TUGAS AKHIR
Rancang Bangun Alat Konversi Biogas Limbah Cair Tempe Dan Pengujian Dengan Penambahan Variasi Campuran Sekam Padi
Disusun Sebagai Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun oleh : WAKHID ARIFIN D 200 110 069
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2016
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Skripsi dengan judul : “Rancang Bangun Alat Konversi Biogas Limbah Cair Tempe Dan Pengujian Dengan Penambahan Variasi Campuran Sekam Padi” yang dibuat untuk memenuhi sebagian syarat memperoleh derajat sarjana S1
pada
Jurusan
Teknik
Mesin
Fakultas
Teknik
Universitas
Muhammadiyah Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan/atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan dilingkungan Universitas Muhammadiyah Surakarta atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya saya cantumkan sebagaimana mestinya.
Surakarta, 16 Februari 2016 Yang menyatakan,
Wakhid Arifin
ii
iii
iv
v
MOTTO
“ Sumur bening ora perlu golek timbo ” (Sastra Jawa)
“ Pendidikan merupakan senjata paling ampuh yang bisa kamu gunakan untuk merubah dunia” (Nelson Mandela)
“ Man jadda wa jadda “ (Al-Hadist)
vi
ABSTRAKSI Biogas adalah hasil dari proses fermentasi bahan-bahan organik oleh bakteri-bakteri anaerob gas yang dihasilkan sebagian besar gas metana (CH4) dan karbon dioksida (CO2). Tujuan dari penelitian ini adalah merancang alat pembuatan biogas (digeseter) dalam skala kecil tipe batch, menentukan campuran limbah cair tempe dan sekam padi yang paling optimal pada biogas, serta mengetahui seberapa besar nilai kalor yang dihasilkan. Variasi campuran dari pengujian ini adalah penambahan 0%, 15%, 20%, dan 25% sekam padi. Pengujian ini dimulai dengan merancang tabung digester, kemudian melakukan perakitan instalasi tabung digester dengan komponen lainnya. Selanjutnya dilakukan proses pengecekan terhadap semua komponen instalasi sebelum dilakukan pengujian. Kemudian dilakukan proses pengisian bahan baku berupa limbah cair tempe dan sekam padi sesuai dengan variasi yang telah ditentukan. Proses fermentasi dilakukan selama 27 hari, dilakukan pengadukan terhadap isian bahan baku selama 10 menit setiap 2 kali sehari. Dari hasil pengujian didapatkan produksi biogas tertinggi adalah sebesar 0,0146 kg yang dihasilkan dari campuran penambahan 20% sekam padi, sedangkan produksi biogas terendah adalah sebesar 0,011 kg yang dihasilkan dari campuran penambahan 0% sekam padi. Nilai kalor biogas tertinggi dihasilkan dari campuran penambahan 20% sekam padi. Dengan nilai kalor sebesar 542,45 kJ. Sedangkan nilai kalor terkecil didapatkan pada campuran penambahan 0% sekam padi, yaitu sebesar 339,64 kJ. Dapat disimpulkan campuran yang paling optimal adalah 80% limbah cair tempe dan 20% sekam padi.
Kata Kunci : biogas, tabung digester, limbah cair tempe, nilai kalor
vii
ABSTRACTION Biogas the result of fermentation proses of organic materials by anaerob bacterias, gas that has been produced the most of them are methane (CH4) and carbon dioxide (CO2). The goal of this researched is to creat biogas device (digester) in small scale type batch to determine the combustion of tempe’s liquite residue and rice husk that has been most optimum in biogas, and also to know how big calorie’s value that being producted. The variation mixing from this test is adding 15%, 20%, and 25% rice husk. This test has been started with creating digester’s tube, than making organized of installation tube of digester with orther component. Than being investigated of all installation componen before be tested. Than will filling up process with materials that consist of tempe’s liquite residue and rice husk appropiate with variation that has been determined. Fermentation process will have been doing 27 days, to mixture of the materials to have been mixtureing of the materials 10 minutes everyday twice. From the test result has been got the bigest biogas production is 0,0146 kg that has been produced from adding combination 20% rice husk, and the lowest biogas production is 0,011kg as the result of adding combination 0% rice husk. The highest biogas heat’s value has been from adding combination 20% rice husk with value as 542,44 kJ. Mean while the lowest heat’s value has been got from adding combination 0% rice husk, that is 339,64 kJ. From those result can be concluded tha themost optimal combination is 80% tempe’s liquite residue and 20% rice husk. Key Word : biogas, digester’s tube, tempe’s liquite residue, heat’s value
viii
KATA PENGANTAR Sesungguhnya, segala puji hanyalah milik Allah, atas segala rahmat dan karunia- Nya yang telah terlimpahkan kepada penulis, sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Sholawat dan salam semoga senantiasa tercurah kepada Nabi Muhammad SAW. Juga kepada keluarga, para sahabat serta orang-orang yang setia mengikuti mereka hingga hari akhir. Tugas Akhir yang berjudul “Rancang Bangun Alat Konversi Biogas Limbah Cair Tempe Dan Pengujian Dengan Penambahan Variasi Campuran Sekam Padi” ini disusun untuk memenuhi persyaratan Sidang Sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, pada kesempatan ini, penulis dengan penuh keikhlasan hati ingin menyampaikan terima kasih kepada : 1. Kedua orang tua tersayang, Kasnoto dan Khotijah, yang senantiasa mendoakan yang terbaik untuk putra-putranya, sehingga kami bisa sampai saat ini. 2. Kakak-kakak tercinta,
Indra Winanto dan
Risa
Liyana,
yang
senantiasa mengajarkan arti sebuah perjuangan hidup sehingga saya mampu istiqomah sampai saat ini. 3. Nur Aklis, ST., M.Eng dan Nurmuntaha A.N, ST.,Pg.Dip, selaku dosen pembimbing yang senantiasa memberikan arahan dan masukanmasukan yang sangat bermanfaat bagi terselesaikannya tugas ini. 4. Tri Widodo Besar, Ph.D, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin. 5. Dosen Jurusan Teknik Mesin beserta Staf Tata Usaha Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 6. Teman-teman Angkatan 2011, Andi, Fahrizal, Toriq, Maret, Punto, Harjo yang telah membantu pada penelitian ini.
ix
7. Teman 1 kelompok tugas akhir, Harjo yang telah sama-sama berjuang menyelesaikan tugas akhir ini. 8. Terima kasih untuk Tika Nur Septiani yang selalu setia mendukung dan menemani. 9. Teman-teman Kos Bu Sri Juningsih yang selama ini telah menemani hidup selama 4 tahun. 10. Serta seluruh pihak lain yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu, yang telah membantu dalam penyusunan tugas akhir ini. Akhir kata, saya mohon maaf sebelum dan sesudahnya, jika sekiranya terdapat kesalahan dan kekurangan dalam penulisan Tugas Akhir ini, yang disebabkan adanya keterbatasan-keterbatasan antara lain waktu, dana, literatur yang ada, dan pengetahuan yang penulis miliki. Harapan saya semoga laporan ini bermanfaa tuntuk pembaca. Tugas Akhir ini semoga dapat bermanfaat khususnya bagi penulis dan pihak lain yang membutuhkan, Amin yaRobbaallamin.
Surakarta, 16 Februari 2016
Penulis
x
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL ..........................................................................
i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ............................................
ii
HALAMAN PERSETUJUAN ..........................................................
iii
HALAMAN PENGESAHAN ............................................................
iv
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR ....................................................
v
MOTTO ...........................................................................................
vi
ABSTRAKSI ...................................................................................
vii
KATA PENGANTAR ......................................................................
ix
DAFTAR ISI .....................................................................................
xi
DAFTAR GAMBAR .........................................................................
xiii
DAFTAR TABEL .............................................................................
xiv
DAFTAR SIMBOL ...................................................................................
xv
BAB I PENDAHULUAN .................................................................
1
1.1 Latar Belakang ...............................................................
1
1.2 Perumusan Masalah ......................................................
3
1.3 Tujuan ............................................................................
4
1.4 Manfaat ..........................................................................
4
1.5 Batasan Masalah ............................................................
5
1.6 Sistematikan Penulisan ..................................................
5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ........................................................
8
2.1 Studi Literatur .................................................................
8
2.1.1 Teori Penunjang .....................................................
9
2.2 Landasan Teori ...............................................................
9
2.2.1 Limbah Cair Tempe ...............................................
11
2.2.2 Sekam Padi ............................................................
15
2.2.3 Biogas ....................................................................
17
xi
2.2.4 Faktor Pengaruh Biogas .........................................
19
2.2.5 Jenis Biodigester ...................................................
22
2.2.6 Nilai Kalor Pembakaran Gas ..................................
26
2.2.7 Gas Metana ...........................................................
28
2.2.8 Tekanan Digester ..................................................
29
2.2.9 Volume Gas ...........................................................
30
2.2.9.10 Persamaan Gas Ideal .....................................
30
2.2.9.11 Massa Gas ......................................................
31
2.2.9.12 Kalor ................................................................
31
BAB III METODE PENELITIAN ......................................................
33
3.1 Diagram Alir Penelitian ...................................................
33
3.1.1 Studi Pustakan dan Literatur .................................
34
3.1.2 Perancangan dan desain .......................................
34
3.2 Pembuatan Biodigester ...................................................
36
3.3 Perlatan Pengujian ..........................................................
38
3.4 Pengujian Biodigester .....................................................
40
3.5 Bahan Penelitian .............................................................
42
3.6 Instalasi Pengujian ..........................................................
43
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................
45
4.1 Spesifikasi Biodigester ....................................................
45
4.2 Data Hasil Pengujian ......................................................
45
BAB V PENUTUP ...........................................................................
50
5.1 Kesimpulan .....................................................................
50
5.2 Saran ..............................................................................
50
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN-LAMPIRAN
xii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Limbah padat tempe ...................................................
12
Gambar 2.2 Limbah cair tempe .......................................................
14
Gambar 2.3 Sekam padi .................................................................
16
Gambar 2.4 Tahapan proses pembentukan biogas ........................
18
Gambar 2.5 Digester tipe fixed dome .............................................
23
Gambar 2.6 Digester tipe floating dome ..........................................
24
Gambar 2.7 Digester tipe balon ......................................................
25
Gambar 2.8 Manoneter U ................................................................
29
Gambar 3.1 Drum biodigester 120L ................................................
34
Gambar 3.2 Manometer ...................................................................
35
Gambar 3.3 Kompor modifikasi .......................................................
38
Gambar 3.4 Termometer ................................................................
38
Gambar 3.5 Stopwatch ...................................................................
39
Gambar 3.6 Gelas ukur ...................................................................
39
Gambar 3.7 Timbangan digital ........................................................
40
Gambar 3.8 Bahan penelitian .........................................................
42
Gambar 3.9 Instalasi pengujian ......................................................
43
Gambar 4.1 Grafik hubungan antara Waktu dengan Massa harian ...............................................
47
Gambar 4.2 Massa Total yang telah dihasilkan pada berbagai varasi campuran ........................................................
48
Gambar 4.3 Nilai Kalor biogas yang dihasilkan dari berbagai variasi campuran .......................................................
58
xiii
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Komponen penyusun Biogas ...........................................
10
Tabel 2.2.Karateristik limbah cair tempe .........................................
14
Tabel 2.3 Komposisi kimia sekam padi ...........................................
16
Tabel 2.4 Nilai kalor pembalaran biogas dan natural gas ...............
27
Tabel 3.1 Keterangan gambar ........................................................
43
Tabel 4.1 Data perbedaan ketinggian air manometer .....................
46
Tabel 4.2 Data perubahan massa biogas .......................................
49
xiv
DAFTAR SIMBOL 𝑄 Kalor
(Joule)
𝑚 Massa air
(kg)
𝑉 Volume
(m3)
P Tekanan
(N/ m2)
r jari-jari
(m)
n Molar gas
(mol)
g
Gravitasi
( 9,81m/s)
T Suhu
(Kelvin / °C)
R Konstanta Gas
( Nm/Kg°K)
𝐶𝜌
Koefisien air
(4,200 Kj/Kg°K)
xv
