## Pengujian Kinerja Dan Modifikasi Reaktor
Downdraft Gasifikasi Biomassa 100 kW
Muhammad Ridwan 1 , Indradjaja 2 , Noviyanti Nugraha 1 dan Irfan Taufik 1
1 Institut Teknologi Nasional Bandung, Jl. P.H.H. Mustofa No.23, Bandung, Indonesia 2 PT. Medina Engineering, Jl. Raya Narogong Km 15, Pangkalan 7, Bekasi, Indonesia Email: 1 muhrid@gmail.com, 3 noviyanti.nugraha.itenas@gmail.com

## ABSTRAK
Gasifikasi adalah suatu proses konversi senyawa yang mengandung karbon untuk mengubah material baik cair maupun padat menjadi bahan bakar gas mampu bakar melalui proses pembakaran dengan suplai udara terbatas. Reaktor tempat terjadinya proses gasifikasi disebut gasifier. Gas hasil dari proses gasifikasi disebut syngas. Pada penelitian sebelumnya telah dirancang reaktor gasifikasi dengan menggunakan kotoran sapi sebagai bahan bakar proses gasifikasi. Tipe reaktor yang digunakan adalah tipe downdraft. Tujuan dari penelitian ini adalah menguji performa mesin, menganalisa hasil pengujian dan memodifikasi rancangan  reaktor gasifikasi downdraft kapasitas 100 kW. Dari pengujian pertama, diperoleh hasil pengujian yaitu temperatur di dalam ruang pembakaran kurang dari 500˚C serta masih terdapat kebocoran pada komponen reaktor. Maka di perlukan modifikasi agar temperature yang ditargetkan yaitu diatas 500˚C tercapai dan memperbaiki kekurangan lainnya.  Modifikasi yang dilakukan meliputi bagian atas yaitu hopper, pemasangan instalasi pipa 2 in, serta pembuatan kembali saringan ash grate. Setelah melakukan modifikasi, dilakukan pengujian kembali, Hasil  pengujian setelah dimodiifikasi diperoleh temperatur antara 550 o C – 600 o C.
Kata kunci : reaktor, downdraft, gasifikasi, kotoran sapi, pengujjian

## ABSTRACT
Gasification is a process of converting carbonaceous compounds to convert both liquid and solid materials into fuel gas capable of burning through a combustion process with limited air supply. The reactor where the gasification process occurs is called a gasifier. The resultant gas from the gasification process is called syngas. Previous studies have designed gasification reactors using cow dung as a fuel for gasification processes. The type of reactor used is the downdraft type. The purpose of this study is to test the performance of the engine, analyze the test results and modify the down kaft gasification reactor design capacity of 100 kW. From the first test, obtained the test results that the temperature in the combustion chamber is less than 500˚C and there is still leakage in the reactor component. So in need of modifications to the targeted temperature that is above 500˚C achieved and fix other deficiencies. Modifications made include the top of the hopper, installation of 2-in pipe installation, as well as re- making ash grate filter. After modification, re-testing, the test results after modified temperature obtained between 550 oC - 600oC.
Keywords: reactor, downdraft, gasification, cow dung, test.

## 1. PENDAHULUAN
Gasifikasi adalah suatu proses konversi senyawa yang mengandung karbon untuk mengubah material baik cair maupun padat menjadi bahan bakar gas mampu bakar (CO, H 2 , CO 2 , CH 4 dan H 2 O) melalui proses  pembakaran  dengan  suplai  udara  terbatas  yaitu  antara  20%  hingga  40%  udara  stoikiometri. Reaktor tempat terjadinya proses gasifikasi disebut gasifier . Selama proses gasifikasi akan terbentuk daerah  proses  menurut  distribusi  temperatur  dalam  reaktor.  Daerah – daerah  tersebut  adalah pengeringan,  pirolisis,  pembakaran,  dan  gasifikasi.  Masing-masing  daerah terjadi  pada  rentang  suhu antara 25 o C hingga 150 o C, 150 o C hingga 600 o C, 600 o C hingga 900 o C, dan 800 o C hingga 1400 o C. Gas hasil dari proses gasifikasi disebut syngas .
Komposisi syngas bervariasi  tergantung  dengan  bahan  baku  biomassa,  namun  rata-rata  dapat menghasilkan syngas dengan kadar H 2 sebesar 18-20%, CO sebesar 18-20%,  CH 4 sebesar 2-3%, CO 2 sebesar 12%, H 2 O sebesar2.5% dan sisanya N 2 , dengan nilai kalor gas sekitar 4.7 – 5 MJ/m 3 [1]
Pembakaran  bahan  bakar  gas  ( syngas )  lebih  mudah  dalam  pengontrolan  laju  atau  suhu  pembakaran dibanding  pembakaran  bahan  bakar  padat.  Disamping  itu,  hasil  pembakaran  bahan  bakar  gas  lebih bersih.  Namun,  untuk  menghasilkan syngas dari  gasifikasi,  teknologi  gasifikasi  masih  harus dikembangkan karena efisiensi tertinggi proses gasifikasi masih disekitar 65% [2].
Banyak  parameter  yang  mempengaruhi  efisiensi  gasifikasi  dan  sangat  tergantung  dari  jenis  bahan bakar dan tipe gasifier yang dipakai. Pemanasan awal udara gasifikasi merupakan parameter penting yang  berpengaruh  terhadap  efisiensi  gasifikasi.  Pemanasan  tersebut  dapat  membantu  mengurangi kandungan moisture bahan  bakar. Semakin kecil prosentase moisture dalam bahan bakar padat,  nilai kalor syngas semakin besar. Namun pemanasan awal udara gasifikasi harus dicari nilai optimumnya sehingga tidak menimbulkan permasalahan lagi yaitu terbentuknya tar [2].
Karena  udara  adalah  agen gasifying ,  suhu reaktor  tergantung  pada  laju  aliran  udara dan laju  umpan biomassa.  Semakin  rendah  udara  masuk  ke  hasil  sistem  sangat  rendah  suhunya  sehingga  gas  yang dihasilkan lebih rendah, dan hasil tar yang lebih tinggi [3].
Gasifikasi  yang  selama  ini  sering  dikenal  adalah  gasifikasi  dengan  umpan  batubara  dan  limbah pertanian, akan tetapi gasifikasi dengan umpan limbah peternakan khususnya  biomassa kotoran sapi masih  jarang  dilakukan,  padahal  kotoran  sapi  memiliki  potensi  yang  besar  untuk  dikembangkan sebagai bahan bakar gasifikasi.
Pada  penelitian  sebelumnya  telah  dirancang  reaktor  gasifikasi  dengan  menggunakan  kotoran  sapi sebagai  bahan  bakar  proses  gasifikasi.Komposisi    kotoran    sapi    yang    digunakan    diambil    dari ultimate analysis. Kotoran sapi yang telah melalui proses pengeringan akan diperoleh mass moisture content (wt%) sebesar 10%. Sedangkan kotoran sapi yang belum dikeringkan rata-rata memiliki mass moisture content sebesar 78.4%  [4] .
Tipe  reaktor  yang  digunakan  adalah  tipe  downdraft.  Pada  tipe  ini  sumber  panas  terletak  di  bawah bahan  bakar,  aliran    udara  bergerak  ke  zona  gasifikasi  di  bagian  bawah  yang  menyebabkan  asap pirolisa yang dihasilkan melewati zona gasifikasi yang panas. Hal ini membuat tar  yang terkandung dalam asap terbakar, sehingga gas yang dihasilkan oleh reaktor ini lebih bersih [5].
Keuntungan  reaktor  tipe  ini  adalah  reaktor  ini  dapat  digunakan  untuk  operasi  gasifikasi  yang berkesinambungan  dengan  menambahkan  bahan  bakar  melalui  bagian  atas  reaktor.  Namun  untuk operasi yang berkesinambungan dibutuhkan sistem pengeluaran abu yang baik, agar bahan bakar bisa terus ditambahkan kedalam reaktor [5].
Reaktor yang telah dirancang sebelumnya, diperlihatkan pada gambar 1 dibawah ini.
Gambar 1. Reaktor downdraft kapasitas 100 kW
Komponen-komponen Reaktor downdraft Reaktor downdraft gasifikasi biomassa ini terdiri dari beberapa komponen utama yaitu:
Gasifier (tungku gasifikasi)
Berfungsi sebagai komponen utama sebagai tungku tempat berlangsungnya proses gasifikasi, dimana biomassa  dibakar  dengan  temperatur  tinggi  sehingga  menghasilkan  sintetik  gas  ( syngas ). Gasifier biasanya terbuat dari pipa baja, plat baja dan piringan ( plate ) baja. Reaktor gasifier terdiri dari throat atau leher reaktor yang terbuat dari pipa baja dan hearth atau tungku pembakaran dari plat baja yang di- bending menyerupai kerucut.
Syngas outlet (tempat pengeluaran syngas ) Berfungsi sebagai saluran pengeluaran syngas yang dihasilkan gasifier . Bahan yang digunakan untuk syngas outlet ini adalah pipa ST-40 dengan diameter 3 inchi dan panjang 10 cm.

## Air nozzle (nozzle udara)
Berfungsi sebagai sumber oksigen pada proses gasifikasi dan sebagai pengatur arah aliran syngas . Air nozzle (nosel  udara) ini terbuat  dari  material  pipa  ST-40  dengan  diameter  8  mm  yang  terdiri  dari  8 buah nozzle dimana 4 nozzle terpasang horizontal dan 4 nozzle lainnya terpasang miring 45 0 ke bawah.

## Ash grate
Berfungsi sebagai tempat penampung abu dari sisa pembakaran biomassa. Ash grate terbuat dari plat baja  ST-40  dengan  ketebalan  2  mm  yang  di- roll menyerupai  tabung  dan  di- bending menyerupai kerucut.
Hopper (corong)
Berfungsi  untuk  tempat  memasukkan  biomassa  ke  dalam  reaktor. Hopper (corong)  terbuat  dari  plat baja ST-40 dengan ketebalan 2 mm yang di- roll membentuk tabung dengan diameter 45 cm dan tinggi 100 cm.
Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  menguji  performa  mesin  dan  memodifikasi  rancangan    reaktor gasifikasi downdraft
Termometer
anemometer

## 2. METODOLOGI
Metode  penelitian  yang  digunakan  untuk  mencapai  tujuan  penelitian  yaitu:  tahap  pertama  adalah menguji kinerja dari reaktor downdraft gasifikasi biomassa 100 kW. Tahap kedua adalah menganalisa hasil pengujian. Tahap ketiga melakukan modifikasi pada reaktor.

## 2.1 Parameter pengujian
Parameter-parameter  penting  yang  harus  dipertimbangkan  dalam  proses  gasifikasi  yaitu  temperatur dan  debit . Temperatur  di  ruang  pembakaran  gasifikasi  harus  lebih  dari  500 o C  karena  dalam  tahap pertama gasifikasi adalah pengeringan untuk menguapkan kandungan air agar menghasilkan gas yang bersih.  Temperatur  yang  lebih  dari  500 o C  juga  dapat  berpengaruh  dalam  menghasilkan  gas  yang mudah terbakar. Untuk mempertahankan temperatur, maka tangki reaktor diisolasi dengan pita asbes dan alumunium foil agar tidak ada panas yang keluar ke lingkungan sehingga efisiensi reaktor menjadi baik [6].
Bila  temperatur  gasifikasi  sudah  lebih  dari  500 o C  maka  akan  menghasilkan  komposisi  kimia  yang mampu bakar yaitu :
H 2 = 20% ± 2% CO = 19% ± 1% CH 4 = 1,5% ± 0,5% CO 2 = 12% ± 1%
2.1 . Prosedur Pengujian
2.1.1. Prosedur sebelum pengujian Memasukan bahan bakar berupa kotoran sapi yang sudah dikeringkan dengan berat 2 kg. Memasang alat  uji  anemometer  pada  input  udara  dari  blower.  Memasang thermometer pada  ruang  pembakaran (Combustion Zone)
2.1.2. Prosedur Pengujian Performa Mesin Prosedur pengujian yang dilakukan untuk mengetahui performa mesin adalah: 1. Melakukan penyalaan awal yang menggunakan burner pada combustion zone.
2. Menyalakan blower untuk mengsirkulasikan udara yang masuk pada reaktor.
3. Memutarkan screw untuk menurunkan bahan bakar biomassa ke dalam combustion zone.
4. Apabila  asap  yang  keluar  dari  output  syngas  tidak  berwarna  maka  bisa  dilakukan  proses penyalaan.
5. Apabila  api  yang  keluar  sudah  kontinu  maka  bisa  dilakukan  pengujian  performa  mesin,dengan melakukan 3 tahap pengujian:
a. Tutup  full  pada blower dengan  hasil  dari  anemometer  dan thermometer pada  ruang pembakaran.
b. Bukaan  setengah  pada blower dengan  hasil  dari  anemometer  dan  hasil thermometer pada ruang pembakaran.
c. Bukaan full pada blower dengan hasil dari anemometer dan hasil thermometer pada ruang pembakaran.

## 2.2. Analisa Hasil Pengujian
Analisa dari hasil pengujian pertama reaktor downdraft gasifikasi biomassa yaitu:
1. Temperatur  di  pembakaran  tidak  sampai  tidak  sesuai  dengan  syarat  proses  terjadinya  syngas (synthetic  gas)  yaitu  500°C.  Hasil  dari  pengujian  pertama  yaitu  sebelum  dimodifikasi, diperlihatkan pada tabel 1 dibawah ini.

## Pengujian Kinerja Dan Modifikasi  Reaktor Downdraft Gasifikasi Biomassa 100 kW
Tabel 1. Hasil pengujian 1 sebelum dilakukan modifikasi
Bukaan Blower Aliran Udara V (m/s) Temperatur T (°C) Debit Q ( ࢒ ࢓ ) Tutup Full 5,5 430 666 Bukaan Setengah 5,8 450 702 Bukaan Full 6,5 470 787,8
2. Pada saat melakukan pengujian masih terdapat kebocoran pada reaktor yang  mengakibatkan tidak maksimumnya keluaran udara pada output.
3. Sisa pembakaran yang berada di atas dan menghasilkan tar yang bergerak ke atas. Gambar 2 memperlihatkan tar yang keluar dari hopper.
Gambar 2. Tar yang keluar pada hopper
Gambar 3 memperlihatkan syngas yang keluar pada hopper yang bergerak ke atas.
Gambar 3. Syngas yang keluar pada hopper
4. Bahan  baku  yang  masuk  pada  ruang  pembakaran Combustion Zone tidak  kontinu  karena masih terdapat bahan baku tidak turun ke ruang pembakaran, hal tersebut diperlihatkan pada gambar 4.
Gambar 4. Bahan baku yang tidak turun ke ruang pembakaran
5. Saringan  untuk  pembakaran  sisa    yang  tidak  bekerja  dengan  baik  dimana  masih  adanya pembakaran sisa terdapat di ruang pembakaran dan tidak turun ke ruangan ashfit.
Dari hasil analisa di atas penulis mendapatkan kesimpulan bahwa performa dari mesin tersebut tidak bekerja dengan baik, maka harus ada tindak lanjut, dengan memodifikasi reaktor.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1. Modifikasi Reaktor
Modifikasi yang dilakukan meliputi:
1. Tutup flens
Tutup flens pada hopper dimodifikasi karena untuk memudahkan pada saat memasukan bahan bakar secara kontinu dan dilubangi sebesar 2 in untuk memanfaatkan sisa pembakaran yang ada diatas hopper . Bahan yang digunakan adalah ST-40 . Gambar 5 menujukkan tutup flens.
Gambar 5 . Tutup Flens Hopper Yang Dimodifikasi
2. Penambahan pipa-pipa untuk saluran sisa pembakaran Penambahan pipa dengan panjang 582 mm digunakan untuk aliran sisa pembakaran dari atas hopper yang disambungkan ke belokan 2 in. Pipa dengan panjang 720 mm digunakan untuk aliran sisa pembakaran dari atas hopper yang disambungkan ke belokan 2 in dan diteruskan ke syngas output .  Penambahan  belokan  2  in  yang  digunakan  sebanyak  2  buah,  1  buah dipasangkan diatas tutup flens hopper dan yang lain dismbungkan pada sambungan pipa 582 mm dan pipa 720 mm. Sambungan T digunakan untuk mebagi aliran dari atas hopper dan dari output syngas . Penambahan pipa pipa ini juga dimaksudkan untuk mengatasi adanya syngas ke atas.
3. Perubahan saringan ash grate (Gambar 6)
Saringan ash grate diganti dengan memperbanyak lubang saringan karena agar memudahkan pada saat penyaringan bekas pembakaran yang berupa abu ke dalam ash grate
Gambar 6 . Saringan ash grate

## 4. Tiang Paddle
Penambahan  Tiang  yang  digunakan  untuk  memasangkan  s crew pendorong  bahan  bakar  ke ruang pembakaran.

## Pengujian Kinerja Dan Modifikasi  Reaktor Downdraft Gasifikasi Biomassa 100 kW
Setelah dilakukan rancangan tiap komponen yang berupa gambar, hasil modifikasi tersebut dilakukan penggabungan dengan reaktor yang sudah dibuat sebelum seperti gambar 7 .
Gambar 7 . Reaktor yang telah dimodifikasi
Penjelasan dari hasil gambar 8 atau hasil modifikasi reaktor adalah sebagai berikut : 1. Tiang Paddle .
2. Lubang untuk memasukan bahan baku.
3. Tutup yang di modifikasi.
4. Saringan ash grate.
5. Sambungan pipa T.
6. Pipa panjang 720 mm.
7. Belokan 2 in.
8. Pipa panjang 582 mm.

## 3.2. Pengujian Reaktor yang telah dimodifikasi
Setelah  memodifikasi  beberapa  komponen,  kemudian  dilakukan  pengujian  kembali.  pengujian dilakukan  dengan  cara  yang  sama  seperti  pengujian  pada  reaktor donwdraft sebelum  dimodifikasi. Hasil pengujian reaktor downdraft yang telah dimodifikasi diperlihatkan pada tabel 2 dibawah ini.
Tabel 2. Hasil pengujian 2. reaktor downdraft yang telah dimodiifikasi
Bukaan Blower Aliran Udara V (m/s) Temperatur T (°C) Debit Q ( ࢒ ࢓ ) Tutup full blower 6.6 550 0.799 Bukaan setengan blower 8.9 570 1.079 Buka full blower 10 600 1.212
1 2 3 4 5 6 7 8

## 4. KESIMPULAN
Kesimpulan yang didapat dari hasil penelitian ini adalah:
1. Komponen-komponen yang dimodifikasi adalah:
a. Pembuatan lubang pada tutup flens berukuran 55 cm dan penutupnya berukuran 15 cm×10 cm dengan bahan ST-40.
b. Pembuatan lubang 2 in pada flens.
c. Pemasangan belokan 2 in pada lubang diatas flens, tujuan nya untuk mengatasi sisa bahan bakar yang bergerak keatas.
d. Pemasangan  pipa  dengan  2  ukuran  yang  berbeda.  Tujuan  pemasangan  pipa  untuk melanjutkan aliran asap sisa pembakaran dari hopper yang dilanjutkan ke output syngas (syntethic gas) dengan bahan galvanis.
e. Pemasangan  sambungan  T  2  in,  bertujuan  untuk  menyambungkan  pipa  dengan  output syngas (syntethic gas).
f. Pembuatan kembali saringan ash grate dengan dimensi lubang 12 mm
2. Temperatur di ruang pembakaran sesuai dengan syarat proses terjadinya syngas yaitu diatas 500°C.
3. Temperatur gasifikasi yaitu 550°C - 600°C
4. Performa reaktor sesudah dimodifikasi, menjadi lebih baik

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Muhammad  Ridwan,  Indradjaja,  Faqih  Azizuddin dan  Stefan  Arichta.  2016.  Perancangan Reaktor  Gasifikasi  Downdraft  dan  Cyclone  Separator  Pilot  Plant  Pembangkit  Listrik Gasifikasi  Biomassa  Kapasitas  100  kW.  Precceding  Seminar  Nasional  Tahunan  Teknik Mesin XV (SNTTM XV).
[2] Anis,Samsudin, Karnowo, Wahyudi, Sri Mulyo Bondan Respati. 2010. Studi
[3] Sadaka,  Samy.  2006.  Gasification.  Nevada:  Department  of  Agricultural  and  Biosystem Engineering   Lowa State University
[4] Demirbas,  Ayhan.  2004.  Biomass  Feedstocks.  Turkey:  University  Mah.  Tersedia  di: http://www.eolss.net/sample-chapters/c17/e6-58-06-16.pdf,  diakses April 2016.
[5] Susanto, H. 2005. “Pengujian PLTD -Gasifikasi Sekam 100 kW di Haurgeulis, Indramayu”. Laporan singkat Pengoperasian PLTD-G sekam di Haurgeulis selama bulan September 2005, Dasar-dasar  Proses  Gasifikasi  dan  Pengalaman  Teknik  Kimia  ITB  dalam  pengoperasian PLTD-Gasifikasi Sekam.
[6] Das,  A.  dan  Reed, T.  B.  1988.  Handbook  of  Biomass  Downdraft  Gasifier  Engine  System. Colorado: Solar Energy Research Institute