BAB IPENDAHULUAN1.1. Latar BelakangKebutuhan energi yang semakin
meningkat pada saat ini, ditambah dengan pertumbuhan penduduk dunia
yang terus meningkat, mendorong manusia khususnya dibidang teknik,
mencari alternatif sumber energi baru dengan memanfaatkan
sumber-sumber energi yang telah ada secara baik, dengan hasil yang
diperoleh memiliki manfaat dan daya jual. Hal ini menjadi suatu
pemikiran agar masa yang akan datang tidak terjadi suatu krisi
dibidang teknik dah sudah sewajarnya untuk memikirkan penggunaan
dibidang-bidang teknik lainnya.Salah satu sumber energi yang
potensial dikembangkan adalah Biomass Fuel. Sumber energi ini
kedepannya diharapkan bisa mengimbangi kelangkaan bahan bakar
minyak (BBM). Untuk itu, bagaimana mengimplementasikannya di
masyarakat, sebagai sumber energi alternatif yang potensial dengan
tingkat risiko yang rendah pada akhirnya dapat menjadikan
kemandirian energi masyarakat, untuk itu implementasinya dapat
dimulai dari tingkat pemakaian energi yang paling sederhana oleh
masyarakat yaitu keperluan energi untuk memasak sehari-hari.1.2.
Identifikasi MasalahUntuk memahami praktikum ini kita perlu
mengetahui bagaimana prinsip kerja kompor gasifikasi. Bagaimana
proses pendidihan air. Dan bagaimana mengetahui heat content dari
berbagai macam briket.1.3. Tujuan Percobaan1. Memahami prinsip
kerja kompor gasifikasi2. Mengetahui proses pendidihan3. Mengetahui
heat content kandungan panas dari berbagai macam briket1.4. Metoda
PercobaanPercobaan ini dilakukan dengan mencari referensi untuk
bahan bacaan dan teori yang melandasi percobaan ini. Kemudian
dilakukan percobaan langsung dengan alat untuk mendapatkan data,
analisa, dan kesimpulan.1.5. Sistimatika PercobaanBab IBerisi latar
belakang, identifikasi masalah, tujuan percobaan, metoda (kerangka
percobaan), sistimatika penulisan, waktu dan tempat percobaanBab
IIMenjelaskan tentang materi atau pengertian tentang kompor
pyrolisisBab IIIBerisi alat-alat yang digunakan pada percobaan dan
prosedur percobaan.1.6. Waktu dan Tempat PercobaanWaktu: Selasa, 1
April 2014Tempat: Laboraturium Fisika Energi, Jurusan Fisika FMIPA
Unpad
BAB IITINJAUAN PUSTAKA2.1 GasifikasiGasifikasi adalah suatu
proses perubahan bahan bakar padat secara termo kimia menjadi gas,
dimana udara yang diperlukan lebih rendah dari udara yang digunakan
untuk proses pembakaran.Selama proses gasifikasi reaksi kimia utama
yang terjadi adalah endotermis (diperlukan panas dari luar selama
proses berlangsung). Media yang paling umum digunakan pada proses
gasifikasi ialah udara dan uap. Produk yang dihasilkan dapat
dikategorikan menjadi tiga bagian utama, yaitu padatan, cairan
(termasuk gas yang dapat dikondensasikan) dan gas permanen. Media
yang paling umum digunakan dalam proses gasifikasi adalah udara dan
uap. Gas yang dihasilkan dari gasifikasi dengan menggunakan udara
mempunyai nilai kalor yang lebih rendah tetapi disisi lain proses
operasi menjadi lebih sederhana.Beberapa keunggulan dari teknologi
gasifikasi yaitu :1. Mampu menghasilkan produk gas yang konsisten
yang dapat digunakan sebagai pembangkit listrik.2. Mampu memproses
beragam input bahan bakar termasuk batu bara, minyak berat,
biomassa, berbagai macam sampah kota dan lain sebagainya.3. Mampu
mengubah sampah yang bernilai rendah menjadi produk yang bernilai
lebih tinggi.4. Mampu mengurangi jumlah sampah padat.5. Gas yang
dihasilkan tidak mengandung furan dan dioxin yang berbahaya.Selama
proses gasifikasi terdapat beberapa tahapan proses yaitu:1. Tahapan
pemanasan dimana temperatur padatan naik sampai sebelum terjadi
proses pengeringan.2. Tahap pengeringan dimana terjadi pelepasan
uap air dari padatan.3. Tahap pemanasan lanjut dimana temperatur
padatan naik kembali sampai sebelum terjadi proses
devolatilisasi.4. Tahap devolatilisasi dimana volatil dalam padatan
keluar sampai tersisisa arang. Tergantung dari bahan bakar yang
digunakan volatil dapat terdiri dari gas-gas H2O, H2N2, O2, CO,
CO2, CH4, H2S, NH3, C2H6 dan hidrokarbon tidak jenuh.5. Tahap
gasifikasi6. Tahap pembakaran arang (terjadi jika masih terdapat
udara yang tersisa).Dari prinsip kerjanya gasifikasi dibedakan
menjadi 3 jenis:1. Updraft gasifierPembakaran berlangsung di bagian
bawah dari tumpukan bahan bakar dalam silinder, gas hasil
pembakaran akan mengalir ke atas melewati tumpukan bahan bakar
sekaligus mengeringkannya. Bahan bakar dimasukkan ke dalam ruang
bakar dari lubang pemasukan atas.2. Crossdraft gasifierUdara
disemprotkan ke dalam ruang bakar dari lubang arah samping yang
saling berhadapan dengan lubang pengambilan gas sehingga pembakaran
dapat terkonsentrasi pada satu bagian saja dan berlangsung secara
lebih banyak dalam suatu satuan waktu tertentu.3. Downdraft
gasifierGas hasil pembakaran dilewatkan pada bagian oksidasi dari
pembakaran dengan cara ditarik mengalir ke bawah sehingga gas yang
dihasilkan akan lebih bersih karena tar dan minyak akan terbakar
sewaktu melewati bagian tadi.2.2 PembakaranProses pembakaran
pembakaran pada dasarnya adalah proses oksidasi bahan bakar dengan
oleh oksigen. Proses pembakaran dapat terjadi bila konsentrasi
antara uap bahan bakar dan oksigen terpenuhi, dan terdapat energi
panas yang cukup.Proses terjadinya api (pembakaran) dikenal dengan
nama segi tiga api, yaitu unsur bahan bakar, unsur udara (oksigen),
dan energi panas. Bila ketiga unsur ini bertemu dan mencapai
konsentrasi yang tepat, maka akan terjadi proses pembakaran, namun
sebaliknya bila salah satu unsur dari 3 unsur tersebut ditiadakan
maka proses pembakaran tidak akan terjadi.Pembakaran bahan bakar
dalam mesin kendaraan atau dalam industri tidak terbakar sempurna.
Pembakaran sempurna senyawa hidrokarbon (bahan bakar fosil)
membentuk karbon dioksida dan uap air. Sedangkan pembakaran tak
sempurna membentuk karbon monoksida dan uap air. Misalnya:a.
Pembakaran sempurna isooktana: C8H18 (l) +12 O2 (g) 8 CO2 (g) + 9
H2O (g) H = -5460 kJb. Pembakaran tak sempurna isooktana: C8H18 (l)
+ 8 O2 (g) 8 CO (g) + 9 H2O (g) H = -2924,4 kJSebagaimana terlihat
pada contoh di atas, pembakaran tak sempurna menghasilkan lebih
sedikit kalor. Jadi, pembakaran tak sempurna mengurangi efisiensi
bahan bakar. kerugian lain dari pembakaran tak sempurna adalah
dihasilkannya gas karbon monoksida (CO), yang bersifat racun. Oleh
karena itu, pembakaran tak sempurna akan mencemari udara.2.3
PendidihanUntuk menyebutkan proses perubahan cair menjadi uap
terdapat dua istilah yang mempunyai makna berbeda, yaitu penguapan
dan pendidihan. Penguapan terjadi pada cairan yang bersentuhan
dengan uap saat tekanan uap lebih kecil dibandingkan tekanan
saturasi cair pada temperatur tertentu. Sebagai contoh air pada
danau yang mempunyai temperatur 20C akan mengalami proses penguapan
pada udara yang mempunyai temperatur 20C dan kelembaban relatif
60%. Hal ini disebabkan tekanan parsial uap air dalam udara pada
kondisi tersebut adalah 1.4 kPa, yang lebih kecil dibandingkan
tekanan saturasi pada 20C, yaitu 2.3 kPa. Contoh lain peristiwa
penguapan adalah pengeringan baju, buah, dan sayuran, proses
pendinginan melalui keringat pada manusia, serta pembuangan kalor
pada air di menara pendingin. Pendidihan terjadi pada cairan yang
bersentuhan dengan permukaan zat padat yang mempunyai temperatur
lebih tinggi dibanding temperatur saturasi cairan. Sebagai contoh
air bertekanan 1 atm akan mengalami pendidihan jika bersentuhan
dengan permukaan zat padat yang bertemperatur 110C, karena
temperatur saturasi air pada 1 atm adalah 100C. Ciri-ciri proses
pendidihan adalah terbentuknya gelembung uap pada bidang kontak
cair padat, yang akan terlepas saat ukurannya sudah cukup besar dan
akan naik menuju permukaan bebas cairan. Pada pool boiling, aliran
fluida terjadi akibat konveksi bebas sedangkan aliran gelembung uap
dipengaruhi oleh gaya pengapungan. Contoh pool boiling adalah
proses pendidihan yang terjadi pada air di panci. Sebagai contoh
temperatur awal air adalah 30C, jauh di bawah temperatur
pendidihan. Pada awalnya tidak terlihat gelembung uap, kecuali
sedikit gelembung yang menempel pada permukaan panci. Seiring
pemanasan yang diberikan, mulai terlihat gerakan air naik dan turun
yang disebabkan oleh aliran konveksi alami. Pada suatu saat mulai
terbentuk gelembung pada permukaan panci, yang semakin membesar
ukurannya dan suatu saat akan terlepas dan melayang naik ke atas.
Namun karena temperatur air di sekelilingnya masih lebih rendah
dibandingkan temperatur saturasi, maka ukuran gelembung tersebut
akan mengecil dan pecah sebelum mencapai permukaan air. Keadaan
seperti ini disebut sebagai subcooled boiling. Lama kelamaan
gelembung yang tercipta semakin banyak seiring pertambahan
temperatur air dan gelembung akan naik mencapai permukaan air saat
temperatur air borongan mencapai 100C. Kondisi ini disebut
saturated boiling. Dalam melakukan analisis laju perpindahan kalor
pendidihan digunakan persamaan empirik atau semi-empirik. Menurut
S. Nukiyama (1934) terdapat empat daerah pendidihan, yaitu
pendidihan konveksi bebas, pendidihan nukleat, pendidihan transisi,
dan pendidihan film.
Gambar 1. Daerah pendidihan (a) pendidihan konveksi bebas (b)
pendidihan nukleat (c) pendidihan transisi (d) pendidihan film
Daerah pendidihan tersebut tergambar pada kurva pendidihan, yang
merupakan plot dari fluks kalor pendidihan dan temperatur lebihan
(Ts Tsat).
Gambar 2. Kurva pendidihan untuk air pada tekanan 1 atm
2.4 Perpindahan KalorKalor berpindah dari benda yang bersuhu
tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah. Benda yang bersuhu
tinggi akan turun suhunya sedangkan benda yang bersuhu rendah akan
naik suhunya, sampai keadaan setimbang (suhu kedua benda sama).
Proses berpindahnya kalor dapat berlangsung dengan 3 cara, yaitu
konduksi, konveksi, dan radiasi. Konduksi adalah perpindahan kalor
melalui hantaran. Laju perpindahan kalor (banyaknya kalor yang
berpindah tiap detik) sangat bergantung pada perbedaan suhu kedua
permukaan, ketebalan dinding benda, luas permukaan benda, dan
konduktivitas zat. Konveksi adalah perpindahan kalor melalui
aliran. Konveksi ada dua jenis, konveksi alamiah yaitu perpindahan
molekul yang terjadi secara alamiah berdasarkan perbedaan massa
jenis. Sedangkan konveksi paksa yaitu fluida yang telah dipanasi
dipaksa untuk bergerak ke tujuan tertentu. Misalnya udara panas
dari sebuah pengfering rambut. Radiasi adalah perpindahan kalor
yang tidak membutuhkan materi perantara.2.5 Asas BlackPada suatu
percobaan air dingin dicampurkan dengan air panas. Hasil ini
menunjukkan bahwa air panas melepas kalor (suhunya turun) dan air
dingin menerima kalor (suhunya naik). Ternyata banyaknya kalor yang
dilepas air panas sama dengan kalor yang diterima oleh air
dingin.
Karena kalor adalah energi, persamaan diatas merupakan
pernyataan kekekalan energi. Artinya, energi yang dilepaskan suatu
benda tidak akan hilang, tetapi diterima oleh benda lain dalam
jumlah yang sama. Persamaan ini pertama kali diamati oleh Joseph
Black, itulah sebabnya dinamakan asas Black.
BAB IIIMETODA PERCOBAAN3.1. Alat dan Bahan1. Seperangkat kompor
pyrolysis2. Bahan bakar batu bara3.2. Prosedur Percobaan1.
Menyiapkan kompor gasifikasi; buka setiap bagian, mengenali fungsi
masing-masing bagian tersebut.2. Menyiapkan bahan bakar berupa
briket atau biomassa; mencatat bahan bakar yang digunakan.Pilih
bahan bakar sesuai urutan (petunjuk asisten). Menimbang bahan
bakar, massanya ditentukan oleh asisten. Mencatat massa tersebut.3.
Menyalakan bahan bakar pada kompor sampai nyala-nya merata. Hitung
waktu yang dibutuhkan.Posisi wadah bakar sudah berada pada
tempatnya.4. Menyiapkan panci, tuangkan air ke dalamnya, volumenya
ditentukan oleh asisten.Mencatat volumenya (poin 4 dikerjakan
bersamaan dengan poin 3). Meletakkan wadah air pada kedudukannya.5.
Mengamati gelembung yang terbentuk pada panci. Mencata waktunya
pada Awal terbentuk gelembung Gelembung menutupi dasar panci Saat
terjadi air mendidih6. Menghentikan pendidihan7. Melakukan proses
yang serupa untuk briket jenis kedua.
BAB IVDATA DAN PEMBAHASAN4.1. Data PercobaanMassa arang = 500
grMassa air = 500 mlTawal air = 23 CKeadaan AirWaktu (s)Suhu Air
(C)
Timbul ada gelembung75760
Timbul gelembung semua--
Mendidih--
Takhir air = 80 CKeterangan:Pada keadaan air timbul gelembung
semua dan mendidih tidak dapat diamati waktu dan suhunya. Karena
telah satu jam lebih air masih belum ada perubahan dari keadaan
yang pertama.4.2. Pengolahan DataUntuk menghitung kalor yang
dihasilkan dari arang dapat menggunakan asas Black
Dalam hal ini Qlepas adalah kalor yang dilepaskan oleh arang dan
Qterima adalah kalor yang diterima oleh air. Untuk menghitung kalor
yang dihasilkan arang, dapat dihitung melalui kalor yang diterima
air dengan rumus
Diketahui:Vair = 500 ml = 0,5 10-3 m3air = 1000 kg/m3cair = 4200
J/kg.KTawal = 24 C = 297 KTakhir = 80 C = 353 KSehingga,
4.3. Analisa DataKalor yang dilepaskan oleh arang adalah 117,6
kJ. Namun, kalor ini tidak dapat membuat air mendidih. Hal ini
dapat disebabkan oleh jarak panci dengan bara api yang cukup jauh.
Dan kemungkina temperature yang dihasilkan oleh arang tidak
melebihi dari temperature saturasi air.
BAB VPENUTUP5.1. KesimpulanPada percobaan kali ini prinsip kerja
kompor gasifikasi adalah menggunakan Crossdraft gasifier. Yaitu
udara disemprotkan ke dalam ruang bakar dari lubang arah samping
yang saling berhadapan dengan lubang pengambilan gas sehingga
pembakaran dapat terkonsentrasi pada satu bagian saja dan
berlangsung secara lebih banyak dalam suatu satuan waktu
tertentu.Menurut S. Nukiyama (1934) terdapat empat daerah
pendidihan, yaitu pendidihan konveksi bebas, pendidihan nukleat,
pendidihan transisi, dan pendidihan film.Heat content dari arang
ini sama dengan kalor yang dikeluarkan oleh arang, yaitu 117,6
kJ.5.2. SaranJarak panci dan bara api dibuat jangan terlalu jauh.
Dan dilakukan pula pengukuran suhu bara api dengan thermostat.
TUGAS PENDAHULUAN1. Jelaskan prinsip kerja dari kompor
gasifikasi?Dari prinsip kerjanya gasifikasi dibedakan menjadi 3
jenis:Updraft gasifierPembakaran berlangsung di bagian bawah dari
tumpukan bahan bakar dalam silinder, gas hasil pembakaran akan
mengalir ke atas melewati tumpukan bahan bakar sekaligus
mengeringkannya. Bahan bakar dimasukkan ke dalam ruang bakar dari
lubang pemasukan atas.Crossdraft gasifierUdara disemprotkan ke
dalam ruang bakar dari lubang arah samping yang saling berhadapan
dengan lubang pengambilan gas sehingga pembakaran dapat
terkonsentrasi pada satu bagian saja dan berlangsung secara lebih
banyak dalam suatu satuan waktu tertentu.Downdraft gasifierGas
hasil pembakaran dilewatkan pada bagian oksidasi dari pembakaran
dengan cara ditarik mengalir ke bawah sehingga gas yang dihasilkan
akan lebih bersih karena tar dan minyak akan terbakar sewaktu
melewati bagian tadi.2. Bagaimana prinsip pembakaran briket batu
bara?Dalam pembakaran bahan bakar fosil seperti batubara, tujuan
utamanya adalah semaksimal mungkin mengkonversikan unsur utama
dalam batubara yakni C (karbon) menjadi CO2 sehingga dihasilkan
energi yang tinggi. Dikarenakan batubara mengandung kadar karbon
paling tinggi dibanding bahan bakar fosil lainnya seperti minyak
dan gas, maka pembakaran batubara dianggap merupakan sumber emisi
CO2 terbesar.3. Apakah yang dimaksud pembakaran sempurna dan
pembakaran tidak sempurna?Pembakaran sempurna senyawa hidrokarbon
(bahan bakar fosil) membentuk karbon dioksida dan uap air.
Sedangkan pembakaran tak sempurna membentuk karbon monoksida dan
uap air.4. Bagaimana cara menentukan heat content dari bahan
bakar?a. Secara empiris, kalor bahan bakar dihitung dengan bom
kalorimeter. Inilah praktek yang dilakukan di industri, dimana
rumus kimia bahan bakar tsb tidak penting, yang penting hanya
kalornya saja. Misalnya batu bara atau minyak bumi yang dipakai
untuk boiler. b. Tapi dalam kimia murni, kalor juga bisa dihitung
berdasarkan rumus molekul dan ikatan dari hidrokarbon. Contoh:
hidrokarbon sederhanaCH4 (g) + 2 O2 (g) CO2 (g) + 2 H2O (l)(g)
adalah gas dan (l) adalah liquid. Ini penting diketahui karena
sebagian panas dari pembakaran akan dipakai untuk menguapkan air
menjadi gas. Maka ada istilah HHV (High Heating Value) dan LHV (Low
Heating Value). Pada dasarnya yang dapat kita manfaatkan hanyalah
LHV karena semua hasil pembakaran biasanya berbentuk gas. Jadi,HHV
- panas penguapan air = LHV c. Pembakaran sempurna memerlukan
oksigen yang cukup. Jika dianggap pembakarannya ideal
(stoichiometric), artinya tidak ada reaktan yang bersisa. Tapi
dialam ini tidak ada yang benar-benar ideal. Oksigen dialam ini
berasal dari udara yang juga mengandung 79%Nitrogen. Maka reaksi
yang terjadi CH4 + 2O2 + N2 CO2 + 2H2O + N2 + CO + NOx + heat Jika
reaksi mendekati ideal, maka CO dan NOx jumlanya akan sangat kecil
(ppm, part per million). Disini dibutuhkan oksigen yang lebih
banyak dari kebutuhan standarnya (sesuai dengan persamaan reaksi),
bisa sampai 30% lebih besar. CO makin besar jika pembakaran dalam
keadaan kekurangan O2. NOx adalah Nitrogen yang mengikat O dalam
kadar yang bermacam-macam. Kedua-duanya baik CO maupun NOx ini
beracun, bahkan NOx ini lebih mematikan dari pada CO.
DAFTAR PUSTAKACahyono, Danan Eko. 2012. Gasifikasi Pyrolysis
Pembakaran.
http://santosorising.blogspot.com/2012/07/gasifikasi-pyrolysis-pembakaran.html.
Diakses pada 29 Maret 2014Sari. 2010. Bahan Bakar dan Proses
Pembakaran.
http://ss-stefan.blogspot.com/2010/02/bahan-bakar-proses-pembakaran.html.
Diakses pada 29 Maret 2014Sugianto, Bambang. 2009. Pembakaran
Sempurna dan Tidak Sempurna.
http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia_fisika1/termokimia/pembakaran-sempurna-dan-tidak-sempurna/.
Diakses pada 29 Maret 2014Adi, Agung Nugroho. 2010. Pendidihan dan
Pengembunan. http://dc281.4shared.com/doc/BefQ_-LP/preview.html.
Diakses pada 29 Maret 2014