tugas akhir studi eksperimen pengaruh ukuran …eprints.ums.ac.id/49668/18/halaman...

TUGAS AKHIR

STUDI EKSPERIMEN PENGARUH UKURAN BAHAN BAKAR

TERHADAP KERJA PADA REAKTOR FLUIDIZED BED

GASIFIER

Disusun Sebagai Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun oleh:

ARY DESCESAR PRASETYA WIBAWA

D 200 100 122

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2016

vi

MOTTO

“Hai manusia, sesungguhnya kami menciptakan kamu dari seorang laki-

laki dan seorang perempuan dan menjadikan kamu berbangsa-bangsa

dan bersuku-suku supaya kamu saling kenal-mengenal. Sesungguhnya

orang yang paling mulia diantara kamu disisi Allah ialah orang yang paling

taqwa diantara kamu. Sesungguhnya Allah Maha Mengetahui lagi Maha

Mengenal”. (QS. Al-Hujuraat : 13)

“Sesungguhnya kehidupan dunia hanyalah permainan dan senda gurau.

Dan jika kamu beriman dan bertaqwa, Allah akan memberikan pahala

kepadamu dan Dia tidak akan meminta harta-hartamu”.

(QS : Muhammad : 36)

“Ilmu tanpa agama adalah lumpuh, dan agama tanpa ilmu adalah buta”

(Albert Einstein)

“When someone abuses you, it is a compliment that so far they spend a lot

of time thinking about you, even when you do not think about them”

(B.J. Habibie)

vii

HALAMAN PERSEMBAHAN

Assalamu’alaikum Wr. Wb

Dengan penuh mengharap ridho Allah SWT, teriring perasaan

syukur dan sabar yang mendalam serta penghargaan yang tinggi, setelah

melewati berbagai ujian dalam perjuangan yang tak kenal lelah, Saya

mempersembahkan Tugas Akhir ini kepada :

1. Ayah dan Ibu yang dengan segala doa, bimbingan, pengertian,

perhatian, kasih sayang, kesabaran, keikhlasan dan pengorbanannya

yang sangat besar kepada saya dan adik saya yang menjadi saudara

yang senantiasa mendukung dan memberikan semangat kepada saya

untuk selalu senantiasa berusaha sebaik mungkin.

2. Nur Aklis, ST., M. Eng. selaku dosen pembimbing akademik dan

dosen pembimbing tugas akhir yang telah bersedia menasehati,

memberikan bimbingan, catatan serta meluangkan waktu, tenaga,

pikiran dan segala perhatiannya kepada kami sehingga kami selalu

bersemangat dan termotivasi untuk dapat menyelesaikan tugas akhir

ini dengan baik. Kami minta maaf jika selama ini kami melakukan

kesalahan baik dalam bimbingan tugas akhir maupun yang lainnya.

3. Teman seperjuangan tugas akhir Feri Rudiyanto, terimakasih atas

kerjasama dan bantuannya.

4. Teman-teman angkatan 2010 teknik mesin yang selalu kompak, dan

saling menyemangati.

viii

5. Dosen Universitas Muhammadiyah Surakarta, wabil khusus Jurusan

Teknik Mesin yang telah membimbing saya didalam perkuliahan

maupun yang lainnya.

6. Honda Supra Fit B 6675 FGM yang senantiasa menemani dari awal

saya kuliah sampai saat ini.

Wassalamu’alaikum. Wr. Wb.

ix

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Wr. Wb

Sesungguhnya, segala puji hanyalah milik Allah, atas segala

rahmat dan karunia- Nya yang telah terlimpahkan kepada penulis,

sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Sholawat dan salam

semoga senantiasa tercurah kepada Nabi Muhammad SAW. Juga kepada

keluarga, para sahabat serta orang-orang yang setia mengikuti mereka

hingga hari akhir.

Tugas Akhir yang berjudul “STUDI EKSPERIMEN PENGARUH

UKURAN BAHAN BAKAR TERHADAP KERJA PADA REAKTOR

FLUIDIZED BED GASIFIER” ini disusun untuk memenuhi persyaratan

Sidang Sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis banyak mendapat

bantuan dari berbagai pihak, pada kesempatan ini, penulis dengan penuh

keikhlasan hati ingin menyampaikan terima kasih kepada :

1. Bapak Ir. Sri Sunarjono, MT. Ph, D selaku Dekan Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta.

2. Bapak Tri Widodo Besar Riyadi, ST, M.Sc, Ph. D. selaku Ketua

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah

Surakarta.

xi

STUDI EKSPERIMEN PENGARUH UKURAN BAHAN BAKAR TERHADAP KERJA PADA REAKTOR FLUIDIZED BED GASIFIER

Ary Descesar Prasetya Wibawa, Nur Aklis Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta

Jl. A. Yani Tromol Pos l Pabelan, Kartasura Email : [email protected]

ABSTRAKSI

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui bagaimana pengaruh

ukuran partikel bahan bakar terhadap kinerja reaktor tipe fluidized bed.

Penelitian dilakukan pada reaktor dengan ukuran diameter 454,38 mm

dan tinggi ruang bakar 908,5 mm. Bahan bakar yang digunakan adalah

sekam padi dengan variasi ukuran 1,54 mm, 1,84 mm, dan 2,17 mm.

Sedangkan partikel bed yang digunakan adalah pasir silika dengan ukuran

0,54 mm. Data yang diambil meliputi kecepatan minimum fluidisasi,

temperatur reaktor, lama reaksi, lamanya waktu untuk mendidihkan air

sebanyak 2 liter. Untuk satu kali proses pembakaran digunakan 5 kg

sekam padi, 10 kg pasir silika, dan kapur 1 kg. Hasil penelitian

menunjukkan bahwa ukuran bahan bakar berpengaruh terhadap

kecepatan minimum fluidisasi. Temperatur rata-rata reaktor tertinggi

sebesar 237 (°C) yaitu pada pengujian dengan menggunakan variasi

sekam padi ukuran 1,84 mm. Lama reaksi tercepat yaitu 55 menit yang

dilakukan pada pengujian dengan menggunakan variasi sekam padi

ukuran 1,54 mm. Waktu tercepat untuk mendidihkan air sebanyak 2 liter

yaitu 40 menit pada pengujian dengan menggunakan sekam padi ukuran

2,17 mm. Jumlah kalor gas hasil gasifikasi terbesar yang dihasilkan yaitu

1870,083 kJ yang dilakukan pada pengujian dengan menggunakan sekam

padi ukuran 1,54 mm.

Kata Kunci : Sekam Padi, Fluidized Bed Gasifier, Ukuran Bahan Bakar.

mailto:[email protected]

xii

STUDY EXPERIMENTAL THE EFFECT OF SIZE OF FUEL TO WORK ON REACTOR FLUIDIZED BED GASIFIER

Ary Descesar Prasetya Wibawa, Nur Aklis Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta

Jl. A. Yani Tromol Pos l Pabelan, Kartasura Email : [email protected]

ABSTRACTION

The aims of the research is to determine the effect of fuel particle

size on the performance of fluidized bed reactor. The research was

performed on reactor with a diameter of 454.38 mm and 908.5 mm

combustion chamber high. The fuel used rice husk with the variation of

size 1.54 mm, 1.84 mm, 2.17 mm and particles bed is silica sand used

with the size of 0.54 mm. The data are taken contained of the minimum

speed fluidization, the temperature of the reactor, time of reaction, length

of time to boil the water by as much as 2 liters. The combustion process

for a one time use 5 kg of rice husk, 10 kg of silica sands, and chalk 1 kg.

The results showed that the size of the fuel affects the minimum speed

fluidization. Average temperature highes of reactor is 237 (°C) during the

examination with rice husk using a variation of size 1.84 mm. Fastest time

of reaction is 55 minute conducted on the examination by using a variation

of rice husk size 1.54 mm. Fastest time to boil water as much as 2 liters is

40 minutes on an examination by using rice husk size 2.17 mm. Greatest

amount of heat is generated that is 1870.083 kJ conducted on the

examination using rice husk size 1.54 mm.

Keywords: Rice Husk, Fluidized Bed Gasifier, The Size Of The Fuel.

mailto:[email protected]

xiii

DAFTAR ISI

Halaman Judul ………………………………………………………………….. i

Pernyataan Keaslian Tugas Akhir …………………………………………… ii

Halaman Persetujuan ………………………………………………………… iii

Halaman Pengesahan ………………………………………………………... iv

Lembar Soal Tugas Akhir …………………………………………………….. v

Halaman Motto ………………………………………………………………… vi

Halaman Persembahan ……………………………………………………….vii

Kata Pengantar ………………………………………………………………... ix

Abstraksi ……………………………………………………………………….. xi

Abstraction …………………………………………………………………….. xii

Daftar Isi ………………………………………………………………………. xiii

Daftar Gambar ………………………………………………………………...xvi

Daftar Tabel …………………………………………………………………..xviii

Daftar Simbol ………………………………………………………………….xix

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang …………………………………………………….. 1

1.2 Perumusan Masalah ……………………………………………… 2

1.3 Batasan Masalah ………………………………………………….. 3

1.4 Tujuan Penelitian ………………………………………………….. 3

1.5 Manfaat Penelitian ………………………………………………… 4

1.6 Metodologi Penelitian …………………………………………….. 4

1.7 Sistematika Penulisan ……………………………………………. 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Tinjauan Pustaka …………………………………………………. 6

2.2 Dasar Teori ………………………………………………………… 9

2.2.1 Biomassa ……………………………………………………. 9

2.2.2 Karakteristik Biomassa Sekam Padi ……………………. 10

2.2.3 Gasifikasi ……………………………………………………11

2.2.4 Jenis-jenis Reaktor Gasifikasi …………………………… 13

xiv

2.2.5 Fluidisasi …………………………………………………… 18

2.2.6 Pengaruh Ukuran Partikel Terhadap Kecepatan

Minimum Fluidisasi ………………………………………. 20

2.2.7 Pasir Silika/Pasir Kuarsa ………………………………… 25

2.2.8 Kalor ………………………………………………………... 29

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Tahapan Penelitian ……………………………………………… 32

3.1.1 Diagram Alir Penelitian …………………………………… 32

3.1.2 Tahapan Penelitian ………………………………………. 33

3.2 Alat dan Bahan …………………………………………………... 35

3.2.1 Alat …………………………………………………………. 35

3.2.2 Alat Pelengkap ……………………………………………. 39

3.2.3 Bahan ………………………………………………………. 40

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Kecepatan Minimum Fluidisasi ………………………………… 41

4.1.1 Kecepatan Minimum Fluidisasi Pada Sekam Padi

Ukuran 1,54 mm ………………………………………….. 41


Ukuran 1,84 mm ………………………………………….. 42


Ukuran 2,17 mm ………………………………………….. 43

4.1.4 Pembahasan Kecepatan Minimum Fluidisasi ……….... 44

4.2 Temperatur Pada Reaktor ……………………………………… 45

4.2.1 Temperatur Rata-rata Reaktor Pada Sekam Padi

Ukuran 1,54 mm ………………………………………….. 45


Ukuran 1,84 mm ………………………………………….. 46


Ukuran 2,17 mm ………………………………………….. 47

4.2.4 Perbandingan Temperatur Pasir Silika Pada

3 Variasi Ukuran Sekam Padi …………………………... 49

xv

4.2.5 Perbandingan Temperatur Rata-rata Bahan Bakar

Pada 3 Variasi Ukuran Sekam Padi ……………………. 51

4.2.6 Perbandingan Temperatur Rata-rata Free Board

Pada 3 Variasi Ukuran Sekam Padi ……………………. 53

4.3 Temperatur Titik Api ………………………………………………55

4.3.1 Temperatur Titik Api Pada Sekam Padi

Ukuran 1,54 mm ………………………………………….. 55


Ukuran 1,84 mm ………………………………………….. 56


Ukuran 2,17 mm ………………………………………….. 57

4.3.4 Perbandingan Lama Reaksi Pada 3 Variasi

Ukuran Sekam Padi ……………………………………… 58

4.4 Temperatur Pendidihan Air …………………………………….. 60

4.4.1 Temperatur Pendidihan Air Pada Sekam Padi

Ukuran 1,54 mm ………………………………………….. 60


Ukuran 1,84 mm ………………………………………….. 61


Ukuran 2,17 mm ………………………………………….. 62

4.4.4 Perhitungan Kalor Gas Hasil Gasifikasi ……………….. 63

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan ……………………………………………………….. 68

5.2 Saran ……………………………………………………………… 69

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xvi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Reaktor Gasifikasi Tipe Downdraft ………………………….. 13

Gambar 2.2 Reaktor Gasifikasi Tipe Crossdraft ………………………….. 14

Gambar 2.3 Reaktor Gasifikasi Tipe Updraft ……………………………... 15

Gambar 2.4 Bubbling Fluidized Bed Gasifire ……………………………... 17

Gambar 2.5 Circulating Fluidized Bed Gasifire …………………………… 17

Gambar 2.6 Ilustrasi Fluidisasi ……………………………………………... 18

Gambar 2.7 Fenomena fix bed ……………………………………………... 22

Gambar 2.8 Fenomena minimum or incipient fluidization ………………. 22

Gambar 2.9 Fenomena smooth or homogenously fluidization ………….. 23

Gambar 2.10 Fenomena bubbling fluidization ……………………………. 23

Gambar 2.11 Fenomena slugging fluidization ……………………………. 24

Gambar 2.12 Fenomena chanelling fluidization ………………………….. 24

Gambar 2.13 Fenomena disperse fluidization ……………………………. 24

Gambar 2.14 Diagram Klasifikasi Jenis-jenis Pasir ……………………… 26

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ……………………………………….. 32

Gambar 3.2 Skema reaktor gasifikasi tipe fluidized bed ………………… 35

Gambar 4.1 Grafik kecepatan minimum fluidisasi pada

sekam padi ukuran 1,54 mm ………………………………… 41

Gambar 4.2 Grafik kecepatan minimum fluidisasi pada


Gambar 4.3 Grafik kecepatan minimu fluidisasi pada


Gambar 4.4 Grafik perbandingan temperatur rata-rata reaktor

pada sekam padi ukuran 1,54 mm ………………………….. 45





xvii

Gambar 4.7 Grafik perbandingan temperatur pasir silika pada

tiga variasi ukuran sekam padi ……………………………… 49

Gambar 4.8 Grafik perbandingan temperatur rata-rata bahan

bakar pada tiga variasi ukuran sekam padi ………….…….. 51

Gambar 4.9 Grafik perbandingan temperatur rata-rata free board

pada tiga variasi ukuran sekam padi ……………………….. 53

Gambar 4.10 Grafik temperatur titik api pada sekam padi

ukuran 1,54 mm ……………………………………………….. 55


ukuran 1,84 mm ……………………………………………….. 56


ukuran 2,17 mm ……………………………………………….. 57

Gambar 4.13 Grafik perbandingan temperatur titik api

pada tiga variasi ukuran sekam padi ……………………….. 58

Gambar 4.14 Grafik temperatur pendidihan air pada






Gambar 4.17 Grafik perbandingan temperatur pendidihan air

pada 3 variasi ukuran sekam padi ………………………….. 63

xviii

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Analisis ultimate biomassa sekam padi ………………………… 11

Tabel 2. Analisis proximate biomassa sekam padi ………………………. 11

Tabel 3. Ukuran standar ayakan …………………………………………… 28

Tabel 4. Tabel kecepatan minimum fluidisasi pada ketiga variasi

ukuran sekam padi ………………………………………………... 44

Tabel 5. Tabel perhitungan kalor sensibel air pada sekam padi

ukuran 1,54 mm …………………………………………………… 64


ukuran 1,84 mm …………………………………………………… 64


ukuran 2,17 mm ........................................................................ 65

Tabel 8. Tabel perhitungan kalor laten air ………………………………… 66

Tabel 9. Tabel jumlah kalor sensibel dan kalor laten air ………………… 66

xix

DAFTAR SIMBOL

Simbol Satuan

Umf = Kecepatan minimum fluidisasi (m/s)

dp = Diameter partikel (meter)

ρf = Densitas udara (kg/m3)

g = Percepatan gravitasi (9,81 m/s2)

µ = Viskositas udara (Pa.s)

QS = Kalor sensibel air (Joule)

m = Massa air (kg)

cp = Kalor jenis air (kJ/kg °C)

ΔT = T2 – T1 (perubahan suhu) (°C)

QL = Kalor laten air (Joule)

muap = Massa uap air (kg)

hfg = Enthalpy penguapan (kJ/kg)

QT = Total kalor gas hasil gasifikasi (Joule)

tugas akhir studi eksperimen pengaruh ukuran …eprints.ums.ac.id/49668/18/halaman...

Documents