LAMPIRAN I DATA PENGAMATAN Data Hasil Pengamatan Pada Alat Digester Fixed Dome Type dari hari ke-9 sampai hari ke-25 No. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17.
Hari ke9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
Perbedaan Ketinggian Manometer (cm) 149 149 148 145 147 144 143 144 145 147 149 150 150 150 149 149 149
52
LAMPIRAN II PERHITUNGAN 1
Data Desain Dibutuhkan biogas sebanyak 3 m3/jam sebagai bahan bakar generator set untuk menghasilkan listrik 0,5 kWh. Pada penelitian ini kebutuhan daya listrik = 0,3 kW perhari untuk 1 jam operasi. Sehingga kebutuhan biogas untuk generator set 0,3 kWh : 0,5 kWh 3 m3 /jam
0,3 kWh
= Xm3 /jam
0,5 kWh x (X m3/jam) = 0,3 kWh x (3 m3/jam) X m3/jam =
0,3 kWh x (3 m3/jam) 0,5 kWh
X = 1,80 m3/jam Biogas yang harus diproduksi perhari (V g) : Vg = Kebutuhan biogas untuk generator set/jam x Waktu operasi/hari = 1,80 m3/jam x 1 jam/hari = 1,80 m3/hari Volume slurry dalam digester yang disiapkan (VDs) = 1,5 m3 2
Penentuan Kapasitas Volumetrik Produksi Biogas Penentuan kapasitas volumetrik produksi biogas dihitung berdasarkan persamaan Gunnerson and Stucky 1986 sebagai berikut : Vs =
Bo x S o HRT
K
x [1 − ((HRT x µm)− 1)+ K]
.....(1)
Dimana : K = 0,8 + (0,0016 x e0,06 x So)
.....(2)
µm= 0,013 (T) – 0,129
.....(3)
53
54
Vs = Spesifik yield (kapasitas volumetrik biogas, m3/m3 volume slurry) Vg (Volume biogas,m3 /m3 volume slurry)
=
VR (Volume slurry,m3 volume slurry)
Bo =Kapasitas biogas tertinggi, m3 biogas/kg volatile solid (VS) yang ditambahkan = Konsentrasi volatile solid (VS) didalam input material, kg/m3
So
= 100 kg/m3 (sumber : Gunnerson and Stucky, halaman 32) HRT = Hidraulic Retention Time, hari = 10 hari K
= Koefisien kinetik (tidak berdimensi) = 1,445 dt-1untuk So = 100 kg/m3
µm = Laju pertumbuhan spesifik maksimum dari mikroorganisme perhari T
= Temperatur operasi rata – rata harian, ºC = 35 ºC
Sehingga : Vs =
Bo x S o HRT
m3 x 100 kg
0,2
=
K
x [1 − ((HRT x µm)− 1)+ K] kg/m3 volume slurry 10 hari
1,445 dt−1
x [1 − ((10 hari x ((0,013 x 35)−0,129))−1)+1,445 dt−1 ]
= 2 m3/m3 volume slurry x [1 −
1,445 3,71
]
= 2 m3/m3 volume slurry x [ 1- 0,39] = 1,22 m3/m3 volume slurry Dari harga volume spesifik biogas dan volume reaktor yang disiapkan didapat volume biogas perhari yang diproduksi : Vg = Volume spesifik (Vs) x Volume slurry dalam digester (VDs) = Vs x VDs = 1,22 m3/m3 volume slurry x 1,5 m3 volume slurry = 1,83 m3 (sama dengan harga Vg yang direncanakan)
55
3
Perhitungan Volatile solid (VS) Untuk Kebutuhan 1,83 m3 Biogas Dari perhitungan yang telah dilakukan dengan persamaan Gunnerson and Stucky halaman 33, diperoleh bahwa 1 kg volatile solid menghasilkan volume spesifik biogas (V S1) sebesar 1,22 m3 biogas/hari. Sehingga volatile solid untuk 1,83 m3 biogas dapat dihitung dengan persamaan berikut ini : Vs1 Vs = 2 VS VS2 Vs2
VS2 = V
s1
x VS
1,83 𝑚 3 𝑏𝑖𝑜𝑔𝑎𝑠/ℎ𝑎𝑟𝑖
= 1,22 𝑚3 𝑏𝑖𝑜𝑔𝑎𝑠/ℎ𝑎𝑟𝑖 x 1 kg volatile solid = 1,50 kg volatile solid 4
Perhitungan Jumlah Kotoran Sapi yang Dibutuhkan Dari Budi Nining Widarti diketahui kotoran sapi mengandung 20,7% volatile solid (VS). Sehingga total kotoransapi (KS) adalah : 100
KS = 20,7 x VS =
100 20,7
x 1,5 kg 𝑣𝑜𝑙𝑎𝑡𝑖𝑙𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑
= 7,25 kg 5
MenentukanKonfigurasi Digester Fungsi
: Tempat proses fermentasi slurry campuran kotoran sapi dan air oleh bakteri anaerobic
Bentuk
: Silinder horizontal
Bahan
: Fiber glass
Digester yang digunakan adalah tedmon air dengan volume 2 m3. Bagian tutup digester diasumsi menjadi sisi datar karena bagian ellips sangat kecil. Volume slurry kotoran sapi adalah 1,5 m3 dari total volume digester dan volume penampung sementara biogas adalah 0,5 m3 dari total volume digester. Berikut adalah diagram silinder horizontal dari digester :
56
ruang penampung sementara gas 0.5 m3
C
ruang slurry 1.5 m3
A
A
B
D Lks
r
B Lks
D = 2r= 1,2 m
Φ E
h = 0,835 m
LP
Perhitungan konfigurasi silinder horizontal digester menggunakan teorema Pythagoras. Dari spesifikasi tedmon didapat diameter digester, D = 1,2 m. Dari spesifikasi tedmon didapat panjang digester, P = 1,78 m. Dan untuk harga h (tinggi slurry didalam digester) ditrial hingga didapat volume yang sama dengan volume penampung sementara biogas sesuai target desain yaitu 0,5 m3. Diambil harga h = 0,835 m (tinggi slurry dari permukaan kesisi bawah digester)
hg
ruang penampung sementara gas 0.5 m3
ruang slurry 1.5 m3
r
D = 2r = 1,2 m
h = 0,835 m
LP
Tinggi tempat penampung biogas sementara dari permukaan slurry kesisi atas digester, hg : hg = D – h = 1,20 m – 0,835 m = 0,365 m
57
ruang penampung sementara gas 0.5 m3
Lks r
ruang slurry 1.5 m3
D = 2r
Lks PL
ruang penampung sementara gas 0.5 m3
D C
Lks
A
ruang slurry 1.5 m3
A
B r
a
b
B
1
Lks
/2 D1
Φ
D = 2r= 1,2 m
E
h = 0,835 m
1
h
/2 D2
P L 1
1
Dari gambar dapat diketahui bahwa a = b = {(2 D1) – (h – 2 D2)} Sehingga untuk menghitung lebar permukaan slurry kotoran sapi (Lks) dalam digester : 1
1
Lks = 2 x √{(2 D1)2 – (h – 2 D2)2}(Sumber : Rumus Matematika) 1
1
= 2 x √{(2 x (1,20 m)2) – (0,835 – (2x (1,20 m)2))} = 1,10 m
ruang penampung sementara gas 0.5 m3
C
ruang slurry 1.5 m3
A
Lks
r
Lt
A
B
D
Lks D = 2r= 1,2 m
h = 0,835 m
Lj
B
1
Ls
Φ E
h
L P
Luas segitiga sama kaki AEB adalah : Karena Lks = alas segitiga AEB (a), dan tinggi slurry dari permukaan kesisi bawah digester dikurang dengan setengah diameter = tinggi segitiga (dapat dibuktikan pada gambar) maka dapat dihitung :
/2 D1
1
/2 D2
58
1
Ls = 2 a x t (Sumber :Rumus Matematika) 1
1
= 2Lks x (h - 2 D2) 1
1
= 2 1,10 m x {0,835 m – (2 x 1,20 m)} 1
= 1,10 m x 0,235 m 2
= 0,139 m2
1
tan ( φ) = √{
1 2
1 2 1 – ( D) 2
( D2 ) – (h – ( D2 ))
2
h
}
(Sumber : Website For Static Equipment Calculation)
= √{
1 2
1 2
( x (1,20 m)2 ) – (0,835 m – ( x (1,20 m)2)) 1 2
0,835 m – ( x 1,20 m)
}
= 2,35 (φ) = 133,88° Luas juringellips AB, Lj : 1
φ
Lj = 4 π D2 (360O ) (Sumber : Rumus Matematika) 1
= 4 3,14 x (1,20 m)2x (
133,880 3600
)
= 0,420 m2 Luas tembereng, Lt : Lt = Lj - Ls (Sumber : Rumus Matematika) = 0,405 m2 – 0,139 m2 = 0,281 m2 Volume penampung sementara biogas didalam digester, Vg : Vg = Lt x panjang digester (L) = 0,251 m2 x 1,78 m = 0,501 m3
59
Diagram desain silinder digester : ruang penampung sementara gas 0.5 m3 Lks=1.10m
hg =0.365m
r
ruang slurry 1.5 m3 h=0.83m
D=1.2 m D = 2r
r=0.6 m
L=1.78 P = 1,78 Lm m
Data trial untuk tinggi slurry dari permukaan slurry ke sisi bawah digester dilakukan dengan melakukan perhitungan yang sama seperti perhitungan konfigurasi digester diatas dan hasilnya dapat dilihat pada tabel berikut : h (m) 0,765 0,8 0,835 0,87 0,905 0,94
hg (m) 0,44 0,4 0,365 0,33 0,3 0,26
Wks (m) 1,15 1,13 1,10 1,07 1,03 0,99
Ls (m3) 0,098 0,118 0,139 0,16 0,18 0,201
Lj (m3) 0,465 0,443 0,420 0,397 0,373 0,348
Lt (m3) 0,367 0,325 0,281 0,238 0,193 0,147
Vg (m3) 0,65 0,58 0,501 0,42 0,34 0,26
Dari hasil trial tinggi slurry dari permukaan slurry ke sisi bawah digester, diperoleh bahwa pada tinggi 0,835 m, volume penampung sementara gas yang tersedia sesuai dengan rencana desain yaitu 0,501 m3. 6
Konfigurasi Mixing Tank Fungsi
: Tempat pencampuran umpan (slurry campuran kotoran sapi dan air)
Bentuk
: Silinder vertical dengan tutup dan alas ellipsoidal
Bahan
: Polyethylene
60
Influen
h
H
D 6.1 Data Desain Densitas campuran kotoran sapi dan air
= 1354 kg/m3
Laju alir massa kotoran sapi
= 7,25 kg/jam
Laju alir massa air
= 14,50 kg/jam
Laju alir massa total (kotoran sapi dan air) = 21,75 kg/jam Temperatur
= 30 °C
6.2 Volume Mixing Tank Laju alir massa total
V = Densitas campuran kotoran sapi dan air =
21,75 kg/jam 1124 kg/m3
= 0,016 m3 6.3 Faktor Keamanan (50%) Vt = (100% + Faktor keamanan) x Vt = (100% + 50%) x 0,016 m3 = 150% x 0,016 m3 = 1,5 x 0,016 m3 = 0,024 m3
61
6.4 Diameter Mixing Tank Mixing tank ini didesain dengan ukuran tinggi silinder vertikal (H) = 2D (Sumber : Perry Chemical Engineering Handbook), dengan demikian dapat
dihitung diameter tangki sebagai berikut : Vt = Volume silinder (Vs) + 2 x Volume head (Vh) Dimana : 1
Vs = 4 π D2 H (Sumber : Website For Static Equipment Calculation) 1
= 4 π D2x 2 D 1
= 2 π D3 π
= 2 D3 1
Vh = 24 π D3 (Sumber : Website For Static Equipment Calculation) π
= 24 D3 Sehingga didapat : Vt = Volume silinder (Vs) + 2 x Volume head (Vh) π
π
= 2 D3 + (2 x 24 D3) = D3 x ( =
14 π
=
7π
24 12
12 π 24
π
+
+ 24
π 24
)
D3
D3
Maka dapat dihitung diameter mixing tank : Vt =
7π
D=
12 V 3 [ t] 7π
12
D3 1
1
12 x 0,024 m3 3
=[
7 x 3,14
= 0,33 m
]
62
6.5 Tinggi Silinder (H) H = 2 D (Sumber : Perry Chemical Engineering Handbook) = 2 x 0,33 m = 0,66 m 6.6 Tinggi Elipsoidal (h) Mixing tank ini didesain dengan tutup dan alas elipsoidal dengan ukuran tinggi elipsoidal (h) = 0,25 D (Sumber : Perry Chemical Engineering Handbook), dengan demikian dapat dihitung diameter tangki sebagai berikut : H = 0,25 D(Sumber : Perry Chemical Engineering Handbook) = 0,25 x 0,33 m = 0,08 m 6.7 Tinggi Mixing Tank (Ht) Karena mixing tank terdiri atas sebuah silinder dengan tutup dan alas elipsoidal maka untuk menghitung tinggi tangki yaitu : Ht = H + 2 x h = 0,66 m + 0,08 m = 0,74 m 7
Konfigurasi Over Flow Tank Volume bahan baku (campuran kotoran sapi dan air) yang masuk akan sama dengan volume sludge yang dikeluarkan setiap hari. Kaena itu volume over flow tank sama dengan volume mixing tank. Sehingga perhitungan desain over flow tank sama dengan perhitungan desain mixing tank. Volume over flow tank = 0,024 m3
63
Diagram ukuran over flow tank:
8
Kapasitas Listrik yang Dihasilkan Dari data desain, untuk beban listrik 0,3 kW, Maka diperlukan volume biogas sebesar 1,83 m3. Sehingga dapat dihitung sebagai berikut : 1,83 m3 = 0,3 kW 1,716 m3 = x kW 1,83 m3 1,716 m3
=
0,3 kW x
1,83 x = 0,514 kW x=
0,514 kW 1,83
= 0,286 kW
LAMPIRAN III DOKUMENTASI
Pengaturan Peletakan Digester
Pengecekan Kebocoran Digester
Pengecatan Digester
Fixed Dome Digester
64
65
Pengambilan Kotoran Sapi di Peternakan
Pemasukan Slurry Ke Dalam Digester (Start Up)
Penambahan Air pada Slurry
Pengadukan Kotoran Sapi : Air
Bakteri GP7
Air untuk Slurry
66
Pembuatan Slurry Setelah Steady State
Pengujian Nyala Api Biogas
Pengisian Slurry Setelah Steady State
Konversi Biogas Menjadi Listrik
67
Pengujian Beban Listrik
Tekanan Pada Kompresor
