studi& perancangan& alat pengering biomassa& …

12
Universitas Indonesia 1 STUDI PERANCANGAN ALAT PENGERING BIOMASSA DENGAN PEMANFAATAN GAS PANAS HASIL PEMBAKARAN DI FLUIDIZED BED COMBUSTOR (FBC) Dr. Ir. Adi Surjosatyo, M. Eng.; Prayudi Satriavi ; Dennis Adriansyah R. Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia Artikel Info A B S T R A K Januari 2013 Begitu besar potensi energi non fosil yang ada di Indonesia, salah satunya adalah energi biomassa. Sumber energi inilah yang digunakan pada system Fluidized Bed Combustor (FBC) di Universitas Indonesia. Tetapi pada system ini masih memiliki kekurangan yaitu temperature keluar yang masih begitu tinggi dan belum dimanfaatkan. Seperti yang kita ketahui bahwa semakin tinggi temperature keluar dari suatu system pembakaran maka efisiensi semakin rendah. System FBC UI selama ini memiliki temperature keluar sekitar 400 o C – 500 o C. Oleh karena itu energi panas yang masih besar tersebut ingin dimanfaatkan untuk pengeringan biomassa. Desain pengering ini menggunakan data saat kondisi self sustained combustion selama 1 jam dengan memasukkan bahan bakar daun kering yang laju pengumpanannya sebesar 30 kg per jam. Kapasitas pengeringan yang didapatkan adalah sekitar 18 kg daun per hari. Dengan desain pengering tersebut diharapkan terjadinya system yang kontinyu pada FBC UI dan system tersebut lebih ramah lingkungan dan efisien. Kata Kunci: Fluidized Bed Combustor, efisiensi, Pengeringan biomassa, self sustained combustion, daun kering. 1. Pendahuluan Energi biomassa di Indonesia memiliki cadangan sekitar 49810 MWe tetapi baru dimanfaatkan sekitar 445 MWe. Nilai itu baru sekitar 0.89 % dari total energy yang tersedia. Memperhatikan hal tersebut tentunya energi biomassa harus ditingkatkan penggunaaannya. Ini dikarenakan selain belum tereksplorasi secara maksimal, energi biomassa juga memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan energi lain. Keunggulan pertama adalah sifat dari energi biomassa yang dapat diperbaharui secara terusmenerus, energi ini juga lebih ramah lingkungan. Emisi gas buang hasil pembakaran energi biomassa lebih rendah terutama jika diperhatikan dari karbondioksida. Seperti yang kita tahu karbondioksida merupakan factor utama dalam proses pemanasan global. Oleh karena itu, perlu dilakukan pengolahan biomassa agar dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi. Teknologi pembakaran yang digunakan harus simpel, efisien, tidak menimbulkan gangguan terhadap lingkungan sekitar, serta biaya instalasinya relatif tidak terlalu mahal. Teknologi yang memenuhi kriteria tersebut adalah Fluidized bed combustor (FBC). Studi perancangan…, Prayudi Satriavi, FT UI, 2013

Upload: others

Post on 05-Oct-2021

5 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: STUDI& PERANCANGAN& ALAT PENGERING BIOMASSA& …

   

Universitas Indonesia 1

STUDI   PERANCANGAN   ALAT   PENGERING   BIOMASSA  

DENGAN   PEMANFAATAN   GAS   PANAS   HASIL  

PEMBAKARAN  DI  FLUIDIZED  BED  COMBUSTOR  (FBC)  

 

 Dr.  Ir.  Adi  Surjosatyo,  M.  Eng.;  Prayudi  Satriavi  ;  Dennis  Adriansyah  R.    Departemen  Teknik  Mesin,    Fakultas  Teknik,  Universitas  Indonesia    

A    r    t    i    k    e    l      I    n    f    o  

 A      B      S      T      R      A      K  

Januari  2013      

Begitu   besar   potensi   energi   non   fosil   yang   ada   di   Indonesia,  salah   satunya   adalah   energi   biomassa.   Sumber   energi   inilah   yang  digunakan  pada  system  Fluidized  Bed  Combustor  (FBC)  di  Universitas  Indonesia.   Tetapi   pada   system   ini   masih   memiliki   kekurangan   yaitu  temperature  keluar  yang  masih  begitu  tinggi  dan  belum  dimanfaatkan.  Seperti   yang   kita   ketahui   bahwa   semakin   tinggi   temperature   keluar  dari  suatu  system  pembakaran  maka  efisiensi  semakin  rendah.  System  FBC  UI  selama  ini  memiliki  temperature  keluar  sekitar  400  oC  –  500  oC.  Oleh   karena   itu   energi   panas   yang   masih   besar   tersebut   ingin  dimanfaatkan   untuk   pengeringan   biomassa.   Desain   pengering   ini  menggunakan   data   saat   kondisi   self   sustained   combustion   selama   1  jam   dengan   memasukkan   bahan   bakar   daun   kering   yang   laju  pengumpanannya  sebesar  30  kg  per   jam.  Kapasitas  pengeringan  yang  didapatkan   adalah   sekitar   18   kg   daun   per   hari.   Dengan   desain  pengering   tersebut  diharapkan   terjadinya  system  yang  kontinyu  pada  FBC  UI  dan  system  tersebut  lebih  ramah  lingkungan  dan  efisien.    

Kata  Kunci:    

Fluidized  Bed  Combustor,    efisiensi,  

 

Pengeringan  biomassa,  self  sustained  combustion,  daun  kering.  

 

 

 

 

   1 . Pendahuluan  

 Energi   biomassa   di   Indonesia  

memiliki   cadangan   sekitar   49810   MWe  tetapi   baru   dimanfaatkan   sekitar   445  MWe.   Nilai   itu   baru   sekitar   0.89   %   dari  total   energy   yang   tersedia.  Memperhatikan   hal   tersebut   tentunya  energi   biomassa   harus   ditingkatkan  penggunaaannya.   Ini   dikarenakan   selain  belum   tereksplorasi   secara   maksimal,  energi   biomassa   juga   memiliki   beberapa  keunggulan  dibandingkan  dengan     energi  lain.  Keunggulan  pertama  adalah  sifat  dari  energi  biomassa  yang  dapat  diperbaharui  secara   terus-­‐menerus,   energi   ini   juga  lebih   ramah   lingkungan.   Emisi   gas   buang  

hasil   pembakaran   energi   biomassa   lebih  rendah   terutama   jika   diperhatikan   dari  karbondioksida.   Seperti   yang   kita   tahu  karbondioksida   merupakan   factor   utama  dalam   proses   pemanasan   global.   Oleh  karena   itu,   perlu   dilakukan   pengolahan  biomassa   agar   dapat   dimanfaatkan  sebagai   sumber   energi.   Teknologi  pembakaran   yang   digunakan   harus  simpel,   efisien,   tidak   menimbulkan  gangguan   terhadap   lingkungan   sekitar,  serta   biaya   instalasinya   relatif   tidak  terlalu  mahal.   Teknologi   yang  memenuhi  kriteria   tersebut   adalah   Fluidized   bed  combustor  (FBC).  

Studi perancangan…, Prayudi Satriavi, FT UI, 2013

Page 2: STUDI& PERANCANGAN& ALAT PENGERING BIOMASSA& …

   

Universitas Indonesia 2

Fluidized   Bed   Combustor   (FBC)  merupakan   salah   satu   teknologi  pembakaran   yang   mempunyai  keunggulan   mengkonversi   berbagai   jenis  bahan   bakar   baik   sampah,   limbah,  biomassa   ataupun   bahan   bakar   fosil  berkalori   rendah.   Teknologi   ini  menggunakan   konsep   turbulensi   benda  padat   yang   terjadi   pada   proses  pembakaran,   dimana   dalam   mekanisme  pembakarannya   tersebut   terjadi  perpindahan   panas   dan   massa   yang  tinggi.      

Fluidized  Bed  Combustor  (FBC)  di   Universitas   Indonesia   merupakan   unit  teknologi   pemanfaatan   limbah   yang  masih   dalam   pengembangan.  Temperature   keluar   dari   system   FBC   UI  masih   tinggi   dan   belum   dimanfaatkan.  Selama   ini  bahan  bakar  dari  FBC  UI  yaitu  daun   kering   masih   dikeringkan   dengan  cara   dijemur   di   bawah   sinar   matahari.  Oleh  karena  permasalahan  itu  dibutuhkan  sebuah   system   pengeringan   untuk   bahan  bakar.   System   pengeringan   tersebut  memanfaatkan   panas   hasil   pembakaran  dari   fluidized   bed   combustor.   Sehingga  dengan   terciptanya   system   pengeringan  tersebut,   proses   pembakaran  menggunakan   fluidized   bed   combustor  jadi   berkelanjutan   dan   gas   buang   hasil  proses   pembakaran   menggunakan  fluidized   bed   combustor   menjadi   lebih  ramah  lingkungan.  

 2 . Eksperimen  

 2.1 Bahan  Bakar  Biomassa  

Ada   2   bahan   bakar   biomassa   yang  digunakan   sebagai   bahan   bakar   pada  penelitian   ini,  yaitu:  cangkang  kelapa  dan  daun  kering.    

Cangkang   kelapa   digunakan   saat  proses   pemanasan   awal   sampai  terjadinya   kondisi   self   sustained  combustion.   Cangkang   kelapa   yang  digunakan  pada  Fluidized  Bed  Combustor  (FBC)   Universitas   Indonesia   perlu  dihancurkan   agar   menjadi   ukuran   kecil  

menggunakan   mesin   pencacah.   Menurut  penelitian   (Nanda   Prima,   2011)  penggunaan  tempurung  kelapa  ukuran  1  x  1   cm   sebagai   pemanasan   awal   lebih   baik  dalam  hal  tingkat  kestabilan  temperatur    

 Gambar  1.  Cangkang  Kelapa  

Sedangkan   daun   kering  digunakan  sebagai  bahan  bakar  pada  saat  self   sustained   combustion.   Daun   yang  didapatkan   dari   sekitar   hutan   kota  kampus   UI   Depok   dihancurkan   terlebih  dahulu   supaya   lebih   cepat   proses  pengeringannya.   Karena   daun   tidak  semuanya   kering   sehingga   sebelum  digunakan  perlu  dikeringkan  dengan  cara  dijemur   di   panas   matahari   lebih   dahulu.  Atau  sun  drying.  

Gambar  2.  Daun  Kering  

2.2 Pasir  Pasir   yang   digunakan   sebagai  

hamparan  (bed)  FBC  UI  adalah  jenis  pasir  silika.   Pemilihan   pasir   sangat   penting  karena   sangat   berpengaruh   terhadap  hasil  dari  penelitian  ini.  

 

Studi perancangan…, Prayudi Satriavi, FT UI, 2013

Page 3: STUDI& PERANCANGAN& ALAT PENGERING BIOMASSA& …

   

Universitas Indonesia 3

                                               

                                           

 

Gambar  3.  Skematik  Fluidized  Bed  Combustor  

Proses   fluidisasi   akan   berhasil  jika   pemilihan   pasir   ini   sudah   tepat.  Menurut   penelitian   (Azmi   Muntaqo,  2011)   pasir   silika   dengan   ukuran   mesh  20-­‐40   memiliki   temperatur   lebih   tinggi  pada  kondisi  kerja    

 Tabel  1  Sifat  Fisik,  Termal,  dan  Mekanik  

Pasir  Silika  

Properties   Silica  Sand  

Particle  density  (  kg/m3  )   2600  Bulk  density  (  kg/m3  )   1300  Thermal  conductivity  (  Wm-­‐1K  )   1.3  Tensile  strength  (  MPa  )   55  Compressive  strength  (  MPa  )   2070  Melting  point  (  oC  )   1830  Modulus  of  elasticity  (  GPa  )   70  Thermal  shock  resistance   Excellent  

                     

Gambar  4.  Pasir  Silika  yang  Digunakan  pada  FBC  UI  

2.3 Termokopel  Terdapat   6   buah   termokopel   yang  

dipasang   pada   furnace.   Dengan   mengacu  pada  distributor,  termokopel  ditempatkan  dengan  konfigurasi  sebagai  berikut:  T1  =  31,5  cm  dibawah  distributor  T2  =  3,5  cm  diatas  distributor  T3  =  24,5  cm  diatas  distributor  T4  =  63,5  cm  diatas  distributor  T5  =  144,5  cm  diatas  distributor  T6  =  219,5  cm  diatas  distributor    2.4 Prosedur  Pengujian  

Setelah   semua   bahan   bakar   siap  dan   seluruh   peralatan   telah   terhubung,  Blower   tiup   (Forced   Draft   Fan)   dan  blower   hisap   (induced   draft   fan)  

T6   T5  

T4  

T3  

T2  

T1  T7  

Studi perancangan…, Prayudi Satriavi, FT UI, 2013

Page 4: STUDI& PERANCANGAN& ALAT PENGERING BIOMASSA& …

   

Universitas Indonesia 4

dihidupkan.   Setelah   itu   burner   juga  dihidupkan.   7-­‐10   menit   setelah   burner  dihidupkan   dan   ketika   temperaturnya  telah   stagnan,   dimulai   pemasukan   bahan  bakar   menggunakan   tempurung   kelapa  sebagai  pemanasan  awal.    

Pemasukan   bahan   bakar  meningkat   secara   perlahan   dari   0,25   –   1  kg.   Setelah   mencapai   kondisi   dimana  hamparan  pasir  (bed)  yang  telah  berubah  warna   menjadi   merah   menyala   seperti  lava   bergolak   membara   yang   disebut  dengan   self   sustained   combustion   maka  burner   dimatikan.   Setelah   itu   dimulai  

pemasukan   bahan   bakar   menggunakan  daun   kering   dengan   laju   pemasukan  bahan   bakar   tetap   sebesar   0,25   kg/1/2  menit.   Mulai   dari   burner   dihidupkan  sampai   dengan   selesai   percobaan,   semua  data  disimpan  dengan  menggunakan  data  acquisition  (DAQ).  

             

Tata  Kata                      

         

         

   T  o,f   Temperature  keluar  furnace  

 Ein   Energi  yang  dimasukkan  

T  i   Temperature  masuk  pengering    

Eout   Energi  keluar  LHV   nilai  kalor  bawah  bahan  bakar  

 ṁk laju  massa  daun  kering  

T   tebal  daun    

ṁb   laju  massa  daun  basah  Kaw   kadar  air  awal  

 Ḃk   Beban  kebasahan  

Kak   kadar  air  akhir    

To   temperature  keluar  pengering  L   panjang  daun  

 ΔT   Selisih  temperature  

W   lebar  daun    

V   volume  daun  C   kalor  jenis  

 A   luas  permukaan  daun  

ɳ   efisiensi  fbc    

Vdaun/s   volume  partikel  daun  per  detik  T∞   Temperature  ruang  pengering  

 N   number  of  leaf's  particle  

Taw   Temperature  daun  basah    

hfg   enthalpy  pembentukan  gas  

Tak   Temperature  daun  kering    

Pakhir  tekanan  air  jenuh  saat  menguap  

Ρ   massa  jenis  daun    

Qs  daun   kalor  sensibel  daun  ṁ   laju  pengumpanan  

 Qs  air   kalor  sensibel  air  

T   temperature    

Ql  air   kalor  laten  air  RH   relative  humidity  

 H   Enthalpy  

V   volume  specific    

W     humidity  ratio  Dab,  T   Difusivitas  massa  

 Sc   Schmidt  Number  

Psat  70  Tekanan  uap  cair  jenuh  pada  70  oC  

 P∞   Tekanan  ambient  

ρakhir   massa  jenis  akhir    

R   konstanta  gas  ideal  hm   koefisien  perpindahan  massa  

 Sh   Sherwood  Number  

Nu   Nusselt  Number    

Pr   Prandtl  Number  H   koefisien  perpindahan  panas  

 Bi   Biot  Number  

Fo   Fourier  Number                3. Hasil  dan  Analisis    

Dengan   data   yang   diketahui  sebagai  berikut  :    

 

Tabel  2  Data  yang  Diketahui  Diketahui  

T  4   478  oC  T  5   258  oC  LHV   4334  kCal  /  kg  

Studi perancangan…, Prayudi Satriavi, FT UI, 2013

Page 5: STUDI& PERANCANGAN& ALAT PENGERING BIOMASSA& …

   

Universitas Indonesia 5

0  

100  

200  

300  

400  

500  

600  

700  

800  

900  

1000  

1   3   5   7   9  11  13  15  17  19  21  23  25  27  29  31  33  35  37  39  41  43  45  47  49  51  53  55  57  59  61  63  65  67  69  71  73  75  

T1  

T2  

T3  

T4  

T5  

T6  

T7  

Waktu  (menit)  

Grafik  Pembakaran  Daun    Setelah  Self  Sustained  Combus1on  Selama  1  Jam  

Tempe

rature  (oC)  

     t   0.5  mm    Kaw   79.38  %  Kak   20  %  L   20  mm  W   5  mm  Cp   3.22  kJ  /  kg  oC  ɳ   60  %  Taw   36.3  oC  Tak   30.4  oC  ρ   150  kg  /  m3  ṁ   30  kg  per  jam  

 Distribusi   Temperature   rata-­‐rata  

yang  didapat  dari  percobaan  pada  ketujuh  

titik   selama   satu   jam   setelah   kondisi   self  

sustained  combustion  adalah  :  

               

Tabel  3      

3.1 Pemilihan  Jenis  Pengering  Jenis  pengering  yang  kami  ambil  adalah  tray  drying.  Dengan  ketentuan  sebagai  berikut  :  

• Daun  yang  akan  dikeringkan  ditaruh  di  atas  semacam  nampan  yang  terbuat  dari  plat  besi  setebal  2  mm.  

 

 Gambar   5.   Grafik   pembakaran   daun   setelah   self   sustained   combustion   selama   1   jam  

Self  Sustained  Combustion  

Thermocouple   Temperature  Rata-­‐rata  (oC)  

T1   40.28115789  T2   563.9430294  T3   771.5896053  T4   478.4301797  T5   258.3792632  T6   196.0708421  T7   188.9734342  

Studi perancangan…, Prayudi Satriavi, FT UI, 2013

Page 6: STUDI& PERANCANGAN& ALAT PENGERING BIOMASSA& …

   

Universitas Indonesia 6

• Nampan   yang   sudah   terisi   daun  dimasukkan   ke   dalam   suatu   lemari  atau   ruang   pengering.   Da   lam   ruang  pengering  tersebut  bisa  diisi  beberapa    nampan   tergantung   dimensi   yang  diinginkan.  

• Ruang   pengering   memiliki   inlet   dan  outlet   sebagai   tempat   masuk   dan  keluarnya   udara   sebagai   media  pengering.  

• Sumber   kalor   yang   digunakan   adalah  gas   hasil   pembakaran   Fluidized   Bed  Combustor.  

3.2 Efisiensi  FBC  UI  Dengan   efisiensi   dari   Fluidized  

Bed   Combustor   di   Universitas   Indonesia  sekitar   60%   dan   Lower   Heating   Value  (LHV)   dari   daun   berdasarkan   Tekmira  adalah  4334  kCal  /  kg  atau  18145.59  kJ  /  kg  maka  daya  yang  dikeluarkan  oleh  alat  ini  bisa  dihitung  menggunakan  :  

!   =  !"#   −  !"#$

!"#  

!!"#  =  60.48  !"  

3.3 Perhitungan  Kerugian  Panas  Dengan  adanya  jarak  dari  T4  ke  

T5   (temperature   sebelum   masuk   ruang  

pengering)  sebesar  10237.25  mm  berarti  

ada  kerugian  panas  yang  terjadi.  Kerugian  

panas   tersebut   menyebabkan   daya   atau  

energi   yang   dihasilkan   pada   perhitungan  

sebelumnya  mengalami  penurunan  nilai.    

Perhitungan   kerugian   panas  

diasumsikan  sebagai  berikut  :  

1) Kondisi  tunak.  

2) Constant  properties.  

3) Ideal  gas  behavior.  

4) Disipasi   viskos   dan   variasi  

tekanan  diabaikan.  

5) Hambatan   dinding   pipa  

diabaikan.  

6) Koefisien  perpindahan  panas  di  

luar  pipa  seragam.  

7) Jarak   dari   T4   ke   T5   dianggap  

sebagai   pipa   yang   panjang   dan  

berdiameter  sama.  

Dari   pengamatan   kami   oksigen  

yang  masih  besar  jumlahnya  dikarenakan  

banyak  udara  yang  ikut  terhisap  ke  dalam  

sistem   sebelum   idf   seperti   dari   feeder,  

dan   yang   terutama   adalah   dari   cyclone.  

Karena   kami   merasakan   hisapan   yang  

besar  saat  kami  memegang  lubang  bagian  

bawah  cyclone.  

Dari   data-­‐data   yang   kami  

dapatkan  di  atas,  kami  mendapatkan  nilai  

kalor  jenis  (cp)  untuk  pengambilan  data  A  

sebesar  1.049  kJ  /  kg  K,  sedangkan  untuk  

pengambilan   data   kedua   yaitu   B  

didapatkan  kalor   jenis  sebesar  1.050  kJ  /  

kg   K,   dan   yang   pengambilan   data   ketiga  

yaitu   C   didapatkan   kalor   jenis   sebesar  

1.049  kJ  /  kg  K.  Kami  menggunakan  nilai  

rata-­‐rata   dari   ketiga   data   tersebut   untuk  

digunakan   pada   perhitungan   kami.   Yaitu  

nilai  kalor  jenis  (cp)  sebesar  1.050  kJ  /  kg  

K.  

Di   atas   terlihat   jumlah   oksigen  

yang   tidak   jauh   berbeda.   Tetapi   jumlah  

CO   dan   temperature   inlet   berbeda.   Dari  

pengamatan   kami   oksigen   yang   masih  

besar   jumlahnya   dikarenakan   banyak  

udara  yang  ikut  terhisap  ke  dalam  sistem  

sebelum   idf   seperti  dari   feeder,  dan  yang  

terutama   adalah   dari   cyclone.   Karena  

kami  merasakan  hisapan  yang  besar   saat  

kami   memegang   lubang   bagian   bawah  

cyclone.    

Studi perancangan…, Prayudi Satriavi, FT UI, 2013

Page 7: STUDI& PERANCANGAN& ALAT PENGERING BIOMASSA& …

   

Universitas Indonesia 7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gambar  6  Skema  gas  analyzer  dan  

kebocoran  yang  terjadi  

Dari   data-­‐data   yang   kami  

dapatkan   di   atas,   kami   memutuskan  

menggunakan   kalor   jenis   (cp)   udara,  

karena   kemiripan   karakteristik  

pembacaan   gas   analyzer   saat   dilakukan  

kalibrasi  maupun  pengambilan  sampel.  

Kalor   jenis   udara   yang  

digunakan   adalah   saat   Tm   yaitu  

temperature  rata-­‐rata  antara  2  titik,  yaitu  

:  

!! =  !! +  !!

2  

!! =  478.43 +  258.38

2  

 

!! =  368.405   !   =  641.555  !!  

Pada   temperature   ini,   udara  

memiliki   kalor   jenis   sebesar   1.061   kJ/kg  

K.  

Laju   massa,   ṁ   gas   buang  

diasumsikan   sama   dengan   laju   massa  

pengumpanan   ditambah   dengan   laju  

massa   udara   dari   forced   draft   fan.   Laju  

massa   pengumpanan   adalah   0.25   kg   per  

30   detik   atau   8.33   x   10-­‐3   kg   per   detik.  

Sedangkan   laju   massa   forced   draft   fan  

pada  3200  rpm  dan  temperature  rata-­‐rata  

40.28   oC   adalah   sebesar   0.1034   kg   per  

detik.  

ṁ =  ṁ!"#$# +  ṁ!!  

ṁ =  0.112   !" !  

Sehingga  kerugian  panas  yang  terjadi  

adalah  :  

!!"## =  ṁ  !  !!  !  ∆!  

!!"## =  26.164  !"  

!!"!#$ =  ! − !!"##  

!!"!#$ =  34.316  !"  

 3.4 Koefisien  Perpindahan  Kalor  

Mulai   dari   sini   semua  

perhitungan   menggunakan   sifat   udara  

pada   tekanan   atmosfer   dan   pada  

temperature   masuk   ruang   pengering  

yaitu   258.38   oC.   Untuk   mengetahui  

seberapa   banyak   kalor   yang   akan  

diterima  oleh  daun  maka  harus  diketahui  

dulu   koefisien   perpindahan   kalornya.  

Dengan  menggunakan  persamaan  :  

ℎ   =  !"  !  !!

 

Untuk   mencari   bilangan   Nusselt  

maka  dibutuhkan  bilangan  Reynolds  yang  

didapatkan  dari  persamaan  :  

!"   =    !  !  !!

 

!"   =  48272.6  

Setelah   mendapatkan   bilangan  

Reynolds  kemudian  menghitung  bilangan  

Nusselt  dengan  persamaan  :    

!"   =  0.0296  !"! !!"! !  

!"   =  147.63  

Kemudian   setelah   mendapatkan  

bilangan   Nusselt   baru   kita   mencari  

Lokasi  kebocoran  sehingga  banyak  oksigen   yang  terhisap   dan  terdeteksi  

Lokasi  Pengambilan  Data  

Studi perancangan…, Prayudi Satriavi, FT UI, 2013

Page 8: STUDI& PERANCANGAN& ALAT PENGERING BIOMASSA& …

   

Universitas Indonesia 8

koefisien   perpindahan   kalor   dengan  

persamaan  yang  telah  disebutkan  di  atas.  

ℎ   =  6.13  ! !!!  

Sehingga   untuk   mendapatkan  

kalor   yang   diterima   oleh   daun   dapat  

dicari  dengan  menggunakan  persamaan  :  

!   =  ℎ  !  (!!"#$# −  !!"#$.!"!!")  

!!"#$#  =  3774.35  !   = 3.774  !"  

3.5 Laju  Pengeringan  Untuk   mendapatkan   laju  

pengeringan   ṁevap   menggunakan  

persamaan  :  

ṁ!"#$ =  !!  !  !  !  !  !  !!(!!"#$.!"!!"−  !!"#$#)  

Langkah   pertama   adalah   untuk  

mendapatkan  Difusivitas  massa,  DAB  yaitu  

dengan  persamaan  :    

!!",! = !!",!"#  !  !  !

298  !

!/!

 

!!",! = 0.0000267  

Langkah   kedua   adalah   untuk  

mendapatkan   Schmidt   number   yaitu  

dengan  persamaan  :  

!"   =  !!!"

 

!"   =  1.62  

Kemudian   langkah   ketiga   adalah  

mencari   Sherwood   number   yaitu   dengan  

persamaan  :  

!ℎ   =  0.0296  !"! !!"! !  

!ℎ   =  194.03  

Setelah   mendapatkan   Sherwood  

number   kita  menghitung   nilai   Kc   dengan  

persamaan  :  

!"   =  !ℎ  !  !!"

!  

!"   =  5.04  !  10!!  ! !  

Kemudian   kita   menghitung  

konsentrasi   molar   dari   uap   air   yaitu   C,  

dengan  menggunakan  persamaan  :  

!   =  !

!  !  !  

!   =  40.171  !"! !!  

Dengan   Xudara   yaitu   udara  

pengering   yang   memiliki   temperature  

258.38   oC   kemudian   diplot   pada  

psychrometric   chart   high   temperature  

dengan   mengasumsikan   kelembaban  

relative  sekitar  0.08  %,  dan  memliki  nilai  

humidity  ratio,  ω  sebesar  0.02  kg  /  kg  dry  

air.   Kami   mengasumsikan   kelembaban  

relative   sebesar   itu   karena   temperature  

yang  begitu   tinggi  dan  menurut   referensi  

biasanya   jika   temperature   di   atas   200   oC  

sangat   sulit   untuk   diukur   dan   ketelitian  

alat   ukurnya   ±   1%.   Jika   dilihat   dari  

psyhcrometric   chart   maka   akan   terlihat  

pada  titik  merah  seperti  di  bawah  :    

!!"#$# =  !

0.63   +  !  

!!"#$# =  0.031  

 

Kemudian   untuk   mencari   Xbahan  

kita   harus   mengetahui   tekanan   jenuh  

pada   permukaan   bahan   menggunakan  

tabel   sifat   air   jenuh   pada   buku  

termodinamika   teknik   jilid   1   edisi  

keempat.    

Tekanan   uap   jenuh   pada  

permukaan   bahan   saat   temperature   30.4  oC   adalah   sebesar   0.04346   bar.   Sehingga  

untuk   menghitung   Xperm.bahan   digunakan  

persamaan  :  

!!"#$.!"!!" =  !!"#  !"#$%&'

!!"#  

!!"#$.!"!!" =  0.043  

Studi perancangan…, Prayudi Satriavi, FT UI, 2013

Page 9: STUDI& PERANCANGAN& ALAT PENGERING BIOMASSA& …

   

Universitas Indonesia 9

Dengan   luas   area,   A   sebesar   1   m   x  

0.54  m  x  5  =  2.7  m2.  Sehingga  :  

ṁ!"#$ =  !!  !  !  !  !  !  !!(!!"#$.!"!!"−  !!"#$#)  

ṁ!"#$ =    0.425  !"/!"#  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gambar  12.  Psychometric  chart  high  temperature  3.6 Kalor  uap  air  dari  daun  ke  udara  

Dengan   laju   penguapan   sebesar  

0.425   kg/jam   (diubah   erlebih   dahulu   ke  

kg/s)   dan   jika   melihat   pada   buku  

termodinamika   teknik   jilid   1   edisi  

keempat  bahwa  enthalpy  penguapan  (hfg)  

pada   temperature  30.4   oC  adalah  sebesar  

2429.54  kJ/kg.  maka  kalor  penguapan  air  

bisa  dicari  dengan  persamaan  :  

!   =  ṁ  !  ℎ!"  

!!"#$  =  0.29  !" 3.7 Kapasitas  Pengeringan  

Untuk   mendapatkan   kapasitas  

bahan   kita   harus   menentukan   terlebih  

dahulu   waktu   yang   diinginkan   untuk  

mengeringkan   daun   tersebut.   Kami  

mengasumsikan  lama  pengeringan  adalah  

24   jam   atau   1   hari.   Lalu   untuk  

mendapatkan   massa   bahan   yang  

dikeringkan   bisa   dengan   menggunakan  

persamaan  :  

ṁ!"#$ =  !!"!!"(!!"!# −  !!"!!")

!  

!!"!!" =  17.18  !"   =  18  !"  

Dengan   massa   jenis   daun   kering  

yang   telah   dicacah   sebesar   150   kg/m3  

maka   diperkirakan   dimensi   dari   ruang  

pengering   adalah   1.2  m   x   1  m   x   0.54  m.  

Dengan   dimensi   seperti   di   atas  

diharapkan   mampu   menampung   18   kg  

daun   setiap   harinya   dengan   tinggi  

Studi perancangan…, Prayudi Satriavi, FT UI, 2013

Page 10: STUDI& PERANCANGAN& ALAT PENGERING BIOMASSA& …

   

Universitas Indonesia 10

susunan  daun  yang  telah  dicacah  adalah  5  

cm   tiap   tray   dari   tray   paling   bawah  

sampai   kedua   dari   atas   sedangkan   untuk  

tray  paling  atas  hanya  2  cm.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.8 Hasil  Desain  Hasil   desain  dari  perhitungan   ini  

bisa  dilihat  pada  gambar  di  bawah  ini  baik  

secara   keseluruhan   sistem   laboratorium  

FBC  UI  maupun  desain  pengeringnya  saja.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gambar  13  Laboratorium  FBC  UI  dengan  box  pengering  

 

 

 

 

 

 

   

       

 

 

 

 

 

 

Gambar  14.  Desain  box  pengering  

Studi perancangan…, Prayudi Satriavi, FT UI, 2013

Page 11: STUDI& PERANCANGAN& ALAT PENGERING BIOMASSA& …

   

Universitas Indonesia 11

3.9 Hasil  Pembuatan  

Berikut  ini  adalah  foto  dari  hasil  pembuatan  box  pengering  yang  didesain  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gambar  15.  Box  Pengering  beserta  trolley  

4. Kesimpulan  

Temperature   yang   keluar   dari  

boiler   atau  T4   setelah   1   jam  pembakaran  

daun   pada   kondisi   self   sustained  

combustion   dengan   penggunaan   induced  

draft   fan   adalah   sekitar   475   oC.   Dengan  

temperature   yang   masih   tinggi   tersebut  

dihasilkan   energi   panas   sebesar   sekitar  

60   kW.     Untuk  memanfaatkan   gas   panas  

hasil   pembakaran   selama   1   jam   pada  

kondisi   self   sustained   combustion  

didapatkan   temperature   sebelum   ruang  

pengering   sebesar   ±   250   oC.   Dengan  

perbedaan   temperature   seperti   di   atas  

diperkirakan   terjadi   kerugian   panas  

sebesar  34.316  kW.  

Dengan   semua   properties   yang  

ada   panas   yang   baru   bisa   dimanfaatkan  

hanya   untuk   mengeringkan   daun  

sebanyak  18  kg  daun  per  hari.  

Dengan   peningkatan   efisiensi  

dari   system   fluidized   bed   combustor  

tersebut   bisa   dibilang   fluidized   bed  

combustor   dapat   dijadikan   solusi   energi  

yang   terbarukan  di  Universitas   Indonesia  

dengan   bahan   bakar   limbah   biomassa.  

Dan   dengan   adanya   alat   pengering  

menunjukkan   system   ini   bisa  

berkelanjutan  dalam  proses  pengeringan,  

pembakaran,   dan   penghematan   energi.

Studi perancangan…, Prayudi Satriavi, FT UI, 2013

Page 12: STUDI& PERANCANGAN& ALAT PENGERING BIOMASSA& …

   

Universitas Indonesia 12

 

5 . Referensi  [1] Howard,   J.   R.,   Fluidized   Beds   –  

Combustion  and  Applications.  London:  Applied  Science  Publishers,1983.  

[2] Oka,   Simeon   N.   “Fluidized   Bed  Combustion”   (Marcel   Dekker,   Inc.  2004)  

[3] Bruce   R.   Munson,   Donald   F.   Young,  Mekanika   Fluida,   terj.   Harinaldi,  Budiarso  (Jakarta:  Erlangga,  2003).  

[4] Surjosatyo,   Adi.   “Fluidized   Bed  Incineration  of  Palm  Shell  &  Oil  Sludge  Waste.”   Tesis,   Program   Magister  Engineering   Universiti   Teknologi  Malaysia,  1998.  

[5] Basu,   Prabir.   “Combustion   and  Gasification  in  Fluidized  Beds”  (Taylor  &  Francis  Group  2006).  

[6] Muntaqo,   Azmi.   “Studi   Karakteristik  Pembakaran   Biomassa   Tempurung  Kelapa  pada  Fluidized  Bed  Combustor  UI   dengan   Partikel   Hamparan   Pasir  Berukuran   Mesh   20-­‐40.”   Skripsi,  Program   Sarjana   Fakultas   Teknik   UI,  Depok,  2011.  

[7] Prima,   Nanda.   “Studi   Karakteristik  Pengujian   Pembakaran   Biomassa  Tempurung   Kelapa   Ukuran   1x1   cm  dan   1,5x1,5   cm   pada   Fluidized   Bed  Combustor   UI.”   Skripsi,   Program  Sarjana   Fakultas   Teknik   UI,   Depok,  2011.  

[8] Rahmat,   Riza.   “Studi   Variasi   Supply  Udara   Blower   untuk   Pencapaian   Self  Sustained   Combustion   pada  Eksperimen  Uji  Bahan  Bakar  Fluidized  Bed   Combustor   UI.”   Skripsi,   Program  Sarjana   Fakultas   Teknik   UI,   Depok,  2011.  

[9] Arya   “Studi   Kinerja   Fluidized   Bed  Combustor   Dengan   Diversifikasi  Bahan   Bakar   Cangkang   Kelapa   ke  Pemanfaatan   Limbah   Biomassa   Daun  Kering   di   Lingkungan   Kampus   UI  Depok.”   Skripsi,   Program   Sarjana  Fakultas  Teknik  UI,  Depok,  2012.  

[10] Permata,   Eggi   Ikhsan   “Fluidized  Bed   Combustion   Performance   Studies  With   Biomass   Fuel   Diversification  From  Coconut  Shell   to  Utilization  Leaf  Dry   Around   University   of   Indonesia  And   Compared   Both   Fuel   After   Self  Sustain   Take   Place.”   Skripsi,   Program  Sarjana   Fakultas   Teknik   UI,   Depok,  2012.    

[11] Basu,   Prabir.   Combustion   and  Gasification  in  Fluidized  Beds.Taylor  &  Francis  Group,  2006.  

[12] Borman,   G.L.,   dan   Ragland,   K.W..    Combustion  Engineering.  McGraw-­‐Hill  Book  Co.,  Singapore,1998  

[13] Bruce   R.   Munson,   Donald   F.  Young,   Mekanika   Fluida,   terj.  Harinaldi,   Budiarso.   Jakarta:  Erlangga,2003.  

[14] Oka   ,N   Simeon   :   Fluidized   Bed  Combustion,   Marcel   Deker   New  York,2004  

[15] Energy   Information  Administration   (EIA)   -­‐   US,  International  Energi  Annual  2006  

[16] Howard,   J.   R.,   Fluidized   Beds   –  Combustion  and  Applications.  London:  Applied  Science  Publishers,1983.  

[17] A   .A.   Khana   ,   W.   de   Jonga,   P.J.  Jansensb,   H.   Spliethoff   ,Biomass  combustion   in   fludized   bed  combustion   Potential   problems   and  remedies.  

[18] Incropera,   F.P.,   Dewitt,   D.P.,  Bergman,   T.L.,   &   Lavine,   A.S.   (2007).  Fundamentals   of   Heat   and   Mass  Transfer.   Sixth   Edition.   John   Wiley   &  Sons.    

Studi perancangan…, Prayudi Satriavi, FT UI, 2013