RANCANG BANGUN ALAT PRODUKSI BIOGAS DENGAN SUMBER ECENG GONDOK DAN KOTORAN HEWAN Oleh :
Chrisnanda Anggradiar NRP. 2106 030 038 Program Studi D3 Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya
Seiring semakin menipisnya bahan bakar fosil, maka dicarilah beberapa energi alternatif seperti biogas. Pada awalnya dikembangkan oleh Alessandra Volta pada abad 18 dan mulai diujicobakan di Inggris pada 1985 dengan metode aerob (dengan oksigen). Setelah penelitian tersebut, lalu dikembangkan sampai saat ini dengan metode terbaru yang menggunakan sistem anaerob (tanpa oksigen) yang dapat meningkatkan produksi gas metana yang dihasilkan. Pada awalnya sumber yang digunakan hanya berupa kotoran hewan. Namun dalam perkembangan akhir-akhir ini beberapa limbah lain selain dari peternakan dapat digunakan, diantaranya limbah pertanian ataupun tanaman gulma, seperti eceng gondok. Dalam tugas akhir ini dilakukan perancangan alat produksi biogas (digester) dengan sumber dari kotoran hewan dan eceng gondok. Hasil dari tugas akhir ini berupa prototipe alat produksi biogas (digester) yang dapat digunakan sesuai kebutuhan. Pengujian yang dilakukan adalah untuk mencari data tentang hasil produksi biogas dari eceng gondok dan kotoran hewan.
` ` ` ` `
Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Sistematika Penulisan
`
Latar Belakang
Seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan kebutuhan manusia akan energi serta upaya untuk memulai menghindari ketergantungan energi yang menggunakan bahan bakar fosil yang jumlahnya semakin menipis. Selain itu, bahan bakar fosil mempunyai dampak yang kurang baik bagi lingkungan karena polusi yang dihasilkan adalah Carbon (Co) yang berbahaya bagi kesehatan dan lingkungan sekitar. Oleh karena itu dicarilah energi alternatif lain yang tidak memakai bahan bakar fosil, tidak berpolusi, serta ramah lingkungan. Salah satu bahan bakar alternatif yang dapat digunakan sebagai pengganti bahan bakar fosil, yaitu dengan menggunakan biogas. Biogas banyak dikembangkan di beberapa negara, antara lain di Amerika Serikat, Rusia dan Inggris. Biogas dapat berasal dari limbah peternakan dan pertanian, limbah tersebut kemudian diolah untuk dijadikan bahan bakar pengganti bahan bakar fossil. Biasanya dapat juga dimanfaatkan untuk menghasilkan tenaga listrik yang dapat digunakan untuk kebutuhan penerangan. Biogas dapat dipergunakan dengan cara yang sama seperti gas-gas yang mudah terbakar.
`
Rumusan Masalah
Adapun dalam perumusan ini membahas tentang: •Besarnya produksi gas yang dihasilkan. •Perbandingan besar produksi biogas yang dihasilkan dari eceng gondok dan kotoran hewan.
`
Batasan Masalah
Dalam pembahasan perencanaan pada tugas akhir ini memberi batasan masalah hanya untuk membahas penggunaan eceng gondok dan kotoran sapi sebagai perbandingan sumber yang digunakan serta gas yang dapat diproduksi.
`
Sistematika Penulisan
Bab I. Pendahuluan Pada bab ini berisi tentang latar belakang, rumusan masalah, tujuan penulisan dan batasan masalah tentang tugas akhir ini. Bab II. Dasar teori Pada bab ini berisi mengenai teori yang mendasari penulisan laporan tugas akhir secara umum dan khusus yang berhubungan dengan biogas. Bab III. Metodologi Pada bab ini membahas tentang metode penelitian, perhitungan, sasaran penelitian, Teknik pengumpulan data, dan langkah analisis data, mulai persiapan sampai dengan kesimpulan. Bab IV. Perhitungan dan pembahasan Pada bab ini menguraikan hasil perhitungan produksi biogas tersebut serta pembahasan tentang fenomena hasil perhitungan. Bab V. Penutup dan saran Pada bab ini menjelaskan mengenai kesimpulan dari keseluruhan proses penyusunan tugas akhir dan hasil dari pengujian alat dalam hal ini biogas.
`
Definisi Biogas o
`
Jenis Reaktor Biogas
o o
`
Faktor Pengaruh Biogas
Menurut Bahan Yang Dipakai Menurut Cara Pengisiannya
Sumber Biogas
o o
Eceng Gondok Kotoran Sapi
`
Biogas adalah hasil dari fermentasi bahan-bahan organik seperti kotoran hewan atau manusia, sampah, limbah domestik atau industri oleh bakteri anaerob. Komposisi gas bio Methana (CH4) Karbon dioksida (CO2) Nitrogen (N2) Hidrogen (H2) Hidrogen sulfida (H2S) Oksigen (O2)
Jumlah (%) 55-75 25-45 0-0,3 1-5 0-3 0.1-0.5 Sumber :Wikipedia Indonesia
`
Hidrolisa
(C6H10O5)n + n H2O ` Asidifikasi C6H12O6 C6H12O6 C6H12O6 C6H12O6 `
Metanasi
4H2 + CO2 CH3CH2COOH + ½ H2O CH3COOH 2CH3 (CH2)2COOH+2H2O+CO2
n (C6H12O6)
2CH3CHOHCOOH (asam laktat) CH3CH2CH2COOH + 2CO2 + 2H2 (asam butirat) CH3CH2COOH + CO2 + 2CO + 3H2 (asam propionat) 3CH3COOH (asam asetat)
CH4 + 2H2O 7/4 CH4 + 5/4 CO2 CH4 + CO2 4CH3COOH+ CH4
` ` ` ` ` ` ` `
Jenis dari limbah yang akan diolah Konsentrasi Temperatur Adanya bahan beracun di dalam limbah pH dan alkalinitas
Nutrient Hidraulic retention Time (HRT) Rate dari digester loading
1. ` ` ` 2. ` `
Menurut Bahan Yang Dipakai Fixed Dome Floating Drum Balloon Digester Menurut pengisiannya Batch Feeding Continous Feeding
`
`
`
Batch Feeding merupakan jenis reaktor biogas yang pengisian bahan organik (campuran bahan organik dan air) dilakukan sekali sampai dengan kapasitas yang ditentukan. Kemudian ditunggu sampai biogas dihasilkan. Setelah tidak berproduksi lagi atau produksinya sangat rendah, isi di dalam digester dibongkar, lalu diisi dengan bahan organik yang baru. Keuntungan dari batch feeding, diantaranya yaitu tidak adanya gas yang terlepas keluar saat pemasukan bahan organik setelah pemasukan pertama, desain dari digester lebih sederhana sehingga dapat menghemat biaya juga, semua bahan organik yang dimasukkan akan terfermentasi secara maksimal. Sedangkan kerugian dari batch feeding, diantaranya yaitu biogas yang dihasilkan hanya sekali (tidak kontinyu) dan setelah itu menunggu lagi proses fermentasi dengan waktu yang ditentukan.
`
`
`
Continous feeding merupakan jenis reaktor biogas yang pengisian bahan organiknya dilakukan setiap hari dalam jumlah tertentu. Pada pengisian awal, digester diisi penuh, lalu ditunggu sampai biogas diproduksi. Setelah biogas diproduksi, pengisian bahan organik dilakukan secara kontinyu setiap hari dengan jumlah tertentu. Setiap pengisian bahan organik yang baru akan selalu diikuti pengeluaran bahan sisa (sludge). Karena itu, jenis ini didesain dengan membuat lubang pemasukan dan pengeluaran. Keuntungan dari continous feeding, diantaranya yaitu pengisian dapat dilakukan secara kontinyu sehingga dapat menghasilkan biogas secara terus menerus. Sedangkan kerugian dari continous feeding, diantaranya yaitu desain dari digester lebih kompleks daripada batch feeding karena memerlukan saluran alir untuk pemasukan dan pembuangan, kemungkinan walaupun kecil adanya gas yang terlepas saat proses pengisian setelah pengisian pertama, bahan organik yang baru masuk akan bercampur dengan campuran yang lama yang bisa mengganggu proses fermentasi yang sebelumnya sehingga prosesnya tidak akan maksimal, bahan sisa (sludge) yang dikeluarkan yang disebabkan oleh pemasukan bahan organik belum selalu terfermentasi semua.
MULAI STUDI LITERATUR
OBSERVASI
PERUMUSAN SISTEM
PERENCANAAN DASAR SISTEM
PEMILIHAN KOMPONEN
PEMBUATAN PROTOTIPE
PENGUJIAN PROTOTIPE
HASIL YANG DIHAARAPKAN YA PEMBUATAN LAPORAN
SELESAI
TIDAK
PRESSURE (Psig) NO
HARI
JAM ECENG GONDOK
KOTORAN SAPI
1
1
15.23
0
0
2
2
16.15
0
0
3
3
15.15
1
0
4
4
17.15
2
0,5
5
5
17.00
2,5
3
6
6
17.30
4
5,5
7
7
20.00
5
7,5
8
8
20.15
7
8,5
9
9
19.00
8
10,5
10
10
22.00
8
11
11
11
22.00
8
11
12
Pressure (Psig)
10 8
Eceng Gondok
6 4
Kotoran Sapi 2 0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Hari
`
Dari rumus reaksi kimia tahap metanasi dari fermentasi anaerob untuk biogás, didapatkan hasil perhitaungan stokiometri seperti dibawah ini:
CH3CH2COOH + ½ H2O CH3(CH2)2COOH + 2H2O +CO2 CH3COOH CH3CH2COOH + CH3(CH2)2COOH + 5/2 H2O
7/4 CH4 + 5/4 CO2 CH4 + CH3COOH CH4 + CO2 15/4 CH4 + 5/4 CO2
1. Eceng Gondok -Komposisi rata-rata :
2. Kotoran Sapi -Komposisi rata-rata :
¾ ¾ ¾ ¾
BM BM BM BM
CH3CH2COOH CH3(CH2)2COOH CH4 CO2
¾ BM H O 2
CH3CH2COOH : 73% - 76% : 20% - 24% CH3(CH2)2COOH Sisanya zat-zat lain
CH3CH2COOH : 53% - 59% : 30% - 37% CH3(CH2)2COOH Sisanya zat-zat lain : 74 : 88 : 16 18 : 44
:
` ` `
`
`
Eceng Gondok 6 kg + Air 6 liter Asumsi CH3CH2COOH sebesar 75% dan CH3(CH2)2COOH 20% m CH3CH2COOH = 75% x 6 kg = 4,5 kg = 4500 gr m CH3(CH2)2COOH = 20% x 6 kg = 1,2 kg = 1200 gr m H2O = 6 liter x ρ H2O = 6 liter x 1 kg/L = 6 kg = 6000 gr
`
mol CH3CH2COOH
= =
`
= mol CH3(CH2)2COOH = =
`
mol H2O
= = = =
m CH3CH2COOH BM CH3CH2COOH 4500 74 60,81 mol m CH3(CH2)2COOH BM CH3(CH2)2COOH 1200 88 13,64 mol m H2O BM H2O 6000 88 333,33 mol
M R S
CH3CH2COOH + CH3(CH2)2COOH + 5/2 H2O 60,81 mol 13,64 mol 333,33 mol 13,64 mol 13,64 mol 34,1 mol 47,17 mol 294,23 mol
Jadi mol CH4 = 51,15 mol mol CO2 = 17,05 mol
15/4 CH4 + 5/4 CO2 51,15 mol 17,05 mol 51,15 mol 17,05 mol
`
m CH4
`
m CO2
= mol CH4 x BM CH4 = 51,05 mol x 16 = 818,4 gr = 0,8184 kg = mol CO2 x BM CO2 = 17,05 mol x 44 = 750,2 gr = 0,7502 kg
` ` `
`
`
Kotoran Sapi 6 kg + Air 6 liter Asumsi CH3CH2COOH sebesar 55% dan CH3(CH2)2COOH 35% m CH3CH2COOH = 55% x 6 kg = 3,3 kg = 3300 gr m CH3(CH2)2COOH = 35% x 6 kg = 2,1 kg = 2100 gr m H2O = 6 liter x ρ H2O = 6 liter x 1 kg/L = 6 kg = 6000 gr
`
mol CH3CH2COOH
= =
`
= mol CH3(CH2)2COOH = =
`
mol H2O
= = = =
m CH3CH2COOH BM CH3CH2COOH 3300 74 44,60 mol m CH3(CH2)2COOH BM CH3(CH2)2COOH 2100 88 23,86 mol m H2O BM H2O 6000 88 333,33 mol
M R S
CH3CH2COOH + CH3(CH2)2COOH + 5/2 H2O 44,60 mol 23,86 mol 333,33mol 23,86 mol 23,86 mol 59,65mol 20,74 mol 273,68mol
Jadi mol CH4 = 89,475 mol mol CO2 = 29,825 mol
15/4 CH4 + 5/4 CO2 89,475mol 29,825mol 89,475mol 29,825mol
`
m CH4
`
m CO2
= mol CH4 x BM CH4 = 89,475 mol x 16 = 1431,6 gr = 1,4316 kg = mol CO2 x BM CO2 = 29,825 mol x 44 = 1312,3 gr = 1,3123 kg
Berdasarkan pada pembahasan tugas akhir ini yaitu pembuatan alat produksi biogas dengan sumber eceng gondok dan kotoran sapi, maka setelah melalui beberapa proses perencanaan, pembuatan dan pengujian dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut : `
`
`
`
Secara keseluruhan sistem yang direncanakan telah berjalan dengan baik, dimana alat dapat menghasilkan produk berupa biogas. Hasil perhitungan didapatkan dari fermentasi eceng gondok bahwa CH4 yang terbentuk 0,8184 kg dan CO2 yang terbentuk 0,7502 kg. Hasil perhitungan didapatkan dari fermentasi kotoran sapi bahwa CH4 yang terbentuk 1,4316 kg dan CO2 yang terbentuk 1,3123kg. Tekanan maksimal kotoran sapi pada digester selama 7 hari lebih tinggi daripada eceng gondok.
Atas Perhatiaannya
Thanks For Your Attention
