i
Analisa Aliran Bahan di Dalam Digester Sampah Kapasitas 400 ton Tiap Masukan
SKRIPSI Diajukan Kepada :
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1) Teknik Mesin Program Strata Satu (S-1) Jurusan Teknik Mesin
LUDSIADI PUTRA NIM: 201110120311014
PEMBIMBING I : Ir. Achmad Fauzan HS., MT PEMBIMBING II : Ir. Daryono., MT
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
iii
LEMBAR PENGESAHAN SKRIPSI
ANALISA ALIRAN BAHAN DI DALAM DIGESTER SAMPAH KAPASITAS 400 TON TIAP MASUKAN
Diajukan Kepada :
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1) Teknik Mesin Program Strata Satu (S-1) Jurusan Teknik Mesin
Oleh:
LUDSADI PUTRA
201110120311014
Diterima dan Disetujui pada tanggal 31 Oktober 2015 Dosen Pembimbing I
Ir. A. Fauzan HS., MT
Dosen Pembimbing II
Ir. Daryono., MT
Mengetahui,
Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Malang
iv
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG FAKULTAS TEKNIK
JURUSAN TEKNIK MESIN
Jl. Raya Tlogomas No. 246 Telp. (0341) 464318 – 21 Psw. 127 Fax. (0341) 460782 Malang 65144
BERITA ACARA
PEMBIMBINGAN TUGAS AKHIR
Nama : Ludsiadi Putra No. Induk : 201110120311014 No. ST. Pemb. TA : E.2/112/FT/UMM/III/2015 ST. Keluar : 11 Maret 2015
Judul : Analisa Aliran Bahan di Dalam Digester Sampah Kapasitas 400 ton Tiap Masukan
Mengetahui,
Malang, 31 Oktober 2015 Dosen Pembimbing I
Ir. A. Fauzan HS., MT
Minggu Kegiatan Tgl.
Konsultasi Uraian Asistensi
TTD Dosen
1-3
Judul TA & BAB I (pendahuluan, latar belakang, tujuan) 4-5 BAB II (Tinjauan Pustaka)
6-7 BAB III
(Metodologi) 8-10
BAB IV (perhitungan &
pembahasan) 11-12 (Kesimpulan dan
v
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG FAKULTAS TEKNIK
JURUSAN TEKNIK MESIN
Jl. Raya Tlogomas No. 246 Telp. (0341) 464318 – 21 Psw. 127 Fax. (0341) 460782 Malang 65144
BERITA ACARA
PEMBIMBINGAN TUGAS AKHIR
Nama : Ludsiadi Putra No. Induk : 201110120311014 No. ST. Pemb. TA : E.2/112/FT/UMM/III/2015 ST. Keluar : 11 Maret 2015
Judul : Analisa Aliran Bahan di Dalam Digester Sampah Kapasitas 400 ton Tiap Masukan
Mengetahui,
Malang, 31 Oktober 2015 Dosen Pembimbing II
Ir. Daryono., MT
Minggu Kegiatan Tgl.
Konsultasi Uraian Asistensi
TTD Dosen
1-3
Judul TA & BAB I (pendahuluan, latar belakang, tujuan) 4-5 BAB II (Tinjauan Pustaka)
6-7 BAB III
(Metodologi) 8-10
BAB IV (perhitungan &
pembahasan) 11-12 (Kesimpulan dan
vi
LEMBAR PERNYATAAN Yang bertanda tangan di bawah :
Nama : Ludsiadi Putra
Nim : 201110120311014
Tempat / Tanggal Lahir : Blitar/ 28 Juli 1993
Jurusan : Teknik Mesin
Fakultas : Teknik
Instansi : Universitas Muhammadiyah Malang Dengan ini menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa:
1. Tugas Akhir dengan Judul :
“Analisa Aliran Bahan di Dalam Digester Sampah Kapasitas 400 ton Tiap Masukan“
Adalah hasil karya saya, dan dalam naskah tugas akhir ini tidak terdapat karya ilmiah yang pernah diajukan oleh orang lain untuk memperoleh gelar akademik disuatu perguruan tinggi, dan tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, baik sebagian atau keseluruhan, kecuali yang secara tertulis dikutip dalam naskah ini dan disebutkan dalam sumber kutipan dan daftar pustaka.
2. Apabila ternyata didalam naskah tugas akhir inbi dapat dibuktikan terdapat unsur-unsur “PLAGIASI”, saya bersedia “TUGAS AKHIR INI DIGUGURKAN” dan “GELAR AKADEMIK YANG TELAH SAYA PEROLEH DIBATALKAN”,serta diproses sesuai ketentuan yang berlaku.
Demikian surat pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya untuk digunakan sebagaimana mestinya.
Malang, 31 Oktober 2015 Hormat,
vii
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. Kedua orang tua saya tercinta Bapak Muklison dan Ibu Wiwik Widayati, terima kasih atas semua bantuan materi maupun non materi meliputi do’a, jerih payah keringat serta limpahan kasih sayang dan berbagai hal terbaik yang di berikan. 2. Bapak Ir. Sudarman, MT. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Malang.
3. Bapak Ir. Daryono, MT. Selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang sekaligus selaku Dosen Pembimbing II yang telah memberikan bimbingan serta arahan secara intensif selama penyusunan skripsi ini dilakukan.
4. Bapak Ir. A. Fauzan HS., MT. selaku Dosen Pembimbing I yang telah memberikan masukan ide serta saran sehingga terselesaikannya skripsi ini.
5. Ibu Dini Kurniawati, ST., MT yang telah memberikan masukan ide dan saran selama penyusunan skripsi ini dilakukan.
viii
7. Keluarga malang seduluran teknik mesin khususnya teman-teman teknik mesin A, teman-teman kos, teman-teman ngumpul di malang dan masih banyak lagi yang tak mungkin di sebutkan satu persatu yang telah memberi masukan dalam pengerjaan tugas akhir ini.
8. Seluruh staf dinas DKP dan TPA yang telah memberi izin penelitian tugas akhir 9. Keluarga LSO Mekatronika, yang telah berjuang bersama dan saling bertukar
pikiran selama menyelesaikan tugas akhir ini.
10. Teman special ataupun masalalu yang menjadi nominasi masa depan yang telah memberi cerita manis maupun pahit, pengorbanan, dukungan, dan semangat.
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.
Malang, 31 Oktober 2015 Hormat,
ix
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL ...i
POSTER ...ii
LEMBAR PENGESAHAN ...iii
BERITA ACARA BIMBINGAN ...iv
LEMBAR PERNYATAAN ...v
ABSTRAK ...vi
ABSTRACT ...vii
KATA PENGANTAR ...viii
DAFTAR ISI ...x
DAFTAR TABEL ...xiv
DAFTAR GAMBAR ...xiv
BAB I PENDAHULUAN 1.1Latar Belakang ...1
1.2Rumusan Masalah ...2
x
1.4Manfaat Penulisa ...2
1.5Batasan Masalah ...5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1Definisi Fluida ...7
2.2Viskositas ...7
2.3Sifat-sifat Fluida...11
2.3.1 Densitas (Kerapatan) ...11
2.3.2 Rapat Relatif...12
2.3.3 Berat Jenis ...13
2.3.4 Tekanan Hidrostatis ...13
2.4Konsep-konsep Dasar Aliran Fluida ...14
2.5Klasifikasi Aliran ...15
2.5.1 Aliran Laminer Turbulen ...15
2.5.2 Aliran Sub Kritis dan Super Kritis ...16
2.5.3 Aliran Tetap (Steady) dan Tak Tetap (Unsteady) ...17
2.5.4 Aliran Homogen dan Tidak Homogen ...17
2.5.5 Aliran Seragam dan Tak Seragam...17
2.6Persamaan Dasar ...18
2.6.1 Persamaan Kontinuitas...18
2.6.2 Persamaa energi ...19
2.5.3 Persamaan Momentum...20
2.7Koefisien Kecepatan Aliran ...21
xi
2.7.2 Bilangan Reynol ...22
2.7.3 Kerugian Gesekan ...22
2.8Definisi Biogas...23
2.9Sistem Produksi Biogas ...24
2.10 Jenis-jenis Reaktor Biogas...27
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1Studi Literatur ...30
3.2Pengolahan data ...30
3.3Pemilihan Bentuk Reaktor ...31
3.4Pengukuran Data ...35
3.4.1 Viskositas Fluida ...35
3.4.2 Densitas ...36
3.5Perhitungan Sifat-sifat Fluida ...36
3.6Analisa aliran Fluida Saluran tertutup ...36
3.6.1 Nilai Reynol ...36
3.6.2 Laju Aliran dan Gaya-gaya Gesekan Pada Fluida Dinamik ....37
3.7Prosedur Analisa (Flow Chard) ...37
BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN 4.1Data Teknis ...38
4.2Pengukuran Data ...40
xii
4.2.2 Densitas ...42
4.3Perhitungan Sifat Fluida ...42
4.3.1 Berat Fluida ...42
4.3.2 Rapat Relatif...43
4.3.3 Berat Jenis ...43
4.3.4 Tekanan Hidrostatis ...43
4.3.5 Debit Fluida Tiap Hari Dalam Digester ...43
4.4Perhitungan Aliran Fluida ...44
4.5Tabel Hasil Perhitungan ...55
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ...56
5.2 Saran ... 57
DAFTAR PUSTAKA ...58
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Tabel Perhitungan LV Series Viskometer ...10
Tabel 2.2 Tabel Densitas Fluida ...12
Tabel 2.3 Senyawa Biogas Sampah ...23
Tabel 4.1 Tabel Hasil Analisa Aliran Fluida Dalam Digester ...55
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Gaya Hidrostatis ...13Gambar 2.2 Sifat Aliran. ...16
Gambar 2.3 Type Digester Biogas ...30
Gambar 3.1 LV Series Viskometer ...32
Gambar 3.2 Higrometer ...32
Gambar 3.3 Rekomendasi Digester 1 ...33
Gambar 3.4 Rekomendasi Digester 2 ...33
Gambar 3.5 Rekomendasi Digester 3 ...34
xiv
Gambar 3.7 Rekomendasi Digester 5 ...35
[image:13.612.156.460.244.550.2]Gambar 3.8 Rekomendasi Digester 6 ...35
58
Daftar Pustaka
Ali Altway dkk (2011). Proses Perpindahan, Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Dvorak Stephen W. (2014). Patent, No. US 8,835,155 B2. Biosolids Digester and Process for Biosolids Production. Chilton, WI (US). DVO licensing. Inc.
Dvorak Stephen W. (2003). Patent No.: US 6,613,562 B2. Method and Apparatus for Solids Processing. Chilton, WI (US). GHD.Inc
Giancoli C. Douglas. (2001), Physics : Principles with Applications, Jakarta: Erlangga James P. Welty dkk 2004, Dasar-Dasar Venomena Transport Edisi ke-4, Jakarta: Erlangga
Bruce R. Munson dkk 2002, Mekanika Fluida Edisi ke-4, Jakarta: Universitas Indonesia
Henri Yuwono 2012, Kajian resiko Jalur Pipa Gas PT X dari Plant D-S di Sumatra Selatan, Depok: Universitas Indonesia
Er. R. K Razput 2008, Fluida Mecanics, Jakarta: Erlangga
Frank P. Incropera and David P. Dewitt 2008, Fundamentals of Head and MassTransfer, Los angels: University of Notre Dame
1
1 BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pada data terakhir Bulan Mei tahun 2015 volume sampah di TPA Talang Agung, Kabupaten Malang mencapai 358m3 atau 85,92ton/hari. Di asumsikan perbandingan sampah organik dan anorganik di TPA Talang Agung adalah 6,5:3,5 yaitu setara dengan 55,848 : 30,072ton sampah. (TPA Talang Agung, 2015).
Digester Biogas adalah alat pengolah bahan buangan/ limbah organik menjadi biogas melalui proses biologis dengan mikroorganisme anaerob. Kegunaan digester biogas antara lain sebagai energi terbaharukan untuk mengurangi sanitasi terhadap lingkungan dari efek sampah tersebut. Digester yang dirancang menggunakan sekat-sekat sebagai pemisah sampah organik dengan gas metana yang di hasilkan. Sistem digester ini di Indonesia belum pernah di gunakan, oleh karena itu dilakukan reenggineering untuk menjelaskan sistem aliran bahan pada digester dengan kapasitas 400 ton/ hari.
Sebelum melakukan perancangan digester dengan kapasitas 400 ton/hari, perlu di lakuan analisa aliran bahan pada digester sampah. Analisa ini menjelaskan tentang pengolahan sampah menjadi biogas dengan menggunakan hukum bejana berhubungan yang menerangkan sistem aliran sampah dari fase atau skat pertama hingga akhir melalui digester sebagai pengeluaran produk jadi dengan pertimbangan sifat fluida dan proses aliran.
2
1.2 Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah dari analisa aliran ini adalah:
1. Bagaimana karakteristik sifat-sifat bahan fluida sampah cair dalam keadaan statis?
2. Bagaimana sifat aliran fluida dengan model digester yang di tetapkan dengan pertimbangan debit masuk dan dimensi digester dari fluida tersebut sehingga terjadi aliran yang berkelanjutan?
1.3 Tujuan Penulisan
Adapun tujuan dari analisa ini adalah:
1. Supaya di dapat karakteristik sifat-sifat fluida sampah cair dalam keadaan statis demi perhitungan analisa aliran selanjutnya,
2. Supaya didapatkan aliran fluida turbulen sehingga terjadi pengadukan di dalam digester yang menyebabkan mikroorganisme anaerob didalamnya bercampur antara fluida lama dan yang baru untuk mempercepat produksi gas metan.
1.4 Manfaat Penulisan
3
lebih kuat. Metana merupakan gas kedua dalam efek rumah kaca, akan tetapi gas ini menjadi ancaman yang paling berbahaya. Di jelaskan sebagai gas tersembunyi yang berbahaya yang bukan hanya menambah efek rumah kaca tetapi juga membuat rusaknya ozon yang dapat merusak kesehatan manusia. Apabila gas metana tingkat tinggi mengurangi kadar oksigen di dalam atmosfer di bawah 19,5% maka akan menyebabkan sesak nafas. Kadar yang bertambah juga dapat menyebabkan kebakaran tingkat tinggi dan ledakan apabila bercampur dengan udara. Berdasarkan pertimbangan inilah, perancangan digester kapasitas 400 ton tidak hanya memiliki nilai ekonomis dan peluang bisnis, tetapi juga dapat membantu pelestarian lingkungan khususnya di area sekitar TPA. (Dr. Kirk Smith, 2008)
Pada data terakhir Bulan mei tahun 2015 volume sampah di TPA Talang Agung, Kabupaten Malang mencapai 358m3 atau 85,92ton/12 jam. Menurut data lapangan untuk Wilayah Malang terdapat 7 TPA dan 30 TPST yang tersebar dan belum di manfaatkan secara optimal baik dalam hal pemanfaatan energi dan pencegahan bahaya dari tumpukan sampah tersebut baik jangka pendek maupun panjang terutama bagi lingkungan. (TPA Talang Agung, 2015)
4
pupuk tanpa melalui proses fermentasi digester dan produk anorganik yang sebagian besar dapat di manfaatkan oleh TPS atau homeindustri setempat untuk di daur ulang kembali.
Peraturan Mentri Energi dan Sumber Daya Mineral Republik Indonesia Nomor: 27 tahun 2014 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)
Untuk Wilayah Malang menghasilkan rata-rata 400 ton sampah tiap 12jam, di asumsikan 250 ton sampah tersebut merupakan sampah organik dan sisanya adalah air:
Perkiraan Daya : jika diketahui 150ton sampah organik menghasilkan 1megawatt maka, 250ton sampah menghasilkan 1,6667megawatt setara dengan 1666,7kilowatt.
Listrik :� . ⁄ �ℎ∗× , �� � ∗∗×
= � . . , / ℎ
Kompos : . � × ℎ �� × , ∗∗∗× � . ,
� . . . ,
Di dapat total pemasukan:
� . . ⁄ ℎ + � . . . , ×
= � . . . , ⁄ ℎ � � . . . / ℎ ÷
5
Keterangan:
* harga jual tenaga listrik1.050/kWh, dan
** 150 ton sampah organik menghasilkan 1megawatt. (Kusnanto, 2011)
***0.05 asumsi persen dari sampah organik yang di jadikan pupuk organik dan cair
Memanfaatkan sampah organik sebagai biogas maka perlu analisa aliran digester dengan menggunakan prinsip reaktor biogas sampah organik. Proses pengolahannya yaitu pemisahan antara sampah organik dan anorganik, yang selanjutnya sampah organik diproses dengan cara dibubur dengan menggunakan mesin pemilah dengan perbandingan air dan sampah organik yaitu 1:1. selanjutnya fluida masuk ke dalam digester yang di beri skat sebanyak 11 skat dan keluar sebagai peroduk jadi selama 22 hari. Di dalam digester aliran fluida harus turbulen agar terjadi pengadukan dan percampuran antara fluida lama dan baru demi mempercepat produksi gas metane melalui proses pembusukan oleh mikroorganisme sehingga pada saluran outled fluida yang keluar dapat di olah menjadi pupuk cair dan kering.
1.5 Batasan Masalah
6
1. Tidak membahas pengaruh kimia yang di timbulkan dalam proses aliran, 2. Kapasitas masukan bahan fluida cair organik tiap hari pada skat pertama
adalah 400 ton dan
