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