SKRIPSI
“PERANCANGAN TABUNG DIGESTER PENGHASIL BIOGAS DARI KOTORAN SAPI”
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Strata Satu (S-1) Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Sumatera Barat
Oleh:
M. Hafizh Akbar 181000221201034
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SUMATERA BARAT 2022
HALAMAN PENGESAHAN
PERA�CANGA T ABUNG DIGESTER PENGHASlL BIOGAS DARI KOTORAN SAPI
Diajukan Sebagai Salah Sam Syarat Untuk Memperolch Gclar Strata Satu (S-1) Program Studi Tcknik Mcsin Fakultas Tcknik
Univcrsitas Muhammadiyah- Sumatcra Barat
Dosen Pembimbing I,
Armila, S.T., '.\1.T.
NII>, . 1008017404
Dekan Fakultas Teknik UM Sumatera Barat.
S.T., M.T.
-
005057407
Oleh M. Hafizh Akbar 181000221201034
Much1isinala uddin, S.T., M.T.
NID N. 1009058002
Ketua Program Studi Tcknik 1esin
Rudi Kur cf S.T. M.T. SH.
3069103
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL
PENGESAHAN ...i
PERSETUJUAN TIM PENGUJI ...ii
PENYATAAN KEASLIAN ...iii
ABSTRAK KATA PENGANTAR ...iv
DAFTAR ISI ...v
DAFTAR TABEL ...vii
DAFTAR GAMBAR ...viii
DAFTAR NOTASI ...ix
BAB I PENDAHULUAN ...1
1.1. Latar Belakang ...1
1.2. Maksud dan Tujuan ...2
1.2.1. Maksud ...2
1.2.2. Tujuan ...2
1.3. Batasan Masalah ...2
1.4. Sistematika Penulisan ...2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...4
2. 1 Biogas ...4
2.1.1. Reaktor biogas (Biodigester) ...6
2.1.2. Fixed dome plant ...7
2.1.3. Proses terbentuknya biogas ...7
a. Proses hidrolisis ...7
b. Proses pengasaman ...7
2.1.4. Bakteri pengurai ...7
a. Bakteri aerob ...8
b. Bakteri anaerob ...8
2. 2 Material Digester ...8
2. 2. 1 Tabung digester ...8
2. 2. 2 Sistem saluran ...9
2. 2. 3 Perapat sistem saluran ...9
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ...10
3. 1 Diagram Alir ...10
3. 2 Gambar Perancangan ...11
3. 3 Alat dan Bahan ...13
3. 3. 1 Alat ...13
3. 3. 2 Bahan ...14
3. 4 Pengerjaan Alat ...15
3. 4. 1 Pembuatan alat ...15
a. Pembuatan saluran inlet ...15
b. Saluran outlet ...16
c. Saluran outlet gas ...17
d. Tabung digester ...18
3. 4. 2 Cara kerja alat ...19
3. 4. 3 Pengujian alat ...20
BAB IV DATA DAN ANALISA ...22
4. 1 Data ...22
4. 1. 1 Data pembuatan reaktor ...22
4. 1. 2 Data pengujian reaktor ...23
a. Proses pengambilan data ...23
b. Data pengamatan tekanan perhari ...23
c. Volume perkembangan biogas ...25
d. Volume biogas dalam digester ...28
4. 2 Analisa ...31
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...32
5. 1 Kesimpulan ...32
5. 2 Saran ...32
DAFTAR PUSTAKA ...x
LAMPIRAN ...xi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Produksi biogas dari berbagai bahan organik ...5
Tabel 4.1. Ukuran reaktor ...22
Tabel 4.2. Ukuran lubang pada tabung ...22
Tabel 4.3. Data tekanan tabung perhari ...24
Tabel 4.4. Volume perkembangan biogas setiap hari ...27
Tabel 4.5. Volume biogas dalam digester setiap hari ...30
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Mekanisme reaktor biogas ...6
Gambar 3.1. Reaktor biogas 3D ...11
Gambar 3.2. Reaktor tampak depan ...12
Gambar 3.3. a) bor tangn, b) gerinda tangan ...12
Gambar 3.4. a) meteran, b) perekat ...14
Gambar 3.5. a) drum plastik, b) PVC, c) delang plastik, d) stop kran, e) T ¼, f) pressure gauge ...14
Gambar 3.6. Rancangan saluran inlet ...15
Gambar 3.7. Saluran inlet terpasang ...16
Gambar 3.8. Saluran outlet ...17
Gambar 3.9. Saluran outlet gas ...18
Gambar 3.10. Tabung tampak a) samping, b) depan, c) atas ...18
Gambar 3.11. Tabung reaktor setelah terpasang ...19
Gambar 3.12. Mekanisme kerja alat ...19
Gambar 3.13. Api yang terbentuk ...20
Gambar 3.14. Api yang terbentuk ...21
Gambar 4.1. Proses pengadukan dan memasukkan kotoran sapi ...23
Gambar 4.2. Kurva perbandingan waktu dan tekanan gas ...24
Gambar 4.3. Kurva perbandingan volume gas dengan waktu ...27
Gambar 4.4. Kurva hubungan pertumbuhan volume gas dengan waktu ...30
DAFTAR NOTASI
Vg = Volume perkembangan gas P1 = Tekanan awal
P2 = Tekanan Akhir Vrg = Volume ruang gas Vgd = Volume gas digester
Vg1 = Volume perkembangan gas digester awal Vg2 = Volume perkembangan gas digester akhir
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Energi menjadi kebutuhan mendasar bagi masyarakat perkotaan dan pedesaan.
Konsumsi energi semakin meningkat seiring dengan perkembangan teknologi yang sangat pesat.
Bahan bakar minyak atau fosil merupakan salah satu sumber energi yang bersifat tak terbarukan yang selama ini menyokong kebutuhan energi di seluruh sektor. Kekayaan sumber energi di Indonesia, yaitu tenaga air, panas bumi, biomassa, biogas, angin, energi laut, matahari dan lainnya dapat dimanfaatkan sebagai energi alternatif menggantikan ketergantungan terhadap bahan bakar minyak yang semakin terbatas jumlah dan cadangannya. Krisis energi yang melanda dunia menyebabkan tingginya harga energi yang berpengaruh langsung terhadap perekonomian.
Sumber energi baru dan terbarukan yang kita miliki perlu difikirkan untuk dimanfaatkan sebagai energi alternatif dan mengurangi peran bahan bakar minyak sebagai dalam kebutuhan konsumsi energi. Energi biogas adalah salah satu bentuk energi alternatif yang cocok diterapkan di daerah pedesaan. Energi ini bisa didapatkan dari limbah kotoran ternak yang dikelola menggunakan teknologi biogas sehingga menghasilkan gas yang dapat dimanfaatkan masyarakat sebagai sumber energi untuk memasak, listrik dan pupuk organik. [2]
Maka dari itu, mendorong para ahli untuk menciptakan inovasi yang dapat memanfaatkan limbah peternakan sebagai sumber energi terbarukan dengan cara diendapkan beberapa hari, sehingga menghasilkan gas yang dapat digunakan untuk bahan bakar memasak bahkan pembangkit listrik, limbah yang awalnya mengganggu dan menjadi sumber penyakit di sekitar pembuangan menjadi bermanfaat.
Konstruksi yang dirancang dan dibuat pada tabung digester ini merupakan produk hasil inovasi dari produk yang pernah ada dan mengalami perubahan- perubahan baik bentuk, ukuran sebagai hasil inovasi perancang. Hasil rancangan ini diharapkan menjadi produk baru dengan mekanisme yang baru. Modifikasi
dan inovasi yang dilaksanakan bertujuan memperoleh hasil maksimal dengan tidak mengurangi fungsi dan tujuan dari pembuatan alat ini.
1.2. Maksud dan Tujuan 1.2.1 Maksud
Maksud dari pembuatan tabung digester adalah untuk mempelajari perkembangan proses terbentuknya biogas yang berasal dari fermentasi kotoran sapi, diamana kotoran sapi tersebut merupakan limbah yang bisa dimanfaatkan menjadi sumber energi alternatif sebagai penerapan energi terbarukan. Sisa fermentasi kotoran sapi ini digunakan sebagai pupuk organik yang bisa langsung digunakan dan tentunya bermanfaat bagi pertumbuhan tanaman.
1.2.2 Tujuan
Dalam pelaksanaan proyek akhir ini khussnya pembuatan tabung digester memiliki beberapa tujuan yaitu :
1. Mengetahui jumlah dan tekanan gas yang dihasilkan dari pengendapan kotoran sapi.
2. Mengetahui perbandingan antara jumlah spesimen dengan gas yang dihasilkan
3. Mengetahui kapasitas dan jumlah gas yang dihasilkan.
1.3. Batasan Masalah
Dalam perancangan dan pembuatan tabung digester ini hanya membahas tekanan yang dihasilkan dalam tabung dan perbandingan jumlah kotoran sapi dengan ruang pembentukan gas dalam tabung.
1.4 Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah dalam pemahaman mengenai isi laporan tugas akhir, maka laporan ini disusun dengan sistematika sebagai berikut
BAB I PENDAHULUAN
Pada bab ini akan dijelaskan hal-hal yang akan menjadi latar belakang penulisan, maksud dan tujuan penulis, serta batas masalah
BAB II LANDASAN TEORI
Bab ini akan membahas tentang dasar teori yang mendukung perancangan tabung digester bahan serta proses kerjanya
BAB III METODOLOGI PERANCANGAN
Dalam bab ini akan dibahas tentang diagram alir perancangan, alat dan bahan serta proses kerjanya
BAB IV DATA DAN ANALISA
Pada bab ini akan berisikan tentang proses pengambilan data, data yang diambil dan data analisa
BAB V PENUTUP
Bab ini merupakan bab penutup yang berisi tentang kesimpulan dan saran dari apa yang telah dibahas lebih lanjut dalam penulisan tugas akhir
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Biogas
Biogas adalah gas yang berasal dari kotoran hayati, termasuk hewan dan juga tumbuhan. Jika kotoran hewan ataupun tanaman telah terurai, gas dihasilkan. Gas ini disebut biogas. Biogas mudah terbakar yang dihasilakan oleh bakteri anaerob selama fermentasi bahan organik. Gas ini bisa dihasilkan dari berbagai limbah seperti kotoran ternak,kotoran manusia,limbah rumah tangga, limbah pertanian dan bahan organik lainnya.[3],[4]
Namun, hanya bahan organik padat dan juga cair yang cocok untuk sistem biogas sederhana. Ketika sampah organik terurai, dihasilkan gas metana (CH4) dan juga karbon dioksida (CO2). Semakin tinggi kandungan metana maka semakin tinggi pula kandungan energi dalam biogas.[1],[4]
Komponen biogas yang dihasilkan dari proses fermentasi berupa gas Metana (CH4) sekitar 54-70%, gas karbondioksida (C02) sekitar 27-45%, nitrogen (N2) 3%
- 5%, hidrogen (H2) sebesar 1%, 0,1% karbonmonoksida (CO), 0,1% oksigen (O2), dan sedikit hidrogen sulfida (H2S). Gas metana (CH4) yang merupakan komponen utama biogas merupakan bahan bakar yang berguna karena mempunyai nilai kalor yang cukup tinggi, yaitu sekitar 4800 sampai 6700 kkal/m3, sedangkan gas metana murni mengandung energi 8900 Kcal/m3. Karena nilai kalor yang cukup tinggi itulah biogas dapat dipergunakan untuk keperluan penerangan, memasak, menggerakan mesin dan sebagainya.[2]
Jenis bahan organik yang diproses dalam digester sangat mempengaruhi produktifitas sistem biogas disamping parameter-parameter lain seperti temperatur digester, pH, tekanan dan kelembaban udara. Salah satu cara menentukan bahan organik yang sesuai untuk menjadi bahan masukan sistem biogas adalah dengan mengetahui perbandingan Karbon (C) dan Nitrogen (N) atau disebut rasio C/N.
Beberapa percobaan yang telah dilakukan oleh ISAT menunjukkan bahwa aktifitas metabolisme dari bakteri metanogenik akan optimal pada nilai rasio C/N sekitar 8-20.[2]
Kesetaraan biogas dengan sumber energi lain, yaitu 1 m3 biogas setara dengan elpiji 0,46 kg, 0,62 liter minyak tanah, 0,52 liter minyak solar, 0,80 liter minyak bensin, 1,50 m3 gas kota dan 3,50 kg kayu bakar.
Tabel 2.1 Produksi biogas dari berbagai bahan organik
NO Bahan Organik Jumlah (kg) Biogas (lt)
1 Kotoran sapi 1 40
2 Kotoran Kerbau 1 30
3 Kotoran Babi 1 60
4 Kotoran Ayam 1 70
Sumber:Buku saku peternakan, dit.Bina Program Dirjen Peternakan [2]
Seekor sapi dewasa rata-rata menghasilkan kurang lebih 10 kg kotoran sapi setiap hari. Untuk menghasilkan 1 m3 gas bio, diperlukan kira-kira 20 kg kotoran sapi. Jadi dalam sehari 1 ekor sapi menghasilkan 0,45 m3 gas bio atau 1 kg kotoran sapi menghasilkan kurang lebih 0,05 m3 gas bio. Dalam penggunaan sehari-hari, untuk memasak air 1 liter, dibutuhkan 40 lt (0,04 m3) gas bio, dalam waktu 10 menit. Untuk menanak 1/2 kg beras, dibutuhkan rata-rata 0,15 m3 gas bio, dalam 30 menit. Penggunaan sehari-hari dalam rumah tangga dibutuhkan rata-rata 3 m3 gas.[1]
Produksi biogas dimulai dengan memasukkan bahan organik ke dalam digester, dimana terjadi fermentasi oleh bakteri anaerob sehingga dihasilkan gas.
Setelah digester penuh, produksi gas berjalan 4 sampai 7 hari hingga menghasilkan gas. [9]. Biogas yang telah terkumpul di dalam digester dialirkan melalui pipa penyalur gas menuju tangki penyimpan gas atau langsung ke lokasi penggunaannya, misalnya kompor.[1]. Biogas dapat dipergunakan dengan cara yang sama seperti cara penggunaan gas lainnya yang mudah terbakar. Pembakaran biogas dilakukan dengan mencampurnya dengan oksigen (O2). Untuk mendapatkan hasil pembakaran yang optimal perlu dilakukan proses pemurnian/penyaringan karena biogas mengandung beberapa gas lain yang tidak menguntungkan. Keuntungan lain yang diperoleh adalah dihasilkannya lumpur yang dapat digunakan sebagai pupuk. [6]
2.1.1 Reaktor Biogas (Biodigester)
Proses menghasilkan biogas dari bahan organik, diperlukan alat yaitu digester biogas/biodigester, yang bekerja dengan prinsip menciptakan suatu tempat penampungan bahan organik pada kondisi anaerob (bebas oksigen) sehingga bahan organik tersebut dapat difermentasi oleh bakteri metanogen untuk menghasilkan biogas. Biogas yang timbul kemudian dialirkan ketempat penampungan biogas sedangkan lumpur sisa aktifitas fermentasi dikeluarkan lalu dijadikan pupuk alami yang dapat dimanfaatkan untuk usaha pertanian maupun perkebunan.[2]
Tipe digester biogas yang akan dirancang yaitu fixed dome plant dimana penampung gas dibagian atas digester, gas tersebut menekan lumpur sisa fermentasi (slurry) ke bak slurry. Jika pemasukan kotoran ternak dilakukan terus menerus, gas yang timbul akan terus menekan slurry sampai keluar ke bak slurry.
Gas yang timbul akan tertampung diatas kotoran yang mengalami fermentasi dan akan digunakan/dikeluarkan lewat pipa gas yang berada diatas digester menuju tempat penampungan.[3]
Gambar 2.1 Mekanisme reaktor biogas
2.1.2 Fixed Dome Plant
Tipe digester biogas yang akan dirancang yaitu fixed dome plant dimana penampung gas dibagian atas digester, gas tersebut menekan lumpur sisa fermentasi (slurry) ke bak slurry. Jika pemasukan kotoran ternak dilakukan terus menerus, gas yang timbul akan terus menekan slurry sampai keluar ke bak slurry.
Gas yang timbul akan tertampung diatas kotoran yang mengalami fermentasi dan akan digunakan/dikeluarkan lewat pipa gas yang berada diatas digester dan gas dapat digunakan. [2]
2.1.3 Proses Terbentuknya Biogas
Secara keseluruhan terdapat tiga proses utama dalam pembentukan biogas, yaitu proses hidrolisis, pengasaman (asidifikasi), dan metanogenesis. Ketiga proses ini tidak terlepas dari peran mikroorganisme anaerob. [7]
a. Proses hidrolisis
Merupakan penguraianzat dalam reaksi kimia yang disebabkan oleh air.
Reaksi kimia dalam hidrolisis memecah molekul air (H2O) menjadi kation hydrogen (H+) dan anion hidroksida (OH-). Hidrolisis bergantung kepada kimiawi, kelarutan, derajat keasaman dan oksidasi-reduksi dari setiap senyawa. Secara kimia dan fisiologi, hodrolisis merupakan reaksi dekomposisi ganda dengan air sebagai raktannya. [7]
b. Proses pengasaman
Yaitu proses penguraian bahan-bahan organik oleh mikroorganisme pada kondisi kedap oksigen yang disebabkan oleh bakteri pengurai anaerob.
2.1.4 Bakteri Pengurai
Bakteri pengurai merupakan bakteri yang mampu mendekomposisi organisme lain yang telah mati menjadi unsur-unsur penyusunnya yang akan Kembali ke lingkungan. Kelompok mikroorganisme ini mengurai protein, karbohidrat dan senyawa organik lain yang menjadi karbon dioksida, gas amoniak, san senyawa-senyawa lain yang lebih sederhana.[7]
a. Bakteri aerob
Merupakan bakteri yang membutuhkan oksigen dan zat asam untuk pertumbuhannya yang memerlukan zat asam dalam jumlah sedikit disebut mikroaerofil dan jika tidak ada oksigen bakteri akan mati. Bakteri aerob membutuhkan glukosa atau zat organik lainnya seperti etanol untuk dioksidasi menjadi CO2, H2O dan sejumlah energi lainnya. [8]
b. Bakteri anaerob
Merupakan bakteri yang tidak dapat tumbuh dalam suasana O2 atau zat asam karena dalam suasana ini akan terbentuk H2O2 yang bersifat toksik terhadap bakteri sebab lain menyatakan dalam suasana zat asam potensi oksidasi-reduksi yang diperlukan kuman anaerob tidak akan menurun. Organisme yang dapat hidup dengan baik tanpa oksigen.[8]
Bakteri anaerob terbagi dalam 2 kelompok, yaitu anaerob fakultatif atau tidak berspora, dan bakteri anaerob obligatif atau berspora.
Bakteri anaerob fakultatif
Bakteri ini banyak terdapat pada tubuh manusia sebagai flora normal yang dapat menimbulkan penyakit dalam keadaan tertentu seperti saat selesai operasi atau menurunnya daya tahan tubuh. Bakteri anaerob fakultatif adalah bakteri yang dpat hidup dengan baik dengan atu tanpa oksigen.
Bakteri anaerob obligatif
Berbeda dengan bakteri anaerob bersopra atau bakteria anaerob fakultatif, bakteris obligat adalah bakteri yang tidak bisa hidup dengan adanya oksigen dan jika ada oksigen bakteri ini akan mati.
2.2 Material Digester 2.2.1 Tabung Digester
Pada perancangan tabung digester penghasil biogas menggunakan tabung berbahan polimer. Polimer adalah material berbentuk rantai molekul Panjang dan berulang. Hasil ini didapatkan dari proses polimerisasi. Ada berbagai macam polimer. Selain itu, karakteristik pun berbeda-beda. Semuanya tergantung dari
sifat molekul yang membentuk serta bagaiman proses pembentukannya. Ada beberapa polimer yang memiliki sifat lentur. Contohny a karet dan polister, juga ada polimer dengan sifat keras dan kuat, yakni kaca dan epoksi. Ada beberapa pengelompokkan jenis polimer salah satunya yaitu berdasarkan reaksi terhadap pemanasan. [9]
Termoplastik yang merupakan polimer dengan kemampuan dilebur ulang melalui proses pemanasan sehingga dapat Kembali seperti bentuk semula.
Produksiya dimulai dengan pembentukan menjadi biji plastik, lalu dipanaskan sampai mampu dibentuk menjadi produk. [9]
Thermoset, yaitu polimer yang tidak mampu dikembalikan menjadi bentuk semula, contohnya akrilik dan melamin
Keuntungan menggunakan tabung berbahan polimer yaitu tahan terhadap korosi yang disebabkan oleh endapan kotoran sapi dan harganya yang relatif lebih murah.
2.2.2 Sistem Saluran
Sistem saluran yang diganakan dalam perancangan digester ini adalah pipa PVC atau Poly Vinyl Chloride. Merupakan salah satu plastik yang paling umum digunakan. PVC memiliki sifat tidak berbau, ringan dan tahan terhadap korosi air.
Keuntungan menggunakan pipa ini untuk sistem saluran adalah harganya yang sangat terjangkau dan pipa ini juga tidak akan mengalami korosi karena berbahan dasar plastik.[6]
2.2.3 Perapat sistem saluran
Untuk merekatkan sistem saluran menggunakan lem plastic steel dimana lem yang terdiri dari resin dan hardener yang pemakaiannya diaduk secara bersamaan.
Dapat merekatkan berbagai macam material seperti besi, baja, tembaga, kuningan, kayu, plastik dan sebagainya. Lem ini juga tahan terhadap air dan panas.
Keuntungan menggunakan lem ini yaitu mudah dalam pengaplikasian kepada bagian-bagian yang halus dan sulit dijangkau. Hal ini akan berakibat terjadinya kebocoran dari tabung digester. [9]
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Diagram Alur
Desain
Alat dan Bahan
Pengujian Reaktor
Analisa
Kesimpulan Studi Literatur
Alat:
Bor tangan, gerinda, meteran, lem perekat.
Bahan:
Drum plastik. pipa PVC, selang plastik, pressure gauge, stop kran.
Pembuatan dan Perakitan Alat
Pengambilan Data
3.2 Gambar Perancangan
Gambar 3.1 Reaktor biogas 3D 1)Saluran Inlet
2)Saluran gas
3)Saluran Outlet
4)Tabung reaktor
Gambar 3.2 Reaktor biogas tampak depan 1)Saluran Inlet
2)Saluran gas
3)Saluran Outlet
4)Tabung reaktor
Spesifikasi alat:
Tabung reaktor tinggi 66 cm, diameter 36 cm
Pipa inlet diameter 10 cm
Pipa outlet diameter 10 cm
Pipa saluran gas diameter 2 cm
Desain pada gambar 3.1 merupakan alat yang akan menjadi tempat untuk fermentasi kotoran sapi dengan menggunakan tabung berbahan plastik yang akan tahan terhadap zat-zat yang terkandung dalam kotoran sapi.
Dalam hal melakukan perancangan digester biogas dirancang untuk menghasilkan biogas yang berasal dari kotoran sapi melalui proses fermentasi.
3.3 Alat dan Bahan 3.3.1 Alat
Gambar 3.3 a) bor tangan, b) gerinda tangan
a b
Gambar 3.4 a) meteran, b) perekat
3.3.2 Bahan
Gambar 3.5 a) drum plastik, b) PVC, c) selang plastik, d) stop kran, e) T ¼, f) pressure gauge
a b
a b c
d e f
3.4 Pengerjaan Alat
Perancangan alat adalah Langkah untuk melakukan proses dengan rangkaian yang melalui beberapa tahapan untuk menciptakan atau menghasilkan sebuah alat.
3.4.1 Pembuatan Alat a. Pembuatan saluran inlet
Bertujuan untuk tempat memasukkan spesimen ke dalam tabung digester.
Pembuatan ini dilakukan dengan menyambungkan pipa pvc ukuran 2 inchi dengan knee 45 derajat. Saluran dibuat ada lekukan sehingga ketika kotoran sapi dimasukkan dapat dibilas dengan air dan aroma dari kotoran sapi tidak keluar.
Ujung dari saluran dibuat sampai ke dasar tabung
Gambar 3.6 Rancangan saluran inlet
71 cm
91 cm
Gambar 3.7 Saluran inlet terpasang
b. Saluran outlet
Bertujuan untuk tempat keluarnya ampas fermentasi (slurry) secara otomatis ketika gas terbentuk. Menggunakan pipa PVC 2 inci saluran outlet juga dibuat hingga mencapai dasar tabung digester, dan keluarannya tidak boleh sama atau lebih tinggi dari ujung saluran inlet.
Saluran inlet
Gambar 3.8 Saluran outlet
c. Saluran outlet gas
Bertujuan untuk menyalurakan gas yang dihasilkan dalam tabung. Saluran outlet gas dibuat menggunakan pipa PVC ukuran ½ inch dan langsung disambungkan dengan keran berbahan kuningan dan juga dipasangkan pressure gauge, dengan urutan pipa-pressure gauge-keran penutup dan selang.
56 cm
Saluran outlet
Gambar 3.9 Saluran outlet gas
d. Tabung digester
Kali ini menggunakan tabung berukuran 66 x 36 cmdengan volume tabung 60L. pada tabung dibuat 3 buah lubang yang berfungsi untuk saluran inlet, outlet dan saluran outlet gas.
Gambar 3.10 a) tampak samping, b) depan, c) atas
a b
c
Saluran outlet gas
Gambar 3.11 Tabung reaktor setelah terpasang
3.4.2 Cara kerja alat
Gambar 3.12 Mekanisme kerja alat a) digester b) penampung slurr
output gas inlet
outlet slurry Gas terbentuk
Kotoran sapi
Penampung slurry
A B
Kotoran sapi dengan campuran air 1:1 dimasukkan melalui inlet, lalu di diamkan selama 4-5 hari hingga menghasilkan gas, gas yang dihasilkan pada nomor 3 akan memberi tekanan kepada spesimen sehingga akan tertekan keluar dengan sendirinya melalui saluran outlet.
Jika tabung reaktor sudah mengeluarkan slurry maka penutup saluran gas dibuka dan gas mengalir sehingga dapat digunakan, lalu spesimen dalam tabung reaktor ditambah kembali. Siklus ini berjalan secara kontinyu.
3.4.3 Pengujian alat
Pengujian alat dilakukan untuk mengetahui apakah alat berfungsi dengan semestinya atau tidak dan untuk menguji berapa lama gas terbentuk didalam tabung digester.
Gambar 3.13 Api yang terbentuk dari gas
Gambar 3.14 Api yang terbentuk
BAB IV
DATA DAN ANALISA
4.1 Data
Tabung Digester fermentasi kotoran sapi menjadi gas ini dirancang dan dibuat yang bertujuan untuk mengatasi permasalahan yang terjadi di masyarakat/industri rumahan karena kelangkaan dan mahalnya harga gas LPG dan untuk pengganti pemakaian bahan bakar gas alam yang mulai menipis. Proses utama pada alat ialah mengendapkam kotoran sapi menjadi gas metana yang dihasilkan melalui proses fermentasi dengan mencampur kotoran sapi dan air perbandingan air dan kotoran sapi 1:1 pada volume 45 L yang bertujuan mengetahui berapa lama waktu yang diperlukan untuk menghasilkan gas metana yang dirancang dan dibuat. Umur kotoran sapi yang diuji yaitu sebelum 24 jam pertama.
4.1.1 Data Pembuatan Reaktor Tabel 4.1 Ukuran reaktor
Alat Tinggi Diameter
Saluran inlet 91 cm 5cm
Saluran outlet 56 cm 5cm
Saluran keluar gas 30 cm 3 cm
Tabung 66 cm 36 cm
Tabel 4.2 Ukuran lubang pada drum
Alat Lubang inlet Lubang outlet Lubang gas
Tabung 5,25 cm 5,25 cm 3,5 cm
4.1.2 Data Pengujian Reaktor a. Proses pengambilan data
Pengadukan kotoran sapi dan air dengan perbandingan 1:1 guna untuk membantu terjadinya fermentasi kotoran sapi di dalam tabung reactor.
Memasukkan kotoran sapi yang telah tercampur air ke dalam tabung reaktor melalui saluran inlet.
Gambar 4.1 Proses pengadukan dan memasukkan kotoran sapi
Setelah kotoran sapi dimasukkan ke tabung reaktor bilas saluran inlet dengan air sehingga tidak mengeluarkan bau, setelah itu tutup keran pada sluran keluar gas, diamkan kotoran sapi selama 7-14 hari.
Pada hari ke 7 setelah melalui proses fermentasi ampas (slurry) dari hasil fermentasi terlihat keluar melalui saluran outlet, menandakan gas mulai terbentuk di dalam tabung reaktor.
b. Data pengamatan tekanan perhari
Tekanan biogas diamati setiap harinya, hasil dari tekanan biogas setiap harinya dapat dilihat pada table 4.3 di bawah ini.
Gambar 4.2 Kurva pengamatan biogas perhari
Tabel 4.3 Data tekanan tabung perhari Hari ke-123456789101112131415161718192021222324 ekanan (psi)
6 6 6 8 8 8 10 10 10 9 9 10 10 10 11 11 11 12 12 13 13 14 14 15
c. Volume perkembangan biogas
Setelah pengamatan tekanan biogas, maka dapat dihitung perkembangan biogas perharinya, perhitungannya dapat menggunakan Pers. 4.1. dan Pers. 4.2.
sebagai berikut.
Vrg = ¼ volume digester
= ¼ (¼ πD2h) (4.1)
= ¼ ( ¼ π x 0,362 x 0,66 )
= 0,01678 m3 Vg =
( )
(4.2)Keterangan:
Vg = Volume perkembangan gas (m3) P1 = Tekanan awal (N/m2)
P2 = Tekanan akhir (N/m2) Vrg = Volume ruang gas (m3)
Hari ke- 1 Vg = ( )
= ( )
= 0,01678 m3
Hari ke- 5 Vg = ( )
= ( )
= 0,01678 m3
Hari ke- 10 Vg = ( )
= ( )
= 0,01864 m
Hari ke- 15 Vg = ( )
= ( )
= 0,01525 m3
Hari ke- 20 Vg = ( )
= ( )
= 0,01817 m3
Hari ke- 24 Vg = ( )
= ( )
= 0,01566 m3
Perhitungan perkembangan volume biogas setiap hari dapat dihitung menggunakan perhitungan diatas. Maka hasil perhitungan volume perkembangan biogas setiap hari dapat dilihat dalam table 4.4.
Gambar 4.3 Kurva perbandingan perkembangan biogas dengan waktu
Tabel 4.4 Volume perkembangan biogas setiap harinya Hari ke-123456789101112131415161718192021222324 me Perkembangan Gas
0,01678 0,01678 0,01678 0,01258 0,01678 0,01678 0,01343 0,01678 0,01678 0,01864 0,01678 0,0151 0,01678 0,01678 0,01525 0,01678 0,01678 0,01153 0,01678 0,01817 0,01678 0,01558 0,01678 0,01566
d. Volume biogas dalam digester
Setelah mengetahui perkembangan biogas dalam digester setiap hari, maka dapat diketahui volume biogas yang ada dalam tabung setiap harinya. Dengan menggunakan Pers. 4.3. sebagai berikut.
Vgd = Vg1 + V g2 (4.3.)
Keterangan:
Vgd = Volume gas digester (m3)
Vg1 = Volume perkembangan gas digester awal (m3) Vg2 = Volume perkembangan gas digester akhir (m3)
Hari ke- 1
Vgd = Vg1 + V g2
= (0 m3) + (0,01678 m3)
= 0,01678 m3
Hari ke- 5
Vgd = Vg1 + V g2
= (0,06712 m3) + (0,01678 m3)
= 0,0839 m3
Hari ke- 10
Vgd = Vg1 + V g2
= (0,14767m3) + (0,01864 m3)
= 0,16631 m3
Hari ke- 15
Vgd = Vg1 + V g2
= (0,23175 m3) + (0,01525 m3)
= 0,247 m3
Hari ke- 20
Vgd = Vg1 + V g2
= (0,30887 m3) + (0,01817 m3)
= 0,32704 m3
Hari ke- 24
Vgd = Vg1 + V g2
= (0,37618 m3) + (0,01566 m3) = 0,39184 m3
Volume gas dalam digester dapat dihitung menggunakan perhitungan diatas.
Maka hasil dari perhitungan volume gas digester setiap harinya terlihat dalam tabel 4.5.
Gambar 4.4 Kurva hubungan pertumbuhan volume gas dengan waktu
Tabel 4.5 Volume biogas dalamdigester perhari Hari ke-123456789101112131415161718192021222324 me Perkembangan Gas
16,780 33,560 50,340 67,120 83,900 100,680 114,110 130,890 147,670 166,310 183,090 198,190 214,970 231,750 247,000 263,780 280,560 292,030 308,870 327,040 343,820 359,400 376,180 398,140
4.2 Analisa
Berdasarkan perhitungan yang telah dilakukan dimana telah dijelaskan pada kurva 4.3 bahwa perkembangan volume biogas selama 24 hari mengalami kenaikan dan penurunan karena perkembangan pembentukan biogas sangat fluktuatif, hal ini disebabkan bakteri- bakteri penghasil biogas tidak bekerja secara optimal karena perkembangan biogas dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor, contohnya temperatur sekitar yang tidak stabil, sehingga mengakibatkan pembentukan biogas di dalam tabung tidak selalu meningkat,
Volume biogas di dalam tabung mengalami peningkatan yang hampir konstan, didapat dari perhitungan dimana tergambar pada kurva 4.4 bahwa dari hari pertama terbentuknya gas hingga hari ke 24 volume gas selalu bertambah/
Pada tabel 4.6 dan grafik 4.2 terlihat tekanan selalu meningkat dari hari ke-1 sampai hari ke-9, pada hari ke-10 tekanan dalam tabung turun disebabkan gas yang terdapat di dalam tabung dikeluarkan karena diperkirakan gas mengandung oksigen, pada hari ke-12 sampai hari ke-24 tekanan terlihat terus meningkat.
Untuk perkembangan volume yang terjadi di dalam tabung dapat dihitung menggunakan Pers. 4.2. dengan cara membagi tekanan awal dengan tekanan akhir dan dikalikan dengan volume ruang gas dimana terdapat pada Pers. 4.1. sehingga mendapat hasil yang dijelaskan dalam tabel 4.7 dan kurva 4.3. Pada hari ke-1 sampai hari ke-3 perkembangan volume gas dalam tabung konstan di angka 0,01678 m3 dan pada hari ke-4 perkembangan volume gas dalam tabung menurun menjadi 0,01258 m3, perkembangan gas tertinggi terjadi pada hari ke-10 dan perkembangan terendah pada hari ke-18. Pucak terjadinya perkembangan gas terjadi pada hari ke-10 disebabkan karena kotoran sapi yang diendapkan sudah terurai secara maksimal, dan pada hari selanjutanya kotoran sapi sudah tidak bisa terurai sehingga perkembangan gas tidak lagi meningkat.
Pada tabel 4.8 dan kurva 4.4 menjelaskan tentang pertumbuhan volume gas yang bisa dihitung menggunakan Pers. 4.3. dengan cara menambahkan volume perkembangan gas awal dengan volume perkembangan gas akhir sehingga didapatkan hasil yang tergambar dalam kurva 4.4 tersaji ideal.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Biogas dapat dibuat menggunakan kotoran sapi yang diendapkan dan menghasilkan gas. Sistem digester biogas ini memiliki prinsip pengisian secara kontinyu diisi sebanayak ¾ dari kapasitas digester, kemudian kotoran sapi difermentasi sehingga menghasilkan gas metana dan gas metana dapat digunakan, setelah itu kotoran sapi yang tidak bisa menghasilkan gas lagi akan tertekan keluar melalui saluran outlet dengan sendirinya yang disebabkan oleh tekanan gas yang dihasilkan di dalam tabung digester, lalu kotoran sapi yang baru dimasukkan kembali.
Setelah melakukan pengamatan selama 24 hari terhadap perkembangan biogas yang dihasilkan dapat disimpulkan perkembangan kandungan biogas di dalam tabung digester sangat dipengaruhi oleh tekanan dan temperatur lingkungan.
5.2 Saran
Sebaiknya sistem digester biogas ini dilengkapi dengan alat ukur temperatur digester dan alat ukur temperetur lingkungan dengan tujuan menganalisa pengaruh temperature terhadap gas metana yang dihasilkan. Sebaiknya untuk kedepan hari agar dapat diteliti bagaimana cara agar biogas yang dihasilkan dari endapan kotoran sapi dapat dimampatkan layaknya seperti gas LPG sehingga biogas dapat dijadikan sebagai pengganti bahan bakar fosil.
DAFTAR PUSTAKA
[1] A. Santoso, S. Sumari, S. Marfuah, M. Muntholib, and R. Retnosari,
“Pemanfaatan Limbah Sapi Perah Untuk Biogas Sebagai Energi
Terbarukan Pada Kelompok Peternak,” J. Graha Pengabdi., vol. 2, no. 2, pp. 114–123, 2020, [Online]. Available:
http://journal2.um.ac.id/index.php/jgp/article/view/13343
[2] Sunaryo, “Rancang bangun reaktor biogas untuk pemanfaatan limbah kotoran ternak sapi di desa limbangan kabupaten banjarnegara,” J. PPKM UNSIQ I, pp. 21–30, 2014.
[3] F. G. Becker et al., Syria Stud., vol. 7, no. 1, pp. 37–72, 2015, [Online].
Available:
https://www.researchgate.net/publication/269107473_What_is_governance /link/548173090cf22525dcb61443/download%0Ahttp://www.econ.upf.edu/
~reynal/Civil wars_12December2010.pdf%0Ahttps://think-
asia.org/handle/11540/8282%0Ahttps://www.jstor.org/stable/41857625 [4] S. N. Utami, “Apa Itu Biogas?,” Kompas.com, 2021.
[5] D. Hastuti, “Aplikasi Teknologi Biogas Guna Menunjang Kesejahteraan Petani Ternak,” Mediagro, vol. 5, no. 1, pp. 20–26, 2009, [Online].
Available:
http://publikasiilmiah.unwahas.ac.id/index.php/Mediagro/article/view/892/
1004
[6] A. ROMELI, “Rancang Bangun Digester Biogas Dengan Bahan Baku Kotoran Sapi, Serbuk Gergaji, dan Effective Microorganism-4,” 2019.
[7] Modigan MT, Brock Biology of Microorganisms Twelfth Edition. 2009.
[8] Todar K, Online Textbook of Bacteriological. 2008. [Online]. Available:
http://www.textbookofbacteriology.net/index.html [9] A. B. Strong, “Plastic: Materials and Processing,” 2006.
LAMPIRAN
LAMPIRAN 1. FOTO KEGIATAN
Gambar 6.1 Proses pengadukan dan memasukkan kotoran sapi
Gambar 6.2 Foto pengujian alat
LAMPIRAN 2. GAMBAR ALAT
Gambar 6.3 Reaktor biogas 1)Saluran Inlet
2)Saluran gas
3)Saluran Outlet
4)Tabung reaktor
Gambar 6.4 Reaktor biogas tampak depan 1)Saluran Inlet
2)Saluran gas
3)Saluran Outlet
4)Tabung reaktor
Gambar 6.5 Rancangan saluran inlet
Gambar 6.6 Saluran outlet
71 cm
91 cm 56
Gambar 6.7 Ukuran tabung a) tampak samping, b) depan, c) atas
a b
c
66 cm
36 cm
