Perpustakaan Digital ITB

Rumput gajah (Miscanthus x giganteus) merupakan salah satu biomassa energi yang potensial, dengan produktivitas energi rata-rata 517 GJ/hektar/tahun. Biomassa tersebut mudah dibudidayakan, dalam arti tidak membutuhkan pengairan, pemupukan, dan peptisida yang intensif. Tanaman ini bahkan dilaporkan dapat tumbuh pada tanah liat, lempung, dan berdebu. Dengan demikian, tanaman ini dapat diandalkan sebagai energi primer pada pembangkit listrik di Indonesia, terutama di pulau-pulau kecil dan daerah terpencil. Dari berbagai alur pemanfaatan rumput gajah pada pembangkit listrik, alur pembakaran langsung merupakan yang paling banyak digunakan karena lebih sederhana dan memiliki efisiensi panas yang lebih tinggi. Jenis tungku yang ideal untuk pembakaran biomassa pada pembangkit listrik adalah tungku pembakaran tersuspensi, karena proses pembakaran pada tungku tersebut memiliki efisiensi yang tinggi dan mudah dikendalikan. Rancangan tungku pembakaran tersuspensi biasanya bersifat unik dan sangat ditentukan oleh karakteristik bahan bakar, seperti ukuran, bentuk, densitas, dan kandungan kimiawi bahan bakar. Keunikan rancangan tungku tersuspensi terletak pada rancangan burnernya. Karakteristik bahan bakar yang berbeda membutuhkan rancangan burner yang berbeda pula. Penelitian disertasi ini bertujuan untuk merumuskan rancangan burner untuk tungku pembakaran agar tungku tersebut mampu membakar partikel rumput gajah dalam keadaan tersuspensi. Untuk mewujudkan tujuan tersebut, ada 4 sasaran penelitian yang ditetapkan, yakni: (1) menyiapkan partikel rumput gajah kering, (2) menentukan karakteristik fisik dan kimiawi partikel rumput gajah kering, (3) melakukan inovasi burner tungku tersuspensi untuk keperluan pembakaran partikel rumput gajah, dan (4) menentukan karakteristik pembakaran partikel rumput gajah. Metode yang digunakan untuk melaksanakan penelitian disertasi ini adalah metode kombinasi, yakni gabungan antara metode pemodelan dan eksperimen. Gabungan kedua metode tersebut dilaporkan oleh beberapa peneliti terdahulu mampu memberikan hasil penelitian yang terpercaya dengan waktu yang relatif cepat dan biaya yang relatif murah. Proses penyiapan partikel rumput gajah dilakukan dengan cara mencacah tanaman rumput gajah segar menggunakan mesin CM-01. Karakteristik fisik partikel rumput gajah kering yang diperoleh dari hasil pencacahan adalah sebagai berikut: diameter rata-rata 1384 ?m, densitas curah partikel 101,23 kg/m3, densitas individual partikel 240 kg/m3, dan faktor bentuk sebesar 0,45. Sementara, hasil analisis proksimat dan ultimat dengan basis kering angin (adb) dari partikel rumput gajah adalah: kandungan air 12,35%, zat volatil 56,93%, karbon tertambat 18,87%, abu 11,85%, karbon 37,41%, hidrogen 5,99%, oksigen 43,48%, nitrogen 1,09%, sulfur 0,18%, dan nilai kalor sebesar 3.472 kkal/kg (14,53 MJ/kg). Penentuan karakteristik pembakaran partikel rumput gajah dilakukan dalam dua jenis tungku, yakni tungku unggun diam dan tungku tersuspensi. Proses pembakaran tersuspensi dilakukan dalam sebuah tungku menggunakan bantuan burner siklon. Burner tersebut dipasangkan pada salah satu sisi tungku dengan posisi horizontal. Di samping sebagai penghantar bahan bakar ke dalam tungku, burner juga berfungsi untuk menginisiasi proses pembakaran dan menjaga bahan bakar dalam keadaan tersuspensi. Rancangan burner yang digunakan berbentuk silinder horizontal yang terdiri dari kepala dan badan burner. Pada bagian kepala burner terdapat sebuah inlet aksial dan 4 buah inlet tangensial. Inlet aksial berbentuk silinder dan dipasang konsentrik dengan kepala burner, dengan diameter 1/3 diameter kepala burner. Sementara, inlet tangensial berbentuk kotak empat persegi dan dipasang secara simetris di sekeliling kepala burner, dengan sudut kemiringan terhadap absis 20 derajat. Badan burner merupakan silinder horizontal tempat terjadinya interaksi antara aliran aksial dan tangensial. Pada penelitian ini, panjang silinder burner divariasikan sebesar 1,5 dan 2,5 kali diameter burner. Hasil uji coba pembakaran partikel dalam tungku unggun diam menunjukkan bahwa ada dua model pembakaran partikel yang terjadi dalam jenis tungku tersebut, yakni: (i) model pembakaran bersamaan (simultaneous combustion), di mana proses pembakaran zat volatil dan arang berlangsung secara bersamaan dan (ii) model pembakaran berurutan (sequential combustion), di mana proses pembakaran arang terjadi setelah pembakaran zat volatil selesai. Model pembakaran bersamaan ditemukan terjadi pada temperatur ? 400oC, sementara model pembakaran berurutan berlangsung pada temperatur ? 450oC. Pada proses pembakaran berurutan, proses penyalaan partikel selalu disertai oleh lidah api, sebaliknya pada model pembakaran bersamaan tidak terlihat munculnya lidah api. Makin tinggi temperatur tungku, makin cepat waktu penyalaan partikel. Pada temperatur ? 550oC, partikel rumput gajah bahkan dapat menyala secara spontan, sesaat setelah berada dalam tungku. Sementara, hasil percobaan pembakaran partikel rumput gajah dalam tungku tersuspensi menunjukkan bahwa proses pembakaran dalam tungku tersebut dipengaruhi oleh intensitas pusaran aliran dan panjang silinder burner. Makin tinggi intensitas pusaran aliran, makin lama waktu alir partikel dalam tungku dan makin besar potensi partikel terbakar dalam kondisi tersuspensi. Akan tetapi, nilai intensitas pusaran aliran dibatasi oleh nisbah pembebanan partikel. Nisbah pembebanan partikel optimal dari sistem pengumpanan yang digunakan adalah 23,35%. Pada kondisi tersebut, intensitas pusaran awal aliran adalah sebesar 7,52. Proses pembakaran pada tungku dengan burner silinder panjang (l = 2,5d) dapat berlangsung dalam kondisi tersuspensi. Sementara, proses pembakaran partikel rumput gajah pada tungku dengan burner silinder pendek (l = 1,5d) menyerupai proses pembakaran pada tungku unggun diam, di mana proses pembakaran partikel terjadi di dasar tungku. Temuan lain yang diperoleh dari percobaan pembakaran dalam tungku tersuspensi adalah: (1) waktu alir partikel rumput gajah dalam tungku tidak selalu berbanding lurus dengan ukuran partikel dan (2) residu sisa pembakaran (arang) masih mengandung sejumlah zat yang dapat terbakar, yakni zat volatil dan karbon tertambat. Dari hasil-hasil di atas dapat disimpulkan bahwa burner siklon yang dirancang, dengan panjang silinder burner 2,5 kali diameter burner, dapat membakar partikel rumput gajah kering berukuran -5600 ?m dalam kondisi tersuspensi. Efisiensi pembakaran dari rancangan tungku tersuspensi tersebut ± 96%.