i PERANCANGAN DIGESTER PENGOLAH SAMPAH
DENGAN KAPASITAS 400 TON/5 JAM
SKRIPSI
Diajukan Kepada :
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1) Teknik Mesin Program Strata Satu (S-1) Jurusan Teknik Mesin
JIMMY HARVIAN NIM: 201110120311073
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
vii PERANCANGAN DIGESTER PENGOLAH SAMPAH DENGAN KAPASITAS
400 TON/5 JAM
Jimmy Harvian, A. Fauzan HS., Daryono,
Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Malang Jl. Raya Tlogomas No. 246 Telp. (0341) 464318-128 Fax. (0341) 460782 Malang
65144
Jimmyharvian6@gmail.com Abstract
City’s waste in general, minimum 75% of them consist of organic waste, and rest of them anorganic. Digester is one technology which can be used to get biogas, its function as organic waste fermentation in anaerob condition which produced metane gas. Digester design adopts livestock digester principle, this design refers to some patents and already modified better.
Digester is made with overall capacity of 8800 ton has dimentsion of length 52.29 m, width 24.166 m, height 8.055 m while for mixer container with 200 ton capacity has dimension of 6.1 m x 6.1 m x 6,1 m. as stir, we use screw conveyor by using electrical motor as driver with 30 kW power. Material used for digester is concrete with 40 cm thickness and hollow core concrete with 20 cm, bone thickness
used only 24 mm and 26 mm, while material for mixer container use SS400 steel.
viii PERANCANGAN DIGESTER PENGOLAH SAMPAH DENGAN KAPASITAS
400 TON/5 JAM
Jimmy Harvian, A. Fauzan HS., Daryono,
Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Malang Jl. Raya Tlogomas No. 246 Telp. (0341) 464318-128 Fax. (0341) 460782 Malang
65144
Jimmyharvian6@gmail.com Abstrak
Sampah kota secara umum minimal 75% terdiri dari sampah organik dan sisanya anorganik. Digester adalah salah satu teknologi yang digunakan untuk memperoleh biogas, fungsinya sebagai tempat fermentasi sampah organik dalam kondisi anaerob sehingga menghasilkan gas metan. Desain Digester ini mengadopsi prinsip digester ternak, desain ini merujuk beberapa patent- patent dan telah dimodifikasi menjadi lebih baik.
Digester dibuat dengan kapasitas keseluruhan 8800 ton memiliki dimensi panjang 52,29 m, lebar 24,166 m, tinggi 8,055 m sedangkan untuk bak pencampur dengan kapasitas 200 ton memiliki dimensi 6,1 m x 6,1 m x 6,1 m. sebagai alat pengaduk kami menggunakan screw conveyor dengan menggunakan motor listrik sebagai penggerak dengan daya 30 kW. Bahan yang dipakai untuk digester adalah beton cor dengan ketebalan 40 cm dan beton hollow core dengan tebal 20 cm, tulangan yang dipakai 24 mm dan 26 mm, sedangkan bahan untuk bak pencampur
memakai baja SS400.
ix
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 masukan ide serta saran sehingga terselesaikannya skripsi ini. 4. Bapak Ir. Daryono, MT selaku Dosen Pembimbing II yang telah memberikan
bimbingan serta arahan secara intensif selama penyusunan skripsi ini dilakukan. 5. Bapak Zamzami Septiropa, ST., MT. yang telah memberikan masukan ide dan
saran selama penyusunan skripsi ini dilakukan.
6. Bapak/Ibu Dosen yang telah bersedia memberikan bantuan berupa bimbingan teoritis secara langsung maupun tidak langsung.
7. Serta Kedua Orang Tua yang selalu memberikan bantuan materi maupun non materi, mendo`akan, mengingatkan akan pesan-pesannya yang tak akan terlupakan.
x 9. Teman- teman kontrakan Keluarga Kecil Endrik, Indy, Angga, Dika
10. Aniek Dwi Wijaya yang selalu mendo’akan dan memberi masukan selama pengerjaan skripsi ini.
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, 28 Januari 2016 Hormat,
xi
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL...i
POSTER...ii
LEMBAR PENGESAHAN...iii
BERITA ACARA BIMBINGAN...iv
LEMBAR PERNYATAAN ... vi
ABSTRACT ... vii
ABSTRAK ... viii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR TABEL ... xiii
DAFTAR GAMBAR ... xiii
I. PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Rumusan Masalah ... 2
1.3. Tujuan ... 2
1.4. Manfaat ... 2
1.5. Batasan Masalah... 5
II. TINJAUAN PUSTAKA ... 6
2.1. Biogas ... 6
2.2. Pembentukan Biogas ... 6
2.3. Pengertian Biodigester ... 8
2.4. Beton Untuk Digester ... 21
xii
2.6. Geomembrane HDPE ... 26
2.7. Baja Plat ... 30
2.8. Screw Conveyor ... 31
2.9. Bantalan... 46
2.10. Desain Konsep ... 48
III. METODOLOGI ... 49
3.1. Diagram Alir Perancangan ... 49
3.2. Pernyataan Kebutuhan ... 51
3.3. Analisis Kebutuhan ... 51
3.4. Pertimbangan Perancangan ... 52
3.5. Tuntutan Perancangan ... 56
IV. PERHITUNGAN ... 59
4.1. Data Teknis ... 59
4.2. Perhitungan Digester ... 59
4.3. Perhitungan Ketebalan Pondasi, Dinding, Sekat... 68
4.4. Perhitungan Tulangan ... 73
4.5. Perhitungan Bak Pencampur ... 75
4.6. Pemilihan Bantalan ... 101
V. PENUTUP ... 103
5.1. Kesimpulan ... 103
xiii DAFTAR TABEL
Tabel 1 : Komposisi Biogas. ... 6
Tabel 2. Mutu Beton Bertulang ... 22
Tabel 3. Ukuran Baja Tulangan Sirip ... 27
Tabel 4. Mutu Baja Tulangan... 27
Tabel 5. Tebal Baja Plat SS400 ... 30
Tabel 6. Minimum dan Maksimum Kecepatan Screw. ... 32
Tabel 7. Baja Karbon Untuk Kontruksi Mesin dan Baja Batang Difinis ... 37
Tabel 8. Modul Standar ... 41
Tabel 9.Nilai Faktor Y ... 42
Tabel 10. Bahan Untuk Roda Gigi ... 43
Tabel 11. Faktor Keamanan ... 44
Tabel 12. Faktor Konsentrasi Tegangan ... 44
Tabel 13. Nilai Faktor CB dan CK... 45
Tabel 14. Perbandingan Bantalan Gelinding dan Bantalan Luncur ... 47
xiv DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1: Pembentukan Biogas ... 8
Gambar 2.2: Pencerna Tipe Floating Dome (India) ... 9
Gambar 2.3: Pencerna Tipe Fixed Dome (China) ... 9
Gambar 2.4: Jenis-Jenis Biodigester (Syamsudin dan Iskandar, 2005) ... 12
Gambar 2.5: Digester Biogas Tipe Kubah Tetap (Fixed Dome) ... 14
Gambar 2.6: Digester Biogas Tipe Drum Terapung ... 16
Gambar 2.7: Digester Biogas Tipe Balon ... 17
Gambar 2.8: Digester Tipe Persegi Panjang DVO Anaerobic Digester ... 18
Gambar 2.9:Paten Digester US 8,298424 B2... 19
Gambar 2.10:Paten Digester US 8,835,155 B2... 20
Gambar 2.11: Paten GAMA ... 21
Gambar 2.12: Bentangan Dinding ... 23
Gambar 2.13: Sistem Pelat Hollow Core tipe Dy-core ... 24
Gambar 2.14: Sistem Pelat Hollow Core tipe Dynaspan ... 24
Gambar 2.15: Sistem Pelat Hollow Core tipe Flexicore ... 25
Gambar 2.16: Sistem Pelat Hollow Core tipe Spancrete ... 25
Gambar 2.17: Sistem Pelat Hollow Core tipe Span Deck ... 25
Gambar 2.18: Sistem Pelat Hollow Core tipe Ultra Span ... 25
Gambar 2.19: Sistem Pelat Hollow Core tipe Elematic ... 25
Gambar 2.20: Sistem Pelat Hollow Core tipe Roth. ... 26
Gambar 2.21: Jenis Bambu. ... 26
Gambar 2.22: Jenis Tulangan Ikan... 26
Gambar 2.23: Jenis Sirip Curam ... 27
Gambar 2.24: Geomembrane HDPE ... 29
Gambar 2.25: Jenis-Jenis Sambungan Geomembrane HDPE... 29
Gambar 2.26: Screw Conveyor ... 32
Gambar 2.27: Pitch Screw Conveyor ... 34
xv Gambar 2.29: Pasak ... 45 Gambar 2.30: Bantalan... 46 Gambar 2.31: Konsep Desain Digester ... 48
xvi Daftar Putaka
Hambali Eliza, 2007. Teknologi Bioenergi. Agromedia pustaka. Jakarta. Hal 60
Mulyono Tri, 2003.Teknologi Beton. Andi yogyakarta. Jakarta. Hal 3-4
Syamsuddin, T.R. dan Iskandar,H.H. 2005.Bahan bakar Alternatif Asal Ternak. Sinar Tani Edisi 21-27 Desember 2005.No.3129 tahun XXXVI.
Juniper. 2012. Biogas yield compansion, tersedia pada www.basicinformation-biogas.com/ diakses tanggal 28 april 2015
Sianturi Novdin M, 2012. Tinjauan penggunaan balok pracetak pada pembangunan gedung. Jurnal rancangan sipil. Staf pengajar program study teknik sipil fakultas teknik universitas simalungun
Giovanni Orry,2008. Analisa dan Perencanaan Pelat Beton Pracetak Sistem Hollow Core Slab(HCC) untuk Pelat Satu Arah. Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara Medan.
Jurnal: Lutjito, Suyitno HP, Didik Purwantoro. Produksi Biogas Dengan Digester Sebagai Sumber Energi Alternatif
Jurnal: Bayuseno, Anthanasius P, 2009. Penerapan Dan Pengujian Model Teknologi Anaerob Digester Untuk Pengolahan Sampah Buah-Buahan Dari Pasar Tradisional. Universitas Diponegoro. Semarang
Skripsi: Saryono, Agus, 2011. Perancangan Mesin Pilin untuk Produksi Besi Teralis Spiral yang Memiliki Cembungan. Teknik Mesin Universitas Negeri Yogyakarta. Yogyakarta
Anonim.2015.Digester Anaerobic Digester. Online
(http://www.dvoinc.com/howitworks.php) diakses 06 oktober 2015
Sularso, Ir.MSME Suga, kiyokatsu. 1997. Dasar-Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin. cetakan kesembilan. PT. Paradnya Paramitha. Jakarta.
Spivakovsky, A. V, Dyachkov. Conveyor and related equipment. Moscow.
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Pada data terakhir bulan november tahun 2015 volume sampah di TPA Putri Cempo, Solo mencapai 260 ton per hari, apabila Sampah di tempat tersebut masih tercampur antara sampah organik dan non organik. Hasil data dilapangan perbandingan sampah organik dan non organik adalah 75% dan 25%, sehingga untuk sampah organik mencapai 195 ton per hari, yang dihasilkan di TPA Putri Cempo, output yang diharapkan TPA Putri Cempo berupa biogas yang nantinya bisa untuk dimanfaatkan sebagai bahan bakar keperluan rumah tangga.
Secara umum terdapat dua teknologi yang digunakan untuk memperoleh biogas. Pertama, proses yang sangat umum yaitu fermentasi kotoran ternak menggunakan digester yang didesain khusus dalam kondisi anaerob. Kedua, teknologi yang baru dikembangkan yaitu dengan menangkap langsung gas metan dari lokasi tumpukan sampah tanpa harus membuat digester khusus. Oleh karena itu dilakukan reenggineering untuk mendesain ulang digester dengan menerapkan sistem yang pertama tetapi menggunakan sampah sebagai pengganti kotoran ternak. Proses kerjanya yaitu sampah dipilah dengan mesin pemilah antara sampah organik dan non organik, dalam proses ini yang diambil sampah organiknya, untuk sampah organik diolah menjadi bubur seperti kotoran ternak selanjutnya masuk digester selama 22 hari dan output berupa biogas dan pupuk.
2
Digester dirancang untuk hal tersebut dengan kapasitas 400 ton/5 jam. Untuk merancang digester dengan kapasitas 400 ton perlu dimensi dengan panjang 52,3 m dan lebar 24,2 m. Rancangan digester ini di rancang seperti kubus dan ada 5 sekat, sedangkan untuk rancangan penampung awal berukuran 6,1 m3. Perancangan digester ini bertujuan untuk mengolah sampah organik menjadi gas metan yang nantinya akan berguna untuk memenuhi kebutuhan energi rumah tangga, contohnya listrik, kompor gas dll.
1.2Rumusan Masalah
Berikut ini adalah rumusan masalah yang dikaji dalam tugas akhir ini: 1. Bagaimana desain digester dengan kapasitas 400 ton/5 jam
2. Bagaimana mendesain bak pengaduk pada penampung awal volume 200 ton.
1.3Tujuan
1. Menghasilkan desain digester dengan kapasitas 400 ton / 5 jam 2. Menghasilkan desain bak pengaduk bervolume 200 ton
1.4Manfaat
Potensi sampah di indonesia sangat besar. Khusus untuk sampah rumah tangga, jumlah yang dihasilkan pada tahun 2020 diperkirakan akan meningkat 5 kali lipat. Peningkatan tersebut bukan saja karena pertambahan penduduk, tetapi juga karena meningkatnya timbunan sampah per kapita yang disebabkan oleh perbaikan tingkat ekonomi dan kesejahteraan (Erliza Hambali, 2007).
3
dibuang kesungai atau sembarangan. Sementara didaerah perdesaan, sebanyak 19% sampah diangkut oleh petugas, 54% sampah ditimbun atau dibakar, 7% sampah dibuat kompos, dan 20% dibuang kekali atau sembarangan (Erliza Hambali, 2007).
Pada data terakhir bulan november tahun 2015 volume sampah di TPA Putri Cempo, Solo mencapai 260 ton per 5 jam, apabila Sampah di tempat tersebut masih tercampur antara sampah organik dan non organik. Hasil data dilapangan perbandingan sampah organik dan non organik adalah 75% dan 25%, sehingga untuk sampah organik mencapai 195 ton per 5 jam, yang dihasilkan di TPA Putri Cempo. [kompasiana,2015].
Biogas mengandung 50% sampai 70% CH4, 2% dari H2 dan sampai 30%
CO2. Setelah dibersihkan dari karbon dioksida, gas ini menjadi cukup
homogen bahan bakar yang mengandung sampai 80% dari metana dengan kalori kapasitas lebih dari 25 MJ/m3. Komponen yang paling penting dari biogas, dari titik kalori pandang, adalah metana, CH4. Komponen lain tidak
terlibat dalam proses pembakaran, dan agak menyerap energi dari pembakaran CH4 ketika mereka meninggalkan proses pada suhu lebih tinggi dari yang mereka miliki sebelum proses. Persyaratan untuk menghilangkan gas komponen tergantung pada pemanfaatan biogas. (MIHIC, 2004)
4
biomassa dan pembangkit listrik tenaga biogas oleh PT perusahaan listrik Negara (Persero). (Mentri nergi dan Sumber Daya Mineral Republik Indonesia, 2014)
TPA Putri Cempo menghasilkan rata-rata 260 ton sampah perhari, di asumsikan 200 ton sampah tersebut merupakan sampah organik:
1. Perkiraan Daya : jika diketahui 150 ton sampah organik menghasilkan 1 megawatt maka, 200 ton sampah menghasilkan 1,3333megawatt setara dengan 1333,3kilowatt.
2. Listrik : Rp1.050/kWh × 1333,3Kilowatt × 8760jam × 0,9 = Rp 11.037.324.060,00
3. Kompos : 200 ton × 365 hari × 0.05 × Rp1000,00 = Rp 3.650.000.000,00
Di dapat total pemasukan:
Rp 11.037.324.060,00+ Rp3.650.000.000,00= Rp14.687.324.060,00/tahun dan Rp14.687.324.060,00÷ 12bulan = Rp1.223.943.672,00/Bulan. (Kusnanto, 2011)
Keterangan:
1. Harga jual tenaga listrik 1.050/kWh, dan
5
menggunakan mesin, bubur sampah masuk digester selama 22 hari, output berupa biogas dan pupuk. Untuk biogas bisa dimanfaatkan untuk keperluan rumah tangga atau dengan sekala besar bisa sebagi pembangkit listrik meliputi kota malang. Apabila digester ini jadi maka permasalahan sampah akan terselesaikan dan hasil dari pengolahan ini bisa menjadi listrik, tetapi sebelum pembuatan alat digester dengan skala besar maka dibutuhkan alat peraga terlebih dahulu dengan skala kecil yang berguna untuk mengetahui apakah jalannya aliranya lancar atau tidaknya. Nantinya digester ini bisa diterapkan di berbagai kota besar dengan kapasitas sampah yang banyak, dan apabila listrik yang dihasilkan berlebih bisa di jual di PT perusahaan listrik Negara (Persero).
1.5Batasan masalah
1. Digester ini dirancang hanya untuk kapasitas 400 ton/5 jam 2. Tidak menghitung kontruksi beton dan tulangan
3. Memakai tulangan sirip dengan diameter 24 mm dan 26 mm 4. Penampung awal didesain hanya untuk volume 200 ton 5. Sampah organik mengalir secara alamiah.
6. Tidak menghitung kekuatan dan umur bantalan 7. Tidak menghitung hidrolik pada penampung awal
