ALAT PENDESAIN PENANGKAP GAS METHAN PADA SAMPAH MENJADI BIOGAS

Jurnal Ilmiah Research Sains Vol.1 No. 3 Oktober 2015

ALAT PENDESAIN PENANGKAP GAS METHAN PADA SAMPAH MENJADI BIOGAS Oleh : Muhammad Noor Hasan Siregar Dosen Fakultas Teknik UGN P. Sidempuan

ABSTRAK Potensi sampah di Kota Medan sebagai energi alternatif yaitu sebagai bahan pembuatan bio gas penggati minyak tanah sebenarnya cukup besar namun belum banyak dimanfaatkan, bahkan dapat menimbulkan masalah pencemaran dan kesehatan lingkungan, karena umumnya sampah dibuang begitu saja atau dibuang ditempat pembuangan akhir. Untuk memanfaatkan sampah menjadi energi alternatif penggati minyak tanah perlu suatu alat untuk menangkap gas metan yang terkandung dalam sampah untuk dijadikan bio gas. Pendesain untuk alat penangkap gas methan pada sampah sangat membantu pengembangan sistem daur ulang sampah untuk diproduksi menjadi bio gas sebagai pengganti minyak tanah (BBM) yang pada akhir-akhir ini sudah sulit untuk dicari. Penelitian ini bertujuan untuk mendesain alat penangkap gas methan pada sampah menjadi biogas yang mudah dirakit, murah dan berkinerja baik yang terbuat dari plastik polyethilene untuk sekala kecil. Penelitian ini menghasilkan rancangan alat penangkap gas metan yang berbahan dasar plastik polyethilene dengan spesifikasi sebagai berikut: biodigester dengan volume total 11 m3 , volume basah 8,8 m3, waktu proses 40 hari, isian bahan 220 kg/hari, luas lahan 18 m2, dan memiliki penampung gas dengan dimensi tinggi 4,6 m, diameter 0,954 m, volume efektif 2,5 m3. Kata kunci : Desain, energi alternatif, biogas, gas methan

mempunyai nilai ekonomi yang negatif

PENDAHULUAN Sampah pada dasarnya merupakan

karena dalam penanganannya baik untuk

suatu bahan yang terbuang atau dibuang dari

membuang

suatu

memerlukan biaya yang cukup besar.

sumber

hasil

aktivitas

manusia

atau

membersihkannya

maupun proses-proses alam yang tidak

Masalah yang sering muncul dalam

mempunyai nilai ekonomi, bahkan dapat

penanganan sampah kota adalah masalah


biaya operasional yang tinggi dan semakin sulitnya

ruang

Penelitian ini bertujuan memperoleh

yang

pantas

untuk

disain alat penangkap gas methan dari

Sebagai

akibat

biaya

sampah yang selama ini sebagai sumber

operasional yang tinggi, kebanyakan kota-

masalah dinegeri kita ini menjadi energi

kota

mampu

alternatif yang bisa dimanfaatkan sebagai

mengumpulkan dan membuang 60% dari

biogas sebagai pengganti minyak tanah.

seluruh produksi sampahnya. Dari 60% ini,

Desain alat ini diharapkan, sebagai solusi

sebagian besar ditangani

untuk

pembuangan.

di

Indonesia

hanya

dan dibuang

mengatasi

kekurangan

energi,

dengan cara yang tidak saniter, boros dan

terutama mengurangi subsidi BBM. Disain

mencemari Untuk mendapatkan tingkat

yang dimaksud adalah berupa gambar teknik

efektifitas dan efisiensi yang tinggi dalam

lengkap

penanganan sampah di kota maka dalam

komponen dan elemen gambar asembling

pengelolaannya

dilengkapi dengan informasi bahan dan

harus

cukup

layak

dari

gambar

diterapkan yang sekaligus disertai upaya

spesifikasinya.

pemanfaatannya

dalam 4 tahapan besar, dengan tujuan tahap

mempunyai

sehingga

keuntungan

diharapkan berupa

nilai

tambah.

Penelitian

masing-masing

ini

dirancang

1) Memperoleh disain teknis alatpenangkap gas methan . Tahap 2) Menguji performa

Untuk mencapai hal tersebut maka

prototype (analisa hasil gas dan nilai bakar

perlu pemilihan cara dan teknologi yang

gas), Tahap 3) Menguji Hasil gas methan

tepat, perlu partisipasi aktif dari masyarakat

yang

sumber sampah berasal dan mungkin perlu

penambahan sparator terhadap kualitas gas.,

dilakukan

Tahap 4) Aplikasi alat dan produksi gas

kerjasama

antar

lembaga

dikeluarkan

oleh

alat

dengan

pemerintah yang terkait.

diTempat Pembuangan Akhir Di TPA Supit

Solusi alternatif

urang.

Adalah

dengan

memanfaatkan

Dalam

penelitian

ini

digunakan

sampah adalah memanfaatkan gas methan

metode Pahl & Beitz yang sekalipun

menjadi bahan bakar alternatif penggati

sederhana tetapi efektif digunakan dalam

minyak tanah atau elpiji yaitu menjadi

penelitian

biogas. Biogas (mengandung metana atau

memiliki

CH4) adalah sumber energi berharga yang

Perencanaan dan penjelasan tugas, yang

harus dimanfaatkan.

merupakan inventarisasi lanjut atas syarat,

pendahuluan. 4

fase

utama

Metode

ini

yaitu:

1.)


kebutuhan, keinginan dari produk yang

tersebut tidak mencemari lingkungan di

dirancang.; 2.) Perancangan konsep produk,

sekitarnya. Hal ini memungkinkan karena

untuk menunjukkan bahwa prinsip kerjanya;

limbah industri tersebut diatas berasal dari

Perancangan bentuk produk (embodiment

bahan organik yang homogen. Jenis bahan

design); dan Perancangan detail. Setiap fase

organik yang diproses sangat mempengaruhi

proses perancangan berakhir pada hasil fase,

produktifitas

Hasil setiap fase tersebut kemudian menjadi

parameter-parameter lain seperti temperatur

masukan untuk fase berikutnya dan menjadi

digester, pH, tekanan dan kelembaban udara.

umpan balik untuk fase yang mendahului.

Salah satu cara menentuka bahan

Yang berarti bahwa hasil fase setiap saat

organik yang sesuai untuk menjadi bahan

dapat berubah oleh umpan balik yang

masukan sistem Biogas adalah dengan

diterima dari hasil fase-fase berikutnya

mengetahui perbandingan Karbon (C) dan Nitrogen

sistem

(N)

atau

biogas

disebut

disamping

rasioC/N.

Tinjauan Pustaka

Beberapa percobaan yang telah dilakukan

1. Bio Gas

oleh ISAT menunjukkan bahwa aktifitas

Biogas

adalah

gas

mudah

terbakar

(flammable) yang dihasilkan dari proses fermentasi

Bahan organik dimasukkan ke dalam

bakteri-bakteri anaerob (bakteri yang hidup

ruangan tertutup kedap udara (disebut

dalam kondisi kedap udara).Pada umumnya

Digester) sehingga bakteri anaerob akan

semua jenis bahan organik bisa diproses

membusukkan bahan organik tersebut yang

untuk menghasilkan biogas, baik bahan

kemudian

organik padat, dan cair cocok untuk sistem

Biogas). Biogas yang telah terkumpul di

biogas. Di daerah yang banyak industri

dalam digester selanjutnya dialirkan melalui

pemrosesan makanan antara lain tahu,

pipa penyalur gas menuju tabung penyimpan

tempe,

bisa

gas atau langsung kelokasi penggunaannya

menyatukan saluran limbahnya ke dalam

Komposisi gas yang terdapat di dalam

sistem Biogas, sehingga limbah industri

Biogas dapat dilihat pada tabel berikut:

pindang

organik

optimal pada nilai rasio C/N sekitar 8-20.

oleh

ikan

bahan-bahan

metabolisme daribakteri methanogenik akan

atau

brem

menghasilkan

gas

(disebut


Tabel : 1. Jenis Gas Methana (CH4) Karbondioksida (CO2) Hidrogen (H2) Hidrogen Sulfida (H2S)

Nilai kalori dari 1 meter kubik

Volume % 40-70 30-60 0-1 0-3

komplek, protein dan lipida menjadi

Biogas sekitar 6.000 watt jam yang setara

senyawa rantai pendek.

dengan setengah liter minyak diesel. Oleh

Sebagai

karena itu Biogas sangat cocok digunakan

menjadi monosakarida sedangkan protein

sebagai bahan bakar alternatif yang ramah

diubah menjadi peptida dan asam amino.

lingkungan pengganti minyak tanah, LPG,

contoh

polisakarida

diubah

b. Tahap Asidifikasi (Pengasaman)

butana, batubara, maupun bahan bahan lain

Pada tahap ini bakteri menghasilkan

yang berasal dari fosil Sumber metana:

asam, mengubah senyawa rantai pendek

•Industri gas dan minyak (45%)

hasil proses pada tahap hidrolisis menjadi

•Sektor sampah (25%)

asam

•Pertanian (20%)

karbondioksida.

•Sumber daya alam (10%)

Bakteri

asetat,

hidrogen

tersebut

anaerobik

yang

(H2)

merupakan dapat

dan

bakteri

tumbuh

dan

2 Proses Pembentukan Gas Bio

berkembang pada keadaan asam. Untuk

Secara garis besar proses pembentukan gas

menghasilkan

bio dibagi dalam tiga tahap yaitu: hidrolisis,

tersebut memerlukan oksigen dan karbon

asidifikasi (pengasaman) dan pembentukan

yang diperoleh dari oksigen yang terlarut

gas metana.

dalam larutan. Pembentukan asam pada

a. Tahap Hidrolisis

kondisi anaerobik tersebut penting untuk

asam

gas

asetat,

Pada tahap hidrolisis, bahan organik

pembentuk

dienzimatik secara eksternal oleh enzim

mikroorganisme pada proses selanjutnya.

ekstraselular (selulose, amilase, protease

Selain itu bakteri tersebut juga mengubah

dan lipase) mikroorganisme. Bakteri

senyawa

memutuskan rantai panjang karbohidrat

menjadi alkohol, asam organik, asam

yang

metana

bakteri

bermolekul

oleh

rendah


amino, karbondioksida, H2S, dan sedikit

Tahap Hidrolis

gasmetana.

Tahap Asidifikasi

Tahap Pembentukan Metana

Bakteri

Bakteri Asam Asetat H2 dan CO2

Bahan Organik Karbohidtrak Lemak Dan Protein

Bakteri Asam Propinik Asam Butirik Alkohol senyawa lainnya

Gas Metana CO2

Asam Asetat

Bakteri Fermentasi

Bakteri Asegonik

Bakteri Metagonesis

Gambar 1 . Proses pembentukan biogas

c. Tahap Pembentukan Gas Metana

penghasil metana. Sedangkan bakteri

Pada tahap ini bakteri metanogenik

pembentuk gas metana menggunakan

mendekomposisikan

dengan

asam yang dihasilkan bakteri penghasil

berat molekul rendah menjadi senyawa

asam. Tanpa adanya proses simbiotik

dengan berat molekul tinggi. Sebagai

tersebut, akan menciptakan kondisi toksik

contoh

bagi mikroorganisme penghasil asam.

bakteri

senyawa

ini

menggunakan

hidrogen, CO2 dan asam asetat untuk membentuk metana dan CO2. Bakteri

d. Faktor yang Berpengaruh Pada Proses

penghasil

Anaerobik

asam

dan

gas

metana

bekerjasama secara simbiosis. Bakteri

Aktivitas metabolisme mikroorganisme

penghasil asam membentuk keadaan

penghasil metana tergantung pada faktor:

atmosfir

yang

ideal

untuk

bakteri


berjalan perlahan. Pada temperatur yang rendah 150C laju aktivitas bakteri sekitar setengahnya dari laju aktivitas pada

e. Temperatur Gas metana dapat diproduksi pada tiga

temperatur 350C. Pada temperatur 10oC –

range temperatur sesuai dengan bakteri

70C dan dibawah temperatur aktivitas,

yang hadir. Bakteri psyhrophilic 0–70C,

bakteri akan berhenti beraktivitas dan

bakteri mesophilic pada temperatur 13–

pada range ini bakteri fermentasi menjadi

400C

pada

dorman sampai temperatur naik kembali

temperatur 55–600C (Fry,). Temperatur

hingga batas aktivasi. Apabila bakteri

yang optimal untuk digester adalah

bekerja pada temperatur 400C produksi

temperatur 30–350C, kisaran temperatur

gas akan berjalan dengan cepat hanya

ini mengkombinasikan kondisi terbaik

beberapa jam tetapi untuk sisa hari itu

untuk pertumbuhan bakteri dan produksi

hanya akan diproduksi gas yang sedikit

methana di dalam digester dengan lama

(Fry,).

proses yang pendek. Temperatur yang

Massa bahan yang sama akan dicerna dua

tinggi/

jarang

kali lebih cepat pada 350C dibanding

digunakan karena sebagian besar bahan

pada 150C dan menghasilkan hampir 15

sudah dicerna dengan baik pada range

kali lebih banyak gas pada waktu proses

temperatur mesophilic, selain itu bakteri

yang sama. Di dalam Gambar 1 dapat

thermophilic

dilihat bagaimana perbedaan jumlah gas

sedangkan

range

thermophilic

thermophilic

mudah

mati

karena

perubahan temperatur, keluaran/ sludge

yang

memiliki kualitas yang rendah untuk

dipertahankan pada temperatur 150C

pupuk, berbau dan tidak ekonomis untuk

dibanding dipertahankan 35 0C. Seperti

mempertahankan pada temperatur yang

halnya proses secara biologi tingkat

tinggi, khususnya pada iklim dingin

produksi metana berlipat untuk tiap

(Fry).

peningkatan temperatur sebesar 100C –

Bakteri mesophilic adalah bakteri yang

150C. Jumlah

mudah dipertahankan pada kondisi buffer

diproduksi pada jumlah bahan yang tetap,

yang mantap (well buffered) dan dapat

meningkat seiring dengan meningkatnya

tetap aktif pada perubahan temperatur

temperatur (Meynell, 1976).

yang kecil, khususnya bila perubahan

diproduksi

total

ketika

dari

digester

gas

yang


Lebih lanjut, yang harus diperhatikan

dibutuhkan untuk mencapai 350C lebih

pada

sedikit.

proses

biometananisasi

adalah

perubahan temperatur, karena proses tersebut

sangat

perubahan

sensitif

terhadap

temperatur.

Perubahan

f. Ketersediaan Unsur Hara

temperatur tidak boleh melebihi batas

Bakteri Anaerobik membutuhkan nutrisi

temperatur yang diijinkan.

sebagai sumber energi yang mengandung

Untuk

bakteri

psychrophilic

selang

nitrogen, fosfor, magnesium, sodium,

perubahan temperatur berkisar antara

mangan, kalsium dan kobalt (Space and

0

0

2 C/ jam, bakteri mesophilic 1 C/jam dan bakteri Walaupun

McCarthy

didalam

Gunerson

and

thermophilic

0.50C/jam.

Stuckey, 1986). Level nutrisi harus

demikian

perubahan

sekurangnya

lebih

dari

konsentrasi

temperatur antara siang dan malam tidak

optimum yang dibutuhkan oleh bakteri

menjadi masalah besar untuk aktivitas

metanogenik,

metabolisme (Sufyandi, 2001).

kekurangan

Sangat penting untuk menjaga temperatur

penghambat bagi pertumbuhan bakteri.

tetap stabil apabila temperatur tersebut

Penambahan nutrisi dengan bahan yang

telah dicapai. Panas sangat penting untuk

sederhana

meningkatkan temperatur bahan yang

industri, dan sisa sisa tanaman terkadang

masuk ke dalam biodigester dan untuk

diberikan

mengganti

pertumbuhan

kehilangan

panas

dari

karena

apabila

nutrisi

seperti

dengan

terjadi

akan

menjadi

glukosa,

tujuan

di

buangan

menambah

dalam

digester.

permukaan biodigester.

Walaupun demikian kekurangan nutrisi

Kehilangan panas pada biodigester dapat

bukan

diatasi dengan meminimalkan kehilangan

mayoritas bahan, karena biasanya bahan

panas dari bahan. Misalnya, Sampah

memberikan

jumlah

segar memiliki temperatur 350C Apabila

mencukupi

(Gunerson

jarak waktu antara memasukkan sampah

1986).

dan

waktu

Nutrisi yang penting bagi pertumbuhan

diminimalkan, kehilangan panas dari

bakteri, dapat bersifat toksik apabila

sampah dapat dikurangi dan panas yang

konsentrasi

biodigester

dapat

merupakan

di

dalam

masalah

nutrisi and

bahan

bagi

yang

Stuckey,

terlalu

banyak. Padakasus nitrogen berlebihan,


sangat penting untuk mempertahankan

volume

pada level yang optimal untuk mencapai

(overload)

digester yang baik tanpa adanya efek

pengisian menjadi terlalu singkat. Bahan

toksik (Gunerson and Stuckey, 1986).

akan terdorong keluar sedangkan gas

yang

maka

dimasukkan

akibatnya

lama

masih diproduksi dalam jumlah yang

g. Lama Proses Lama proses atau jumlah hari bahan terproses

bahan

didalam

biodigester.

Pada

cukup banyak. h. Pemanfaatan Bio Gas

digester tipe aliran kontinyu, bahan akan

Biogas atau metana dapat digunakan

bergerak dari inlet menuju outlet selama

untuk berbagai keperluan seperti halnya

waktu tertentu akibat terdorong bahan

gas alam. Tujuan utama pembuatan

segar yang dimasukkan, setelah itu bahan

biogas adalah untuk mengisi kekurangan

akan keluar dengan sendirinya. Misalnya

atau

apabila lama proses ataupengisian bahan

alternatif sebagai bahan bakar keperluan

ditetapkan selama 30 hari, maka bahan

rumah tangga, terutama untuk memasak

akan berada didalam biodigester atau

dan lampu penerangan. Selain itu dapat

menuju outlet selama 30 hari.

digunakan untuk menjalankan generator

Setiap bahan mempunyai karakteristik

untuk

lama proses tertentu, sebagai contoh

menggerakkan motor bakar.

untuk kotoran sapi diperlukan waktu 20 –

Biogas mengandung berbagai macam zat,

30 hari. Sebagian gas diproduksi pada 10

baik yang terbakar maupun yang dapat

sampai dengan 20 hari pertama (Fry,

dibakar. Zat yang tidak dapat dibakar

1974), pada Gambar 2 ditunjukkan

merupakan

kendala

bahwa hari ke – 10 adalah puncak dari

mengurangi

mutu

jumlah relatif gas yang diproduksi,

tersebut. Seperti terlihatpada Tabel 4

setelah hari ke-10 maka produksi gas

walaupun kandungan kalornya relatif

mulai

itu

rendah dibanding dengan gas alam,

digesterharus didesain untuk mencukupi

butana dan propana, tetapi masih lebih

hanya hari terbaik dari produksi dan

tinggi dari gas batubara. Selain itu biogas

setelah

ramah

menurun.

itu

Oleh

sludge/

karena

lumpur

dapat

mensubtitusi

sumber

menghasilkan

lingkungan,

energi

listrik

dan

yang

dapat

pembakaran

karena

gas

sumber

dikeluarkan atau dipindahkan ke digester

bahannya memiliki rantai karbon yang

selanjutnya.

lebih pendek bila dibandingkan dengan

Apabila

terlalu

banyak


minyak tanah, sehingga gas CO yang dihasilkan relatif lebih sedikit. Tabe2. Perbandingan nilai kalor biogas Jenis Gas Nilai Kalor (joules/cm3) Gas Batu bara 16.7-18.5 Gas Bio 20-26 Gas Metana 33.2-39.6 Gas Alam 38.9-81.4 Gas Propana 81.4-96.2 Gas Butana 107.3-125.8

Nilai

kalori

biogas

tergantung

pada

komposisi metana dan karbondioksida, dan kandungan

air

di

dalam

gas.

Gas

METODE PENELITIAN

mengandung banyak kandungan air akibat

Metode penelitian yang digunakan metode

dari temperatur pada saat proses, kandungan

rekayasa (suatu kegiatan rancang bangun)

air

dan

yang tidak rutin, sehingga di dalamnya

bercampur dengan metana. Pada biogas

terdapat kontribusi baru, baik dalam bentuk

dengan kisaran normal yaitu 60-70% metana

proses maupun produk/ prototipe

dan 30-40% karbondioksida, nilai kalori

1. Desain (Perancangan)

pada

bahan

dapat

menguap

antara 20 – 26 J/cm 3. Nilai kalori bersih

Konsep desain yang merupakan solusi

dapat dihitung dari persentase metana

dari masalah perancangan yang harus

seperti berikut (Meynel, 1976) :

dipecahkan, berupa gambar teknik atau

Q=k×m

gambar skema yang sederhana, tetapi

Dimana

telah

Q = Nilai kalor bersih ( joule/cm3 )

diperlukan. Fungsi yang perlu ditambah

k = Konstanta ( 0,33 )

atau

m = Persentase metana ( % )

pengembangan prototype . Hal penting

memuat

diperbaiki

semua

dari

fungsi

desain

yang

adalah

yang menjadi tambahan dalam penelitian ini adalah mudah dioperasikan, aman bagi

kesehatan,

ergonomis,

ramah

lingkungan dan mudah perawatannya


Perancangan

meliputi

rancangan

pada tipe batch. Terdapat dua jenis dari

fungsional untuk menentukan fungsi dari

tipe aliran kontinyu:

komponen utama alat penangkap gas

1. Vertikal, dikembangkan oleh Gobar

methan dan rancangan struktural untuk

Gas Institute, India

menentukan bentuk dan tata letak dari

2. Horisontal, dikembangkan oleh Fry di

komponen utama.

Afrika Selatan dan California, selain itu dikembangkan oleh Biogas Plant Ltd.

2. Rancangan Fungsional Terdapat dua tipe alat penangkap gas

dengan digester yang terbuat dari karet

methan

tipe

Butyl (butyl ruber bag).

kontinyu. Pada tipe batch bahan organik

3. Rancangan struktural

yaitu

ditempatkan

tipe

di

batch

tangki

dan

dan

Menentukan bentuk dan tataletak dari

diproses secara anaerobik selama 2 – 6

komponen dari alat penangkap gas metan

bulan tergantung pada jumlah bahan yang

pada sampah. Analisis teknik dilakukan

dimasukkan. Isi dari digester biasanya

untuk

dihangatkan

reaktor dan ukuran penyimpan

dan

tertutup

dipertahankan

menghitung

ukuran

dimensi gas

temperaturnya. Selain itu kadangkala

sementara. Selain itu anthropometri dari

diaduk untuk melepaskan gelembung-

reaktor perlu dipertimbangkan untuk

gelembung gas dari sludge. Tipe digester

kenyamanan kerja operator.

ini tidak membutuhkan banyak perhatian

4. Pembuatan Gambar Teknik

selama

demikian

Tahap ini adalah membuat gambar desain

hampir semua bahan organik tetap akan

atau gambar teknik dari Reaktor dan

diproses. Efisiensi maksimal

istalasinya

dari proses hanya dapat diharapkan bila

menggunakan software Autocad dibuat di

digester diisi dengan hati-hati.

laboratorium perancangan Teknik Mesin

Pada

proses.

tipe

Meskipun

aliran

kontinyu

bahan

dimasukkan ke dalam digester secara teratur pada satu ujung dan setelah melalui jarak tertentu, keluar di ujung yang lain Tipe ini mengatasi masalah pada proses pemasukan dan pengosongan

yang

dirancang

dengan

Universitas Muhammadiyah Medan


melalui pendekatan , yaitu dengan membandingkan tingkat produksi gas pada ANALISA

PERANCANGAN

(150–350C)

temperatur

sesuai

gambar dengan temperaturlingkungan.

PERANCANGAN

Kemudian dari temperatur lingkungan

1. Analisa Teknik

dapat ditarik lama proses yang memiliki

1.1. Bak pencampur

hari terbaik dari produksi dan setelah itu

Volume sampah = 110 kg/hari

sludge/ lumpur dapat dikeluarkan.

Volume air ( 1:1) = 110 liter

Dari gambar tersebut dapat diperkirakan

Volume bahan = Volume sampah +

bahwa hari yang optimal adalah 40 hari

Volume air Volume bahan = 220 kg

untuk temperatur bahan yang bekerja

Tinggi dan diameter bak pencampur

pada 19 – 200C.

diketahui dengan rumus volume silinder

a. Volume digester

yaitu:

Volume total = (lama proses × aliran

Volume silinder= 3,14× r2x tinggi 0,22

bahan) / 80% Maka aliran perhari

m3 = 3,14 × 0,42m × tinggi

adalah 220 kg Lama proses 40 hari

Daerah operasi minimum tangan laki-

Volume basah = 220 liter × 40

laki yaitu 40 – 50 cm. Pengadukan

=8800 liter

dilakukan dengan menggunakan tongkat

Volume total = (8800 liter) / 80% =

pengaduk sehingga bak pencampur

11000 liter = 11 m3

yang

memiliki

bentuk

silinder

b. Panjang digester

maksimum diameter 100 cm. Diameter

Penentuan

silinder ditentukan 80 cm. Tinggi = 0,22

didasarkan pada volume digester

m3 /3,14 × 0,42m Tinggi = 0,44 m

yang telah diketahui sebelumnya dan

Tinggi silinder ditambah 20 cm untuk

diameter plastik polyethilene yang

pengadukan

digunakan.

sehingga

bahan

tidak

panjang

digester

meluap. Sehingga tinggi silinder adalah

V= πx r2× panjang Diameter plastik

64 cm.

= 0,954 m ; r = 0,477 m ; Volume 11

1.2. Digester Perbandingan tingkat produksi gas pada 15°C dan 35°C Lama proses ditentukan

m3 Panjang = 11 m3/ π× 0,4772 m= 15,39 m = 15,4 m c. Kebutuhan plastik untuk digester


Panjang Plastik = a + b + c Panjang

kebutuhan

digester = 15,4 m Panjang untuk

sebagai berikut (Meynell, 1976):

pengikatan dan diameter plastik (

Volume gas = jumlah VS/m3 (Kg) ×

0,50 m × 2 ) + 0,954 m Panjang

tingkat produksi gas (m3 / kg VS)

plastik = 17,354 m.

Jumlah volatil solid dari 1 kg sampah

Untuk menjaga kemungkinan plastik

segar adalah sebesar 14,34% atau

tergesek maka sebaiknya plastik

0,1434 kg (lihat Lampiran uji VS).

dirangkap dua sehingga kebutuhan

Jumlah volatil solid dari sampah dalam

plastik untuk digester adalah 34,7 m

satu hari sebesar 110 kg /hari adalah

atau dibulatkan menjadi 35 m.

15,774 kg VS.

d. Lubang digester dan kemiringan

volume

penampung

gas

Maka dari 15,774 kg VS/hari dengan

Volume bahan basah = 8,8 m3 Lebar

aliran gas 0,094 – 0,31 m3 / kg VS akan

atas = 90 cm Panjang digester = 15,4

dihasilkan gas bio sebesar 1,48 – 4,89

m Tinggi = 80 % × 0,954 m = 0,76

m3/hari. Volume penampung gas yang

cm = 80 cm Vp = A × p = 8,8 m3 =

dibutuhkan adalah untuk menampung

A × 15,4 m A = 0,57 m2 A = (a+b) /

gas selama setengah hari karena gas

2 × t 0,57 m2 = (0,9 m + b)/ 2 × 0,8

digunakan setiap hari. Maka volume

m b = 0,53 m

penampung gas adalah 4,89m3 / 2 yaitu

Jadi lubang biodigester memiliki

2,5m3.

bentuk prisma dengan ukuran lebar

a. Penentuan panjang penampung gas

atas 0,9 m, lebar bawah 0,53 m,

didasarkan pada volume gas yang

tinggi 0,8 m, panjang 15,4 m.

ditampung

Kemiringan antara inlet dan outlet

polyethilene yang digunakan.

dihitung

Diameter plastik = 0,954 m ; r =

berdasarkan

sudut

alir

bahan dimana bahan mulai bergerak. 1.3. Penampung gas Sampah memiliki tingkat produksi gas

dan

diameter

plastik

0,477 m Volume gas 2,445 m3 V= π× r2 × panjang Panjang = ,445 m3 / π× 0,4772 m = 3,42 m =3,4 m.

0,094 – 0,31 m3 / kg VS. Dengan

b. Kebutuhan plastik untuk penampung

mengetahui jumlah volatil solid yang

gas Panjang plastik yang dibutuhkan

terdapat pada bahan dapat dihitung

untuk

penampung

gas

dengan

volume 2,445 m3 dan panjang 3,4 m


adalah: Panjang Plastik = a + b + c

1000 kg/m3 . 9,8 m/det2 . 8,8 m3 +

Panjang penampung= 3,4 m panjang

2,2 m3. 0,666 kg/m3 = 86240 kg

untuk pengikatan + Diameter plastik

m/det2 + 1,4 kg m/det2= 86,2414 kN

= ( 0,30 m × 2) + 0,954 m Panjang

Dan berat air yang terdesak atau

plastik = 4,954 m.= 5 m 4.1.4

gaya angkat air adalah F = γair .V

Tekanan

= 998 kg/m3 . 9,8 m/det2. 8,8 m3

Yang

Terjadi

Pada

Biodigester

= 86,067 kg m/det2 =86,067 kN

a. Tekanan pada digester di dalam

Berat bahan dibanding dengan

lubang

Hidrostatik)

gaya angkat air adalah G>F

Tekanan pada dasar digester oleh

sehingga dapat dipastikan bahwa

bahan adalah sebagai berikut:

digester tidak terangkat oleh gaya

(Tekanan

P = γ bahan . H

angkat air.

P = 1000 kg/m3. 9,8 m/det2. 0,8 m =

b. Tekanan pada penampung gas

7840kg m/det2. m2 = 7,84 kN/m2.

Tekanan

Tekanan Air Tanah P = γ air . H 10 P

pemberat yang memiliki berat 5,7

= 998 kg/m3. 9,8 m/det2. 0,8 m =

kg. P = F / A Melalui pengukuran

7824,3 kg m/det2. m2= 7,82 kN/m2

dengan

Apabila

kering

tekanan dalam tabung adalah

Ptanah = tekanan akibat gaya normal

tekanan pengukuran 78, 4 Pa dan

hidrostatik bahan = 7,84 kN/m2.

tekanan absolut 101,3784 kPa.P +

Ptotal = Phidrostatik – Ptanah

ρgasbio gXi + ρgX = Pa + ρgH

keadaan

lubang

Gas

dihasilkan

manometer

dari

didapat

Ptotal = 7,82 kN/m2 – 7,82 kN/m2 = 0 kN/m2 Apabila keadaan lubang

Berdasarkan perhitungan tegangan

tergenang air

tangensial dan longitudinal tegangan yang

Ptotal = Phidrostatik – ( Ptanah + P air

menahan gaya pecah dan sobek pada

tanah)

digester adalah tegangan tangensial sebesar

Ptotal = 7,84 kN/m2 – 7,82 kN/m2

31,8 kN/m2 dan tegangan longitudinal

Ptotal = 0 0,2 kN/m2

sebesar 63,6

Sedangkan berat bahan di digester

penampung gas tegangan tangensial sebesar

adalah

=

124,656 kN/m2 dan tegangan longitudinal

(γbshsn.V)bahan + (γbshsn .V)air =

sebesar 249,312 kN/m2. Tekanan tersebut

G

=

γbshsn

.V

kN/m2.

Sedangkan pada


masih

dibawah

kekuatan

tarik

plastik

polyethilene yaitu sebesar 5 – 15 MN/m2,

Berdasarkan itu plastic polyethilene ini aman digunakan sebagai biodigester plastik.

5

6

1

3

7

4

2

Keterangan : 1. Bak sampah

5. Penampung gas

2. Reaktor Biogas

6. Sparator

3. Katup

7. Kompor gas

4. Perangkap uap air Gambar : Komponen-komponen alat penangkap gas methan pada sampah untuk biogas KESIMPULAN Hasil Rancangan alat penangkap gas methan pada sampah untuk biogas sebagai berikut 1. Bak pencampur a. Volume 300 liter. b. Berbentuk silinder dengan diameter 78 cm dan tinggi 60 cm. 2. Inlet dan Outlet a. Hong tanah liat diameter 15 cm, panjang 80 cm. b. Tali karet pelilit hong lebar 2 – 3 cm

3. Biodigester/ reaktor a. Volume bahan basah 8,8 m3. b. Volume total 11 m3. c. Aliran bahan 220 liter/hari. d. Lama proses 40 hari. e. Plastik polyethielene diameter 0,954 m. f. Lubang digester, berbentuk prisma trapesium dengan lebar dasar 53 cm,


lebar atas 90 cm, tinggi 80 cm dan panjang 15,4 m.

4. Goodfellow – Material Information, 2000, –

Polyethylene

Low

Density,

LDPE. 4. Penampung Gas

http://www.goodfellow.com/csp/act

a. Volume penampung gas 2,5 m3, diameter 0,95 m, tinggi 3,4 m

ive/gfMaterialInfo.csp?MATID=E T31&result=13,6 Oktober 2003. 5. Culp W Archie. “Prinsip –prinsip Koversi

b. Rangka bambu tinggi 4,6 m. c. Pemberat penampung gas 5,7 kg atau tekanan 0,8 cm air.

Energi,”Erlangga Jakarta, 1985 6. Tjokrowisastro Harmadi E. Ir. ME. Dan Widodo

B.U.

Ir.ME.

Saran

pembakaran

Penelitian ini masih dittik beratkan pada

Bakar,”ITS, Surabaya, 1990

desain alat penengkap gas metan yang

7. Mikheyev M, “ Fundamental of Heat

selanjutnya

akan

pengembangan

dikembangkan prototype,

dan

pada

Dasar

“Teknik

dan

Bahan

Transfer, “Peace, Moscow

uji

8. Durban David, Norman A. Fleck,

karakteristiknya serta diaplikasikan pada

“Singular Plastic Fied in steady

tempat pembuangan akir (TPA) di kota

Penetration of rigid Con”, Journal

Malang .

of

1. Fry, L. J., 1973, Methane Digesters for Gas

and

NewAlchemy

material

and

technology.

DAFTAR PUSTAKA

Fuel

engineering

Fertilizer,

The

Institute,

Massachusetts, 8th Printing.

Datar, Standart Industri Indonesia SII.

0797-83,

Departemen

Perindustrian, Jakarta.

2.http://journeytoforever.org/biofuel_library/ MethaneDigesters/MD1.html

9. Anonymous., 1983, Sifat Papan Partikel

,26

sept 2003 3. Fry, L.J., 1974, Practical Building of

10.Assauri, S., 1993, Manajemen Produksi dan Operasi, Edisi ke-4, LPFEUI, Jakarta. 11.Hutasoit, G.F. dan Prihastuti, 1996,

Methane Power Plant For Rural

Orientasi

Penelitian

Pembuatan

Energy Independence, 2nd edition,

Papan Partikel, Berita P3GI, Pusat

Chapel River Press, Hampshire-

Penelitian Perkebunan Indonesia

Great Britain.

(P3I), Pasuruan.


12.Smith, W.F., 1986, Principle of Materials Science and Engineering, Mc Graw

Hill Inc.

ALAT PENDESAIN PENANGKAP GAS METHAN PADA SAMPAH MENJADI BIOGAS

Recommend Documents