PRODUKSI BIOGAS SEBAGAI SUMBER ENERGI LISTRIK KAPASITAS 0,3 kW/HARI SELAMA 1 JAM
(Penentuan Konstanta Kecepatan Degradasi pada Produksi Biogas didalam Digester Fixed Dome Type)
Disusun Untuk Memenuhi Syarat Menyelesaikan Pendidikan Sarjana Terapan pada Jurusan Teknik Kimia Program Studi Teknik Energi
Politeknik Negeri Sriwijaya Palembang
Oleh :
Vanya Anindia Putri 0612 4041 1484
POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA PALEMBANG
ii
LEMBAR PENGESAHAN LAPORAN TUGAS AKHIR
PRODUKSI BIOGAS SEBAGAI SUMBER ENERGI LISTRIK KAPASITAS 0,3 kW/HARI SELAMA 1 JAM
(PenentuanKonstanta Kecepatan Degradasi pada Produksi Biogas didalam Digester Fixed Dome Type)
Oleh :
Vanya Anindia Putri 0612 4041 1484
Palembang, Agustus 2016
Menyetujui,
Pembimbing I Pembimbing II
Ir. Sahrul Effendy, M.T Ir. Sutini Pujiastuti Lestari, M.T NIP. 196312231996011001 NIP. 195610231986032001
Mengetahui,
Ketua Program Studi Ketua Jurusan Teknik Kimia Sarjana Terapan Teknik Energi
iii
Telah diseminarkan dihadapan Tim Penguji
Di Jurusan Teknik Kimia Program Studi Sarjana Terapan Teknik Energi Politeknik Negeri Sriwijaya
Pada Tanggal 4 Agustus 2016
Tim Penguji: Tanda Tangan
1. Ir. Aida Syarif, M.T ( )
NIP. 196501111993032001
2. Tahdid, S.T, M.T ( )
NIP. 197201131997021001
3. Lety Trisnaliani, S.T, M.T ( ) NIP. 197804032012122002
Palembang, Agustus 2016 Mengetahui
Ketua Program Studi
Sarjana Terapan Teknik Energi
iv MOTTO
SELAMA KAU MEMILIKI ALLAH SWT, KAU AKAN SELALU LEBIH BESAR DARI MASALAHMU, LEBIH BAIK DARI MASA LALUMU DAN LEBIH KUAT DARI RASA SAKITMU
JANGAN BERHENTI BERHARAP, KARENA ALLAH SWT TAHU SAAT YANG TEPAT MENGABULKAN PERMINTAANMU
Kupersembahkan untuk :
Allah SWT dan Rasulullah SAW Kedua Orang Tua serta Kakek dan Nenekku Tercinta
Kakakku Tersayang “Valy Amanda Ramadhan”
Ketiga Adikku Tersayang “Deo, Tasya, dan Farel”
Penyemangat “M. Ridho Husaini” Pak Sahrul selaku Pembimbing I Bu Sutini selaku Pembimbing II Ayah Tahdid selaku Dosen yang Selalu membimbing dan member motivasi
Sahabat-sahabat terbaikku (Fera, Yuriska, Fadhila, Marlia)
Teman-Teman Seperjuangan DIV Teknik Energi 2012 khususnya kelas 8 EGA
v ABSTRAK
PRODUKSI BIOGAS SEBAGAI SUMBER ENERGI LISTRIK KAPASITAS 0,3 kW/HARI SELAMA 1 JAM (Penentuan Konstanta Kecepatan Degradasi
pada Produksi Biogas didalam Digester Fixed Dome Type) (Vanya Anindia Putri 2016, 70 Halaman, 17 Tabel, 35 Gambar, 5 Lampiran)
Biogas merupakan salah satu energi terbarukan yang diproduksi melalui proses fermentasi bahan organik secara anaerobik oleh bakteri metanogen sehingga menghasilkan gas metan (CH4). Bahan baku yang digunakan pada penelitian ini
adalah kotoran sapi. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan nilai konstanta kecepatan degradasi pada produksi biogas didalam Digester Fixed Dome Type. Teknologi biogas sudah banyak dikembangkan oleh penelitian-penelitian sebelumnya, misalnya pada penelitian yang dilakukan Anugrah (2010) yang menggunakan limbah rumah makan sebagai bahan baku dalam produksi biogas. Hasil penelitiannya menunjukkan biogas yang dihasilkan masih relatif rendah yaitu sebesar 0,5 – 3 liter dalam waktu 45 hari. Berdasarkan kelemahan penelitian sebelumnya maka dibuat Mini Plant Biogas Digester Fixed Dome Type. Menurut Gunnerson and Stucky (1986) untuk menghitung volume biogas dan daya yang dihasilkan diperlukan konstanta kecepatan degradasi. Konstanta kecepatan degradasi secara desain adalah 1,445 dt-1 dengan volume biogas 1,83 m3 sedangkan dari penelitian didapatkan harga konstanta kecepatan degradasi 1,250 dt-1 dihasilkan volume biogas 1,817 m3 dengan
daya yang dihasilkan 0,287 kW. Adanya perbedaan antara desain dengan hasil penelitian disebabkan adanya penurunan volatile solid yang terdegradasi yang dipengaruhi oleh tingkat biodegrabilitas bahan-bahan organik oleh mikroorganisme.
vi ABSTRACT
PRODUCTION OF BIOGAS AS ELECTRICAL ENERGY SOURCE WITH CAPACITY OF 0,3 kW/DAY FOR 1 HOUR (Determination The Rate
Constant of Degradation on The Production of Biogas in Digester Fixed Dome Type)
(Vanya Anindia Putri 2016, 70 Pages, 17 Tables, 35 Figures, 5 Appendix)
Biogas is a renewable energy that produced through a process of anaerobic fermentation of organic material by methanogenic bacteria that produce methane (CH4). In this research, the raw material is cow manure. The aim of this research is to obtain the rate constant of degradation on the production of biogas in Digester Fixed Dome Type. Biogas technology has been developed by previous researches, for example on research conducted by Anugrah (2010) which uses household wastes as raw materials in the production of biogas. Research results show the biogas produced is still relatively low at 0.5 to 3 liters within 45 days. Based on previous research weakness then made Mini Plant Biogas Digester Fixed Dome Type. According Gunnerson and Stucky (1986), to calculate the volume of biogas and the generated power would required rate constant of degradation. The rate constant of degradation in the design is 1.445 dt-1 with a volume of biogas 1.83 m3, while on the research showed the rate constant of degradation 1.250 dt-1 with a volume of biogas 1,817 m3 and produced power generated 0,287 kW. The discrepancies between design and research results due to a decrease volatile solid that degraded influenced biodegrabilitas level of organic materials by microorganisms.
vii
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT, atas segala Rahmat dan Karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul “Produksi Biogas sebagai Sumber Energi Listrik Kapasitas 0,3 kW/Hari Selama 1 Jam (Penentuan Konstanta Kecepatan Degradasi pada Produksi Biogas didalam Digester Fixed Dome Type)”
Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi persyaratan mata kuliah Tugas Akhir pada Jurusan Teknik Kimia Program Studi S1 Terapan Teknik Energi di Politeknik Negeri Sriwijaya. Tugas Akhir ini didasarkan pada studi rancang bangun yang dilakukan pada bulan Februari – Mei 2016.
Dalam penyusunan dan penulisan Laporan Tugas Akhir ini, penulis mendapatkan bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak. Untuk itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada yang terhormat :
1. Allah SWT dan Rasulullah SAW yang senantiasa memberikan ridho dan jalan dalam setiap langkahku.
2. Dr. Ing. Ahmad Taqwa, M.T selaku Direktur Politeknik Negeri Sriwijaya. 3. Adi Syakdani, S.T, M.T, selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Politeknik
negeri Sriwijaya.
4. Ahmad Zikri, S.T, M.T, selaku Sekretaris Jurusan Teknik Kimia Politeknik negeri Sriwijaya.
5. Ir. Arizal Aswan, M.T, selaku Ketua Program studi Teknik Energi Jurusan Teknik Kimia Politeknik negeri Sriwijaya.
6. Ir. Sahrul Effendy, M.T, selaku Dosen Pembimbing I yang telah banyak membantu selama proses penyelesaian penelitian maupun penyusunan Tugas Akhir ini.
viii
8. Tahdid, S.T, M.T. selaku Dosen yang senantiasa membimbing dan
memberikan motivasi dalam menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini.
9. Seluruh Staf Pengajar, Administrasi, dan Teknisi Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Sriwijaya atas bantuan dan kemudahan yang diberikan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
10.Kedua orang tua dan saudara-saudara saya yang telah memberikan doa, restu, motivasi, bantuan moril dan semangat serta dukungannya dalam penyelesaian Laporan Tugas Akhir ini.
11.Teman-teman seperjuangan kelompok penelitian Biogas atas segala bantuannya, secara langsung maupun tak langsung.
12.Teman-teman 8 EGA dan teman-teman Teknik Energi Politeknik Negeri Sriwijaya Palembang Angkatan 2012. Terkhusus M. Ridho Husaini yang senantiasa memberikan semangat serta motivasi dalam proses penyusunan Tugas Akhir ini.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih belum sempurna. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun untuk penyempurnaan Tugas Akhir ini. Penulis berharap semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Semoga Allah SWT senantiasa memberikan ridho-Nya kepada kita, Amin.
Palembang, Agustus 2016
ix DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PENGESAHAN ... ii
MOTTO ... iv
ABSTRAK ... v
ABSTRACT ... vi
KATA PENGANTAR ... vii
DAFTAR ISI ... ix
DAFTAR TABEL ... xi
DAFTAR GAMBAR ... xii
DAFTAR LAMPIRAN ... xiii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Perumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan ... 3
1.4 Manfaat ... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 4
2.1 Sejarah Pengembangan Teknologi Biogas ... 4
2.2 Kotoran Sapi Sebagai Sumber Energi ... 5
2.3 Biogas ... 6
2.4 Sifat Fisik dan Kimia Biogas ... 7
2.5 Keunggulan Biogas ... 7
2.6 Digester Biogas ... 9
2.7 Proses Pembentukan Biogas ... 12
2.8 Parameter Proses Produksi Biogas ... 13
2.9 Green Phoskko-7 ... 17
2.10 Nilai Kalor Pembakaran Biogas ... 18
x
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 24
3.1 Pendekatan Desain Fungsional ... 24
3.2 Pendekatan Desain Struktural ... 25
3.3 Pertimbangan Percobaan ... 29
3.3.1 Waktu dan Tempat ... 29
3.3.2 Alat dan Bahan... 29
3.3.3 Perlakuan dan Rancangan Percobaan... 31
3.4 Prosedur Percobaan ... 33
3.5 Pengamatan ... 37
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 38
4.1 Data Hasil Penelitian ... 38
4.2 Pembahasan ... 39
4.2.1 Hubungan Volatile Solid Terhadap Konstanta Kecepatan Degradasi ... 39
4.2.2 Hubungan Konstanta Kecepatan Degradasi terhadap Volume Biogas ... 42
4.2.2 Hubungan Konstanta Kecepatan Degradasi terhadap Daya yang dihasilkan ... 44
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 46
5.1 Kesimpulan ... 46
5.2 Saran ... 46
DAFTAR PUSTAKA ... 47
xi
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
1 Komposisi Kotoran Sapi ... 6
2 Komposisi Gas yang Terdapat dalam Biogas ... 6
3 Sifat-sifat Gas Metana dan Karbon Dioksida ... 7
4 Kelebihan dan Kekurangan Digester Fixed Dome Type ... 10
5 Kandungan Kimia yang Diizinkan pada Limbah Organik... 15
6 Rasio C/N Material Organik ... 16
7 Persentase Potensi Produksi Gas untuk Bahan Organik ... 17
8 Nilai Kalor Pembakaran Biogas dan Natural Gas ... 19
9 Data Desain Digester Fixed Dome Type ... 38
10 Komposisi Kandungan Biogas Hasil Penelitian ... 39
11 Data Hasil Penelitian ... 39
12 Data Harian Digester ... 49
13 Data Hasil Analisa Volatile Solid ... 50
14 Analisa Kandungan Biogas ... 51
15 Tabulasi Hasil Perhitungan Konstanta Kecepatan Degradasi ... 54
16 Tabulasi Hasil Perhitungan Volume Biogas dan Daya ... 56
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
1 Fixed Dome Digester ... 9
2 Puxin Digester ... 10
3 Floating Drum Digester ... 11
4 Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Biogas ... 20
5 Desain Digester ... 26
6 Desain Tangki Umpan ... 26
7 Desain Over Flow Tank ... 27
8 Manometer Tabung U ... 27
9 Kompressor ... 28
10 Generator Set ... 28
11 Pompa Pengaduk ... 29
12 Perlakuan dan Rancangan Percobaan ... 32
13 Desain Mini Plant Biogas Digester Fixed Dome Type ... 35
14 Grafik Hubungan Volatile Solid (%) terhadap Konstanta Kecepatan Degradasi... 40
15 Grafik Hubungan Konstanta Kecepatan Degradasi terhadap Volume Biogas yang dihasilkan ... 42
16 Grafik Hubungan Konstanta Kecepatan Degradasi (dt-1) terhadap Daya yang Dihasilkan (kW) ... 44
17 Grafik ln CA terhadap Waktu ... 53
18 Konfigurasi Digester ... 62
19 Desain Digester ... 63
20 Konfigurasi Tangki Umpan ... 64
21 Konfigurasi Overflow Tank ... 66
22 Pengaturan Peletakkan Digester ... 67
23 Pengecekkan Kebocoran Digester ... 67
24 Pengecatan Digester ... 67
25 Digester Fixed Dome Type ... 67
26 Pengambilan Bahan Baku ... 67
27 Pengadukan Kotoran Sapi ... 67
28 Pemasukkan Bahan Baku kedalam Digester ... 68
29 Mikroorganisme Green Phoskko-7 ... 68
30 Penambahan Air Bahan Baku... 68
31 Uji Nyala Biogas ... 68
32 Pengambilan Biogas ... 68
33 Uji Nyala Genset ... 68
34 Pengambilan Sampel ... 69
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampir an Halaman
