TUGAS AKHIR
Pengembangan Teknologi Alat Produksi Gas Metana Dari Pembakaran Sampah Organik Dengan Pemurnian Gas Menggunakan Zeolite Pada Variasi Jumlah Tabung
Tugas Akhir ini Disusun Untuk Memenuhi Syarat Mendapatkan Gelar Sarjana S1 Pada Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun oleh:
WAHYU PUJA KESUMA D 200 090 060
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA NOVEMBER 2014
i
MOTTO Kebajikan apapun yang kamu peroleh adalah dari sisi Allah, dan keburukan apapun yang menimpamu, itu dari kesalahan dirimu sendiri. (An-Nisa : 79)
Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan ( QS. Al Insyirah: 6)
Jenius adalah 1 % inspirasi dan 99 % keringat. Tidak ada yang dapat menggantikan kerja keras (Thomas Alfa Edison)
vi
RINGKASAN
Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan teknologi alat produksi gas metana dari sampah organik sekam padi dengan cara dibakar, untuk mengetahui pengaruh pemurnian gas metana
menggunakan zeolite pada
variasi jumlah tabung, terhadap temperatur pembakaran, waktu nyala efektif dan jumlah kalor melalui metode pendidihan air. Pada penelitian ini menggunakan pemurnian gas yang didalamya terdapat zeolite dengan variasi satu tabung, dua tabung, tiga tabung, empat tabung, lima tabung dan enam tabung. Mengambil data setiap 5 kg sekam padi meliputi volume air yang dapat di-didihkan, lama waktu nyala efektif, temperatur pembakaran serta perubahan temperatur 1 liter air setiap dua menit. Hasil penelitian menunjukan variasi satu tabung didapatkan temperatur pembakaran rata-rata sebesar 5240C, waktu nyala efektif selama 48 menit dan jumlah kalor pendidihan air 917,61 kJ. Variasi dua tabung didapatkan temperatur pembakaran rata-rata sebesar 5060C , waktu nyala efektif selama 62 menit dan jumlah kalor pendidihan air 1034,57 kJ. Variasi tiga tabung didapatkan temperatur pembakaran rata-rata sebesar 4610C, waktu nyala efektif selama 70 menit dan jumlah kalor pendidihan air 1077,38 kJ. Variasi empat tabung didapat temperatur pembakaran rata-rata sebesar 4590C, waktu nyala efektif selama 80 menit dan jumlah kalor pendidihan air 1139,38 kJ. Variasi lima tabung didapatkan temperatur pembakaran rata-rata sebesar 4430C, waktu nyala efektif selama 42 menit dan jumlah kalor pendidihan air 611 kJ. Variasi lima tabung didapatkan temperatur rata-rata sebesar 4160C, waktu nyala efektif selama 38 menit dan jumlah kalopendidihan air 527,64 kJ. Kata Kunci: jumlah tabung, Sekam Padi, zeolite, Kalor
vii
KATA PENGANTAR Assalamu’alaikum. Wr. Wb Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas berkah dan rahmat-NYA sehingga penyusunan laporan penelitian ini
dapat
terselesaikan. Tugas akhir berjudul “Pengembangan Teknologi Alat Produksi Gas Metana
Dari
Pembakaran
Sampah
Organik
Dengan
Pemurnian
Gas
Menggunakan Zeolite Pada Variasi Jumlah Tabung” dapat terselesaikan atas dukungan dari beberapa pihak. Untuk itu penulis pada kesempatan ini dengan segala ketulusan dan keikhlasan hati menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Ir. Sartono Putro, MT selaku pembimbing utama yang telah memberikan dukungan serta arahan dalam penulisan laporan tugas akhir ini. 2. Bapak Ir. Subroto, MT selaku pembimbing pendamping yang telah memberikan bimbingan dan arahan dalam penulisan tugas akhir ini. 3. Kedua orang tua Ibunda tercinta Kariyem
dan ayahanda tercinta
Sutarmo yang selalu memberikan semangat, doa dan dukungan baik moril maupun materil pada saya sehingga dapat mewujudkan keinginan beliau untuk mendapatkan gelar sarjana teknik 4. Adinda Retno Susanti yang selalu memberi motivasi dan
yang tak
pernah bosan memberikan semangat dan selalu mengingatkan untuk menyelesaikan penelitian dan penulisan tugas akhir ini. 5. Uta Lutfi Wicaksono teman seperjuangan dalam penelitian tugas akhir ini, terimakasih atas support dan kerja samanya karna telah memberikan ide-ide baru selama penelitian ini berlangsung. 6. Ahmad Rifai, devi Yulianto, Ary Dwi Rahmanto dan teman-teman Teknik Mesin angkatan 2009, yang tidak bisa disebutkan satu persatu
viii
DAFTAR ISI Halaman Judul ...........................................................................................
i
Pernyataan Keaslian Skripsi .....................................................................
ii
Halaman Persetujuan ................................................................................
iii
Halaman Pengesahan ...............................................................................
iv
Lembar Soal Tugas Akhir .........................................................................
v
Lembar Motto ............................................................................................
vi
Ringkasan .................................................................................................
vii
Kata Pengantar ..........................................................................................
viii
Daftar Isi ...................................................................................................
x
Daftar Gambar ...........................................................................................
xiii
Daftar Tabel ...............................................................................................
xvi
Daftar Simbol .............................................................................................
xvii
BAB I PENDAHULUAN ...........................................................................
1
1.1 Latar Belakang .........................................................................
4
1.2 Perumusan Masalah ................................................................
4
1.3 Pembatasan Masalah ...............................................................
4
1.4 Tujuan Penelitian ......................................................................
4
1.5 Manfaat Penelitian ....................................................................
5
1.6 Sistematika Penulisan ...............................................................
6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...................................................................
8
2.1 Tinjauan Pustaka ......................................................................
8
2.2 Dasar Teori ..............................................................................
9
x
2.2.1 Biogas ...........................................................................
9
2.2.2 Pengertian Umum Tentang Sampah Sebagai Bahan Baku Biogas .........................................................................
13
2.2.3 Gasifikasi .......................................................................
15
2.2.4 Mekanisme Pembentukan Biogas .................................
18
2.2.5 Gas Metana ...................................................................
19
2.2.6 Kalor ..............................................................................
21
BAB III METODE PENELITIAN.................................................................
23
3.1 Diagram Alir Penelitian ..............................................................
23
3.2 Alat dan Bahan Penelitian ........................................................
24
3.2.1 Peralatan Penelitian ......................................................
24
3.2.2 Bahan Penelitian ...........................................................
39
3.3 Skema Alat ...............................................................................
38
3.4 Tahap Penelitian ......................................................................
38
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................
40
4.1 Perbandingan Temperatur Pembakaran Pada Variasi jumlah tabung . .....................................................................................
40
4.2 Perbandingan Waktu Nyala Efektif pada Variasi jumlah tabung
41
4.3 Percobaan Gasifikasi Sampah Organik Sekam Padi Dengan Variasi Satu Tabung .................................................................
42
4.4 Percobaan Gasifikasi Sampah Organik Sekam Padi Dengan Variasi Dua Tabung .................................................................
45
4.5 Percobaan Gasifikasi Sampah Organik Sekam Padi Dengan Variasi Tiga Tabung .................................................................
47
4.6 Percobaan Gasifikasi Sampah Organik Sekam Padi Dengan Variasi Empat Tabung ..............................................................
50
4.7 Percobaan Gasifikasi Sampah Organik Sekam Padi Dengan Variasi Lima Tabung ................................................................
xi
52
4.8 Percobaan Gasifikasi Sampah Organik Sekam Padi Dengan Variasi Enam Tabung ...............................................................
54
4.9 Pembahasan Gasifikasi Sekam Padi Menggunakan Variasi Jumlah Tabung ........................................................................
56
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................
59
5.1 Kesimpulan ..............................................................................
59
5.2 Saran ........................................................................................
59
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................
61
LAMPIRAN
xii
DAFTAR GAMBAR Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ..........................................................
23
Gambar 3.2 Reaktor Pembakaran ............................................................
25
Gambar 3.3 Detail Reaktor Pembakaran ..................................................
25
Gambar 3.4 Tutup Reaktor Pembakaran ..................................................
27
Gambar 3.5 Detail Tutup Reaktor Pembakaran ........................................
28
Gambar 3.6 Pengaduk ..............................................................................
29
Gambar 3.7 Detail Pengaduk ...................................................................
30
Gambar 3.8 Tabung Pemurnian Gas ........................................................
31
Gambar 3.9 Detail tabung Pemurnian Gas ...............................................
31
Gambar 3.10 Kompor Variasi ....................................................................
32
Gambar 3.11 Blower .................................................................................
33
Gambar 3.12 Thermocouple Rider ............................................................
34
Gambar 3.13 Timbangan Analog ..............................................................
34
Gambar 3.14 Stopwatch ...........................................................................
35
Gambar 3.15 Thermometer .......................................................................
35
Gambar 3.16 Gelas Ukur ..........................................................................
36
Gambar 3.17 Anemometer Digital .............................................................
36
Gambar 3.18 Sekam Padi .........................................................................
37
Gambar 3.19 Zeolite .................................................................................
37
xiii
Gambar 3.20 Instalasi Alat Penelitian .......................................................
38
Gambar 4.1. Perbandingan Temperatur Pembakaran Dengan Waktu Nyala Efektif Menggunakan Variasi Jumlah Tabung ...........
40
Gambar 4.2. Perbandingan Waktu Nyala Efektif pada Variasi Jumlah Tabung .................................................................................
41
Gambar 4.3. Hubungan Antara Temperatur Air Dengan Waktu Pada Gasifikasi 5 Kg Sekam Padi Menggunakan Variasi Satu Tabung ...................................................................................
42
Gambar 4.4. Hubungan antara Tempertur Air dengan Waktu pada gasifikasi 5 kg sekam padi menggunakan Variasi Dua Tabung ..................................................................................
45
Gambar 4.5. Hubungan Antara Temperatur Air Dengan Waktu Pada Gasifikasi 5 Kg Sekam Padi Menggunakan Variasi Tiga Tabung ...................................................................................
47
Gambar 4.6. Hubungan Antara Temperatur Air Dengan Waktu Pada Gasifikasi 5 Kg Sekam Padi Menggunakan Variasi Empat Tabung ...................................................................................
50
Gambar 4.7. Hubungan Antara Temperatur Air Dengan Waktu Pada Gasifikasi 5 Kg Sekam Padi Menggunakan Variasi Lima Tabung ...................................................................................
52
Gambar 4.8. Hubungan Antara Temperatur Air Dengan Waktu Pada Gasifikasi 5 Kg Sekam Padi Menggunakan Variasi Enam Tabung ...................................................................................
54
Gambar 4.9. Diagram perbandingan antara temperatur pembakaran tertinggi dengan waktu nyala efektif .......................................
xiv
54
DAFTAR TABAL Tabel 2.1. Komposisi Biogas ..................................................................
11
Tabel 2.2. Komposisi Zeolit Alam ..............................................................
20
xv
DAFTAR SIMBOL Simbol
Satuan
Q
= Kalor
[Joule]
M
= Massa bahan bakar
[kg]
∆h
= Enthalphi pendidihan air
[kJ/kg]
T
= Satuan waktu
[detik]
W
= Daya
[Watt]
xvi
