29 BAB III
METODOLOGI
3.1 Diagram Alir
Diagram alir ini merupakan garis besar gambaran konsep yang dilakukan untuk mencapai tujuan dalam melakukan penelitian agar dapat berjalan lebih terarah dan sistematis. Tahapan proses yang akan dilakukan dalam penelitian dari awal hingga akhir dapat dilihat pada Gambar 3.1
Gambar 3. 1 Diagram alir penelitian
Mulai
Studi Literatur
Persiapan Alat dan Bahan Pemurnian
Persiapan Biogas
Pengambilan Sampel Biogas
Sampel Biogas Tanpa Pemurnian
Pemurnian Biogas Dengan Adsorpsi Volume adsorben (600 cm2, 900 cm2 dan 1200 cm2
Pengujian Sampel
• Gas Chromatography
• Kualitas Api
Analisis dan Pembahasan
Kesimpulan Pengujian
Alat
Selesai YA
TIDAK
30 3.2 Waktu dan Tempat Penelitian
Waktu dan tempat dalam penelitian tugas akhir ini akan diuraikan dalam sub bab berikut.
3.2.1 Tempat penelitian
Rancang bangun alat dikerjakankan di Laboratorium Manufaktur, Institut Teknologi Sumatera dan penelitian ini dilakukan di peternakan Sanjaya Farm Sukabumi, Bandar Lampung. Pengujian dilakukan di Laboratorium Teknik Hasil Pertanian Universitas Lampung untuk melakukan uji kromatografi gas untuk mengetahui komposisi biogas.
3.2.2 Waktu penelitian
Penelitian ini dilakukan setelah alat siap untuk digunakan dan setelah penulisan proposal penelitian. Penelitian dimulai pada bulan maret untuk untuk menghaslikan biogas yang akan dimurnikan, melakukan uji sampel biogas, pengumpulan data dan penyusunan laporan hasil penelitian. Proses penelitian dimulai pada bulan maret 2021 sampai dengan Mei 2021. Adapun time line dalam pengerjaan tugas akhir ini dapat dilihat pada Tabel 3.1
Tabel 3. 1 Time line pengerjaan tugas akhir
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 Pesiapan
2 Studi literatur 3 Perancangan alat 4 Penyusunan proposal 5 Pelaksanaan penelitian 6 Seminar
7 Pengumpulan data 8 Identifikasi dan analisis 9 Penyusunan laporan 10 Sidang akhir No
Mei Minggu ke Minggu ke Minggu ke Minggu ke Minggu ke Tahapan Pengerjaan
Tugas Akhir
Januari Febuari Maret April
31 3.3 Rancangan Desain Alat Purifier
Dalam penelitian ini proses perencanaan dilakukan dengan tiga metode penelitian yang dimulai dari perencanaan alat, desain alat dan pembuatan alat (fabrikasai). Alat didesain berbentuk purifier horizontal dengan empat kolom yang akan diisi absorben dapat dilihat pada Gambar 3.2
Gambar 3. 2 Desain Alat Purifier 3.4 Alat dan Bahan
Alat dan bahan dalam penelitian tugas akhir ini akan diuraikan dalam sub bab berikut.
3.4.1 Alat
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut;
a. Filter Hausing
Filter housing yang digunakan sebagai wadah adsorben dalam proses pemurnian biogas meliliki spesifikasi maksimal tekanan 100 Psi dan maksimal temperatur 125o c dengan material polivinil klorida (PVC), seperti pada Gambar 3.3
Gambar 3. 3 Filter Hausing
32 b. Selang Benang
Selang benang yang digunakan memiliki ukuran satu inch untuk menyambungkan saluran inlet filter hausing sampai ke dasar, seperti yang dapat dilihat pada Gambar 3.4
Gambar 3. 4 Selang Benang
c. Selang Bening
Selang bening digunakan berukuran ¼ inch untuk menghubungkan filter dengan penampung, seperti yang dapat dilihat pada Gambar 3.5
Gambar 3. 5 Selang bening ¼ inch
d. Double Niple ¾ inch
Merupakan alat penyambung filter housing menjadi empat kolom dengan dua sisi memiliki drat berukuran ¾ inch, seperti yang dapat dilihat pada Gambar 3.6
Gambar 3. 6 Double Niple ¾ inch
33 e. Pipa pvc ¾ inch
Pipa pvc ¾ inch digunakan sebagai saluran instalasi purifier dan memiliki fungsi sebagai media saluran biogas. Pemilihan material didasari karena tingkat ketahanan korosi yang tinggi. Pipa ini dapat dilihat pada Gambar 3.7
Gambar 3. 7 Pipa pvc ¾ inch f. Sok Drat pvc ¾ inch
Digunakan untuk menyambungkan pipa ke housing filter dan pipa ke konektor 7 mm, seperti yang dapat dilihat pada Gambar 3.8
Gambar 3. 8 Sok Drat pvc ¾ inch g. Konektor Drat Dalam ¾ inch ke ¼ inch
Konektor drat dalam ¾ inch ke ¼ inch merupakn penghubung selang
¾ inch ke selang ¼ inch, seperti yang dapat dilihat pada Gambar 3.9
Gambar 3. 9 Konektor Drat Dalam ¾ inch ke ¼ inch
34 h. Gas Sampling Bag
Gas sampling bag berukuran satu liter merupakan kontong plastik yang kedap udara yang berfungsi sebagai tempat sementara sampel biogas untuk dilakukan pengujian kromatografi gas, seperti yang dapat dilihat pada Gambar 3.10
Gambar 3. 10 Gas Sampling Bag i. Kompor
Kompor yang digunakan telah dimodifikasi dengan memperbesar nozel saluran masuk biogas. Hal ini bertujan untuk memperbesar aliran biogas dan memperkecil tekanan yang di perlukan. Kompor berfungsi untuk melakukan uji nyala api, seperti yang dapat dilihat pada Gambar 3.11
Gambar 3. 11 Kompor j. Kompresor
Kompresor yang digunakan memiliki spesifikasi sebagai berikut;
Hourse Power ¾ HP, daya listrik 500 Watt, Kapasitas tangki 10 liter, kapasitas aliran udara 120 liter/menit, kecepatan mesin 2800 rpm dan kapasitas maksimum tekanan 8 bar. Kompresor dapat dilihat pada gambar 3.12 berikut.
35 Gambar 3. 12 Kompresor
3.4.2 Bahan
Bahan yang digunakan sebagai adsorben pemurnian biogas dari kotoran sapi ini adalah sebagai berikut:
a. Biogas
Biogas merupakan bahan utama yang akan dimurnikan kandungan metananya. Biogas yang digunakan dihasilkan oleh digester semi- kontinu dengan perbandingan air dengan kotoran sebesar 1:1 beratnya, seperti yang dapat dilihat pada Gambar 3.13
Gambar 3. 13 Media penyimpanan biogas.
b. Karbon aktif
Karbon aktif digunakan sebagai adsorben untuk mereduksi kandungan uap air serta karbon dioksida yang terkandung dalam biogas. Karbon aktif memiliki sifat dan karakteristik sebagai berikut:
1. Ukuran partikel karbon aktif berkisar 5 mm - 10 mm ukuran yang kecil bertujuan untuk mempercepat laju adsorpsi.
2. Pori-pori yang dimiliki arang aktif sangat tinggi sehingga memberikan kemapuan adsorbsi yang baik dengan kemampuan serapnya berkisar 25% sampai dengan 100%.
36 3. Kadar air pada arang aktif yang digunakan sangat rendah
sehingga meningkatkan daya serap uap air.
Karbon aktif dapat dilihat pada Gambar 3.14
Gambar 3. 14 Karbon aktif c. Zeolit
Zeolit digunakan sebagai adsorben untuk mereduksi kandungan uap air serta karbon dioksida (CO2) yang terkandung dalam biogas. Sifat dan karakteristik dari zeolite yang digunakan sebagai adsorben, yaitu:
1. Memiliki pori-pori sehingga salah satu sifat zeolit yaitu dehidrasi yang berpengaruh pada sifat serapannya.
2. Kegunaan dari ion-ion yang terdapat pada rongga zeolit untuk menjaga kestabilan zeolit.
3. Zeolit juga berfungsi untuk menyaring molekul atau memisahkan karena perbedaan ukuran, bentuk dan polaritas molekul tersebut.
4. Kemampuan penyerapan zeolit terhadap gas tersebut hingga 25
%.
Zeolit dapat dilihat pada Gambar 3.15
Gambar 3. 15 Zeolit
37 d. Kalsium Hidroksida Ca(OH)2
Kalsium hidroksida Ca(OH)2 berbentuk bubuk digunakan sebagai pengikat kandungan karbon dioksida (CO2). Kalsium hidroksida dapat mengikat karbon dioksida dengan cara memisahkan suatu fasa fluida maupun molekul-molekul gas ke permukaan padat yang menyerap yang terjadi secara revesibel. Kalsium Hidroksida Ca(OH)2
dapat dilihat pada Gambar 3.15
Gambar 3. 16 Kalsium Hidroksida Ca(OH)2
e. Gram Besi (Fe2(O3))
Gram besi (Fe2(O3))digunakan untuk mengurangi kandungan H2S melalui ukuran parkiel yang kecil seperti serat memberikan luar permukaan pada gram besi menjadi sangat besar dan meningkatkan daya serap H2S. Gram besi (Fe2(O3)) dapat dilihat pada Gambar 3.16
Gambar 3. 17 Gram besi (Fe2(O3))
38 3.5 Tahapan Penelitian
Penelitian ini dilakukan dalam lima tahap untuk mencapai tujuan yang diharapkan, dimulai dari persiapan alat pemurnian, persipan biogas, pelaksanaan pengujian, pengambilan sampel dan pengujian kandungan biogas.
Berikut tahapan yang akan dilakukan dalam penelitian ini sebagai berikut:
2.5.1 Persiapan alat pemurnian
Persiapan alat ini dimulai dari mempersiapakan alat pemurnian biogas yang berupa purifier horizontal empat kolom. Memasang instalasi saluran masuk biogas (inlet) dan saluran keluar (outlet) pada filter menggunakan konektor drat ¾ inch (19 mm) ke ¼ inch (6 mm).
2.5.2 Pengujian alat
Setelah komponen dan instalasi terpasang kemudian melakukan pengujian kebocoran sistem purifier horizontal dengan menggunakan metode pneumatic test, dimana sistem saluran keluar biogas ditutup, kemudian diberikan atau memasukan udara melalui saluran masuk hingga tekanan dan volume tertentu (presed) mengunakan indikator tekan pressure gauge (pengukur tekanan udara) dalam jangka waktu tertentu udara di tahan (hold) untuk memeriksa kebocoran pada sambungan dan instalasi purifier dengan air menyemprotkan air sabun jika terjadi kebocoran akan dilakukan perbaikan namun jika tidak terjadi kebocoran dan tekan yang diberikan konstan dan tidak turun maka udara dapat dibuang (relase/drain).
Biogas merupakan bahan bakar gas yang dihasilkan oleh aktivitas anaerobik atau fermentasi dari kotoran sapi. Biogas dihasilkan dari kotoran sapi yang di campur air dengan perbandingan volume 1:1 difermentasi secara anaerobik menggunakan digester berjenis reaktor semi-kontinu kemudian ditampung menggunakan penampung hingga tekanan dua bar. Melalui penampungan ini biogas akan dimurnikan menggunakan purifier empat kolom.
39 2.5.3 Pengambilan sampel
Pengambilan sampel biogas dilakukan sebelum dan sesudah dilakukan pemurnian biogas. Sampel biogas yang belum dilakukan pemurnian diambil langsung pada digester biogas melalui saluran outlet gas digester dan sampel biogas yang dimurnikan dengan mengambil sebanyak tiga sampel pada volume adsorben 600 cm3, 900 cm3 dan 1200 cm3 melalui saluran outlet gas purifier. Masing masing sampel diambil setelah 10 menit adsorpsi dimulai agar kandungan biogas yang didapat konstan teradsorpsi. Sampel biogas disimpan menggunakan gas sampling bag satu liter. Saat pengambilan sampel kekedapan udara harus diperhatikan dalam memperoleh kandungan biogas yang akurat.
2.5.4 Pemurnian biogas
Tahap pemurnian dilakukan untuk memisahkan kandungan biogas dari gas pengotor agar persentasi kandungan metana menjadi lebih tinggi.
Alat permurni berupa purifier empat kolom diisi dengan empat jenis adsorben yaitu karbon aktif sebagai pengikat uap air (H2O), zeolit sebagai pengikat karbon dioksida (CO2), Ca(OH)2 sebagai pengikat karbon dioksida (CO2) dan gram besi sisa bubut ferioksida (Fe2(O3)) sebagai pengikat dan indikator kandungan hidrogen sulfida (H2S).
Variasi volume adsorben yang digunakan 600 cm3, 900 cm3 dan 1200 cm3 diukur menggunakan gelas ukur dengan perbandingan 1:1 pada masing masing adsorben. Pemurnian biogas dilakukan dengan cara adsorpsi, biogas dikopresikan dengan tekanan 1 bar dengan indikator manometer agar dapat melewati empat kolom prurifier adsorben dan gas pengotor dapat terikat kedalam adsorben.
2.5.5 Pengujian kandungan biogas
Pengujian biogas menggunakan sampel yang telah diambil dengan metode pengujian gas chromatography di Laboratorium Teknik Hasil Pertanian, Universitas Lampung. Masing-masing sampel dibawa menggunakan gas sampling bag berkapasitas satu liter dan melakukan
40 pengujian satu persatu untuk mengetahui persentase kandungan metana dan karbon dioksida sebelum dan sesudah pemurnian.
2.5.6 Pengujian kualitas api
Pengujian kualitas api dilakukan dengan menggunakan kompor. Kompor yang digunakan telah dimodifikasi dengan memperbesar lubang nozel agar biogas dapat lebih mudah melewati saluran kompor. Selang kompor dihubungakan dengan penampung biogas. kemudian pengujian dilakukan dengan keadaan minim cahaya dan menggunakan latar blakang gelap untuk memaksimalkan pengambilan data secara visual dan dokumentasi.
3.6 Metode pengolahan dan pengumpulan data
Tahap pengumpulan data diambil melalui pengujian gas chromatography untuk mengetahui persentase komposi biogas. data yang dikumpulkan akan berbentuk tabel seperti pada Tabel 3.2
Tabel 3. 2 Data pengujian gas chromatography.
No Volume Adsorben (cm3)
Tekanan (bar)
Persentase kandungan biogas (%) CH4 CO2 N2 H2S &
H2O
1 600 1
2 900 1
3 1200 1
Data pengujian gas chromatography yang telah terkumpul akan disajikan dalam bentuk grafik yang kemudian selanjutnya masuk ke tahap analisis.
3.7 Metode Analisis
Penelitian ini dilakukan untuk meningkatkan kualitas biogas melalui proses pemurnian dengan alat pemurni biogas berupa purifier berbentuk tabung dengan berbagai adsorben berupa kalsium hidroksida Ca(OH)2, gram besi Fe2(O3), zeolit dan karbon aktif. Pengambilan sampel biogas dilakukan saat sebelum pemurnian sebagai data awal dan setelah pemurnian sebagai data pembanding. Pengujian menggunkan alat gas chromatography untuk mengetahui kandungan metana (CH4), karbon dioksida (CO2), nitrogen dan
41 hidrogen sulfida (H2S) dan uap air (H2O). Dari pengujian ini dapat diketahui komposisi kandungan biogas yang akan dilakukan analisis sebelum dan sesudah dimurnikan menggunakan empat jenis adsorben dengan tiga variasi volume.
Setelah gas dimurnikan tahap selanjutnya melakukan analisis api pembakaran dari empat sampel yang telah diuji menggunakan kompor berlatar belakang gelap dan perlakuan yang sama (metode, laju aliran dan kondisi lingkungan).
Parameter yang digunakan dalam penelitian ini adalah panas nyala api dan warna api. Kemudian melakukan perhitungan nilai kalor biogas dan tahap terakhir meghitungan efektififitas alat dalam mengadsorpsi.
