PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK … · 2018-02-11 · Disusun Sebagai Syarat Untuk...
Transcript of PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK … · 2018-02-11 · Disusun Sebagai Syarat Untuk...
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
1
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: [email protected]
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(30oC), 40
oC, 50
oC dan 60
oC. 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 oC selama 24
menit dan yang paling pendek pada temperatur 30 oC selama 20 menit.Temperatur udara berpengaruh
terhadap lama penyalaan dari tungku ini. Lama penyalaan tercepat yaitu pada temperatur 60 oC selama
5 menit dan lama penyalaan paling lambat pada temperatur 30 oC 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
2
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 oC ,
50 oC , 60
oC 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
3
mampu menghasilkan nyala api yang stabil. Semakin besar AFR(Air Fuel Ratio),
semakin kecil komposisi flammable gas dan LHV(Lower Heating Value) syn-
gas.
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
4
terbakar membentuk gas karbon dioksida (CO2), air (H2O) dan sulfur (SO2)
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 0C < T < 150
0C)
Pada tahap pengeringan, kandungan air pada bahan bakar padat diuapkan oleh
panas.
b. Pirolisis atau devolatilisasi (1500C < T < 550
0C)
Suatu rangkaian proses fisik dan kimia terjadi selama proses Pirolisis yang
dimulai secara lambat pada T > 150 0C dan terjadi secara cepat pada T >
2000C. Produk Pirolisis umumnya terdiri dari tiga jenis , yaitu gas ringan (H2,
CO, CO2, H2O dan CH4), tar dan arang.
c. Oksidasi atau pembakaran (550 0C < T < 900
0C)
Oksidasi atau pembakaran arang merupakan reaksi terpenting yang terjadi
didalam gasifier. Oksigen yang dipasok kedalam gasifier bereaksi dengan
5
bahan yang mudah terbakar. Hasil reaksi tersebut adalah CO2 dan H2O yang
secara berurutan direduksi ketika kontak dengan arang yang diproduksi pada
pirolisis.
d. Reduksi (200 0C < T < 600
0C)
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: H2, CO, CH4, H2O.
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
6
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
7
2,3 Bahan
Bahan yang diguanakan adalah sekam padi
Instalasi Pengujian
Gambar 2 instalasi pengujian
8
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(30oC).
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 oC, 50
oC dan 60
oC.
9
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Perbandingan temperatur pembakaran dengan variasi temperatur udara
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.
0
100
200
300
400
500
600
700
0 5 10 15 20 25 30 35 40
TEM
PER
ATU
R (
°C )
WAKTU (MENIT)
30 40 50 60
10
Perbandingan Nyala Efektif dan Waktu Penyalaan Awal
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 8
6 5
20 22 23 24
0
5
10
15
20
25
30 °C 40 °C 50 °C 60 °C
WA
KTU
(M
ENIT
)
TEMPERATUR (°C )
penyalaan awal nyala efektif
11
Perbandingan Temperatur Pembakaran Rata – rata dan 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 rata-
rata, pada temperature 60 oC terjadi penurunan yang disebabkan api tidak
konstan. Pada pengujian dengan temperatur udara biasa(30oC) temperatur
pembakaran rata-ratanya 511 o
C. Temperatur 40 oC temperatur pembakaran
rata-rata sebesar 530 oC . Pada temperatur 50
oC temperatur pembakaran rata –
rata sebesar 560 oC. pada temperatur 60
oC temperatur pembakaranya sebesar
523 oC.
Tabel 1 Pengaruh Temperatur Udara
Temperatur
Udara (°C)
Nyala Efektif
(Menit)
Lama Waktu
Nyala(Menit)
Pembakaran rata-
rata (oC)
30 oC 20 10 511
40 °C 22 8 530
50 °C 23 6 560
60 °C 24 5 523
511 530 560
523
20 22 23 24
0
100
200
300
400
500
600
30°C 40 °C 50 °C 60 °CTEM
PER
ATU
R P
EMB
AK
AR
AN
(°C
)
TEMPERATUR UDARA(°C )
pembakaran rata-rata nyala efektif
12
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(30oC), 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 oC selama 24
menit dan yang paling pendek pada temperatur udara biasa(30oC) selama 20
menit.
3. Temperatur udara berpengaruh terhadap lama penyalaan dari tungku ini.
Lama penyalaan tercepat yaitu pada temperatur 60 oC selama 5 menit dan
lama penyalaan paling lambat pada temperatur udara biasa(30oC) 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.
13
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
14
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.