PENGARUH TEMPERATUR UDARA TERHADAP KINERJA TUNGKU TIPE DOWNDRAFT

PENGARUH TEMPERATUR UDARA TERHADAP KINERJA TUNGKU TIPE DOWNDRAFT PUBLIKASI ILMIAH Disusun Sebagai Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Disusun Oleh : REYALDO NOPRIYANZA P.W D200120047 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA TAHUN 2016

ii i

iii ii

iv iii

PENGARUH TEMPERATUR UDARA TERHADAP KINERJA TUNGKU TIPE DOWNDRAFT Reyaldo Nopriyanza P. W., Subroto dan Sunardi Wiyono Teknik Mesin FT Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. Ahmad Yani Tromol Pos Pabelan, Surakarta Email: nreyaldo@ymail.com Abstraksi Sumber bahan bakar alternatif yang bisa di daur ulang secara terus menerus adalah biomassa misalnya sekam padi. Untuk memanfaatkan sekam padi menjadi sumber energi biasanya menggunakan metode gasifikasi. Oleh karena itu penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh temperatur udara pembakaran terhadap temperatur pembakaran rata-rata, waktu penyalaan awal dan waktu nyala efektif dengan bahan bakar sekam padi. Dalam penelitian ini menggunakan tungku tipe downdraft. Temperatur udara masuk kedalam tungku divariasi yaitu udara biasa(30 o C), 40 o C, 50 o C dan 60 o C. Data yang diamati meliputi temperatur pembakaran, waktu penyalaan awal dan waktu nyala efektif. Hasil penelitian menunjukkan temperatur udara berpengaruh terhadap temperatur pembakaran rata-rata gas hasil gasifikasi. Temperatur pembakaran rata-rata tertinggi yaitu 560 C pada temperatur udara 50 C dan terendahnya 511 C pada temperatur 30 C.Temperatur udara berpengaruh terhadap waktu nyala efektif yang dihasilkan. Nyala efektif paling lama yaitu pada temperatur 60 o C selama 24 menit dan yang paling pendek pada temperatur 30 o C selama 20 menit.temperatur udara berpengaruh terhadap lama penyalaan dari tungku ini. Lama penyalaan tercepat yaitu pada temperatur 60 o C selama 5 menit dan lama penyalaan paling lambat pada temperatur 30 o C selama 10 menit Kata kunci: Gasifikasi, Sekam Padi, Temperatur,Downdraft Gasifikasi Abstract An alternative source of energy that can be recycled continuously is biomassa for examples husks from rice. Usually the rice husks can be converted in to other energy by using gasification method. So that, this research aims at getting to know the impacts of the burning air temperature upon the average burning temperature, the beginning of its flames and the active flames with the fuel produced by the husks from the rice. The downdraft gasifier was used in this experiment. Entering the temperature to the gasifier were variated at usual air (30 C), 40 C, 50 C, and 60 C. This research observed the burning temperature, first time flames and the effective flames time. The result of the research shows that the air temperature infuences to the burning temperature produced by gasification. The highest temperature is 560 C on the air temperature 50 C and the lowest is 511 C on the temperature 30 C. The air temperature gives impact toward the active time of flaming. The longest active flaming is on the temperature of 60 C during 24 minutes and the shortest is on 30 C during 20 minutes. The air temperature has impacts on the flaming in the fireplace. The fastest flaming is on the temperature of 60 C during 5 minutes and the slowest flaming is on the temperature of 30 C during 10 minutes. Keywords: gasification, husks, temperature, gasification downdraft 1

1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Kebutuhan manusia terhadap energi setiap tahun cenderung meningkat, hal ini menyebabkan perlu adanya sumber bahan bakar alternatif penghasil energi yang bisa didaur ulang secara terus menerus karena pada saat ini manusia sangat bergantung kepada bahan bakar fosil seperti minyak bumi, gas alam ataupun batu bara dimana bahan bakar fosil ini tidak bisa di daur ulang dan akan habis jika terus digunakan. Salah satu sumber bahan bakar alternatif yang bisa di daur ulang secara terus menerus adalah biomassa. Biomassa merupakan sumber energi yang mengacu pada bahan biologis yang berasal dari organisme yang belum lama mati (dibandingkan dengan bahan bakar fosil). Salah satu contoh biomassa adalah sekam padi, sehingga perlu dikembangkan suatu metode pemanfaatan sekam padi. Indonesia memiliki potensi yang sangat besar terhadap energi biomassa sekam padi ini karena berdasarkan data tahun 2010 sampai dengan 2014, Indonesia setiap tahun panen padi rata-rata sebesar 68.6 juta ton. Salah satu cara mengkonversi energi biomassa sekam padi adalah dengan gasifikasi. Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah tungku tipe downdraft. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh variasi temperatur udara masuk yang digunakan yaitu pada temperature udara biasa 30 o C, 40 o C, 50 o C, 60 o C terhadap temperatur pembakaran rata-rata,nyala,waktu awal penyalaan dan nyala efektif dari tungku tipe downdraft dengan bahan bakar sekam padi. 1.2 Tinjauan Pustaka Lailun Najib (2012), dalam jurnalnya yang berjudul Karakterisasi Proses Gasifikasi Biomassa Tempurung Kelapa Sistem Downdraft Kontinyu dengan Variasi Perbandingan Udara-Bahan Bakar (AFR) dan Ukuran Biomassa Dari penelitian gasifikasi tempurung kelapa dengan jenis downdraft sistem kontinyu 2

mampu menghasilkan nyala api yang stabil. Semakin besar AFR(Air Fuel Ratio), semakin kecil komposisi flammable gas dan LHV(Lower Heating Value) syngas. Samsudin (2008), dalam jurnal Studi Eksperimen Gasifikasi Sekam Padi Pada Updraft Circulating Fluidized Bed Gazifier pemanasan awal yang dilakukan sebelum masuk gasifier berdampak pada berbagai faktor antara lain temperatur pembakaran, energi gas yang dihasilkan, komposisi gas hasil pembakaran, dan efisiensi gasifikasi. Peningkatan temperatur awal udara akan meningkatkan temperatur pembakaran. Energi gas meningkat dengan meningkatnya temperatur udara. pemanasan awal udara akan mempercepat proses pirolisis. Giri Santosa (2015), crossdraft gasifier yang dijadikan sebagai kompor untuk mendidihkan 1 liter air menggunakan bahan bakar 1 kg sekam padi dan udara dilakukan variasi pada temperatur awal udara antara lain temperatur awal udara normal (32 C), 50 C dan 80 C meyatakan bahwa pemanasan awal udara berpengaruh terhadap temperatur pembakaran. Semakin tinggi temperatur awal udara maka semakin tinggi pula nilai temperatur pembakaran dan pemanasan awal udara tidak berpengaruh signifikan terhadap waktu penyalaan awal tungku. Pemanasan awal udara juga berpengaruh terhadap waktu nyala efektif yang dihasilkan, Semakin tinggi temperatur awal udara maka semakin sebentar nyala efektif yang dihasilkan. 1.3 Dasar Teori Pembakaran adalah reaksi kimia antara oksigen dan bahan yang dapat terbakar, disertai cahaya dan menghasilkan kalor. Tujuan dari pembakaran yang baik adalah melepaskan seluruh panas yang terdapat dalam bahan bakar. Berdasarkan gas sisa yang dihasilkan, pembakaran dibedakan menjadi dua macam, yaitu Pembakaran sempurna, pembakaran dimana semua bahan yang 3

terbakar membentuk gas karbon dioksida (CO 2 ), air (H 2 O) dan sulfur (SO 2 ) sehingga tidak ada lagi bahan yang tersisa Pembakaran tidak sempurna, yaitu pembakaran yang menghasilkan gas karbon monoksida (CO), dimana salah satu penyebabnya adalah kekurangan oksigen. Gasifikasi adalah sebuah proses yang mengubah bahan mengandung karbon, seperti batubara, minyak bumi, biofuel ataupun biomassa, menjadi gas (karbon monoksida, karbon dioksida dan hidrogen) dengan mereaksikan bahan baku tersebut dengan jumlah oksigen yang terkendali pada temperatur tinggi. Campuran gas yang dihasilkan disebut gas sintesis atau syngas dan gas itu sendiri merupakan bahan bakar. Gasifikasi adalah sebuah metode untuk mengekstraksi energi dari berbagai jenis bahan organik Selama proses gasifikasi biomassa mengalami urutan tahapan tahapan proses yang komplek seperti pengeringan, pirolisis, reduksi, pembakaran. Dimana reaksi - reaksi yang terjadi pada masing - masing tahap adalah sebagai berikut: a. Drying atau pengeringan (25 0 C < T < 150 0 C) Pada tahap pengeringan, kandungan air pada bahan bakar padat diuapkan oleh panas. b. Pirolisis atau devolatilisasi (150 0 C < T < 550 0 C) Suatu rangkaian proses fisik dan kimia terjadi selama proses Pirolisis yang dimulai secara lambat pada T > 150 0 C dan terjadi secara cepat pada T > 200 0 C. Produk Pirolisis umumnya terdiri dari tiga jenis, yaitu gas ringan (H 2, CO, CO 2, H 2 O dan CH 4 ), tar dan arang. c. Oksidasi atau pembakaran (550 0 C < T < 900 0 C) Oksidasi atau pembakaran arang merupakan reaksi terpenting yang terjadi didalam gasifier. Oksigen yang dipasok kedalam gasifier bereaksi dengan 4

bahan yang mudah terbakar. Hasil reaksi tersebut adalah CO 2 dan H 2 O yang secara berurutan direduksi ketika kontak dengan arang yang diproduksi pada pirolisis. d. Reduksi (200 0 C < T < 600 0 C) Reduksi merupakan tahapan gasifikasi yang melibatkan suatu rangkaian reaksi endotermik yang didukung oleh panas, serta diproduksi dari reaksi pembakaran. Produk yang dihasilkan pada proses ini adalah gas bakar, seperti: H 2, CO, CH 4, H 2 O. 1.4 Jenis-jenis Gasikasi Berdasarkan arah aliran Gasikasi dapat dibedakan menjadi beberapa macam, yaitu: a. Downdraft gasifier yaitu jenis tungku dimana arah aliran gas kebawah. b. Updraft gasifier yaitu jenis tungku dimana arah aliran gas keatas. c. Crosdraft gasifier yaitu jenis tungku dimana arah aliran gas mendatar/menyilang dengan bahan bakar 2. METODE 2.1 Tahapan Penelitian 5

Gambar 1 diagram alir penelitian 2.2 Alat 1. Tungku Downdraft 2. Hair dryer 3. Kran 4. Thermocouple Reader 5. Anemometer Digital 6. Timbangan 7. Stopwatch Digital 6

2,3 Bahan Bahan yang diguanakan adalah sekam padi Instalasi Pengujian Gambar 2 instalasi pengujian 7

Keterangan: 1. Anemometer 8. Storage 2. Pipa penyalur udara 9. Thermocouple 3. Saluran udara 10. Sensor thermocouple 4. Pipa iqnition 11. Burner 5. Katup pengatur udara 12. Lubang abu keluar 6. Hair dryer 13. Penampung abu 7. Tutup Tahapan Pengujian Tahapan penelitian pengujian kerja reaktor tungku gasifikasi downdraft adalah sebagai berikut: 1. Merakit rangkaian komponen yang dibutuhkan yang terdiri dari tungku, hair dryer, dan saluran udaranya. 2. Memasukkan sekam padi ke dalam reaktor tungku gasifikasi dan menutupnya. 3. Membakar sebagian sekam padi dengan penyalaan awal menggunakan arang kayu yang sudah membara. 4. Menyalakan blower sebagai pemasok udara utama untuk temperatur udara biasa(30 o C). 5. Menunggu hingga keluar gas metana yang diinginkan keluar dari burner tungku dan menyalakannya. 6. Mencatat waktu tunggu sampai gas bisa terbakar 7. Mencatat waktu nyala api hingga api padam. 8. Diamkan tungku sampai suhunya turun seperti suhu ruang. 9. Ulangi percobaan sebanyak 3 kali. 10. Mengulang proses diatas dengan mengganti blower dengan hair dryer sebagai pemasok udara untuk temperatur udara 40 o C, 50 o C dan 60 o C. 8

TEMPERATUR ( C ) 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Perbandingan temperatur pembakaran dengan variasi temperatur udara 700 600 30 40 50 60 500 400 300 200 100 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 WAKTU (MENIT) Gambar 2 perbandingan temperatur pembakaran terhadap waktu Pada gambar terlihat bahwa temperatur pembakaran pada setiap pengujian memiliki hasil yang berbeda. Perbedaan temperatur pembakaran itu disebabkan oleh temperatur udara panas yang digunakan pada saat pengujian. Temperatur udara akan meningkatkan temperatur pembakaran hal ini terjadi karena kalor dari udara panas yang masuk ke ruang pembakaran menginduksi peningkatan temperatur dalam ruang bakar sehingga temperatur pembakaran tertinggi pada masing-masing penguian antara lain untuk temperatur udara biasa (30 C ) yaitu 593 C. Temperatur udara 40 C yaitu 616 C. Temperatur udara 50 C yaitu 630 C. Temperatur udara 60 C yaitu 636 C. Dari semua pengujian yang dilakukan temperatur pembakaran tertinggi terlihat pada pengujian dengan temperatur udara 60 C yaitu 636 C pada menit ke-18. 9

WAKTU (MENIT) Perbandingan Nyala Efektif dan Waktu Penyalaan Awal 25 20 20 22 23 24 15 10 5 10 8 6 5 0 30 C 40 C 50 C 60 C TEMPERATUR ( C ) penyalaan awal nyala efektif Gambar 3 Perbandingan nyala efektif dan waktu penyalaan awal Pada diagram batang diatas menunjukkan bahwa adanya perbedaan pada setiap pengujian, penyebab perbedaan penyalaan awal serta nyala efektif yang dihasilkan karna panas yang mempercepat reaksi gasifikasi di dalam tunggu. Pada pengujian temperatur udara biasa (30 C) waktu penyalaanya 10 menit dan nyala efektif yang dihasilkan selama 20 menit. Pada pengujian temperatur 40 C waktu penyalaanya 8 menit dan nyala efektif yang dihasilkan selama 22 menit. Pada pengujian temperatur udara 50 C waktu penyalaanya 6 menit dan nyala efektif selama 23 menit. Pada pengujian temperatur udara 60 C waktu penyalaan 5 menit dan nyala efektif selama 24 menit. Dengan demikian lama penyalaan dan nyala efektif terbaik didapatkan pada temperatur 60 C. 10

TEMPERATUR PEMBAKARAN ( C ) Perbandingan Temperatur Pembakaran Rata rata dan Nyala Efektif 600 500 511 530 560 523 400 300 200 100 0 20 22 23 24 30 C 40 C 50 C 60 C TEMPERATUR UDARA( C ) pembakaran rata-rata nyala efektif Gambar 4 Perbandingan temperatur pembakaran rata-rata dan nyala efektif Pada diagram batang diatas menunjukkan bahwa kenaikan temperatur diikuti dengan nyala efektif yang lama tetapi tidak dengan pembakaran ratarata, pada temperature 60 o C terjadi penurunan yang disebabkan api tidak konstan. Pada pengujian dengan temperatur udara biasa(30 o C) temperatur pembakaran rata-ratanya 511 o C. Temperatur 40 o C temperatur pembakaran rata-rata sebesar 530 o C. Pada temperatur 50 o C temperatur pembakaran rata rata sebesar 560 o C. pada temperatur 60 o C temperatur pembakaranya sebesar 523 o C. Temperatur Udara ( C) Tabel 1 Pengaruh Temperatur Udara Nyala Efektif (Menit) Lama Waktu Nyala(Menit) Pembakaran ratarata ( o C) 30 o C 20 10 511 40 C 22 8 530 50 C 23 6 560 60 C 24 5 523 11

4. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Berdasarkan pembahasan dan analisa data dari pengujian tungku tipe downdraft dengan menggunakan bahan bakar 2,5 kg sekam padi, dilakukan variasi temperatur udara dengan temperatur udara biasa(30 o C), 40 C, 50 C dan 60 C, maka dapat disimpulkan sebagai berikut : 1. Temperatur udara berpengaruh terhadap temperatur pembakaran rata-rata gas hasil gasifikasi. Temperatur pembakaran rata-rata tertinggi yaitu 560 C untuk temperatur udara 50 C dan terendahnya 511 C untuk temperature udara biasa(30 C). 2. Temperatur udara berpengaruh terhadap waktu nyala efektif yang dihasilkan. Nyala efektif paling lama yaitu pada temperatur 60 o C selama 24 menit dan yang paling pendek pada temperatur udara biasa(30 o C) selama 20 menit. 3. Temperatur udara berpengaruh terhadap lama penyalaan dari tungku ini. Lama penyalaan tercepat yaitu pada temperatur 60 o C selama 5 menit dan lama penyalaan paling lambat pada temperatur udara biasa(30 o C) selama 10 menit Saran Setelah melakukan pengujian terhadap gasifikasi sekam padi dengan pemanasan udara, didapatkan saran diantaranya sebagai berikut: 1. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut dengan menggunakan bahan bakar biomassa selain sekam padi untuk menghasilkan performa tungku yang lebih maksimal. 2. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut dengan menggunakan filter agar gas tidak bercampur dengan abu yang keluar untuk menghasilkan performa tungku yang lebih maksimal. 12

3. Perlu menganalisa pengaruh lama pembakaran dari arang saat awal penyalaan diruang burner. 4. Pada saat melakukan pemadatan sekam padi didalam tungku janganlah terlalu padat dan juga terlalu longgar. DAFTAR PUSTAKA Agung,Wusana,Sunu H Pranolo,Gede Noorochadi dan Lusita Ratna.(2010). Perancangan dan Uji-Kinerja Reaktor Gasifikasi Sekam Padi Skala Kecil.Jurnal.Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret : Surakarta. Anis,Samsudin,Karnowo dan Wahyudi.(2008). Studi Eksperimen Gasifikasi Sekam Padi pada Updraft Circulating Fluidized Bed Gasifier.Jurnal. Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang : Semarang Belonio.(2005).Rise Husk Gas Stove Hand Book. Department Of Agryculture central Philippines University Iloilo city, Philippines. Handoyo.(2013). Pengaruh kecepatan udara Pada Tungku Gasifikasi Sekam Padi Terhadap Temperatur Pembakaran. Tugas Akhir. Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta : Surakarta. Jain,A.K.(2006). Design Parameters for a Rice Husk Throatles Gasifier Reactor. Agricultural Engineering International : thr CIGR E-journal, Manuscrip. Lailun, Najib dan Sudjud Darsopuspito.(2012).Karakterisasi Proses Gasifikasi Biomassa Tempurung Kelapa Sistem Downdraft Kontinyu dengan Variasi Perbandingan Udara Bahan Bakar dan Ukuran Biomassa. Jurnal. Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) : Surabaya Naga, Dali S.1991. Fisika : Ilmu Panas. Jakarta : Gunadharma. Purwantara,Bambang, Bambang Prastowo.(2011). Kajian Dimensi Tenggorokan Ruang Reduksi Gasifier Tipe Downdraft Untuk Gasifikasi Limbah Tongkol Jagung. Jurnal. Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Gadjah Mada : Yogyakarta. Santosa, Giri.(2015).Pengaruh Pemanasan Awal Udara Terhadap Performa Crossdraft Gasifier dengan Bahan Bakar Sekam Padi. Tugas Akhir. Jurusan 13

Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta : Surakarta Saputra, Nur hadi.(2015).pengaruh Variasi Kecepatan Udara Terhadap Kinerja Tungku Gasifikasi Sekam Padi Tipe Downdraft Kontinu. Tugas Akhir. Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta : Surakarta. Shuying, L.(2001). Biomass Gasification For Combined Heat and Power in Jilin Province.journal of Energy for Sustainable Development.hal 22-23. Yin, X.L., Wu, C.Z., Zheng, S.P. dan Chen, Y.(2002). Design and operation of CFB gasification and power generation system for rice husk. Journal of Biomass and Bioenergi.hal 1-7. 14