TEKNOLOGI BIOGAS PEMBUATAN, OPERASIONAL, DAN PEMANFAATAN

TEKNOLOGI BIOGAS PEMBUATAN, OPERASIONAL, DAN PEMANFAATAN

TEKNOLOGI BIOGAS PEMBUATAN, OPERASIONAL, DAN PEMANFAATAN

Suyitno Agus Sujono Dharmanto

TEKNOLOGI BIOGAS Pembuatan, Operasional, dan Pemanfaatan Oleh

: Suyitno Agus Sujono Dharmanto

Edisi Pertama Cetakan Pertama, 2010 Hak Cipta  2010 pada penulis, Hak Cipta dilindungi undang-undang. Dilarang memperbanyak atau memindahkan sebagian atau seluruh isi buku ini dalam bentuk apa pun, secara elektronis maupun mekanis, termasuk memfotokopi, merekam, atau dengan teknik perekaman lainnya, tanpa izin tertulis dari penerbit.

Ruko Jambusari No. 7A Yogyakarta 55283 Telp. : 0274-889836; 0274-889398 Fax. : 0274-889057 E-mail : [email protected]

Suyitno; Sujono, Agus; Dharmanto TEKNOLOGI BIOGAS/Suyitno; Agus Sujono; Dharmanto - Edisi Pertama – Yogyakarta; Graha Ilmu, 2010 viii + 110 hlm, 1 Jil. : 23 cm. ISBN:

978-979-756-

1. Teknik

I. Judul

Kata Pengantar

B

iogas merupakan bahan bakar gas yang sangat menarik untuk dikembangkan karena dapat diperbaharui dan dapat dibuat sendiri dengan teknologi yang tidak terlalu rumit. Selain diperoleh bahan bakar biogas, hasil samping biodigester juga dapat dimanfaatkan sebagai pupuk. Dari aspek ekonomi, besar kecilnya biaya teknologi biogas sangat tergantung pada bahan baku dan bahan pembuatan biodigester. Secara umum teknologi biogas akan sangat ekonomis jika bahan baku berupa bahan organik dapat diperoleh secara murah dan biodigester dibuat dengan memanfaatkan material lokal. Oleh karena itu, beberapa pengetahuan dasar dan praktis yang disajikan dalam buku ini perlu dipelajari sebelum membuat, mengoperasikan, dan memanfaatkan biogas supaya diperoleh hasil yang baik. Buku Teknologi Biogas: Pembuatan, Operasional, dan Pemanfaatan ini disusun atas dasar pengalaman penelitian laboratorium dan lapangan, sehingga terdapat keseimbangan antara aspek teknis dan teoritis. Buku ini secara khusus ditujukan pada para pegiat teknologi biogas, dosen, mahasiswa S1, mahasiswa pasca sarjana, peneliti bidang energi, peneliti bidang pertanian dan peternakan, dan masyarakat pengguna biogas.

Buku ini dikemas secara padat dan difokuskan pada teknologi energi biogas. Buku ini disusun menjadi enam bab, yaitu sumber energi biogas, biodigester, teknik pencucian biogas, dasar-dasar pembakaran, biogas untuk rumah tangga, dan pembangkit listrik tenaga biogas. Beberapa contoh dan soal diberikan pula dalam buku ini supaya memudahkan pembaca untuk memahaminya. Penulis mengucapkan terima kasih yang tulus kepada seluruh civitas akademika Universitas Sebelas Maret-UNS Surakarta. Terima kasih penulis tujukan kepada Balitbang Jateng, DP2M DIKTI, dan Pesantren Wirausaha Abdul Rahman bin Auf Klaten atas kesempatan dan dukungan pendanaan selama penelitian teknologi biogas ini. Selanjutnya kritik dan saran sangat penulis harapkan demi sempurnanya buku ini. Silakan kontak email penulis di suyitno@ gmail.com. Semoga apa yang tersaji dalam buku ini dapat memberikan manfaat yang nyata bagi perkembangan teknologi energi di Indonesia. Amiin. Surakarta, Oktober 2009 Penulis

vi

Teknologi Biogas: Pembuatan, Operasional dan Pemanfaatan

Daftar Isi

KATA PENGANTAR DAFTAR ISI

v vii

Bab 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 2.1

Sumber Energi Biogas Pendahuluan Bahan Penghasil Biogas Bahan Baku Pembuatan Biogas Komposisi Biogas Teknik Pemanfaatan Biogas Pendahuluan

1 1 3 4 8 10 13

bab 2 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6

Biodigester Jenis-Jenis Biodigester Komponen Utama Biodigester Kondisi Biodigester yang Baik Proses Biologis Terbentuknya Biogas Perancangan Biodigester

13 14 18 21 24 26

bab 3 3.1 3.2 3.3

Teknik Pencucian Biogas Pencucian Biogas dari Unsur H2O Pencucian Biogas dari Unsur H2S Pencucian Biogas terhadap H2S dengan Iron chelated solution (Kwartiningsih, 2006)

33 34 35 38

bab 4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5

Dasar-dasar Pembakaran Entalpi Pembentukan, Entalpi Pembakaran, Panas Reaksi Nilai Kalor (Heating Value, HV) Pembakaran Stoikiometri Perbandingan Udara Bahan Bakar Analisis Teoritis Pembakaran Biogas

43 43 48 49 50 52

bab 5 5.1 5.2 5.3

Biogas untuk Rumah Tangga Aplikasi Biogas di Sektor Rumah Tangga Merancang Reaktor Biogas untuk Kompor Rumah Tangga Analisis Unjuk Kerja Kompor

55 55

bab 6 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6

Pembangkit Listrik Tenaga Biogas Dasar-Dasar Motor Bakar Unjuk Kerja Motor Bakar Modifikasi Motor Bakar Berbahan Bakar Bensin Menjadi Berbahan Bakar Biogas Modifikasi pada Genset Prinsip Kerja Generator Analisa Unjuk Kerja Genset Berbahan Bakar Biogas

Daftar Pustaka DAFTAR INDEKS TENTANG PENULIS

56 59 63 63 64 66 70 77 78 89 103 107

-oo0oo-

Bab 1 Sumber Energi Biogas

1.1 Pendahuluan

B

iogas adalah gas yang dihasilkan oleh bakteri apabila bahan organik mengalami proses fermentasi dalam reaktor (biodigester) dalam kondisi anaerob (tanpa udara). Reaktor yang dipergunakan untuk menghasilkan biogas umumnya disebut digester atau biodigester, karena di tempat inilah bakteri tumbuh dengan mencerna bahan-bahan organik. Untuk menghasilkan biogas dalam jumlah dan kualitas tertentu, maka digester perlu diatur suhu, kelembaban, dan tingkat keasaman supaya bakteri dapat berkembang dengan baik. Biogas sendiri merupakan gabungan dari gas metana (CH4), gas CO2 dan gas lainnya. Di Indonesia, pemanfaatan biogas masih terbatas pada bahan bakar kompor untuk memasak. Pemanfaatan biogas untuk kebutuhan rumah tangga ini, beberapa penduduk di Indonesia sudah mampu membuat reaktor biogas sendiri dengan skala kecil. Reaktor biogas (biodigester) untuk skala kecil umumnya dibuat dari plastik maupun dari drum. Bahan baku biogas diperoleh dari kotoran sapi dengan jumlah sapi bervariasi dari 3-5 ekor untuk skala kecil. Ketertarikan akan sumber energi biogas akhir-akhir ini meningkat. Hal ini didasarkan pada fakta bahwa cadangan sumber energi fosil semakin berkurang. Salah satu buktinya adalah adanya kebijakan

pemerintah dalam konversi minyak tanah ke gas (LPG). Dengan fakta ini sebenarnya beberapa anggota masyarakat yang mempunyai potensi mengolah bahan organik menjadi biogas dapat berperan serta lebih aktif. Manfaatnya adalah masyarakat dapat memperoleh energi yang relatif lebih murah dan lingkungannya juga lebih bersih. Memang, karena biogas dihasilkan dari kotoran sehingga beberapa masyarakat masih canggung untuk menggunakan biogas khusunya untuk memasak. Biogas sangat potensial sebagai sumber energi terbarukan karena kandungan methane (CH4) yang tinggi dan nilai kalornya yang cukup tinggi. CH4 sendiri mempunyai nilai kalor 50 MJ/kg. Methane (CH4) yang memiliki satu karbon dalam setiap rantainya, dapat menghasilkan pembakaran yang lebih ramah lingkungan dibandingkan bahan bakar berantai karbon panjang. Hal ini disebabkan karena jumlah CO2 yang dihasilkan selama pembakaran bahan bakar berantai karbon pendek adalah lebih sedikit.

Gambar 1.1 Api biogas yang biru

Gambar 1.1. Api biogas yang biru Sebagaimana bentuk bahan bakar yang lain, selain dimanfaatkan untuk memasak (lihat Gambar 1.1), biogas dapat dimanfaatkan juga sebagai bahan bakar untuk penerangan, untuk proses pengeringan, untuk penghasil panas, untuk pembangkit listrik, atau bahkan untuk kendaraan bermotor. Pada saat biogas dimanfaatkan untuk pembangkit listrik dan kendaraan bermotor, maka biogas perlu diolah (treatment).


Pengolahan yang dilakukan misalnya dalam bentuk pencucian terhadap kandungan H2S, pengeringan biogas dari uap air, pengurangan kadar CO2, atau bahkan kompresi biogas. Beberapa teknik pemanfaatan biogas baik untuk energi panas atau untuk pembangkit listrik dan teknik lain yang terkait akan dibahas dalam buku ini.

1.2 Bahan Penghasil Biogas Biogas dapat diproduksi dari bahan organik dengan bantuan bakteri untuk proses fermentasi anaerobnya. Pada umumnya hampir semua jenis bahan organik dapat diolah menjadi biogas. Untuk biogas sederhana, bahan organik yang paling banyak digunakan di Indonesia adalah dari kotoran dan urine hewan. Beberapa bahan lain yang digunakan adalah dari kotoran manusia, sampah bio (organik), dan sisa proses pembuatan tahu. Jenis-jenis bahan organik yang diproses termasuk beberapa contoh di atas sangat mempengaruhi kualitas biogas yang dihasilkan. Pemilihan bahan biogas dapat ditentukan dari perbandingan kadar C (karbon) dan N (nitrogen) dalam bahan tersebut. Bahan organik yang umumnya mampu menghasilkan kualitas biogas yang tinggi mempunyai rasio C/N sekitar 20-30 (Sasse, 1988) atau 20-25 (Dennis A., 2001). Perbandingan C dan N dalam bahan biogas merupakan faktor penting untuk berkembangnya bakteri yang akan menguraikan bahan organik tersebut. Pada perbandingan C/N kurang dari 8, dapat menghalagi aktivitas bakteri akibat kadar amonia yang berlebihan (Uli Werner, 1989). Pada perbandingan C/N lebih dari 43 mengakibatkan kerja bakteri juga terhambat (Dennis A., 2001). Walaupun demikian, parameter ini bukan jaminan satu-satunya untuk kualitas biogas yang tinggi karena masih terdapat beberapa parameter lain yang harus diperhatikan khususnya pada reaktor biogas (biodigester). Untuk mendapatkan produksi biogas yang tinggi, maka penambahan bahan yang mengandung karbon (C) seperti jerami, atau N (misalnya: urea) perlu dilakukan untuk mencapai rasio C/N = 20 Sumber Energi Biogas

– 30. Tabel 1.1 adalah harga rasio C/N pada beberapa jenis kotoran hewan. Tabel 1.1 Rasio C/N untuk beberapa bahan organik (Uli Werner, 1989) Jenis Kotoran Urine Kotoran sapi Kotoran babi Kotoran ayam Kotoran kambing Kotoran manusia Jerami padi-padian Jerami jagung Rumput hijau Sisa sayuran

Rasio C/N 0,8 10-20 9-13 5-8 30 8 80-140 30-65 12 35

Tidak semua bahan organik terurai menjadi gas dalam digester anaerob. Bakteri anaerob tidak menguraikan lignin dan beberapa jenis hidrokarbon. Digester yang berisi kotoran yang mengandung nitrogen tinggi dan belerang yang rendah dapat menghasilkan racun berupa amonia dan H2S. Kotoran yang tidak bercampur dengan air akan terurai dengan lambat. Perlu ditekankan disini bahwa proses fermentasi dalam biodigester sendiri berlangsung secara alami. Mikroba (bakteri) yang berfungsi untuk menguraikan bahan organik juga dapat terbentuk secara alami asalkan kondisi biodigester terpenuhi untuk tumbuhnya bakteri tersebut. Ciri fisik yang terlihat dari terjadinya proses fermentasi alami adalah terbentuknya gelembung pada permukaan air.

1.3 Bahan Baku Pembuatan Biogas Bahan baku yang dapat dibuat biogas adalah bahan organik. Beberapa daftar bahan organik yang dapat dibuat biogas adalah biomasa, kotoran manusia, kotoran hewan, urin, sampah kota yang


berbentuk organik, dan sampah produk pertanian. Di Indonesia, jenis kotoran yang umum digunakan untuk menghasilkan biogas adalah kotoran sapi. Tabel 1.2 menunjukkan spesifikasi kotoran sapi yang dihasilkan dari sapi dengan bobot waktu hidup 635 kg untuk setiap harinya. Besarnya padatan total (TS) umumnya dapat juga diperkirakan sekitar 10-15% dari massa kotoran awal. Sedangkan besarnya padatan volatil dapat diperkirakan sebesar 8-10% dari massa kotoran awal. Tabel 1.2 Spesifikasi kotoran sapi dengan bobot total 635 kg Spesifikasi Kotoran Kotoran Padatan total (total solid, TS) Padatan Volatil (volatile solid, VS)

Sapi dengan bobot 635 kg 50,8 kg 51,1 liter 6,35 kg 5,4 kg

Sebagai acuan, untuk setiap ekor sapi umumnya mampu menghasilkan kotoran sebanyak 5-40 kg per hari. Secara nyata, tidak dapat dipastikan berapa kotoran yang dihasilkan oleh hewan untuk setiap harinya karena tergantung pada banyak hal, seperti kondisi hewan, pola makan dari hewan, jenis makanan, jenis kandang, jenis lantai, dan lainnya. Untuk tujuan perancangan digester yang lebih baik, maka jumlah kotoran dari hewan dapat diukur atau ditimbang secara berkala. Langkah ini walaupun tidak umum, tetapi mampu memberikan data yang lebih baik sehingga rancangan dari digester dan produksi biogasnya nanti tidak berlebihan atau sebaliknya supaya tidak kekurangan bahan baku. Beberapa peneliti mengusulkan metode lain untuk menentukan jumlah kotoran yang dihasilkan dari makhluk hidup. Metode yang diusulkan adalah dengan membuat prosentasi dari bobot makhluk hidup tersebut.

Sumber Energi Biogas

•

• •

• •

Untuk sapi dengan bobot hidup 135-800 kg dan kerbau dengan bobot 340-420 kg dapat menghasilkan kotoran 5% dan urine 45% dari bobot tersebut. Untuk babi dengan bobot 30-75 kg dapat menghasilkan kotoran sebanyak 2% dan urin 3% dari bobot tersebut. Untuk domba/kambing dengan bobot 30-100 kg dapat menghasilkan kotoran sebanyak 3% dan urin 1-1,5% dari bobot tersebut. Untuk ayam dengan bobot 1,5-2 kg dapat menghasilkan kotoran sebanyak 4,5% dari bobotnya. Untuk manusia dengan bobot 50-80 kg dapat menghasilkan kotoran sebanyak 1% dan urin sebanyak 2% dari bobotnya. Tabel 1.3. Komponen padatan volatil (VS) (Uli Werner, 1989). Komponen Selulosa Hemiselulosa Lignin Kanji Protein Eter Amonia Asam Total

% TS 31,0 12,0 12,2 12,5 12,5 2,6 0,5 0,1 83,4

Dari jumlah kotoran yang dihasilkan, yang berperan dalam menghasilkan biogas adalah komponen padatan total (TS). Di dalam padatan total (TS) terdapat padatan volatil (VS). Komponen dari padatan volatil (VS) secara umum terdiri dari selulosa, hemiselulosa, lignin, kanji, protein, eter, amonia dan asam. Komponen terbesar dari VS adalah selulosa sebagaimana dapat dilihat pada Tabel 1.3. Besarnya VS adalah sekitar 83,4% TS. Dengan mengingat bahwa TS dari kotoran hewan tidak jauh dari 10%, maka dalam biodigester perlu ditambahkan beberapa sisa makanan hewan selain mengandung C/N


tinggi juga mempunyai potensi produksi biogas yang tinggi karena mengandung TS yang tinggi (lihat TaBEL 1.4). Tabel 1.4. TS beberapa material organik lain selain kotoran hewan (Uli Werner, 1989). Material Jerami padi Jerami gandum Jerami jagung Rumput segar Bagase Sisa sayuran

TS (%) 89 82 80 24 65 12

VS (% TS) 93 94 91 89 78 86

Penting diperhatikan bahwa konsentrasi TS hendaknya dijaga tidak lebih dari 15% karena akan menghambat metabolisme. Pada saat memasukkan material organik ke dalam biodigester wajib ditambahkan sejumlah air. Fungsi air disini selain untuk mempertahankan TS < 15%, juga untuk mempermudah proses pencampuran dan proses mengalirnya material organik ke dalam biodigester. Fungsi lainnya adalah untuk mempermudah aliran gas yang terbentuk di bagian bawah dapat mengalir ke bagian atas biodigester. Tabel 1.5. Kadar selulosa, hemiselulosa dan lignin dalam biomasa (Suyitno, 2007) Material Kayu Tongkol jagung Jerami padi Bagase Dedaunan Jerami gandum Rumput


Selulosa (%) 40-50 45 32,1 33,4 15-20 30 45

Hemiselulosa (%) 15-25 35 24 30 80-85 50 31,4

Lignin (%) 15-30 15 18 18,9 0 15 12

Selulosa dan hemiselulosa dapat diuraikan oleh bakteri dalam biodigester sedangkan lignin tidak dapat diuraikan. Biomasa termasuk bahan organik yang mengandung lignin dalam jumlah yang besar sebagaimana dapat dilihat pada Tabel 1.5. Sehingga jika beberapa material organik yang mengandung lignin dalam jumlah tinggi misalnya biomasa, maka dari material organik jenis ini, biogas yang dihasilkan jumlahnya rendah.

1.4 Komposisi Biogas Komposisi dan produktivitas sistem biogas dipengaruhi oleh parameter-parameter seperti temperatur digester, ph (tingkat keasaman), tekanan, dan kelembaban udara. Komponen biogas yang paling penting adalah metana (CH4). Tabel 1.6 adalah gambaran komposisi biogas dari Horikawa tahun 2004 dimana biogas tersusun dari 81,1% CH4. Tabel 1.6 Komposisi biogas (Horikawa, 2004) Gas

Digester Sludge Sistem Anaerob (% volume)

CH4 CO2 H 2S N2 + O 2

81,1 % 14,0 % 2,2 % 2,7 %

Namun demikian, pendapat mengenai komposisi biogas di bawah ini lebih banyak dijadikan acuan oleh beberapa peneliti. Biogas umumnya terdiri dari: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Methane, CH4 = 55-75%. Carbon dioxide, CO2 = 25-45%. Carbon monoxide, CO = 0-0,3%. Nitrogen, N2 = 1-5%. Hydrogen, H2 = 0-3%. Hydrogen sulfide, H2S = 0,1-0,5%. Oxygen, O2 = sisanya Teknologi Biogas: Pembuatan, Operasional dan Pemanfaatan

Biogas berbeda dengan gas alam dan gas kota. Beberapa perbedaan sifat dari biogas, gas kota, dan gas alam dapat dilihat pada Tabel 1.7 Biogas mempunyai nilai kalor sedang dan besarnya sangat tergantung dari kandungan CH4 dalam biogas. Massa jenis biogas sedikit lebih tinggi dari massa jenis udara. Jika dibakar, biogas mempunyai kecepatan maksimum yang rendah, yaitu sekitar 0,25 m/s. Tabel 1.7. Perbandingan sifat biogas, gas alam, dan gas kota (Wellinger, 2001) Parameter Nilai kalor bawah (MJ/m3) Massa jenis (kg/m3) Indeks Wobbe bawah (MJ/m3) Kecepatan penyalaan maksiumum (m/s) Kebutuhan udara teoritis (m3 udara/m3 gas) Konsentrasi maksimum CO2 dalam cerobong (vol%) Titik embun (oC)

Biogas (60% CH4) 21,48 1,21 19,5 0,25 5,71

Gas Alam 36,14 0,82 39,9 0,39 9,53

Gas Kota 16,1 0,51 22,5 0,70 3,83

17,8

11,9

13,1

60-160

59

60

Kandungan methane yang cukup tinggi dalam biogas dapat menggantikan peran LPG dan petrol (bensin). Tetapi dalam biogas terdapat kandungan lain selain methane yang perlu adanya proses pemurnian. Gas tersebut adalah gas H2S yang dianggap sebagai pengotor dan bila ikut terbakar dan terbebas dengan udara dapat teroksidasi menjadi SO2 dan SO3 yang bersifat korosif dan bila teroksidasi lebih lanjut oleh H2O dapat memicu hujan asam. Selain H2S terdapat juga uap air dan CO2 yang tidak bermanfaat pada saat pembakaran. Biogas yang mengandung sejumlah H2O dapat berkurang nilai kalornya. Gas H2O sebagaimana gas H2S juga perlu dibersihkan dari biogas. Prosedur pencucian dan pemurnian biogas dapat dilihat pada bab III.


1.5 Teknik Pemanfaatan Biogas Biogas dapat diantaranya adalah:

dimanfaatkan

untuk

berbagai

keperluan,

1. Sumber bahan bakar gas digunakan untuk kompor rumah tangga, penerangan, pemanas air, dan lainnya. 2. Sumber bahan bakar gas untuk menghasilkan panas yang dapat digunakan untuk berbagai keperluan misalnya pemanas air, pemanas udara, pengering, dan lainnya. 3. Sumber bahan bakar gas untuk menggerakkan motor bakar, turbin, dan lainnya yang kemudian torsi yang diperoleh dapat digunakan untuk menggerakkan pompa atau mesin-mesin yang lain. 4. Torsi dari motor bakar dan turbin berbahan bakar biogas selanjutnya dapat dipergunakan untuk menggerakkan generator dan diperoleh listrik. Secara teoritis dapat dibuat suatu prediksi umum bahwa (Uli Werner, 1989):

• •

• • •

10

Untuk keperluan memasak, 1 orang rata-rata per hari membutuhkan biogas sebanyak 0,1 – 0,3 m3. Untuk penerangan (lampu petromaks), rata-rata membutuhkan biogas sebanyak 0,1 – 0,15 m3 per jam. Pendapat lain mengatakan bahwa 1 m3 dapat digunakan untuk penerangan yang sebanding dengan lampu 60-100 W selama 6 jam . Untuk pengganti bahan bakar bensin sebanyak 0,7 kg dibutuhkan biogas sebanyak 1 m3. Untuk menggerakkan motor 1 hp selama 2 jam dibutuhkan biogas sebanyak 1 m3. Untuk pembangkit listrik dengan motor bakar dibutuhkan biogas sebanyak 0,6 m3 per kWh.


Soal Bab I: 1.1. Jelaskan pengertian biogas dan pengertian digester. 1.2. Jelaskan jenis-jenis bakteri yang berkembang dalam biodigester. 1.3. Jelaskan mengapa lignin tidak dapat diuraikan oleh bakteri dalam biodigester. 1.4. Jelaskan pengertian TS dan VS. 1.5. Sebutkan manfaat energi yang dapat diperoleh dari 1 m3 biogas. -oo0oo-


11

Bab 2 Biodigester

2.1 Pendahuluan

B

iodigester merupakan komponen utama dalam produksi biogas. Biodigester merupakan tempat dimana material organik diurai oleh bakteri secara anaerob (tanpa udara) menjadi gas CH4 dan CO2. Biodigester harus dirancang sedemikian rupa sehingga proses fermentasi anaerob dapat berjalan baik. Pada umumnya, biogas dapat terbentuk pada 4–5 hari setelah digester diisi. Produksi biogas yang banyak umumnya terjadi pada 20–25 hari dan kemudian produksinya turun jika biodigester tidak diisi kembali. Selama proses penguraian secara anaerob, komponen nitrogen berubah menjadi amonia, komponen belerang berubah menjadi H2S, dan komponen fosfor berubah menjadi orthophosphates. Beberapa komponen lain seperti kalsium, magnesium, atau sodium berubah menjadi jenis garam (Dennis A., 2001). Lebih lengkapnya, daftar berikut adalah beberapa tujuan pembuatan biodigester. 1. Mengurangi jumlah padatan. Karena padatan terurai menjadi gas dan tidak semua padatan dapat terurai, maka tujuan dari proses digestion adalah mengurangi jumlah padatan.

2. Membangkitkan energi. Sebagaimana diketahui, target utama dari proses digestion adalah menghasilkan gas CH4 yang mengandung energi 50 MJ/kg. Semakin besar kandungan CH4 dalam biogas, semakin besar kandungan energi dalam biogas. 3. Mengurangi bau dari kotoran. Biogas dapat ditujukan untuk mengurangi bau dan bukan menghilangkan bau dari kotoran. Setidaknya dengan pembuatan digester bau yang dihasilkan selama proses digestion dapat diarahkan supaya tidak mengganggu kenyamanan hidup manusia. 4. Menghasilkan air buangan yang bersih. Sebagian air setelah proses digestion harus dikeluarkan. Bersihnya air buangan ini menjadi sangat penting jika akan digunakan untuk irigasi. Sebagian air buangan juga dapat dikembalikan lagi ke dalam digester. 5. Menghasilkan padatan yang mengandung bahan gizi untuk pupuk. Padatan yang tidak terurai menjadi gas dapat dimanfaatkan sebagai pupuk asalkan masih mengandung bahan gizi yang baik. Padatan yang dihasilkan juga harus dijaga dari zat-zat berbahaya.

2.2. Jenis-Jenis Biodigester Terdapat beberapa jenis biodigester yang dapat dilihat berdasarkan konstruksi, jenis aliran, dan posisinya terhadap permukaan tanah. Jenis digester yang dipilih dapat didasarkan pada tujuan pembuatan digester tersebut. Hal yang penting adalah apapun jenis digester yang dipilih nantinya, tujuan utama pembuatan digester adalah mengurangi jumlah kotoran dan menghasilkan biogas yang mempunyai kandungan CH4 tinggi. Umumnya, kotoran merupakan campuran fasa padat dan cair dengan perbandingan tertentu. Energi dihasilkan dari padatan kotoran tersebut. Pada saat menginginkan hasil biogas yang kontinu, maka bahan baku harus mampu mengalir kontinu tanpa bantuan pompa dan biodigester harus didesain supaya tidak terjadi penyumbatan. Padatan yang dihasilkan setelah proses digestion juga harus dapat dipisahkan

14


secara alami tanpa bantuan peralatan dari luar. Padatan yang dihasilkan kemudian dapat dengan mudah dikeluarkan dari digester. Dari segi konstruksi, digester dibedakan menjadi: a) Fixed dome (kubah tetap). Digester jenis ini mempunyai volume tetap. Seiring dengan dihasilkannya biogas, terjadi peningkatan tekanan dalam reaktor (biodigester). Karena itu, dalam konstruksi biodigester jenis kubah tetap, gas yang terbentuk akan segera dialirkan ke pengumpul gas di luar reaktor. Indikator produksi gas dapat dilakukan dengan memasang indikator tekanan. Skema Gambar 1.1. Api biogas yang biru digester jenis kubah tetap dapat dilihat pada Gambar 2.1. Tabel 2.1 merupakan kelebihan dan kekurangan digester jenis kubah tetap.

Gambar 2.1. Digester jenis kubah tetap (fixed dome) (Sasse, 1988). Gambar 2.1 Digester jenis kubah tetap (fixed dome) (Sasse, 1988).

Tabel 2.1 Kelebihan dan kekurangan digester

Biodigester

15

jenis kubah tetap. Kelebihan

Kekurangan

1. Sederhana dan dapat dikerjakan 1. Bagian dalam reaktor tidak dengan mudah. terlihat (khususnya yang dibuat di dalam tanah) sehingga jika 2. Biaya konstruksinya rendah. terjadi kebocoran tidak segera 3. Tidak terdapat bagian yang terdeteksi. bergerak. 2. Tekanan gas berfluktuasi dan 4. Dapat dipilih dari material yang bahkan fluktuasinya sangat tahan karat. tinggi. 5. Umurnya panjang. 3. Temperatur digester rendah. 6. Dapat dibuat di dalam tanah sehingga menghemat tempat.

b) Floating dome (kubah apung). Pada digester tipe ini terdapat bagian reaktor yang dapat bergerak seiring dengan kenaikan tekanan reaktor. Pergerakan bagian kubah dapat dijadikan indikasi bahwa produksi biogas sudah dimulai atau sudah terjadi. Bagian yang bergerak tadi juga berfungsi sebagai pengumpul biogas. Dengan model ini, kelemahan tekanan gas yang berfluktuasi pada reaktor biodigester jenis kubah tetap dapat diatasi sehingga tekanan biogas dapat dijaga konstan. Kelemahannya adalah membutuhkan ketrampilan khusus untuk membuat tampungan gas yang dapat bergerak. Kelemahan lainnya dari biodigester jenis ini adalah material dari tampungan biogas yang dapat bergerak juga harus dipilih dari material yang tahan korosi dan otomatis harganya lebih mahal. Gambar 2.2 Digester jenis kubah apung (floating dome)

16


Pipa aliran biogas Bahan baku masuk

Biogas digunakan Tampungan biogas yang bisa bergerak Padatan keluar

Pengarah center

Buih

Gambar 2.2. Digester jenis kubah apung (floating dome) (Sasse, 1988). (Sasse, 1988).

Dari segi aliran bahan baku untuk reaktor biogas, biodigester Tahap Hidrolisis Tahap Pengasaman Tahap Pembentukan dibedakan menjadi: Metana Bakteri Fermentasi

Bakteri Asetogenik

Bakteri Metanogenesis

1. Bak (batch). Pada biodigester jenis bak, bahan baku ditempatkan di Asam Asetat, 2, dalam suatu wadah (bak)Hdari sejak awal hingga selesainya proses dan CO2 Bahan digestion. Biodigester jenis ini umumnya digunakan pada tahap Biogas: organik, eksperimen as Metana organik karbohidrat, untuk mengetahui potensi gas dari Glimbah lemak, dan Asam Propionik atau digunanakan pada kapasitas biogas yang kecil.Gas CO2 protein Asam Butirik Asam Asetat jenis mengalir, aliran 2. Mengalir (continuous). Untuk biodigester Alkohol Senyawa laindan residu dikeluarkan pada selang waktu bahan baku dimasukkan tertentu. Lamanya bahan baku berada dalam reaktor digester disebut waktu Gambar retensi (retention time/RT). 2.3. Diagram proses biologis terbentuknya biogas Dilihat dari segi tata letak penempatan, biodigester dibedakan menjadi: 1. Seluruh biodigester di atas permukaan tanah. Biasanya biodigester jenis ini dibuat dari tong-tong bekas minyak tanah atau aspal. Kelemahan tipe ini adalah volume yang kecil, sehingga biogas Biodigester

17

yang dihasilkan hanya mampu digunakan untuk kebutuhan sebuah rumah tangga (keluarga). Kelemahan lain adalah kemampuan material yang rendah untuk menahan korosi sehingga tidak tahan lama. Untuk pembuatan skala besar, biodigester jenis ini jelas memerlukan luas lahan yang besar juga. 2. Sebagian tangki biodigester diletakkan di bawah permukaan tanah. Biasanya biodigester ini terbuat dari campuran semen, pasir, kerikil, dan kapur yang dibentuk seperti sumur dan ditutup dari plat baja atau konstruksi semen. Volume tangki dapat dibuat untuk skala besar ataupun skala kecil sehingga dapat disesuaikan dengan kebutuhan. Kelemahan pada sistem ini adalah jika ditempatkan pada daerah yang memiliki suhu rendah (dingin), suhu dingin yang diterima oleh plat baja merambat ke dalam bahan baku biogas, sehingga menghambat proses bekerjanya bakteri. Ingat kembali bahwa bakteri akan bekerja secara optimum pada temperatur tertentu saja. 3. Seluruh tangki biodigester di letakkan di bawah permukaan tanah. Model ini merupakan model yang paling popular di Indonesia, dimana seluruh instalasi biodigester dibuat di dalam tanah dengan konstruksi yang permanen. Selain dapat menghemat tempat atau lahan, pembuatan biodigester di dalam tanah juga berguna untuk mempertahankan temperatur biodigester stabil dan mendukung pertumbuhan bakteri methanogen. Kekurangannya adalah jika terjadi kebocoran gas dapat menyulitkan untuk memperbaikinya.

2.3 Komponen Utama Biodigester Komponen-komponen biodigester cukup banyak dan sangat bervariasi. Komponen yang digunakan untuk membuat biodigester tergantung pada jenis biodigester yang digunakan dan tujuan pembangunan biodigester. Tetapi, secara umum biodigester terdiri dari empat komponen utama sebagai berikut: 1. Saluran masuk slurry (kotoran segar). Saluran ini digunakan untuk

18


memasukkan slurry (campuran kotoran ternak dan air) ke dalam reaktor utama. Tujuan pencampuran adalah untuk memaksimalkan produksi biogas, memudahkan mengalirnya bahan baku, dan menghindari terbentuknya endapan pada saluran masuk. 2. Ruang digestion (ruang fermentasi). Ruangan digestion berfungsi sebagai tempat terjadinya proses digestion dan dibuat kedap terhadap udara. Ruangan ini dapat juga dilengkapi dengan penampung biogas. 3. Saluran keluar residu (sludge). Fungsi saluran ini adalah untuk mengeluarkan kotoran (sludge) yang telah mengalami proses digestion oleh bakteri. Saluran ini bekerja berdasarkan prinsip kesetimbangan tekanan hidrostatik. Residu yang keluar pertama kali merupakan slurry (lumpur) masukan yang pertama setelah waktu retensi. Slurry yang keluar sangat baik untuk pupuk karena mengandung kadar nutrisi yang tinggi. 4. Tangki penyimpan biogas. Tujuan dari tangki penyimpan gas adalah untuk menyimpan biogas yang dihasilkan dari proses digestion. Jenis tangki penyimpan biogas ada dua, yaitu tangki bersatu dengan unit reaktor (fixed dome) dan terpisah dengan reaktor (floating dome). Untuk tangki terpisah, konstruksi dibuat khusus sehingga tidak bocor dan tekanan yang terdapat dalam tangki seragam. Selain empat komponen utama tersebut, pada sebuah biodigester perlu ditambahkan beberapa komponen pendukung untuk menghasilkan biogas yang jumlahnya banyak dan aman. Beberapa komponen pendukung adalah: 1. Katup pengaman tekanan (control valve). Fungsi dari katup pengaman adalah sebagai pengaman biodigester dari lonjakan tekanan biogas yang berlebihan. Bila tekanan biogas dalam tabung penampung biogas lebih tinggi dari tekanan yang diijinkan, maka biogas akan dibuang keluar. Selanjutnya tekanan dalam biodigester turun kembali. Katup pengaman tekanan cukup penting dalam

Biodigester

19

reaktor biogas yang besar dan sistem kontinu, karena umumnya digester dibuat dari material yang tidak tahan pada tekanan yang tinggi supaya biaya pembuatan biodigester tidak mahal. 2. Sistem pengaduk. Pada digester yang besar, sistem pengaduk menjadi sangat penting. Untuk digester kecil misalnya digester untuk 3-5 sapi, sistem pengaduk dapat ditiadakan. Tujuan dari pengadukan adalah untuk mengurangi pengendapan dan menyediakan populasi bakteri yang seragam sehingga tidak terdapat lokasi yang ‘mati’ dimana tidak terjadi proses digestion karena tidak terdapat bakteri. Selain itu dengan pengadukan dapat mempermudah pelepasan gas yang dihasilkan oleh bakteri menuju ke bagian penampung biogas. Pengadukan dapat dilakukan dengan:

•

•

pengadukan mekanis yaitu dengan menggunakan poros yang dibawahnya terdapat semacam baling-baling dan digerakkan dengan motor listrik secara berkala. Mensirkulasi bahan dalam digester dengan menggunakan pompa dan dialirkan kembali melalui bagian atas biodigester.

Pada saat melakukan proses pengadukan hendaknya dilakukan dengan pelan. Sebagaimana diketahui bahwa tumbuhnya bakteri membutuhkan media yang cocok. Media yang cocok sendiri terbentuk dari bahan organik secara alami dan membutuhkan waktu tertentu (ingat kembali retention time) sehingga pengadukan yang terlalu cepat dapat membuat proses digestion justru terhambat. Tidak ada panduan yang pasti seberapa lambat pengadukan dilakukan dan bagaimana frekuensinya karena proses pengadukan sangat tergantung dari bahan baku yang digunakan. Untuk bahan baku yang larut dengan air dan tidak membentuk stratifikasi justru tidak diperlukan adanya pengadukan. 3. Saluran biogas. Tujuan dari saluran gas adalah untuk mengalirkan

20


biogas yang dihasilkan dari biodigester. Bahan untuk saluran gas disarankan terbuat dari polimer untuk menghindari korosi. Ingat, kebocoran biogas dapat sangat berbahaya, karena dapat menimbulkan kebakaran. Untuk pembakaran gas pada tungku, pada ujung saluran pipa dapat disambung dengan pipa yang terbuat dari logam supaya tahan terhadap temperatur pembakaran yang tinggi.

2.4 Kondisi Biodigester yang Baik Tujuan utama dari pembuatan biodigester adalah membuat suatu tempat kedap udara supaya bahan organik dapat terurai secara biologi yaitu dengan bantuan bakteri alami. Hasil dari proses penguraian bahan organik tersebut dapat dihasilkan gas yang mengandung CH4 dengan konsentrasi tinggi. Untuk itu pada saat membuat biodigester, maka perlu diperhitungkan beberapa hal, yaitu: 1. Lingkungan anaerob. Biodigester harus tetap dijaga dalam keadaan anaerob yaitu tidak terjadi kontak langsung dengan oksigen (O2). Udara mengandung O2 sebanyak 21 vol% sehingga jika memasuki biodigester dapat menyebabkan penurunan produksi metana. Penyebabnya adalah bakteri alami untuk proses penguraian bahan organik membutuhkan kondisi kedap udara, sehingga jika terdapat udara yang mengandung O2 menyebabkan bakteri berkembang secara tidak sempurna. 2. Temperatur dalam biodigester. Secara umum terdapat tiga rentang temperatur yang disenangi oleh bakteri, yaitu: a. Bakteri fermentasi psycrophilic yang hidup pada temperatur 8–25oC. Bakteri ini biasanya berkembang pada negara-negara subtropis atau beriklim dingin. Kondisi optimumnya adalah pada temperatur 15-18oC. Waktu penyimpanan (retention time, RT) dalam digester adalah lebih dari 100 hari. b. Bakteri fermentasi mesophilic yang hidup pada temperatur

Biodigester

21

35–37oC. Bakteri ini dapat berkembang pada negara-negara tropis seperti di Indonesia. Untuk itu kondisi biodigester yang dibangun di Indonesia tidak perlu dipanasi. Biodigester yang dibangun di dalam tanah juga mempunyai keuntungan tersendiri, yaitu temperatur dalam biodiegester cenderung konstan sehingga baik untuk pertumbuhan bakteri. Temperatur dimana bakteri ini bekerja secara optimum adalah pada 35-45oC. Waktu penyimpanan (retention time, RT) dalam biodigester adalah lebih dari 30-60 hari. c. Bakteri fermentasi thermophilic yang hidup pada temperatur optimum 53–55oC. Bakteri yang berkembang pada temperatur tinggi umumnya digunakan hanya untuk mengurai material, bukan untuk menghasilkan biogas. Waktu penyimpanan (RT) dalam digester adalah lebih dari 10-16 hari. Temperatur minimum supaya bakteri berkembang selama proses fermentasi anaerob khususnya pada biodigester yang tidak dipanasi adalah 15oC (Uli Werner, 1989). Biodigester yang beroperasi pada temperatur di bawah 15oC hanya diperoleh biogas yang jumlahnya terbatas sehingga sangat tidak ekonomis. Oleh karena itu, pada daerah yang dingin, pada saat membuat biodigester perlu diperhitungkan adanya pemakaian bahan penyekat panas. 1. Derajat keasaman (pH) dalam biodigester. Bakteri alami pengurai bahan organik dapat berkembang dengan baik pada keadaan yang agak asam, yaitu pH antara 6,6 – 7,0. Beberapa peneliti lain menyarankan bahwa untuk produksi biogas yang optimum diperlukan kondisi yang agak basa dengan pH antara 7-8,5. Namun demikian perbedaan tersebut tidak terlalu menjadi masalah karena selama proses fermentasi anaerob, pH dalam biodigester akan berada angka pH sekitar 7. Selain itu, derajat keasaman (pH) dalam biodigester sangat dipengaruhi oleh bahan baku yang berupa bahan organik. Karena pada tahap awal fermentasi dapat terbentuk asam, maka pH akan turun. Beberapa peneliti

22


menyarankan untuk menambahkan larutan kapur (CaOH2) atau kapur (CaCO3) supaya pH kembali naik ke angka sekitar 7,0. Jika pH turun di bawah 6,2, maka bakteri methanogen akan keracunan dan akibatnya produksi biogas turun. 2. Kebutuhan nutrisi. Bakteri fermentasi membutuhkan beberapa bahan nutrisi tertentu dan sedikit logam. Kekurangan salah satu nutrisi atau bahan logam yang dibutuhkan dapat memperkecil proses produksi metana. Nutrisi yang diperlukan antara lain nitrogen, sulfur, fosfor, potasium, kalsium, magnesium dan sejumlah logam seperti besi, mangan, molibdenum, seng, kobalt, selenium, nikel, dan lainnya. Bahan baku berupa bahan organik pada umumnya sudah mengandung zat nutrisi yang disebutkan di atas dalam jumlah yang cukup. Tabel 2.2 memberikan gambaran tentang konsentrasi maksimum beberapa zat yang diijinkan dalam biodigester. Keberadaan beberapa zat yang disebutkan di atas dalam jumlah yang banyak justru dapat menghambat proses pembentukan biogas. Tabel 2.2 Batasan konsentrasi beberapa zat yang diijinkan terdapat dalam biodigester (Werner Kossmann, 1999) Zat Tembaga Kalsium Sodium Magnesium Nikel Seng Chromium Sulfur Cyanide

Konsentrasi (mg/l) 10-250 8000 8000 3000 100-1000 350-1000 200-2000 200 2

3. Kadar padatan (TS). Tiap jenis bakteri memiliki nilai “kapasitas kebutuhan air” tersendiri. Bila kapasitasnya tepat, maka aktifitas bakteri juga akan optimal. Proses pembentukan biogas mencapai

Biodigester

23

titik optimum apabila konsentrasi bahan kering terhadap air adalah 0,26 kg/L. Pada umumnya proses pencampuran antara bahan organik dan air berkisar antara 1:1 sampai 1:2. 4. Pengadukan (lihat di sub bab 2.3) 5. Pengaruh starter. Starter yang mengandung bakteri methanogen diperlukan untuk mempercepat proses fermentasi anaerob. Beberapa jenis starter antara lain:

•

• •

Starter alami, yaitu lumpur aktif seperti lumpur kolam ikan, air comberan atau cairan septic tank, sludge, timbunan kotoran, dan timbunan sampah organik. Kotoran sapi juga merupakan starter alami yang baik karena secara alami karena kaya akan bakteri metana. Starter semi buatan, yaitu dari fasilitas biodigester dalam stadium aktif. Starter buatan, yaitu bakteri yang dibiakkan secara laboratorium dengan media buatan.

2.5 Proses Biologis Terbentuknya Biogas Berikut ini adalah beberapa tahapan (lihat Gambar 2.3) untuk terbentuknya biogas dari proses fermentasi anaerob (http://www. ganesha.co.uk/Articles/Biogas%20Technology%20in%20India.htm):

• • •

Tahap pertama adalah tahap hidrolisis. Tahap kedua adalah tahap pengasaman. Tahap ketiga adalah tahap pembentukan gas CH4.

Tahap pertama adalah tahap hidrolisis Pada tahap hidrolisis, bahan-bahan organik yang mengandung selulosa, hemiselulosa dan bahan ekstraktif seperti protein, karbohidrat dan lipida akan diurai menjadi senyawa dengan rantai yang lebih pendek. Sebagai contoh polisakarida terurai menjadi monosakarida sedangkan protein terurai menjadi peptida dan asam amino. Pada tahap hidrolisis, mikroorganisme yang berperan adalah enzim ekstraselular seperti selulose, amilase, protease dan lipase. 24


Pipa aliran biogas

Biogas digunakan

Pengarah center

Bahan bakutahap pengasaman Tampungan Tahap kedua adalah masuk biogas yang Pada tahap pengasaman, bakteri akan menghasilkan asam yang bisa bergerak akan berfungsi untuk mengubah senyawa pendek hasil hidrolisis menjadi asam asetat (CH3COOH), H2 dan CO2. Bakteri iniPadatan merupakan bakteri anaerob yang dapat tumbuh pada keadaan asam, yaitu dengan keluar Buih pH 5,5-6,5. Bakteri ini bekerja secara optimum pada temperatur sekitar 30oC Untuk menghasilkan asam asetat, bakteri tersebut memerlukan oksigen dan karbon yang diperoleh dari oksigen yang terlarut dalam larutan. Untuk terjadinya metabolisme yang merata diperlukan pencampuran yang baik dengan konsentrasi air > 60%. Selain itu, bakteri tersebut juga mengubah senyawa yang bermolekul rendah menjadi alkohol, asam amino,apung CO2, H S dan dome) sedikit(Sasse, gas 1988). Gambar 2.2.organik, Digester asam jenis kubah (floating 2 CH4. Tahap Hidrolisis Bakteri Fermentasi

Bahan organik, karbohidrat, lemak, dan protein

Tahap Pengasaman Tahap Pembentukan Metana Bakteri Asetogenik Bakteri Metanogenesis

Asam Asetat, H2, dan CO2

Asam Propionik Asam Butirik Alkohol Senyawa lain

Biogas: Gas Metana Gas CO2 Asam Asetat

Gambar 2.3. Diagram proses biologis terbentuknya biogas Gambar 2.3 Diagram proses biologis terbentuknya biogas

Tahap ketiga adalah tahap pembentukan gas CH4 Pada tahap pembentukan gas CH4, bakteri yang berperan adalah bakteri methanogenesis (bakteri metana). Kelompok bakteri metana, yaitu dari jenis methanobacterium, methanobacillus, methanosacaria, dan methanococcus. Bakteri ini membutuhkan kondisi digester yang benar-benar kedap udara dan gelap. Temperatur dimana bakteri ini bekerja secara optimum adalah pada 35oC dan sangat sensitif terhadap Biodigester

25

perubahan temperatur sekitar 2-3oC. Kisaran pH adalah 6,5-7,5. Pada akhir metabolisme dihasilkan CH4 dan CO2 dari gas H2, CO2 dan asam asetat yang dihasilkan pada tahap pengasaman. Perlu diketahui bahwa pada kotoran sapi terdapat banyak bakteri metana sehingga sangat baik untuk starter.

2.6 Perancangan Biodigester Ukuran dari biodigester tergantung dari kuantitas, kualitas bahan organik, jenis bahan organik yang ada dan temperatur proses fermentasi. Ukuran biodigester dapat dinyatakan dengan volume digester (Vd). Secara umum Vd dapat diperhitungkan dari: Vd = S d xRT

(2.1)

Dimana Sd RT

adalah jumlah masukan bahan baku setiap hari [m3/hari]. adalah retention time (waktu bahan baku berada dalam digester) [hari].

Pada umumnya RT dipengaruhi oleh temperatur operasi dari biodigester. Untuk di Indonesia karena temperatur sepanjang musim yang hampir stabil, maka banyak biodigester dibuat dan beroperasi pada temperatur kamar (unheated biodigester). Pada kondisi biodigester semacam ini, dalam perancangan biodigester, temperatur operasi dapat dipilih 1-2oC diatas temperatur tanah. Sedangkan RT untuk biodigester sederhana tanpa pemanasan dapat dipilih 40 hari (Uli Werner, 1989). Pemasukan bahan baku tergantung seberapa banyak air harus dimasukkan kedalam biodigester sehingga kadar bahan baku padatnya sekitar 4-8%. S d = Padatan + Air [m3/hari]

(2.2)

Umumnya, pencampuran kotoran dari air dibuat dengan perbandingan antara 1:3 dan 2:1 (Uli Werner, 1989). Di Indonesia, 26


untuk kotoran sapi umumnya dicampur dengan air pada perbandingan 1:1 sampai 1:2. Setelah ukuran dari biodigester ditentukan, maka langkah selanjutnya adalah merancang gas penampung. Volume dari penampung gas dinyatakan dengan Vg. Dalam perancangan ukuran penampung gas (Vg) harus diperhatikan laju konsumsi gas puncak (Vg1) dan laju konsumsi nol untuk jangka waktu yang lama (Vg2).  Vg1 Vg =  Vg 2

jika Vg1 > Vg 2 [m3] jika Vg 2 > Vg1

Vg1 = konsumsi gas maks per jam x waktu konsumsi maks

(2.3)

(2.4)

Vg 2 = G x t z, max (2.5) Dimana G adalah produksi biogas (m3/jam) Tz,max = waktu maksimum pada saat konsumsi biogas nol (jam) Besarnya G (produksi biogas per jam, m3/jam) dihitung dari produksi biogas spesifik (Gy) dari bahan baku dan pemasukan bahan baku harian (Sd). G=

G y xS 2 4

d

[- x m3/hari x 1 hari/24 jam = m3/jam]

(2.6)

Dimana Gy dapat diperkirakan dari Tabel 2.3. Perkiraan produksi biogas dari beberapa jenis kotoran yang lain dapat dilihat pada Tabel 2.4. Untuk keselamatan, ukuran dari penampung gas (Vg) dibuat 10-20% lebih besar dari hasil perhitungan di atas. Secara umum, perancangan volume biodigester dengan volume penampung biogas dapat dibuat dengan perbandingan 3:1 sampai 10:1 dengan 5:1 sampai 6:1 adalah yang paling umum digunakan (Uli Werner, 1989). Biodigester

27

28

Untuk 1 L kotoran/ hari Untuk 1 kg kotoran/ hari

Hanya kotoran (basah), lantai tidak 9-13 berubin (rugi-rugi 10%) Kotoran dan urine, 20-30 lantai beton Kotoran stabil (kotoran + 2 kg 22-32 pakan), lantai beton

Jenis kotoran

0,025 0,027

0,022

0,530,73

0,450,63 0,02

0,450,61

0,350,51

Gy

32-42

30-40

0,30,35-0,5 14-18 0,45

0,022

0,02

0,550,74

0,45-0,6

0,450,54

0,026

0,024

0,630,89

0,540,71

0,3-0,62

digester 22-27oC (Uli Werner, 1989) Sapi (bobot 200-300 kg) Kerbau (bobot 300-450 kg) Produksi Produksi gas Produksi Produksi gas kotoran (m 3 / hari) Kotoran (m 3 / hari) (kg/ hari) RT=60 RT=80 (kg/ hari) RT=60 RT=80

-

2,5-3,0

-

-

-

0,05

-

-

0,06

-

0,12- 0,150,14 0,18

-

Babi (bobot 50-60 kg) Produksi Produksi gas kotoran (m 3/ hari) (kg/ hari) RT=60 RT=80

Tabel 2.3 Perkiraan produksi biogas dari berbagai kotoran hewan pada temperatur o digester 22-27 (Uli Werner, 1989) Tabel 2.3. Perkiraan produksi biogas dariCberbagai kotoran hewan pada temperatur

Biodigester

51


Jumlah material organik dan air yang ditambahkan ke dalam digester setiap hari merupakan sesuatu yang sangat penting untuk digester jenis kontinu. Pemasukan material organik dan air yang terlalu banyak dapat mengganggu kinerja digester, yaitu turunnya pH. Tabel 2.4 Perkiraan produksi biogas dari beberapa jenis kotoran Jenis kotoran

Perkiraan produksi biogas (m3) per kg kotoran

Sapi/kerbau Babi Unggas Manusia Kuda Domba/Kambing Jerami padi Jerami jagung Rumput Rumput gajah Bagase Sayuran Alga

0,023-0,04 0,04-0,059 0,065-0,116 0,02-0,028 0,02-0,035 0,01-0,031 0,017-0,028 0,035-0,048 0,028-0,055 0,033-0,056 0,014-0,019 0,03-0,04 0,038-0,055

Contoh Soal 2.1. Diketahui tiga keluarga mempunyai 6 ekor sapi. Jika semua kotoran sapi tersebut akan dibuat biogas, maka perkirakan: a. Ukuran dari digester b. Ukuran dari penampung gas Jawaban: Diasumsikan bahwa lantai untuk ternak sapi tersebut berbeton dan sebagian pakan akan bercampur dengan kotoran berikut urinenya. Berikut langkah-langkah perhitungan: 1. Setiap ekor sapi diperkirakan menghasilkan 22-32 kg kotoran per hari (lihat Tabel 1.2). Misalkan untuk perhitungan logis diambil setiap ekor sapi menghasilkan 25 kg kotoran per hari. Biodigester

29

d d waktu konsumsi maks S d Padatan Air [m3/hari] Vg 2 G x t z,max (2.5)

(2.2)

[m3diperkirakan /hari] S d Padatan Airhari 2. Untuk RT = 60 produksi biogas adalah 0,45-(2.2) 3 g1 jika V V g1 ! V g2 0,63 m /hari (lihat Tabel 2.3). [m3] (2.3) Vg G ®y xS d 3 V jika V V ! [x m /hari x 1 hari/24 jam = m3/jam] G 3. Misalkan untuk RT = 60,(2.6) g2 g1 logis diperkirakan ¯24g 2untuk perhitungan besarnya adalah 0,5x m3/hari. Sehingga besarnya Vg1 konsumsi per jam Vg1produksi jikagasVbiogas gmaks 1 ! Vg 2 3 (2.4) [m ] (2.3) Vg dapat ® dihitung: G y V jika V V ! waktu konsumsi maks g 2 g 2 g 1 ¯ (2.5) Vg 2 konsumsi Gxm t z,3maxbiogas V gas maks per jam x g1 (2.4) 0,5 3 hari waktu konsumsi maks Gy 0,02 m biogas/kg kotoran kg kotoran (2.5) Vg 2 G x t 25 z,max G y xS d hari 3 [- x m /hari x 1 hari/24 jam = m3/jam] (2.6) G 4. Untuk 24 total 6 ekor sapi diperoleh kotoran = 150 kg kotoran Vd hari. S xRT per Jumlah kotoran ini yang akan dimasukkan ke dalam G yd xS d [- x m3/hari x 1 hari/24 jam = m3/jam] (2.6) G digester. kg 24 V 300 x 60 hari d 5. Selain kotoran, ke dalam digester ditambahkan air sebanyak 150 3 mhari biogas 0setara ,5 LVatau dengan 150 kg. 18000 kg d hari 0,02 m3 biogas/kg kotoran G y 6. Jumlah total kg3kotoran kotoran + air adalah Sd = 300 kg/hari. 25 m biogas 7. Sehingga volume digester yang dibutuhkan untuk RT = 60 hari 018000 ,5 kg 3 Vd hari3 = 16,4 adalah: G 0,02m m3 biogas/kg kotoran y 1100kgkg/m kotoran Vd S25 xRT d hari 3 mkg biogas kg 1 hari GVd 0,300 02 hari x60 hari x150 x Vd S d xRT kg kotoran hari 24 jam Vd 18000 3kg kg m x60 hari GVd 0,300 125 hari 8. Perkirakan jam massa jenis campuran kotoran sapi dan air sebesar 18000 kg 18000 3 kg VVdd kg/m = 16,4 m3 1100 , sehingga diperoleh: 1100 kg/m3

Vd

G ∴ G G

G 30

18000 kg

= 16,4 m3 1100mkg/m biogas kg 1 hari 0,02 x150 x kg kotoran hari 24 jam Ukuran dari biodigester adalah 16,4 m3 33 m m biogas kg 1 hari 0 0,,125 02 x150 x jam kg kotoran hari 24 jam 3

0,125

3

m3 jam Teknologi Biogas: Pembuatan, Operasional dan Pemanfaatan

Vd

S d xRT

kg x60 hari hari Vd dari 18000 kg 9. Ukuran penampung gas dapat diprediksikan dari: • Jumlah kotoran total = 150 kg/hari • Gy = 0,02 m3 kg biogas / kg kotoran 18000 V = 16,4 m3 d • Besarnya produksi 3 biogas (G) dihitung dari: 1100 kg/m Vd

300

G = Gy x jumlah kotoran total

m3 biogas kg 1 hari x150 x kg kotoran hari 24 jam

G

0,02

G

0,125

m3 jam

10. Asumsikan waktu maksimum pemakaian pada saat pemakaian biogas nol Tz,max = 19 jam. Asumsi ini berarti bahwa biogas digunakann untuk keperluan sehari-hari minimal selama 6 jam sehari. Vg

GxTz,max

Vg

0,125

Vg

2,4 m3

m3 x19 jam jam

Untuk keamanan tambahkan 20% sehingga: Vg = 2,4 m3 x (1,2) = 2,9 m3 m m / 't a2 a1 Efektifitas penyerapan H2O = (3.1) Q biogas ∴ Ukuran dari gas penampung dapat dibuat sebesar 2,9 atau 3 m3 dengan catatan bahwa biogas harus digunakan sebanyak minimal 6 jam per hari. Jika ketentuan ini tidak dipenuhi maka 2>Fe(EDTA) @ H2S o 2>Fe(EDTA) @2 S 2H (3.2) diwajibkan dalam gas penampung juga dibuatkan pressure relief yang fungsinya untuk mengeluarkan biogas jika ruang h= u + pV tersebut telah terisi penuh supaya tidak terjadi hal- (4.1) penampung hal yang diinginkan. Sebaliknya jika ukuran dari penampung C biogas 2H2 o CH 4 besar, selain biayanya mahal juga menyebabkan (4.2) terlalu tekanan dalam gas penampung akan rendah. Akibatnya gas dalam kecepatan yang rendah. x mengalir x x pipa dengan x Q cv mC hC mH2 hH2 mCH4 hCH4 (4.3) Biodigester x x

x

Q cv nC h, C nH2 hH2 , 0

x

0

x

nCH4 hCH4

31

(4.4)

Soal Bab II: 2.1 Jelaskan jenis-jenis biodigester. 2.2 Jelaskan kondisi apa saja yang mempengaruhi kinerja digester dan jelaskan juga bagaimana pengaruhnya. 2.3 Jelaskan proses-proses biologis terbentuknya biogas dari bahan organik. 2.4 Hitunglah ukuran dari biodigester dan ukuran penampung biogas untuk menghasilkan biogas dengan jumlah sapi 50 ekor dan RT = 80 hari. 2.5 Bandingkan ukuran dari biodigester dan ukuran dari penampung biogas untuk peternakan: a. 100 ekor sapi b. 100 ekor kerbau c. Kotoran dari 100 manusia -oo0oo-

32


Bab 3 Teknik Pencucian Biogas

B

iogas mengandung unsur-unsur yang tidak bermanfaat untuk pembakaran khususnya H2O dan H2S. Pada saat biogas hendak dimanfaatkan untuk bahan bakar kompor rumah tangga, maka kedua unsur tersebut secara praktis tidak perlu dibersihkan. Hal ini disebabkan karena kompor hanya kontak dengan biogas pada saat dipakai saja. Alasan lain adalah proses pencucian merupakan kegiatan yang membutuhkan biaya. Tetapi jika biogas hendak digunakan untuk bahan bakar pembangkit listrik, maka proses pencucian menjadi sangat penting. Pencucian terhadap H2O dan H2S dapat memperpanjang umur dari mesin. Bahkan pemurnian terhadap CO2 juga perlu dipertimbangkan karena dapat meningkatkan nilai kalor biogas. Tabel 3.1 menunjukkan kebutuhan pemurnian dari H2S, H2O dan CO2 pada berbagai aplikasi.

Tabel 3.1 Kebutuhan pemurnian biogas (Wellinger, 2001) Aplikasi

H 2O

H 2S

CO2

Boiler Kompor Mesin stationer (CHP, combined heat and power) Transportasi Grid gas alam

Tidak perlu Tidak perlu Hindari kondensasi

< 1000 ppm Tidak perlu Tidak perlu Perlu < 1000 ppm Tidak perlu

Perlu Perlu

Perlu Perlu

Direkomendasikan Perlu

3.1 Pencucian Biogas dari Unsur H2O Tujuan dari pengurangan H2O adalah karena kondensat yang terbentuk dapat terakumulasi dalam saluran gas dan dapat juga membentuk larutan asam yang korosif ketika H2S terlarut dalam air (Wellinger, 2001). Pengurangan kadar H2O yang sederhana dilakukan dengan cara melewatkan biogas pada suatu kolom yang terdiri dari silika gel atau karbon aktif (lihat Gambar 3.1). H2O selanjutnya dapat diserap oleh silika gel atau karbon aktif. Efektivitas dari penyerapan H2O oleh silika gel atau karbon aktif dapat dinyatakan dengan perumusan sederhana sebagai berikut: Efektifitas penyerapan H2O =

(ma2 − ma1 )/ ∆t Qbiogas

(3.1)

Dimana: Ma1 Ma2 ∆t Qbiogas

34

adalah massa absorben awal adalah massa absorben akhir adalah selang waktu pengambilan data adalah debit (laju aliran volume biogas)

[g] [g] [detik] [m3/detik]


Gambar 3.1. Teknik pencucian biogas dengan silika gel Gambar 3.1. Teknik pencucian biogas dengan silika gel

Dari beberapa pengujian yang dilakukan di Lab Konversi Energi Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta diperoleh data bahwa ratarata efektivitas penyerapan H2O oleh silika gel adalah sekitar 4,1 g Biogas yang H2O/m3 biogas. sudah dicuci

3.2 Pencucian Biogas dari Unsur H2S

Ai r masuk

Tujuan dari pencucian biogas terhadap H2S adalah (Wellinger, 2001):

• •

Teknik Pencucian Biogas

Reakt or Pencucian

Mencegah korosi. Menghindari keracunan H2S (maksimum yang diperbolehkan ditempat kerja Kompresor adalah 5 ppm). • Mencegah kandungan sulfur dalam biogas yang jika terbakar Bi ogas Ai r ke menjadi SO2 atau SO3 yang lebih beracun dari H2S. masuk r egenerasi • SO2 yang terbawa oleh gas buang biogas menyebabkan turunnya titik embun gas dalam cerobong. Gambar 3.2. terbentuk Teknik pencucian biogas dengan scrubber air. • H2SO3 yang bersifat sangat korosif.

35

Secara umum, pencucian (pengurangan) H2S dari biogas dapat dilakukan secara fisika, kimia, atau biologi (Zicari, 2003). Pemurnian secara fisika misalnya penyerapan dengan air, pemisahan dengan menggunakan membran atau absorbsi dengan absorben misalnya dengan menggunakan absorben karbonbiogas aktif. Metode inigel relatif Gambar 3.1. Teknik pencucian denganfisika silika mahal karena absorben sulit diregenerasi dan efektivitas pengurangan H2S yang rendah. H2S yang dipisahkan dari biogas masih berupa larutan (Zicari, 2003). Biogas yang sudah dicuci

Kompresor Bi ogas masuk

Reakt or Pencucian

Ai r masuk

Ai r ke r egenerasi

Gambar 3.2Teknik Teknik pencucian pencucian biogas scrubber air.air. Gambar 3.2. biogasdengan dengan scrubber Pemurnian H2S dengan scrubber air dapat juga digunakan untuk mengurangi konsentrasi CO2 dalam biogas (lihat Gambar 3.2). Metode pemurnian H2S dengan scrubber air dapat terjadi karena H2S mempunyai kelarutan yang tinggi dalam air dibandingkan kelarutan CO2. Air yang mengandung H2S dan CO2 kemudian dapat diregenarasi dan dialirkan kembali ke dalam kolom scrubber. Regenerasi dapat dilakukan dengan de-pressurizing atau dengan melepaskan udara dalam kolom yang sama. Namun demikian, pelepasan udara tidak direkomendasikan ketika kandungan H2S cukup tinggi karena air akan dengan cepat terkontaminasi H2S (Wellinger, 2001). Pelepasan udara yang berlebihan juga berbahaya. Biogas yang bercampur dengan udara

36


dapat meledak jika konsentrasinya mencapai 6-12% (tergantung dari kandungan CH4 dalam biogas). Pemurnian dengan cara biologi yaitu dengan menggunakan bakteri yang mampu menguraikan H2S menjadi sulfat. Kebanyakan mikroorganisme yang digunakan untuk menguraikan H2S adalah dari keluarga thiobacillus (Wellinger, 2001). Metode biologi ini efektif untuk mereduksi kandungan H2S dalam biogas, tetapi metode ini selain sulit dalam pengoperasiannya juga sangat mahal. Metode biologi ini juga dapat menambah jumlah oksigen dalam biogas. Pemurnian biogas dari kandungan H2S yang sering dilakukan adalah diserap secara kimiawi. Pada metode ini H2S diserap secara kimiawi (bereaksi secara kimia) oleh larutan absorben. Selanjutnya absorben yang kaya H2S diregenerasi untuk melepas kembali H2S-nya dalam bentuk gas atau sulfur padat (Kohl, 1985). Absorben yang umum digunakan adalah larutan nitrit, larutan garam alkali, slurry besi oksida atau seng oksida dan iron chelated solution (Zicari, 2003; Wellinger, 2001). Absorben yang banyak digunakan di Industri adalah MEA (Methyl Ethanol Amine). Absorben menggunakan MEA sangat efektif mengurangi kandungan sulfur dari gas, tetapi H2S yang diserap selanjutnya dibuang ke udara saat regenerasi MEA. Hal ini tentu mencemari udara dan hanya sesuai untuk pengolahan gas dengan kandungan sulfur yang kecil. Selain itu larutan MEA korosif sehingga perlu peralatan proses yang tahan korosi. Jenis absorben lain untuk mengabsorbsi H2S yaitu absorben larutan nitrit, larutan garam alkali atau slurry besi oksida atau seng oksida. Absorben jenis ini sebenarnya cukup efektif tetapi kelemahannya absorben jenis ini tidak dapat diregenerasi sehingga biaya operasional mahal karena konsumsi absorben besar. Pemurnian biogas (juga gas lain) dari kandungan H2S menggunakan iron chelated solution memberikan banyak kelebihan (Wubs, 1994). Teknik Pencucian Biogas

37

Kelebihan tersebut diantaranya adalah efektifitas penyerapan H2S tinggi, larutan absorben dapat diregenerasi sehingga biaya operasional murah. Kelebihan lain yang tidak ada pada proses lain adalah sulfur yang terpisahkan dari biogas berupa sulfur padat atau paling tidak berupa residu yang mudah dan aman dalam pembuangannya sehingga tidak mencemari lingkungan. Istilah chelated pada absorben ini adalah senyawa kimia dalam bentuk cincin heterosiklis yang mengandung ion logam yang terikat secara koordinatif oleh minimal dua ion non metal. Chelated agent yang biasa digunakan adalah EDTA (Ethylene Diamine Tetra Acetate) (Sax, 1997). Iron chelated solution dibuat dengan melarutkan senyawa garam besi (misal FeCl2) ke dalam larutan EDTA (Horikawa, 2004). Mekanisme pencucian H2S dengan larutan Fe-EDTA dapat dirumuskan sebagai berikut: (http://en.wikipedia.org/wiki/EDTA) 2[Fe(EDTA)]− + H2S → 2[Fe(EDTA)]2− + S + 2 H

+

(3.2)

Sulfur yang berbentuk padatan kemudian dapat diambil. Sedangkan larutan Fe(EDTA) dapat diregenerasi kembali dengan menggunakan udara.

3.3 Pencucian Biogas terhadap H2S dengan Iron chelated solution (Kwartiningsih, 2006) 3.3.1 Bahan-bahan yang Digunakan dalam Pembuatan Garam FeCl2. Terdapat empat bahan utama dalam pembuatan garan FeCl2, yaitu: 1. Hidrochloric Acid ( HCl ). Karakteristik umum (Perry, 1997):

• • • • 38

Berat molekul Bentuk fisik Warna Densitas

: : : :

36,461 g/mol cair (1 atm , 30oC) Bening kekuningan 1,16 g/cm3


• • • • •

Fasa Solubility in water Melting point Boiling point Sifat kimia

: : : : :

Liquid Fully miscible - 260C (larutan 38%) 480C (larutan 38%) sangat korosif, non flammable.

Hidrochloric Acid (HCl) merupakan asam manopraktik. Hal ini berarti bahwa HCl dapat mengalami ionisasi sehingga melepas ion H+. Di dalam ion H+ akan bergabung dengan molekul H2O membentuk ion H3O+, sedangkan ion lain yang terbentuk adalah ion Cl- karena sifat asamnya sangat kuat penanganan HCl harus dilakukan sebaik mungkin untuk menghindari efek yang dapat ditimbulkan dalam tubuh manusia, antara lain gangguan pernafasan, iritasi mata dan iritasi pada kulit. Dalam kehidupan sehari–hari HCl banyak sekali digunakan baik dalam industri maupun dalam laboratorium penelitian. 2. Ethylene Diamine Tetra Acetic (EDTA) Karakteristik umum (Perry, 1997): Rumus molekul : Berat molekul : Bentuk fisik : Warna : Densitas : Fasa : Melting point : Sifat kimia :

C10H16N2O8 292,24 g/mol Kristal Putih 0,86 g/cm3 Solid 237 – 245oC Korosif , non flammable

Ethylene diamene tetra acetic (EDTA) merupakan senyawa kimia yang biasa digunakan dalam proses penggaraman (chelating agent). Senyawa ini biasa disintetis dari ethylene diamine tormaldyhyde, air, dan sodium sianida. 3. Aquadest. 4. Limbah besi dari industri mesin bubut.


39

3.3.2. Cara Kerja a. Pembuatan Garam FeCl2 : 1. Siapkan tabung/gelas dengan ukuran 1000 ml. 2. Tuang HCl teknis 600 ml ke dalam tabung/gelas. 3. Masukkan besi bekas sebanyak 120 gram ke dalam tabung/ gelas. 4. Aduk selama kurang lebih 30 menit. 5. Diamkan selama kurang lebih 3 jam untuk terjadinya reaksi. 6. Saring endapan garam FeCl2 yang terbentuk dari reaksi. 7. Pisahkan garam FeCl2 ke dalam wadah lain dan keringkan. 8. Setelah garam FeCl2 dikeringkan kemudian lakukan penghalusan dengan cara ditumbuk. 9. Pisahkan padatan kasar dan halus menggunakan saringan. 10. Haluskan kembali padatan yang kasar, kemudian ayak kembali. 11. Bagian yang tidak lolos pengayakan dikumpulkan di tempat penyortiran. 12. Murnikan garam FeCl2 yang lolos pengayakan dari besi yang tidak larut menggunakan magnet. b. Pembuatan Adsorben Fe-EDTA 0,2 M 4 liter: 1. Ambil EDTA sebanyak 297,92 g dan tempatkan ke dalam ember. 2. Tambahkan aquadest ke dalam ember. 3. Aduk EDTA dan aquadest dalam ember hingga semua EDTA larut. 4. Tambahkan aquadest hingga volume larutan 4 liter. 5. Ambil garam FeCl2 sebanyak 88,9 g dan masukkan ke dalam larutan EDTA. Garam FeCl2 dibuat dari langkah a di atas. 6. Aduk hingga semua FeCl2 larut. 7. Diamkan beberapa saat, hingga pengotor yang ada dalam larutan mengendap.

40


8. Saring larutan Fe-EDTA dan memasukkanya ke dalam jerigen. Dalam proyek ini penyerapan gas H2S dalam biogas dilakukan dengan larutan Fe-EDTA sebagai absorben. Rangkaian alat penyaring H2S dan H2O yang dirancang untuk proyek ini terdiri dari silika gel, absorber, tabung penampung, regenerator, dan pemisah partikel. Adapun skema rangkaian alatnya ditunjukkan pada Gambar 3.3. Rancangan peralatan tersebut dilengkapi dengan tangki penampung. Fungsi dari tangki penampung adalah untuk memudahkan kontrol laju alir agar laju alir absorben tetap stabil.

Gambar 3.3.Diagram Diagram proses pencucian Gambar 3.3 aliralir proses pencucian biogas biogas dari H Sdari dan H O

30

biogas)


25 20

2

2

14

AFR_stoikiometri

12

Rasio volume udara dan biogas_stoikiometri

10

41

Volume biogas)

(diadaptasi dari Kwartiningsih, 2006)

Proses start up rangkain alat adalah sebagai berikut: 1. Memasukkan absorben ke dalam tangki pengendapan dan tanki penampung. 2. Menghidupkan pompa untuk mengisi menara absorber. 3. Setelah ketiga tangki terisi absorben, air stone (pompa udara) dihidupkan agar Fe2+/EDTA kontak dengan udara sehingga menjadi Fe+3/EDTA. 4. Setelah aliran stabil maka kran over flow dibuka untuk mengatur besar kecilnya laju aliran dalam tabung. Besarnya efektivitas larutan Fe EDTA untuk menyaring H2S dinyatakan dalam gram H2S yang tersaring setiap jamnya. Dari hasil pengujian diperoleh hasil bahwa terdapat 1,76 g H2S yang dapat disaring per menit dari aliran biogas.

Soal Bab III: 3.1. Jelaskan kapan dan mengapa H2S harus dikurangi kadarnya dari biogas. 3.2. Jelaskan kapan dan mengapa H2O harus dikurangi kadarnya dari biogas. 3.3. Jelaskan metode untuk mencuci biogas dari H2O dan H2S. 3.4. Jelaskan langkah-langkah untuk membuat iron chelated agent. 3.5. Berikan pendapat saudara tentang keekonomian dari proses pencucian biogas. -oo0oo-

42


Bab 4 Dasar-dasar Pembakaran

4.1 Entalpi Pembentukan, Entalpi Pembakaran, Panas Reaksi

S

ecara sederhana dapat dinyatakan bahwa entalpi (h) adalah ukuran panas suatu zat. Dalam kaidah termodinamika, entalpi merupakan penjumlahan dari energi dalam (u) dan pV. h = u + pV (4.1)

Energi dalam (internal energy) adalah jumlah dari semua bentuk mikroskopik dari energi (Cengel, 2006). V adalah volume dan p adalah tekanan. Pada reaksi kimia dikenal istilah entalpi pembentukan (enthalpy o of formation, h f ) yaitu entalpi dari senyawa pada kondisi standard. Entalpi pembentukan sendiri didefinisikan sebagai jumlah energi yang dilepaskan atau diserap ketika suatu senyawa dibentuk dari elemenelemennya pada Tref dan pref. Tref dan pref yang banyak disepakati adalah pada 25oC dan 1 atm. Penting sekali untuk dicatat bahwa secara definisi panas pembentukan dari elemen yang stabil pada kondisi standard adalah nol. Contoh elemen yang stabil adalah O2, H2, N2, dan lainlain. Contohnya adalah metana (CH4) yang dibentuk dari elemen C dan H2.

Efektifitas penyerapan H22O = h = u + pV

ma2 ma1 / 't

(3.1) (4.1)

Q biogas

4 C>Fe(EDTA) 2H2 o @CH 2 H 2S o 2>Fe(EDTA) @2 S 2H

(4.2) (4.2) (3.2)

Pada saat terjadi reaksi, maka energi sebelum dan sesudah x x x x = u m + pV mH hdenganmCH reaksi hQ harus sama prinsip kekekalan energi. Dengan C hC sesuai 2 H2 4 h CH4 cv mengasumsikan bahwa tidak x terdapat kerja yang masuk maupun x x x C 2 H o CH nCH4 energi hCH4 potensial diabaikan, dapat keluar Qsistem, energi dan C n4Hkinetik H2 2h cv n2C h , , 0 0 diperoleh hubungan bahwa: x

x x

x

x

Q mH h QCH mCH44 hCH44 C 22 H22 cv m C hcv h 4 x x x n CH x x 4 Q cv nC h, nCH44 hCH44 C nH22 hH22 , 0 0 o o x hT,p) hf hT,p) hTref ,p ref hf ǻh Q h CH44 x cv n CH o 44 hT,p) h f c p T Tref

>

•

>

@

•

(4.1) (4.3) (4.2) (4.4)

(4.3) (4.3) (4.5)

(4.4)

(4.4)

(4.6) (4.5) (4.5) (4.7)

@

o o Dimana , dan hhadalah massa, entalpi spesifik, (4.6) aliran hxT,p) m hf , h, hnT,p) Tref ,p reflaju hf ǻ h • laju aliran molar, dan entalpi per mol. Jika besarnya perpindahan Q cv (4.8) h Q P hR x panas dari sistem ke lingkungan ( cv ) dapat diukur dengan teliti, o F T,p) hentalpi hn T Tref maka besarnya dari metana dapat dihitung dan (4.7) f c p pembentukan ditemukan besarnya adalah -74.850 kJ/kmol metana yang terbentuk. x Beberapa pembentukan dari beberapa senyawa lain dapat dilihat (4.9) x entalpi Q hP - hR cv Q pada Tabel cv 4.1. Perlu ditambahkan disini bahwa notasi superscript (4.8) hP hR x o §¨ hof 'di ·¸beberapa tabel menunjukkan sifat pada 1 atm. (4.10) yang hditemukan h P f nF © ¹ CO2 Tanda negatif dari entalpi pembentukan metana menunjukkan bahwa o terjadinya metana dari reaksi § · C dan hidrogen mempunyai sifat hxP ¨ h f h T 900 h T antara 298 ¸ © ¹ CO eksoterm panas dari 2 reaktor ke lingkungan. Q cvyaitu hPmenghasilkan - hR (4.9)

o Entalpi spesifik dari suatu senyawa pada suatu tingkat keadaan (4.10) hP §¨ h f 'h f ·¸ © tingkat¹ CO yang lain dari keadaan standardnya dapat dihitung dengan 22 menambahkan o perubahan entalpi spesifik ( ∆ h ) antara keadaan standar hP §¨ h f h T 900 h T 298 ·¸ dan keadaan© yang sebenarnya. ¹ CO

22

44


h CH44

(4.5)

x

nx CH4 n CH4

>>

o

@@

hT,p) hof hT,p) hTref ,p ref hT,p) hf hT,p) hTref ,p ref

o

hof ǻh hf ǻh

o

hT,p) hof c p T Tref hT,p) h f c p T Tref

No 1.

(4.7) (4.7) (4.7)

Tabel 4.1 Entalpi pembentukan beberapa senyawa x x Q Q cv hP hR o o x cv hP hR h f (kkal/kmol) Senyawa h f (kJ/kmol) x nF nF CO2(g)

2.

x CO x (g)

3.

H2O(l)

Q cv Q cv

hP - hR hP - hR

-94.030

-393.520

-26.400

-110.530

-68.300

-285.840

6.

hP §¨§ hof hP2O(g)©¨ h f H © C2H6(l)§ oo hP ¨§ h f hP ©¨ h f SO2(g) ©

7.

CH3OH(l)

-60.00

-251.100

8.

NH3(g)

-11.000

-46.040

9.

C2H5OH(l)

-66.200

-277.050

10. HCl(g)

-22.060

-92.320

11. CHCL3(l)

-31.500

-131.830

12. C (grafit)

0

0

13. O2

0

0

14. H2

0

0

15. N2

0

0

4. 5.

(4.6) (4.6) (4.6)

o

'h f ·¸· 'h f ¹¸ CO -57.780 ¹ CO22

hT hT

-23.400

900 900

hT hT

-70.200

(4.9) (4.9) (4.10) (4.10)

-241.830 298 298

·¸¹·¸ ¹ CO

-97.930 2

CO2

-293.790

16. O

249.170

17. H

217.990

18. N

472.650

Dasar-dasar Pembakaran

(4.8) (4.8)

45

g

Vg No

jam 2,4 m3 o

o

h f (kkal/kmol)

Senyawa

penyerapan H2O = 19. Efektifitas NO

h f (kJ/kmol)

ma2 ma1 / 't Q biogas

20. NO2

(3.1)

90.590 33.720

21. CH4(g)

-74.850

22. C2H2(g)

52.280

23. hC2= H6(g) u + pV

-84.680

24. C3H6(g)

20.410

25. C3H8(g)

-103.850

2>Fe(EDTA) @ H2S o 2>Fe(EDTA) @2 S 2H

C 2H2 o CH 4

26. C4H10(g) x

x

x

28. Cx8H18(g)x

x

Q cv nC h, C nH2 hH2 ,

29. C8H18(l)

0

(4.1) (4.2)

-126.150

x

QH cv m C hC mH2 hH2 27. C 5 12(g)

(3.2)

mCH4 hCH4 x

nCH4 hCH4

0

-146.440

(4.3)

-208.450

(4.4)

-249.910

x

Q cv (the heat of reaction) didefinisikan sebagai jumlah Panas reaksi h CH4 (4.5) x perubahan entalpi yang dihasilkan selama proses reaksi kimia. n CH4 Entalpi reaksi (the enthalpy of reaction) disebut juga dengan entalpi pembakaran (the enthalpy of combustion) atau panas reaksi (the heat o of reaction) Tref ,prefperbedaan hof ǻhantara entalpi produk (4.6) hf hT,p)juga hsebagai hT,p)didefinisikan pada kondisi tertentu dan entalpi reaktan pada tingkat keadaan yang sama untuk terjadinya pembakaran secara sempurna. Panas reaksi o h T,p) h c T Tref antara panas pembentukan antara (4.7) f pperbedaan dapat dihitung dari produk dengan reaktan, sehingga.

>

@

x

Q cv x

hP hR

nF

(4.8)

(4.8)

Dimana hP dan hR menyatakan entalpi dari produk dan entalpi dari x reaktan. Notasi bahan bakar (fuel). Q cv hP F- hmenyatakan (4.9) R

46

hP

§¨ hof 'h f ·¸ © ¹ CO2

hP

§¨ hof h T ©

(4.10)

·¸¹

Teknologi Biogas: Pembuatan, Operasional dan Pemanfaatan 900

hT

298

CO2

o

hT,p) hofo c p T Tref hhT,p) T,p) hhff ccppTT TTref ref

(4.7) (4.7) (4.7)

Contoh soal 4.1. x

xx HitungQ panas pembakaran dari reaksi CO + 0,5O2 pada temperatur cv Q (4.8) hP hR Q cv o x cv (4.8) h PP (4.8) hhRR CO2 pada temperatur 900oC. h awal 400 C menjadi xx nF nnFF Jawab: x

xx Q Q Qcv cv cv

(4.9) (4.9) (4.9) (4.9)

hP - hR hhPP -- hhRR

hP hhPP h hPP

§¨ hoofo 'h f ·¸ §¨§h f 'h f ·¸· (4.10) (4.10) (4.10) (4.10) ©¨ h f 'h f ¹¸CO2 ©© ¹¹CO CO22 §¨ hoofo h T 900 h T 298 ·¸ §¨§h f h T 900 h T 298 ·¸· ©¨ h f h T 900 h T 298 ¹¸CO2 ©© 393.520 37.405 ¹¹9CO 22 =-365.479 kJ/kmol ..364 393.520 37.405 9CO =-365.479 kJ/kmol 364

hP

393.520 37.405 9.364 =-365.479 kJ/kmol

hP hhPP

h hRR hR

h hRR hR h hRR hR

hh RR hR

Sehingga:

o §§ o ·· ½½° °°§ o · o ¨ · 'h f ¸¸ °¾ f 'h f ¸ f ®®§¨¨ h 0 0,,5 5¨¨ h h, f 'h f ¸ , °©© hof 'h f ¹¸¹ CO ¨ ¸ ¾½° ¯°¯§ h 'h · CO 0,5©§¨© ho00 'h ¹·¸¹ O ¿¿ O22 ° f¸ f f ®¨ f ¾ , ¨ ¸ © ¹ CO °¯§ oo © 0· ¹ O2 °¿ 0,5 h T h T 298 ·¸ ®®¨§¨ h hf h TT 400 h 400 h T 298 ¸ ¹¹ CO 0,5 h T ¯¯©© of § h f h T 400 h T 298 ·¸ CO 0,5 h T ®¯¨© 110 CO 110..520 520 11 11..644 644 8 8..¹669 669 0 , 5 11 . 711 8682 ,511 .711 8682 0110 .520 11 .644 8.669

(4.11) (4.11) (4.11)

400 h T 298 400 400

h TT h

298 298

½½ O2 ¾ O2 ¾ ¿¿½ O2 ¾ ¿

031 kJ/kmol 0,5..11 .711 8682 106 106 031 kJ/kmol 106 .031 kJ/kmol

•

Nilai ' Q −365.479 cv =Kalor Nilai Kalor 'H H-cc(- 106.031) = -259.449 kJ/kmol (CO)

Catatan: Nilai Kalor •

(4.12) (4.12)

'Hc

(4.12)

Qcv = −259 .449 kJ/kmol (CO) berharga negatif. Artinya reaksi yang

HHV LHV m LHV eksoterm m xx h h fg H2O fg (menghasilkan terjadi HHV adalah reaksi energi). Sebaliknya jika H2O HHV LHV m x h entalpi pembakaran atau panas yang diperoleh adalah positif fg H reaksi 2O (> 0), maka reaksi yang terjadi adalah reaksi CH 2(O 2 3,76N CO 2 2H2endoterm O 7,52N(membutuhkan 4 2 )) o 2 CH

3,76N , 4 2(O 2 2 o CO 2 2H2 O 7,52N2 ,

energi).metana udara metana CH4 2(O 2 udara 3,76N2 ) o CO 2 2H2O 7,52N2 , metana

udara

AFR AFR

massa udara massa bahan bakar massa bahan bakar massa udara

Dasar-dasar Pembakaran massa udara

AFR

(4.11)

massa bahan bakar

47

(4.13) (4.13) (4.13) (4.14) (4.14) (4.14) (4.15) (4.15) (4.15)

hP

393.520 37.405 9.364 =-365.479 kJ/kmol

4.2 Nilai Kalor (Heating Value, HV) Nilai kalor (HV) adalah jumlah energi yang dilepaskan ketika suatu bahan bakar dibakar secara§ sempurna suatu proses aliran ½ · dalam o ° o ° 'h f ·¸ dikembalikan 0,5¨ h, hR ®§¨ hdan f produk f 'hlagi f ¸ ke tunak (steady) keadaan dari reaktan. (4.11) ¨ ¸ ¾ © ¹ CO ° ° 0 © ¹ O2 ¿ dengan harga mutlak Besarnya nilai ¯ kalor dari suatu bahan bakar sama dari entalpi pembakaran bahan bakar. o ½ hR ®§¨ h f h T 400 h T 298 ·¸ 0,5 h T 400 h T 298 O2 ¾ ¹ CO ¯© ¿ Nilai Kalor = ∆Hc (4.12) 11.644 hR duajenis 110.520 8.669 Terdapat nilaikalor, yaitu: 0,511.711 8682 a. Higher Heating Value (HHV), yaitu nilai kalor atas. Nilai kalor atas h R 106 .031saat ditentukan pada H2O pada produk pembakaran berbentuk kJ/kmol cairan. b. Lower Heating Value (LHV), yaitu nilai kalor bawah. Nilai kalor bawah ditentukan Nilai Kalor 'Hcpada saat H2O pada produk pembakaran (4.12) berbentuk gas.

Sehingga dapat dinyatakan bahwa:

LHV m x h fg

HHV

H O

(4.13) (4.13) Dimana m adalah massa uap air dan hfg adalah entalpi penguapan uap CH4 2(O 2 3,76N2 ) o CO 2 2H2O 7,52N2 (4.14) air. , metana udara Tabel 4.2 Nilai kalor dan massa jenis beberapa bahan bakar 2

Bahan Bakar

HHV (MJ/kg) 10,9 Metana (CH4) 55,5 AFR aktual Gas alam 42,5 O Propana (C3AFR H8) stoikiometri 48,9 Bensin (umumnya adalah oktana C8H18) 46,7 Solar (Umumnya adalah dodekana 45,9 metana dengan oksigen. C12H26Pembakaran ) Hidrogen (H2) 141,9 CHgas o CO 2 2H2 O 5,81 Producer 4 2 O , ,2

massa udara AFR massa(CO) bahan bakar Karbon monoksida

metana * Pada 1 atm, 37oC

48

AFR stoi

LHV (MJ/kg) 10,9 50,1 38,1 45,8 42,5 43,0

Massa Jenis (kg/m3)* (4.15) 1,165 0,667 0,708 (4.16) 1,833

120,1 5,30

0,084 1,089

(4.17)

oksigen

2x32 4,0 Pembuatan, Operasional dan Pemanfaatan (4.18) Teknologi Biogas: 1x(12 4)

Pembakaran metana dengan udara

Tabel 4.2 merupakan nilai kalor beberapa jenis bahan bakar. Karena biogas umumnya terdiri dari CH4 dan CO2, maka nilai kalor biogas secara sederhana dapat dihitung dari konsentrasi CH4 dalam biogas. Tetapi perlu diperhatikan bahwa umumnya konsentrasi CH4 dalam biogas dinyatakan dalam prosen volume sedangkan nilai kalor yang tertera pada Tabel 4.2 adalah dalam satuan massa sehingga perlu dilakukan konversi satuan terlebih dahulu.

4.3 Pembakaran Stoikiometri Pembakaran adalah reaksi kimia antara bahan yang dapat terbakar dengan oksigen, disertai timbulnya cahaya dan menghasilkan kalor yang berlangsung secara cepat. Ketika terjadi pembakaran, ikatan molekul dari bahan bakar dan udara pecah dan kemudian tersusun senyawa baru. Pada umumnya, reaksi pembakaran dapat menghasilkan energi. Perlu ditekankan disini bahwa tidak selamanya jika bahan bakar bertemu dengan udara dapat terjadi pembakaran. Syarat terjadinya pembakaran adalah jika tiga kondisi terpenuhi, yaitu: 1. Terdapat bahan bakar 2. Terdapat udara (oksigen) 3. Terdapat sumber api atau mencapai kondisi penyalaan sendiri. Contoh sumber api adalah busi pada motor bensin. Contoh kondisi penyalaan sendiri adalah pada motor diesel, dimana pada tekanan yang tinggi, temperatur campuran udara dan solar mencapai kondisi yang disebut temperatur penyalaan sendiri (autoignition temperature).

Dasar-dasar Pembakaran

49

o § o · ½° ° 0,5¨ h, ' hR ®§¨ h f 'h f ·¸ h (4.11) f f¸ ¨ sendiri ¸ ¾ berbagai jenis bahan Tabel 4.3 Temperatur penyalaan untuk © ¹ CO °¯ © 0 ¹ O2 °¿ bakar Bahan o ½ ·¸ § o h T 400 h T 298Temperatur No hJenis h T 400 hSendiri 0,5 Penyalaan R T 298 (OC)¾ ®¨ h f Bakar 2 ¹ CO ¯© ¿

1. 2. 3. 4.

Bensin

110.520 11.644 8.669 Karbon 0,511.711 8682 Hidrogen

hR

hCO 106 .031 kJ/kmol R

260 400 580 610

5.

CH4

630

6.

Minyak Tanah

230

Nilai Kalor 'Hc (4.12) Pembakaran sempurna atau disebut juga pembakaran stoikiometri adalah pembakaran dimana semua konstituen yang dapat terbakar di dalam bahan bakar membentuk gas CO2 dan uap air (H2O) sehingga HHV LHV yang m x dapat h fg H terbakar. tak tersisa lagi bahan Berikut adalah contoh pem- (4.13) 2O bakaran sempurna dari gas metana (CH4)

CH4 2(O 2 3,76N2 ) , metana udara

o CO 2 2H2O 7,52N2

(4.14) (4.14)

Pada pembakaran sempurna 1 mol metana membutuhkan 2 mol massa udara udara dan AFRdihasilkan 1 mol CO2 + 2 mol H2O + 7,52 mol N2. Tujuan (4.15) massa bahan bakar perumusan pembakaran stoikiometri adalah untuk menentukan dengan tepat seberapa banyak udara diperlukan untuk proses pembakaran AFR aktual suatu bahan secara sempurna menjadi gas CO2 dan H2O. O (4.16) AFR stoikiometri

4.4 Perbandingan Udara Bahan Bakar Pembakaran denganperbandingan oksigen. AFR (air fuel metana ratio) adalah antara massa udara terhadap massa bahan bakar. CH4 2 O 2 o CO 2 2H2 O (4.17) , , massa udara metana AFR = oksigen (4.15) massa2x32 bahan bakar AFR stoi 4,0 (4.18) Besarnya AFR yang 1x(12 4)dihitung pada saat pembakaran stoikiometri disebut AFRstoikiometri. Besarnya AFR yang dihitung dari perbandingan Pembakaran metana dengan udara 50


CH 2 3,76N 2 ) o CO2 2H2 O 7 ,52 N2 ,4 2(O

metana

udara

(4.19)

HHV LHV m x h fg H O (4.13) 2 Nilai Kalor 'Hc (4.12) Nilai Kalor 'Hc (4.12) Nilai Kalor 'Hc (4.12) CH4 aktual 2(O 2 3,76N2massa ) o CO 2 H O 7 , 52 N massa udara dengan bahan bakar aktual selama proses (4.14) 2 2 2 , metana disebut udara pembakaran dengan AFR . Besarnya perbandingan antara HHV LHV m x h fg H O aktual (4.13) 2 AFRaktual dengan AFRstoikiometri disebut λ. Jika λ < 1 disebut pembakaran HHV LHV m x h fg H O (4.13) LHV massa m xudara h fg Hλ2O= 1 disebut pembakaran stoikiometri. (4.13) kayaHHV (rich combustion). Jika 2 AFR (4.15) Jika λCH > 1 disebut pembakaran miskin (lean combustion). λ sendiri 2(O 3,76N ) o CO (4.14) massa bahan 2 2bakar 2 2H2 O 7,52N2 ,4

merupakan dari perbandingan ratio). metana CH4 kebalikan 2(O 2 udara 3,76N CO 2Hekivalen O 7,52(equivalence N (4.14) 2 )) o ,4 2(O CH

3,76N o CO 22 2H22O 7,52N22 (4.14) 2 2 ,

metana udara AFR aktual metana udara O (4.16) (4.16) udara AFRmassa stoikiometri AFR (4.15) massa bahan bakar massa udara massa udara AFR (4.15) AFRSoalmassa (4.15) bahan bakar Contoh 4.2: Pembakaran metana dengan oksigen. massa bahan bakar AFR aktual Hitunglah AFR stoikiometri dari dua reaksi pembakaran di bawah ini: O (4.16) AFR AFR aktual stoikiomet ri 2aktual O o CO 2dengan 2H2 O (4.17) a. Pembakaran gas oksigen. O CH 4AFR 2 metana (4.16) , O , (4.16) AFR stoikiomet ri metana oksigen b. Pembakaran gas metana dengan udara. AFR stoikiometri Pembakaran metana 2x32 dengan oksigen. AFR stoi 4,0 (4.18) Jawab: Pembakaran 1x(12 metana dengan oksigen. 4) Pembakaran metana dengan oksigen. a. Pembakaran oksigen. CH4 2 O 2metana o COdengan (4.17) 2 2H2 O , , metana CH 2oksigen O 2 metana o CO 2H2 Oudara (4.17) Pembakaran 4 (4.17) , ,2 o CO 22 dengan CH 2H2 O (4.17) 4 2 O , , metana oksigen 2x32 metana oksigen AFR stoi 4,0 (4.18) 1x(12 3,76N 4) 2x32 CH 2 (O ) o CO 2 H O 7 , 52 N 4 2 2,0 2 2 2 AFR 4 (4.18) , 2x32

stoi (4.18) AFR (4.18) stoi 1x(12 udara 4) 4,0 metana (4.19) 1x(12 4) Pembakaran metana dengan udara b. Pembakaran metana dengan udara Pembakaran metana dengan udara

CH 2 3,76N 2 ) o CO2 2H2 O 7 ,52 N2 ,4 2(O metana udara CH 2 (O 3,76N o CO2 2H2 O 7 ,52 N2 4 2 2) CH 3,76N ,

4 2(O 2 2 ) o CO2 2H2 O 7 ,52 N2 ,

metana udara metana

AFR stoi

2x32 3,76x28 udara 1x(12 4)

17,2

(4.19) (4.19) (4.19) (4.19) (4.20) (4.20)

Catatan: Dari persoalan sederhana ini terlihat bahwa untuk membakar metana secara sempurna, maka massa oksigen yang dibutuhkan jauh lebih kebutuhan energi (5.1) Kebutuhan biogas nilai kalor biogas Sehingga: Dasar-dasar Pembakaran

Kebutuhan biogas

95 MJ 19,23 MJ/m3

4,9 m3

51

sedikit dari massa udara yang dibutuhkan. Hal ini terjadi karena udara mengandung 79% nitrogen (N2) yang tidak ikut dalam pembakaran.

4.5 Analisis Teoritis Pembakaran Biogas Komponen utama biogas adalah CH4. Jika 1 kg CH4 dibakar Gambar 3.3. Diagram alir proses pencucian sempurna, maka memerlukan udara sebanyak 17,2biogas kg ataudari dengan kata lain AFR (air fuel ratio) stoikiometri dari campuran CH4 dan udara adalah 17,2. Sedangkan perbandingan volume udara dengan volume CH4 supaya terbakar sempurna adalah 9,0. 14

25 20

AFR_stoikiometri

12

Rasio volume udara dan biogas_stoikiometri

10 8

15

6

10

4

5

2

0

0 100%

0%

20%

40%

60%

80%

Perbandingan Volume (udara/volume biogas)

AFR (kg udara/kg biogas)

30

Konsentrasi CH4 dalam Biogas

Gambar stoikiometri perbandingan volume Gambar4.1. 4.1AFR AFR stoikiometri dandan perbandingan volume udara terhadap biogas untuk berbagai konsentrasi CH4 dalam biogas (Suyitno, 2009). Karena biogas utamanya terdiri dari CH4 dan CO2, maka supaya terjadi pembakaran sempurna, jumlah udara yang diperlukan sangat tergantung dengan konsentrasi methana (CH4) dalam biogas. Sebagaimana terlihat pada Gambar 4.1, semakin besar konsentrasi CH4 maka AFR stoikiometri juga semakin besar. Artinya diperlukan semakin banyak udara untuk terjadinya pembakaran sempurna jika

52


konsentrasi CH4 dalam biogas meningkat. Besarnya volume udara yang diperlukan juga meningkat untuk konsentrasi CH4 dalam biogas yang semakin tinggi. Pada konsentrasi CH4 sebanyak 50%, maka nilai AFR stoikiometri adalah 4,6 dan nilai perbandingan volume udara terhadap volume biogas adalah 5,8.

Soal Bab IV: 4.1 Hitunglah entalpi pembakaran dari biogas dengan komposisi di bawah ini: a. 50% CH4 + 50% CO2 b. 60% CH4 + 40% CO2 c. 75% CH4 + 25% CO2 Asumsikan bahwa pembakaran dilakukan dengan udara pada temperatur awal 298oC dan menghasilkan sejumlah produk yang temperaturnya 1000oC. 4.2 Hitunglah nilai kalor dari biogas dengan komposisi di bawah ini: a. 50% CH4 + 50% CO2 b. 60% CH4 + 40% CO2 c. 75% CH4 + 25% CO2 4.3 Hitunglah AFR stoikiometri dari pembakaran biogas yang mengandung: a. 50% CH4 + 50% CO2 b. 60% CH4 + 40% CO2 c. 75% CH4 + 25% CO2 Pembakaran dilakukan dengan menggunakan udara. Selanjutnya berikan analisis saudara dari AFR untuk ketiga jenis komposisi biogas tersebut. 4.4 Pada suatu reaktor biogas diperoleh data bahwa komposisi biogas terdiri dari 50% CH4 + 50% CO2. Biogas ini kemudian dibakar dengan udara. Jika selama pembakaran tersebut terukur debit biogas adalah 500 L/jam dan debit udara adalah 2.000 L/ jam, maka hitunglah λ dari proses pembakaran tersebut. Jelaskan Dasar-dasar Pembakaran

53

pula apakah pembakaran tersebut termasuk pembakaran kaya, stoikiometri, atau miskin. (Catatan: hati-hati dengan definisi AFR adalah perbandingan massa dan bukan perbandingan volume). 4.5 Jika pembakaran biogas dengan kadar 50% CH4 + 50% CO2 terjadi tidak secara stoikiometri, maka perkirakan jenis-jenis gas apa yang akan akan dihasilkan. 4.6 Jelaskan bahwa dalam proses pembakaran harus memenuhi salah satu hukum termodinamika, yaitu tentang kekekalan massa. -oo0o-

54


Bab 5 Biogas untuk Rumah Tangga

5.1 Aplikasi Biogas di Sektor Rumah Tangga

B

iogas dapat diaplikasikan di pedesaan maupun di perkotaan. Di pedesaan dengan jumlah hewan ternak yang banyak atau di perkotaan yang banyak membuang sampah organik, maka konsep kemandirian energi berupa energi biogas dapat dikaji dengan lebih serius. Sejak beberapa tahun ini sebenarnya konsep energi pedesaan/perkotaan atau konsep desa mandiri energi/kota mandiri energi di beberapa daerah sudah mulai terwujud. Untuk menjalankan konsep ini di tempat lain, maka perlu diawali dengan pemetaan potensi sumber energi lokal yang dapat diperbaharui dan jenis pemakaian energi di lokasi tersebut. Pada umumnya, kebutuhan bahan bakar untuk sektor rumah tangga di perkotaan dan pedesaan adalah untuk memasak, penerangan, dan transportasi. Jenis bahan bakar yang digunakan untuk memasak pada umumnya adalah biomasa kering, minyak tanah, dan LPG. Jenis bahan bakar yang digunakan untuk penerangan pada umumnya adalah dari minyak tanah untuk lampu penerangan/petromaks dan solar untuk

genset listrik. Bahan bakar untuk transportasi pada umumnya adalah bensin dan solar. Biogas sebagaimana bahan bakar gas lainnya dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar untuk memasak dan untuk penerangan. Untuk dapat mengaplikasikan biogas untuk sektor rumah tangga dengan baik khususnya untuk memasak, beberapa informasi berikut penting untuk dijadikan informasi awal kebutuhan energi di pedesaan. 1. Rata-rata konsumsi energi perkapita harian dalam rumah tangga pedesaan adalah sekitar 25 MJ (Suyitno, 2009). 2. Kegiatan utama yang menyerap banyak energi adalah untuk memasak sekitar 95% dan penerangan yaitu sekitar 5%. 3. Selain kebutuhan energi untuk memasak dan penerangan, energi pedesaan diperlukan untuk kegiatan ekonomi. Listrik dan bahan bakar minyak utamanya untuk menggerakkan peralatan pertanian, pertukangan, penggergajian, dan lain-lain.

5.2 Merancang Reaktor Biogas untuk Kompor Rumah Tangga Berikut ini adalah contoh tahapan untuk merancang reaktor biogas untuk kompor rumah tangga. 1. Tentukan kebutuhan energi. a. Dari informasi sebelumnya diperoleh data bahwa rata-rata konsumsi energi harian untuk memasak adalah 95% x 25 MJ = 23,75 MJ per kapita. b. Kebutuhan energi untuk satu keluarga yang terdiri dari 4 orang adalah 4 x 23,75 MJ = 95 MJ. 2. Tentukan nilai kalor dari biogas. Nilai kalor dari biogas dengan kadar metana 50% adalah sekitar 19,23 MJ/m3 atau 13,3 MJ/kg.

56


3. Hitung jumlah biogas yang dibutuhkan. Jumlah biogas yang dibutuhkan dapat dihitung dari: Kebutuhan biogas =

kebutuhan energi nilai kalor biogas

(5.1)

Sehingga: Kebutuhan biogas =

9 5 M J 19,23 MJ/m

3

= 4,9 m3

∴ Besarnya penampung biogas dapat dibuat dengan volume minimum 5 m3. 4. Untuk merancang biodigester, jumlah kotoran, dan jumlah hewan yang dibutuhkan untuk menghasilkan biogas minimal 5 m3 per hari dapat mengacu pada perhitungan yang terdapat dalam bab II buku ini. Prinsip dari kompor biogas adalah seperti kompor gas pada umumnya. Beberapa perbedaan yang perlu diperhatikan adalah: 1. Nilai kalor biogas sangat tergantung dari kadar metana dalam biogas. Semakin besar kadar metana, semakin tinggi nilai kalor dari biogas. 2. Nilai kalor biogas lebih rendah dari nilai kalor LPG. 3. Tekanan biogas yang berasal dari digester umumnya jauh di bawah tekanan gas dari tabung LPG. Pemanfaatan kompor gas LPG perlu sedikit dilakukan modifikasi khususnya pada bagian nosel. Tekanan biogas yang umumnya rendah dapat membuat aliran dan semburan api pada kompor tidak terlalu besar dan tidak stabil. Oleh karena itu, jika hendak memanfaatkan kompor LPG dengan menggunakan bahan bakar biogas, maka diperlukan beberapa modifikasi. Gambar 5.1 merupakan beberapa variasi jenis kompor biogas. Gambar sebelah kiri merupakan kompor biogas yang didesain mirip Biogas untuk Rumah Tangga

57

dengan kompor gas LPG. Gambar tengah menunjukkan api dari biogas pada kompor yang didesain hanya dari burnernya saja. Api tidak menyebar sebagaimana pada kompor di sebelah kiri. Gambar sebelah kanan merupakan desain kompor yang berupa rangka dan pipa yang kemudian dihubungkan dengan burner. Api yang dihasilkan dari rancangan kompor di sebelah kanan adalah mirip seperti pada rancangan kompor di bagian tengah.

Gambar 5.1. Beberapa jenis kompor biogas Gambar 5.1 Beberapa jenis kompor biogas

Gambar 5.1. Beberapa jenis kompor biogas

Gambar 5.2 Saluran masuk dan pengarah gas (dudukan burner) kompor LPG

Gambar 5.2. Saluran masuk dan pengarah gas (dudukan burner) kompor LPG

Gambar 5.2. Saluran dan pengarah gas (dudukan burner) LPG Gambar masuk 5.1 adalah saluran masuk gas, saluran udara kompor dan dudukan burner dari kompor LPG. Kompor LPG yang hendak memakai biogas sebagai bahan bakarnya perlu dilakukan modifikasi pada saluran udaranya. Umumnya saluran udara dan burner untuk kompor LPG ada di satu tempat. Pada saat gas LPG dari tabung bertekanan mengalir melalui nosel, maka kecepatan gas meningkat sehingga

58


tekanan di depan nosen turun. Akibatnya udara dari luar akan masuk dan bercampur dengan gas LPG. Pada saat biogas mengalir ke dalam saluran gas dari kompor LPG, tekanan biogas dari biodigester adalah rendah. Akibatnya nosel tidak berfungsi sebagaimana mestinya seperti pada saat memakai gas LPG bertekanan. Tekanan yang rendah pada bagian depan nosel tidak terbentuk dan tidak ada udara yang masuk atau justru sebagian biogas keluar ke lingkungan melalui bagian lubang udara. Kebocoran biogas melalui saluran ini dapat berakibat fatal. Alternatif lainnya adalah menutup lubang udara pada kompor LPG, sehingga udara untuk pembakaran hanya diperoleh dari sekeliling burner.

5.3 Analisis Unjuk Kerja Kompor Energi yang terkandung dalam biogas sejatinya tidak dapat dimanfaatkan semuanya sebagai sumber panas untuk kompor rumah tangga. Terdapat sebagian panas yang terbuang ke lingkungan. Untuk mengetahui besarnya unjuk kerja dari suatu kompor dapat diuji dengan menggunakan metode uji water boiling test (WBT). Metode water boiling test (WBT) adalah suatu uji unjuk kerja tungku dan kompor dengan cara mendidihkan air yang berada di dalam panci, yang tujuannya untuk mengetahui jumlah energi yang dihasilkan dari bahan bakar yang dipindahkan ke dalam panci yang berisi air dan kemudian mendidihkannya. Pada dasarnya pengujian WBT dibagi menjadi tiga bagian penting yaitu pengujian WBT start dingin, pengujian WBT start panas, dan pengujian WBT simmering. Prosedur dasar yang digunakan dalam metode WBT adalah: 1. Metode WBT start dingin: yaitu pengujian dilakukan pada saat kompor dalam keadaan dingin, kemudian air yang berada di dalam panci dipanaskan sampai airnya mendidih. Setelah airnya mendidih, kompor dimatikan dan dicatat waktu yang diperlukan untuk mendidihkan air, massa air yang di uapkan, temperatur air setelah mendidih, dan massa bahan bakar yang digunakan. Biogas untuk Rumah Tangga

59

2. Metode WBT start panas: yaitu hampir mirip dengan metode WBT start dingin tetapi pengujian dilakukan pada saat kompor dalam keadaan panas. 3. Metode simmering: yaitu pengujian dilakukan dengan cara 2x32 3,76x28 menjaga 17,2 supaya konstan selama 45 (4.20) AFR stoi suhu air yang telah mendidih 1x(12 4) menit, dan suhu tidak boleh naik atau turun lebih dari 3oC dari suhu air yang telah mendidih tadi. Langkah selanjutnya mencatat waktu yang diperlukan untuk mendidihkan air, massa air yang diuapkan, temperatur air setelah mendidih, dan massa bahan bakar yang digunakan. kebutuhan energi (5.1) Kebutuhan biogas nilai kalor dan biogas 2x32kerja 3,76x28 Besarnya unjuk dari tungku kompor dinyatakan dengan 17,2 (4.20) AFR stoi 1x(12 termal 4) adalah rasio energi yang digunakan Sehingga: efisiensi termal. Efisiensi 95 MJ dalam pendidihan dan dalam penguapan air terhadap energi panas Kebutuhan biogas 4,9 m3 3 yang tersedia dalam bahan bakar. Efisiensi termal (TE) dihitung dengan 19,23 MJ/m rumus: kebutuhan energi SH biogas LH Kebutuhan TE (5.2) nilai kalor biogas 'm f HV x Sehingga:f 't f 95 MJ 4,9 m3 Kebutuhan biogas 3LH adalah panas laten [W]. Dimana SH adalah panas sensibel [W]. m w c p Tf Ti 19,23 MJ/m HVf adalah SH nilai kalor bahan bakar [MJ/kg]. ∆mf adalah jumlah massa ǻt s bahan bakar yang digunakan (kg). ∆tf adalah waktu yang diperlukan SH LH TE sampai akhir pengujian (s). dari awal 'm m w,f exhfg f HV Beberapa persamaan di bawah ini dapat digunakan untuk LH 't f ǻ t L menghitung SH, LH, dan mf. SH

m w c p Tf Ti ǻt s

(5.1) (5.2)

(5.3) (5.2) (5.4)

(5.3) (5.3)

Ne 30.N e T = 2.S.n S.nair (kg). c adalah panas jenis spesifik dari air Dimana mw §¨adalah·¸ massa p m h e fg¹ 60 © w, (J/kgK).LH Tf adalah temperatur air awal (K). Ti adalah temperatur air akhir ǻt L (K). ∆ts adalah lamanya waktu air dipanasi dari Tf sampai Ti (s). kerja per siklus bmep = volume langkah torak N Teknologi 30.NBiogas: 60 Pembuatan, Operasional dan Pemanfaatan e T = = e Ne bmep § 2.SV.n ·.z.n.aS.n L¸ ¨ © 60 ¹

(6.1) (5.4) (6.2) (6.1) (6.3)

SH

LH

m w c p Tf Ti

(5.3)

ǻt s m w,ehfg ǻt L

(5.4) (5.4)

Dimana mw,e adalah massa air yang diuapkan (kg). hfg adalah entalpi penguapan dari air (J/kg). ∆tL adalah lamanya waktu air menguap (s). Ne 30.Ne T = ∆mf =§ 2 ñ.fSQ.nf · (5.5) S.n ¨ ¸ © 60 ¹massa jenis bahan bakar (kg/m3). Q adalah debit Dimana ρf adalah f bahan bakar mengalir (m3/s). kerja per siklus bmep Soal Bab V:= volume langkah torak 5.1 Hitunglah kebutuhan biogas untuk keperluan memasak 10 orang Ne bmep = jika biogas Vmemiliki kadar CH4 60%. Hitung pula kebutuhan L .z.n.a kotoran dan jumlah sapi yang diperlukan. 5.2 Hitunglah kebutuhan LPG untuk keperluan memasak 10 orang Gf dan harga LPG yang digunakan tersebut. B=hitunglah N 5.3 Jika dari suatu pengujian diketahui: a. Air sebanyak 5 liter mendidih dari temperatur 27oC sampai o Ne 15 menit. Ke 100 = C selama x 100% Gf .Q ctemperatur 100oC tercapai, pengujian diteruskan b. Setelah selama 10 menit sehingga air yang menguap sebanyak 150 gram. Vmaks c. r Selama Vmin 25 menit pengujian tersebut, jumlah biogas dengan kadar metana 50% yang dibutuhkan adalah 0,5 m3. Maka tentukan berapa unjuk kerja dari kompor tersebut. -oo0oo-

Biogas untuk Rumah Tangga

61

(6.1)

(6.2) (6.3)

(6.4)

(6.5)

(6.6)

Bab 6 Pembangkit Listrik Tenaga Biogas

P

emanfaatan biogas untuk pembangkit listrik dapat melalui berbagai cara seperti menggunakan turbin, fuel cell, dan motor bakar. Pada aplikasi pembangkit listrik skala kecil, cara yang banyak dipakai adalah menggunakan motor bakar sebagai penggerak. Sehingga bab ini akan membahas pembangkit listrik tenaga biogas dengan menggunakan motor bakar dan generator.

6.1 Dasar-Dasar Motor Bakar Motor bakar merupakan salah satu mesin penggerak mula yang mempunyai peranan penting sebagai tenaga penggerak berbagai macam peralatan dari kapasitas kecil sampai besar. Jenis peralatan yang digerakkan adalah peralatan yang tidak bergerak (stationer) dan bergerak (marine, aviation, automotive). Motor bakar terdiri dari motor dengan kerja bolak balik (reciprocating engine) dan motor dengan kerja putar (rotary engine). Motor dengan kerja bolak-balik terdiri dari motor bensin (Otto) dan motor Diesel, dengan sistem 2 tak maupun 4 tak. Perbedaan utama motor bensin (Otto) dengan motor diesel adalah pada sistem penyalaannya. Motor bensin dengan bahan bakar bensin dicampur

Kebutuhan biogas

kebutuhan energi nilai kalor biogas

(5.1)

Sehingga: terlebih dahulu dalam karburator dengan udara pembakaran sebelum 95 MJ 4,9Selanjutnya m3 Kebutuhan biogas silinder (ruang 3bakar). dimasukkan ke dalam campuran 19,23 MJ/m udara-bensin dinyalakan oleh loncatan api listrik antara kedua elektroda busi. Karena itu motor bensin dinamai juga Spark Ignition Engines. SH LH (5.2) TE 'm f 6.2. Unjuk Kerja Motor Bakar HVf x 't Kinerja suatuf motor bakar diperoleh dengan serangkaian uji unjuk kerja. Beberapa paramater penting yang berpengaruh pada w c p Tbakar f Ti adalah sebagai berikut: unjukSH kerjammotor (5.3) ǻt s a. Torsi dan Daya Poros Torsi adalah ukuran kemampuan mesin untuk menghasilkan kerm w,eprakteknya, hfg ja. Dalam torsi dari mesin berguna untuk mengatasi (5.4) LH hambatan ǻt Lsewaktu kendaraan jalan menanjak, atau waktu mempercepat laju kendaraan (otomotif). Besar torsi dapat dihitung dengan rumus: T =

Ne § 2.S.n · ¨ ¸ © 60 ¹

30.Ne S.n

(6.1) (6.1)

dimana : kerja per siklus bmep = (6.2) T : torsi (N.m) volume langkah torak Ne : daya poros/daya efektif (Watt) Ne n : putaran poros engkol (rpm) bmep = (6.3) VL .z.n.a Putaran poros engkol dapat diukur dengan menggunakan tachometer. G B= f Efektif Rata-Rata (Brake Mean Effective Pressure = (6.4) b. Tekanan N bmep) tekanan efektif rata-rata didefinisikan sebagai tekanan teoritis Ne Ke = x 100% (konstan), yang apabila mendorong torak sepanjang langkah kerja (6.5) Gf .Q c dari motor dapat menghasilkan tenaga (tenaga poros).

r 64

Vmaks Vmin

(6.6) Teknologi Biogas: Pembuatan, Operasional dan Pemanfaatan

bmep =

kerja per siklus volume langkah torak

(6.2)

bmep =

Ne VL .z.n.a

(6.3)

dimana : bmep N e V L z n a

: tekanan efektif rata-rata (kg/m2 atau Pa) : daya poros/daya efektif (watt) 3 : Volume langkah torak per silinder (m ) : (luas penampang torak x panjang langkah torak ) : jumlah silinder : putaran poros engkol (rpm) : jumlah siklus per putaran, (siklus/putaran) : 1, untuk motor 2 tak : ½, untuk motor 4 tak.

c. Pemakaian Bahan Bakar Spesifik Pemakaian bahan bakar spesifik menyatakan banyaknya bahan bakar yang dikonsumsi mesin per jam untuk setiap daya kuda yang dihasilkan. Harga pemakaian bahan bakar spesifik yang lebih rendah menyatakan efisiensi yang lebih tinggi. Jika dalam suatu pengujian mesin diperoleh data mengenai penggunaan jumlah bahan bakar (kg bahan bakar/jam), dan dalam waktu 1 jam diperoleh tenaga yang dihasilkan N, maka pemakaian bahan spesifik dihitung sebagai berikut: Gf N dimana : B : pemakaian bahan bakar (kg bahan bakar/jam.W) Gf : jumlah bahan bakar yang digunakan (kg /jam) N : jumlah tenaga yang dihasilkan per waktu (W) B=

Pembangkit Listrik Tenaga Biogas

(6.4)

65

d. Efisiensi Total Efisiensi total menyatakan efisiensi pemanfaatan panas dari bahan bakar untuk diubah menjadi tenaga berguna. Besarnya efisiensi total dapat dihitung dengan rumus: ηe=

Ne G f .Q

x 100%

(6.5)

c

dimana : η e N e G f Qc

: efisiensi termal efektif : daya efektif : jumlah BB yang dipergunakan : nilai kalor bahan bakar

(%) (W) (kg /s) (J/kg)

6.3 Modifikasi Motor Bakar Berbahan Bakar Bensin Menjadi Berbahan Bakar Biogas Modifikasi dari mesin otto (motor bensin) cukup mudah karena mesin sudah didesain untuk beroperasi pada campuran udara/bahan bakar dengan pengapian busi. Beberapa modifikasi yang dapat dilakukan adalah:

• • •

Modifikasi saluran masuk bahan bakar dan udara. Modifikasi rasio kompresi. Waktu pengapian

Modifikasi dasar adalah merubah campuran udara dan bahan bakar di dalam karburasi. Perbandingan massa udara dan massa bahan bakar untuk pembakaran sempurna dapat dilihat pada Tabel 6.1. Perbandingan massa udara dan massa bensin pada pembakaran sempurna adalah 15. Perbandingan massa udara dan massa biogas dengan kadar CH4 50% adalah 4,6. Dengan dasar ini, saluran campuran bahan bakar bensin dan udara yang semula menggunakan karburasi, maka pada biogas dibuat peralatan pencampur yang dapat menghasilkan campuran untuk terjadinya pembakaran yang baik. 66


Tabel 6.1 Perbandingan jumlah udara dan jumlah bahan bakar untuk pembakaran sempurna (Suyitno, 2009). No

Bahan Bakar

Gambar 5.2. Saluran masuk dan

Perbandingan Perbandingan massa udara volume udara terhadap massa terhadap volume bakar pengarahbahan gas bakar (dudukanbahan burner) kompor

1.

Bensin

15,05

5275

2.

Methane

17,16

9

3.

Biogas 50% CH4 + 50% CO2

4,6

5,8

LPG

6.1 Pengaruh perbandingan kompresi terhadapefisiensi efisiensi dengan GambarGambar 6.1. Pengaruh perbandingan kompresi terhadap dengan perbandingan panas spesifik Cp/Cv = 1,4 (Cengel, 2006). perbandingan panas spesifik Cp/Cv = 1,4 (Cengel, 2006). Besarnya rasio kompresi dapat mempengaruhi efisiensi dari motor bakar. Secara umum dikatakan bahwa dengan rasio kompresi yang lebih tinggi akan diperoleh peningkatan efisiensi sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 6.1 Perbandingan kompresi yang umum pada motor bensin adalah 7-10. Perbandingan kompresi bukanlah Pembangkit Listrik Tenaga Biogas

67

perbandingan tekanan. Perbandingan kompresi (r) sendiri didefinisikan sebagai berikut: r=

Vmaks Vmin

(6.6)

Untuk biogas, rasio kompresi direkomendasikan tidak lebih dari 13 (Mitzlatf, 1988). Semakin tinggi rasio kompresi dapat meningkatkan temperatur campuran udara bahan bakar. Hal ini dapat menyebabkan penyalaan sendiri yang tidak terkontrol dan proses pembakaran yang tidak rata. Keduanya dapat menjadi hal yang merugikan untuk mesin. Kecepatan pembakaran dari biogas lebih rendah dari kecepatan pembakaran bensin. Penyebabnya adalah biogas mengandung CO2 dalam konsentrasi yang cukup tinggi dimana CO2 tidak dapat terbakar sehingga menghambat perambatan panas pembakaran. Kecepatan pembakaran campuran udara bahan bakar selama satu langkah pembakaran pada motor bensin sangat mempengaruhi efisiensi motor bensin tersebut. Sebagaimana diketahui bahwa waktu yang tersedia untuk sempurnanya pembakaran dalam ruang bakar motor bensin sangatlah singkat. Sebagai gambaran, pada motor bensin yang beroperasi pada 3.000 rpm, maka waktu yang tersedia untuk pembakaran selama satu langkah adalah 1/100 detik. Pembakaran mulai terjadi dari sumber pengapian dan membutuhkan beberapa waktu untuk api tersebut dapat berkembang atau menyebar. Karena adanya pembakaran, maka tekanan meningkat dan puncak tekanan terjadi dekat setelah piston mencapai titik mati atas (TMA) sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 6.2. Tekanan piston yang tinggi setelah TMA menyebabkan gaya yang tinggi pada piston. Penyalaan premature atau tekanan yang terlalu tinggi setelah TMA akan mengonsumsi kerja atau daya tambahan dari piston padahal piston membutuhkannya untuk menekan melawan pembakaran dan membuang campuran gas buang. Penyalaan yang mundur atau pembakaran lambat dari campuran udara bahan bakar akan berakibat 68


pada campuran masih terbakar ketika langkah pembakaran telah selesai dan katup buang terbuka. Akibatnya selain banyak panas terbuang dan berbahaya juga banyak energi bahan bakar terbuang bersama gas buang. Kecepatan pembakaran dari campuran udara bahan bakar meningkat secara signifikan sebagai fungsi dari tekanan dan temperatur aktualnya. Waktu yang sesuai dengan kecepatan pembakaran tergantung pada beberapa parameter operasi:

• • • •

Kecepatan mesin Kelebihan udara pembakaran Jenis bahan bakar Tekanan dan temperatur.

Dalam kasus pembakaran biogas, karena kecepatan pembakarannya yang rendah, maka waktu pengapian yang dibutuhkan biasanya dapat dimajukan 100 – 150 lebih awal dari waktu pengapian standar bahan bakar bensin.

Gambar 6.2. Tekanan sebagai fungsi dari sudut pengapian (Mitzlatf, 1988).

Gambar 6.2 Tekanan sebagai fungsi dari sudut pengapian (Mitzlatf, 1988).


69

6.4 Modifikasi pada Genset Genset yang digunakan dalam proyek ini mempunyai spesifikasi standar sebagai berikut: Jenis mesin Bore x stroke Displacement Rasio kompresi Max. Output Rated Output Max Torque Ignition System

: 1 cylinder, 4 stroke, pendinginan udara, OHV : 68 x 45 mm : 163 cm : 8,5:1 : 5,5 HP/4,1 kW : 4,6 HP/3,5 kW : 10,8 Nm : Transistor magneto

Silinder motor bakar terbuat dari aluminium paduan dan diberi sirip pendingin. Kepala silinder yang menutup silinder terbuat dari alumunium dan dilengkapi juga dengan sirip pendingin. Kepala silinder ini juga dilengkapi dengan busi yang menimbulkan percikan bunga api dan mekanisme katup isap dan katup buang. Sistem pengapian adalah sistem magnet. Pemutus arus, komponen pengapian dan sebagainya dari sistem pengapian ditempatkan di dalam roda gayanya. Sedangkan puli untuk menstart dipasang pada ujung poros engkol. Berikut adalah beberapa modifikasi yang dilakukan: a. Katup Mekanisme katup pada genset menggunakan model katup OHV (Over Head Valve), yaitu dengan ciri–ciri:

• • •

Katup menggantung. Poros cam terletak di bawah. Katup di kepala silinder.

Perubahan yang dilakukan dengan penyetelan katup (lihat Gambar 6.3), yaitu dengan:

•

70

Katup hisap (standar 0,25 mm). o Celah katup hisap dirubah menjadi 0,30 mm– 0,35 mm.


Gambar 6.2. Tekanan sebagai fungsi dari sudut pengapian (Mitzlatf, 1988).

•

Katup buang (standar 0,35). o Celah katup buang dirubah menjadi 0,40 mm – 0,50 mm.

Gambar motor bakar bakar Gambar 6.3 6.3. Celah katup motor b. Kepala silinder Modifikasi pada bagian ini dilakukan dengan membubut kepala silinder sebesar 0,5 mm sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 6.4. Tujuan dari pembubutan kepala silinder adalah untuk menaikkan rasio kompresi dari standardnya 8,5 menjadi sekitar 9,2. Hal ini dimaksudkan agar campuran bahan bakar (biogas) dan udara dapat lebih mudah dibakar di ruang bakar.

Gambar6.4. 6.4Kepala Kepala silinder silinder setelah Gambar setelah dibubut dibubut0,5 0,5 mm. mm . Pembangkit Listrik Tenaga Biogas

71

Gambar 6.4. Kepala silinder setelah dibubut 0,5 mm . c. Komponen Penyalaan

•

Karburator

Gambar 6.4. Kepala silinder setelah dibubut 0,5 mm . 6.5 Modifikasi saluran masuk biogas dan udara. GambarGambar 6.5. Modifikasi saluran masuk biogas dan udara. Karburator berfungsi untuk mencampur udara dan bahan bakar (biogas) dengan perbandingan tertentu yang akan masuk ke dalam ruang bakar. Saluran masuk biogas dan udara ke dalam ruang bakar dibuat sedemikian rupa sehingga biogas dan udara dapat bercampur dengan perbandingan tertentu. Saluran pencampuran dibuat dari material tembaga supaya lebih 6.5. awetModifikasi (lihat Gambar 6.5). Pemasangan alat udara. pencampur Gambar saluran masuk biogas dan udara dan biogas dapat dilihat pada Gambar 6.6. a. Pemasangan saluran pencampur biogas-udara

a.

Pemasangan saluran pencampur biogas-udara a.

72

Pemasangan saluran pencampur biogas-udara Teknologi Biogas: Pembuatan, Operasional dan Pemanfaatan

130

Teknologi Biogas: Pembuatan, Operasional, dan

b. Pemasangan saluran pencampur biogas-udara antara karburator lama dengan kepala silinder Alat pencampur yang baru

Karburator lama

b. Pemasangan saluran pencampur antara Gambar 6.6 Pemasangan saluran biogas biogas-udara dan udara antara karburator karburator dengan silinder lama lama dengan kepalakepala silinder.

•

Busi Loncatan bunga apisaluran pada sebuah busiudara yang antara dihubungkan Gambar 6.6. Pemasangan biogas dan karburator dengan kepala silinder. dengan sebuahlama kabel pada terminal yang berada di bagian atas dari busi, ujung kabel yang lain berhubungan dengan sumber daya tegangan tinggi. Bunga api menyalakan campuran yang berada disekitarnya ¾ Busi kemudian menyebar keseluruh arah dalam ruang bakar. PemLoncatan bunga pada tapi sebuah busi yang bakaran tidak terjadiapi serentak, bergerak secara progresif melintasi campuran yang belum terbakar. Pembakaran dimudihubungkan dengan sebuah kabel pada terminal lai di tempat yang paling panas yaitu dekat busi. Busi tidak yang terlalu beradapanas, di bagian atas darimemudahkan busi, ujung terbentuknya kabel boleh karena akan endapan karbon pada permukaan isolatornya yang lain berhubungan dengan sumber(porselen) daya dan dapat menimbulkan hubungan singkat. Secara umum tidak tegangan tinggi. diperlukan modifikasi untuk busi.


73

•

Alat pembangkit tegangan tinggi Tegangan antara 5.000 sampai dari 10.000 V harus diberikan pada elektroda tengah agar dapat terjadi loncatan bunga api antara celah atau eleltroda busi tegangan tinggi dapat dihasilkan sebagai berikut: Magnit  interuptor yang menaikkan tegangan dengan penahanan arus  coil penyalaan transformator. Magnet permanen ditempatkan pada roda penerus yang dipasang pada poros engkol. Inti besi ditempatkan sebagai stator. Magnet berputar bersama dengan roda penerus dan antara inti besi dengan magnet terdapat celah kecil. Medan magnet berubah–ubah karena perputaran magnet dan menimbulkan listrik dalam lilitan primer pada inti besi. Sirkuit dilengkapi dengan titik kontak. Akibat gerakan cam, titik kontak terbuka maka akan terjadi loncatan bunga api pada busi. Kenaikan tegangan pada transformator yang terdiri dari lilitan primer dan sekunder inilah yang dibutuhkan oleh busi. Kapasitor yang disisipkan dalam sirkuit akan menghindari terjadinya loncatan api pada titik kontak akibat tegangan tinggi yang timbul dalam lilitan sekunder.

Penyalaan dan pembakaran Loncatan bunga api terjadi sesaat sebelum torak mencapai titik mati atas (TMA) sewaktu langkah kompresi. Saat loncantan bunga api biasa dinyatakan dalam derajat sudut engkol sebelum torak mencapai titik mati atas (TMA). Pada pembakaran sempurna setelah penyalaan dimulai, api menjalar dari busi dan menyebar ke seluruh arah dalam waktu yang sebanding dengan 20 derajat sudut engkol atau lebih untuk campuran sampai tekanan maksimum. Kecepatan api umumnya kurang dari 10-30 m/detik. Panas pembakaran pada TMA diubah dalam bentuk kerja dengan efisiensi yang tinggi. Kelambatan waktu akan menurunkan efisiensi karena rendahnya tekanan akibat pertambahan volume dan waktu penyebaran api yang telah lambat. Penyalaan yang 74


terlalu cepat juga dapat menurunkan efisiensi sekalipun tekanannya tinggi akibat langkah kompresi. Pada genset ini untuk memudahkan pembakaran campuran bahan bakar biogas dan udara maka dilakukan modifikasi berupa menaikkan rasio kompresi sehingga tekanan torak atau tekanan pada waktu kompresi menjadi tinggi. Akibatnya panas yang dihasilkan dari campuran tersebut tinggi dan memudahkan bahan bakar tersebut mudah terbakar. Meningkatnya tekanan kompresi dapat juga dinaikkan dengan mengurangi volume ruang bahan bakar pada kepala silinder. Penyetelan celah katup juga mempengaruhi peningkatan tekanan kompresi dimana semakin kecil celah katup maka terjadi kompresi yang rendah. Sedangkan celah katup yang besar mengakibatkan kompresi yang dihasilkan tinggi. Pada proyek ini penyetelan celah katup yang besar dilakukan pada katup buang. Hal ini dimaksudkan agar pembukaan katup buang menjadi kecil sehingga waktu kompresi menjadi lebih lama. Selanjutnya tekanan yang dihasilkan menjadi besar sehingga hasil tekanan tersebut diharapkan mampu menaikkan temperatur dari campuran biogas dan udara. Dengan temperatur yang tinggi memudahkan campuran udara biogas untuk terbakar dengan cepat. Sedangkan penyetelan celah untuk katup masuk lebih kecil dari celah pada katup buang. Untuk membangkitkan listrik antara kedua elektroda busi diperlukan perbedaan tegangan yang cukup besar. Besarnya tergantung pada faktor-faktor berikut: 1. 2. 3. 4.

Perbandingan campuran bahan bakar dan udara. Kepadatan campuran bahan bakar dan udara. Jarak antara kedua elektroda serta bantuk elektroda. Jumlah molekul campuran yang terdapat diantara kedua elektroda. 5. Temperatur campuran dan kondisi operasi yang lain.


75

Pada umumnya disediakan tegangan yang lebih besar untuk menjamin agar selalu terjadi loncatan api listrik di dalam keadaan antara 10.000 – 20.000 volt. Hal ini disebabkan juga kondisi operasi yang berubah–ubah sebagai keausan mesin yang tidak dapat dihindari. Makin padat campuran bahan bakar dan udara makin tinggi tegangan yang diperlukan untuk jarak elektoda yang sama. Karena itu diperlukan tegangan yang lebih tinggi bagi motor dengan perbandingan kompresi yang besar. Hal ini perlu mendapat perhatian terutama apabila tekanan campuran yang masuk ke silinder itu tinggi dan loncatan listrik ditentukan pada waktu torak berada lebih dekat pada TMA. Makin besar jarak elektroda busi makin besar pula perbedaan tegangan yang diperlukan untuk memperoleh intensitas api listrik yang sama. Jumlah minimum molekul banyak tergantung di antara kedua elektroda pada waktu terjadi loncatan listrik yang sangat menentukan apakah penyalaan dapat berlangsung sebaik–baiknya. Karena jumlah molekul banyak tergantung pada perbandingan campuran, jumlah gas sisa, temperatur dan kondisi operasi yang lain, jumlah itu dapat berubah–ubah. Dengan memperbesar jarak elektroda diharapkan jumlah minimum itu dapat dicapai walaupun keadaan operasi berubah–ubah. Akan tetapi, jumlah elektroda juga menentukan besarnya tegangan. Pada mesin genset ini menggunakan sistem penyalaan magneto dimana medan magnet di dalam kumparan primer dan sekunder dibangkitkan oleh putaran magnet permanen. Apabila magnet dibangkitkan, maka akan berubah–ubah dari harga maksimum positif menuju harga maksimum negatif dan sebaliknya. Pada waktu medan magnet turun dari harga maksimum positif, maka akan terinduksi tegangan dan arus listrik di dalam kumparan primer. Arus primer ini membangkitkan medan magnet pula yang menentang perubahaan medan magnet dari magnet yang berputar. Dengan demikian medan magnet (total) yang melingkupi kumparan primer tetap konstan (tinggi) meskipun besarnya medan magnet didalamnya turun pada waktu

76


Alat pencampur yang baru

magnet permanen berputar menjauhi katup. Akan tetapi pemutus arus segera terbuka sehingga arus primer itupun terputus. Di dalam kumparan sekunder akan terinduksi tegangan tinggi sehingga terjadi Karburator lamaelektroda busi. Gerakan katup isap dan loncatan listrik diantara kedua katup buang dapat dilihat pada Tabel 6.2. Tabel 6.2 Gerakan katup isap dan katup buang Mesin 4 langkah

Katup isap Mulai terbuka (0sudut engkol)

Tertutup (0sudut engkol)

Katup buang Mulai terbuka (0sudut engkol)

10 – 30 sebelum TMA

45 – 90 sesudah TMB

45 – 90 sebelum TMB

Tertutup (0sudut engkol) 15 – 45 sesudah TMA

b. Pemasangan saluran pencampur biogas-udara antara karbu

6.5 Prinsip Kerja Generator dengan kepala silinder

Secara sederhana, pembangkitan listrik merupakan hasil dari gerakan magnet dalam suatu kumparan (perhatikan Gambar 6.7). Pada Gambar 6.6. Pemasangan saluran danyang udara antara karbu saat magnet bergerak dalam kumparan terjadibiogas aliran arus arahnya dengan kepala silinder. tergantung dari arah kutub magnet yang bergerak. Pada gambar e tidak terjadi aliran arus karena magnet tidak bergerak dalam kumparan.

Gambar 6.7. Prinsip pembangkitan listrik

Gambar 6.7 Prinsip pembangkitan listrik

Sebagaimana terlihat pada Gambar 6.8 bahwa rotor magnet yang berputar menyebabkan perubahan medan magnet. Akibat selanjutnya arah arus berubah-rubah dalam suatu siklus sehingga Pembangkit Listrik Tenaga Biogas

77

terbentuk arus yang bersifat bolak-balik (AC, alternating current). Pada pembangkit listrik tenaga biogas, rotor magnet digerakkan oleh poros yang terhubung dengan poros engkol dari motor bakar. Jika frekuensi listrik yang dibangkitkan adalah 50 Hz, artinya arus listrik berubah Gambar 6.7. Prinsip pembangkitan listrik arah 50 kali setiap detiknya.

Gambar 6.8. Rotor6.8 magnet yang berputar untuk menghasilkan Gambar Rotor magnet yang berputar untuk menghasilkanlistrik AC listrik AC

6.6 Analisa Unjuk Kerja Genset Berbahan Bakar Biogas Pembangkit listrik yang dikembangkan oleh Laboratorium Konversi Energi Teknik Mesin UNS terdiri dari:

• • • • • • •

Satu unit digester kapasitas 13 m3 Reaktor pencucian biogas dari H2O Reaktor pencucian biogas dari H2S dengan absorben larutan FeEDTA. Kompresor biogas dengan daya ½ hp. Tabung penampung biogas. Motor bakar yang sudah dimodifikasi. Generator listrik.

Secara lengkap, skema pembangkit listrik tersebut dapat dilihat pada Gambar 6.13. Pada awalnya, biogas yang diproduksi dari biodigester dengan bahan baku kotoran sapi dilakukan pencucian. 78


Pencucian biogas dilakukan untuk menurunkan konsentrasi H2O dan H2S. Selanjutnya, biogas yang mempunyai kandungan H2O dan H2S rendah dikompresi dengan menggunakan kompresor (lihat Gambar 6.10). Biogas yang telah dikompresi ditambung dalam suatu tabung penampung biogas bertekanan (lihat Gambar 6.11). Tekanan dalam tabung ini dijaga tidak terlalu tinggi, yaitu maksimum 30 psig dengan menggunakan katup pengaman. Jika tekanan dalam tabung penampung Listrik Tenaga biogasPembangkit sudah mendekati batas Biogas tekanan tersebut, maka kompresor 143 berhenti bekerja dan tidak ada suplai biogas ke tabung penampung biogas. Tekanan rata-rata tabung penampung pada saat peralatan ini diuji coba adalah sekitar 11 psig. Gas dari tabung penampung kemudian dialirkan ke motor generator 6.12). untuk penampung kemudian dialirkan ke (lihat motorGambar generator (lihat menghasilkan listrik. Gambar 6.12) untuk menghasilkan listrik. Panel listrik

Tabung penampung biogas

kompresor Reaktor pencucian

GambarGambar 6.9 Reaktor pencucian, kompresor, tabung penampung, dan 6.9. Reaktor pencucian, kompresor, tabung penampung, dan panel listrik panel listrik


79

144 144

Teknologi Biogas: Pembuatan, Operasional, dan dan Teknologi Biogas: Pembuatan, Operasional,

discharge discharge

suction suction

Gambar 6.10 Kompresor digunakan untuk Gambar 6.10.6.10. Kompresor yangyang digunakan untuk Gambar Kompresor yang digunakan untuk mengkompresi biogas mengkompresi biogas mengkompresi biogas Pressure gaugegauge Pressure

Pressure relief relief Pressure

Gambar 6.11 6.11. Tabung penampung biogas setelah dikompresi. Gambar 6.11. Tabung penampung biogas setelah Gambar Tabung penampung biogas setelah dikompresi. dikompresi.

80


146

Panel listrik

Teknologi Biogas: Pembuatan, Operasional, dan

Gambar 6.12 Motor generator kapasitas 1000 W setelah dimodifikasi Gambar 6.12. Motor generator kapasitas 1000 W setelah dimodifikasi

Pencucian biogas

Kompresor Tabung Penampung

Genset Gambar 6.13. Skema pembangkit listrik tenaga biogas Gambar 6.13 Skema pembangkit listrik tenaga biogas yang yang dikembangkan oleh tim peneliti dari Laboratorium dikembangkan oleh tim peneliti dari Laboratorium Konversi Energi Konversi Energi Teknik Mesin UNS Teknik Mesin UNS Pembangkit Listrik Tenaga Biogas

81

Kompresor

Torsi (Nm)

Terdapat empat indikator penting dalan unjuk kerja suatu motor bakar dan genset, yaitu torsi, bmep, efisiensi volumetrik dan efisiensi total. Torsi merupakan Tabung ukuran kemampuan mesin untuk melakukan kerja. Dari hasil pengujian genset berbahan bakar biogas, dapat diperoleh torsiPenampung yang diperlihatkan pada Gambar 6.14. Semakin besar beban membutuhkan torsi yang lebih besar. Pada beban 1000 W, torsi yang dibutuhkan adalah 4,1 Nm pada putaranGense 2320 rpm. Torsi yang terjadi ternyata lebih rendah dari torsi maksimum spesifikasi standar genset bakar bensin sebesar 10,8 Nm. Hal ini dapat Gambar 6.13.berbahan Skema pembangkit listrik tenaga biogas yang dikembangk dimengerti karena energi yang terkandung dalam biogas lebih rendah tim peneliti dari Laboratorium Konversi Energi Teknik Mesin UN dari energi yang terkandung dalam bensin. 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0

200

400

600

800

1000

1200

Beban (W)

Gambar 6.14 Torsi mesin berbahan bakar biogas.

Gambar 6.14. Torsi mesin berbahan bakar biogas.

Di dalam mesin berbahan bakar gas, efisiensi volumetrik merupakan kemampuan dari engine untuk memasukkan dan mengeluarkan sejumlah campuran gas bahan bakar dan udara. Secara definisi, efisiensi volumetrik adalah perbandingan volume fluida kerja (bahan bakar dan udara) yang secara aktual dimasukkan (yang diukur pada tekanan dan temperatur tertentu) terhadap volume langkah piston. Sedangkan untuk mesin berbahan bakar cair, efisiensi volumetrik didefinisikan sebagai perbandingan volume udara yang ditarik ke dalam silinder dengan volume langkah piston. 82


Secara umum dapat dinyatakan bahwa mesin yang mempunyai efisiensi volumetrik tinggi akan mampu bekerja pada rpm yang tinggi dan menghasilkan daya total yang lebih banyak karena rendahnya rugirugi daya hambat udara yang bergerak masuk dan keluar silinder. Pada pengujian mesin berbahan bakar biogas, terlihat bahwa pada saat idle, efisiensi volumetriknya rendah yaitu sekitar 16%. Pada beban yang lebih tinggi, efisiensi volumetriknya meningkat. Efisiensi volumetrik genset berbahan bakar biogas pada beban 200-1000 W berada pada kisaran 43-64%.

Efisiensi Volumetrik

70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0

200

400

600

800

1000

1200

Beban (W)

Gambar 6.15 Efisiensivolumetrik volumetrik mesin bakar biogas. Gambar 6.15. Efisiensi mesinberbahan berbahan bakar biogas.

bmep (kPa)

Dari penelitian yang lain disebutkan bahwa efisieni volumetrik genset dengan bahan bakar minyak tanah akan sangat rendah. Pada 350 beban 1 kW, efisiensi volumetrik yang diperoleh adalah sekitar 30%. 300 Nilai yang rendah ini diakibatkan oleh setingan throtle yang ditutup 250 sebagian pada saat menggunakan bahan bakar minyak tanah (Kapadia, 200 2006). Menurut Heywood, besarnya efisiensi volumetrik maksimum 150 pada motor bensin standar adalah sekitar 80-90% (Heywood, J.B, 100 1988). Pada pengujian genset berbahan bakar biogas pemasukan 50 biogas dilakukan dengan membuat saluran bahan bakar udara yang 0 dipasang dekat dengan katup masuk. Dengan modifikasi ini karburator 0 200 400 600 800 1000 1200 dan governor tidak difungsikan lagi. Akibatnya efisiensi volumetrik Beban (W)


83

30.000 25.000

8,0

pesifik

pesifik

Gambar 6.16. Bmep mesin berbahan bakar biogas.

Efisiensi Volumetrik

meningkat dibandingkan dengan genset berbahan bakar minyak tanah yang sebagian throttlenya ditutup. Dari Gambar 6.15 juga terlihat bahwa perubahan efisiensi volumetrik hampir sama untuk semua beban karena governor tidak difungsikan dan pemasukan bahan bakar udara hanya fungsi dari tarikan piston dalam ruang bakar. Penyebab tingginya efisiensi volumetrik genset berbahan bakar biogas ini juga 70% dikarenakan terdapatnya sedikit tekanan biogas masuk. Sebelum 60% biogas masuk ke dalam ruang bakar, biogas ditekan pada tekanan rata50% rata 11 psig untuk memudahkan penyalaan dan menstabilkan putaran 40% mesin. 30%

Bmep 20%

adalah indikar unjuk kerja motor bakar yang menyatakan perbandingan antara kerja dan volume silinder. Mesin yang mempunyai 10% bmep 0% tinggi berarti mampu menghasilkan kerja yang lebih tinggi. Besarnya bmep pada 850-1050 kPa pada1200 torsi 0 200 motor 400bakar adalah 600 800 1000 maksimumnya (Heywood, 1988). Besarnya bmep dari pengujian Beban (W) motor bakar berbahan bakar biogas adalah 320 kPa pada beban 1000 W sebagaimana ditunjukkan pada Gambar Semakin besarbiogas. beban Gambar 6.15. Efisiensi volumetrik mesin6.16. berbahan bakar akan diperoleh peningkatan bmep. 350

bmep (kPa)

300 250 200 150 100 50 0 0

200

400

600

800

1000

1200

Beban (W)

Gambar 6.16 Bmep mesin berbahan bakar biogas.

84

30.000 25.000 20.000 15.000

8,0 6,0

Teknologi Biogas: Pembuatan, Operasional dan Pemanfaatan 4,0

10.000 5.000

si Bahan Bakar Spesifik (cc/J)

msi Bahan Bakar Spesifik (Pg/J)


2,0

Beban (W)

30.000 8,0

25.000 20.000

6,0

15.000

4,0

10.000 2,0

5.000 0 0

200

400

600

800

1000

0,0 1200

Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (cc/J)

Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (Pg/J)


Beban (W)

Gambar 6.17 Konsumsi bahan bakar spesifik mesin

Gambar 6.17. Konsumsi bahan bakar spesifik mesin berbahan bakar biogas. berbahan bakar biogas Menurut Heywood, besarnya konsumsi bahan bakar spesifik untuk motor bensin standar adalah 75 µg/J atau 0,0001 cc/J (Heywood, 1988). Dengan menggunakan biogas, karena AFR yang rendah menyebabkan jumlah bahan bakar yang diperlukan lebih tinggi. Dengan biogas, semakin besar beban menyebabkan konsumsi bahan bakar spesifik menurun. Pada beban 1000 W sebagaimana diperlihatkan pada Gambar 6.17 diperoleh konsumsi bahan bakar spesifik sebesar 1100 µg/J atau 0,6 cc/J. 16%

Efisiensi Total

14%

Eksperimen

12%

Kapadia, 2006

10% 8% 6% 4% 2% 0% 0

200

400

600

800

1000

1200

Beban (W)

Gambar 6.18 Efisiensi total mesin berbahan bakar biogas.

Gambar 6.18. Efisiensi total mesin berbahan bakar biogas.


85

Ukuran dari unjuk kerja suatu motor bakar yang lebih realistis adalah efisiensi termal atau efisiensi total. Gambar 6.18 menunjukkan efisiensi total mesin berbahan bakar biogas. Terlihat bahwa efisiensi total memingkat seiring dengan meningkatnya beban. Pada beban 1000 W dapat diperoleh efisiensi total sebesar 15%. Nilai ini memang lebih rendah dari motor bakar berbahan bakar bensin yang berkisar antara 25-32% atau solar yang berkisar antara 30-40% pada umumnya (Mitzlatf, 1988). Hal ini disebabkan karena biogas mempunyai nilai kalor yang lebih rendah dari nilai kalor bensin sehingga pada saat dibakar menghasilkan torsi yang rendah. Selain itu, campuran udara dengan biogas sangat sensitif terhadap pembakaran dalam ruang bakar. Perubahan campuran udara bahan bakar sedikit saja dapat menyebabkan ketidakstabilan nyala dan akibatnya juga tidak stabilnya putaran mesin. Karena kandungan CO2 dalam biogas, pembakaran biogas pada umumnya lebih lambat dari pembakaran bensin. Akibatnya pada putaran mesin yang tinggi, pembakaran biogas dalam ruang bakar menjadi tidak sempurna dan akibatnya efisiensinya turun. Harga efisiensi motor berbahan bakar biogas yang rendah juga diperoleh oleh Kapadia sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 6.18 (Kapadia, 2006). Efisiensi motor bakar berbahan bakar biogas dari Kapadia sedikit lebih tinggi dari hasil eksperimen ini karena menggunakan premixed charged induction sehingga campuran udara biogas lebih baik dan pembakaran yang terjadi dapat lebih sempurna.

Soal Bab VI: 1.1 Jelaskan bagaimana perubahan energi yang terkandung dalam biogas menjadi energi listrik. 1.2 Jelaskan mengapa bahan bakar biogas mempunyai kecepatan pembakaran yang rendah dibandingkan kecepatan pembakaran motor bensin. 1.3 Jelaskan modifikasi yang perlu dilakukan supaya motor bakan berbahan bakar bensin dapat bekerja dengan bahan bakar biogas. 86


1.4 Jelaskan langkah apa saja yang dapat digunakan untuk meningkatkan efisiensi termal dari motor bakar. 1.5 Jika efisiensi listrik dari genset yang dijelaskan pada bab ini hanya 15%, maka terdapat rugi-rugi energi sebesar 85%. Jelaskan langkah apa saja yang dapat ditempuh supaya rugi-rugi energi sebesar 85% dapat diperkecil. -oo0oo-


87

Daftar Pustaka

Cengel Y. A., Boles, M. A., 2006, Thermodynamics: An Engineering Approach, , 5th ed, McGraw-Hill, USA. Dennis A. Burke P.E., 2001, Dairy Waste Anaerobic Digestion Handbook, Environmental Energy Company, Olympia . Heywood John B., 1988, Internal Combustion Engine Fundamentals, McGrawHill, Inc., USA. Horikawa M.S., 2004, Chemical Absorbtion of H2S for Biogas Purification, Brazilian Journal of Chemical Engineering, Vol. 21., pp. 415-422. http://en.wikipedia.org/wiki/EDTA. http://www.ganesha.co.uk/Articles/Biogas%20Technology%20in%20 India.htm. Kapadia, B. K., 2006, Development of a Single Cylinder SI Engine for 100% Biogas Operation, Master Thesis, Indian Institute of Science, Bangalore, India.

Kohl A.L., Riesenfeld, F.C., 1985, Gas Purification, 4th ed., Gulf Publishing Company, Texas. Kwartiningsih, E., 2006, Pemurnian Biogas dari Kandungan Hidrogen Sulfida (H2S) Menggunakan Larutan Absroben dari Besi Bekas (Besi Rongsok), LPPM UNS, Indonesia. Mitzlatf, K. V., 1988, Engines for Biogas, GTZ, Germany. Perry, R.H., Green, D.W., 1997, Chemical Engineer’s Hand Book, , 7th edition, Mc. Graw Hill Book Co. Ltd, New York . Sasse, L., 1988, Biogas Plants, The Deutsches Zentrum für Entwicklungstechnologien - GATE, Germany. Sax, N.I., Lewis, R.J., 1997, Hawley’s Condensed Chemical Dictionary, 11th ed., Van Nostrand Reinhold Company, New York. Suyitno, 2009, Pembangkit Listrik Tenaga Biogas (PLTBio) yang Dilengkapi dengan Kompresi Biogas, Balitbang Jateng, Indonesia. Suyitno, 2007, Process Simulation of Wood Pyrolysis, Char Reduction and Partial Oxidation in Staged Gasification Using CFD, Dissertaion at Graz University of Technology, Austria. Suyitno, 2009, Renewable Energy from Biomass: Potential, Technology, Strategy, Seminar Nasional Energi Terbarukan 10 Maret 2009, FMIPA UNS, Surakarta, Indonesia. Uli, W., Ulrich, S., Nicolai, H., 1989, Biogas Plants in Animal Husbandry, GTZ, Germany. Wellinger, A., Lindberg, A., 2001, Biogas Upgrading and Utilisation, IEA Bioenergy. Werner, K., Uta, P., Habermehl, S., Hoerz, T., et. Al., 1999, Biogas Digest Volume I. Biogas Basics, GTZ-ISAT, Germany.

90


Wubs, H.J., Beenackers, A.A.C.M., 1993, Kinetics of the Oxidation of Ferous Chelates of EDTA and HEDTA into Aquaeous Solution, Ind. Eng. Chem. Res. Zicari, S.M., 2003, Removal of Hydrogen Sulphyde Using Cow Manure Compost, Master Thesis, Cornel University, USA. -oo0oo-

Daftar Pustaka

91

LAMPIRAN

Tabel L.1. Nilai h (kJ/kmol) untuk berbagai gas ideal (Moran, 2006) T (oC)

CO2

CO

H 2O

O2

N2

0 220 230 240 250 260 270 280 290 298 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470

0 6.601 6.938 7.280 7.627 7.979 8.335 8.697 9.063 9.364 9.431 9.807 10.186 10.570 10.959 11.351 11.748 12.148 12.552 12.960 13.372 13.787 14.206 14.628 15.054 15.483 15.916 16.351

0 6.391 6.683 6.975 7.266 7.558 7.849 8.140 8.432 8.669 8.723 9.014 9.306 9.597 9.889 10.181 10.473 10.765 11.058 11.351 11.644 11.938 12.232 12.526 12.821 13.116 13.412 13.708

0 7.295 7.628 7.961 8.294 8.627 8.961 9.296 9.631 9.904 9.966 10.302 10.639 10.976 11.314 11.652 11.992 12.331 12.672 13.014 13.356 13.699 14.043 14.388 14.734 15.080 15.428 15.777

0 6.404 6.694 6.984 7.275 7.566 7.858 8.150 8.443 8.682 8.736 9.030 9.325 9.620 9.916 10.213 10.511 10.809 11.109 11.409 11.711 12.012 12.314 12.618 12.923 13.228 13.535 13.842

0 6.391 6.683 6.975 7.266 7.558 7.849 8.141 8.432 8.669 8.723 9.014 9.306 9.597 9.888 10.180 10.471 10.763 11.055 11.347 11.640 11.932 12.225 12.518 12.811 13.105 13.399 13.693

480 490

16.791 17.232

14.005 14.302

16.126 16.477

14.151 14.460

13.988 14.285

96

T (oC)

CO2

CO

H 2O

O2

N2

500 510 520 530 540 550 560 570 580 590 600 610 620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 730 740 750 760 770 780 790 800

17.678 18.126 18.576 19.029 19.485 19.945 20.407 20.870 21.337 21.807 22.280 22.754 23.231 23.709 24.190 24.674 25.160 25.648 26.138 26.631 27.125 27.622 28.121 28.622 29.124 29.629 30.135 30.644 31.154 31.665 32.179

14.600 14.898 15.197 15.497 15.797 16.097 16.399 16.701 17.003 17.307 17.611 17.915 18.221 18.527 18.833 19.141 19.449 19.758 20.068 20.378 20.690 21.002 21.315 21.628 21.943 22.258 22.573 22.890 23.208 23.526 23.844

16.828 17.181 17.534 17.889 18.245 18.601 18.959 19.318 19.678 20.039 20.402 20.765 21.130 21.495 21.862 22.230 22.600 22.970 23.342 23.714 24.088 24.464 24.840 25.218 25.597 25.977 26.358 26.741 27.125 27.510 27.896

14.770 15.082 15.395 15.708 16.022 16.338 16.654 16.971 17.290 17.609 17.929 18.250 18.572 18.895 19.219 19.544 19.870 20.197 20.524 20.854 21.184 21.514 21.845 22.177 22.510 22.844 23.178 23.513 23.850 24.186 24.523

14.581 14.876 15.172 15.469 15.766 16.064 16.363 16.662 16.962 17.262 17.563 17.864 18.166 18.468 18.772 19.075 19.380 19.685 19.991 20.297 20.604 20.912 21.220 21.529 21.839 22.149 22.460 22.772 23.085 23.398 23.714


T (oC)

CO2

CO

H 2O

O2

N2

810 820 830 840 850 860 870 880 890 900 910 920 930 940 950 960 970 980 990 1000 1020 1040 1060 1080 1100 1120 1140 1160 1180 1200 1220

32.694 33.212 33.730 34.251 34.773 35.296 35.821 36.347 36.876 37.405 37.935 38.467 39.000 39.535 40.070 40.607 41.145 41.685 42.226 42.769 43.859 44.953 46.051 47.153 48.258 49.369 50.484 51.602 52.724 53.848 54.977

24.164 24.483 24.803 25.124 25.446 25.768 26.091 26.415 26.740 27.066 27.392 27.719 28.046 28.375 28.703 29.033 29.362 29.693 30.024 30.355 31.020 31.688 32.357 33.029 33.702 34.377 35.054 35.733 36.406 37.095 37.780

28.284 28.672 29.062 29.454 29.846 30.240 30.635 31.032 31.429 31.828 32.228 32.629 33.032 33.436 33.841 34.247 34.653 35.061 35.472 35.882 36.709 37.542 38.380 39.223 40.071 40.923 41.780 42.642 43.509 44.380 45.256

24.861 25.199 25.537 25.877 26.218 26.559 26.899 27.242 27.584 27.928 28.272 28.616 28.960 29.306 29.652 29.999 30.345 30.692 31.041 31.389 32.088 32.789 33.490 34.194 34.899 35.606 36.314 37.023 37.734 38.447 39.162

24.027 24.342 24.658 24.974 25.292 25.610 25.928 26.248 26.568 26.890 27.210 27.532 27.854 28.178 28.501 28.826 29.151 29.476 29.803 30.129 30.784 31.442 32.101 32.762 33.426 34.092 34.760 35.430 36.104 36.777 37.452

Lampiran

97

98

T (oC)

CO2

CO

H 2O

O2

N2

1240 1260 1280 1300 1320 1340 1360 1380 1400 1420 1440 1460 1480 1500 1520 1540 1560 1580 1600 1620 1640 1660 1680 1700 1720 1740 1760 1780 1800 1820 1840

56.108 57.244 58.381 59.522 60.666 61.813 62.963 64.116 65.271 66.427 67.586 68.748 69.911 71.078 72.246 73.417 74.590 76.767 76.944 78.123 79.303 80.486 81.670 82.856 84.043 85.231 86.420 87.612 88.806 90.000 91.196

38.466 39.154 39.884 40.534 41.266 41.919 42.613 43.309 44.007 44.707 45.408 46.110 46.813 47.517 48.222 48.928 49.635 50.344 51.053 51.763 52.472 53.184 53.895 54.609 55.323 56.039 56.756 57.473 58.191 58.910 59.629

46.137 47.022 47.912 48.807 49.707 50.612 51.521 52.434 53.351 54.273 55.198 56.128 57.062 57.999 58.942 59.888 60.838 61.792 62.748 63.709 64.675 65.643 66.614 67.589 68.567 69.550 70.535 71.523 72.513 73.507 74.506

39.877 40.594 41.312 42.033 42.753 43.475 44.198 44.923 45.648 46.374 47.102 47.831 48.561 49.292 50.024 50.756 51.490 52.224 52.961 53.696 54.434 55.172 55.912 56.652 57.394 58.136 58.800 59.624 60.371 61.118 61.866

38.129 38.807 39.488 40.170 40.853 41.539 42.227 42.915 43.605 44.295 44.988 45.682 46.377 47.073 47.771 48.470 49.168 49.869 50.571 51.275 51.980 52.686 53.393 54.099 54.807 55.516 56.227 56.938 57.651 58.363 59.075


T (oC)

CO2

CO

H 2O

O2

N2

1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2050 2100 2150 2200 2250 2300 2350 2400 2450 2500 2550 2600 2650 2700 2750 2800 2850 2900 2950 3000 3050 3100 3150

92.394 93.593 94.793 95.995 97.197 98.401 99.606 100.804 103.835 106.864 109.898 112.939 115.984 119.035 122.091 125.152 128.219 131.290 134.368 137.449 140.533 143.620 146.713 149.808 152.908 156.009 159.117 162.226 165.341 168.456 171.576

60.351 61.072 61.794 62.516 63.238 63.961 64.684 65.408 67.224 69.044 70.864 72.688 74.516 76.345 78.178 80.015 81.852 83.692 85.537 87.383 89.230 91.077 92.930 94.784 96.639 98.495 100.352 102.210 104.073 105.939 107.802

75.506 76.511 77.517 78.527 79.540 80.555 81.573 82.593 85.156 87.735 90.330 92.940 95.562 98.199 100.846 103.508 106.183 108.868 111.565 114.273 116.991 119.717 122.453 125.198 127.952 130.717 133.486 136.264 139.051 141.846 144.648

62.616 63.365 64.116 64.868 65.620 66.374 67.127 67.881 69.772 71.668 73.573 75.484 77.397 79.316 81.243 83.174 85.112 87.057 89.004 90.956 92.916 94.881 96.852 98.826 100.808 102.793 104.785 106.780 108.778 110.784 112.795

59.790 60.504 61.220 61.936 62.654 63.381 64.090 64.810 66.612 68.417 70.226 72.040 73.856 75.676 77.496 79.320 81.149 82.981 84.814 86.650 88.488 90.328 92.171 94.014 95.859 97.705 99.556 101.407 103.260 105.115 106.972

Lampiran

99

T (oC)

CO2

CO

H 2O

O2

N2

3200 3250

174.695 177.822

109.667 111.534

147.457 150.272

114.809 116.827

108.830 110.690

-oo0oo-

100


Tabel L.2. Variasi nilai c p (kJ/kmolK) untuk berbagai gas ideal (Moran, 2006) T dalam K

cp R

= α + βT + γT 2 + δT 3 + εT 4

Persamaan ini hanya berlaku dari 300 K sampai 1000 K. T (oC) CO CO2 H2 H 2O O2 N2 Udara SO2 CH4 C2H2 C2H4 Monatomic gases

α 3,710 2,401 3,057 4,070 3,626 3,675 3,653 3,267 3,826 1,410 1,426

β x 103 -1,619 8,735 2,677 -1,108 -1,878 -1,208 -1,337 5,324 -3,979 19,057 11,383

γ x 106 3,692 -6,607 -5,810 4,152 7,055 2,324 3,294 0,684 24,558 -24,501 7,989

δ x 109 -2,032 2,002 5,521 -2,964 -6,764 -0,632 -1,913 -5,281 -22,733 16,391 -16,254

ε x 1012 0,240 0,000 -1,812 0,807 2,156 -0,226 0,276 2,559 6,963 -4,135 6,749

2,5

0

0

0

0

-oo0oo-

Daftar Indeks

A Absorben 37 AFR 50, 51, 52, 53, 54, 85 Alga 29 alkohol 25 Amonia 6 anaerob 1, 4, 13, 21, 22, 24, 25 api 49, 57, 58, 64, 68, 70, 73, 74, 76 Asam 6 ayam 4, 6

B babi 4, 6 Bagase 7, 29 Bahan baku 1, 4, 23 Bak 17 bakteri 1, 3, 4, 8, 11, 13, 18,

19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 37 batch 17 Bensin 48, 50, 66, 67 besi 23, 37, 38, 39, 40, 74 Biodigester 13, 14, 17, 18, 21, 22, 26 biodigester 1, 3, 4, 6, 7, 8, 11, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 26, 27, 30, 32, 57, 59 Biogas 1, 2, 3, 4, 8, 9, 10, 14, 24, 33, 34, 35, 36, 38, 52, 53, 55, 56, 66, 67, 89, 90 biologi 21, 36, 37 bmep 64, 65, 82, 84 Boiler 34 busi 49, 64, 66, 70, 73, 74, 75, 76, 77

C

G

CHP 34 CO 8, 45, 47, 48, 50 CO2 1, 2, 3, 8, 9, 13, 25, 26, 33, 34, 36

Gas alam 48 gas alam 9, 34 gas kota 9 Genset 70

D

H

de-pressurizing 36 Derajat keasaman 22 digester 1, 4, 5, 8, 11, 13, 14, 15, 16, 17, 20, 21, 22, 25, 26, 29, 30, 32, 57 digestion 13, 14, 17, 19, 20

H2O 9, 33, 34, 35, 39, 41, 42, 45, 48, 50 H2S 3, 4, 8, 9, 13, 25, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 41, 42, 89, 90 Hemiselulosa 6, 7 hidrolisis 24, 25 Hydrogen 8, 91

E EDTA 38, 39, 40, 41, 42, 89, 91 Efisiensi 60, 66, 83, 85, 86 ekstraktif 24 energi 1, 2, 3, 11, 14, 43, 44, 47, 48, 49, 55, 56, 59, 60, 69, 82, 86, 87 Energi dalam 43 entalpi 43, 44, 46, 47, 48, 53, 61 equivalence ratio 51 Eter 6

F fermentasi 1, 3, 4, 13, 19, 21, 22, 23, 24, 26 Fixed dome 15 Floating dome 16 fuel cell 63

I Indeks Wobbe 9

J jagung 4, 7, 29 Jerami 4, 7, 29

K kambing 4, 6 Kanji 6 kapur 18, 23 karbon 2, 3, 25, 34, 36, 73 Karburator 72 Katup 19, 70, 71, 77 kimiawi 37 kobalt 23 kompor 1, 10, 33, 56, 57, 58,

59, 60, 61 Kotoran 4, 5, 24, 32 kubah apung 16 kubah tetap 15, 16 Kuda 29

L Lignin 6, 7 listrik 2, 10, 20, 33, 56, 63, 64, 74, 75, 76, 81, 86, 87 LPG 2, 9, 55, 57, 58, 59, 61

M mangan 23 manusia 3, 4, 6, 14, 39 Massa jenis 9 mekanis 20 Metana 48 metana 1, 8, 21, 23, 24, 25, 43, 44, 50, 51, 56, 57, 61 methanogenesis 25 Mikroba 4 minyak tanah 2, 17, 55, 83 molibdenum 23 Motor bakar 63 motor bakar 10, 63, 64, 67, 70, 71, 82, 84, 86, 87 motor bensin 49, 63, 66, 67, 68, 83, 85, 86

N nikel 23 Nilai kalor 9, 48, 56, 57 Nitrogen 8

nitrogen 3, 4, 13, 23, 52 nutrisi 19, 23

O organik 1, 2, 3, 4, 7, 8, 13, 17, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 29, 32, 55 Oxygen 8

P padatan 5, 6, 13, 14, 23, 38, 40 padatan total 5, 6 Padatan Volatil 5 padi 4, 7, 29 panas 2, 10, 22, 43, 44, 46, 47, 59, 60, 66, 67, 68, 69, 73, 75 pembakaran 2, 9, 21, 33, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 59, 64, 66, 67, 68, 69, 74, 75, 86 pembangkit 2, 10, 33, 63, 74, 81 pemurnian 9, 33, 34, 36 pencucian 3, 9, 33, 35, 36, 38, 41, 42 pengaduk 20 pengaman 19 pengasaman 24, 25, 26 penyalaan 9, 49, 50, 68, 74, 76, 84 Perbandingan kompresi 67 pH 22, 25, 26, 28

stoikiometri 50, 51, 52, 53, 54

Propana 48 Protein 6

T

R rasio kompresi 66, 67, 68, 71, 75 Reaktor 1, 56 retention time 17, 20, 21, 22, 26 rumah tangga 1, 10, 18, 33, 55, 56, 59 Rumput 4, 7, 29

S sapi 1, 4, 5, 6, 20, 24, 26, 27, 29, 30, 32, 61 sayuran 4, 7 scrubber 36 selenium 23 Selulosa 6, 7, 8 seng 23, 37 silika gel 34, 35, 41 silinder 64, 65, 70, 71, 73, 75, 76, 82, 83, 84 simmering 59, 60 slurry 18, 19, 37 SO2 9, 35 Solar 48

tekanan 8, 15, 16, 19, 31, 43, 49, 57, 59, 64, 65, 68, 74, 75, 76, 82, 84 Teknik Mesin 35, 81 termodinamika 43, 54 Titik embun 9 TMA 68, 74, 76, 77 Torsi 10, 64, 82 torsi 10, 64, 82, 84, 86 Transportasi 34 treatment 2

U udara 1, 8, 9, 10, 13, 19, 21, 25, 36, 37, 42, 49, 50, 51, 52, 53, 58, 59, 64, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 75, 76, 82, 83, 86 Unggas 29 unjuk kerja 59, 60, 61, 64, 82, 84, 86 UNS 81, 90 urine 3, 6

W water boiling test 59

-oo0oo-

Tentang Penulis

D

r. techn. Suyitno, lahir di Sukoharjo, tanggal 2 September 1974. Pendidikan dasar sampai menengah diselesaikannya di Sukoharjo. Suyitno menyelesaikan pendidikan program sarjana Teknik Mesin dari Institut Teknologi Bandung (ITB) pada tahun 1998 dengan topik tugas akhir polusi gas buang kendaraan bermotor. Pada tahun 2001, ia menyelesaikan program Magister Teknik Mesin di institut yang sama, yaitu ITB dengan predikat cumlaude dengan IPK 4,0 dengan topik thesis pengeringan batubara dengan fluidized bed. Sejak tahun 2001, ia menjadi dosen tetap di Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta (UNS) sampai sekarang. Pada tahun 2004, ia menempuh pendidikan doktor di Institute of Thermal Engineering, Graz University of Technology, Austria dan lulus pada tahun 2007 dengan topik disertasi pirolisis dan gasifikasi biomasa. Selama karirnya sebagai Pegawai Negeri Sipil (PNS), penulis telah menduduki beberapa jabatan diantaranya kepala laboratorium Perpindahan Panas dan Termodinamika Teknik Mesin UNS tahun 2002-2004, Ketua Humas dan Kerjasama Fakultas Teknik UNS tahun 2007-sekarang, Koordinator International Staff Development pada Kantor Internasional UNS tahun 2009-sekarang, dan pendiri program

Magister Teknik Mesin UNS. Pada program studi Teknik Mesin UNS, ia mengampu beberapa matakuliah diantaranya, termodinamika, perpindahan panas, mesin konversi energi, generator uap, dan pendingin-pemanas. Penulis telah banyak mendapat dana penelitian mengenai pengembangan energi alternatif diantara dari UNS, Balitbang Jateng, dan DP2M DIKTI. Terdapat lebih dari 30 artikel yang ia tulis dan dipublikasikan di beberapa jurnal ilmiah dan proseding seminar baik dalam maupun luar negeri. Selain itu beberapa tulisan ringan mengenai energi telah penulis publikasikan di http://kajian-energi.blogspot.com. Selanjutnya, penulis dapat dihubungi melalui email: suyitno@gmail. com.

M

uhammad Nizam, Ph.D, lahir di Solo, 20 Juli 1970. Muhammad Nizam menyelesaikan pendidikan tinggi program sarjana Teknik Elektro dari Universitas Gadjah Mada (UGM) pada tahun 1994. Pada tahun 2002, ia menyelesaikan program Magister Teknik Elektro di UGM. Program doktoral diselesaikan oleh Muhammad Nizam pada tahun 2008 dari Universiti Kebangsaan Malaysia (UKM) di bidang Teknik Elektro sehingga memperoleh gelar Ph.D. Sebelum bergabung dengan Universitas Sebelas Maret pada tahun 1999, Muhammad Nizam pernah bekerja sebagai Electrical Engineer, ElectroFlow Tech. Sdn. Bhd., Kuala Lumpur, Malaysia pada tahun 1995-1997 dan sebagai Director CV Cipta Agung Jaya Abadi, Solo, Indonesia (1998-1999). Selain itu, ia juga pernah menjabat sebagai Ketua Unit Pelayanan Konsultasi dan Pengembangan Energi pada UNS tahun 2003-2004. Pada tahun 2004-2005, ia menjabat sebagai anggota tim pendamping Departemen Pendidikan dan Kebudayaan Provinsi Jawa Tengah. Sejak tahun 2009-sekarang, Muhammad Nizam aktif sebagai pendiri Program Magister Teknik Mesin UNS.

108


Selama karirnya sebagai Pegawai Negeri Sipil (PNS) di UNS, Muhammad Nizam selain mengampu beberapa matakuliah seperti teknik listrik dan analisis biaya juga melakukan penelitian di bidang Stabilitas Sistem Daya, Energi Terbarukan, Sistem Manajemen Energi, dan Sistem Konversi Energi dan Energi Alternatif. Dari hasil penelitian tersebut, Muhammad Nizam telah berhasil mempublikasikan lebih dari 27 karya ilmiah di tingkat nasional maupun internasional.

D

harmanto, S.T., lahir di Surakarta, 29 Desember 1978. Ia menyelesaikan pendidikan tinggi program sarjana Teknik Mesin dari Universitas Sebelas Maret Surakarta (UNS) pada tahun 2008. Awal karir Dharmanto adalah sebagai Workshop and Engineering Drafter di PT. Mega Safe Tyres Industry Argo Manunggal Groups Salatiga tahun 1999-2006. Pada tahun 2004 bekerja sebagai Engineering Drafter pada CV. Reka Cipta Teknik Semarang dan tahun 2007 di CV. Tokyo Engineering Semarang. Pada tahun 2008 ia bekerja di PT. Tirta Abadi Kencana Solo sebagai Engineering Drafter dan Estimator sebelum akhirnya bergabung dengan Jurusan Teknik Mesin sebagai peneliti di PAKSI EGRU UNS. Selain bekerja, Dharmanto juga menggeluti beberapa topik penelitian diantaranya adalah perancangan stasiun Pick and Place, PLC untuk pengendalian proses, pengembangan bioetanol untuk mesin pengering, pengembangan kompor bioetanol, pengembangan alat penghangat ayam dari biogas, dan pengembangan pembangkit listrik tenaga producer gas bersama Dr. Suyitno. -oo0oo-

Tentang Penulis

109

TEKNOLOGI BIOGAS PEMBUATAN, OPERASIONAL, DAN PEMANFAATAN

Recommend Documents