... 25 2.4.4 Parameter-Parameter Penting dalam Proses Gasifikasi... 28 2.4.5 Efisiensi Gasifikasi... 29 2.5 Fluidisasi... 31 2.5.1 Karakteristik Fluidisasi... 31 2.5.2 Jenis-Jenis Fluidisasi... 31 2.5.3 Rumus-Rumus Umum Fluidisasi... 32
2.5.4 Ruang Fraksi Kosong (voidage)... 32 2.5.5 Kecepatan Minimum Fluidisasi (Umf)... 34 2.5.6 Ekspansi Ketinggian Hamparan Fluidisasi ( Ha)... 33 2.6 Pembakaran Bahan Bakar... 34 2.6.1 Nilai Pembakaran... 35 2.6.2 Jumlah Udara Pembakaran... 36 BAB III METODE PENELITIAN... 36 3.1 Lokasi Penelitian dan Lokasi Penyempurnaan Alat... 36 3.1.1 Lokasi Penelitian... 36 3.1.2 Lokasi Penyempurnaan Alat... 36 3.2 Variabel Penelitian... 36 3.3 Alat dan Bahan Penelitian. 38 3.3.1 Bahan Penelitian... 38 3.3.2 Peralatan yang Digunakan... 39 3.4 Metode Pengambilan dan Pengolahan Biomassa Serbuk Kayu... 42 3.5 Pengujian Analysis Proximate Batubara dan Biomassa Serbuk Kayu... 42 3.6 Prosedur Penelitian... 43 3.6.1 Tahap Pengujian... 45 3.7 Rancangan Penelitian... 46 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 48 4.1 Kebutuhan Udara Gasifikasi Serbuk Kayu dan Batubara... 48 4.1.1 Kebutuhan Udara Serbuk Kayu... 48 3.1.2 Analisis Kebutuhan Udara Batubara... 49 4.2 Data Pengujian... 51 4.2.1 Hasil Analisis Ultimate dan Proximate Serbuk Kaya dan Batubara 51 4.2.2 Hasil Pengujian Nilaai Kalori Serbuk Kayu dan Batubara...52 4.3 Data Hasil Penelitian.. 53 4.4 Pengolahan Data Hasil Penelitian... 54 4.4.1 Menghitung Fuel Consumption Rate Actual... 54 4.4.2 Menghitung Air Fuel Rate Actual... 55 4.4.3 Efisiensi Bahan Bakar Gasifikasi.57 4.4.4 Kecepatan Minimum Fluidisasi 58 4.5 Distribusi Temperatur Reaktor... 60 4.6 Analisa Data... 63 4.6.1 Analisa Waktu Gas Menyala dan Waktu Operasi 63 4.6.2 Analisa Variasi Komposisi Bahan Bakar Gas Hasil Gasifikasi...64 4.6.3 Analisa Perbandingan Variasi Terhadap AFR dan FCR. 65 4.6.4 Anallisa Perbandingan Variasi Terhadap Efisiensi...66
BAB V PENUTUP... 69 5.1 Kesimpulan... 69 5.2 Saran... 69 DAFTAR PUSTAKA... 70
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Teknologi Biomassa... 12 Gambar 2.2 Skema Pembentukan Biogas... 14 Gambar 2.3 Updraft Gasifier... 18 Gambar 2.4 Downdraft Gasifier... 19 Gambar 2.5 Crossdraft Gasifier... 20 Gambar 2.6 Fluidized Bed Gasifier... 21 Gambar 2.7 Cyclone CFB... 23 Gambar 2.8 Reaktor Entrained Flow... 24 Gambar 3.1 Bahan Bakar Batubara... 38 Gambar 3.2 Bahan Bakar Serbuk Kayu... 38 Gambar 3.3 Pasir Silika.... 39 Gambar 3.4 Alat Uji dan Timbangan... 43 Gambar 3.5 Skematik Circulating Fluidized Bed Gasifier... 44 Gambar 3.6 Diagram Alir Penelitian... 47 Gambar 4.1 Grafik Distribusi Temperatur untuk Variasi I... 61 Gambar 4.2 Grafik Distribusi Temperatur untuk Variasi II... 62 Gambar 4.3 Grafik Distribusi Temperatur untuk Variasi III... 62 Gambar 4.4 Grafik Hubungan Antara Variasi Komposisi Bahan Bakar Terhadap Durasi Operasi, Durasi Mulai Menyala, Durasi Gas Menyala... 63 Gambar 4.5 Grafik Perbandingan Variasi Komposisi Bahan Bakar Terhadap Persentase Kandungan Gas... 64 Gambar 4.6 Grafik perbandingan variasi Komposisi Bahan Bakar terhadap AFR
dan FCR actual... 66 Gambar 4.7 Grafik Perbandingan Variasi Komposisi Bahan Bakar terhadap efesiensi bakaryang tergasifikasi... 66
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Tabel 2.2 Tabel 2.3 Tabel 2.4 Tabel 2.5 Tabel 4.1 Analisis Proximate Batubara... Analisis Ultimate Batubara... Ultimate Analisis of Biomassa... 11 Kelebihan dan Kelemahan Gasifier... 17 Aspek Teknis Gasifikasi Menggunakan Fluidized Bed... 21 Kebutuhan Udara Gasifikasi Batubara dan Serbuk Kayu Menurut Variasi Komposisi Campuran Bahan Bakar... 51 6 8 Tabel 4.2 Hasil analisa Ultimate Prosentase Kandungan C,H,O,N,S... 52 Tabel 4.3 Hasil Analisa Proximate (Moisture) Bahan Bakar... 52 Tabel 4.4 Hasil Pengujian Nilai Kalor Serbuk Kayu dan Batubara... 53 Tabel 4.5 Data Hasil Penelitian... 54 Tabel 4.6 FCR aktual dari masing-masing variasi komposisi campuran bahan bakar... 55 Tabel 4.7 AFR aktual dari masing-masing variasi komposisi campuran bahan bakar... 57 Tabel 4.8 Efisiensi bahan bakar yang tergasifikasikan masing-masing variasi... 58 Tabel 4.9 Perbandingan persentase kandungan gas disetiap variasi... 64
LAMPIRAN Halaman Hasil uji lab forensic Poltabes Denpasar... Lampiran 1: Distribusi temperature serbuk kayu 50% : batubara 50%... Lampiran 2 : Distribusi temperature serbuk kayu 60% : batubara 40%... Lampiran 3: Distribusi temperature serbuk kayu 70% : batubara 30%... Foto dokumentasi... 72 80 86 91 9