Pages

Ads 468x60px

Labels

Minggu, 30 Mei 2010

Tugas Akhir PERANCANGAN ALAT PENANGKAP GAS METHAN DARI SAMPAH MENJADI BIOGAS

Tugas Akhir
PERANCANGAN ALAT PENANGKAP GAS METHAN
DARI SAMPAH MENJADI BIOGAS
Diajukan Kepada
Universitas Muhammadiyah Malang
Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar
Sarjana (S-1) Teknik Mesin
Disusun Oleh :
M. Syarif : 03510087
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2009




KATA PENGANTAR
Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala rahmat
dan karunia yang diberikan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas
Akhir dengan judul “PERANCANGAN ALAT PENANGKAP GAS METHAN
PADA SAMPAH MENJADI BIOGAS”. Tugas Akhir ini diajukan untuk
memenuhi salah satu syarat memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin di
lingkungan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiayah Malang.
Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih yang
sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu, sehingga tugas akhir
ini dapat terselesaikan, terutama kepada:
1. Keluargaku, Ayahanda Tercinta H. Haris Muhammad, Ibunda Tercinta Hj.
Laila, Kakak2ku dan Abang2ku tersayang yang tidak bisa saya sebutkan
satu persatu yang telah memberikan dukungan, semangat dan Do’a untuk
menyelesaikan tugas akhir ini.
2. Bapak Ir.Daryono, MT, selaku Ketua Jurusan Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Malang.
3. Bapak Murjito, ST. MT, dan Eko Hariadi, Ir selaku Dosen Pembimbing I
dan II yang telah banyak membantu dalam penyusunan Tugas Akhir ini.
4. Dan juga untuk pacarku tersayang Vitri yang selalu memberikan dorongan
dan Do’a selalu buat saya agar skripsi saya segera cepat selesai. Bagi
temem – temen seangkatan 2003 dan yang aku kenal di kampus putih
maupun teman2 dikossan 289 maupun kos 162A sebagai kenangan yang
tak terlupakan yang selalu menghiburku dan memberi semangat disetiap
waktu dan disaat hari – hari sepiku.
Semoga Allah akan membalas semua amal baik dan sumbangan pemikiran
yang telah diberikan kepada penulis.
Akhirnya dengan kerendahan hati, penulis menyadari bahwa penulisan
tugas akhir ini masih jauh dari sempurna dikarenakan terbatasnya pengetahuan
yang penulis miliki. Untuk saran dan kritik dari semua pihak yang sifatnya
membangun penulis harapkan demi kesempurnaan penulisan tugas akhir ini.
Harapan penulis semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan
pembaca. Amien.
Malang, 14 Februari 2009
M. Syarif
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL .......................................................................................
LEMBAR PERSETUJUAN ............................................................................
LEMBAR PENGESAHAN .............................................................................
LEMBAR BERITA ACARA UJIAN ..............................................................
LEMBAR BERITA ACARA BIMBINGAN ..................................................
ABSTRAKSI ...................................................................................................
KATA PENGANTAR .....................................................................................
DAFTAR ISI ...................................................................................................
DAFTAR TABEL ...........................................................................................
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ...................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah ................................................................. 4
1.3 Tujuan Penulisan.................................................................... 5
1.4 Batasan Masalah .................................................................... 5
1.5 Metode Penulisan .................................................................. 5
1.6 Sistematika Penulisan ............................................................ 6
BAB II LANDASAN TEORI
2.1 Bio Gas ..................................................................................... 7
2.2 Proses Pembentukan Gas Bio ................................................. 9
2.2.1 Tahap Hidrolisis ........................................................ 12
2.2.2 Tahap Asidifikasi (Pengasaman) ................................ 12
2.2.3 Tahap Pembentukan Gas Metana ............................... 13
2.3 Faktor yang Berpengaruh Pada Proses Anaerobik................... 13
2.3.1 Temperatur ................................................................ 13
2.3.2 Ketersediaan Unsur Hara ........................................... 16
2.3.3 Lama Proses .............................................................. 16
2.3.4 Panas Jenis Udara ...................................................... 17
2.3.5 Kelembaban Udara .................................................... 20
2.3.6 Tekanan Udara ........................................................... 23
2.4 Pemanfaatan Bio Gas ............................................................ 26
2.5 Rumus Darcy – Weisbach ..................................................... 27
2.6 Pencabangan Pipa ................................................................. 29
BAB III KONSEP DESAIN
3.1 Penggalian Konsep Produk .................................................... 31
3.1.1 Rancangannya Mudah dan Sederhana ........................ 31
3.1.2 Bagian – bagian Utama Instalasi Kompor Biogas ....... 32
3.1.3 Bahan Yang Diperlukan Murah dan Mudah Didapat .. 32
3.1.4 Penentuan Lokasi ....................................................... 33
3.1.5 Pemeliharaannya Tidak Rumit ................................... 34
3.2 Perancangan Konsep Produk ................................................. 34
3.2.1 Struktur Komponen .................................................... 34
3.2.2 Skema Prinsip Kerja Produk ...................................... 35
3.2.3 Komponen yang akan dirancang ................................ 35
3.3 Rancangan Struktural ............................................................ 37
3.4 Skema Instalasi Penangkap Gas Methan ................................ 38
BAB IV ANALISA PERHITUNGAN
4.1 Perhitungan Volume Sampah ................................................ 39
4.2 Kapasitas Gas Methana ........................................................ 40
4.3 Perhitungan Aliran Gas Methana (CH4) ................................. 40
4.4 Penentuan Jenis Aliran Fluida (Gas Methana) Dalam Pipa .... 42
4.5 Perhitungan Head Total ......................................................... 44
4.6 Perbandingan Kapasitas Gas................................................... 46
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ........................................................................... 47
5.2 Saran ................................................................................... 48
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
CURRICULUM VITAE
NASKAH PUBLIKASI
POSTER
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Daftar Komposisi Udara ............................................................ 8
Tabel 2.2 Panas Jenis Beberapa Gas ........................................................... 19
Tabel 2.3 Jumlah Uap Air Jenuh dan Tekanan Uap Air pada berbagai
Temperatur ................................................................................ 21
Tabel 2.4 Daftar Konversi Tekanan............................................................ 26
Tabel 2.5 Perbandingan Nilai Kalor Biogas ............................................... 27
Tabel 3.1 Bahan Instalasi Kompor Biogas ................................................ 33
Tabel 3.2 Struktur Komponen ................................................................... 34
Tabel 5.1 Bahan Instalasi Kompor Biogas ................................................. 47
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Reaksi kimia gas mathan........................................................ 9
Gambar 2.2 Proses Pembentukan Biogas ................................................. 12
Gambar 2.3 Perbandingan Tingkat Produksi Gas Pada 15 0C dan 35 0C .... 15
Gambar 2.4 Panas Jenis Pada Tekanan Tetap ............................................ 18
Gambar 2.5 Panas Jenis Pada Volume Tetap ............................................ 19
Gambar 2.6 Kelembaban Mutlak (Kandungan Air) Pada Berbagai
Temperatur ............................................................................ 21
Gambar 2.7 Molekul Dan Gas .................................................................. 24
Gambar 2.8 Tekanan Mutlak Dan Tekanan Lebih ..................................... 24
Gambar 2.9. Elbow 45o, 90o dan 180o ......................................................... 29
Gambar 2.10 Pencabangan Pipa (Tee) ........................................................ 30
Gambar 2.11 Macam – Macam Reducer ..................................................... 30
Gambar 2.12 Kap (Cap) ............................................................................. 30
Gambar 2.13 Silang (Cross) ....................................................................... 30
Gambar 3.2 Skema Prinsip Kerja Produk .................................................. 35
Gambar 3.3 Skema Instalasi Gas Methan .................................................. 38
Gambar 3.4 Skema Instalasi Gas Methan .................................................. 43
DAFTAR PUSTAKA
Fry, L. J., 1973, Methane Digesters for Fuel Gas and Fertilizer, The
NewAlchemy Institute, Massachusetts, 8th Printing.
Fry, L.J., 1974, Practical Building of Methane Power Plant For Rural Energy
Independence, 2nd edition, Chapel River Press, Hampshire-Great Britain.
Tjokrowisastro Harmadi E. Ir. ME. Dan Widodo B.U. Ir.ME. “Teknik
pembakaran Dasar dan Bahan Bakar,” ITS, Surabaya, 1990
Junus, Mochamad. Teknik Membuat dan Memanfaatkan Gas Bio. Gajah Mada
University Press, Yogyakarta, 1986
Silaban, Benny. 2005. Manggalayang Farm Online
Austin H Church, Pompa dan Blower Sentrifugal. Erlangga, 1993
Fritz, Dietsel Prof.Dial.Ing. Turbin dan Pompa Kompresor. Erlangga, Jakarta
Raswari, Teknologi dan Perencanaan Sistem Perpipaan. Universitas Indonesia.
Jakarta, 1986
Sularso, Kiyakatsu Suga, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin. PT.
Pradinya Paramitha, Jakarta, 1991
Orianto dan Pratikto, Mekanika Fluida I. ITS Surabaya, 1989
Mikheyev M, “ Fundamental of Heat Transfer, “ Peace, Moscow
Assauri, S.,1993, Manajemen Produksi dan Operasi, Edisi ke-4, LPFEUI,
Jakarta.
Prof. Dr. Laode M. Kamaludin. Workshop Presentation, 2008. Universitas
Muhammadiyah Malang, 2008
CURICULUM VITAE
Nama : M. Syarif
NIM : 03510087
Tempat/Tanggal Lahir : Jakarta 26 Desember 1983
Jenis Kelamin : Laki-laki
Warga Negara : Indonesia
Fakultas : Teknik
Jurusan : Mesin
Alamat Asal : JL. BATU AMPAR 1 Rt. 011 Rw. 002 No. 01
KRAMAT JATI JAKARTA TIMUR
Telp : 081586499088
Alamat di Malang : JL. Raya sengkaling No. 162 A Malang
Pendidikan Formal:
No Nama Sekolah Kota Tahun
Masuk
Tahun
Keluar
1 SD AL-Fathiyah Jakarta 1991 1997
2 SLTP AL-Fathiyah Jakarta 1997 2000
3 SMK Islam PB. Sudirman 1 Jakarta 2000 2003
4 Universitas Muhammadiyah
Malang
Malang 2003 2009
PERANCANGAN ALAT PENANGKAP GAS METHAN
DARI SAMPAH MENJADI BIOGAS
Oleh : M. Syarif 03510087
Pembimbing I : Murjito, ST. MT
Pembimbing II : Eko Hariadi, Ir
Abstraksi
Sampah pada dasarnya merupakan suatu bahan yang terbuang atau
dibuang dari suatu sumber hasil maupun proses-proses alam yang tidak
mempunyai nilai, bahkan dapat mempunyai nilai yang negatif karena dalam
penanganannya baik untuk membuang atau membersihkannya memerlukan biaya
yang cukup besar.
Solusi alternatif memanfaatkan sampah adalah memanfaatkan gas
methan menjadi bahan bakar alternatif pengganti minyak tanah atau elpiji yaitu
menjadi biogas. Biogas (mengandung metana atau CH4) adalah sumber energi
berharga yang harus dimanfaatkan.
Penelitian bertujuan untuk mendesain alat penangkap gas methan pada
sampah menjadi biogas yang mudah dirakit, murah dan berkinerja dengan baik.
Dan dilengkapi system penangkapan Gas dan pembuangan sampah yang baik dan
tidak mempengaruhi gas metha dari sampah yang sudah tidak layak.
Berdasarkan hasil perhitungan pada instalasi didapatkan Volume tangki
pencerna : 200 L, Volume sampah : 0,194 m3, Kapasitas Gas Methana :
3,2398109m3 / s , Tekanan gas methana pada pipa : 8,8365 Pa, Kecepatan gas
methana : 3,25107m/ s
Kata kunci :
Desain, energi alternatif, sampah, biogas, gas methan, pipa gas
BAB II
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sampah pada dasarnya merupakan
suatu bahan yang terbuang atau dibuang
dari suatu sumber hasil aktivitas
manusia maupun proses-proses alam
yang tidak mempunyai nilai ekonomi,
bahkan dapat mempunyai nilai ekonomi
yang negatif karena dalam
penanganannya baik untuk membuang
atau membersihkannya memerlukan
biaya yang cukup besar. Sampah dan pengelolaannya kini
menjadi masalah yang kian mendesak di
kota-kota di Indonesia, sebab apabila
tidak dilakukan penanganan yang baik
akan mengakibatkan terjadinya
perubahan keseimbangan lingkungan
yang merugikan atau tidak diharapkan
sehingga dapat mencemari.
Oleh karena itu untuk mengatasi
masalah pencemaran tersebut
diperlukan penanganan dan
pengendalian terhadap sampah.
Penanganan dan pengendalian akan
menjadi semakin kompleks dan rumit
dengan semakin banyaknya
kompleksnya jenis maupun komposisi
dari sampah sejalan dengan semakin
majunya kebudayaan.
Solusi alternatif memanfaatkan
sampah adalah memanfaatkan gas
methan menjadi bahan bakar alternatif
penggati minyak tanah atau elpiji yaitu
menjadi biogas. Biogas (mengandung
metana atau CH4) adalah sumber
energi berharga yang harus
dimanfaatkan.
Penelitian ini bertujuan
memperoleh disain alat penangkap gas
methan dari sampah yang selama ini
sebagai sumber masalah kehidupan kita
ini menjadi energi alternatif yang bisa
dimanfaatkan sebagai biogas sebagai
pengganti minyak tanah.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang diatas,
maka timbul permasalahan yang layak
diangkat sebagai kajian bahan penulisan
ini sebagai berikut:
1. Bagaimana sistem penangkapan Gas
Methana dari sampah menjadi
Biogas.
2. Bagaimana perancangan dan
membuat kompor gas berbahan bakar
dari sampah organik.
3. Bagaimana sistem pembuangan
sampah yang baik dan tidak
mempengaruhi pada gas metha dari
sampah yang sudah tidak layak.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penulisan ini adalah
untuk”Perancangan Alat Penangkap
Gas Methan Dari Sampah Menjadi
Biogas”, dengan dilengkapi system
penangkapan Gas dan pembuangan
sampah yang baik dan tidak
mempengaruhi gas metha dari sampah
yang sudah tidak layak.
Dan Adapun tujuan yang
diharapkan adalah :
1. Untuk mendapatkan suatu
Perancangan kompor gas dengan bahan
bakar biogas dari sampah organik.
2. Menghasilkan sebuah instalasi
kompor gas dengan bahan bakar biogas
dari sampah organik.
1.4 Batasan Masalah
Mengingat begitu banyak
permasalahan dalam perencanaan ini,
maka permasalahan dibatasi pada
batasan masalah dapat terarah dan
sesuai dengan tujuan penelitan, adapun
batasan masalah yang diambil adalah :
1. Kapasitas Tong yang digunakan
adalah 200 Liter
2. Peneliti tidak membahas prinsip
kerja reaktor pada sampah biogas.
3. Data – data untuk melakukan
perhitungan diambil dari percobaan.
4. Tidak membahas komponen pada
kompor secara detail.
1.5 Metode
Penulisan
 Metode Literatur
Metode yang digunakan dalam
perancangan ini adalah metode literatur
yaitu secara langsung studi ke
perpustakaan dan internet untuk mencari
hal-hal yang erat hubungannya dalam
pembuatan instalasi ini, baik dari
landasan teori maupun perhitungan
dimensi yang ada.
 Studi Bimbingan
Metode ini diperlukan untuk
mendapatkan bimbingan dan
pengarahan dari dosen pembimbing
dalam penyusunan skripsi yang baik
serta koreksi dan masukan materi
selama proses penyusunan skripsi.
1.6 Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah pembahasan
maka dalam penyusunan Tugas Akhir
ini dibuat sistematika penulisan sebagai
berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini memberikan gambaran
mengenai latar belakang, rumusan
masalah, tujuan penulisan, batasan
masalah, metode penulisan dan
sistematika penulisan.
BAB II LANDASAN TEORI
Bab ini mengemukakan dasar-dasar
teori yang akan digunakan sebagai
landasan dalam proses menganalisan.
BAB III KONSEP DESAIN
Bab ini berisikan tentang cara-cara yang
digunakan dalam proses penulisan, baik
proses pengambilan data, maupun
tahapan analisa.
BAB IV ANALISA PERHITUNGAN
Bab ini membahas mengenai
perhitungan tekanan, pemodelan, dan
skema instalasi gas methan
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi tentang kesimpulan hasil
analisa dan saran.
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Bio Gas
Biogas adalah gas mudah terbakar
(flammable) yang dihasilkan dari proses
fermentasi bahan-bahan organik oleh
bakteri-bakteri anaerob (bakteri yang
hidup dalam kondisi kedap udara).
Tujuan utama pembuatan unit bio
gas adalah untuk pengadaan bahan
bakar yang berguna sebagai pengganti
bahan bakar minyak atau kayu,
disamping itu juga untuk menghemat
pengeluaran uang dan menambah
pendapatan keluarga.
Komposisi gas yang terdapat di
dalam Biogas dapat dilihat pada Table
2.1 berikut :
Tabel 2.1 Daftar Komposisi Udara
Jenis Gas Volume (%)
Methana (CH4) 40 - 70
Karbondioksida (CO2) 30 - 60
Hidrogen (H2) 0 - 1
Hidrogen Sulfida
(H2S) 0 - 3
Nilai kalori dari 1 meter kubik
Biogas sekitar 6.000 watt jam yang
setara dengan setengah liter minyak
diesel. Oleh karena itu Biogas sangat
cocok digunakan sebagai bahan bakar
alternatif yang ramah lingkungan
pengganti minyak tanah, LPG, butana,
batubara, maupun bahan bahan lain
yang berasal dari fosil.
Sumber metana:
• Industri gas dan minyak (45%)
• Sektor sampah (25%)
• Pertanian (20%)
• Sumber daya alam (10%)
Gambar 2.1 Reaksi Kimia Gas Mathan
2.2 Proses Pembentukan Gas Bio
Secara garis besar proses
pembentukan gas bio dapat dilihat pada
Gambar: di atas dan dibagi dalam tiga
tahap yaitu: hidrolisis, asidifikasi
(pengasaman) dan pembentukan gas
metana. Proses fermentasi anaerob
bahan organik yang terdiri dari protein,
karbohirat danlemak diuraikan menjadi
asam propionat, asam asetat dan asam
butirat, yang selanjutnyaproses tersebut
menghasilkan gas methan dan karbon
dioksida.
( Bell,Aplikasi Biokonversi Limbah
Organik. 1979 )
2.2.1 Tahap Hidrolisis
Pada tahap hidrolisis, bahan
organik dienzimatik secara eksternal
oleh enzim ekstraselular (selulose,
amilase, protease dan lipase)
mikroorganisme. Bakteri memutuskan
rantai panjang karbohidrat komplek,
protein dan lipida menjadi senyawa
rantai pendek. Sebagai contoh
polisakarida diubah menjadi
monosakarida sedangkan protein diubah
menjadi peptida dan asam amino.
2.2.2 Tahap Asidifikasi (Pengasaman)
Pada tahap ini bakteri
menghasilkan asam, mengubah senyawa
rantai pendek hasil proses pada tahap
hidrolisis menjadi asam asetat, hidrogen
(H2) dan karbondioksida. Bakteri
tersebut merupakan bakteri anaerobik
yang dapat tumbuh dan berkembang
pada keadaan asam. Untuk
menghasilkan asam asetat, bakteri
tersebut memerlukan oksigen dan
karbon yang diperoleh dari oksigen
yang terlarut dalam larutan.
Gambar 2.2 Proses Pembentukan Biogas
2.2.3 Tahap Pembentukan Gas
Metana
Pada tahap ini bakteri
metanogenik mendekomposisikan
senyawa dengan berat molekul rendah
menjadi senyawa dengan berat molekul
tinggi. Sebagai contoh bakteri ini
menggunakan hidrogen, CO2 dan asam
asetat untuk membentuk metana dan
CO2. Bakteri penghasil asam dan gas
metana bekerjasama secara simbiosis.
Bakteri penghasil asam
membentuk keadaan atmosfir yang ideal
untuk bakteri penghasil metana.
Sedangkan bakteri pembentuk gas
metana menggunakan asam yang
dihasilkan bakteri penghasil asam.
Tanpa adanya proses simbiotik tersebut,
akan menciptakan kondisi toksik bagi
mikroorganisme penghasil asam.
2.3 Faktor yang Berpengaruh Pada
Proses Anaerobik
Aktivitas metabolisme
mikroorganisme penghasil metana
tergantung pada faktor:
2.3.1 Temperatur
Gas metana dapat diproduksi pada
tiga range temperatur sesuai dengan
bakteri yang hadir. Bakteri psyhrophilic
0 – 7 0C, bakteri mesophilic pada
temperatur 13 – 40 0C sedangkan
thermophilic pada temperatur 55 – 60
0C (Fry,).
Seperti halnya proses secara
biologi tingkat produksi metana berlipat
untuk tiap peningkatan temperatur
sebesar 10 0C – 15 0C. Jumlah total dari
gas yang diproduksi pada jumlah bahan
yang tetap, meningkat seiring dengan
meningkatnya temperatur (Meynell,
1976).
Gambar 2.3 Perbandingan Tingkat Produksi
Gas Pada 15 0C dan 35 0C
2.3.2 Ketersediaan Unsur Hara
Bakteri Anaerobik membutuhkan
nutrisi sebagai sumber energi yang
mengandung nitrogen, fosfor,
magnesium, sodium, mangan, kalsium
dan kobalt (Space and McCarthy
didalam Gunerson and Stuckey, 1986).
Level nutrisi harus sekurangnya lebih
dari konsentrasi optimum yang
dibutuhkan oleh bakteri metanogenik,
karena apabila terjadi kekurangan
nutrisi akan menjadi penghambat bagi
pertumbuhan bakteri.
Penambahan nutrisi dengan bahan
yang sederhana seperti glukosa,
buangan industri, dan sisa sisa tanaman
terkadang diberikan dengan tujuan
menambah pertumbuhan di dalam
digester. (Gunerson and Stuckey, 1986).
2.3.3 Lama Proses
Lama proses atau jumlah hari
bahan terproses didalam biodigester.
Pada digester tipe aliran kontinyu,
bahan akan bergerak dari inlet menuju
outlet selama waktu tertentu akibat
terdorong bahan segar yang
dimasukkan, setelah itu bahan akan
keluar dengan sendirinya.
2.3.4 Panas Jenis Udara
Jumlah panas yang diperlukan
untuk menaikkan temperatur 1 Kg suatu
zat sebesar 1oC disebut panas jenis.
Adapun jumlah panas yang diperlukan
untuk menaikkan suatu benda atau zat
secara menyeluruh sebesar 1oC disebut
kapasitas thermal benda atau zat
tersebut.
Satuan jumlah panas yang dipakai
adalah kilo kalori (kcal), dimana 1 kcal
sama dengan jumlah panas yang
diperlukan untuk menaikkan temperatur
1 kg air sebesar 1oC. Maka satuan panas
jenis menjadi kcal /(kgoC). dalam
system SI satuan, sebagai satuan panas
dipakai kJ (Kilo Joule) dimana 1 kJ =
0.2389 kcal atau 1 kcal = 4.186 KJ.
1. Panas jenis pada tekanan tetap
Jika suatu gas dipanaskan atau
didinginkan pada tekanan tetap, maka
volume akan membesar atau mengecil
lebih banyak dari pada zat cair atau zat
padat. Dalam gambar 2.5 diperlihatkan
1 kg gas yang ditempatkan dalam
silinder dengan torak yang dapat
bergerak tanpa gesekan. Jika silinder
dipanaskan maka gas akan mengembang
mendorong torak keatas sehingga
tekanan di dalam silinder tidak berubah.
Dalam hal demikian jumlah panas yang
diperlukan untuk menaikkan temperatur
1 kg gas tersebut sebesar 1oC disebut
panas jenis pada tekanan tetap. Panas
jenis ini biasanya diberi lambing cp
dimana untuk udara cp = 0.24
kcal/(kgoC) = 1.005 kJ/(kgoC).
Gambar 2.4 Panas Jenis Pada
Tekanan Tetap
2. Panas jenis pada volume tetap
Jika 1 kg gas ditempatkan di
dalam sebuah bejana tertutup (Gb. 2.6)
lalu dipanaskan tanpa dapat berkembang
maka tekanan dan temperaturnya akan
naik. Jumlah panas yang diperlukan
untuk menaikkan temperatur 1 kg gas
ini sebesar 1oC dalam keadaan demikian
disebut panas jenis pada volume tetap.
Panas jenis ini biasannya diberi lambing
cv, dimana untuk udara cv = 0.17
kcal/(kgoC) = 0.712 kJ/(kgoC) .
Gambar 2.5 Panas Jenis Pada
Volume Tetap
(Sularso dan Haruo, T. Pompa dan
Kompresor.1991)
3. Rasio panas jenis
Jika kedua panas jenis tersebut di
atas diperbandingkan terlihat bahwa
panas jenis pada tekanan tetap harganya
lebih besar dari pada panas jenis pada
volume tetap. Perbandingan antara
panas jenis pada tekanan dan panas jenis
pada volume tetap biasannya disebut
rasio panas jenis yang diberi lambang k.
Jadi
k = cp/cv, dimana untuk udara
kering k = 1.401. Rasio ini mempunyai
peranan penting dalam perhitungan
kompresi gas. Dalam tabel 2.2 di
berikan harga – harga k, cp dan cv untuk
beberapa macam gas.
2.3.5 Kelembaban Udara
a) Udara jenuh
Jika sejumlah air mengisi sebuah
bejana tertutup, maka dari permukaan
bebasnya akan terjadi penguapan. Uap
ini akan bercampur dengan udara di atas
permukaan air tersebut. penguapan ini
tidak dapat berlangsung terus – menerus
pada suatu saat akan berhenti karena
ruangan diatas permukaan air sudah
jenuh. Udara tak jenuh dan udara
lembab Udara dimana uap air yang
dikandungnya belum mencapai keadaan
jenuh disebut udara tak jenuh. Udara
yang mengandung uap air disebut udara
lembab (tidak kering).
Gambar 2.6 Kelembaban Mutlak
(Kandungan Air) Pada Berbagai
Temperatur
(Sularso dan Haruo, T. Pompa dan
Kompresor.1991)
b) Kelembaban
Sejumlah uap air selalu terdapat di
dalam atmosfir. Derajat kekeringan atau
kebasahan udara dalam atmosfir disebut
kelembaban. Kelembaban biasannya
dinyatakan menurut dua cara yaitu
kelembaban mutlak dan kelembaban
relatif.
2.3.6 Tekanan Udara
a) Tekanan Gas
Jika suatu gas atau ufara
menempati suatu bejanan tertutup maka
pada dinding bejana tersebut akan
bekerja suatu gaya. Gaya ini persatuan
luas dinding disebut tekanan.
Menurut teori ilmu fisika, gas
terdiri dari molekul – molekul yang
bergerak terus – menerus secara
sembarang. Karena gerakan ini, dinding
bejana yang akan ditempati akan
mendapat tumbukan terus – menerus
pula dari banyak molekul. Tumbukan
inilah yang dirasakan sebagai tekanan
pada dinding.
Gambar 2.7 Molekul Dan Gas
Gambar 2.8 Tekanan Mutlak Dan
Tekanan Lebih
(Sularso dan Haruo, T. Pompa dan
Kompresor.1991)
b) Tekanan Atmosfir
Tekanan atmosfir yang bekerja
dipermukaan bumi dapat dipandang
sebagai berat kolom udara mulai dari
permukaan bumi sampai batas atmosfir
yang paling atas. Untuk kondisi standar,
gaya berat kolom udara ini pada setiap 1
cm2 luas permukaan bumi adalah 1.033
kgf. Dengan perkataan lain dapat
dinyatakan bahwa tekanan :
1 atm = 1.033 kgf/cm2 = 0.1013 MPa
Tekanan atmosfir juga biasa dinyatakan
dalam tinggi kolom air raksa (mm Hg),
dimana 1 atm = 760 mmHg.
c) Tekanan Mutlak
Untuk menyatakan besarnya
tekanan gas (atau zat cair) dalam suatu
ruangan atau pipa biasanya dipakai
satuan kgf/cm2 ata Pa (Pascal). Dasar
yang dipakai sebagai harga nol dalam
mengukur atau menyatakan tekanan ada
dua macam.
1) Jika harga nol diambil sama
dengan atmosfir, maka tekanan yang
diukur disebut tekanan lebih (gage
pressure).
2) Jika harga nol diambil sama
dengan tekanan vakum mutlak maka
tekanan disebut tekanan mutlak.
d) Tabel Konversi Tekanan
Tekanan dapat dinyatakan dalam
berbagai satuan. Dalam praktek
seringkali diperlukan untuk mengubah
harga tekanan dalam suatu satuan
menjadi harga dalam satuan lainnya.
Untuk memudahkan perhitungan dapat
dipergunakan tabel 2.4 yang
memberikan faktor – faktor konversi
berbagai satuan tekanan.
2.4 Pemanfaatan Bio Gas
Biogas atau metana dapat
digunakan untuk berbagai keperluan
seperti halnya gas alam. Tujuan utama
pembuatan biogas adalah untuk mengisi
kekurangan atau mensubtitusi sumber
energi alternatif sebagai bahan bakar
keperluan rumah tangga, terutama untuk
memasak dan lampu penerangan.
Hasil lain yang dapat diperoleh
adalah pupuk organik yang berguna
untuk menyuburkan tanah, media
pengembangan protein sel tunggal dan
penyediaan bahan pakan ternak, secara
tidak langsung unit bio gas dapat
memberantas siklus penyakit dan parasit
Tabel 2.5 Perbandingan Nilai Kalor
Biogas
Nilai kalori biogas tergantung
pada komposisi metana dan
karbondioksida, dan kandungan air di
dalam gas. Gas mengandung banyak
kandungan air akibat dari temperatur
pada saat proses, kandungan air pada
bahan dapat menguap dan bercampur
dengan metana. Pada biogas dengan
kisaran normal yaitu 60-70% metana
dan 30-40% karbondioksida, nilai kalori
antara 20 – 26 J/cm3. Nilai kalori bersih
dapat dihitung dari persentase metana
seperti berikut (Meynel, 1976) :
Q = k × m
Dimana :
Q = Nilai kalor bersih ( joule/cm3)
k = Konstanta ( 0,33 )
m = Persentase metana ( % )
2.5 Rumus Darcy - Weisbach
Rumus Darcy - Weisbach,
merupakan dasar menghitung head
turun untuk aliran fluida dalam pipapipa
dan saluran-saluran. Persamaanya
adalah :
H1 =
d g
f LV
.2.
. 2
................. (Schaum : 102)
Sudden Contruction
Sudden contruction merupakan
perubahan dari penampang besar ke
penampang kecil, faktor sudden
contraction :
g
V
H fsc i
2.
2
 / 4 d 2
H Q



Dimana :
Vi : Kecepatan rata – rata
penampang besar (m/s)
H : Merupakan kerugian energi
yang diperoleh dari perbedaan Hi
Q : Laju aliran melalui pipa (m3/s)
D : Diameter pipa
fsc : Faktor sudden contraction
Sudden Enlargement
Sudden enlargement merupakan
perubahan dari penampang kecil ke
penampang besar. Faktor sudden
enlargement dapat dicari dengan
persamaan :
 
g
H fsc d d



2
2
1 2
Dimana :
H : Merupakan perbedaan saluran
d1 : Diameter pipa 1
d2 : Diameter pipa 2
fsc : Faktor sudden enlargement
BAB III
KONSEP DESAIN
3.1 Penggalian Konsep Produk
Metode konsep yang digunakan
metode rekayasa (suatu kegiatan
rancang bangun) yang tidak rutin,
sehingga di dalamnya terdapat
kontribusi baru, baik dalam bentuk
proses maupun produk. Model disini
bukan berarti seperti model di dalam
ilmu statistik, melainkan merupakan
bentuk dan tata letak dari unit biogas
yang akan dikembangkan.
3.1.1 Bagian – bagian Utama Instalasi
Kompor Biogas
Dalam instalasi kompor biogas
mempunyai bagian – bagian utama yang
akan mendukung kinerja dari instalasi
tersebut, yang terdiri dari :
1. Tong pencernaan
2. Pipa penangkap maupun saluran gas
3. Unit kompor
3.1.2 Bahan Yang Diperlukan Murah
dan Mudah Didapat
Penangkap gas methane (biogas)
yang akan direncanakan maupun dibuat
dengan bahan – bahan atau komponen
yang serba mahal dan tidak mudah
didapat akan berdampak biaya yang
lebih besar serta pengelolaanya akan
lebih rumit, unit biogas yang
diperkenalkan semestinya harus
memiliki bahan yang murah dan mudah
didapat serta dapat menghasilkan hasil
yang maksimal
Table 3.1 Bahan instalasi Kompor
Biogas
No Komponen Alat Biogas Jml
1 Tong Pertamina 200 L 1
2 Pipa PVC Ø 1/2 inchi 1
3 Pipa Besi 1
4 Pipa Siku 3
5 Pipa Tee 1
6 Sok Drat Luar 2
7 Stop Kran PVC Ø 1/2 inchi 1
8 Takometer ( Pengukur Tekanan ) 1
9 Klem Pipa 1
10 Selang Gas LPG 1
11 Kompor LPG 1
12 Plastik Penampung Gas 1
13 Engsel 2
14 Gagang Pintu 1
15 Besi Penekan Pintu 2
16 Baut & Mur 3
3.1.3 Penentuan Lokasi
Sebaiknya unit biogas ditempatkan
di dekat timbunan sampah, hal ini
dimaksudkan agar bahan pembentuk gas
methana tidak memerlukan tenaga untuk
mengangkut ke lubang masuk tangki
pencerna. Untuk tangki pencerna atau
penampung gas methana diletakkan
dibawah permukaan tanah.
3.1.4 Pemeliharaannya Tidak Rumit
Pemeliharaan unit biogas
merupakan salah satu faktor penting di
dalam melestarikan produksi biogas
beserta limbahnya. Pemeliharaan unit
biogas yang tidak terencana dapat
mengakibatkan kemacetan. Unit biogas
minimal setiap satu tahun harus
dilakukan pengontrolan, pembuatan unit
biogas yang tidak memperhatikan
proses pemeliharaan, kemungkinan
besar akan menyulitkan dalam
pembetulunan lanjutan. Unit biogas
yang dirancang secara sederhana dan
benar akan memudahkan sistem
pemeliharaan.
3.2. Peran cangan Konsep Produk
3.2.1 Skema Prinsip Kerja Produk
Perfermentasian sampah
organic di dalam tong
pencerna
Menghasilkan gas methana
yang kemudian masuk ke
pipa penangkap gas
Mengalir melalui pipa
saluran gas menuju unit
kompor
Gas methana
dikompresikan oleh spuyer
kompor
Tercampurnya gas
methana dengan udara di
dalam tabung kompor
Akan mendapatkan nyala
api bila gas campuran
tersebut dibakar
Gambar 3.2 Skema Prinsip Kerja
Produk
3.3 Skema Instalasi Penangkap Gas
Methan
Tahap ini adalah membuat gambar
desain 3 Dimensi atau gambar teknik
dari desain alat panangkap gas metha
pada sampah menjadi biogas dan
istalasinya yang dirancang dengan
menggunakan software Autocad.
BAB IV
ANALISA PERHITUNGAN
4.1 Perhitungan Volume Sampah
Pada saat pengisian sampah
organik ke dalam tangki pencerna
sebenarnya sampah sudah dipotong –
potong dan ditumbuk sampai volume
tangki pencerna yang 200 L tersebut
penuh. Namun setelah 3 hari,
permukaan sampah tersebut turun
hingga setengah dari tinggi silinder
tangki pencerna. Maka volume sampah
dapat dihitung dengan :
Vsampah = L alas x t
=   r 2  t
= 3,14 0,0729m0,85m
Vsampah = 0,194 m3
= 194 Liter
Dimana :
t = tinggi permukaan sampah pada
tangki pencerna (0,85 m)
r = Jari – jari alas silinder (0,27 m)
Jadi perbandingan volume tong
dengan volume sampah yaitu :
Volume Tong : Volume sampah
200 Liter : 194 Liter
Maka volume yang kosong didalam
tong adalah 6 Liter, artinya ada toleransi
ruangan yang kosong didalam tong.
4.2 Kapasitas Gas Methana
Dari data yang didapat dari Dhieta
Sancoko, 2007 dengan volume sampah
100.000 m3 didapat kapasitas gas
methan (CH4) sebanyak 6 m3/jam atau
setara dengan 0,00167 m3/s. (DR. Enri
Damanhuri, 1997)
Maka dengan menggunakan rumus
perbandingan akan didapatkan :
1 2 2 1 V Q  V Q
100.000m3 x 2 Q =0,194m3x0,00167 m3/s
2 Q =
m s
m
m m s 3,2398 10 /
100000
0,194 0,00167 / 9 3
3
3 3
  

Dimana :
V1 = Volume sampah pembanding
(100.000 m3)
Q1 = Kapasitas gas pembanding
(0,00167 m3/s)
V2 = Volume sampah yang diketahui
(0,194 m3)
Q2 = Kapasitas gas yang dicari
(m3/s)
4.3 Perhitungan Aliran Gas
Methana
Berat jenis methana (γ) dapat di
cari dengan menggunakan rumus
sebagai berikut :
    g ......... (Reuben M. Olson : 13)
Jika ρ methana = 0,668
kg/m3..........(Robert L. Daugherty : 544)
Maka :
3 2 0,668 9,8
s
m
m
  kg 
3 6,546
m
  N
Gaya yang bekerja pada pipa
penangkap gas methan adalah :
F = γ . h . A..... (Reuben M. Olson : 56)
Dimana :
γ = Berat jenis fluida (N/m3)
h = Ketinggian (m)
A = Luas penampang (m2)
Pada perancangan pipa penangkap
gas methana ini menggunakan pipa jenis
PVC berdiameter 1/2 inchi. Luas
penampang pipa dengan diameter pipa
1/2 inchi atau setara dengan 0,0127 m
adalah :
2
4
A   d

A 0,0127m
4
 3,14 
A  9,97 103 m2
Jadi gaya yang terjadi adalah :
3 2
3 6,546 1,35m 9,97.10 m
m
F  N   
F  0,0881 N
Tekanan yang terjadi pada pipa
penangkap gas methana adalah :
A
P  F
9,97.10 3 2
0.0881
m
P N  
2 8,8365
m
P  N
P = 8,8365 Pa
Karena 1 atm = 105 Pa, tekanan
yang didapatkan 8,8365 Pa < 1 atm
Maka dapat dicari kecepatan aliran
gas methana dengan menggunakan
rumus berikut :
A
v  Q
Dimana :
v = Kecepatan gas methana pada pipa
(m/s)
Q = Kapasitas gas methana (m3/s)
A = Luas penampang pipa (m2)
Jadi, kecepatan aliran gas methana pada
pipa adalah :
A
v  Q
m s
m
v m s 3,25 10 /
9,97 10
3,2398 10 / 7
3 2
9 3



 



4.4 Penentuan Jenis Aliran Fluida
(Gas Methana) Dalam Pipa
Untuk mengetahui apakah aliran
tersebut laminar atau turbulen adalah di
dasarkan pada bilangan Reynoldnya.
Untuk Re < 2300 = aliran bersifat
laminar
Untuk Re > 2300 = aliran bersifat
turbulen
Bilangan Reynold pada pipa instalasi :

 .v.d Re 
Dimana :
γ = Berat jenis fluida dari gas methana
(kg/m2.s2)
v = Kecepatan fluida (m/s)
μ = Viskositas absolut udara 0,1783 x
10-3
d = Diameter pipa (m)
Maka :

 .v.d Re 
3
7
3
0,1783.10
6,546 3,25.10 / 0,0127
Re 
  

m s m
m
N
Re 1,515104
Sesuai dengan hasil bilangan
reynold, maka aliran tersebut adalah
laminar karena Re < 2300.
Gambar 3.4 Skema Instalasi Gas
Methan
4.5 Perhitungan Head Total
Head total untuk mengalirkan
jumlah fluida seperti yang direncanakan
dapat ditentukan dari kondisi instalasi
pipanya, sehingga head total dapat
dihitung menggunakan rumus :
Htotal = Hf + Hfb + Z
Losses yang terjadi pada pipa
instalasinya
a) Mayor Losses
Adalah kerugian yang dialami
oleh aliran fluida di dalam pipa yang
disebabkan oleh angka kekerasan pipa,
diameter dan gesekan pipa.
Untuk losses gesekan pipa dapat
dicari dengan persamaan
D g
H f L v f  

 
2
2
Dimana :
f = Koefisien gesek
L = Panjang pipa instalasi (m)
D = Diameter pipa (m)
v = Kecepatan aliran (m/s)
g = Gaya gravitasi (10 m/s2)
Hf = Kerugian mayor (m)
Jika yang terjadi adalah aliran
laminer, maka koefisien (f) geseknya :
Re
f  64
0,0001515
f  64
f  422442,24
Jadi, mayor losses pada pipa :
D g
H f L v f  

 
2
2
 
2 0,0127 10
422442,24 1,78 3,25.10
7 2
 

 

f H
H m f
 3,13107
b) Minor Losses
Suatu kerugian yang dialami aliran
fluida yang disebabkan oleh belokan,
katup, jaringan dan pembesaran pipa
serta pengecilan.
Losses karena belokan :
Hf b
g
f v

 
2
2
Jika
 0,5
3,5
190
2
0,131 1,847  
 

 




   Q
R
f D
(Sularso : 34)
Dimana :
f : Koefisien gesek
Q : Belokan dengan sudut = 90o
D/R : 1
 0,5
3,5
90 190
2 1
0,131 1,847 1  
 

 






f  
f  0,29425130,76697
f  38,47818
Dalam instalasi pipa saluran gas
methana yang direncanakan terdapat
belokan 900 sebanyak 4 buah.
f  438,47818
f  153,913
Maka untuk instalasi pipa saluran
gas yang direncanakan, harga Hf b
adalah :
Hf b
 
2 10
153,913 3,25.10
7 2

 

Hf b  8,131013m
Ketinggian pipa instalasi (Z) =
1,38 m. Jadi, tinggi tekan total (Htotal)
adalah:Htotal = Hfb + Z
Htotal  8,13.1013m1,38m
Htotal 1,38m
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari perancangan instalasi kompor
dengan bahan bakar biogas sampah
organik ini, maka dapat disimpulkan :
Bahan - bahan dan alat – alat yang
digunakan untuk membuat instalasi
kompor biogas adalah sebagai berikut :
Table 5.1 Bahan Instalasi Kompor
Biogas
No Komponen Alat Biogas Jml
1 Tong Pertamina 200 L 1
2 Pipa PVC Ø 1/2 inchi 1
3 Pipa Besi 1
4 Pipa Siku 3
5 Pipa Tee 1
6 Sok Drat Luar 2
7 Stop Kran PVC Ø 1/2 inchi 1
8 Takometer ( Pengukur Tekanan ) 1
9 Klem Pipa 1
10 Selang Gas LPG 1
11 Kompor LPG 1
12 Plastik Penampung Gas 1
13 Engsel 2
14 Gagang Pintu 1
15 Besi Penekan Pintu 2
16 Baut & Mur 3
Hasil perancangan diperoleh
desain instalasi kompor dengan bahan
bakar biogas sampah organik dari
ukuran tiap bagian adalah :
 Bak pencampur
a. Volume tong pencerna 200 liter.
b. Berbentuk silinder dengan
diameter 54 cm dan tinggi 85 cm.
 Aliran gas Methan
a. Volume sampah
: 0,194 m3
b. Kapasitas gas
: 3,2398 x 10-9 m3/s
c. Berat jenis
: 6,546 N/m3
d. Tekana gas methan pada pipa
: 8,8365 Pa
e. Kecepatan aliran gas
: 3,25 x 10-7 m/s
5.2 Saran
Penelitian ini masih dittik beratkan
pada desain alat penangkap gas metan
yang selanjutnnya akan dikembangkan
pada pengembangan prototype, dan uji
karakteristiknya. Maka perlu adanya
perancangan lebih lanjut untuk
menutupi kekurangan pada instalasi ini.
DAFTAR PUSTAKA
Fry, L. J., 1973, Methane Digesters for
Fuel Gas and Fertilizer, The
New Alchemy Institute, Massachusetts,
8th Printing.
Fry, L.J., 1974, Practical Building of
Methane Power Plant For Rural
Energy Independence, 2nd edition,
Chapel River Press, Hampshire-Great
Britain.
Tjokrowisastro Harmadi E. Ir. ME. Dan
Widodo B.U. Ir.ME. “Teknik
pembakaran Dasar dan Bahan
Bakar,” ITS, Surabaya, 1990
Junus, Mochamad. Teknik Membuat
dan Memanfaatkan Gas Bio. Gajah
Mada University Press, Yogyakarta,
1986
Silaban, Benny. 2005. Manggalayang
Farm Online
Austin H Church, Pompa dan Blower
Sentrifugal. Erlangga, 1993
Fritz, Dietsel Prof.Dial.Ing. Turbin dan
Pompa Kompresor. Erlangga, Jakarta
Raswari, Teknologi dan Perencanaan
Sistem Perpipaan. Universitas
Indonesia. Jakarta, 1986
Sularso, Kiyakatsu Suga, Dasar
Perencanaan dan Pemilihan Elemen
Mesin. PT. Pradinya Paramitha,
Jakarta, 1991
Orianto dan Pratikto, Mekanika Fluida
I. ITS Surabaya, 1989
Mikheyev M, “ Fundamental of Heat
Transfer, “ Peace, Moscow
Assauri, S.,1993, Manajemen Produksi
dan Operasi, Edisi ke-4, LPFEUI,
Jakarta.
Prof. Dr. Laode M. Kamaludin.
Workshop Presentation, 2008.
Universitas Muhammadiyah Malang,
2008

1 komentar:

  1. mas.....
    saya crisma
    mas..saya tertarik dengan tugas akhir ini, boleh saya minta contact person atau no hp nya M.syarif ini...

    atau kalo boleh, mas asroni punya pdf nya, apa saya boleh minta...

    terima kasih yaa ^^

    BalasHapus