KOMPATIBILITAS GASIFIER MODEL DOWNDRAFT TERHADAP FEEDSTOCK SEKAM PADI DAN SERBUK GERGAJIAN KAYU
ANAK AGUNG PUTU SUSASTRIAWAN, Prof. Dr.Ing. Ir. Harwin Saptoadi, MSE.(Promotor); Ir. Purnomo, MSME., Ph.D. (Co-Promotor)
2018 | Disertasi | DOKTOR TEKNIK MESINIndonesia memiliki potensi energi biomassa mencapai 32.654 MW, namun hanya sekitar 1.671 MW yang sudah dimanfaatkan. Potensi energi biomassa tersebut diantaranya berasal dari limbah sekam padi dan serbuk gergajian kayu. Sekitar 22 juta ton limbah sekam padi dan 0,34 juta m3 limbah serbuk gergajian kayu berpotensi untuk dimanfaatkan sebagai bahan bakar alternatif menjadi feedstock gasifier model downdraft. Karena gasifier model downdraft sangat sensitif terhadap jenis feedstock, maka penggunaan feedstock yang berbeda dapat menpengaruhi karakteristik gasifier dan bahkan dapat menurunkan unjuk kerja gasifier. Hal ini menyebabkan gasifier model downdraft kurang kompatibel terhadap jenis feedstock yang berbeda, seperti sekam padi dan serbuk gergajian kayu. Kompatibilitas yang rendah terhadap jenis feedstock sering menyebabkan operasional gasifier terhenti jika tidak ada feedstock yang sesuai dengan rancangannya. Penelitian ini bertujuan untuk (1) mengetahui, menganalisis, dan memahami pengaruh jarak tuyer-grate terhadap karakteristik dan unjuk kerja gasifier model downdraft dengan feedstock sekam padi, serbuk gergajian kayu jati, dan campuran keduanya (1:1 berat); (2) mengetahui, menganalisis, dan memahami pengaruh sudut inklinasi tuyer terhadap karakteristik dan unjuk kerja gasifier model downdraft dengan feedstock sekam padi, serbuk gergajian kayu jati, dan campuran keduanya; (3) dapat menentukan jarak tuyer-grate dan sudut inklinasi tuyer yang optimum sehingga gasifier kompatibel terhadap feedstock sekam padi dan serbuk gergajian kayu yang didasarkan pada unjuk kerja gasifier. Penelitian ini dilakukan dalam tiga tahap, yaitu penelitian tahap I sampai tahap III. Penelitian tahap I merupakan perancangan dan fabrikasi gasifier model downdraft serta uji nyala kontinyu producer gas. Penelitian tahap II adalah penelitian untuk mengetahui pengaruh jarak antara tuyer dengan grate (tuyer-grate) dan equivalence ratio terhadap kompatibilitas gasifier model downdraft untuk sekam padi, serbuk gergajian kayu, dan campuran keduanya. Sedangkan dalam tahap III dilakukan penelitian pengaruh sudut inklinasi tuyer terhadap kompatibilitas gasifier untuk ketiga feedstock tersebut. Hasil penelitian menunjukkan bahwa: (1) Penambahan jarak tuyer-grate dapat meningkatkan atau menurunkan temperatur gasifikasi sekam padi, serbuk gergajian kayu, dan campuran keduanya tergantung dari equivalence ratio yang digunakan. Penambahan jarak tuyer-grate berpengaruh terhadap burning propagation rate untuk semua feedstock. Peningkatan atau penurunan burning propagatin rate terhadap penambahan jarak tuyer-grate juga dipengaruhi oleh equivalence ratio, kecuali pada gasifikasi campuran. Pada gasifikasi campuran, penambahan jarak tuyer-grate menurunkan burning propagation rate untuk semua variasi equivalence ratio; (2) Cold gas efficiency maksimum untuk gasifikasi sekam padi, serbuk gergajian kayu jati, dan campuran keduanya masing-masing adalah 78,39%, 66,36%, dan 76,29%. Cold gas efficiency untuk ketiga feedstock masih diatas 50,00% sehingga dapat dinyatakan bahwa gasifer model dowdraft hasil rancangan dalam penelitian ini kompatibel untuk feedstock sekam padi, serbuk gergajian kayu jati, maupun campuran keduanya; (3) Kompatibilitas gasifier model downdraft terhadap feedstock sekam padi, serbuk gergajian kayu jati, maupun campuran keduanya dapat disesuaikan dengan penggunaan equivalence ratio dan jarak tuyer-grate optimum, yaitu 0,20 dan 400 mm, 0,20 dan 330 mm, serta 0,15 dan 330 mm. Penggunaan tuyer 30° maupun 60° tidak dapat meningkatkan cold gas efficiency sehingga dapat direkomendasikan sebaiknya udara gasifikasi dipasok ke downdraft gasifier melalui tuyer horizontal untuk ketiga feedstock.
Indonesia has biomass energy potential equivalence to 32,654 MW, but it is only 1,671 MW have been utilized. The potential mainly comes from waste of agricultural and forestry, such as 22 million ton of rice husk and 0.34 million m3 of wood sawdust. These wastes are a potential feedstock for downdraft gasifier. Since downdraft gasifier is very sensitive on feedstock type, hence the use of different feedstock may affect characteristic and even reduces performance of the gasifier. The gasifier has low compatibility on different feedstocks, thus sustainability operation of the gasifier is very depended on availability of particular feedstock. The present work aims to (1) investigate, analyze, and figure out effect of tuyer-grate distance on characteristic and performance of the downdraft gasifier fed by feedstocks of rice husk, teak wood sawdust, and their mixture (1 : 1 by mass); (2) investigate, analyze, and figure out effect of tuyer-grate distance on characteristic and performance of the downdraft gasifier fed by the feedstocks of rice husk, teak wood sawdust, and their mixture; and (3) determine optimum tuyer-grate distance, tuyer inclination angle, and compatibility of the gasifier in terms of cold gas efficiency on the feedstocks of rice husk, teak wood sawdust, and their mixture. The work is performed in three stages, .i.e. 1st, 2nd, and 3rd stage. In 1st stage, the small-scale downdraft gasifier is fabricated and tested in terms of continuous producer gas flame in the flare. In 2nd stage, experimental work is conducted in order to investigate effect of tuyer-grate distance and equivalence ratio on compatibility of the gasifier on feedstocks of rice husk, sawdust, and their mixture. Meanwhile in 3rd stage, effect of tuyer inclination angle on the compatibility of the gasifier on the feedstocks is investigated. The result indicates that (1) Increasing tuyer-grate distance either improves or reduces gasification temperatur of rice husk, sawdust, and their mixture depends on equivalence ratio. Increasing tuyer-grate distance affects burning propagation rate of the feedstocks. Reducing or increasing effect depends also on equivalence ratio, except in the mixture gasification. In the mixture gasification, increasing tuyer-grate distance reduces burning propagation rate for all equivalence ratios observed; (2) Maximum cold gas efficiency for rice husk, sawdust, and the mixture gasification are 78.39%, 66.36%, and 76.29%, respectively. Since the values are higher than 50.00%, hence it can be stated that the downdraft gasifier is compatible on feedstock of rice husk, sawdust, and their mixture; (3) Compatibility of the downdraft gasifier on feedstocks of rice husk, sawdust, and their mixture can be achieved by the use of optimum equivalence ratio and tuyer-grate distance. The optimum combination of equivalence ratio and tuyer-grate distance for rice husk, sawdust, and their mixture are 0.20-400 mm, 0.20-330 mm, and 0.15-330 mm, accordingly. The use of inclined tuyer of 30° or 60° cannot improve the cold gas efficiency of respective feedstock. Thus, it is recommended that the gasification air should be supplied through horizontal tuyer to the gasifier fed by the feedstocks.
Kata Kunci : downdraft; gasifier; kompatibilitas; sekam padi; serbuk gergajian kayu
