SKRIPSI
MODIFIKASI INSTALASI BIOGAS KOTORAN SAPI TIPE FIXEDDOME DI ANGGOTA KELOMPOK TANI KANTI SEMBADA DESA CANDIKUNING
Skripsi ini diajukan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan studi pada Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Udayana, Bali.
Oleh: ROI ZULKARNAEN NIM. 1111305017
JURUSAN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2016
ii
LEMBAR PENGESAHAN
Skripsi ini telah mendapat persetujuan pembimbing
Pembimbing I
Pembimbing II
Dr. Ir.I B P. Gunadnya, MS NIP. 19610223 198703 1 001
Dr. Ir. Yohanes Setiyo, MP NIP. 19631016 199003 1 001
Mengesahkan : Dekan Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Udayana
Dr. Ir. I Dewe Gede Mayun Permana, MS NIP. 19591107 198603 1004
Tanggal lulus :
iii
Roi Zulkarnaen. 1111305017. Modifikasi Instalasi Biogas Kotoran Sapi Tipe Fixeddome Di Anggota Kelompok Tani Kanti Sembada Desa Candikuning. Dibawah bimbingan Dr. Ir.I B P. Gunadnya, MS sebagai pembimbing I dan Dr. Ir. Yohanes Setiyo, MP sebagai pembimbing II.
ABSTRAK Tujuan dari penelitian ini adalah untuk merancang bioreaktor tipe kubah tetap dan untuk menguji kinerjanya. Biogas dibuat dari kotoran sapi dengan suhu proses yang optimal. Komponen bioreaktor adalah: bak pemasukan, tangki pencernaan, mantel bioreaktor, kubah bioreaktor, dan bak pengeluaran. Spesifikasi bioreaktor adalah panjang 426 cm, diameter 160 cm, tinggi 200 cm dan volume total 2,78 m3. Mantel bioreaktor setebal 10 cm diisi dengan pasir. Hasil uji kinerja bioreaktor selama 35 hari menunjukkan bahwa suhu biomassa dalam bioreaktor lebih besar dari suhu lingkungan. Kesenjangan yang terbesar antara kedua suhu adalah 6,8 °C yang dicapai pada hari ke-27 fermentasi dan suhu biomassa adalah 31 °C. Tekanan gas di dalam bioreaktor meningkat sesuai dengan peningkatan suhu biomassa. produksi biogas per hari rata rata mencapai 2,31 liter. Kata kunci : biogas , bioreaktor , metana .
iv
Roi Zulkarnaen. 1111305017. Modification of The Installation of Biogas Type Fixed Dome from Cow Manure at Member of Kanti Sembada Farmers Group in Candikuning Village. Under the guidence Dr. Ir.I B P. Gunadnya, MS as first supervisor and Dr. Ir. Yohanes Setiyo, MP as second supervisor. ABSTRACT The purpose of this study is to design a fixed-dome type bioreactor and to measure its performance. The biogas was made from cow dung feces with optimal process temperature. The components of the bioreactor were: biomass inlet, digestion tank, the bioreactor mantle, the bioreactor dome, and outlet basin for sludge. Specification of bioreactor was 426 cm long, diameter of 160 cm, 200 cm height and a total volume of 2.78 m3. The mantle of bioreactor which 10 cm thick was filled with sand. Results of bioreactor performance test showed that for 35 days the temperature of the biomass in the bioreactor was greater than the ambient temperature. The larger gap between both temperature was 6.8° C which achieved at day 27th of fermentation and the biomass temperature was 31° C. The gas pressure inside the bioreactor increased in accordance with the increase of biomass temperature. Biogas production per day achieved at average of 2.31 liter Key words: biogas, bioreactor, methane.
v
RINGKASAN Peternakan sapi menghasilkan kotoran sapi berupa feses sebanyak 23,59 kg/hari, hal tersebut berpotensi mencemari lingkungan, di sisi lain kotoran tersebut dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku penghasil gas metan atau biogas. Biogas di hasilkan dari proses fermentasi secara anaerobik dengan menggunkan reaktor biogas. Dari beberapa bioreaktor yang telah di kembangkan di Bali secara umum memiliki kelemahan terutama di bagian dimensi dan kemampuan bioreaktor untuk mengoptimalkan proses pembentukan biogas oleh karena itu perlu dilakukan pengkajian fisik mengenai bioreaktor. Tujuan dari penelitian ini adalah pertama untuk mendesain bioreaktor dan mantel bioreaktor tipe fixeddome yang dapat mengoptimalkan suhu proses produksi biogas. Kedua melakukan uji kinerja terhadap bioreaktor. Penelitian ini dilakukan dalam beberapa tahapan, yaitu penentuan tata letak, perancangan bioreaktor, pembuatan bioreaktor dan pengujian bioreaktor. Peralatan yang digunakan dalam pengerjaan bioreaktor antara lain, meteran, cangkul, skop, tang, centong semen, alat potong besi dan pipa, dan kuas. Alat alat yang digunakan dalam pengujian adalah bioreaktor hasil rancangan, thermometer, manometer, pH meter, dan kompor biogas. Untuk bahan yaitu semen, pasir, batako, bis beton, koral, lem, pipa PVC berukuran 1 inci , selang berukuran 0.5 inci, pipa T dan kran gas. feses dari ternak sapi dan air. Dari hasil uji kinerja bioreaktor yang dilakukan selama 35 hari di dapatkan keaniakn suhu terjadi mulai hari pertama dan menvapai titik puncak pada hari ke27. Tekan dan volume gas di dalam bioreaktor terjadi di hari ke-5 dan tekanan terus mengalami peningkatan setiap harinya. Kecepatan produksi biogas/hari dari bioreaktor hasil rancangan adalah 2,31 liter
vi
RIWAYAT HIDUP
Penulis (Roi Zulkarnaen) dilahirkan di Candikuning pada tanggal 23 Agustus 1994, merupakan anak kelima dari lima bersaudara dari pasangan Maridan dan Manisah. Penulis melalui tahap pendidikan Sekolah Dasar di Madrasah Ibtidaiah AlHidayah Candikuning Baturiti pada tahun 1999. Pada tahun 2005 penulis tercatat sebagai siswa Sekolah Menengah Pertama di SMP N 1 Baturiti. Pada tahun 2008 penulis menamatkan Sekolah Menengah Pertama di SMP N 1 Baturiti. Pada tahun 2011 penulis menamatkan Sekolah Menengah Atas di SMA N 1 baturiti, pada tahun yang sama (2011) melalui SNMPTN diterima dan aktif kuliah di Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Udayana. Selama kuliah penulis pernah aktif dalam organisasi kemahasiswaan sebagai Koordinator Hubungan Masyarakat Himpunan Mahasiswa Jurusa Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Udayana periode 2013/2014.
vii
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas berkat rahmat-Nya skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik. Skripsi berjudul “Modifikasi Instalasi Biogas Kotoran Sapi Type Fixed Dome di Anggota Kelompok Tani Kanti Sembada Desa Candikuning”, disusun sebagai salah satu syarat bagi mahasiswa untuk menyelesaikan Program Pendidikan Strata Satu (S1) di Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Udayana. Tanpa bantuan dan dukungan serta partisipasi dari berbagai pihak, penulis tidak akan berhasil menyelesaikan skripsi ini sebagaimana yang diharapkan. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Dr. Ir.I B P. Gunadnya, MS., selaku pembimbing I dan Bapak Dr. Ir. Yohanes Setiyo, MP selaku pembimbing II yang telah banyak membantu, membimbing, mengarahkan dan memotivasi selama penelitian dan penyelesaian skripsi ini. 2. Bapak Dr. Ir. I Dewe Gede Mayun Permana, MS. Selaku Dekan Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Udayana. 3. Bapak Dr. Ir. I Wayan Widia, MSIE Selaku Ketua Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Udayana. 4. Bapak/Ibu dosen dan staf pegawai FTP Unud yang telah membantu penulis selama menjalani proses pendidikan. 5. Bapak I Wayan Ada selaku ketua Kelompok Tani Kanti Sembada dan Bapak I Putu Murdika selaku pemilik lahan dan ternak tempat berlangsungnya penelitian 6. Bapak (Maridan), Ibu (Alm. Manisah), Marsih, Rahidan, Wahidah Sarwisah Ibu Wahidah dan Dinda yang telah memberi dorongan material, spiritual dan semangat sehingga skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik. 7. Teman teman TEP 11 dan rekan-rekan lain angkatan 2010, 2011 dan 2012 yang tak mungkin penulis sebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna mengingat keterbatasan kemampuan dan pengetahuan yang penulis miliki. Untuk itu saran viii
dan kritik yang bersifat membangun dari pembaca sangat penulis harapkan. Akhir kata penulis berharap agar skripsi ini dapat bermanfaat bagi yang memerlukan.
Bukit Jimbaran,
ix
Agustus 2016
DAFTAR ISI
Halaman JUDUL .............................................................................................................. ii PENGESAHAN ................................................................................................ iii ABSTRAK ........................................................................................................ iv ABSTRACT ......................................................................................................
v
RINGKASAN ................................................................................................... vi RIWAYAT HIDUP .......................................................................................... vii KATA PENGANTAR ...................................................................................... viii DAFTAR ISI ...................................................................................................... ix DAFTAR TABEL ............................................................................................ xii DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ xiii DAFTAR LAMPIRAN ..................................................................................... xiv I. PENDAHULUAN .........................................................................................
1
1.1. Latar Belakang ......................................................................................
1
1.2. Rumusan Masalah .................................................................................
2
1.3. Tujuan Penelitian ...................................................................................
2
1.4. Manfaat Penelitian .................................................................................
2
II. TINJAUAN PUSTAKA ..............................................................................
3
2.1. Bahan Baku Pembuat Biogas ...............................................................
3
2.2. Biogas ...................................................................................................
3
2.3. Proses Pembuatan Biogas ....................................................................
4
2.3.1. Hal Hal yang Mempengaruhi Pembuatan Biogas ........................
5
2.4. Reakto Biogas ......................................................................................
7
2.4.1. Reaktor Jenis Kubah Tetap (Fixed Dome) ...................................
7
2.4.2. Reaktor Terapung (Floating Drum) .............................................
8
2.4.3. Reaktor Balon ................................................................................
9
2.5. Kajian Teknis Dalam Perancangan Bioreaktor ....................................
10
2.5.1. Mantel reaktor dan Pindah Panas Pada Reaktor...........................
10
2.5.2. Digester Biogas ............................................................................
11
2.5.3. Unit Pencampuran (Bak Pemasukan) ...........................................
12
2.5.4. Saluran Keluaran Residu (Bak Pengeluaran) ...............................
12
x
2.5.5. Katup Pengaman (Control Valve) ................................................. 12 2.5.6. Saluran Biogas ..............................................................................
12
III. METODE PENELITIAN ......................................................................... 13 3.1. Tempat dan Waktu Penelitian .............................................................. 13 3.2. Bahan dan Alat ..................................................................................... 13 3.3. Tahap Penelitian ................................................................................... 13 3.4. Penentuan Tata Letak ........................................................................... 14 3.5. Rancangan Bioreaktor ........................................................................... 15 3.5.1 Bak pemasukan .............................................................................. 17 3.5.2 Tanki Pencernaan (Digester) .......................................................... 18 3.5.3 Mantel Bioreaktor .......................................................................... 18 3.5.4 Bak Pengeluaran............................................................................. 20 3.6. Pembuatan Reaktor biogas ...................................................................
21
3.7. Uji Fungsi .............................................................................................
22
3.8. Uji Kinerja ...........................................................................................
22
3.8.1 Suhu Media Fermentasi ...............................................................
22
3.8.2 Drajat Keasaman (pH) Sludge .....................................................
22
3.8.3 Volume Biogas .............................................................................
22
3.8.4 Tekanan Biogas ............................................................................
23
3.8.5 Produksi Biogas ...........................................................................
23
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................................. 24 4.1. Konstruksi Bioreaktor ........................................................................... 24 4.1.1. Dimensi Bioreaktor ....................................................................... 24 4.1.2 Bak pemasukan ............................................................................. 24 4.1.3 Tanki Pencernaan ........................................................................... 24 4.1.4 Mantel Bioreaktor .......................................................................... 25 4.1.5 Bak Pengeluaran............................................................................. 25 4.1.6 Sistem Kontrol Produksi Gas ......................................................... 26 4.2 Evaluasi Teknik ..................................................................................... 26 4.3 Hasil Kinerja Alat .................................................................................. 27 4.3.1 Suhu Biomassa ............................................................................... 27 4.3.2 Drajat Keasamaan Biomassa .......................................................... 27
xi
4.3.3 Volume Biogas Komulatif ............................................................. 28 4.3.4 Tekanan Biogas .............................................................................. 28 4.3.5 Produksi Biogas Harian ................................................................. 29 V. KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................... 31 5.1. Kesimpulan ........................................................................................... 31 5.2. Saran .................................................................................................... 31 DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 32 LAMPIRAN ...................................................................................................... 34
xii
DAFTAR TABEL
No. 1. 2.
Judul
Halaman
Penyusun Biogas .......................................................................................... 4 Dimensi Masing Masing Unit Bioreaktor ................................................... 15
xiii
DAFTAR GAMBAR
No.
Judul
Halaman
1.
Tahap Pembentukan Biogas .........................................................................
5
2.
Reaktor Biogas Type Fixed Dome ...............................................................
8
3.
Reaktor Biogas Type Drum Terapung (Floating Drum) .............................
9
4.
Reaktor Biogas Type Balon ........................................................................ 10
5.
Diagram Alir Penelitian ............................................................................... 14
6.
Denah Bioreaktor ......................................................................................... 14
7
Bak Pemasukan ............................................................................................ 17
8.
Tanki Pencernaan Type Fixed Dome ........................................................... 18
9.
Mantel Bioreaktor ........................................................................................ 19
10. Bak Pengeluaran .......................................................................................... 21 11. Grafik Hubungan Suhu Dengan Waktu Fermentasi..................................... 27 12. Hubungan Volume Biogas Dengan Waktu Fermentasi ............................... 28 13. Grafik Hubungan Tekanan dan Lama Fermentasi ....................................... 29 14. Grafik Hubungan Produksi Biogas Dengan Waktu Fermentasi ................. 30
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
No. 1. 2. 3. 3. 4.
Judul
Halaman
Gambar Teknik Rancangan Biogas .............................................................. Gambar Tiga Dimensi Reaktor Biogas ........................................................ Denah Tata Letak Biodigester ..................................................................... Contoh Perhitungan Produksi Biogas ......................................................... Foto Kegiatan penelitian ..............................................................................
xv
34 35 36 37 38
