SKRIPSI
PERFORMANSI CO-GASIFIKASI DOWNDRAFT
DENGAN VARIASI KOMPOSISI
BAHAN BAKAR TEMPURUNG KELAPA DAN BATU BARA
Oleh :
PUTU SIANDYANA
NIM : 1119351014
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK PROGRAM NONREGULER
UNIVERSITAS UDAYANA
2015
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN
UNIVERSITAS UDAYANA
FAKULTAS TEKNIK PROGRAM NONREGULER
JURUSAN TEKNIK MESIN Kampus Denpasar Telp/Faks: 0361-246163, Email; [email protected]
LEMBAR PENGESAHAN
PERFORMANSI CO-GASIFIKASI DOWNDRAFT
DENGAN VARIASI KOMPOSISI
BAHAN BAKAR TEMPURUNG KELAPA DAN BATU BARA
Skripsi Ini Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Menyelesaikan Studi Strata Satu
dan Memperoleh Gelar Sarjana di Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Program Non Reguler Universitas Udayana
Oleh:
Nama : Putu Siandyana
NIM : 1119351014
Konsentrasi : Konversi Energi
Telah Diuji Dalam Ujian Skripsi
Hari/Tanggal : Jumat, 14 Agustus 2015
Telah Disahkan Oleh:
Pembimbing I Pembimbing II
(Prof.I Nyoman Suprapta Winaya,ST,MASc,Ph.D) (I Gusti Ngurah Putu Tenaya,ST,MT)
NIP. 19691231 199412 1 001 NIP. 19680726 199603 1 001
Mengetahui,
Ketua Jurusan Teknik Mesin
FT Program Non Reguler Unud
(Prof.I Nyoman Suprapta Winaya,ST,MASc,Ph.D)
NIP. 19691231 199412 1 001
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN
UNIVERSITAS UDAYANA
FAKULTAS TEKNIK PROGRAM NONREGULER
JURUSAN TEKNIK MESIN Kampus Denpasar Telp/Faks: 0361-246163, Email; [email protected]
LEMBAR PERSETUJUAN
PERFORMANSI CO-GASIFIKASI DOWNDRAFT
DENGAN VARIASI KOMPOSISI
BAHAN BAKAR TEMPURUNG KELAPA DAN BATU BARA
Skripsi Ini Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Menyelesaikan Studi Strata Satu
dan Memperoleh Gelar Sarjana di Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Program Non Reguler Universitas Udayana
Oleh:
Nama : Putu Siandyana
NIM : 1119351014
Konsentrasi : Konversi Energi
Telah Disetujui dan Diuji Dalam Ujian Skripsi
Hari/Tanggal : Jumat, 14 Agustus 2015
Pembimbing I Pembimbing II
(Prof.I Nyoman Suprapta Winaya,ST,MASc,Ph.D) (I Gusti Ngurah Putu Tenaya,ST,MT)
NIP. 19691231 199412 1 001 NIP. 19680726 199603 1 001
Penguji I Penguji II
(Dr. Ir. I Ketut Gede Wirawan,MT) (Ir. Hendra Wijaksana, MSc)
NIP. 19620228 198702 1 001 NIP. 19641230 199103 1 003
Dosen Penguji III
(Prof. Ir. Ngakan Putu Gede Suardana,MT.Ph.D)
NIP. 19640917 198903 1 002
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi ini tidak terdapat karya yang
pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanan di suatu Perguruan Tinggi dan
sepanjang pengetahuan saya, juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah
ditulis atau diterbitkan oleh orang lain. kecuali secara tertulis diacu dalam naskah ini
dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Bukit Jimbaran, 24 Agustus 2015
Mahasiswa
Putu Siandyana
NIM. 1119351014
PERFORMANSI CO-GASIFIKASI DOWNDRAFT DENGAN VARIASI
KOMPOSISI BAHAN BAKAR TEMPURUNG KELAPA DAN BATUBARA
Oleh : Putu Siandyana
Pembimbing : Prof. I Nyoman Suprapta Winaya,ST.MASc.Ph.D
I Gusti Ngurah Putu Tenaya,ST,MT
ABSTRAK
Teknologi co-gasifikasi merupakan salah satu teknologi alternative terbaik
untuk mengkonversi dua atau lebih bahan bakar padat (biomassa dan batubara)
menjadi gas yang mampu bakar secara proses termokimia. Tempurung kelapa adalah
biomassa yang dapat digunakan sebagai sumber energi ramah lingkungan, sedangkan
batubara adalah sumber energi fosil yang siap untuk menggantikan peran minyak
bumi.
Dalam penelitian ini dianalisis pengaruh variasi komposisi campuran bahan
bakar batubara dan tempurung kelapa terhadap performansi sistem downdraft.
Variasi komposisi campuran bahan bakar tempurung kelapa dan batubara yang
diterapkan adalah 20%:80%, 30%:70% dan 40%:60%. Temperatur operasi dalam
penelitian ini yang diharapkan adalah 600 0C.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa persentase variasi komposisi 40%:60%
(variasi III) menghasilkan performansi yang terbaik. Dimana hasil yang diperoleh
pada variasi III yaitu FCRa yang paling rendah = 1,56 kg/jam, dan efisiensi gasifikasi
yang paling tinggi = 33,3 %.
Kata Kunci : Co-gasifikasi, Tempurung Kelapa, Sistem Downdraft.
THE PERFORMANTION OF DOWNDRAFT CO-GASIFICATION WITH
FUEL COMPOSITION VARIATION OF COCONUT SHELL AND COAL
Author : Putu Siandyana
Guidence : Prof. I Nyoman Suprapta Winaya,ST.MASc.Ph.D
I Gusti Ngurah Putu Tenaya,ST,MT
ABSTRACT
Co-gasification technology is one of the best alternative technology for
converting two or more solid fuels (biomass and coal) into a gas capable of
combustion in a thermochemical process. Coconut shell is biomass that can be used
as an environmentally friendly energy source, while coal is a fossil energy source
that is ready to replace petroleum.
In this study analyzed the effect of variations in the composition of the fuel
mix of coal and coconut shells to system performance downdraft. Variation of fuel
mixture composition of coconut shell and coal are applied is 20%: 80%, 30%: 70%
and 40%: 60%. Operating temperatures are expected in this study was 600 0C.
The results showed that the percentage of variation of the composition of
40%: 60% (variations III) to produce the best performance. There the results in
variation III, lowest FCRa = 1,56 kg / hr, the highest efficiency of the gasification =
33,3 %.
Keywords: co-gasification, Coconut Shell, Downdraft System
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas
berkat rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “
PERFORMANSI CO-GASIFIKASI DOWNDRAFT DENGAN VARIASI
KOMPOSISI BAHAN BAKAR TEMPURUNG KELAPA DAN BATU BARA “
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, Ph.D, selaku Ketua
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Udayana sekaligus
selaku Dosen Pembimbing I dalam penulisan skripsi ini.
2. Bapak I Gusti Ngurah Putu Tenaya,ST,MT, selaku Dosen Pembimbing II
dalam penulisan skripsi ini.
3. Bapak Prof. Ir. Ngakan Putu Gede Suardana, MT, Ph.D, selaku Dosen
Pembimbing Akademik.
4. Bapak Si Putu Gede Gunawan Tista,ST,MT, selaku Koordinator Tim
Penilai Usulan Skripsi.
5. Bapak/Ibu Dosen serta staf pegawai Jurusan Teknik Mesin, Fakultas
Teknik, Universitas Udayana.
6. Rekan-rekan Jurusan Teknik Mesin, keluarga dan semua pihak yang telah
membantu dalam penyelesaian skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini tentu jauh dari kesempurnaan mengingat
keterbatasan pengetahuan dan referensi yang penulis miliki. Oleh karena itu, kritik
dan saran yang sifatnya konstruktif sangat penulis harapkan dari berbagai pihak.
Sekali lagi penulis mengucapkan banyak terima kasih dan penulis mohon maaf
apabila ada kekurangan ataupun kesalahan dalam penulisan skripsi ini.
Bukit Jimbaran, Agustus 2015
Penulis
DAFTAR ISI
Halaman
LEMBAR PENGESAHAN …………………………………………………... i
LEMBAR PERSETUJUAN ………………………………………………….. ii
HALAMAN PERNYATAAN ……………………………………………… iii
ABSTRAKSI ………………………………………………………………….. iv
ABSTRACT …………………………………………………………………… v
KATA PENGANTAR ………………………………………………………… vi
DAFTAR ISI …………………………………………………………………... vii
DAFTAR GAMBAR ………………………………………………………….. x
DAFTAR TABEL …………………………………………………………….. xi
DAFTAR LAMPIRAN ……………………………………………………….. xii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang …………………………………………………. 1
1.2 Rumusan Masalah ……………………………………………… 3
1.3 Batasan Masalah ……………………………………………….. 3
1.4 Tujuan Penelitian ………………………………………………. 3
1.5 Manfaat Penelitian ……………………………………………... 4
BAB II DASAR TEORI
2.1 Biomassa ……………………………………………………….. 5
2.1.1 Pengertian Biomassa …………………………………….. 5
2.1.2 Biomassa Tempurung Kelapa …………………………… 6
2.1.3 Produk Biomassa ……………………………………….. 7
2.2 Konversi Thermokimia dan Pengertian Gasifikasi Biomassa …. 8
2.2.1 Konversi Thermokimia ………………………………….. 8
2.2.2 Gasifikasi Biomassa ……………………………………... 8
2.2.3 Jenis-Jenis Gasifier ……………………………………… 11
2.2.4 Tingkatan Daerah Pembakaran Gasifikasi ……………… 13
2.2.5 Faktor yang mempengaruhi Proses Gasifikasi …………... 15
2.3 Parameter Penting Dalam Proses Gasifikasi ………………….. 17
2.4 Pembakaran Bahan Bakar ……………………………………... 20
2.4.1 Prinsip Pembakaran Bahan Bakar ………………………. 20
2.4.2 Nilai Pembakaran ……………………………………….. 21
2.4.3 Jumlah Udara Pembakaran …………………………… 22
2.5 Efisiensi Proses Gasifikasi …………………………………….. 23
2.6 Massa Jenis Biomassa …………………………………………. 24
2.7 Saringan (Filter) ……………………………………………….. 24
2.7.1 Saringan Udara …………………………………………... 24
2.7.2 Saringan Basah …………………………………………... 25
2.7.3 Saringan Sistem Gravitasi ……………………………….. 25
2.7.4 Cyclone Separator ………………………………………. 26
2.7.5 Prinsip Kerja Cyclone ………………………………… 27
2.8 Aliran Udara …………………………………………………… 28
2.8.1 Kecepatan Udara ………………………………………… 29
2.8.2 Manometer ………………………………………………. 29
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Lokasi Pengujian ………………………………….. 31
3.1.1 Lokasi Pengujian ………………………………………… 31
3.1.2 Lokasi Pembuatan Alat ………………………………….. 31
3.2 Variabel Pengujian ……………………………………………... 31
3.3 Rancangan Pengujian …………………………………………... 32
3.4 Rangkaian Alat dan Bahan Pengujian ………………………….. 35
3.5 Karakteristik Bahan Bakar ……………………………………... 36
3.6 Pengujian Analisis Proksimat dan Ultimat ……………………..
3.6.1 Pengujian Analisis Proksimat ………………………….
3.6.2 Pengujian Analisis Ultimat ………………………………
37
37
38
3.7 Pengujian Analisa Nilai Kalor dengan Menggunakan Bom
Kalorimeter ………………………………………………….....
40
3.8 Prosedur Pengujian ……………………………………………. 42
3.8.1 Tahap Persiapan ……………………………………….. 42
3.8.2 Tahap Pengujian ………………………………………..
3.8 Diagram Alir Pengujian ………………………………………..
42
44
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ……………………………………
4.1 Data Pengujian ………………………………………………..
4.1.1 Data Analisis Ultimat dan Proksimat ……………………
4.1.2 Data Pengujian Nilai Kalori …………………………….
4.1.3 Data Pengujian Variasi …………………………………
4.1.4 Data Hasil Pengujian Gas Gasifikasi …………………..
4.2 Pengolahan Data Hasil Pengujian ……………………………
4.2.1 Kebutuhan Udara Gasifikasi ……………………………
4.2.2 Menghitung Nilai Kalori ……………………………….
4.2.3 Menghitung FCRa (Fuel Consumption Rate) ……………
4.2.4 Menghitung AFRa (Air Fuel Rate) …………………….
4.2.5 Menghitung Kandungan Gas ………………………….
4.2.6 Efisiensi Bahan Bakar yang Tergasifikasi (η) ………..
4.3 Analisa Data Pengujian ………………………………………
4.3.1 Distribusi Temperatur Reaktor ………………………
4.3.2 Analisa Waktu Operasi, Waktu Mulai Menyala dan
Waktu Lama Penyalaan ……………………………….
4.3.3 Analisa Perbandingan FCRa ……………………………
4.3.4 Analisa Terhadap Gas Hasil Gasifikasi ……………….
4.3.5 Analisa Perbandingan Terhadap Efisiensi ………………
BAB V PENUTUP …………………………………………………………...
5.1 Kesimpulan ……………………………………………………..
5.2 Saran ……………………………………………………………
DAFTAR PUSTAKA …………………………………………………………
LAMPIRAN ……………………………………………………………………
45
45
45
45
46
47
48
48
52
53
54
55
57
61
61
65
66
66
68
69
69
69
70
72
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Tempurung Kelapa 6
Gambar 2.2 Grafik Batasan Konversi Thermokimia Biomassa ………….. 8
Gambar 2.3 Skema Gasifier Updraft, Downdraft dan Crossdraft ……….. 9
Gambar 2.4 Updraft Gasifier …………………………………………….. 11
Gambar 2.5 Crossdraft Gasifier ………………………………………….. 12
Gambar 2.6 Downdraft Gasifier …………………………………………. 12
Gambar 2.7 Saringan Basah ……………………………………………… 25
Gambar 2.8 Saringan Sistem Gravitasi …………………………………... 26
Gambar 2.9 Cyclone Separator ………………………………………….. 27
Gambar 2.10 Pengukuran Kecepatan Aliran Udara Dengan Pitot Tube ….. 28
Gambar 2.11 Manometer ………………………………………………….. 30
Gambar 3.1 Skematik Downdraft Gasifier ………………………………. 33
Gambar 3.2 Foto Alat Uji ………………………………………………… 34
Gambar 3.3 Dimensi Reaktor …………………………………………….. 34
Gambar 3.4 Batubara …………………………………………………….. 35
Gambar 3.5 Tempurung Kelapa ………………………………………….. 35
Gambar 3.6
Gambar 3.7
(a) CHN628 (b) 628 S (c) 628 O (d) TGA 701 (e)
Timbangan …………………………………………………...
(a) Pencetak Briket (b) Bomb Kalorimeter ……………..
40
42
Gambar 4.1 Grafik Distribusi Temperatur Untuk Variasi I ……………….. 62
Gambar 4.2 Grafik Distribusi Temperatur Untuk Variasi II ………..…….. 62
Gambar 4.3 Grafik Distribusi Temperatur Untuk Variasi III …………….... 63
Gambar 4.4 Grafik Perbandingan Temperatur Rata-Rata Reaktor ………. 64
Gambar 4.5 Grafik Perbandingan Waktu Operasi, Waktu Mulai Menyala
dan Waktu Penyalaan………………………………………. 65
Gambar 4.6 Grafik Perbandingan Terhadap FCRa ……………………… 66
Gambar 4.7 Grafik Perbandingan Persentase Kandungan Gas ………….. 67
Gambar 4.8 Grafik Perbandingan Terhadap Efisiensi Bahan Bakar (η) … 68
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Komposisi Tempurung Kelapa ……………………………… 7
Tabel 2.2 Kelebihan Dan Kekurangan Jenis Gasifier …………………. 10
Tabel 4.1 Data Analisa Proksimat ……………………………………. 45
Tabel 4.2 Data Analisis Ultimat ……………………………………… 45
Tabel 4.3 Data Bom Kalori Asam Benzoat …………………………… 46
Tabel 4.4 Data Bom Kalori Tempurung Kelapa dan Batubara ……….. 46
Tabel 4.5 Data Pengujian ……………………………………………… 46
Tabel 4.6 Data Hasil Pengujian Gas ………………………................... 47
Tabel 4.7 Data Nilai Abundence Udara Standar …………………….. 48
Tabel 4.8 Hasil Perhitungan Kebutuhan Udara ……………………….. 51
Tabel 4.9 Nilai Standarisasi …………………………………………… 52
Tabel 4.10 Hasil Perhitungan Nilai Kalor ……………………………… 53
Tabel 4.11 Hasil FCRa (Fuel Consumption Rate) ……………………… 54
Tabel 4.12 Hasil AFRa (Air Fuel Rate) ………………………………… 55
Tabel 4.13 Hasil Persentase Kandungan Gas ………………………….. 56
Tabel 4.14 Hasil Persentase Kandungan CO, CH4, H2 ………………… 57
Tabel 4.15 Hasil Suplai Gas N2 ……………………………………….. 58
Tabel 4.16 Hasil Total N ………………………………………………... 58
Tabel 4.17 Hasil Produksi N ……………………………………………. 58
Tabel 4.18 Hasil Energi Syngas CO ……………………………………. 59
Tabel 4.19 Hasil Energi Syngas H2 …………………………………….. 59
Tabel 4.20 Hasil Energi Syngas CH4 …………………………………… 60
Tabel 4.21 Hasil Total Eneri Syngas……………………………………. 60
Tabel 4.22 Hasil Energi Input ………………………………………….. 60
Tabel 4.23 Hasil Efisiensi ………………………………………………. 61
Tabel 4.24 Hasil Temperatur Rata-Rata ………………………………… 64
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1 Distribusi Temperatur Reaktor ……………………………… 72
Lampiran 2 Hasil Data Pengujian Gas Gasifikasi ……………………….. 83
Lampiran 3 Foto Penelitian ……………………………………………… 90