Pengembangan Tungku Gasifikasi Arang Biomassa Tipe Natural Draft Gasification Berdasarkan Analisis Computational Fluid Dynamics (CFD)

Abstract

Sebuah tungku biomassa natural draft gasification (NDG) yang berbasis pada gasifikasi dengan efek gaya apung telah dikembangkan dengan pendekatan persamaan berbasis pindah panas dan equilibrium. Namun, metode tersebut belum dapat menjelaskan pengaruh bentuk geometri terhadap kinerja tungku. Oleh karena itu, penelitian ini menganalisis pengaruh bentuk geometri terhadap kinerja tungku dengan metode numerik melalui simulasi computational fluid dynamics (CFD). Tujuan penelitian ini adalah mengembangkan disain geometri yang mencakup diameter lubang udara sekunder dan tinggi cerobong gas mampu bakar dengan menggunakan simulasi CFD dan melakukan uji water boiling test (WBT) beserta komposisi gas pada tungku hasil disain. Prosedur penelitian melalui lima tahap yaitu tahap perancangan, penggambaran model, simulasi model, pabrikasi, dan uji kinerja lapang. Simulasi CFD model tungku NDG dilakukan meliputi dua tahap. Tahap pertama menentukan kecepatan aliran udara akibat adanya efek gaya apung. Kecepatan aliran udara yang dihasilkan digunakan pada simulasi tahap kedua untuk menentukan komposisi gas dan energi yang dihasilkan. Hasil simulasi tahap pertama menghasilkan data kecepatan aliran udara sebesar 0.1 m/detik (lubang primer) dan 0.11 m/detik sampai dengan 0.29 m/detik (lubang udara sekunder). Simulasi tahap kedua menghasilkan data energi tungku antara 1863.9 J/detik sampai dengan 2585.7 J/detik, dan memiliki efisiensi gasifikasi sebesar 67.11 %. Proses pembuatan tungku menggunakan ukuran tinggi cerobong gas bakar sebesar 10 cm, dan diameter lubang udara sekunder sebesar 4 cm. Uji WBT mendapatkan efisiensi tungku sebesar 22% sampai dengan 23 %. Uji komposisi gas mampu bakar menghasilkan gas CO sebesar 9.42% dan gas CH4 sebesar 3.87 %. Hasil uji lapang yang dilakukan ini dapat disimpulkan bahwa rancangan tungku yang dilakukan memiliki efisiensi tungku yang baik jika dibandingkan dengan efisiensi tungku konvensional lainnya.