Dokumen tersebut membahas pengaruh ukuran dan bentuk partikel biomassa terhadap kebutuhan daya pompa udara pada proses gasifikasi. Dokumen menjelaskan prinsip dasar gasifikasi biomassa dan berbagai faktor yang mempengaruhi kebutuhan daya pompa seperti ukuran partikel, bentuk, dan hilang tekan di dalam reaktor gasifikasi."

1. 1
A. JUDUL
Pengaruh Ukuran dan Bentuk Partikel Biomassa terhadap Kebutuhan Daya
Pompa Penyedia Udara Penggasifikasi
B. LATAR BELAKANG MASALAH
Semakin lama kebutuhan energi semakin meningkat. Peningkatan
kebutuhan energi tidak dapat diimbangi dengan peningkatan sumber
energi. Sebagian besar penyediaan energi primer saat ini berasal dari
bahan bakar fosil. Agar kebutuhan energi tetap terpenuhi maka sumber
energi terbarukan mulai mendapatkan perhatian. Salah satu sumber energi
terbarukan adalah biomassa. Biomassa adalah materi organik yang berasal
dari bahan-bahan biologis. Biomassa mungkin tumbuh sebagai hasil
pertanian, tetapi secara luas adalah hutan-hutan, padang rumput, rawa-
rawa dan perikanan (Brown, 2003).
Sebagai salah satu sumber energi alternatif terbarukan, biomassa
berpeluang besar dikembangkan di Indonesia karena potensi sumber
biomassa di Indonesia melimpah. Tetapi, potensi tersebut tersebar karena
Indonesia merupakan negara kepulauan. Dari segi lingkungan,
penggunaan biomassa sebagai bahan bakar memiliki dua pengaruh positif
yaitu bersifat mendaur ulang CO2 sehingga emisi CO2 ke atmosfir secara
netto berjumlah nol dan sebagai sarana pemanfaatan limbah industri
khususnya limbah pertanian.
Salah satu teknologi potensial untuk pemanfaatan limbah biomassa
adalah teknologi gasifikasi. Proses ini berlangsung di dalam suatu alat
yang disebut gasifier. Ke dalam alat ini dimasukkan bahan bakar biomassa
yang mengalami reaksi oksidasi parsial dengan udara, oksigen,uao air atau
campurannya. Reaksi heterogen antara gas dan padatan di dalam gasifier
dibedakan atas dasar pengontakan, yaitu reaktor unggun tetap dan reaktor
unggun terfluidakan. Reaktor unggun tetap tersusun oleh tumpukan
padatan tetap selama reaksi berlangsung dan reaktor unggun terfluidakan
tersusun oleh padatan terfluidisasi sehingga padatan bergerak seiring

2. 2
dengan gerakan fluida. Perbandingan karakteristik kedua jenis gasifier
tersebut ditampilkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Perbandingan karakteristik gasifier unggun tetap dan unggun
terfluidakan
Parameter Unggun Tetap Unggun Terfluidakan
Ukuran umpan < 51 mm < 6 mm
Toleransi kehalusan
partikel
Terbatas Baik
Toleransi kekasaran
partikel
Sangat baik Baik
Kebutuhan oksidan Rendah Menengah
Kebutuhan kukus Tinggi Menengah
Temperatur reaksi 1090 °C 800 – 1000 °C
Temperatur gas keluar 450 – 600 °C 800 – 1000 °C
Produksi abu Kering Kering
Efisiensi gas dingin 80% 89.2%
Kapasitas penggunaan Kecil Menengah
Permasalahan Produksi tar Konversi karbon
(Higman, 2003)
Kinerja reaktor unggun tetap berpotensi memerlukan energi
berlebih karena adanya tumpukan padatan yang menyebabkan hilang tekan
dan berpengaruh pada proses pengaliran reaktan yang berupa fluida. Jadi,
pengumpanan biomassa ke dalam gasifier diperlukan pengolahan awal
seperti: pengeringan, pemotongan atau pemampatan. Di samping itu aliran
biomassa harus cukup selama periode operasi, nilai ekonomisnya rendah,
dan memiliki spesifikasi sesuai dengan operasi tersebut. Arang kayu,
batok kelapa, cangkang sawit, batok kelapa, batang ketela pohon, dan
serbuk gergaji merupakan biomassa yang mendekati persyaratan tersebut.
Bentuk dan ukuran bahan bakar biomassa yang berbeda dapat
menyebabkan kemacetan aliran bahan akan semakin besar yang
selanjutnya akan berpengaruh pada tekanan dalam reaktor serta aliran gas
keluar. Dengan bentuk dan ukuran bahan bakar yang relatif seragam,
kemacetan dapat dihindari. (Higman, 2003).
Unit gasifikasi biomassa diharapkan dapat membantu masyarakat
dalam pemenuhan kebutuhan baik energi listrik maupun energi panas.
Tetapi, setiap unit gasifikasi memiliki karakteristik-karakteristik tertentu

3. 3
bergantung pada umpan biomassa yang berpengaruh terhadap kinerja unit
tersebut sehingga diperlukan pengujian alat agar dapat diketahui kondisi
operasi terbaiknya.
C. PERUMUSAN MASALAH
Adanya tumpukan bahan bakar biomassa di dalam reaktor
gasifikasi menimbulkan hilang tekan yang menyebabkan kenaikan
kebutuhan energi pengaliran reaktan. Tingginya kebutuhan energi untuk
pengoperasian unit gasifikasi berpotensi mengurangi perolehan energi
netto.
D. TUJUAN
Prediksi kebutuhan daya pompa penyedia udara proses gasifikasi
untuk berbagai ukuran dan bentuk biomassa di reaktor gasifikasi unggun
tetap.
E. LUARAN YANG DIHARAPKAN
Luaran yang diharapkan dari penelitian ini adalah publikasi dalam
bentuk makalah dalam seminar nasional atau artikel dalam jurnal ilmiah
nasional
F. KEGUNAAN
Mendapatkan ukuran dan bentuk bahan bakar biomassa dalam
pengoperasian unit gasifikasi sehingga didapatkan perolehan energi netto
gas produser hasil gasifikasi biomassa yang tinggi.
G. TINJAUAN PUSTAKA
G.1. Bahan Bakar Biomassa
Indonesia merupakan negara agraris berpenduduk Indonesia
mayoritas petani. Walaupun industrialisasi telah merambah ke dalam

4. 4
berbagai kehidupan, namun sektor pertanian tetap menjadi salah satu
faktor kunci penggerak ekonomi masyarakat yang mencakup pada
produksi beras, jagung, kacang-kacangan, sawit, tebu, buah-buahan tropis
dan lain sebagainya.
Dalam aspek produksi komoditas pertanian dihasilkan hasil samping
yang selama ini belum cukup memberikan nilai ekonomis bagi
pengelolanya. Hasil samping ini lebih sering disebut sebagai limbah dari
pada suatu potensi yang terkandung di dalamnya. Pemanfaatannya selama
ini hanya terbatas pada upaya minimal, antara lain untuk pakan ternak,
bahan bakar domestik atau dibakar di lahan pertanian. Pemanfaatan yang
lebih besar dapat diupayakan dengan memandang limbah pertanian
sebagai energi biomassa yang merupakan sumber energi terbarukan.
Tabel 2. Tabel contoh analisa beberapa jenis biomassa
Biomassa
Cangkang
sawit1
Sekam
padi2
Serbuk
gergaji3
Jerami
padi4
Lignite5
Anthracite6
Bentuk pipih jarum Bulat batang balok balok
H 5,01% 4,59% 7,78% 5,02% 7,5% 3,5%
C 44,44% 39,10% 56,31% 38,17% 45% 85%
O 34,70% 34,70% 34,73% 35,28% 48% 9%
N 0,28% 0,18% 1,06% 0,58% 1% 1%
Kadar air 12,00% 8,20% 7,4% 10% 45% 6%
Abu 3,50% 13,20% 0,4% 10,40% 15% 15%
Nilai Kalor
(kJ/kg)
16.900 14.204 21.300 12.330 17.445 31.400
Sumber:
1-4 : Krongkaew Laohalidanond, Jürgen Heil and Christain Wirtgen,
2006
5-6 : Speight, 2005
G.2. Gasifikasi
Gasifikasi adalah suatu teknologi proses konversi bahan padat
menjadi gas yang mudah terbakar. Bahan padat yang dimaksud dari bahan
bakar padat misalnya, biomassa, batubara, dan arang. Gas yang dimaksud
adalah gas-gas yang dihasilkan dari proses gasifikasi seperti CO, H2, dan
CH4.

5. 5
Gasifier adalah istilah untuk reaktor yang memproduksi gas produser
dengan cara pembakaran tidak sempurna (oksidasi sebagian) bahan bakar
biomassa pada temperatur sekitar 1000 o
C. Ketika gasifikasi berlangsung,
terjadi kontak antara bahan bakar dengan medium penggasifikasi di dalam
gasifier. Gasifier yang digunakan menentukan kontak antara bahan bakar
dengan medium penggasifikasi. (Rajvanshi, 1986).
G.3. Tahapan proses gasifikasi
Proses gasifikasi terdiri dari empat tahapan proses atas dasar
perbedaan rentang kondisi temperatur, yaitu pengeringan (T>150 °C),
pirolisis (150<T<700 °C), oksidasi (700<T<1500 °C), dan reduksi
(800<T<1000 °C) (lihat Gambar 1). Proses pengeringan, pirolisis, dan
reduksi bersifat menyerap panas (endotermik), sedangkan proses oksidasi
bersifat melepas panas (eksotermik). Panas yang dihasilkan dalam proses
oksidasi digunakan dalam proses pengeringan, pirolisis dan reduksi. Bahan
kering hasil dari proses pengeringan mengalami proses pirolisis, yaitu
pemisahan volatile matters (uap air, cairan organik, dan gas yang tidak
terkondensasi) dari arang. Hasil pirolisis berupa arang mengalami proses
pembakaran dan proses reduksi yang menghasilkan gas produser yaitu, H2
dan CO (Pranolo, 2010).
Gambar 1. Diagram alir proses gasifikasi di dalam gasifier
Gas hasil : H2, CO (gas
produser), H2O, CO2, tar,
dll
Abu
Uap air
Panas
Bahan kering
Panas
Uap air
Panas
BiomassaUdara
Reduksi
C+CO22CO
C+H2OCO+ H2O
800 - 1000 o
C
Oksidasi
2C + O2  2CO + panas
700 - 1500 o
C
Pirolisis
Bahan  C(arang) + H2O + tar + CH4 + dll
150 - 700 o
C
Pengeringan
Bahan  bahan kering + H2O
100 - 150
o
C

6. 6
G.4. Tipe Gasifier
Terdapat dua tipe utama gasifier yakni tipe fluidized bed dan tipe
fixed bed,. Beberapa tipe fixed bed gasifier, jika ditinjau dari arah aliran
udara, gasifier dibagi menjadi tiga tipe, yakni downdraft, updraft, dan
crossdraft. Ketiga tipe gasifier ditampilkan pada Gambar 2. Masing-
masing tipe gasifier memiliki kelebihan dan kekurangan yang ditampilkan
pada Tabel 3 (Rampling, 2003).
Gambar 2. Berbagai macam tipe gasifier
Tabel 3. Kelebihan dan kekurangan berbagai tipe gasifier
Tipe
Gasifier
Kelebihan Kekurangan
Updraft - Hilang tekan rendah
- Efisiensi panas bagus
- Kecenderungan membentuk
terak sedikit
- Sensitif terhadap tar dan
uap bahan bakar
- Memerlukan waktu start
up yang cukup lama
untuk mesin internal
combustion.
Downdraft - Tidak terlalu sensitif terhadap
tar
- Dapat mudah beradaptasi
dengan jumlah umpan
biomassa
- Desain gasifier tinggi
- Tidak cocok untuk bahan
bakar biomassa yang
berukuran kecil
Crossdraft - Desain gasifier pendek
- Sangat responsif ketika diisi
umpan biomassa
- Produksi gas fleksibel
- Sangat sensitif terhadap
pembentukan terak
- Hilang tekan tinggi
G.5. Zona Proses pada Gasifier
Pada gasifier terdapat empat zona utama yang di dalamnya
terjadi proses gasifikasi yaitu proses pengeringan bahan bakar,
pirolisis, pembakaran, dan Meskipun terdapat zona yang prosesnya

7. 7
tumpang tindih, masing-masing proses dapat diasumsikan menempati
zona yang terpisah dimana reaksi kimia dan panas berbeda.
Gambar 3. Berbagai zona fixed bed gasifier tipe up draft (kiri) dan
downdraft (kanan)
G.6. Hilang Tekan ( p) dan Daya (W)
Total penurunan tekanan fluida sepanjang L pada unggun
padatan adalah Δp. Hilang tekan ini muncul sebagai akibat pengaruh
gesekan (friction) antara fluida dengan bed. Sehingga Δp disebut
sebagai hilang tekan yang tidak dapat dihindari (Gibilaro, 2001).
Pengukuran hilang tekan dapat dilakukan dengan pembacaan
tinggi kolom cairan ( di dalam manometer pipa U yang masing-
masing ujungnya terpasang pada inlet dan outlet sistem. Bila densitas
gas ( , densitas cairan ( ), dan percepatan gravitasi (g) pada
manometer pipa U diketahui, maka beda tekan antara antar inlet dan
outlet sistem dapat dihitung menggunakan persamaan (1)
(Brown,1950).
..................................................... (1)
Pada packed bed dan fluidized bed, pengaruh faktor bentuk ( s)
dan diamter partikel (dp) sering dipetimbangkan sebagai parameter
tunggal. Fraksi kosong ( ) di dalam packed bed berhubungan
dengan faktor kebolaan partikel. Bila reaktor berdiameter kecil, efek
dinding dan pengaruh kekosongan tumpukan mejadi penting. Hilang
tekan partikel yang seragam dihubungkan oleh Ergun dengan
menggunakan Persamaan (2).

8. 8
.........(2)
.......................................................(3)
Hilang tekan pada Persamaan (2) mewakili dua faktor, yaitu viskositas
( dan kehilangan energi kinetik. Bila bilangan Reynold partikel
rendah (Rep <20) viskositas mendominasi sehingga Persamaan (2)
disederhanakan menjadi Persamaan (4):
........................................(4)
Bila bilangan Reynold partikel tinggi (Rep >1000), kehilangan energi
kinetik perlu diperhitungkan, jadi Persamaan (2) disederhanakan
menjadi Persamaan(5) :
.......................................................... (5)
Pada bilangan Reynold menengah, kedua term harus digunakan.
(Daizo, 1977)
Hubungan antara hilang tekan dengan kebutuhan daya pompa oleh
Bernoulli dapat diprediksi dengan Persamaan (6) (Rayner, 1995).
..................(6)
dimana p = tekanan = berat spesifik, u = kecepatan alir udara, z =
ketinggian, q = panas tertukar, W = daya, g = konstanta percepatan
gravitasi.

9. 9
H. METODE PELAKSANAAN
H.1. Alat dan Bahan Penelitian
H.1.1. Alat yang digunakan:
a. Unit gasifikasi
Unit gasifikasi adalah alat yang digunakan sebagai tempat
berlangsungnya proses gasifikasi. Alat ini memiliki tinggi
kolom 60 cm dan diameter kolom 14 cm.
b. Ring blower 1/8 HP
Alat ini digunakan untuk mengalirkan media penggasifikasi
yaitu udara dan juga untuk mengalirkan gas produser ke
burner.
c. Manometer U
Manometer pipa U berfungsi untuk mengukur ∆p yang
dihasilkan oleh tumpukan di dalam kolom gasifier.
d. Selang tahan panas
Selang tahan panas digunakan sebagai media untuk
mengalirkan gas dari pipa ke kolom manometer.
e. Ayakan
Ayakan berfungsi untuk mengklasifikasi serbuk gergaji
berdasarkan ukuran diameter partikel.
f. Pisau
Pisau digunakan untuk memotong-motong batang pohon
ketela berdasarkan ukuran yang telah ditentukan
H.1.2. Bahan yang digunakan:
a. Batok kelapa
b. Sekam padi
c. Batang singkong
d. Cangkang sawit
e. Arang kayu
f. Serbuk gergaji

10. 10
H.2. Metodologi
Penelitian dilakukan secara eksperimental untuk mengetahui hilang
tekan yang terjadi pada downdraft gasifier dengan bahan baku dalam
berbagai ukuran dan bentuk. Alur kerja penelitian terlihat pada
Gambar 4, sedangkan peralatan penelitian pada Gambar 5.
Gambar 4. Alur kerja
Gambar 5. Skema peralatan percobaan tipe down draft gasifier
Pengecekan Awal Unit Gasifikasi
Uji Coba Dingin Pengaliran Fluida Gas ke Dalam Reaktor Gasifikasi
Unggun Tetap dengan Variabel Ukuran dan Bentuk Partikel Biomassa
Data pengamatan :
1. ∆h manometer
2.
Prediksi Daya Pompa

11. 11
I. JADWAL KEGIATAN
Kegiatan
Bulan ke -
1 2 3 4 5
1. Persiapan
a. Pengumpulan bahan baku
b. Pengolahan bahan baku
2. Pelaksanaan
a. Percobaan pendahuluan
b. Pengumpulan data
3. Penyelesaian
a. Pengolahan data
b. Penyusunan laporan
c. Penggandaan laporan
d. Seminar Penelitian
J. RANCANGAN BIAYA
Adapun rancangan biaya dalam program ini adalah sebagai berikut:
No. Uraian Satuan Jumlah
Harga
satuan
Jumlah
harga
1. Bahan yang dipakai
Batok kelapa kg 50 4.000 200.000
Sekam padi kg 50 3.000 150.000
Batang singkong kg 50 2.500 125.000
Cangkang sawit kg 50 35.000 1.750.000
Arang kayu kg 50 3.500 175.000
Serbuk gergaji kg 50 2.500 125.000
2 Peralatan penunjang
Seperangkat alat gasifier set 1 3.500.000 3.500.000

12. 12
No. Uraian Satuan Jumlah
Harga
satuan
Jumlah
harga
Selang tahan panas m 10 25.000 250.000
Kran buah 20 15.000 300.000
Kawat m 6 15.000 90.000
Pisau buah 5 8.000 40.000
3 Pembuatan laporan
Kertas HVS rim 2 30.000 60.000
Tinta printer set 3 25.000 75.000
Alat tulis set 5 2.000 10.000
Penggandaan proposal eks 6 5.000 30.000
4 Publikasi penelitian
Seminar nasional atau
jurnal ilmiah
- 1 2.000.000 2.000.000
5 Lain-lain
Survei bahan - 2 100.000 200.000
Dokumentasi set 1 75.000 75.000
Transportasi - 2 125.000 250.000
Total biaya 9.405.000

13. 13
K. DAFTAR PUSTAKA
Brown, C.R 2003, Biorenewable Resources, page 4, Iowa State Press,
Iowa
Brown, G.G 1950, Unit Operation, page 154, John Willey and Sons Inc,
New York
Gibilaro, L.G, 2001, Fluidization-Dynamics, Reed Elsevier, Berlin
Higman, C, and van der Berg, M 2003, Gasification, Elsevier Science,
USA
Kunii, Daizo, and O. Levenspiel 1977, Fluidization Engineering, John
Willey & Sons, Inc, New York
Perry, R. H., and Green, D. W 2007, Perry’s Chemical Engineers
Handbook, 8th
ed, page 6-9, 6-39, Mc Graw Hill Book Company, New
York
Pranolo, H 2010, Potensi Penerapan Teknologi Gasifikasi Tongkol Jagung
Sebagai Sumber Energi Alternatif Di Pedesaan, Dalam Seminar Nasional
Energi Terbarukan Indonesia di Universitas Jendral Sudirman Purwkerto.
Rajvanshi, Anil K., and , Goswami, D. Yogi 1986, Alternative Energy in
Agriculture, CRC Press,United States
Rayner, R.,1995,Pump Users Handbook, 4th
ed., Elsevier Advanced
Technology, United Kingdom
Speight, James G 2005, Handbook of Coal Analysis, John Willey & Sons,
Inc, New Jersey
Krongkaew Laohalidanond, Jürgen Heil and Christain Wirtgen,2006, The
Production of Synthetic Diesel from Biomass, Vol. 6 No. 1 Jan. - Jun.
l

14. 14
L. LAMPIRAN
1. BIODATA KETUA DAN ANGGOTA KELOMPOK
a. Ketua Pelaksana Kegiatan
1. Nama Lengkap : Dwi Hantoko
2. NIM : I0509013
3. No.HP : 085642246152
4. Email : dwi_hantoko@yahoo.com
5. Fakultas/Program Studi : Teknik / Teknik Kimia
6. Perguruan Tinggi : Universitas Sebelas Maret
7. Waktu untuk Kegiatan PKM : 10 jam/minggu
Ketua,
Dwi Hantoko
b. Anggota Pelaksana
1. Nama Lengkap : Muflih Arisa Adnan
2. NIM : I0509029
3. No.HP : 081393938329
4. Email : adnan051991@yahoo.com
5. Fakultas/Program Studi : Teknik / Teknik Kimia
6. Perguruan Tinggi : Universitas Sebelas Maret
7. Waktu untuk Kegiatan PKM : 10 jam/minggu
Anggota,
Muflih Arisa Adnan
c. Anggota Pelaksana
1. Nama Lengkap : Juli Novianto
2. NIM : I0510023
3. No.HP : 085786338820
4. Email : juno_smatt@homail.com
5. Fakultas/Program Studi : Teknik / Teknik Kimia
6. Perguruan Tinggi : Universitas Sebelas Maret
7. Waktu untuk Kegiatan PKM : 10 jam/minggu
Anggota,
Juli Novianto

15. 15
2. BIODATA DOSEN PENDAMPING
1. Nama : Dr. Sunu Herwi Pranolo
2. NIP baru : 196903161998022001
3. Golongan/Jabatan : III C / Lektor
4. Tempat/Tanggal Lahir : Yogyakarta / 16 Maret 1969
5. Jenis kelamin : Laki-laki
6. Unit kerja : Fakultas Teknik, Jurusan Teknik
Kimia, UNS
7. Alamat kantor : Jl. Ir. Sutami 36A, Surakarta 57126
8. Alamat rumah : Jl. Amerta XI/4, Jombor Kidul, Mlati,
Sleman Yogyakarta 55284
9. Alamat email : sunu_pranolo@yahoo.com
10. Waktu untuk Kegiatan PKM : 6 jam/minggu
Riwayat Pendidikan Perguruan Tinggi
Jenjang Perguruan Tinggi Tahun
Lulus
S3 Program Studi Teknik Kimia,
Fakultas Teknologi Industri – ITB, Bandung
2009
S2 Department of Process Design and Safety,
Institute of Process Equipment and
Environmental Technology,
Otto-von-Guericke-Univeristat, Magdeburg,
Germany
2000
S1 Jurusan Teknik Kimia,
Fakultas Teknik – UGM, Yogyakarta
1994
Daftar Pengalaman Proyek
Tahun Tempat Bekerja
2010 Pembangunan dan Commissioning Pembangkit Listrik
Tenaga Diesel – Gasifikasi Pelepah Sawit (100 kVA)
di Kab. Indragiri Hulu, Riau
2010 Pembangunan dan Commissioning Pembangkit Listrik
Tenaga Diesel – Gasifikasi Pelepah Sawit (100 kVA)
di Kab. Pelalawan, Riau
2008 Pembangunan dan Commissioning Pembangkit Listrik
Tenaga Diesel – Gasifikasi Tongkol Jagung (60 kVA)
di Kab. Tanah Laut, Kalimantan Selatan
Dosen Pembimbing,
Dr. Sunu Herwi Pranolo
196903161998022001