PERANCANGAN ALAT PERAGA (PROTOTYPE) DIGESTER SAMPAH SKRIPSI
Diajukan Kepada :
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1) Teknik Mesin Program Strata Satu (S-1) Jurusan Teknik Mesin
HANDOKO ANGGIT HERBOWO NIM: 201110120311059
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
PERANCANGAN ALAT PERAGA (PROTOTYPE) DIGESTER
SAMPAH
Handoko Anggit Herbowo, Achmad Fauzan H.S, Daryono
Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Malang Jl. Raya Tlogomas No.246 Telp.(0341) 46318-123 Fax (0341) 460782 Malang 65144
ABSTRAK
Sedang dilakukan perancang alat peraga (prototype) digester sampah untuk kota dengan kapasitas 400 ton/jam. Desain tersebut dikembangkan dari prinsip digester biogas kotoran sampah. Untuk keperluan percobaan pendeteksi aliran mengenai karakteristik aliran, maka dibutuhkan alat peraga digester atau miniatur atau model prototype digester tersebut.
Prototype dirancang dan dibuat berdasarkan prinsip phal and Beitz yang terdiri dari perencanaan dan penjelasan digester, spesifikasi digester, mengembangkan solusi utama dengan mengidentifikasi masalah pada digester, konsep digester, mengembangkan struktur digester dengan memilih layout berupa gambar skets dan membuat dokumen produk berupa desain gambar kerja menjadi benda. Langkah terakhir menguji keberfungsian alat .
Spesifikasi alat peraga (prototype) digester sampah dengan kapasitas massa fluida didalam digester 79,43 kg, dimensi alat 1181,4 mm x 483,3 mm x 161 mm, dimensi ini didapat dari dimensi sebenarnya dengan skala 1:50. Dimensi bak penampung 127,7 mm x 127,7 mm x 127,7 mm, menggunakan screw conveyor sebagai pengaduk dan motor listrik 72 watt. Bahan yang digunakan menggunakan akrilik dengan tebal 5 mm.
Kata kunci : Digester, Sampah Organik
DESIGNING PROTOTYPE OF WASTE DIGESTER
Handoko Anggit Herbowo, Achmad Fauzan H.S, Daryono
Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Malang Jl. Raya Tlogomas No.246 Telp.(0341) 46318-123 Fax (0341) 460782 Malang 65144
ABSTRACT
Production of waste digester tool design for city with 400 tons/hour The design is developed from biogas waste digester principle. For low detection experiment about flow characteristic, it needs digester prototype or miniature or digester prototype model.
Prototype is designed and made based on Pahl and Beitz principle consist of planning and explaining digester, digester specification, developing main solution by identifying problem in digester, digester concept, developing digester structure by selecting layout in form of sketch and create product document in form of work image design into a tool. Final step, testing the tool functionality.
Waste digester Prototype specification with fluid mass capacity inside the digester is 79.43 kg, tool dimension 1181.4 mm x 483.3 mm x 161 mm, this dimension is captured from real dimension with 1:50 scale. Container dimension is 127.7 mm x 127.7 mm x 127.7 mm, using screw conveyor as mixer and electric engine of 72 watt. Material used is acrylic with 5 mm thick.
Keyword : Digester, Organic Waste
KATA PENGANTAR
Dengan memanjatkan puji dan syukur kehadirat Allah SWT, yang telah melimpahkan rohmat, taufik dan hidayah-nya pada penyusun sehingga dapat menyelasaikan Tugas akhir ini.
Didalam penyusun tugas akhir ini sering mengalami kesulitan dan hambatan, namun berkat bantuan dari semua pihak segala kesulitan itu bisa dihadapi dan teratasi. Oleh karena itu sangat tepatlah bila penyusun pada kesempatan kali ini untuk menyampaikan terima kasih atas jasa baik yang selama ini penyusun terima, baik nasehat, petunjuk serta bimbingan dan saran yang berupa apapun sehingga penyusun dapat menyelesaikan Tugas akhir ini. Rasa terima kasih ini penyusun sampaikan kepada :
1. Bapak Ir. Sudarman, MT. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang.
2. Bapak Ir. Daryono, MT. Selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang.
3. Bapak Ir. A Fauzan HS, MT. selaku Dosen Pembimbing I yang telah memberikan bimbingan serta arahan secara intensif selama penyusunan skripsi ini dilakukan. 4. Bapak Ir. Ir. Daryono, MT selaku Dosen Pembimbing II yang telah memberikan
masukan ide serta saran sehingga terselesaikannya skripsi ini.
5. Bapak/Ibu Dosen yang telah bersedia memberikan bantuan berupa bimbingan teoritis secara langsung maupun tidak langsung.
6. Serta kedua orang tua yang selalu memberikan bantuan materi maupun non materi, mendo`akan, mengingatkan akan pesan-pesannya yang tak akan terlupakan.
7. Kawan-kawan sebimbingan,Laboratorium MATC rekan-rekan HMJ Teknik Mesin, serta teman-teman seangkatan Teknik Mesin 2011.
8. Kawan-kawan seperjuangan Pro Evolution Soccer yang sudah memberi dukungan dalam pengerjaan skripsi.
9. Kawan-kawan kos 12A yang selalu memberi semangat.
10. Untuk orang spesial Lina Ambarwati yang sudah memberi dukungan dan do’a.
11. Serta semua pihak yang belum tersebutkan, terima kasih banyak
Dalam penyusunan tugas akhir ini, penyusun menyadari bahwa masih banyak kekurangan dan kelemahan baik dalam penyusunan data maupun dalam pembahasannya. Oleh karena itu segala kritik dan saran yang sifatnya membangun sangat penyusun harapkan demi sempurnanya Tugas akhir ini.
Semoga Allah SWT memberikan balasan kepada semua pihak yang tersebut diatas dan penyusun berharap semoga Tugas akhir bermanfaat bagi penyusun dan pembaca.
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL...i
LEMBAR PENGESAHAN...ii
BERITA ACARA BIMBINGAN TA...iii
LEMBAR PERNYATAAN ... v
ABSTRAK...vi
ABSTRACK...vii
KATA PENGANTAR...viii
DAFTAR ISI ... x
DAFTAR GAMBAR ... xii
DAFTAR TABEL...xiii
I. PENDAHULUAN... 1
1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Rumusan Masalah ...2
1.3 Tujuan...3
1.4. Manfaat ... 3
1.5. Batasan Masalah... 5
II. TINJAUAN PUSTAKA ... 7
2.1. Sampah ... 7
2.2. Pengertian Digester ... 8
2.3. Biogas ... 17
2.4 Pembentukan Biogas...18
2.5 Perancangan Sekat...20
2.6 Ketebalan...25
2.7 Poros...27
2.8 Sambungan Adhesif...28
2.9 Polimetil Metakrilat (Akrilik)...30
2.10 Konsep Desain...33
III. METODOLOGI…...35
3.1. Proses Perancangan…...35
3.2. Pernyataan Kebutuhan…...37
3.3. Analisa Kebutuhan…...37
3.4. Pertimbangan Perancangan...38
3.5. Tuntutan Perancangan...42
IV. Perhitungan dan Pembahasan…...44
4.1. Kondisi Desain…...44
4.2. Perhitungan Kapasitas…...44
4.3. Perancangan Sekat Segitiga…...48
4.4. Menghitung Kekuatan Material Dinidng Digester…...51
4.5. Perhitungan Tebal…...53
4.6. Perhitungan Screw Pada Bak Pencampur...54
4.7. Perhitungan Kekuatan Sambungan Adhessif...62
V. Kesimpulan dan Saran…...65
5.1. Kesimpulan…...65
5.2. Saran…...66
VI. DAFTAR PUSTAKA…...67
VII. LAMPIRAN...68
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Pencerna Tipe Floating Dome...9
Gambar 2.2 Pencerna Tipe Fixed dome...9
Gambar 2.3 Jenis-jenis biodigester (Syamsuddin and Iskandar 2005)....12
Gambar 2.4 Digester biogas tipe kubah...13
Gambar 2.5 Digester biogas tipe drum terapung...15
Gambar 2.6 Digester biogas tipe balon...16
Gambar 2.7 Pembentukan Biogas...20
Gambar 2.8 Gaya hidrostatis...21
Gambar 2.9 Konsep desain digester...34
Gambar 3.1 Diagaram Alir...35
Gambar 3.2 Digester 11 sekat...38
Gambar 3.3. Digester 6 sekat...39
Gambar 3.4 Digester 2 sekat ...39
Gambar 3.5 Digester 2 sekat...40
Gambar 3.6 Digester dengan sekat segitiga...40
Gambar 3.7 Digester dengan sekat samping dan bawah...41
Gambar 3.8 Digester dengan segitiga berdiri...41
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Komposisi Biogas...17
Tabel 2. Kesetaraan biogas dengan sumber bahan bakar lain...18
Tabel 3. Tegangan geser dan Tegangan Izin...24
Tabel 4. Sifat-sifat air(zat cair jenuh)...25
Tabel 5. Nilai a dan b untuk persatuan akrilik sisi dan dasar...26
Tabel 6. Sifat fisika akrilik ...27
DAFTAR PUSTAKA
Haryati, T (2006). “Biogas : Limbah peternakan yang menjadi sumber energi alternatif.” Jurnal Wartazoa 6(3): 160-169
Ellakwa, A. E. and A. M. El‐Sheikh (2006). "Effect of Chemical Disinfectants and Repair Materials on the Transverse Strength of Repaired Heat‐Polymerized Acrylic Resin." Journal of Prosthodontics 15(5): 300-305.
Haryati, T. (2006). "Biogas: Limbah peternakan yang menjadi sumber energi alternatif." Jurnal Wartazoa 6(3): 160-169.
Hornbostel, C. (1991). Construction materials: Types, uses and applications, John Wiley & Sons.
Nurhasanah, A., et al. (2006). "Perkembangan Digester Biogas di Indonesia (Studi Kasus di Jawa Barat dan Jawa Tengah)." Balai Besar Pengembangan Mekanisasi Pertanian.
Polyzois, G. L., et al. (1996). "Acrylic resin denture repair with adhesive resin and metal wires: effects on strength parameters." The Journal of prosthetic dentistry 75(4): 381-387.
Powers, J. M. and J. C. Wataha (2014). Dental Materials-: Properties and Manipulation, Elsevier Health Sciences.
Schittich, C. (2007). Glass construction manual, Birkhauser Architecture.
Stevens, M. P. (1990). Polymer chemistry, Oxford univ. press New York.
Syamsuddin, T. and H. Iskandar (2005). "Bahan bakar alternatif asal ternak." Sinar Tani, Edisi(3129).
Suprianto, H (2012). Perpindahan Panas hal, 132
Stillwell, W (2002). Dimuat pada majalah "Aquastica Magazine" Vol 01, N0.01 2003)
Davis, J.R (2004). Tensile Testing, Edition Second, USA,
Spivkovsky, A. V Dyachkov ."Conveyor and related equipment. Moscow.
Silaorso, Ir.MSSME Suga, Kiyokatsu. (1997). "Dasar-dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin. Cetakan Kesembilan. PT Paradnya Paramitha, Jakarta
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pertumbuhan penduduk kota sekarang ini semakin pesat, hal ini berbanding
lurus dengan sampah yang dihasilkan oleh penduduk kota. Pada data terakhir bulan
November tahun 2015 volume sampah di TPA Putri Cempo, Solo mencapai 200 ton
per hari. Hasil data dilapangan perbandingan sampah organik dan non organik adalah
75% dan 25%, sehingga untuk sampah organik mencapai 195 ton per hari
(Kompassiana, 2015)
Selama ini banyak sekali pembuatan biogas yang dihasilkan dari kotoran
hewan. Pada proses pembuatan biogas akan terjadi fermentasi kotoran hewan
menggunakan digester yang didesain khusus dalam kondisi anaerob. Pada saat ini
telah dilakukan pengembangan tentang digester ini. Digester yang biasanya
digunakan untuk menampung kotan hewan, maka akan dikembangkan digester untuk
menampung sampah. Prinsip kerjanya sama dengan digester kotoran hewan, hanya
saja pada digester sampah ini dilakukan beberapa tahap untuk menjadikan sampah
menjadi biogas. Proses pertama yaitu pemilahan sampah organik dan anorganik, pada
tahap ini hanya sampah organik yang bisa digunakan untuk bahan biogas. kemudian
sampah organik akan akan dihancurkan menjadi seperti bubur dan dimasukkan
kedalam digester sampah. Didalam digeser tersebut proses terjadinya biogas akan
terjadi. Oleh karena itu supaya sampah dapat diolah dan dimanfaatkan, maka
2
dibuatkan suatu alat digester untuk pengolah sampah. Digester adalah tempat untuk
pencampuran sampah organik. Digester sendiri ini sudah diterapkan di beberapa
negara diluar negeri, tetapi belum ada yang menerapkan di Indonesia. Rencananya
digester ini akan diterapkan pada proyek pengolahan sampah yang akan di bangun di
wilayah Riau.
Berdasarkan uraian diatas, maka perlu diangkat judul yaitu “Perancangan
Alat Peraga (Prototype) Digester Sampah” yang bertujuan sebagai alat peraga digester dan untuk menganalisa fenomena – fenomena yang terjadi didalam digester
yang nantinya akan diterapkan menjadi desain yang sebenarnya dan dapat mengolah
sampah organik menjadi gas metan yang nantinya akan berguna untuk memenuhi
kebutuhan energi rumah tangga, contoh listrik, kompor gas,dll.
1.2 Rumusan Masalah
Berikut ini adalah rumusan masalah yang dikaji dalam tugas akhir ini :
a. Bagaimana mendapatkan model dimensi dan desain alat peraga digester
yang baik sehingga dapat terjadi aliran sampah yang kontinue dan dapat
3
1.3 Tujuan
Sesuai dengan masalah yang telah dirumuskan sebelumnya, tujuan utama
yang diharapkan tercapai dalam tugas akhir ini adalah :
a. Mendesain alat peraga (prototype) digester sampah yang dapat
mengalirkan sampah secara kontinue.
1.4 Manfaat Penulisan
Makin bermasalahnya sampah dan limbah seiring dengan pertambahan
populasi penduduk memerlukan pengelolaan secara tepat, salah satunya bagi jenis
sampah organik diurai ( dekomposisi) secara anaerob dalam kondisi kedap udara atau
tanpa oksigen melalui proses fermentasi.
Proses fermentasi dalam kondisi kedap udara, tanpa oksigen, dengan suhu di
kisaran 30 derajat celcius, akan menghasilkan gas CO2 dan methana ( CH4) yang
sangat baik digunakan sebagai bahan bakar panas maupun diubah genset modifikasi
khusus ( Bio Elektrik) menjadi energi listrik. Sementara itu, lumpur sisa proses
penguraian ( slurry) berupa material padat dan cair setelah proses fermentasi akan
menjadi pupuk organik kompos bagi perbaikan lahan dan penumbuhan mikrobial
sekitar lingkungan tanaman.
Biogas adalah gas yang dihasilkan oleh aktivitas anaerobik atau fermentasi
dari bahan-bahan organik termasuk diantaranya kotoran manusia dan hewan, limbah
4
setiap limbah organik lainnya yang mudah terurai ( biodegradable) dalam kondisi
anaerobik. Kandungan utama dalam biogas adalah metana ( CH4) dan karbon
dioksida ( CO2) serta jumlah sedikit H2S, H2, O2 dan N2.
Manfaat dari pengelolaan sampah melalui proses anaerobik atau biogas ini
adalah :
Sebagai alat peraga yang bertujuan untuk mendapatkan atau mempelajari
fenomena-fenomena yang terjadi didalam digester, sehingga bisa menganalisa proses
terjadimya biogas. Dalam pembuatan alat peraga digester ini menggunakan bahan
akrilik, karena tembus pandang sehingga dapat melihat proses aliran sampah mulai
dari pertama dimasukkan kedalam digester sampai dengan 22 hari sehingga
menghasilkan biogas.
Peraturan Mentri Energi dan Sumber Daya Mineral Republik Indonesia
Nomor: 27 tahun 2014 tentang pembelian tenaga listrik dari pembangkit listrik tenaga
biomassa dan pembangkit listrik tenaga biogas oleh PT perusahaan listrik Negara
(Persero), menetapkan: peraturan mentri energi dan sumber daya mineral tentang
pembelian tenaga listrik dari pembangkit listrik tenaga biomassa dan pembangkit
listrik tenaga biogas oleh PT perusahaan listrik Negara (Persero). (Mentri Energi dan
Sumber Daya Mineral Republik Indonesia, 2014)
TPA Supit Urang menghasilkan rata-rata 400 ton sampah/12jam, di asumsikan 250
5
1. Perkiraan Daya : jika diketahui 250 ton sampah organik menghasilkan 1 MW
maka, 250 ton sampah menghasilkan 1,6667 MW setara dengan 1666,7 KW.
2. Listrik : Rp1.050/kWh × 1666,7 KW × 8760 jam × 0,9 = Rp 13.797.275.940,00
3. Kompos : 250 ton × 365 hari × 0.05 × Rp1000,00 = Rp 4.562.500.000,00
Di dapat total pemasukan:
Rp13.797.275.940,00 + Rp4.562.500.000,00= Rp18.359.775.940,00/tahun dan
Rp18.359.775.940,00 ÷ 12bulan = Rp1.529.981.328,00/Bulan. (Kusnanto, 2011)
Keterangan:
1. Harga jual tenaga listrik1.050/kWh, dan
2. 150ton sampah organic menghasilkan 1megawatt. (Kusnanto, 2011)
1.5 Batasan Masalah
Batasan masalah dalam tugas akhir ini adalah :
a. Alat peraga digester sampah ini dirancang hanya untuk prototype.
b. Tidak membahas tentang analisa dinamika aliran fluida didalam digester.
c. Tidak memperhitungkan mesin pemisah antara sampah organik dan
organik.
6
e. Dalam bak pencampur hanya menghitung poros screw.
f. Tidak menghitung biaya perancangan.
