PANDUAN PRAKTIKUM ENERGI TERBARUKAN PERTEMUAN II PENGUKURAN KADAR AIR, TS, ABU DAN VS

PANDUAN PRAKTIKUM ENERGI TERBARUKAN PERTEMUAN II PENGUKURAN KADAR AIR, TS, ABU DAN VS Tujuan • Mengetahui cara pengukuran kadar air, TS dan VS. • Mengetahui kadar air, TS dan VS suatu bahan bakar (biomasa). Teori Biomasa didefinisikan secara cukup komprehensif oleh United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC, 2005), sebagai sembarang material organik berasal dari tanaman, hewan, dan mikro-organisme yang tidak memfosil dan dapat terurai secara biologis (biodegradabel). Definisi ini mesti juga meliputi produk, produk-samping (by-products), residu dan limbah dari pertanian, kehutanan dand industri terkait serta fraksi organik yang tidak memfosil dan biodegradabel dari limbah industri dan sampah perkotaan (municipal wastes). Sifat-sifat yang penting berkaitan dengan konversi termal biomasa meliputi kadar air, kandungan abu, kandungan bahan volatil, komposisi elemental, massa jenis (bulk density), dan nilai energi (heating value). Kadar air biomasa adalah jumlah air dalam bahan, dinyatakan sebagai persen berat bahan. Berat bahan dapat dinyatakan sebagai berat basah, berat kering, atau berat kering bebas abu (dry-and-ash-free basis) seperti ditunjukkan pada Gambar 2-1. Persamaan-persamaan berikut ini digunakan untuk menghitung kadar air pada ketiga macam basis:

Ww Dasar basah : Dasar kering :

Ww

MCwb = Ww + Wa + Wdaf ×100% = W

W

MCdb =

a

(2-1)

w

W +W

W

×100%

×100%

daf

(2-2)

w

W

daf ×100% Dasar kering bebas abu : MCdaf = (2-3) dimana Ww adalah berat air, Wa adalah berat abu, Wdaf adalah berat bahan kering bebas abu, dan W

adalah berat bahan basah (W = Ww + Wa + Wdaf). Karena kadar air mempengaruhi nilai biomasa sebagai bahan bakar, maka basis yang digunakan untuk menyatakan kadar air harus dinyatakan. Hal ini penting karena bahan biomasa menunjukkan rentang kandungan air (dasar basah) yang lebar (kurang dari 10% untuk jerami hingga 50 sampai 70 persen untuk sisa hasil hutan).

7

Gambar 2-1 Sifat biomasa dapat dinyatakan pada basis basah, kering, atau kering bebas abu (daf).

Komponen anorganik (kandungan abu) dapat dinyatakan dengan cara yang sama seperti kadar air dasar basah, kering, atau dasar kering bebas abu. Persamaan-persamaan berikut digunakan untuk menghitung kadar abu pada ketiga macam basis:

Wa Dasar basah :

Wa

ACwb = Ww + Wa + Wdaf ×100% = W

×100%

(2-4)

Wa

Dasar kering :

ACdb =

W +W a

W

×100%

daf

(2-5)

a

W

daf ×100% Dasar kering bebas abu : ACdaf = (2-6) dimana ACw adalah kadar abu dasar basah, ACd adalah kadar abu dasar kering, dan ACdaf adalah kadar

abu dasar berat kering bebas abu. Alat dan Bahan • Oven. • Tanur. • Crucible. • Kayu. • Sampah dedaunan. • Sampah rerumputan. • Sampah kotoran sapi segar. Prosedur kegiatan 1. Siapkan bahan yang diperlukan sampah dedaunan, rumput, dan potongan kayu. 2. Hancurkan bahan-bahan tersebut dengan cara ditumbuk, diremas, atau digergaji.

8

3. Siapkan crucible kosong dan timbang (M1) 4. Ambil sampel secukupnya dan masukkan ke dalam crucible dan timbang (M2) 5. Masukkan sampel ke dalam oven dan tutup 6. Hidupkan oven dan set oven pada suhu 105oC selama 24 jam. 7. Keluarkan sampel dari oven dan masukkan ke dalam desikator agar sampel mendingin ke suhu ruang. 8. Timbang sampel (M3). 9. Hitung kadar air (% wb) menggunakan persamaan: KA = 100% (M3 – M1)/(M2 – M1) 10. Hitung total padatan (TS, gram) menggunakan persamaan: KS = M3 – M1 11. Hitung kadar padatan (KS, % wb) menggunakan persamaan: TS = 1 – KA 12. Masukkan sampel kering ke dalam tanur (M4). 13. Hidupkan tanur dan set suhu pada 550oC. Biarkan sample selama 2 jam 14. Keluarkan sample dari tanur dan timbang (M5) 15. Hitung kadar abu menggunakan persamaan: Abu = 100% (M5)/(M4/KA) (% wb) Abu = 100% (M5)/(M4) (% TS) 16. Hitung kadar padatan menguap total (TVS) menggunakan persamaan: TVS = 1 – Abu (%)

(2-7) (2-8) (2-9)

(2-10) (2-11) (2-12)

Hasil dan Pembahasan (Berisi data dan fakta hasil percobaan dan Pembahasan) …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

9

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… … ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… … ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… … ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… … ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… … ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… … ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… … ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… … ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… … ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… … ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… … ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… … ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… … ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… … ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… … ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… … ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… … ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… … ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… … ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… … ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… … ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… … ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… … Kesimpulan (Menjawab Tujuan) ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… … ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… … ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… … ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… … ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… … ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… … ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… … ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …

10

Foto-foto (Disusun dan ditempel rapi dengan ukuran postcard, minimal 4 gambar yang mewakili pelaksanaan praktikum secara keseluruhan)

11

12

PANDUAN PRAKTIKUM ENERGI TERBARUKAN PERTEMUAN III PENGUKURAN NILAI KALORI (LHV) Tujuan: 1. Mengetahui prinsip kerja kompor gasifikasi 2. Mengetahui komponen kompor gasifikasi Teori Nilai energi (heating value) atau nilai kalori (calorific value) suatu bahan bakar merupakan indikasi terhadap energi kimia yang terikat di dalam bahan bakar dengan acuan lingkungan standard. Nilai energi yang tersedia dalam bahan bakar (kJ/kg), adalah salah satu karakteristik yang paling penting dari bahan bakar karena ini menunjukkan jumlah total energi yang tersedia di bahan bakar. Nilai energi suatu jenis bahan bakar tertentu sebagian besar merupakan fungsi komposisi kimia dari bahan bakar itu sendiri. Nilai energi ini tidak dapat diukur secara langsung, tetapi hanya dinilai dari suatu keadaan acuan. Nilai energi yang paling banyak dipakai adalah lower heating value (LHV) dan higher heating value (HHV). Untuk LHV, keadaan acuan dari air adalah uap; sedangkan untuk HHV, keadaan acuan dari air adalah cair. HHV adalah jumlah total energi panas yang tersedia dalam bahan bakar, termasuk energi yang terkandung dalam uap air dalam gas buang. LHV tidak memperhitungkan energi yang terkandung di dalam uap air. HHV mengasumsikan bahwa panas evaporasi dapat direkover sepenuhnya oleh kondensasi uap air uap air yang terdapat dalam gas-gas buang. Istilah lain yang sepadan dengan HHV adalah panas pembakaran (combustion heat) dan nilai kalori bruto (gross calorific value). Sedangkan istilah lain untuk LHV adalah nilai kalori neto (net calorific value). Biomasa selalu mengandung air, yang akan dilepaskan sebagai uap dalam pemanasan. Hal ini menunjukkan bahwa sebagian energi (panas) yang dilepaskan selama reaksi kimia diserap oleh proses penguapan. Karena itulah, nilai energi netto (LHV) turun akibat naiknya kadar air dalam biomasa. Gambar 2-16 memberikan ilustrasi hubungan antara nilai energi (LHV dan HHV) terhadap kadar air biomasa. Pada kadar air sekitar 87 persen (dasar basah) LHV akan menjadi nol. Secara praktis, kadar maksimum yang diperbolehkan adalah 55 persen (dasar basah) untuk menyalakan bahan bakar dan memanfaatkan energi darinya. Dua korelasi empiris yang diperoleh dari berbagai data eksperimental telah disarankan untuk menghitung pengaruh kadar air terhadap nilai LHV biomasa apa adanya (ar : as received). Dengan memasukan nilai rata-rata HHV 20 MJ/kg dan fraksi massa hidrogen [H] 6% untuk biomasa kayu dan 13

nilai rata-rata HHV 18,6 MJ/kg dan fraksi massa hidrogen [H] 5,5% untuk biomasa kirinyuh, maka bisa kita dapatkan hubungan antara LHV dan kadar air untuk biomasa kayu dan biomasa semak, berturut-turut: LHVar = 18,7 – 21,1 MCw

[MJ/kg]

(untuk kayu)

(3-1)

LHVar = 17,4 – 19,8 MCw

[MJ/kg]

(untuk semak)

(3-2)

Gambar 3-1. Nilai Energi Biomasa (LHV dan HHV) sebagai Fungsi Kadar Air.

Dalam praktek, nilai energi diberikan pada basis basah, kering, atau kering bebas abu. Untuk semua jenis biomasa nilai HHV dasar kering bebas abu (HHVdaf) adalah sekitar 20,40 MJ/kg (± 15 %). Persamaan berikut digunakan untuk menghitung nilai energi (LHV dan HHV) pada ketiga jenis basis. HHV dasar kering bebas abu (HHVdaf): HHVdaf = 20,40 MJ/kg

(3-3)

HHV dasar kering (HHVd): HHVd = HHVdaf ×

Wdaf Wdaf + Wa

HHVd = HHVdaf 1 −  

Wa Wdaf + Wa

(3-4a)   

HHVd = HHVdaf (1 – ACd)

(3-4b) (3-4c)

HHV dasar basah (HHVw): HHVw = HHVdaf ×

Wdaf Wdaf + Ww + Wa

(3-5a)

HHVw = HHVdaf ×

W − Wa − Ww W

(3-5b)

14

HHVw = HHVdaf (1 – ACw – MCw)

(3-5c)

HHVw = HHVdaf (1 – ACd) × (1 – MCw)

(3-5d)

HHVw = HHVd × (1 – MCw)

(3-5e)

LHV dasar kering bebas abu (LHVdaf): LHVdaf = HHVdaf – [H]daf × 20,30 – MCdaf × 2,26

(3-6)

Wdaf Wdaf + Wa

(3-7a)

LHV dasar kering (LHVd): LHVd = LHVdaf ×

 Wa LHVd = LHVdaf 1 −  Wdaf + Wa

  

LHVd = LHVdaf (1 – ACd)

(3-7b) (3-7c)

LHV dasar basah (HHVw): LHVw = LHVdaf × LHVw = LHVdaf ×

Wdaf

Wdaf + Ww + Wa

W − Wa − Ww W

(3-8a) (3-8b)

LHVw = LHVdaf (1 – ACw – MCw)

(3-8c)

LHVw = LHVdaf (1 – ACd) × (1 – MCw)

(3-8d)

LHVw = LHVd × (1 – MCw)

(3-8e)

Pengukuran nilai energi biomasa memerlukan peralatan (bomb calorimeter). Bomb calorimeter memiliki komponen-komponen seperti pada Gambar 3-2. Bomb calorimeter mengukur panas pembakaran bahan bakar padat dan cair.

Gambar 3-2. Skema komponen bomb calorimeter Cal2k ECO 15

Bahan dan Alat Bomb Calorimeter Cal2k ECO (Gambar 3-2), Oven, potongan kayu kering, sampah dedaunan. Tata Laksana Percobaan • Siapkan bahan yang diperlukan sampah dedaunan, rumput, kayu (dalam keadaan kering oven). • Hancurkan bahan-bahan tersebut dengan cara ditumbuk, diremas, atau digergaji. • Timbang sampel dalam mangkok platina yang disediakan dengan cara masukkan mangkok ke timbangkan dan nolkan (tekan “zero”), lalu masukkan sampel ke mangkok secukupnya. • Pasang benang penyulut pada vessel bomb calorimeter (Gambar 3-3).

Gambar 3-3. Pemasangan benang penyulut

Gambar 3-4. Memasang mangkok sampel dan memasukkan ke dalam vessel 16

• Sangkutkan mangkok ke kawat dan masukkan ke dalam vessel bomb (Gambar 3-4). • Isi vessel dengan oksigen hingga tekanan mencapai 3000 kPa (Gambar 3-5). • Nyalakan bomb calorimeter dan input data berat sampel dari hasil penimbangan sebelumnya. • Masukkan vessel ke dalam bomb calorimeter dan tutup yang kencang (Gambar 3-6). • Bomb calorimeter akan bekerja. Tunggu beberapa saat hingga hasilnya ditampilkan di layar. Catat angkanya (Gambar 3-7). • Ambil vessel dan buang tekanan yang ada hingga vessel tak bertekanan sama sekali.

Gambar 3-5. Mengisi vessel dengan oksigen

Gambar 3-6. Memasang vessel ke dalam Calorimeter

17

• Buka vessel dan bersihkan. Selesai. • Hitung nilai kalori aktual bahan dengan memperhitungkan kadar air menggunakan Pers. (3-1) atau (3-2) sesuai dengan jenis biomassanya.

Gambar 3-7. Pengukuran selesai Hasil dan Pembahasan (Berisi data dan fakta hasil percobaan dan pembahasan) …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 18

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… Kesimpulan (Menjawab tujuan) …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………… Foto-foto (Disusun dan ditempel rapi dengan ukuran postcard, minimal 3 gambar yang mewakili pelaksanaan praktikum secara keseluruhan. Tiap foto diberi judul)

19

20

PANDUAN PRAKTIKUM ENERGI TERBARUKAN PERTEMUAN IV PEMBUATAN KOMPOR GASIFIKASI BIOMASSA Tujuan: 1. Mengetahui prinsip kerja kompor gasifikasi 2. Mengetahui komponen kompor gasifikasi Teori Gasifikasi adalah konversi bahan bakar padat atau cair menjadi bahan bakar gas yang bermanfaat dan nyaman atau bahan kimia yang dapat dibakar untuk melepaskan energi atau digunakan untuk memproduksi bahan kimia bernilai tambah. Gasifikasi dan pembakaran merupakan dua proses termokimia yang terkait erat, tetapi ada perbedaan penting antara keduanya. Gasifikasi menghasilkan energi ikatan kimia dalam produk gas; sedangkan pembakaran memcah ikatan kimia untuk melepaskan energi. Proses gasifikasi menambahkan hidrogen dan mencerabut karbon dari bahan baku untuk menghasilkan gas dengan rasio hidrogen-karbon (H/C) yang tinggi, sedangkan pembakaran mengoksidasi hidrogen dan karbon masing-masing menjadi air dan karbon dioksida. Proses menciptakan produser gas, juga dikenal sebagai gas sintesis (syngas), pada bagian yang paling dasar, hanyalah suatu pembakaran yang tidak sempurna atau pembakaran yang tercekik (choked). Proses gasifikasi biomassa pada umumnya melibatkan tahap-tahap berikut (digambarkan secara skematis pada Gambar 4-1): Pengeringan Dekomposisi termal atau pirolisis Pembakaran parsial beberapa gas, uap, dan arang (char) Gasifikasi produk dekomposisi Meskipun tahap-tahap sering dimodelkan secara seri, tidak ada batas yang tajam di antara mereka, dan mereka sering tumpang tindih. Dalam proses gasifikasi pada umumnya, biomassa pertama dipanaskan (dikeringkan) dan kemudian mengalami degradasi termal atau pirolisis. Produk pirolisis (yaitu, gas, padat, dan cair) bereaksi di antara mereka sendiri maupun dengan medium gasifikasi untuk membentuk produk gasifikasi akhir. Dalam kebanyakan gasifier komersial, energi panas yang diperlukan untuk pengeringan, pirolisis, dan reaksi endotermik berasal dari sejumlah reaksi pembakaran eksotermal yang terjadi dalam gasifier. Proses gasifikasi memerlukan reaktor atau gasifier di mana empat tahap gasifikasi berlangsung. Gasifier dapat diklasifikasikan menurut beberapa cara, yaitu:

21

Gambar 4-1. Empat tahap proses gasifikasi (www.gekgasifier.com)

o

o

o

o

Pengelompokan gasifier menurut medium atau oksidan yang digunakan dalam proses gasifikasi: •

Gasifier udara (air blast)

•

Gasifier oksigen murni

•

Gasifier uap (steam blast)

•

Gasifier campur (udara atau oksigen dengan uap)

Pengelompokan gasifier menurut cara pemberian panas untuk gasifikasi: •

Gasifier autothermal atau gasifier pemanasan langsung

•

Gasifier allothermal atau gasifier pemanasan tidak langsung

Pengelompokan gasifier menurut tekanan kerja: •

Gasifier atmosferik (atmospheric gasifier)

•

Gasifier bertekanan (pressurized gasifier)

Pengelompokan gasifier desain (modus kontak gas-padatan dan medium gasifikasi): •

Unggun tetap (fixed bed)

•

Unggun terfluidisasi (fluidized bed)

•

Entrained flow

Bahan dan Alat Kaleng berdiameter 9 cm (2 buah), kaleng berdiameter 15 cm (2 buah), kawat bendrat secukupnya, tang, bor atau paku 3 inchi, pembuka kaleng, gunting atau pisau yang kuat, spidol besar.

22

Prosedur Pembuatan Kompor 1. Satu kaleng kecil dibuang tutup dan pantatnya, sedangkan satu kaleng kecil lainnya dilubangi pantatnya seperti pada Gambar 4-2. 2. Lubangi juga bodi kaleng kecil. 3. Satukan kedua kaleng kecil dan jahit menggunakan kawat. 4. Satu kaleng besar dibuang pantatnya, sedangkan satu kaleng lainnya dilubangi pantatnya dengan ukuran sebesar kaleng kecil. 5. Satukan kedua kaleng besar dan jahit menggunakan kawat. 6. Masukkan kaleng kecil ke kaleng besar seperti pada Gambar 4-3b dan (jika perlu jahit menggunakan kawat supaya kuat).

Hasil dan Pembahasan (Berisi data dan fakta hasil percobaan dan Pembahasan) …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

23

TINER

TINER

Buang tutup dan pantat

Buang tutup, lubangi pantat

BISCUIT

BISCUIT

Buang tutup dan pantat

Buang tutup, buat lubang di pantat

TINER BISCUIT

TINER TINER BISCUIT

TINER BISCUIT

Gambar 4.3. Cara pembuatan kompor gasifikasi sederhana tipe up-draft Kesimpulan (Menjawab Tujuan) …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 24

Foto-foto (Disusun dan ditempel rapi dengan ukuran postcard, minimal 4 gambar yang mewakili pelaksanaan praktikum secara keseluruhan)

25

26

PANDUAN PRAKTIKUM ENERGI TERBARUKAN PERTEMUAN V PENGUJIAN KOMPOR GASIFIKASI BIOMASSA Tujuan: 1. Mengetahui efisiensi termal kompor gasifikasi Teori Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan. Energi hanya dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Perubahan ini memerlukan adanya sistem pengkonversi. Batu yang jatuh dari suatu ketinggian tertentu, merubah energi potensial menjadi energi kinetik. Motor pada berbagai jenis kendaraan, merubah energi kimia yang terdapat pada bahan bakar menjadi energi mekanik. Tungku atau kompor dapur merubah energi kimia yang pada bahan bakar menjadi energi termal. Radiasi matahari berubah menjadi energi kimia yang sangat berguna di dalam tanaman karena ada klorofil; menjadi energi termal karena absorptansi yang dimiliki benda-benda; atau menjadi energi listrik melalui sel fotovoltaik. Energi listrik dapat menjadi energi termal melaui elemen; menjadi energi mekanik melalui motor listrik; menjadi energi kimia melalui elektrolisis; dan sebagainya. Di dalam setiap sistem konversi itu pasti ada bagian energi yang terbuang. Pada motor bakar misalnya, energi yang dianggap berguna adalah energi mekanik yang hanya sekitar 30% dari energi yang terdapat pada BBM. Porsi yang lebih banyak hilang sebagi panas ke lingkungan dan rugi-rugi gesekan. Pada proses menjerang air, bagian energi yang digunakan untuk memanaskan air sampai suhu tertentu adalah energi yang berguna. Sebagian lainnya hilang sebagai panas. Pada tungku-tungku dapur dan sistem pembakaran terbuka lainnya, porsi energi yang hilang ke lingkungan lebih banyak daripada yang dimanfaatkan. Efisiensi sistem konversi energi dipengaruhi oleh berbagai faktor, seperti desain sistem, kondisi sistem, kondisi lingkungan, dan lain-lain. Efisiensi energi termal (η TH ) adalah perbandingan antara bagian energi yang dimanfaatkan (E2) dengan total energi (E1) yang digunakan: η TH = (E2/E1) * 100 %

(5-1)

Jika energi yang digunakan lebih dari satu jenis, maka total energi yang digunakan merupakan jumlah dari tiap-tiap jenis energi tersebut. Mempelajari efisiensi sistem konversi energi sangatlah penting untuk melakukan penghematan. Meningkatnya jumlah penduduk, kesejahteraan, industri dan teknologi menuntut penggunaan energi lebih besar. Di lain pihak, cadangan sumber energi terbatas atau belum ditemukan teknologi konversinya. Oleh karena itu, usaha-usaha penghematan melaui sistem konversi yang lebih efisien perlu dikembangkan.

27

Alat dan Bahan: 1. Kompor gasifikasi (hasil kegiatan sebelumnya) 2. Gelas ukur atau timbangan 3. Termometer 4. Termokopel 5. Stopwatch atau arloji 6. Gergaji tangan atau golok 7. Kayu kering dipotong kecil ukuran panjang max 20 cm 8. Air Tata laksana percobaan 1. Siapkan kompor gasifikasi dan timbang dalam keadaan kosong (m 1 ). 2. Timbang potongan kayu (m 2 ) 3. Siapkan minyak tanah atau solar secukupnya dalam gelas dan timbang (m 3 ). 4. Kompor gasifikasi diisi potongan kayu. 5. Basahi bagian atas kayu dengan minyak tanah atau solar. 6. Nyalakan kompor dan catat waktunya. 7. Masaklah air sebanyak 2 liter (m 4 ) hingga mendidih, lalu matikan kompor. Catat waktunya. 8. Selama memasak air, tambahkan potongan kayu kecil jika diperlukan. 9. Ukur suhu api kompor. 10. Ukur suhu air sebelum (T 1 ) dan sesudah dimasak (T 2 ). 11. Timbang sisa kayu (m 5 ), sisa minyak (m 6 ), dan air masak (m 7 ) 12. Hitung energi yang berguna dengan: E2 = m 4 Cp (T 2 – T 1 ) + h fg (m 7 – m 4 )

(5-2)

di mana m adalah masa air yang dimasak, Cp adalah kapasitas panas air pada suhu rata-rata dan h fg adalah panas latent penguapan air (cari di Buku Ajar Thermodinamika). 13. Hitung energi yang dipakai dengan: E1 = (m 2 – m 5 ) E k + (m 3 – m 6 ) E m

(5-3)

di mana E k adalah nilai kalori kayu (dari Pertemuan III) dan Em adalah nilai kalori minyak (cari dari literartur). 14. Hitung efisiensi termal dengan Persamaan (5-1). 15. Ulangi percobaan dengan massa air 3 dan 4 liter.

28

Hasil dan Pembahasan (Berisi data dan fakta hasil percobaan dan pembahasan) ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… 29

………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………

Kesimpulan (Menjawab tujuan) ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………

30

Foto-foto (Disusun dan ditempel rapi dengan ukuran postcard, minimal 4 gambar yang mewakili pelaksanaan praktikum secara keseluruhan. Tiap foto diberi judul)

31

32

PANDUAN PRAKTIKUM ENERGI TERBARUKAN PERTEMUAN VI MEMBUAT BIOGAS SKALA LAB Tujuan: 1. Mengetahui prinsip kerja biogas 2. Mengetahui komponen biogas 3. Mengetahui kinerja biogas Teori Biogas merupakan campuran gas CH4 dan CO2 yang dihasilkan dari proses degradasi anaerobik bahan organik. Produksi biogas dari substrat organik melibatkan suatu reaksi redox internal yang mengubah molekul organik menjadi CH4 dan CO2. Secara umum, jika komposisi substrat diketahui, produksi CH4 dapat diperkirakan secara akurat menggunakan persamaan dari Bushwell:

 a b 3d   n a b 3d   n a b 3d  Cn H a Ob N d + n − − +  H 2O →  + − − CH 4 +  − + + CO2 + dNH 3 (6-1)  4 2 4 2 8 4 8  2 8 4 8  Proporsi kedua gas ini ditentukan oleh komposisi dan biodegradabilitas substrat. Untuk konversi karbohidrat, seperti gula (glukosa, C6H12O6) dan pati atau selulosa (CnHn-2On-1), akan dihasilkan CH4 dan CO2 dalam proporsi 50:50 seperti disajikan dalam Persamaan (6-2): CnHn-2On-1 + n H2O → 0,5n CH4 + 0,5n CO2

(6-2)

Untuk limbah yang mengandung protein akan dihasilkan proporsi metana yang lebih tinggi (55:45) seperti disajikan dalam Persamaan (6-3): C10H20O6N2 + 3H2O → 5,5 CH4 + 4,5 CO2 + 2NH3

(6-3)

Untuk lemak dan minyak sayur (trigliserida), akan dihasilkan rasio tipikal CH4:CO2 sebesar 70:30 seperti terlihat dalam Persamaan (6-4): C54H106O6 + 28 H2O → 40 CH4 + 17 CO2

(6-4)

Komposisi biogas yang dihasilkan oleh proses AD meliputi metana (CH4), karbon dioksida (CO2), beberapa gas inert, dan senyawa sulfur. Kandungan CH4 umumnya berkisar antara 55 hingga 70 % volume (Tabel 6-2). Komposisi biogas akan bevariasi bergantung pada substrat

33

(bahan baku) yang diolah (Tabel 6-3). Biasanya total gas antara 100-200 m3 dapat dihasilkan per ton bahan organik yang didegradasi (RISE-AT, 1998). Tabel 6-2. Komposisi Tipikal Biogas Komponen Metana (CH4) Karbon dioksida (CO2) Hidrogen sulfida (H2S) Nilai energi biogas Nilai energi CH4 per ton MSW

Kisaran Nilai 55-70 % vol 30-45 % vol 200-4000 ppm vol 20-25 MJ/Nm3 167-373 MJ/Ton MSW

Sumber: RISE-AT (1998) Pada umumnya proses AD dibagi dalam empat tahap utama, yaitu: hidrolisis, acidogenesis, acetogenesis, dan metanogenesis (Gambar 6-1).

Gambar 6-1. Diagram skematik reaksi anaerobic substrat kompleks (Hutňan et al, 1999)

34

Alat dan Bahan Digester kapasitas 36 L lengkap dengan komponennya, balon dari plastik mylar, ember besar, thermometer atau termokopel, pH meter, air, dan kotoran sapi. Prosedur 1. Siapkan digester (bersihkan jika perlu). 2. Siapkan kotoran sapi segar sebanyak 17 kg. Ambil sampel secukupnya untuk pengukuran kadar air dan kadar abu. 3. Campur kotoran sapi dengan air pada perbandingan 1:1 dan aduk hingga rata. 4. Masukkan campuran kotoran sapi hingga tanda. 5. Ukur suhu (lingkungan dan digester), pH, dan volume biogas yang dihasilkan setiap hari. 6. Kocok digester (dengan cara digoyangkan) satu kali setiap hari. 7. Tambahkan campuran kotoran sapi sebanyak 1 L setiap hari selama 5 minggu. Lakukan penambahan substrat setelah digester dikocok. Tampung digestat yang keluar. 8. Hal-hal yang perlu dicatat, diamati, diukur, dan dilaporkan mahasiswa: 8.1. Kadar air dan kadar abu kotoran sapi sebelum dicampur air. 8.2. Suhu lingkungan, suhu digester, dan pH 8.3. Jumlah biogas yang dihasilkan. 8.4. Permasalahan yang dijumpai selama mengoperasikan. Hasil dan Pembahasan (Berisi data fakta hasil percobaan dan Pembahasan) …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 35

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Kesimpulan (Menjawab Tujuan) …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

36

Foto-foto (Disusun dan ditempel rapi dengan ukuran postcard, minimal 4 gambar yang mewakili pelaksanaan praktikum secara keseluruhan)

37

38