III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitiandigilib.unila.ac.id/6848/14/BAB III. METODOLOGI PENELITIAN.pdf · Pengolahan data menjadi grafik C ... Perancangan PLTB 3.3.1

III. METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian dilakukan di halaman Laboratorium CNC/CAM untuk pengam-

bilan data. Selain itu Laboratorium Teknologi Mekanik, Bengkel Motor Modifi-

kasi Baja Motor dan Bengkel bubut las BRM adalah lokasi pabrikasi. Sedangkan

jadwal kegiatan penelitian tersusun pada tabel 3.1.

Tabel 3.1. Jadwal kegiatan penelitian

Kegiatan Juli Agustus September Oktober November

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

1 Studi Literatur

2 Perancangan `

3

Pembelian alat dan

bahan

4 Pembuatan PLTB

5 Eksperimen

6 Pembuatan laporan akhir

3.2. Alur Penelitian

Secara makro, pelaksanaan penelitian dijabarkan melalui flowchart dibawah :

Apakah rancangan sudah

benar ?

Start

Perancangan

1. Gasifier downdraft 2. Siklon

3. Venturi scrubber

4. Rotary separator

vvbdfffgnbgS

udi

Studi literatur 1. Jurnal

2. Text book

A

Sudah

Belum

Gambar 3.1 Flowchart penelitian

38

A

Penyediaan biomassa (sekam

padi), Pengadaan raw material, pembelian tools dan peralatan

pendukung

Apakah

persiapan telah

selesai ?

Sudah

Belum

Pabrikasi

1. Gasifier downdraft

2. Siklon 3. Venturi scrubber

4. Rotary separator

Apakah

pabrikasi telah

selesai ?

Sudah

Belum

Kalibrasi alat meliputi :

1. Laju aliran udara gasifikasi dengan

mengeset tegangan regulator pada dua blower dari 0-250 V.

2. Debit air (scrubbing liquid) pada

venturi scrubber, dengan memvariasikan tegangan pompa air

melalui regulator dari 0-250 V

3. Laju aliran udara exhaust fan pada rotary separator, dengan

menyetel regulator dari 0-250V

Pencatatan data

1. Laju aliran udara gasifikasi

2. Debit/laju aliran air 3. Laju aliran udara exhaust fan

Apakah

data sudah

mencukupi ?

Sudah

B

Belum

B

Pengambilan data distribusi suhu di

gasifier 3 titik AFR yang berbeda

1. Temperatur pada zona pengeringan, pirolisis,

oksidasi, reduksi.

2. Temperatur pada dinding gasifier untuk masing-

masing zona diatas.

Sekaligus pengambilan data durasi gasifikasi, berat tar awal dan visualisasi

flame

Dokumentasi data

1. Temperatur zona ;

f (AFR) 2. Berat tar awal ;

f (AFR)

3. Visualisasi flame ; f(AFR)

Sudah

Apakah data sudah

mencukupi ?

Belum

Menginstall gasifier dengan IGCS dan genset modifikasi ditambah

beban listrik untuk pengujian

elektrikal.

Pengujian elektrikal PLTB dengan

variasi tiga titik AFR yang berbeda. Sekaligus berat tar sesudah

treatment

Data

Berat tar ; f (AFR)

Daya listrik ; f (AFR)

Apakah

data sudah

mencukupi ?

Belum

Sudah

Pengolahan data menjadi grafik

C

Gambar 3.2 Flowchart penelitian (Lanjutan)

39

3.3. Perancangan PLTB

3.3.1. Perancangan Gasifier Downdraft

Langkah untuk mendesain gasifier downdraft dipaparkan sistematis pada

flowchart dibawah ini

C

Grafik 1. Temperatur zona; f (AFR)

2. Berat tar awal; f (AFR)

3. Berat tar akhir ; f(AFR) 4. Daya listrik; f (AFR)

Analisa :

1. Distribusi temperatur zona gasifikasi.

2. Kualitas syngas per AFR baik

sebelum dan setelah di treatment 3. Daya listrik yang mampu dibangkitkan

Kesimpulan

End

Gambar 3.3. Flowchart penelitian (Lanjutan)

Start

Data awal 1. Menentukan kapasitas mesin (asumsi)

2. Menentukan putaran mesin (asumsi)

3. Menentukan efisiensi volumetrik mesin

A

Menghitung volume hisap

bahan bakar oleh mesin

(Persamaan 3)

Menggitung laju pemakaian bahan bakar

(Persamaan 2)

Gambar 3.4 Flowchart merancang gasifier

40

Mengacu pada flowchart, diasumsikan kapasitas mesin yang dipakai

adalah 2000 cc dengan putaran mesin 2000 rpm. Asumsi ini ditujukan agar

diperoleh producer gas yang terbentuk dalam jumlah besar, dan sebagiannya

dapat dimanfaatkan untuk aplikasi termal. Disamping itu dengan nilai kapasitas

mesin tersebut, akan didapatkan ukuran gasifier yang mendekati raw material

pemben-tuk gasifier yang sudah tersedia.

Langkah pertama adalah menentukan laju produksi syngas yang disuplai

ke mesin. Dimana volume hisap mesin dapat dihitung dengan Persamaan 3 yaitu :

Menentukan dimensi 1. Menentukan ukuran throat (Persamaan 1)

2. Ketinggian penempatan nosel (Gambar 2.6.b)

3. Diameter fire box (Gambar 2.6.c) 4. Diameter penempatan melingkar nosel

(Gambar 2.6.c)

5. Ukuran nosel (Gambar 2.6.a)

Pabrikasi

Membuat blueprint desain

A

Apakah

rancangan sudah benar

Belum

Sudah

End

Gambar 3.5. Flowchart merancang gasifier (Lanjutan)

41

2

3

3

3

1= . . . . .

2 4

1= . 2000 . 2000 cm

2

= 2 m / min

= 120 m / hr

s

s

s

s

V rpm N D S

V rpm

V

V

Sesuai rujukan literatur kondisi stoikiometri pada rasio udara – producer

gas adalah 1,1 : 1 [37]. Dengan kata lain kebutuhan udara untuk 1m3 producer gas

mencapai 1,1. Sehingga jika Vg laju pemasukan bahan bakar, nilai pemasukan

akan 2,1 Vg dengan besarnya Vg dihitung dari Persamaan 2 yaitu :

3

3

= . ; Dengan = 80% , maka 2,1

m120hr = 0,8 .

2,1

= 45,714 m / hr

sg

g

g

VV f f

V

V

Untuk beban perapian maksimum Bh 0,9 Nm3/hr cm

2, luasan throat Ah

dihitung dengan Persamaan 1 yaitu :

Apabila luasan throat dikonversikan kedalam bentuk lingkaran, maka

diameter throat akan :

t

2

4 . =

4 . 50,79 cm =

= 8,04 cm

t

t

t

Ad

d

d

g

max

3

3

2

2

=

m45,714hr =

N m0,9 ,hr cm

= 50,79 cm

t

h

t

t

VA

B

A

A

42

Ketinggian bidang penempatan nosel h diatas penampang lingkaran throat

dapat ditentukan melalui grafik pada Gambar 2.6.b. Didapatkan nilai h/dt = 1,18

untuk dt = 80,4 mm, sehingga ketinggian penempatan nosel :

Kemudian diameter firebox df dan diameter penempatan melingkar nosel

dr1 dapat ditentukan dari grafik pada Gambar 2.6.c. Melalui grafik diperoleh nilai

df /dt = 3,2 dan dr1 /dt = 2,4. Maka nilai df dan dr1 adalah :

Melalui grafik pada gambar 2.6.a diasumsikan terdapat 5 nosel yang di-

install untuk menyuplai sejumlah udara yang diperlukan untuk gasifikasi.

Berdasarkan grafik dengan acuan dt, rasio 100 (Am/At) adalah 6,2 maka luasan dan

ukuran nosel sama dengan :

Dengan nosel berdiameter 6,3 mm, kecepatan hembusan udara yang dihasilkan

dapat dihitung melalui grafik pada gambar 2.6.a sebesar 24,2 m/s. Seluruh

dimensi tersebut diubah menjadi geometri seperti yang terlihat pada gambar 3.6.

=3,1

=3,1 80,4 mm

= 249,24 mm

f

t

f

f

d

d

d

d

1

1

1

=2,3

=2,3 80,4 mm

= 184,92 mm

r

t

r

r

d

d

d

d

=1,18

=1,18 80,4 mm

= 94,872 mm

t

h

d

h

h

2

2

5 nosel

100 = 6,2

100 = 6,2 . 50,79 cm

3.148 cm

0,629 cm = 6,3 mm

m

t

m

m

m

A

A

A

A

A

43

3.2.1.b. Perancangan Siklon

Berdasarkan data awal pengujian dan penelusuran pustaka diperoleh data-data

untuk perhitungan siklon yang terangkum dalam Tabel 3.2

Gambar 3.6. Dimensi downdraft gasifier hasil rancangan

44

3.3.2. Perancangan Siklon

Urutan sistematik tahap perancangan siklon dituangkan kedalam flowchart

dibawah ini.

Start

Data awal

1. Menentukan ukuran padatan (asumsi)

2. Menentukan efisiensi yang diinginkan 3. Menentukan jumlah siklon

4. Data kecepatan udara masuk (asumsi)

5. Suhu udara masuk siklon (asumsi) 6. Densitas dan viskositas prod.gas f (T)

7. Ukuran Hc

Menentukan dimensi siklon

(Persamaan pada Gambar 2.9)

Menghitung Dp,th

(Persamaan 4)

Menghitung Efisiensi

Teoritis (Persamaan 5)

Apakah η rancangan

<

η teoritis

Tidak

Ya

Menggambar blueprint

siklon

Pabrikasi

End

Gambar 3.7. Flowchart mendesain siklon

siklosiklonDimensi siklon

45

Tabel 3.2. Data parameter awal desain siklon

No Data yang ditentukan Nilai Keterangan

1 Densitas padatan 389 kg/m3 Lihat Tabel 2.7

2 Densitas producer gas pada

suhu 300oC

0,6179 kg/m3 Producer gas diasumsikan

gas ideal udara

3 Viskositas producer gas pada

suhu 300oC

296,404 x 10-7

kg/ms

Producer gas diasumsikan

gas ideal udara

4 Diameter partikel abu sekam

padi

856 μm Lihat Tabel 2.7

4 Ukuran inlet siklon (Hc) 75 mm Direncanakan

5 Effisiensi yang direncanakan 98 % Direncanakan

Mengacu nilai diameter outlet gasifier (Hc), seluruh dimensi dari siklon

dapat dirancang menggunakan gambar 2.9 yaitu :

Perhitungan diameter partikel abu sekam padi yang terendapkan oleh

siklon (Dp,th) dan efisiensi teoritis untuk Vin = 10 m/s, ditentukan dengan

memakai parameter sebagai berikut :

Diketahui :

Dpi = 850 μm = 0,85 mm

Bc = 1,75 in = 4,375 cm

Vin = 10 m/s

μ = 296,404 x 10-7

kg/ms

ρp = 389 kg/m³

= 2 .

= 2 . 75 mm

= 150 mm

= 4

150 mm =

4

= 37,5 mm

c c

c

c

cc

c

c

D H

D

D

DB

B

B

= 2

150 mm =

2

= 75 mm

2 .

2 . 150 mm

300 mm

ce

e

e

c c

c

c

DD

D

D

L D

L

L

= 8

150 mm =

8

= 18,75 mm

= 2 .

= 2 . 150 mm

= 300 mm

cc

c

c

c c

c

c

DS

S

S

Z D

Z

Z

= 4

150 mm =

4

= 37,5 mm

C

c

c

c

DJ

J

J

46

ρf = 0,6179 kg/m³

Jumlah putaran gas di dalam siklon diprediksi dengan bantuan grafik pada

gambar 2.7.b, dengan Vin = 10 m/s diperoleh Ns = 2,5 kali. Selanjutnya seluruh

nilai parameter diatas dimasukan ke persamaan 4, dan diperoleh nilai Dp,th yaitu :

,

7

,

3

,

2

5

,

9. .

. . . ( )

kg9 . 296,404 x 10 . 0,0375 m

ms kgm . 2,5 . 10 . (389 0,6179)

s m

kg0,00001

skg

30487,99 m s

1,8 x 10 m 18,11 m

cp th

s in p f

p th

p th

p th

BD

N V

D

D

D

Nilai effisiensi teoritis dihitung menggunakan persamaan 7 :

,

856 m

18,11 m

47,26

pi

th

p th

th

th

D

D

Apabila hasil perhitungan diatas dicocokkan dengan gambar 2.8, nilai

tersebut jauh diatas nilai Dp,i/Dp,th pada sumbu y grafik. Maka dari itu diambil

nilai single particle correction efficiency sebesar 99,9 % untuk Dp,i/Dp,th = 47,26.

Nilai efisiensi ini masih diatas nilai efisiensi yang direncanakan, yang berarti

desain dapat diterima. Geometri dan dimensi siklon yang dirancang dapat dilihat

pada gambar 3.8.

47

Gambar 3.8. Dimensi siklon separator hasil rancangan

48

3.3.3. Perancangan Venturi Scrubber

Langkah perancangan venturi scrubber dibuatkan ke dalam diagram alir

seperti dibawah ini.

Gambar 3.9 Step by step perancangan venturi scrubber

Menggambar blueprint venturi scrubber

Pabrikasi

End

Start

Data awal

1. Mengetahui kelembapan producer gas 2. Menentukan ukuran saluran masuk venturi

3. Menentukan kecepatan aliran prod.gas (asumsi)

4. Temperatur producer gas (asumsi)

Menghitung volume flow rate dan volume

flow rate pada temperatur standar

(persamaan 6 dan 7)

Menghitung kondisi pada sisi masukan

1. mass flow udara kering

dan uap air pada sisi masukan (Persamaan )

2. Humidity ratio (persamaan 9)

Menghitung kondisi pada sisi luaran 1. mass flow uap air

(Persamaan 10)

2. Mass flow uap air yang terevaporasi (persamaan 11)

3. Banyaknya makeup water

(Persamaan 12)

Menentukan dimensi

1. Menghitung σ (persamaan 13, Gambar 2.10.a) 2. Menentukan dcut (Gambar 2.10.)

3. Menentukan scrubber power dan pressure drop

(Gambar 2.10.c) 4. Menentukan luas penampang throat (persamaan 16

dan Gambar 2.10.d)

5. Menentukan diameter thro at, panjang throat, dan panjang diverging section

49

2

3 3

.

32,8 ft/s . . (0,2 ft/s)4

1,03 ft /s = 61,8 ft /min

Q V A

Q

Q

Data awal yang harus diketahui dalam merancang venturi scrubber adalah

mengetahui karakteristik producer gas yang akan dibersihkan. Berikut adalah

karakteristik producer gas hasil gasifikasi sekam padi [47] :

Kandungan kelembapan (θH2O) : 25 %

Particulate loading : 3 grains/scf

Specific density of particulate : 1,8

Semua satuan yang dipakai dalam perhitungan desain dalam satuan

inggris, untuk menyesuaikan referensi yang didapat. Selain itu data yang harus

ditentukan untuk perancangan yaitu :

Volume flowrate (Q ) :

Flowrate dihitung dengan menentukan kecepatan syngas masuk ke dalam

venturi dimana :

V = 10 m/s = 32,8 ft/s

Ukuran saluran masuk venturi = diamater 2,5 inch = 0,2 ft

Sehingga volume flowrate =

Pada bagian inlet venturi properties producer gas antara lain :

Volume flowrate (Q ) :

Flowrate pada temperatur standar dihitung dengan menggunakan hukum

gas ideal seperti yang ditunjukan dalam persamaan 8 yaitu :

2 2

2 1 2 1

1 1

0 03

2 0 0

3

2

atau

(70 460)61,8 ft / min

(350 460)

46,15 ft / min

T TV V Q Q

T T

F RQ

F R

Q

50

Mass flow udara kering dan uap air

Besarnya mass flow kedua data diatas dihitung melalui persamaan 9 :

2

2

( ) ( ) H O( )

( ) ( ) H O( )

.

. (1- )

wvwv in m in in

mole

aa in m in in

mole

MWm Q

V

MWm Q

V

Dimana

MWwv = Berat molekul uap air = 18

MWa = Berat molekul udara kering = 29

Vmole = Volume lb-mol udara = 385 ft3

Sehingga

3

( )

( )

3

( )

( )

1840,15 ft /min . 25%

385

0,54 lb/min

2940,15 ft /min . (1-25%)

385

2,60 lb/min

wv in

wv in

a in

a in

m

m of water vapour

m

m of dry air

Humidity ratio

Humidity ratio pada temperatur standar dihitung dengan persamaan 10:

0,54

2,607

0, 2068

wv

a

m

m

Gas yang keluar dari outlet venturi sudah berada dalam keadaan jenuh

(RH 100%) dengan asumsi temperatur luaran venturi 160oF. Dengan bantuan psy-

chometric chart, dapat ditentukan nilai humidity ratio untuk mengetahui besarnya

air yang menguap saat berkontak dengan gas panas. Dengan mengetahui

51

banyaknya air yang menguap, kebutuhan makeup water dapat disediakan guna

menutupi kekurangan air sebagai scrubbing liquid pada venturi.

Mass flow uap air sisi luaran

( ) ( )

( )

( )

.

lb wv0,26 . 2,607 lb/min . lb air

0,678 lb/min

wv out out a

wv out

wv out

m w m

m

m

Mass flow uap air yang terevaporasi

( ) ( ) ( )

( )

( )

(0,678 0,539) lb/min

0,1385 lb/min

wv evap wv out wv in

wv evap

wv evap

m m m

m

m

Banyaknya makeup water

2

( )

( )

( )

( )

0,1385

62,4

0,00221 0,0176

wv evap

wv evap

H O

wv evap

wv evap

mQ

Q

Q cfm gpm

Langkah berikut adalah merancang ukuran venturi, dimana metode yang

digunakan adalah Calvert Cut Diameter. Dengan konstanta B=2,0 untuk venturi.

Parameter awal yang mesti dicari yaitu ukuran partikel berikut standar deviasinya.

Ukuran rata-rata partikel dapat dilihat dari persentil diameter aerodinamis partikel

ke-50 (Disebut pula diameter partikel massa median). Standar deviasi dari

distribusi tersebut adalah rasio kumulatif fraksi massa partikel ke-84 dan ke-50

yang dihitung menggunakan persamaan 13 dimana :

84

50

d

d

Nilai d50 dan d84 diketahui dengan membaca grafik pada gambar 2.10.a,

dan didapatkan standar deviasinya adalah :

52

3

2 2 2

10,133

0,782

Dimana

1 1/

22

ditentukan dari grafik pada gambar 2.10.d dimana 10 gal /1000acf

270 / sec

72900 / sec

Luas permukaan

1270 .

. .

g

g

lb ftw

Lv

G

v ft

v ft

throat

PA

LvG

5,1

3

1,7

Langkah selanjutnya menentukan dcut melalui bantuan gambar 2.10.b,

dengan efisiensi koleksi ηd untuk partikel 5 µm yaitu 0,99 sesuai tabel 2.8

sehingga :

1,7

1

1 0,99 0,01

dPt

Pt

Berdasarkan grafik diperoleh nilai dcut/d50 = 0,25 dan d50 =3 maka dcut adalah 0,75.

Nilai dcut kemudian dicocokkan terhadap garis gas atomized spray pada grafik di

Gambar 2.10.c, guna mengetahui scrubber power dan pressure drop. Berdasarkan

grafik didapatkan nilai power = 3 hp per 1000 ft3/min dan pressure drop = 9

in.H2O. Selanjutnya menentukan luas permukaan throat melalui persamaan 14:

10,133

0,782

1270 .

. . g

PA

LvG

10,133

0,78

2

1270 . 9

172900 . . 1022

0,015 ft

A

A

53

Untuk mengoptimalkan presure recovery, panjang throat dibuat 3 kali

lebar throat dan tinggi diverging section 4 kali lebar throat. Karena bentuknya

rec-tangular apabila diambil ukuran lebar = 37 mm, sehingga panjang throat = 3

x 37 mm =111 mm, dan tinggi diverging section = 4 x 37 mm = 148 mm. Terakhir

ukuran ventury scrubber yang sudah didapatkan dibuat menjadi geometri seperti

yang terlihat pada gambar 3.11.

3.3.4 Perancangan Rotary Separator

Tahapan mendesain rotary separator dijelaskan secara rinci sesuai

flowchart yang ada di gambar 3.10 dibawah ini.

Sesuai petunjuk flowchart, parameter awal yang harus ditentukan nilainya

untuk perancangan separator ini ditabulasikan pada tabel 3.3.

Start

A

Menghitung kecepatan settling

sentrifugal (Persamaan 15)

Data awal

1. Menentukan ukuran padatan (asumsi) 2. Densitas padatan

3. Data kecepatan udara masuk (asumsi)

4. Suhu udara masuk siklon (asumsi) 5. Densitas dan viskositas prod.gas f (T)

6. Ukuran inlet separator Hc

Menentukan dimensi separator

Dc dan Lc (Persamaan pada

Gambar 2.9)

A

Menggambar blueprint

rotary separator

Pabrikasi

End

Gambar 3.10. Tahapan merancang rotary separator

venturi scrubber

54

Tabel 3.3. Data parameter awal rotary separator

No Data yang ditentukan Nilai Keterangan

1 Densitas padatan 389 kg/m3 Lihat Tabel 2.7

2 Densitas producer gas pada

suhu 40oC

1,118 kg/m3, Producer gas diasumsikan

gas ideal udara

3 Viskositas producer gas pada

suhu 40oC

190,736 x 10-7

N/sm2

Producer gas diasumsikan

gas ideal udara

4 Diameter partikel abu sekam

padi

856 μm Lihat Tabel 2.7

5 Ukuran inlet separator (Hc) 120 mm Direncanakan

6 Kecepatan alir masuk producer

gas

5 m/s Disesuaikan dengan daya

exhaust fan yang dipakai

Vessel pada rotary separator didesain berbentuk tabung dengan saluran

masuk dilengkapi exhaust fan. Exhaust fan dipakai untuk mengkondisikan

producer gas pada kecepatan tangensial yang cukup untuk memisahkannya dari

pengotor. Selain sebagai separator, vessel difungsikan juga untuk media deposit

producer gas bersih yang siap dimanfaatkan langsung untuk pembangkitan daya.

Dengan memakai panduan ukuran proporsional siklon, diperoleh dimensi

separator seperti dibawah ini :

Karena fungsinya ganda, tinggi separator (Lc) ditambahkan menjadi 600

mm untuk menampung producer gas dalam jumlah yang lebih banyak. Setelah

didapatkan dimensi diameter dan tinggi separator, dilanjutkan menghitung

kecepatan settling sentrifugal yang terjadi didalam separator memakai persamaan

15.

2.

2 . 240mm

480 mm

c c

c

c

L D

L

L

2.

2 . 120mm

240 mm

c c

c

c

D H

D

D

55

12

12

7 26

2 3

18. .

( - )

18. . 190,736 x 10 Ns/m 856 x 10 m

kgm9,81 (389- 1,118)s m

8,09 m/s

tp

f p

t

t

Vd

g

V

V

Nilai Vt dipakai sebagai acuan pemilihan exhaust fan untuk pembentuk aliran

paksa pada sistem rotary separator ini.Berdasarkan data diatas, dimensi dan

geometri rotary separator dituangkan dalam gambar 3.12.

56

Gambar 3.11. Dimensi rancangan venturi scrubber

57

Gambar 3.12. ukuran dan geometri rotary separator

58

3.4. Fabrikasi PLTB

Fabrikasi PLTB terbagi dalam beberapa tahapan meliputi pembuatan

gasifier downdraft, siklon separator, ventury scrubber, dan rotary separator.

Proses manufaktur yang terlibat antara lain :

1. Cutting (Pemotongan material dengan gerinda potong dan cutting torch)

2. Turning (Pembubutan komponen)

3. Drilling (Pengeboran lubang-lubang baut dan lainnya)

4. Welding (Penyambungan komponen dengan SMAW atau las karbit)

5. Forming (Pembentukan komponen melalui penempaan)

5. Grinding (Penghalusan permukaan komponen)

6. Painting (Pengecatan komponen untuk menghindari korosi)

Tahap pertama yaitu pembuatan gasifier downdraft, dengan beberapa

komponen penting didalamnya yaitu: tabung shield, tabung core yang terdapat

saluran tirus, throat, tabung zona reduksi, nosel penyuplai udara gasifikasi, dan

grate (dasar reaktor untuk pembuangan debu). Pembuatan saluran tirus seperti

yang ditunjukan pada gambar 3.6, dilakukan dengan cara penempaan plat baja

karbon rendah berukuran tebal 6 mm yang dipotong sesuai pola tirus menggu-

nakan kertas karton. Throat berukuran ϕ 115 mm tinggi 80 mm dibuat dari pipa

mild steel tebal 8 mm yang tahan pada temperatur tinggi. Material ini selain

efisien juga mudah didapat. Tabung core, saluran tirus, throat, tabung zona

reduksi disambung menggunakan las SMAW mengacu pada gambar 3.6.

Setelah itu tabung core dilubangi untuk dudukan nosel. Raw material

nosel adalah poros pejal baja karbon rendah ukuran ϕ 3/4 inch yang dibubut ϕ 19

mm dan dibor ditengahnya ϕ 9 mm. Nosel kemudian dipasangkan pada 5 lubang

59

yang dibor ϕ 19 mm pada tabung core. Untuk saluran pemasok udara ke nosel,

dibuatkan selubung pada core berbahan plat 3 mm dengan satu saluran masukan

udara yang bercabang menjadi lima saluran masuk ke nosel menuju ke dalam

throat. Selain itu pada tabung core, dibuatkan lubang di setiap zona gasifikasi

tembus sampai tabung shield dengan ukuran ϕ 8 mm. Lubang tersebut difungsikan

celah untuk mengukur temperatur pada zona pengeringan, pirolisis, oksidasi, dan

reduksi saat gasifikasi. Agar producer gas tidak merembes keluar, pada tabung

shield, 4 lubang tersebut di-tapping dan dipasangkan baut.

Gambar 3.13. Pembuatan tabung core

Selain itu pada tabung shield ϕ 11 inch, dibuatkan flange ϕ 320 mm dari

plat 4 mm pada bagian atas dan bawah tabung yang dipasangkan tutup bawah.

Flange sekaligus dibuatkan pada saluran luaran producer gas agar perangkat

IGCS mudah di split-up.

FT UNILA Rachmat Cahaya Putra – Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Lampung Tugas Akhir 2012

a. Pemotongan tabung core sesuai dimensi yang ditentukan

b. Pengeboran lima lubang pada tabung core

c. Pembuatan bagian throat dengan ditempa

d. Merapihkan kerucut

e. Tabung core siap disatukan

f. Menyesuaikan diameter nosel agar pas dilubangnya

g. Mengelas selubung saluran udara di tabung core

a

b

c

d

e g

f

60

Gambar 3.14. Grate, penutup gasifier, landasan penutup

Gambar 3.15. Rangkaian pengerjaan siklon

Grate dari plat ϕ 200 mm setebal 3 mm adalah dasar dari reaktor yang

fungsinya untuk meletakan biomassa, sekaligus perangkat untuk membuang abu

sisa gasifikasi melalui lubang yang dibor ϕ 10 mm sebanyak 100 buah. Grate

dipasang bergantung menggunakan rantai yang dikaitkan ke tabung shield. Untuk

membuang abu, grate diguncangkan dengan tongkat pengayun dari luar gasifier.



FT UNILA Rachmat Cahaya Putra – Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung

Tugas Akhir 2012

a. Pembuatan flens siklon

b. Penempaan raw material untuk cone

c. Cone siap di las

d. Pengelasan barrel, cone, beserta semua flens siklon

e. cone dan barrel yang belum digabung

f. Siklon yang telah selesai di fabrikasi

a

b

c

d f

e

61

Penutup gasifier dibuat model buka tutup tanpa engsel, dan dikunci menggunakan

sistem press lengan putar berulir. Model ini dipilih ketimbang engsel karena,

sistem engsel rentan terdeformasi, yang membuat penutup tidak dapat menutup

sempurna. Landasan penutupnya dibuat dari plat ϕ 320 mm, tebal 4 mm, dan

mempunyai lubang ϕ 200 mm yang dibubut chamfer 3 mm x 45o dipinggirnya.

Siklon terbagi atas tutup, barrel, dan cone. Barrel dibentuk dari raw

material pipa baja berukuran ϕ 6 inch, yang dipotong sepanjang 30 cm. Sekitar 2

cm dari permukaan atas barrel, dilubangi pada permukaan luarnya sebagai saluran

masuk producer gas secara tangensial kedalam siklon. Saluran masuk dibuat dari

plat baja 3 mm dibentuk persegi panjang, sedangkan luaran producer gas terbuat

dari pipa ϕ 3 inch dirangkai seperti pada gambar 3.7. Bagian kerucut (cone),

dibuat dari plat baja 2 mm dipotong mengikuti pola cone yang dibuka lebar.

Selanjutnya plat ditempa berulang-ulang sampai terbentuk cone setinggi 30 cm

dan disatukan menggunakan las. Penutup siklon, barrel, cone disambung

menggunakan flange yang diikat baut untuk memudahkan split-up dan perawatan.

Venturi scrubber dibuat dari raw material berupa lembaran plat baja

setebal 3 mm. Untuk membuatnya, langkah pertama yang dilakukan adalah

menggambar pola venturi pada plat serupa tampak depan venturi seperti Gambar

3.10, dan dipotong sebanyak 2 buah. Berikutnya, memotong plat penutup samping

kiri dan kanan venturi. Seluruh potongan plat disatukan sehingga membentuk

venturi scrubber setengah jadi. Untuk meningkatkan ketahanan korosi pada plat

baja, seluruh bagian venturi dilapisi epoxy kemudian dicat.

Untuk memasukan air ke dalam sistem venturi, dipakai sprayer yang

dipasangkan di bagian atas venturi. Sprayer dipilih didasarkan atas kemam-

62

puannya menciptakan droplet air dengan ukuran yang sangat kecil, dimana akan

memperluas permukaan kontak gas dengan air.

Gambar 3.16. Serangkaian pengerjaan venturi scrubber

Untuk perangkat ini, dipakai empat sprayer penyemprot hama pada

tanaman yang banyak dijual di pasaran. Mekanisme pengaliran air menuju

sprayer, memakai pipa ϕ 3/8 inch yang disusun datar yang dipararelkan dari satu

masukan. Air yang disemprotkan dan telah berkontak dengan producer gas, akan

dibuang melalui dua katup 1/4 inch yang terletak pada bagian bawah venturi.

Walaupun sprayer rentan tersumbat oleh pengotor, namun sprayer relatif mudah

dibersihkan karena dapat dibongkar pasang dari venturi dengan mudah. Selain itu,

pada venturi dibuatkan flange pada inlet-nya untuk menyambungkannya dengan

siklon.

Rotary separator merupakan perangkat yang dirangkai atas exhaust fan

berukuran 12cm x 12cm dan vessel berwujud tabung. Exhaust fan difungsikan



a. Pemotongan pola venturi pada lembaran plat

b. Pemotongan penutup samping siklon

c. Spray penyemprot air

d. Katup 1/4 inch pembuang air

e. Pipa 3/8 inch penyalur air (scrubbing liquid)

f. Venturi yang selesai di fabrikasi

g. Venturi scrubber + saluran menuju rotary

separator

c

a

b

d

e

f

g

63

untuk menghisap producer gas menuju vessel separator yang sekaligus media

deposit producer gas. Prinsip kerjanya serupa dengan siklon, producer gas yang

dihisap exhaust fan mengalir masuk kedalam tabung separator secara tangensial

dan membentuk pusaran disepanjang dinding tabung. Pusaran karena gaya

sentrifugal membuat pengotor yang dikandung producer gas terbanting ke

dinding sehingga terpisah dari arus producer gas dan jatuh ke tempat penam-

pungan. Pada tempat penampungan dibuatkan saluran untuk membuang pengotor

yang telah disaring.

Gambar 3.17. Pembuatan rotary separator

Vessel dibuat dari bahan lembaran pelat baja ukuran 600 mm x 600 mm x

1,2 mm untuk tabung separator, selain itu untuk saluran masuk dibuat dari pelat

tebal 2 mm. Terakhir rotary separator, venturi scrubber, siklon digabungkan

melalui flange yang diikat dengan baut menjadi satu unit perangkat yang

dinamakan integrated gas cleaning system (IGCS).

Pembangkitan energi listrik dilakukan dengan menggunakan satu set

generator + motor bensin empat langkah dengan kapasitas daya 1500 W. Penga-



a. Pembuatan tabung separator

b. Pengukuran inlet separator

c. Pembuatan inlet separator

d. Inlet separator yang telah di las

e. Tabung rotary separator

f. Tabung rotary separator + Venturi scrubber

a

b

c

d

e f

64

lihan bahan bakar bensin menjadi producer gas bersih (syngas) dilakukan dengan

membuatkan saluran pipa Y ϕ 1 inch dengan satu saluran untuk memasukan

syngas kedalam mesin, dan dapat dikontrol menggunakan katup 3/4 inch. Material

yang dipakai untuk membuatnya yaitu pipa stainless steel ϕ 1 inch dimana bahan

tersebut lebih resistan terhadap korosi.

Gambar 3.18. Memodifikasi saluran bahan bakar genset

Apabila satu saluran digunakan untuk mengalirkan syngas, saluran yang

satunya lagi diperuntukan sebagai masukan oksigen yang terkandung pada udara,

dan lajunya dikontrol memakai katup dengan ukuran yang sama. Untuk mema-

sangkan katup, ujung-ujung saluran dibubut ulir luar dengan tipe yang sama

dengan ulir katup. Setelah itu, Pipa saluran ini dipasangkan langsung ke intake

manifold motor bensin dan diikat menggunakan baut.



Keterangan :

a. Pipa saluran syngas dan oksigen

b. Dudukan pipa saluran ke intake manifold

c. Pipa saluran siap dilas

d. Pipa mixing syngas + oksigen telah jadi dan dipasang

ke genset

a b c

d

65

3.5. Instalasi Peralatan

Setelah fabrikasi selesai, dilanjutkan ke tahap instalasi peralatan yang

harus dilakukan sehari sebelum pengujian. Kegiatan ini antara lain :

Perakitan dan penyambungan komponen utama PLTB yaitu : Gasifier

downdraft - konektor blower – blower (2 buah) - voltage regulator untuk

blower - siklon - venturi scrubber - pompa air - voltage regulator untuk

pompa air - resevoir air- rotary separator - Saluran Y bahan bakar - genset

- instalasi pembebanan arus listrik.

Gambar 3.19. Skematik pengujian PLTB

Setiap flange dipasangkan packing dan direkatkan lem gasket sebelum

diikat dengan baut M8 atau M6. Lem gasket yang digunakan jenis silicone

red rubber tahan hingga temperatur 700oC, sedangkan packing yang

digunakan adalah TBA 0,8 mm yang tahan hingga 300oC. Pada sambu-



Gas sampling

Gas sampling

Ash holder

Temper atur display

Temper atur display

T1

T wall 1

T2

T wall 2

T3

T wall 3

T4

T wall 4

T5

T6

T7Voltage

Regulator

Voltage

Regulator

Pompa

Flowmeter

Flowmeter

Voltage

Regulator

Gener atorKatup

Gasifier downdraft

Blower

Siklon

Venturi

scrubber

Rotary

separator

66

ngan siklon ke venturi scrubber dipasangkan sponge hard untuk mencegah

kebocoran producer gas. Pada sambungan keran di venturi dilapisi water

silicone untuk menghindari kebocoran scrubbing liquid.

Untuk memvariasikan flowrate blower berdaya 350W dan debit pompa air

ukuran 30 lt/menit digunakan voltage regulator 3kVA.

Menghubungkan termokopel yang digunakan untuk mengukur temperatur

pada display.

Memasangkan peralatan elektronik dalam hal ini lampu pijar pada instalasi

pembebanan listrik, ini untuk mengetahui luaran daya genset berbahan

bakar producer gas yang telah dimurnikan.

3.6. Kalibrasi

Persiapan selanjutnya adalah kalibrasi sistem menggunakan instrumentasi

pengukuran. Fenomena yang perlu dikalibrasi adalah laju aliran udara suplai

gasifikasi, debit air venturi scrubber, serta laju aliran udara exhaust fan.

3.6.1. Kalibrasi Laju Aliran (Flowrate)

Laju Aliran Udara

Untuk efektifitas waktu, pengukuran laju aliran udara gasifikasi

dilaksanakan sebelum pengujian gasifikasi. Anemometer jenis AM-4200

Lutron digunakan untuk mengukur flowrate tersebut, melalui masing-

masing nosel berdasarkan fungsi kecepatan aliran (m/s). Mengacu buku

petunjuk alat, satuan kecepatan pada anemometer dapat diubah menjadi

ft/min atau km/jam. Selain itu range kecepatan aliran yang dapat diukur

67

adalah 0,8-30 m/s. Berikut adalah hasil kalibrasi flowrate suplai udara

gasifikasi.

Gambar 3.20. Kalibrasi flowrate udara gasifikasi

Tabel 3.4. Hasil kalibrasi flowrate

No. Beda Potensial

blower (V)

Kecepatan

aliran/nosel (m/s)

Debit (m3/s)

/nosel

Laju aliran massa

udara (kg/s) /nosel

Laju aliran massa

udara (kg/s) 5 nosel

1 85 1,4 0,000089019 0,000103387 0,000516933

2 90 1,6 0,000101736 0,000118156 0,000590781

3 95 1,7 0,000108095 0,000175541 0,000627705

4 100 1,8 0,000114453 0,000132926 0,000664629

5 105 1,9 0,000120812 0,00014031 0,000701552

6 110 1,9 0,000120812 0,00014031 0,000701552

7 115 2 0,00012717 0,000147695 0,000738476

8 120 2 0,00012717 0,000147695 0,000738476

9 175 2,1 0,000133529 0,00015508 0,0007754

10 130 2,1 0,000133529 0,00015508 0,0007754

11 135 2,1 0,000133529 0,00015508 0,0007754

12 140 2,2 0,000139887 0,000162465 0,000812324

13 145 2,2 0,000139887 0,000162465 0,000812324

14 150 2,2 0,000139887 0,000162465 0,000812324

15 155 2,2 0,000139887 0,000162465 0,000812324

16 160 2,2 0,000139887 0,000162465 0,000812324

17 165 2,2 0,000139887 0,000162465 0,000812324

18 170 2,3 0,000146246 0,00016985 0,000849248

19 175 2,3 0,000146246 0,00016985 0,000849248

20 180 2,3 0,000146246 0,00016985 0,000849248

21 185 2,3 0,000146246 0,00016985 0,000849248



Keterangan gambar

a. Annemometer

b. Penempatan sensing probe

didalam tabung inner

c. Instalasi kalibrasi flowrate

a

b

1

2

3

4

c

Keterangan :

1. Tabung inner gasifier

2. Annemometer

3. Blower

4. Voltage Regulator

68

Tabel 3.4. Hasil kalibrasi flowrate (Lanjutan)

No. Beda Potensial

blower (V)

Kecepatan

aliran/nosel (m/s)

Debit (m3/s)

/nosel

Laju aliran massa

udara (kg/s) /nosel

Laju aliran massa

udara (kg/s) 5 nosel

22 190 2,3 0,000146246 0,00016985 0,000849248

23 195 2,3 0,000146246 0,00016985 0,000849248

24 200 2,3 0,000146246 0,00016985 0,000849248

25 205 2,3 0,000146246 0,00016985 0,000849248

26 210 2,3 0,000146246 0,00016985 0,000849248

27 215 2,4 0,000152604 0,000177234 0,000886171

28 220 2,4 0,000152604 0,000177234 0,000886171

29 225 2,4 0,000152604 0,000177234 0,000886171

30 230 2,4 0,000152604 0,000177234 0,000886171

31 235 2,4 0,000152604 0,000177234 0,000886171

32 240 2,5 0,000158963 0,000184619 0,000923095

33 245 2,5 0,000158963 0,000184619 0,000923095

34 250 2,5 0,000158963 0,000184619 0,000923095

Nb : diameter satu nosel 9 mm dan massa jenis udara pada Patm T=27oC yaitu 1,1614 kg/m3

Kalibrasi flowrate menggunakan anemometer juga dilakukan pada exhaust

fan rotary separator. Berikut adalah hasil kalibrasi tersebut :

Gambar 3.21. Kalibrasi flowrate exhaust fan

Tabel 3.5. Kalibrasi Flowrate Exhaust Fan

No. Beda Potensial

blower (V)

Kecepatan aliran

(m/s) Debit (m3/s)

Laju aliran massa

udara (kg/s)

1 50 - 0 0

2 75 - 0 0

3 100 0,9 0,01296 0,015051744

4 175 1,6 0,02304 0,026758656



Keterangan gambar

a. Exhaust fan

b. Instalasi kalibrasi flowrate

a b Keterangan :

1. Annemometer

2. Exhaust fan

3. Volatge Regulator

2

3

1

69

Tabel 3.5. Kalibrasi flowrate exhaust fan (Lanjutan)

No. Beda Potensial

blower (V)

Kecepatan aliran

(m/s) Debit (m3/s)

Laju aliran massa

udara (kg/s)

5 150 2,7 0,03888 0,045155232

6 175 3,7 0,05328 0,061879392

7 200 4,2 0,06048 0,070241472

8 225 4,4 0,06336 0,073586304

9 250 4,4 0,06336 0,073586304

Nb : Ukuran saluran = 12 x12 cm dan massa jenis udara pada Patm T=27oC yaitu 1,1614 kg/m3

Laju Aliran Air / Debit Air

Debit air yang mengalir keluar dari spayer pada venturi scrubber

dikalibrasi dengan metode yang sederhana. Metodenya, pompa dihidupkan

dan air yang mengalir ditampung pada satu wadah, setelah satu menit

pompa lalu dimatikan. Selanjutnya volume air yang tertampung didalam

wadah diukur menggunakan gelas ukur. Besarnya tegangan pada pompa

divariasikan menggunakan regulator guna mendapatkan debit air optimal

untuk mereduksi tar. Hasil pengukuran disajikan pada Tabel 3.6.

Gambar 3.22. Pengukuran Debit Air Venturi Scrubber



Keterangan gambar

a. Gelas ukur

b. Pompa air debit 30lt/menit

a

Keterangan :

1. Voltage regulator

2. Wadah air yang dihisap

3. Pompa air

4. Saluran injektor

b

c

1

2

3

4

70

Tabel 3.6. Kalibrasi Debit Air

No. Beda Potensial

blower (V) Debit (lt/min)

3 75 -

4 100 0,175

5 175 0,173

6 150 2,460

7 175 2,620

8 200 3,3

9 225 3,3

10 250 3,3

3.7. Pengujian

Secara makro, pengujian terbagi dalam 2 tahap. Tahap pertama adalah,

pengujian distribusi suhu di dalam reaktor gasifikasi yang dideteksi pada seluruh

zona gasifikasi dan dinding reaktor serta pengujian producer gas pra-treatment

dengan memvariasikan suplai udara gasifikasi. Tujuan dilakukan pengujian

tersebut, untuk mendapatkan karakteristik dan peforma dari gasifier yang telah

dibuat meliputi profil temperatur masing-masing zona gasifikasi, durasi gasifikasi,

kualitas producer gas yang dicirikan dari jumlah tar, dan kondisi flame secara

visual.

Berikutnya dilanjutkan pada pengujian pembangkitan energi listrik pada

generator berbahan bakar producer gas yang telah melewati proses treatment,

dengan pengkondisian peralatan treatment producer gas (IGCS) memakai

parameter IGCS terbaik hasil pengujian yang telah dilakukan [52]. Besarnya

luaran daya dihitung dari seberapa banyak alat elektronik yang mampu dihidup-

kan berikut durasinya. Seluruh peralatan dan bahan yang digunakan untuk

penelitian dirangkum pada subbab dibawah.

71

3.7.1. Peralatan dan Bahan

3.7.1.a. Gasifier Downdraft

Gambar 3.23. Rancangan Gasifier dan Gasifier Yang Telah Jadi

Gasifier terdiri dari satu unit tabung shield dan satu unit core yang

dipasangkan secara kosentrik. Core berupa tabung, mampu menampung bahan

bakar maksi-mum hampir sebanyak 3 kg sekam padi. Pada bagian tengah core

tempat terjadinya reaksi, dibuat pengecilan penampang (throat). Ini dimaksudkan

agar dengan penampang yang kecil, kenaikan temperatur lebih cepat tercapai.

Secara keseluruhan gasifier mempunyai ukuran diameter 30 cm dengan tinggi 1,5

m. Berikutnya, dua unit blower ukuran saluran 2 1/2” berdaya masing-masing 350

W digunakan menyuplai kebutuhan udara selama gasifikasi. Penyetelan suplai

udara diatur oleh satu unit regulator 3 kVa yang di-install di blower. Untuk

menginjeksikan suplai udara gasifikasi, core dilengkapi dengan lima nosel.

Producer gas yang terbentuk selama reaksi, didorong mengalir kebawah oleh

dorongan udara bertekanan, kemudian melintas melalui bara yang ada di throat



2

3 1

6

5

Keterangan :

1. Blower

2. Tabung shield

3. Tabung core

4. Saluran masuk ke nosel

5. Throat

6. Grate

4

72

keluar melalui celah diantara tabung shield dan core. Selain itu, terdapat grate

yang berfungsi sebagai dasar penempatan bahan bakar sekaligus media untuk

membuang abu sisa gasifikasi.

3.7.1.b. Perangkat permurnian producer gas (IGCS)

`

Gambar 3.24. Integrate gas cleaning system

Integrate gas cleaning system (IGCS) dibangun atas beberapa modul

yaitu siklon, venturi scrubber, rotary separator yang dikemas dalam satu paket

dan di-install pada saluran oulet reaktor. Producer gas yang mengalir masuk

IGCS akan mengalami multi treatment, yang pertama pemisahan debu, partikel,

tar saat melintas siklon. Dilanjutkan treatment pendinginan kontak langsung

dengan fluida (air) di dalam venturi untuk memisahkan tar dari producer gas,

yang terakhir pembersihan dari pengotor menggunakan prinsip gaya sentrifugal di

dalam rotary separator.


Tugas Akhir 2012

1

2

Keterangan :

1. Siklon

2. Venturi scrubber

3. Rotary separator

4. Exhaust fan

5. Sprayer

6. IGCS

3

4

5

6

73

3.7.1.c. Regulator Tegangan

Untuk pengambilan data, digunakan tiga buah regulator yang tersam-

bung pada dua unit blower, satu unit pompa air, dan satu unit exhaust fan didalam

rotary separator. Regulator berfungsi untuk memvariasikan luaran baik debit

maupun laju aliran dari semua peralatan diatas. Tujuannya adalah, guna menge-

tahui karakteristik gasifikasi maupun daya yang dibangkitkan hasil dari interaksi

semua variabel yang divariasikan.

Gambar 3.25. Peralatan pengujian

3.7.1.d. Pompa air

Alat ini digunakan untuk mengalirkan scrubbing liquid berupa air ke

dalam venturi scrubber dimana air akan berkontak langsung dengan aliran

producer gas. Pompa panasonic GP-129JXK ini berdaya 250W, memiliki debit 30

lt/menit, dengan head 10-32 m.


Tugas Akhir 2012

Keterangan :

1. Regulator

2. Pompa air

3. Baskom

4. Stopwatch

5. Termokopel dan display

6. Timbangan dijital

1 2 3 4 5

6

74

3.7.1.e. Baskom

Baskom plastik dengan volume 25 lt dan berukuran diameter 80 cm

difungsikan untuk menampung banyak scrubbing liquid untuk dipompakan ke

venturi scrubber.

3.7.1.f. Stopwatch

Dalam pengambilan data, alat ini dipakai untuk mengukur durasi gasifi-

kasi setiap variasi laju suplai udara gasifikasi serta durasi pembangkitan listrik

pada generator.

3.7.1.g. Timbangan Dijital

Tar yang merupakan limbah dari proses gasifikasi, adalah substansi yang

harus dieliminasi sebelum producer gas diumpankan ke motor bensin penggerak

generator. Banyaknya tar tersebut dipengaruhi atas besarnya suplai udara yang

diberikan sepanjang proses gasifikasi. Untuk itu, banyaknya tar yang diproduksi

diukur dengan timbangan dijital.

3.7.1.h. Termokopel Tipe K dan Display

Termokopel dengan spesifikasi range : -50oC – 1300

oC dipergunakan

untuk mengukur temperatur pada semua zona gasifikasi, dinding core, dan aliran

producer gas dari luaran IGCS. Untuk membaca sinyal dari termokopel, alat ini

disambungkan pada display. Nilai temperatur yang tertera pada display juga dapat

diubah dalam satuan farenheit maupun kelvin dengan ketelitian satu dijit

dibelakang koma.

75

Gambar 3.26. Anemometer, genset, dan bahan bakar

3.7.1.i. Anemometer

Nilai laju aliran udara gasifikasi maupun exhaust fan diperoleh dengan

mengukur kecepatan aliran udara menggunakan anemometer yang selanjutnya

dikalikan dengan massa jenis udara dan ukuran saluran yang dilaluinya.

3.7.1.j. Generator Bensin

Producer gas yang telah di-treatment diperuntukan untuk menghidupkan

motor bensin penggerak generator. Untuk percobaan ini, dipakai genset dengan

daya output 1500W dengan dilengkapi saluran modifikasi penyuplai producer gas

dan udara masuk kedalam intake manifold. Saluran tersebut berbentuk pipa Y dari

material stainless steel dengan ukuran pipa 1 inch.

SYNGAS

UDARA



3 1 2

Keterangan :

1. Anemometer

2. Genset

3. Saluran suplai

4. Arang kayu

5. Arang kelapa

6. Sabut kelapa

7. Sekam padi

8. Minyak tanah

9. Batok kelapa

4 5 6

7 8 9

76

3.7.1.k. Bahan Bakar

Penggunaan bahan bakar terdiri atas arang kayu, arang kelapa, batok

kelapa dan sabutnya, serta bahan bakar gasifikasi yaitu sekam padi dengan

spesifikasi pada tabel 3.7. Arang dan batok kelapa merupakan bahan bakar

promotor awal atau ignisi. Sedangkan minyak tanah dipakai sebagai katalis untuk

proses pembakaran ketahap selanjutnya, terutama setelah sekam padi dimasukan

kedalam gasifier.

Tabel 3.7 Hasil analisa proximate dan ultimate sekam padi [49]

Analisis Unit Basis Nilai

PROXIMATE

Fixed carbon % Dry base 19,9

Volatile matter % Dry base 60,6

Ash % Dry base 19,5

ULTIMATE

Carbon % Dry base 38,1

Hidrogen % Dry base 4,7

Oksigen % Dry base 29,3

Nitrogen % Dry base 1,5

Sulfur % Dry base 0,1

Moisture % Dry base 8,9

Ash % Dry base 17,4

3.7.2. Prosedur Pengujian

3.7.2.a Pengujian Profil Temperatur Gasifier dan Kualitas Producer Gas Pra-

Treatment

Set-up Bahan Bakar

Persiapan yang dilakukan untuk arang adalah mengkondisikan

ukurannya menjadi seragam. Karena sifatnya yang cepat menjadi bara atau

mudah untuk dibakar, arang kelapa digunakan untuk mempercepat

pembakaran di dasar gasifier. Arang kelapa dikondisikan pada ukuran

50x50 mm, dan tebal berkisar 5-7 mm. Untuk arang kayu ukurannya

77

disesuaikan menjadi 70x70 mm dengan tebal berkisar 50 mm. Arang kayu

nantinya memudahkan pembakaran dalam waktu yang relatif lebih lama

dibanding arang kelapa.

Batok kelapa dihancurkan menjadi sekitar 70x70 mm, dengan

seluruh serabut dipisahkan dari batok dan dibuat terurai. Sekam padi yang

dipakai umumnya berasal dari usaha penggilingan padi, dan sekam wajib

dipastikan dalam kondisi bersih, tidak terinjak-injak, serta kering. Untuk

menjaga agar tetap kering, bahan bakar disimpan di dalam karung dan

diletakkan pada tempat teduh.

Persiapan Awal (10-15 menit)

Menimbang arang kayu dan kelapa yang telah disesuaikan ukurannya

sebanyak 1 kg. Kemudian menimbang sekam padi sebanyak 1,5 kg,

seluruh bahan bakar disiapkan ke dalam karung yang siap untuk diambil.

Memasangkan dua blower berukuran saluran ϕ 2 1/2 inch untuk menyuplai

udara gasi-fikasi pada port yang telah dibuat di reaktor. Pastikan katup

pengatur debit pada blower terbuka sempurna, dan blower pada kondisi

off.

Menghubungkan kabel daya blower pada regulator yang dipakai untuk

mengatur debit udara yang dialirkan. Selanjutnya mengatur setelan tega-

ngan regulator pada 0 V.

Membuka tutup gasifier dengan mengendurkan lengan pengunci, lalu

melepas tutup tersebut dari gasifier. Selanjutnya pasangkan lembaran

alumunium foil yang dilipat setebal ± 10 mm pada permukaan bawah tutup

78

gasifier. Lembaran alumunium tersebut difungsikan sebagai seal untuk

mencegah producer gas merembes keluar melalui tutup gasifier. Terakhir

mem-biarkan gasifier terbuka untuk memasukan bahan bakar.

Mengendurkan baut penutup yang dipasangkan pada lubang port termo-

kopel di reaktor untuk mengukur temperatur masing-masing zona gasif-

kasi dan temperatur dinding core gasifier.

Pada pengujian ini, IGCS (perangkat pemurnian gas), dan genset tidak di-

install pada gasifier.

Menyiapkan termokopel tipe K yang sudah terhubung pada display.

Menyiapkan wadah tertutup yang dinding dibagian dalamnya dilapisi

alumunium foil lalu memasangkannya dengan dibaut pada saluran keluar

syngas pada reaktor.Wadah ini dipakai untuk menangkap tar yang dibawa

aliran producer gas.

Pembakaran Awal (+30 menit)

Memasukan arang kelapa dan arang kayu dari dasar permukaan reaktor

(grate) hingga permukaan atas throat sebanyak 1 kg. Selanjutnya menam-

bahkan batok kelapa dan diatasnya diberikan sabut kelapa sampai hampir

dibawah permukaan nosel.

Siram sedikit minyak tanah kedalam gasifier, dan gunakan kertas atau

sabut kelapa sebagai penyulut proses pembakaran.

Menunggu sesaat, hingga bahan bakar tersebut mulai terbakar. Kemudian

menghidupkan blower dengan mengatur regulator pada 250 V, untuk

mempercepat proses transformasi bahan bakar menjadi bara seutuhnya.

79

Jika nyala api padam, melakukan penyulutan berulang hingga api dapat

membakar arang.

Setelah 20 menit buka port pengukuran nomor 3 dengan cara melepaskan

baut penutup, lalu masukan termokopel hingga masuk kedalam throat.

Apabila temperatur bahan bakar di dalam throat telah mencapai 700-

800oC, matikan seluruh blower dan putar regulator pada 0V.

Gambar 3.27. Tampak atas gasifier setelah diisi arang dan kelapa

Ignisi (Penyalaan) Producer Gas

Menambahkan sekam padi kedalam reaktor, setelah itu menutup gasifier,

dan mengunci rapat tutup tersebut dengan cara mengencangkan poros

penekan tutupnya.

Menghidupkan seluruh blower lalu menyetel regulator pada setelan 100

V, dan menunggu ± 3-5 menit hingga muncul asap pekat kehijauan keluar

dari saluran keluar producer gas di gasifier.



a

b

b

c

1

2

3

4

Keterangan :

a. Batas atas peletakan

sekam

b. Batas atas peletakan

batok dan sabut kelapa

c. Batas atas dan bawah

peletakan arang

Titik pengambilan data

Temperatur

1. Zona pengeringan

2. Zona pirolisis

3. Zona Oksidasi

4. Zona reduksi

a

80

Memastikan apakah asap tersebut mampu dibakar dengan cara dipantik

menggunakan obor. Jika terbakar, kepekatan asap menandakan banyak ter-

dapat komponen mampu bakar pada producer gas.

Menghidupkan stopwatch untuk mulai menghitung lamanya gasifikasi

berlangsung.

Membakar producer gas yang keluar, lalu flame yang terbentuk diambil

visualisasinya menggunakan kamera dijital.

Pengukuran Profil Temperatur

Seraya mengambil image dari flame, port termokopel nomor 1 dibuka lalu

memasukan termokopel hingga menyentuh dinding tabung core.

Menunggu hingga nilai yang tertera pada display konstan, dan mencatat

temperatur dinding gasifier pada zona pengeringan.

Memasukan termokopel menembus tabung core, menunggu hingga nilai

pada display steady, dan mencatat temperatur pada zona pengeringan.

Mencabut termokopel setelah itu tutup kembali port pengukuran nomor 1.

Melakukan langkah yang serupa untuk mengukur temperatur dinding core

serta zona gasifikasi pada zona pirolisis, oksidasi, dan reduksi.

Melakukan pembacaan dan pencatatan distribusi atau profil temperatur

yang tertera pada display setiap 5 menit sekali.

Selesai Pengujian

Jika asap putih sudah banyak sekali keluar dari gasifier, stopwatch dimati-

kan namun blower tetap dihidupkan untuk membuang residu dan asap

yang masih tersisa di dalam reaktor.

81

Setelah ±10 menit, mematikan seluruh blower mencabut stop kontak, lalu

melepaskan dari konektor ke dalam gasifier.

Membuka tutup gasifier agar suhu di dalam reaktor menurun, lalu men-

diamkan ± dua jam. Jika kondisi reaktor sudah mulai dingin dan bara

sudah tidak ada, abu sisa pembakaran dikeluarkan dengan mengguncang-

kan grate dan dibuang melalui lubang pembuangan pada reaktor.

Melepaskan wadah penampung tar dari reaktor, lalu membuka penutup-

nya. Melepaskan aluminium foil di dinding bagian dalam wadah, kemu-

dian mengeringkan tar yang menempel di alumunium. Tar yang sudah

mengering, ditimbang dan dicatat berat keringnya sesuai yang tertera pada

timbangan dijital.

Pengulangan Pengujian

Melakukan kembali pengujian dengan mengulang langkah set-up bahan

bakar, hingga langkah selesai pengujian. Hal yang berbeda hanya saat

tahap ignisi, regulator yang dipasang ke blower disetel pada 175V dan

250V untuk pengambilan data profil temperatur producer gas dan kualitas

producer gas pre-treatment sebanyak dua kali.

3.7.2.b Pengujian Pembangkitan Energi Lisrik Dengan PLTB

Set-up Bahan Bakar

Sama seperti pengujian sebelumnya, bahan bakar yang dipakai masih

serupa dengan pengkondisian yang sama pula.

82

Persiapan Awal (30 menit)

Menimbang arang kayu dan kelapa yang telah disesuaikan ukurannya

sebanyak 1 kg. Kemudian menimbang sekam padi sebanyak 1,5 kg, selu-

ruh bahan bakar disiapkan ke dalam karung yang siap untuk diambil.

Memasangkan dua blower kembali untuk menyuplai udara gasifikasi pada

port yang telah disediakan. Pastikan kembali katup pengatur debit pada

blower terbuka sempurna, dan blower pada kondisi off.

Menghubungkan semua kabel daya blower pada regulator untuk blower,

pastikan setelan regulator pada 0 V.

Membuka tutup gasifier dengan mengendurkan lengan pengunci, lalu

melepaskannya dari gasifier. Selanjutnya pasangkan kembali lembaran

alumunium foil setebal ± 10 mm pada permukaan bawah tutup gasifier.

Terakhir, membiarkan dulu gasifier terbuka untuk memasukan bahan

bakar.

Mengendurkan baut penutup port termokopel nomor 3 di reaktor untuk

mengukur temperatur zona oksidasi.

Menyiapkan siklon, venturi scrubber, rotary separator, lalu menggabung-

kannya menjadi satu paket IGCS. Selanjutnya, mengecek kembali apakah

pada setiap sambungan ada kebocoran. Apabila terdapat kebocoran, oles-

kan red silikon di permukaannya, dan mengencangkan kembali baut yang

belum dikencangkan.

Memasangkan IGCS pada saluran luaran producer gas, dengan diikat

menggunakan baut pada flange-Nya.

Menyiapkan pompa air, lalu menyambungkan pompa ke venturi scrubber.

83

Gambar 3.28. Instalasi Pengujian Pembangkitan Daya

Menyiapkan baskom, dan mengisi penuh baskom tersebut dengan air.

Baskom ditempatkan di bawah instalasi pompa air. Menyiapkan juga

baskom untuk menampung limbah air buangan venturi.

Menghubungkan kabel pompa air ke regulator, selanjutnya menyetel

regulator tersebut pada 0 V.

Menghubungkan juga kabel exhaust fan pada rotary separator ke regu-

lator yang disediakan, dan posisikan setelan pada 0V.

Menyiapkan genset dan memasangkan selang dari salah satu pipa saluran

masukan pada genset ke luaran IGCS.

Menyambungkan instalasi bola lampu untuk mengukur daya luaran, ke

steker yang terdapat di genset.



Keterangan

1. Regulator blower 2. blower

3. Regulator pompa

4. Gasifier 5. IGCS

5

6

7

7

4

1

3

2 8

9

6. Genset

7. Instalasi bola lampu

8. Pompa air venturi scrubber 9. Baskom

84

Pembakaran awal (+30 menit)

Memasukan arang kelapa dan arang kayu dari dasar permukaan reaktor

(grate) sebanyak 1 kg sampai batas yang terlihat pada gambar 3.27.

Kemudian menambahkan batok kelapa dan diatasnya diberikan sabut

kelapa.

Menyiram sedikit minyak tanah ke dalam gasifier, dan gunakan kertas

atau sabut kelapa sebagai penyulut proses pembakaran.

Menunggu sesaat, hingga bahan bakar tersebut mulai terbakar. Kemudian

menghidupkan blower dengan menyetel regulator pada 250 V, untuk

mempercepat transformasi bahan bakar menjadi bara seutuhnya.

Apabila nyala api padam, melakukan penyulutan berulang hingga api

dapat membakar arang.

Setelah 20 menit buka port pengukuran nomor 3, lalu memasukan

termokopel hingga masuk kedalam throat. Apabila temperatur bahan

bakar di dalam throat telah mencapai 700-800oC, matikan seluruh blower

dan putar regulator pada 0V.

Pembangkitan Energi Listrik

Menambahkan sekam padi kedalam reaktor,kemudian menutup gasifier,

lalu mengunci rapat tutup reaktor.

Menghidupkan seluruh blower lalu menyetel regulator pada 100 V, dan

menunggu ± 3-5 menit hingga timbul asap pekat kehijauan keluar dari

saluran keluar producer gas di gasifier.

85

Memastikan apakah asap tersebut mampu dibakar dengan memantik dari

ujung selang. Jika terbakar, kepekatan asap menandakan banyak terdapat

komponen mampu bakar pada producer gas.

Menghidupkan pompa air venturi scrubber serta menghidupkan exhaust

fan dengan menyetel kedua regulator di 250 V. Parameter merupakan

referensi dari hasil pengujian IGCS optimum yang telah dilakukan [53].

Menyambungkan kembali selang ke pipa saluran bahan bakar pada genset.

Mengecilkan bukaan katup bahan bakar dan membuka penuh katup udara.

Setelah itu men-starter genset seraya mengatur bukaan katup bahan bakar

hingga genset bekerja.

Setelah genset bekerja, hidupkan stopwatch dan menghidupkan instalasi

lampu.

Mencatat durasi genset bekerja dan jumlah lampu yang menyala.

Apabila genset sudah tidak bekerja lagi, artinya kandungan gas mampu

bakar sudah sangat minim untuk dibakar di ruang pembakaran. Matikan

stopwatch untuk menghentikan pengukuran.

Melepaskan selang bahan bakar dari genset, mematikan pompa sekaligus

exhaust fan.

Membiarkan blower tetap menyala untuk membuang residu dan asap yang

masih tersisa di dalam reaktor.

Selesai pengujian

Setelah ±10 menit, mematikan seluruh blower, mencabut stop kontak, lalu

mencabutnya dari konektor ke reaktor.

86

Membuang limbah air dari proses scrubbing yang tertampung pada wadah.

Membuka tutup gasifier agar temperatur di dalam reaktor menurun, dan

mendiamkan ± 2 jam. Apabila reaktor sudah mulai dingin dan bara sudah

tidak ada, abu sisa pembakaran dikeluarkan dengan menggoyangkan grate

dan dibuang melalui lubang pembuangan.

Mengisi kembali baskom penampung air untuk pengujian berikutnya.

Pengulangan pengujian

Melakukan kembali pengujian dengan langkah yang serupa. Akan tetapi

pada langkah pembangkitan energi listrik, blower suplai udara gasifikasi

disetel pada 175V setelah itu 250V.

Documents

III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitiandigilib.unila.ac.id/6848/14/BAB III. METODOLOGI PENELITIAN.pdf · Pengolahan data menjadi grafik C ... Perancangan PLTB 3.3.1