STUDI PEMBANGKITAN ENERGI LISTRIK BERBASIS BIOGAS.

BIOGAS

Laporan Proyek Akhir ini Diajukan Untuk Memenuhui Syarat Kelulusan Diploma III Teknik Elektro

Universitas Pendidikan Indonesia

Oleh :

Ageng Tri Anggito 1106543

PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK ELEKTRO JURUSAN PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS PENDIDIKAN TEKNOLOGI DAN KEJURUAN UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA

Oleh Ageng Tri Anggito

Sebuah proyek akhir yang diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh Gelar Ahli Madya pada Fakultas PendidikanTeknologidanKejuruan

© Ageng Tri Anggito 2014 Universitas Pendidikan Indonesia

Juli 2014

Hak Cipta dilindungi undang-undang.

Proyek akhir ini tidak boleh diperbanyak seluruhya atau sebagian, dengan dicetak ulang, difoto kopi, atau cara lainnya tanpa ijin dari penulis.

STUDY PEMBANGKITAN ENERGI LISTRIK BERBASIS BIOGAS

Menyetujui,

Tim Pembimbing Proyek Akhir

Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II

Drs. I Wayan Ratnata, ST., M.Pd NIP. 19580214 198603 1 002

Drs. Wasimudin Surya S, ST., MT NIP. 19700808 199702 1 001

Mengetahui,

Ketua Program Studi Diploma III Teknik Elektro

Dandhi Kuswardhana, S.Pd., MT NIP. 19800623 200812 1 002

Ketua Jurusan Pendidikan Teknik Elektro

Prof. Dr. H. Bachtiar Hasan, S.T., M.SIE. NIP. 19551204 198103 1 002

DAFTRA ISI

HALAMAN JUDUL ... i HALAMAN PERNYATAAN ... ii

HALAMAN PENGESAHAN ... iii

ABSTRAK ... iv

KATA PENGANTAR ... v

DAFTAR ISI ... vii DAFTAR GAMBAR ... x

DAFTAR TABEL ... xi

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Rumusan Masalah ... 2

1.3. Tujuan ... 3

1.4. Batasan Masalah ... 3 1.5. Metode Penulisan ...

1.6. Sistematika Penulisan ... 4

BAB II LANDASAN TEORI ... 5 2.1. Biogas sebagai sumber Energi Alternatif ... 5 2.1.1. Perumusan Analisa Biogas ... 6 2.2. Sifat Biogas ... 7 2.3. Syarat Pembuatan Biogas ... 9 2.4. Komponen-komponen Unit Penghasil Biogas ... 11 2.4.1. Reaktor. ... 11 2.4.2. Pemurnian Biogas... 12 2.4.3. Penampung Biogas ... ... 14 2.4.4. Selang ... 15

2.4.5. Katup ... 15 2.4.6. Pipa PVC ... 15 2.4.7. Elbow ... 16 2.4.8. Klem ... 16

2.5. Komponen penguji Biogas ... 17

2.5.1. Termometer ... 17

2.6. Konversi Energi... 18 2.7. Generator set ... 19 2.7.1. Generator atau Altenator ...

21

2.7.1.1. Kontruksi Generator Sinkron ... 22

2.7.1.2. Prinsip Kerja Generator Sinkron ... 24

2.7.1.3. Alternator Tanpa Beban ... 25

2.7.1.4. Alternator Berbeban ... 26 2.7.1.5. Rangkaian Ekuivalen Generator Sinkron ...

27

2.7.1.6. Pengaturan Tegangan ... 28 2.7.1.7. Automatic Voltage Generator ...

29

2.7.1.8. Sumber Listrik Arus Searah ... 30

2.7.2. Motor Bakar ... 33 2.7.2.1. Unjuk Kerja Motor Bakar ...

33

2.7.2.2. Kelengkapan Modifikasi ... 35

2.7.2.3. Komponen Modifikasi Motor Bakar Bensin ... 37

BAB III PERANCANGAN ALAT... 39 3.1 Menentukan Volume Digester ...

39

3.1.1. Denah Tempat ... 39

3.1.2. Volume Digester ... 39

3.2. Banyaknya Kotoran Sapi Yang Dibutuhkan ... 41

3.3. Bahan Digester ... ... ... 41

3.3.1 Disain Digester ... 42 3.4 Volume Penampung Gas ... 42 3.4.1. Volume penampung ... 42 3.4.2. Water Trap ... 43 3.4.3. Manometter ... 43 3.4.4. Bahan Penampung Gas ... 44 3.5. Motor Bakar ... 45 3.5.1 Modifikasi pada Karburator ... 45 BAB IVHASIL DAN PENGUJIAN... 47

4.1 Data Lapangan ...47

4.2 Performansi Alat ...48

4.3 Deskripsi Pengujian ...49

4.4 Prosedur Pengujian ... 50 4.5 Data Hasil Pengujian dan Analisa ...

50

4.5.1 Gas bio ... 50

4.5.2.1 Pengetesan Tanpa Beban ... 51

4.5.2.2 Pengetesan Berbeban 25 watt ... 54

4.6. Nilai Investasi Pembuatan Biogas ... 58

BAB V KESIMPULAN

5.1. Simpulan ... 61

5.2. Saran ... 62 DAFTAR PUSTAKA ... 64

ABSTRAK

Biogas merupakan salah satu energi yang potensial untuk dijadikan sebagai energi terbarukan. Metode penelitian yang dilakukan pada penelitian ini adalah melakukan studi lapangan dan studi pustaka. Studi pustaka dimaksudkan untuk mencari referensi yang berkenaan dengan penelitian, sedangkan studi lapangan dilakukan untuk mencari tahu kemungkinan pemanfaatan biogas tersebut. Adapun tahapan-tahapan yang dilakukan pada saat studi lapangan, antara lain; studi literatur, wawancara, dan melakukan metode eksperimen.Tahapan penelitian yang dilakukan ialah; melakukan studi lapangan guna mendapatkan tempat atau daerah yang sesuai dengan pemanfaatan biogas tersebut. Pemanfaatan tersebut meliputi, aspek sosial, ekonomis, dan lingkungan. Kemudian, dilakukan pengujian alat yang telah dirancang sebelumnya. Alat yang dirancang merupakan alat yang terbuat dari bahan yang sederhana dan murah, yaitu dengan memanfaatkan drum fiber.Berdasarkan hasil observasi dilapangan, diketahui bahwa perbandingan antara bahan baku pembuat biogas yaitu 30 kg kotoran sapi dengan 30 liter air menghasilkan biogas sebanyak 1,2 m3perhari. Jika dikonversikan, 1,2 m3 biogas setara dengan 5,64 kWh atau setara dengan menggunakan genset 5,6KVA, jika pada sebuah genset, maka genset ini dapat digunakan selama5 jam 38 menit.

v ABSTRACT

Biogas is one of the potential energy to be used as a renewable energy. The research method in this study is to conduct field studies and literature. Literature study is intended to find references relating to research, while the field study conducted to find out the possibility of utilization of the biogas. The stages are carried out during field studies, among others; literature studies, interviews, and conduct research conducted eksperimen.Tahapan method is; conduct field studies in order to gain a place or area that according to the biogas utilization. Utilization includes, social, economic, and environmental. Then, testing tools that have been designed previously. Tool designed an instrument made of a material which is simple and inexpensive, the use of drums fiber.Berdasarkan results of field observations, it is known that the ratio between the raw material maker of biogas that is 30 kg cow dung with 30 liters of water to produce biogas as much as 1.2 m3perhari. If converted, 1.2 m3 of biogas is equivalent to 5.64 kWh, equivalent to using the generator 5,6KVA, if on a generator, the generator can be used selama5 hours 38 minutes.

BAB I PENDAHULUAN 1.1. LatarBelakang

Kebutuhan akan ketersediaan energi semakin meningkat seiring denganpertambahan jumlah penduduk dan peningkatan konsumsi energi oleh masyarakatakibat penggunaan berbagai macam peralatan untuk menunjang kenyamanandalam kehidupan. Sumber energi yang selama ini digunakan sebagian besarberasal dari bahan bakar fosil, seperti batubara, minyak bumi, gas alam dan lain - lain. Bahan bakar fosil merupakan sumber energi yang proses terbentuknyamemerlukan waktu jutaan tahun dan dapat dikatakan merupakan energi takterbarukan. Selain merupakan energi takterbarukan, penggunaan energi fosil mengakibatkan meningkatnya gas rumah kaca. Sebagian besar ilmuwan meyakini bahwa peningkatan konsentrasi gas rumah kaca merupakan salah satu penyebab terjadinya pemanasan global. Oleh karena itu, untuk mengganti penggunaan energi takterbarukan diperlukan sumber energi alternatif yang mampu mengurangi laju pemakaian energi fosil.

Indonesia sebagai negara tropis memiliki sumber energi baru terbarukan yang melimpah sebagai energi alternatif pengganti energi fosil. Salah satu energi alternatif tersebut adalah pemanfaatan energi biogas. Biogas dapat dikategorikan sebagai bioenergi, karena energi yang dihasilkan berasal dari biomassa. Ketika seseorang berbicara mengenai biogas, biasanya yang dimaksud adalah gas yangdihasilkan oleh proses biologis yanganaerob(tanpa bersentuhan dengan oksigen bebas) yang memiliki komposisibervariasi, tergantung sumber bahan biogasnya. Akan tetapi, biasanya memiliki kandungan 50–70 % CH4, 25–

50 % CO2, 1–5 % H2, 0,3–3 % N2dan H2S. Secara lebih singkat, biogas dapat

diartikan sebagai “gas yang diproduksi oleh makhluk hidup” Potensi limbah kotoran sapi sebagai salah satu bahan baku pembuatan biogas dapat ditemukan di sentra-sentra peternakan. Di Indonesia cukup banyak kawasan peternakan sapi yang limbah kotoran sapinya belum dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik.

Limbah kotora, urin beserta sisa pakan ternak sapi merupakan salah satu sumber bahan yang dapat dimanfaatkan untukmenghasilkan biogas. Namun di sisi lain perkembangan atau pertumbuhan industri peternakan menimbulkan masalah bagi lingkungan seperti menumpuknyalimbah peternakan termasuknya didalamnya limbah peternakan sapi. Limbah ini menjadi polutan karena dekomposisi kotoran ternak berupa Biological dan Chemical Oxygen Demanddan bakteri patogen sehingga menyebabkan polusi air (terkontaminasinya air bawah tanah, air permukaan), polusi udara dengan debu dan bau yang ditimbulkannya.

Biogas merupakan energi yang dapat dijadikan bahan bakaralternatif untuk menggantikan bahan bakar yang berasal dari fosil seperti minyak tanah dan gas alam.Biogas juga sebagai salah satu jenis bioenergi yang didefinisikan sebagai gas yang dilepaskan jika bahan-bahan organik seperti kotoran ternak, kotoran manusia, jerami, sekam dan daun-daun hasil sortiran sayur difermentasi atau mengalami proses metanisasi. Dalam kaitannya sebagai sumber energi alternatif pengganti energi fosil, biogas merupakan energi bersih yang mampu mengurangi produksi emisi gas rumah kaca.

Berdasarkan latar belakang di atas, pada proyek akhir ini akan dilakukanpenelitian dengan juduk “Studi Pembangkit Energi Listrik Berbasis Biogas”.

1.2Rumusan Masalah

AdapunPerumusan Masaladaripenulisantugasakhiriniadalah :

1. Bagaimana pemanfaatkan potensi Biogas sebagai energi Listrik yang optimal dan dapat di manfaatkan secara umum ?

2. Seberapa besar nilai investasi yang dibutuhkan untuk merealisasikan Pembangkit Listrik Tenaga Biogas ?

1.3Tujuan

1. Mengetahui potensi Biogas sebagai sumber listrik yang optimal

2. Mengetahui nilai investasi yang dibutuhkan untuk merealisasikan pembangkit listrik tenaga biogas

3. Mengetahui kelayakan PLTBG

1.4Batasan Masalah

Pada penelitian ini masalah dibatasi pada:

1. Bahan baku biogas yang digunakan adalah Limbah peternakan(feses/kotoran ternak sapi).

2. Biogas hanya digunakan sebagai bahan bakar Pembangkit ListrikTenaga Biogas (PLT Biogas) dan tidak untuk keperluan lain, seperti memasak, dan sebagainya.

3. Mengkaji pemanfaatan Kotoran sapi sehingga bisa menghasilkan tenaga listrik yang optimal.

1.5Metode Penulisan

DalampenulisanTugasAkhirini,

penulismelakukankegiatanstudipustakadanlapangangunamemperoleh

sumberataureferensi yang diperlukan.Studipustaka yang dimaksudadalahdenganmempelajaribuku-bukumaupunreferensilain yang adakaitannyadenganmasalah yang dibahas. Adapunstudilapangan yang dilakukanyaitu:

1. StudiLiteratur

Yaitudengancaramendapatkan data denganmempelajaribuku-buku yang berkaitandenganpermasalahan yang dibahasdalamtugasakhirini.

2. MetodeWawancara

Metodewawancaradilakukandengancarabertanyakepada orang yang dianggaptelahberpengalamandalamhalbereksperimen yang berkaitandenganteoridanpraktek.

Yaitudenganmengikutilangsung proses pembuatansystemPembangkitListrik Tenaga Biogas sertapengujianalat yang telahdirancang.

1.6SistematikaPenulisan

Untukmempermudahdalampembuatan, pembahasan,

sertapenyusunanproyekakhirini,

makapenulismenyusundalamsistematikatertentu.Adapunsistematika yang dipergunakandalampenulisanproyekakhirinisebagaiberikut:

BAB I. PENDAHULUAN

Bab inimenjelaskantentanglatarbelakangmasalah, rumusanmasalah, tujuanpenulisan, batasanmasalah, metodepengumpulan data, dansistematikapenulisan.

BAB II. BATASAN MASALAH

Bab iniberisimengenaiteori – teori yang

mendukungdalamperancangantugasakhirini.

BAB III. PERANCANGAN ALAT

Bab inimemaparkanmengenaiprinsipkerja alat

BAB IV. PENGUJIAN DAN ANALISIS DATA

Bab iniberisimengenaiInstalasisistem kerja pada dari Pembangkit Listrik Tenaga Biogas

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN

Bab inimerupakanbabpenutup yang berisikankesimpulandarilaporan yang telahdibahaspadabab-babsebelumnyadanhasil yang didapatkan. Serta saran yang dapatdigunakanuntukmasukandanperbaikanketahap yang lebihsempurna.

BAB II

LANDASAN TEORI 2.1 Biogas sebagai sumber Energi Alternatif

Biogas adalah gas produk akhir pencernaan atau degradasi anaerobik dari bahan-bahan organik oleh bakteri-bakteri anaerobik, termasuk diantaranya kotoran manusia dan hewan, limbah domestik (rumah tangga), sampah biodegradable atau setiap limbah organik yang biodegradable dalam kondisi anaerobik. Komponen terbesar (penyusun utama) biogas adalah metana (CH4, 50 - 70 %) dan karbondioksida (CO2, 30 - 40 %). Namun, komposisi

biogas bervariasi tergantung dengan asal proses anaerobik yang terjadi. Beberapa kandungan biogas dapat dilihat pada tabel 2.1

Tabel 2.1 Kandungan Biogas

Komponen Persentase %

Metan (CH4)

Karbondioksida (CO2)

Air (H2O)

Hidrogen sulfide (H2S)

Nitrogen (N2)

Hidrogen

50-70% 30-40% 0,3%

Sedikit sekali 1- 2%

5-10% Sumber : Kadarwati, 2003

Biogas sangat potensial untuk dijadikan sebagai sumber energi terbarukan karena kandungan metana (CH4) yang tinggi dan nilai kalornya

yang cukup tinggi yaitu berkisar antara 4.800 – 6.700 kkal/m3 (Harahap, 1980). metana (CH4) yang hanya memiliki satu karbon dalam setiap rantainya, dapat

membuat pembakarannya 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.

Energi yang terkandung dalam biogas tergantung dari konsentrasi metana (CH4). Semakin tinggi kandungan metana maka semakin besar kandungan energi

(nilai kalor) pada biogas, dan sebaliknya semakin kecil kandungan metana semakin kecil nilai kalor. Kualitas biogas dapat ditingkatkan dengan memperlakukan beberapa parameter yaitu Menghilangkan hidrogen sulphur, kandungan air dan karbondioksida (CO2). Hidrogen sulphur mengandung racun

dan zat yang menyebabkan korosi, bila biogas mengandung senyawa ini maka akan menyebabkan gas yang berbahaya sehingga konsentrasi yang di ijinkan maksimal 5 ppm. Bila gas dibakarmaka hidrogen sulphur akan lebih berbahaya karena akan membentuk senyawa baru bersama – samaoksigen, yaitu sulphur dioksida /sulphur trioksida (SO2 / SO3). Senyawa ini lebih beracun. Pada saat

yang sama akan membentuk asam sulfat (H2SO3) suatu senyawa yang lebih

korosif. Parameter yang kedua adalah menghilangkan kandungan karbon dioksida yang memiliki tujuan untuk meningkatkan kualitas, sehingga gas dapat digunakan untuk bahan bakar kendaraan. Kandungan air dalam biogas akan menurunkan titik penyalaan biogas serta dapat menimbukan korosif.

2.1.1. Perumusan Analisis Biogas

Kotoran sapi terdiri dari bahan padat dan cair.Kandungan Bahan Kering pada bebrbagai makhlukhidup dapat dilihat pada tabel 2.2

Tabel 2.2 Kandungan Bahan Kering

Jenis

Banyak tinja (kghari)

Kandungan Bahan kering

(%)

Biogas yangdihasilkan

(m3/kg.BK)

Gajah 30 18 0,018 – 0,025

Sapi 25 – 30 20 0,023 – 0,040

Kambing/ Domba 1,13 26 0,040 – 0,059

Ayam 0,18 28 0,065 – 0,116

Itik 0,34 38 0,065 – 0,116

Babi 7 9 0,040 – 0,059

Manusia 1,25 – 0,4 23 0,020 – 0,028

Hal – hal yang perlu diperhatikan dalam pembuatan biogas adalah volume digester dan volume bahan isian, menurut pedoman teknis pengembangan usaha pengolahan kompos dan biogas, isian digester yaitu 75% dari volume total digester, 25% bagian yang tidak terisi merupakan tempat penyimpanan atau hasil dari fermentasi biogas.

a. Volume digester

=�r2. t

b. Volume Bubur Kotoran

Volume bubur kotoran = 3

4 . Volume digester 2.2 Sifat Biogas

Sifat fisik dan kimia dari biogas mempengaruhi pemilihan teknologi yang akan digunakan, dimana pengetahuan tentang sifat-sifat dari biogas bermanfaat untuk mengoptimalkan peralatan yang menggunakan gas ini. Karena kandungan utama biogas terdiri dari metana dan karbondioksida, maka sifat biogas difokuskan pada sifat-sifat dari masing-masing gas tersebut. Unsur – unsur lain seperti nitrogen (N2), hidrogen sulfida (H2S),

relatif dalam jumlah sangat kecil, namun gas hidrogen sulfida mempunyai pengaruh yang sangat besar terhadap material yaitu dapat menyebabkan korosi jika bereaksi dengan air (H2O). Sifat – sifat methane pada karbon dioksida dapat

dilihat pada tabel 2.3

Tabel 2.3 Sifat – sifat metane dan karbon dioksida Metana

(CH4)

Karbon dioksida (CO2)

Berat molekul 16,04 44,1

Berat jenis (specific gravity) 0,554 1,52 Titik didih @ 14,7 psia 26,43 oC 42,99 oC Titik beku @ 14,7 psia 182,53oC -56,60 oC

Volume jenis 4,2 ft3/lb 8,8 ft3/lb

Temperatur kritis 46,6 oC 31,10 oC

Tekanan kritis 673 psia 1072 psia

Sumber : Heisler, 1981

Proses pembentukkan biogasdi dalam digester disebut dengan fermentasi anaerob (pembusukkan tanpa oksigen).Proses fermentasi anaerob di dalam digester dibagi dalam 3 tahapan, yaitu:

a. Hidrolisa merupakan perubahan zat organik menjadi bahan cairan mikroba oleh mikroba asam

b. Asidifikasi adalah perubahan organik cair menjadi asam – asamorganikoleh mikroba asam

c. Metanasi adalah perubahan asam organik menjadi metana,karbon dioksida, asam sulfida, nitrogen,dan sel-sel mikroba oleh mikrobametanasi.

Pada tahap pengasaman komponen monomer (gula sederhana) yang terbentuk pada tahap hidrolisis akan menjadi bahan makanan bagi bakteri pembentuk asam. Produk akhir dari gula-gula sederhana pada tahap ini akan dihasilkan asam asetat, propionat, format, laktat, alkohol, dan sedikit butirat, gas karbondioksida, hidrogen dan amoniak. Sedangkan pada tahap metanogenik adalah proses pembentukan gas metan. Sebagai ilustrasi dapat dilihat salah satu contoh bagan perombakan serat kasar (selulosa) hingga terbentuk biogas.

Ada beberapa golongan bakteri yang memegang peranan penting dalam proses terbentuknya biogas ini, yaitu:

a. Golongan bakteri penggunaselulosa

Bakteri-bekteri ini akan mengubah selulosa nebjadi gula. Selulosa merupakan komponen terbesar penyusun bahan-bahan organik. Pada kondisi anaerob akan menghasilkan karbondioksida, air, dan panas. Sedangkan pada kondisi anaerob akan menghasilkan karbondioksida, etanol panas.

b. Golongan bakteri pembentuk asam

Bakteri pembentuk asam ini aktif menguraikan subtans-subtans polimer kompleks, yaitu protein, karbohidrat, dan lemak menajdi asam-asam organik sederhana yaitu asam-asam butirat, propinat, laktat, asetat, dan alkohol.Pada kondisi anaerob, bakteri ini masih dapat berkembang biak dan aktif menguraikan bahan organik menjadi asam-asam organik. Tetapi tahap

awalpada proses pembentukan biogas dalam digester, tahapan ini disebut juga tahap oksidagenik. Adapun jenis bakteri yang aktif memproduksi asam-asam tersebut adalah bakteri Hethanobacterium Propiunicum dan Methanobacterium suboxydan.

c. Golongan bakteri pembentuk gas metana

Kondisi anaerob merupakan kondisi yang sangat mendukung terjadinya proses pembentukanbiogas, proses ini disebut juga methanogenik.Bakteri yang aktif dan memproduksi gas metana antara lain, Methonobacterium Sohngenii, Methonococcus Mozei, Methono Sarcina Methanica. Bakteri pembentuk metana sangat sensitif terhadap pH, komposisi substat dan temperatur. Apabila kadar pH di bawah 6.0 maka proses pembentukan metana akan terhentidan tidak ada penurunan kandungan organik pada endapan.

2.3 Syarat Pembuatan Biogas

Gambar 2.1 Skema Pembuatan Biogas

Sumber:http://www.biologi.lipi.go.id/bio_indonesia/mTemplate.php?h=3&id_beri ta=267, diakses 24 juni 2014

Prinsip terjadinya biogas adalah fermentasi anaerob bahan organik yang di lakukan oleh mikroganisme sehingga menghasilkan gas yang mudah terbakar (flammable). Secara kimia, reaksi yang terjadi pada pembuatan biogas cukup panjang dan rumit, meliputi tahap hidrolisis, tahap pengasaman, dan tahan metanogenik. Meskipun dalam praktiknya, pembuatan biogas relatif mudah di lakukan. Adapun syarat pembuatan biogas yaitu

a. Kondisi Anaerob atau Kedap Udara

Biogas dihasilkan dari proses fermentasi bahan organik oleh mikroorganisme anaerob. Karena itu, instalasi pengolah biogas harus kedap udara. b. Ada bahan pengisian

Bahan baku isian berupa bahanorganik seperti kotoran ternak, sisa dapur dan sampah organik. Bahan baku isian harus terhindar dari bahan anorganik seperti pasir, batu, plastik, dan beling.

c. Derajat Keasaman (pH)

Derajat keasaman sangat berpengaruh terhadap kehidupan mikroorganisme. Derajat keasaman yang optimum bagi kehidupan mikroorganisme adalah 6,8-7,8. Pada tahap awal fermentasi bahan organik akan terbentuk asam (asam organik yang akan menurunkan pH).

d. Imbangan C/N

Imbangan karbon (C) dan nitrogen (N) yang terkandung dalam aktivitas bahan organik sangat menentukan kehidupan mikroorganisme. Imbangan C/N yang optimum bagi mikroorganisme perombak adalah 25-30. Kotoran sapi mempunyai kandungan C/N sebesar 18.

e. Temperatur

Produksi biogasakan menurun secara cepat akibat perubahan temperatur yang mendadak di dalam digester. Upaya yang praktis untuk menstabilkan temperatur adalah dengan memberikan penutup diatas digester. Hal ini bertujuan supaya digester tidak terkena sinar matahari secaralangsung.

f. Starter

Starter diperlukan untuk mempercepat proses perombakan bahan organik hingga menjadi biogas. Starter merupakan mikroorganisme perombak yang

berupa lumpur aktif organik atau cairan isi rumen. Starter juga ada yang dijual secara komersial.Namun pada proses pembuatan biogas kotoran kambing tidak menggunakan starter. Sehingga membutuhkan waktu fermentasi yang lebih lama

2.4 Komponen-komponenUnit Penghasil Biogas 2.4.1. Reaktor

a. Reaktor jenis kubah tetap

Disebut juga reaktor China, karena dibuat pertamakali di China tahun 1930. Reaktor ini memiliki dua bagian yaitu bagian degester yaitu tempat pencerna material Biogas dan sebagai rumah bagi bakteri, baik bakteri pembentuk asam maupun bakteri pembentuk zat metana. Reaktor dapat dibuat dengan menggunakan batu, batu bata atau beton dan menggunakan fiber glas. Tetapi dengan struktur yang kuat karena akan menahan gas supaya tidak bocor. Bagian kedua berupa kubah tetap yang memiliki bentuk menyerupai kubah yang merupakan tempat berkumpulnya gas. Keuntungan pada reaktor ini adalah konstruksinya yang relatif lebih murah tapi sayangnya reaktor jenis ini sering kehilangan gas pada bagian kubah, karena konstruksinya yang tetap.

Sumber : http://biogasganesha.wordpress.com/2011/11/21/7/ diakses, 20 Juni 2014

b. Reaktor terapung

Gambar 2.3 Reaktor terapung

Sumber : http://biogasganesha.wordpress.com/2011/11/21/7/ diakses, 20 Juni 2014

Dinamakan juga reaktor India, karena pertamakali dibuat di India pada tahun 1937. Bagian gester pada reaktor ini sama dengan pada reaktor kubah tetap, tapi pada bagian penampung gas menggunakan peralatan bergerak terbuat dari drum yang akan bergerak naik-turun tergantung pada jumlah gas yang dihasilkan. Keuntungan reaktor ini adalah volume gas yang ada dapat terlihat langsung dan tekanan gas yang relatif konstan. Sedangkan kerugiannya adalah biaya material konstruksi yang mahal dan masalah korosi yang terjadi pada drum sehingga reaktor ini berumur pendek.

2.4.2. Pemurnian Biogas

Proses asidifikasi menghasilkan senyawa H2S yang sifatnya bau. Terdapat

beberapa cara yang dapat dilakukan untuk menghilangkan H2S dari biogas hasil

fermentasi, yaitu:

a. Cara pertama adalah dengan menyemprotkan NaOH pada bubur kotoran yang sedang difermentasikan sehingga H2S yang baru terbentuk akan

langsung dinetralkan oleh NaOH yang ada. Namun secara ekonomis dan ditinjau dari faktor fermentasi, cara ini tidak begitu disukai. Hal ini karena ketersediaan senyawa NaOH yang cukup mahal dan penggunaan yang berlebihan akan mengurangi efisiensi fermentasi (derajat pH akan meningkat sehingga faktor pH dari fermentasi tidak dapat dipenuhi). Masalah paling buruk adalah jika pH dari larutan terlalu tinggi dapat mematikan bakteri tersebut sehingga proses fermentasi dapat terhenti (Zicari 2003).

b. Cara kedua adalah dengan konsep adsorpsi ferat hidrat (Fe(OH)3), dalam

proses ini gas H2S akan diserap oleh senyawa ferat hidrat dan mengalami

reaksi redoks (ferat tereduksi menjadi ferit, sulfida teroksidasi menjadi belerang). Belerang lebih tidak berbau dibanding dengan sulfida sehingga cara ini dianggap cukup efektif. Karena karakteristik dari tanah tropis mempunyai komposisi besi(III) yang tinggi, maka dapat digunakan tanah sebagai adsorben. Hal inilah yang menyebabkan cara ini jauh lebih disukai dari pada cara lainnya (Zicari 2003).

2. Pengurangan Kadar Air dan Uap Air

Air merupakan salah satu produk utama dari proses fermentasi. Oleh karena itu dilakukan suatu cara untuk mengurangi kadar air dari biogas yang dihasilkan sehingga kemurniaannya cukup tinggi. Cara paling mudah dari proses penghilangan air adalah dengan cara kondesasi dari uap tersebut. Cara kondensasi ini dapat dilakukan secara alami dengan menggunakan pipa berlekuk pada proses penyaluran biogas dari biodigestion menuju penampungan biogas. Pipa-pipa berlekuk dan suhu yang cukup rendah secara alami akan mengkondesasikan uap air menjadi air sehingga jumlah air dalam biogas akan berkurang. Alat penjebak

air seperti pada gambar 2.4 watertrap, berfungsi untuk penjebak air, agar air tidak ikut di bakar pada mesin pembakaran.

Gambar 2.4 water trap

Cara yang dilakukan untuk mempertinggi kemurnian biogas yaitu dengan penghilangan CO2. Dapat dilakukan dengan melarutkan CO2 kedalam air

membentuk asam karbonat. Pada proses ini akan mengubah CO2 dalam biogas

menjadi asam karbonat, dengan mereaksikannya dengan KOH.

2.4.3. Penampung Biogas

Bak penampung berfungsi untuk menampung biogas yang dihasilkan dari digester sebelum disalurkan menuju Generator set. Gambar penampung gas disajikan pada gambar 2.5 berikut ini

2.4.4. Selang

Selang berfungsi sebagai media penyalur gas dari digester menuju bak penampung biogas dan menuju media aplikasi. Gambar selang disajikan pada gambar 2.6 berikut ini

Gambar 2.6Gambar Selang

2.4.5. Katup

Katup berfungsi untuk membuka dan menutup saluran biogas dari digester dan dari bak penampung. Gambar katup disajikan pada gambar 2.7berikut ini.

2.4.6. Pipa PVC

Pipa PVC berfungsi sebagai media penyaluran biogas. Gambar pipa PVC disajikan pada gambar 2.8berikut ini.

Gambar 2.8 Pipa PVC

2.4.7. Elbow

Elbow berfungsi sebagai sambungan antar pipa yang berbelok. Gambar elbow disajikan pada gambar 2.9 berikut ini

Gambar 2.9 Elbow

2.4.8. Klem

Klem berfungsi sebagai untuk mengencangkan sambungan antara selang dengan T-pipe. Gambar klem disajikan pada gambar 2.10 berikut ini.

2.5 Komponen penguji Biogas

2.5.1. Termometer berfungsi untuk mengukur suhu di dalam digester. Gambar

termometer disajikan pada gambar 2.11 berikut ini

Gambar 2.11Termometer

2.5.2. Manometter

Manometter metter berfungsi untuk mengukur tekanan dari penampung biogas disajikan pada gambar 2.12

Gambar 2.12 Manometter

Sumber : http://www.muryanto-taniternak.com/2014/04/pembuatan-dan-cara-kerja-instalasi_27.html, diakses 17 Juni 2014

2.6 Konversi Energi

Gambar 2.13 Alur diagram dari kotoran menjadi listrik

Pembangkitan tenaga listrik sebagian besar dilakukan dengan cara memutar generator sehingga dihasilkanenergi listrik. Energi mekanik yang diperlukan untuk menggerakan generator di dapatkan dari mesin penggerak atau yang sering di gunakan yaitu : mesin diesel, turbin uap, turbin air, dan turbin gas.

Jadi sesungguhnya mesin penggerak melakukan penggerakan energi primer menjadi energi mekanik, penggerak energi mekanik akan di kopel ke generator untuk menghasilkan energi listrik. Biogas dapat digunakan sebagai bahan bakar dan sebagai sumber energi alternatif untuk penggerak generator pembangkit tenaga listrik, biogas menghasilkan energi panaspada pembakaran dengan kesetaraan 1 kaki kubik (0,028 meter3) biogas menghasilkan energi panas sebesar 10 Btu (2,25 kkal)dan dapat dilihat di nilai kesetaraan biogas dengan sumber energi lainnya pada tabel 2.4 Nilai kesetaraan biogas denga energi lain.

Kotoran Digester Biogas Tabung Gas

Conversion Kit (carburaotr) Engine

Generator listrik

Tabel 2.4 Nilai kesetaraan biogas dan energi lainnya

Aplikasi 1m3 Biogas setara dengan 1 m3 Elpiji 0,46 kg

Minyak tanah 0,62 liter Minyak solar 0,52 liter Bensin 0,8 liter

Kayu bakar 3,50 kg Listrik 4,7 kWh

Sumber : Suyitno, 2009

Konversi energi biogas untuk pembangkit tenaga listrik dapat dilakukan dengan menggunakan genset yang di modifikasi. Pemilihan teknologi ini sangat dipengaruhi potensi biogas yang ada seperti konsentrasi gas metan maupun tekanan biogas.

2.7 GENERATOR SET

Generator set adalah sebuah perangkat yang berfungsi menghasilkan daya listrik disebut sebagai generator set dengan pengertian satu set peralatan gabungan dari dua perangkat berbeda yaitu engine dan generator atau alternator.Engine dapat berupa perangkat mesin berbahan bakar solar atau mesin berbahan bakar bensin, sedangkan generator atau alternator merupakan kumparan atau gulungan tembaga yang terdiri dari stator (kumparan statis ) dan rotor (kumparan berputar) yang dapat membangkitkan listrik.

Genset yang digunakan dalam proyek akhir ini mempunyai spesifikasi standar sebagai berikut :

Spesifikasi Motor Bakar

a. Engine Type : 4 - Cycle, side valve, 1 cylinder b. Displacement [Bore x stroke] : 197,3 cc (12 cu in) [ 67 x 56

mm(2,6 x 2,2 in)]

c. Rasio kompresi : 6,5 x 1

Spesifikasi Generator

d. Rating Voltage : 115 Volt

e. Max. Output : 1,5 KVA (1.500 watts)

f. Rated Output : 1,25 KVA (1.250 watts) 10,9 A/

g. Ignition System : CDI

h. Frekwensi : 60 Hz

i. Dc Output : 12 Volt, 8,3 A

Gambar 2.14 Wairing Diagram Kontrol Box Sumber : Portable Generator owner’s manual, 1977

Tabel 2.5 Part name diagram Kontrol Box

Part Name

MC = Main Coil EC = Exciter Coil FC = Field Coil Ge = Generator Block DCC = DC Armature Coil M = Mark

CP8 = 8P Connector

CP4 = 4P Connector VR = Variabel resistor ESw = Engine Switch CB = Control Box Block Fu = Fuse

FM= Frequency Mark Co = Condensor

Vm = Volt Meter NFB = Circuit Breaker OR = AC Output Receptacle

GT = Ground Terminal PL = Pilot lamp

OT = Output terminal

Sumber : Portable Generator owner’s manual, 1977

2.7.1. Generator atau Alternator

Generator adalah mesin yang dapat mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik melalui proses induksi elektromagnetik. Generator ini memperoleh

diberikan pada stator akan menimbulkan momen elektromagnetik yang bersifat melawan putaran rotor sehingga menimbulkan EMF pada kumparan rotor.

Tegangan EMF ini akan menghasilkan suatu arus jangkar. Jadi diesel sebagai prime mover akan memutar rotor generator, kemudian rotor diberi eksitasi agar menimbulkan medan magnet yang berpotongan dengan konduktor pada stator dan menghasilkan tegangan pada stator. Karena terdapat dua kutub yang berbeda yaitu utara dan selatan, maka pada 90o pertama akan dihasilkan tegangan maksimum positif dan pada sudut 270o kedua akan dihasilkan tegangan maksimum negatif. Ini terjadi secara terus menerus/continue. Bentuk tegangan seperti ini lebih dikenal sebagai fungsi tegangan bolak-balik.

.

Gambar 2.15 Jenis Generator dengan Medan Magnet diam

Sumber : http://dwiyuniarto.wordpress.com/2013/10/27/generator-arus-bolak-balik/

Gambar 2.16 Kontruksi Generator AC Sumber : http://magnapam.com/?p=1933

a. Stator

Stator dari Mesin Sinkron biasanya terbuat dari besi magnetik yang berbentuk laminansi untuk mengurangi rugi – rugi arus pusar. Dengan inti magnetik yang bagus berarti permebillitas dan resistivitas dari bahan tinggi.

Gambar 2.17 Inti stator dan Alur pada Stator Sumber : Pri, dkk, 2008

b. Rotor

Untuk medan rotor yang digunakan tergantung pada kecepatan mesin, mesindengan kecepatan tinggi seperti turbo generator mempunyai bentuk silinder(nonsalient pole), sedangkan mesin dengan kecepatan rendah seperti

menonjol(salientpole).Cincin geser, terbuat dari bahan kuningan atau tembaga yang yang dipasang pada poros dengan memakaibahan isolasi. Slip ring ini berputar bersama-sama dengan poros dan rotor.

Gambar 2.18 Bentuk rotor dengan kutub menonjol Sumber : Prih, dkk, 2008

2.7.1.2. Prinsip Kerja Generator Sinkron

Generator sinkron memiliki kumparan jangkar pada stator dan kumparan medan pada rotor. Kumparan jangkar berbentuk sama dengan mesin induksi sedangkan kumparan medan sinkron dapat berbentuk kutub sepatu atau kutub dengan celah udara sama rata (rotor silinder), Secara umum, Prinsip kerja generator sinkron adalah:

1. Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber eksitasi yang akan mensuplai arus searah terhadap kumparan medan. Dengan adanya arus searah yang mengalir melalui kumparan medan maka akan menimbulkan fluks.

2. Penggerak mula (Prime Mover) yang sudah terkopel dengan rotor segera dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan nominalnya. 3. Perputaran rotor akan memutar medan magnet yang dihasilkan oleh

kumparan medan. Medan putar yang dihasilkan pada rotor akan diinduksikan pada kumparan jangkar sehingga pada kumparan jangkar yang terletak pada stator akan menghasilkan fluks magnetik yang berubah-ubah besarnya terhdap waktu. Adanya perubahan fluks magnetik yang melingkupi suatu kumparan akan menimbulkan GGL induksi pada ujung kumparan tersebut.

Pada generator Sinkron, laju putaran rotor berbanding lurus dengan frekuensi dari tegangan yang dibangkitkan. Gambar 2.19 memperlihatkan prinsip kerja generator AC dengan dua kutub dan dimisalkan hanya memiliki satu lilitan

yang terbuat dari dua penghantar secara seri, penghantar a dan a‟. Lilitan seperti ini disebut “lilitan pusat atau terkonsentrasi” generator real biasanya terdiri dari banyak lilitan dalam masing – masing fasa yang terdistribusi pada alur stator

Sumber : Prih, dkk, 2008

Gambar 2.19 a. Diagram Generator AC satu fasa, dua kutub b. Gelombang yang dihaslkan

Nilai dari tegangan yang dibangkitkan bergantung pada : 1. Jumlah dari lilitan dalam kumparan.

2. Kuat medan magnetik, makin kuat medan makin besar tegangan yang diinduksikan.

3. Kecepatan putar dari generator itu sendiri.

= 120 .

dimana :

n = Kecepatan putar rotor (rpm) P = Jumlah kutub rotor

f = frekuensi (Hz) Sumber : Prih, dkk, 2008

Dengan memutar alternator pada kecepatan sinkron dan rotor diberi arus medan (IF), maka tegangan (Ea ) akan terinduksi pada kumparan jangkar stator akan diinduksi tegangan tanpa beban (Eo), yaitu :

Eo = C . n.

Sumber : Zuhal, 1999

yang mana:

c = konstanta mesin = fluks yang dihasilkan oleh IF n = putaran sinkron

Dalam keadaan tanpa beban arus jangkar tidak mengalir pada stator, karenanya tidak terdapat pengaruh reaksi jangkar. Fluks hanya dihasilkan oleh arus medan (IF). Apabila arus medan (IF) dinaikan maka tegangan output akan naik sampai titik saturasi (jenuh) Ea seperti yang terlihat pada kurva sebagai berikut.

Gambar2.20 Karakteristik tanpa beban generator sinkron Sumber : Zuhal, 1999

Sumber : Zuhal, 1999

2.7.1.4. Alternator Berbeban

Dalam keadaan berbeban arus jangkar akan mengalir dan mengakibatkan terjadinya reaksi jangkar. Reaksi jangkar besifat reaktif karena itu dinyatakan sebagai reaktansi, dan disebut reaktansi magnetisasi (Xm ). Reaktansi pemagnet (Xm ) ini bersama-sama dengan reaktansi fluks bocor (Xa )dikenal sebagai reaktansi sinkron (Xs). Persamaan tegangan pada generator adalah:

Ea = V + I.Ra + j I.Xs Xs=Xm + Xa

Sumber : Zuhal, 1999 yang mana:

Ea = tegangan induksi pada jangkar V = tegangan terminal output Ra = resistansi jangkar

Xs = reaktansi sinkron

Karakteristik pembebanan dan diagram vektor dari alternator berbeban induktif (faktor kerja terbelakang) dapat dilihat pada gambar di bawah ini :

Gambar 2.22Karakteristik alternator berbeban induktif Sumber : Zuhal, 1999

Sumber : Zuhal, 1999

2.7.1.5. Rangkaian Ekuivalen Generator Sinkron

Tegangan induksi Ea dibangkitkan pada fasa generator sinkron. Tegangan ini biasanya tidak sama dengan tegangan yang muncul pada terminal generator. Tegangan induksi sama dengan tegangan output terminal hanya ketika tidak ada arus jangkar yang mengalir pada mesin. Beberapa faktor yang menyebabkan perbedaan antara tegangan induksi dengan tegangan terminal adalah:

1. Distorsi medan magnet pada celah udara oleh mengalirnya arus pada stator, disebut reaksi jangkar.

2. Induktansi sendiri kumparan jangkar. 3. Resistansi kumparan jangkar.

4. Efek permukaan rotor kutub sepatu.

Rangkaian ekuivalen generator sinkron perfasa ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Gambar 2.24 Rangkaian ekuivalen generator sinkron Sumber : Zuhal, 1999

2.7.1.6. Pengaturan Tegangan (Regulasi Tegangan)

Pengaturan tegangan adalah perubahan tegangan terminal alternator antara keadaan beban nol (Eo) dan beban Penuh (V). Keadaan ini memberikan gambaran batasan drop tegangan yang terjadi pada generator, yang dinyatakan sebagai berikut.

% � � � � � = � − �

Sumber : Muchin, 2013

Terjadinya perbedaan tegangan terminal V dalam keadaan berbeban dengan tegangan EO pada saat tidak berbeban dipengaruhi oleh faktor daya dan

besarnya arus jangkar (Ia) yang mengalir. Untuk menentukan pengaturan tegangan dari alternator adalah dengan memanfaatkan karakteristik tanpa beban dan hubung singkat yang diperoleh dari hasil percobaan dan pengukuran tahanan jangkar. Ada tiga metode yang sering digunakan untuk menentukan pengaturan tegangan tersebut, yaitu :

1. Metode Impedansi Sinkron atau metode GGL. 2. Metode Ampere lilit atau metode GGM. 3. Metode faktor daya nol atau metode Potier.

2.7.1.7. Automatic Voltage Regulator (AVR)

Prinsip kerja dari AVR adalah mengatur arus penguatan pada exciter. Apabila tegangan output generator di bawah tegangan nominal tegangan generator, maka AVR akan memperbesar arus penguatan pada exciter dan juga sebaliknya apabila tegangan output Generator melebihi tegangan nominal generator maka AVR akan mengurangi arus penguatan pada exciterdengan demikian apabila terjadi perubahan tegangan output Generator akan dapat distabilkan oleh AVR secara otomatis dikarenakan dilengkapi dengan peralatan seperti alat yang digunakan untuk pembatasan penguat minimum ataupun maximum yang bekerja secara otomatis. Sistem pengoperasian Unit AVR (Automatic Voltage Regulator) berfungsi untuk menjaga agar tegangan generator tetap konstan dengan kata lain generator akan tetap mengeluarkan tegangan yang selalu stabil tidak terpengaruh pada perubahan beban yang selalu berubah-ubah, dikarenakan beban sangat mempengaruhi tegangan output generator.

Di dalam AVR, ada Mutual Reactor (MT) yaitu semacam trafo jenis CT (Current Transformer) yang menghasilkan arus listrik berdasarkan besaran arus beban yang melaluinya (secara rangkaian seri). Arus listrik yang dihasilkan ini

beban yang besar, arus listrik yang mengalir pada bebanyang dihasilkan juga besar,sesuai dengan hukum Ohmyang dicetuskan George Simon Ohmpada 1825 seperti di bawah ini :

�= �. dimana �

� = �

� dan�= �� .�

Sumber : Dwiyuniarto, 2013

Namun untuk menjaga kestabilan tegangan tidak hanya dengan AVR saja, genset juga dilengkapi SistemGovernor untuk menjaga kestabilan RPM (Rotation Power Momentum) sehingga bisa dihasilkan frekuensi putaran yang stabil pada saat ada atau tidak ada beban, hal ini bisa dilakukan dengan mengatur supply BBM (biasanya solar) pada generator genset.

2.7.1.8. Sumber Listrik Arus Searah

Penyearah digunakan untuk mengubah listrik AC menjadi listrik DC, listrik DC dipakai untuk berbagai kebutuhan misalnya Power Supply, Pengisi Akumulator, Alat penyepuhan logam. Komponen elektronika yang dipakai yaitu Diode, atau Thyristor. Penyearah dengan Diode sering disebut penyearah tanpa kendali, artinya tegangan output yang dihasilkan tetap tidak bisa dikendalikan. Penyearah dengan Thyristor termasuk penyearah terkendali, artinya tegangan output yang dihasilkan bisa diatur dengan pengaturan penyalaan sudut Į sesuai dengan kebutuhan.

Ada empat tipe penyearah dengan Diode, terdiri penyearah setengah gelombang dan gelombang penuh satu phasa dan setengah gelombang dan gelombang penuh tiga phasa. Penyearah Dilengkapi Filter Kapasitor

a. Penyearah Setengah Gelombang

Rangkaian transformator penu-run tegangan dengan sebuah Diode R1 setengah gelombang dan sebuah lampu E1 sebagai beban. Sekunder trafo sebagai tegangan input U1 = 25 V dan bentuk tegangan output DC dapat dilihat dari osiloskop. Tegangan input U1 merupakan gelombang sinusoida, dan tegangan output setelah Diode Ud bentuknya setengah gelom-bang bagian yang positifnya saja.

Gambar 2.25 Dioda setengah Gelombang 1 Phasa Sumber : Prih, dkk, 2008

b. Penyearah Diode Gelombang Penuh

Sumber :http://elektronika-dasar.web.id/teori-elektronika/konsep-dasar-penyearah-gelombang-rectifier/, diakses 6 Juli 2014

Gambar 2.26Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh

Sumber :http://elektronika-dasar.web.id/teori-elektronika/konsep-dasar-penyearah-gelombang-rectifier/, diakses 6 Juli 2014

Prinsip kerja dari penyearah gelombang penuh dengan 4 diode diatas dimulai pada saat output transformator memberikan level tegangan sisi positif, maka D1, D4 pada posisi forward bias dan D2, D3 pada posisi reverse bias sehingga level tegangan sisi puncak positif tersebut akan di leawatkan melalui D1 ke D4. Kemudian pada saat output transformator memberikan level tegangan sisi puncak negatif maka D2, D4 pada posisi forward bias dan D1, D2 pada posisi reverse bias sehingan level tegangan sisi negatif tersebut dialirkan melalui D2, D4. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada grafik output berikut.

Agar tegangan penyearahan gelombang AC lebih optimal menajdi tegangan DC maka dipasang filter kapasitor pada bagian output rangkaian penyearah seperti terlihat pada gambar berikut.

Gambar 2.27rangkaian penyearah dan gelombang yang dihasilkan Sumber

:http://elektronika-dasar.web.id/teori-elektronika/konsep-dasar-penyearah-gelombang-rectifier/, diakses 6 Juli 2014

Fungsi kapasitor pada rangkaian diatas untuk menekan riple yang terjadi dari proses penyearahan gelombang AC. Setelah dipasang filter kapasitor maka output dari rangkaian penyearah gelombang penuh ini akan menjadi tegangan DC (Direct Current) yang dapat diformulasikan sebagai berikut :

Kemudian untuk nilai riple tegangan yag ada dapat dirumuskan sebagai berikut :

Sumber : Agus, 2012

2.7.2. 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 ataustationer. 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 dan motor Diesel, dengan sistem 2 tak maupun 4 tak. Perbedaan utama motor bensin dengan motor diesel adalah pada sistem penyalaannya. Motor bensin dengan bahan bakar bensin dicampur terlebih dahulu dalam karburator dengan udara pembakaran sebelum dimasukkan ke dalam silinder (ruang bakar), dan dinyalakan oleh loncatan api listrik antara kedua elektroda busi karena itu motor bensin dinamai juga Spark Ignition Engines.

Silinder motor bakar terbuat dari alumunium 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.

2.7.2.1. Unjuk Kerja Motor Bakar

Kinerja suatu motor bakar diperoleh dengan serangkaian uji unjuk kerja. Beberapa paramater penting yang berpengaruh pada unjuk kerja motor bakar adalah sebagai berikut:

a. Torsi dan Daya Poros.

Torsi adalah ukuran kemampuan mesin untuk menghasilkan kerja. Dalam prakteknya, torsi dari mesin berguna untuk mengatasi hambatan sewaktu kendaraan jalan menanjak, atau waktu mempercepat laju kendaraan pada generator torsi berguna saat beban puncak (otomotif). Besar torsi dapat dihitung dengan rumus:

= ₂ �_� 60

= 30 �

� dimana :

T : Torsi (N.m) P : Daya efektif (Watt)

n : Putaran poros engkol (rpm) Sumber: Agus, 2012

b. Tekanan efektif rata-rata

Tekanan efektif rata-rata didefinisikan sebagai tekanan teoritis (konstan), yang apabila mendorong torak sepanjang langkah kerja dari motor dapat menghasilkan tenaga (tenaga poros).

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 :

� = �10 3

� Dimana : Sfc = konsumsi bahan bakar (g/kW.h)

mf = laju aliran bahan bakar (kg/jam) Sumber: Agus, 2012

Besarnya laju aliran massa bahan bakar (mf) dihitung dengan persamaan berikut:

= �10

−3

� 3600

Dimana:

sgf = Spesific Gravity

Vf= Volume bahan bakar yang diuji (dalam hal ini pada saat 1 jam (3600 detik) awal, berapa ml konsumsi bahan bakar yang terjadi).

Tf = Waktu untuk menghabiskan bahan bakar sebanyak volume uji (detik). Sumber: Agus, 2012

2.7.2.2. Kelengkapan Modifikasi

Modifikasi dari mesin otto (motor bensin) cukup mudah karena mesin sudah didesain untuk beroperasi pada campuran udara dan bahan bakar dengan pengapian busi. Beberapa modifikasi yang dapat dilakukan adalah:

a. Modifikasi saluran masuk bahan bakar dan udara. b. Modifikasi rasio kompresi.

c. 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 2.5. Perbandingan massa udara dan massa bensin pada pembakaran sempurna adalah 1- 5. 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.

Tabel 2.6Perbandingan jumlah udara dan jumlah bahan bakar untuk pembakaran sempurna

No

Bahan Bakar Perbandingan Massa udara terhadap massa bahan bakar

Perbandingan Volume Udara terhadap Volume Bahan bakar

1 Bensin 1 5

2 Methane 17,16 9

3 Biogas 50% CH4

+ 50%CO2

4,6 5,8

Sumber : Suyitno, 2009

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 Tabel 2.4. Perbandingan kompresi yang umum pada motor bensin adalah 7 - 10. Perbandingan kompresi bukanlah perbandingan tekanan. Perbandingan kompresi (r) sendiri didefinisikan sebagai berikut:

= � ��

� �

Sumber : Suyitno, 2009

Untuk biogas, rasio kompresi direkomendasikan tidak lebih dan kurang dari 9 -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. 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 3000 rpm, maka waktu yang tersedia untuk pembakaran selama satu langkah adalah 1/100 detik.

Waktu yang sesuai dengan kecepatan pembakaran tergantung pada beberapa parameter operasi :

a. Kecepatan mesin

b. Kelebihan udara pembakaran c. Jenis bahan bakar

d. 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.

2.7.2.3. Komponen modifikasi motor bakar bensin

a. selang vakum (karet) ukuran 8 x 3 mm

Selang berfungsi sebagai media penyalur gas dari penampungan ke generator set.

Gambar 2.28 Selang Vakum b. klem

Klem berfungsi sebagai untuk mengencangkan sambungan antara selang dengan T-pipe. Gambar klem disajikan pada gambar 2.18 berikut ini.

c. Naple kecil ukuran 4 mm (bahan kuningan)

Naple ini sebagai masukan gas kepada karburator genset seperti pada gambar 2.19

BAB III

PERANCANGAN ALAT

Gambar 3.1 Skema Pembuatan Biogas

3.1 Menentukan Volume Digester

Dalam menentukan besarnya volume digester yang dibutuhkan, ada beberapa faktor yang harus diperhatikan yaitu denah tempat yang akan digunakan, volume gas yang dibutuhkan untuk menyalakan generatorset, volume digester, bahan digester yang digunakan, dan alasan memakai disain digester

3.1. Denah Tempat

Berdasarkan lokasi tempat yang akan digunakan untuk penempatan unit penghasil biogas. Tempat tersebut berlokasi di samping laboratorium mesin otomotif dengan luas 3 m x 3m

3.2. Volume Digester

Digester yang dibuat berbentuk tabung, berikut ini bagaimana menghitung digester untuk menghitung volume.

a. Digester dalam bentung Horizontal

(a) (b)

Gambar 3.2 Digester Horizontal b. Digester dengan Bentuk Vertikal

Untuk memudahkan penghitungan digester dibuat sketsa dalam posisi vertikal

Gambar 3.3 Digester Vertikal

Perhitungan Volume digester

V = πr2_{. t}

� = 3,14. 402. 80

� = 100480 � 3

� = 0,1 3

3.2. BanyaknyaKotoran Sapi Yang Dibutuhkan

Dalam perhitungan untuk menentukan jumlah kotoran sapi yang dibutuhkan untuk menghasilkan biogas yang akan digunakan. Diketahui massa jenis air = 1000 kg/m3 untuk menentukan massa jenis kotoran sapi yaitu :

Diketahui masa kotoran sapi = 12,375 kg dengan di masukan pada ember dengan volume ember yang digunakan = 0,009 m3

Sehingga massa jenis kotoran sapi = 1375 kg/m3 a. Volume digester 0,1 m3 = 100 liter

b. Volume bubur kotoran yaitu 3/4 dari volume digester dan perbandingan air dan kotoran sapi yaitu 1 : 1

V =3

4 .0,1 m

3

� = 0,075 3 _{volume digester yang di isi bubur kotoran sapi}

c. Jadi air sebanyak 0,0375 m3 dan kotoran sapi 0,0375 m3 d. Kotoran sapi yang dibutuhkan (kg)

= Volume kotoran sapi x massa jenis kotoran sapi = 0,0375 m3 . 1375 kg/m3

= 51,56 kg

e. Air yang dibutuhkan

= volume air yang dibutuhkan x massa jenis air = 0,0375 m3 . 1000 kg/m3

= 37,5 kg

3.3. Bahan Digester

Bahan yang digunakan adalah fiber, dikarenakan

a. Fiber t idak dapat terkena korosi, sehingga bahan lebih tah a n lama.

b. Fiber merupakan isolator yang cukup baik terhadap perubahan temperatur yang akan mempengaruhi kondisi didalam digester.

3.3.1 Disain Digester

Disain digester yang digunakan berbentuk tabung,karena digester dibuat tipe kontinyu,sehinggadis ain untuk dan pada bagian bawahnya dibuat pipa saluran keluaran. Hal ini sesuai dengan rumus dari tekanan yaitusehingga saat ditambahkan slurry pada saat volume digester maksimal maka secara otomatis slurry bagian bawah akan keluar karena tertekan oleh slurry bagian atas. Semakin kecil luas penampangnya maka semakin besar tekanan.

(a) (b)

Gambar 3.4 Digester

3.4 Volume Penampung Gas 3.4.1. Volume penampung

Volume penampung gas disesuaikan dengan luas tempat yang tersedia dan berapa volume gas yang dibutuhkan. Volume gas yang dibutuhkan, untuk menghindari kelebihan gas, maka dibuat volume penampung lebih besar dari gas yang dibutuhkan yaitu dengan perhitungan : Volume Penampung Gas =

V = πr2. t V = π0,3152. 2 V = 0,62 m3

3.4.2. Water Trap

Water trap atau penjebak air berfungsi untuk menjebak air yang terdapat pada biogas agar tidak ikut terbakar pada mesin pembakaran karena dapat mengurangi efisiensi motor bakar jika bahan bakar yang digunakan tercampur oleh air, lubang pembung gas lebih, lubang pembuangan terdapat pada 20 - 25 cm di atas pipa saluran, agar gas tidak ikut trbung percuma, dan terbung apabila gas pada penampungan telah penuh.

Gambar 3.5 Water Trap

3.4.3. Manometer

Tekanan gas yang dihasilkan diukur dengan menggunakan manometter U terbuka yang menggunakan fluida air.

Gambar 3.6 Manometer Biogas

Untuk mengetahui tekanan Biogas yang dihasilkan selama proses berlangsung dalam satuan atm. Bila manometer diberi tekanan gas dalam salah satu kolom, maka air di kolom lainnya akan naik hingga mencapai tekanan tertentu. Perbedaan ketinggian ini di kedua kolom desebut dengan nilai (h)

perhitungan tekanan dihitung dengan menggunakan Hukum Boyleseeprti di bawah :

P = ρ.g . h + tekanan atmosfer

Sumber : Rohyami, 2012 Keterangan :

P = Tekanan (N/m2)

ρ = Densitas zat cair (kg/m3) = 1000kg/m3 g = Percepatan gravitasi (9,81 m/s2)

h = Perbedaan ketinggian kolom zat cair yang digunakan (m) 1 atm = 101.325 N/m2

1 N/m2 = 9,869 . 10-6 atm

3.4.4. Bahan Penampung Gas

Bahan yang digunakan sebagai penampung gas adalah plastik, dikarenakan:

a. Lebih ringan untuk dibawa dan dipindahkan.

b. Lebih jelas terlihat bila sudah terdapat gas dipenampungan, terbukti dengan menggembungnya penampungan gas.

(a) (b)

3.5 Motor Bakar

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 didalam roda gayanya. Sedangkan puli untuk menstart dipasang pada ujung poros engkol.

3.5.1. Modifikasipada Karburator

Karena karakteristik biogas dan bensin tidak terlalu jauh berbeda tetapi pada karburator yang telah dimodifikasi tidak terlalu banyak membutuhkan oksigen terlalu banyak, maka pengaturan udara yang masuk sangat sedikit dan pelepasan pelampung pada karburator karena pelampung tidak perlu digunakan,dan Maintjet pun di lepas dan setelah itu pemasangan selang sumber biogas pada karburator, di pasang pada sepuyer Pengeluaran bensin di karburator. terlihat pada gambar3.8. dan 3.9

BAB IV

HASIL DAN PENGUJIAN 4.1 Data Lapangan

Biogas memiliki nilai kalor 4800 - 6700 kkal/m3 dan mendekatai gas metan murni yaitu 8900 kkal/m3 atau 1 m3 biogas setara sekitar 4,7 kWh/m3 dan 20 – 40 kg kotoran sapi menghasilkan 1m3 biogas.

Dengan jumlah kapasitas kotoranyang dimasukan pada digester yaitu 1650 kg kotoran sapi dan 1200 liter air, maka yang akan dihasilkan biogas sebanyak 0,8 – 1,6 m3 per hari

Tabel 4.1 Analisis kebutuhan kotoran sapi

Jumlah kotoran Sapi yang dibutuhkan perhari 30 Kg Volume digester

Masukan bahan kering perhari Volume digester yang terisi kotoran Volume Kebutuhan digester total Perkiraan Hasi Biogas

Perkiraan hasil methane

4 m3 atau 4000 liter 6Kg

1,4 m3 2,8 m3 1,2m3/hari 0,72 m3/hari

Berdasarkan sumber Departemen Pertanian, konversi biogas menjadienergi listrik yaitu 1 m3 biogas sama dengan 4,7 kWh, jadi 1,2 m3 biogas setara dengan 5,64 kWh, 0,552 kg Gas elpiji.

P = ρ.g . h + tekanan atmosfer

Keterangan

P = Tekanan (N/m2)

ρ = Densitas zat cair (kg/m3) = 1000kg/m3 g = Percepatan gravitasi (9,81 m/s2)

h = Perbedaan ketinggian kolom zat cair yang digunakan (m) 1 atm = 101.325 N/m2

1 N/m2 = 9,869 . 10-6 atm Sumber : Rohyami, 2012

Tabel 4.2Pengukuran Biogas

No Tgl/Bln/Thn Manometter (cm) Tekanan Digester Keterangan 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

10 juni 2014 11 Juni 2014 12 Juni 2014 13 Juni 2014 16 Juni 2014 17 Juni 2014 18 Juni 2014 19 Juni 2014 20 Juni 2014 21 Juni 2014

22 27 25 20 30 17 21 23 30 25 1,021 1,026 1,024 1,019 1,029 1,016 1,020 1,022 1,029 1,024

4.2 Performansi Alat

Alat penghasil biogas model ini terbuat dari bahan yang murah dan mudah didapat, yaitu terbuat dari drum fiber/ plastik yang biasa digunakan sebagai tempat penyimpanan. Alat ini terdiri atas dua komponen utama, yaitu:

a. Tangki pencerna (biodigester)

Memiliki volume 0,1m3 = 100 liter, jadi kotoran yang digunakan 51,5 kg dan 37,5 kg air.

b. Plastik pengumpul gas memiliki volume 0,62m3

Alat penghasil biogas ini bekerja dengan cara memasukkan bahan isian (kotoran sapi) dengan perbandingan bahan isian dan air 1 : 1 dengan komposisi 37,5 liter kotoran ternak sapi yang dicampur dengan sekitar 37,5 liter air melalui saluran pemasukan (satu buah digester). Campuran bahan dan air diaduk terlebih dahulu secara merata agar pemasukan bahan ke digester dapat berlangsung baik, kemudian menyaring campuran tersebut untuk menghilangkan kotoran-kotoran yang terikut ataupun jerami. Pada lubang

saluran pemasukan dan pengeluaran ditutup untuk mengkondisikan digester anaerob.

Produksi gas hasil fermentasi anaerob oleh biodigester mulai pada hari ke- 6 -10. Gas yang dihasilkan dengan sendirinya mengalir ke tangki penampung gas. massa plastik penampung dapat terangkat dengan semakin bertambahnya produk biogas dengan melihat bertambah besarnya plastik penyimpan gas, tetapi gas pada hari ke 6 - 10 tidak dapat lansung digunakan karena gas yang aterbentuk yaitu CO2sedangkan biogas bisa adigunakan saat

kadar metana CH4yaitu 50-70%, dan karbondioksidanya CO2yaitu 25-50% 4.3 Deskripsi Pengujian

Deskripsi pengujian menjelaskan bagaimana gambaran atau deskripsi dalam pengujian pada rancang bangun penghasil Biogas untuk diaplikasikan pada Generator Set yang dimodifikasi.

Untuk mengukur geset bensin yang dimodifikasi, diperlukan: a. Menghitung volume Biogas yang dihasilkan pada digester.

b. Perhitungan gas yang dibutuhkan untuk menyalakan genset bensin yang dimodifikasi, dalam satuan waktu.

c. Perbandingan genset yang berbahan bakar biogas dan bensin. 4.5.1.Target Pengujian

a. Memperoleh data volume gas yang dihasilkan pada digester.

b. Berapa volume gas yang dibutuhkan untuk menyalakan genset biogas dalam satuan waktu.

4.4 Data Hasil Pengujian dan Analisa

Berikut ini adalah tabel dan analisa data yang diperoleh :

4.4.1. Gas bio

Tabel 4.3 Analisis kebutuhan kotoran sapi untuk menghasikan Biogas

Jumlah kotoran Sapi 51,5Kg

Volume digester yang di isi slurry Kandungan bahan kering

Volume digester yang terisi kotoran Kebutuhan digester total

Hasil biogas perhari

75 liter 10,3 Kg 0,0375 m3

0,075 m3 0,03 m3

Data pengamatan kondisi dan volume Biogas. Setelah gas terbentuk, volume gas yang dihasilkan oleh digester tidak terbaca oleh alat ukur psi dikarenakan tekanan yang dihasilkan dalam digester sangat kecil, sehingga hanya bisa terbaca pada dua minggu setelah pengisian.Berikut ini pengambilan data biogas yang dapat dilihat pada tabel 4.3

Tabel 4.4Pengukuran Biogas

No Tgl/Bln/Thn

Suhu bawah Digester Suhu atas Digester Suhu dalam Digester Keterangan 1 2 3 4 5 6 7 8

31 Mei 2014 2 Juni 2014 3 Juni 2014 4 Juni 2014 5 Juni 2014 6 Juni 2014 9 Juni 2014 10 Juni 2014

22,6oC 22.8 oC 22,5 oC 22,3 oC 22,7 oC 22,3 oC 22,1 oC 21,7 oC

26,6 oC 27,2 oC 27,1 oC 25,7 oC 26,4 oC 26,4 oC 25,7 oC 26,6 oC

36,1 oC 34,3 oC 34,2 oC 31,7 oC 34 oC 32,7 oC

34 oC 34,8 oC

9 10

11 Juni 2014 12 Juni 2014

21,5 oC 22,4 oC

25,8 oC 26,8 oC

31,4 oC 34,2 oC

Dengan jumlah kotoran yang dimasukan pada digester yaitu 51,56 kg kotoran sapi dan 37,5 liter air, maka yang akan dihasilkan biogas sebanyak 0,03 m3per hari

4.5.2.Pengukuran Generator set bio

Genset bensin yang dimodifikasi untuk genset bio memiliki spesifikasi : Spesifikasi Motor Bakar

a. Engine Type : 4 - Cycle, side valve, 1 cylinder b. Displacement [Bore x stroke] : 197,3 cc (12 cu in) [ 67 x 56

mm(2,6 x 2,2 in)] c. Rasio kompresi : 6,5 x 1

Spesifikasi GeneratorSet

a. Rating Voltage : 115 Volt

b. Max. Output : 1,5 kVA (1.500 watts)

c. Rated Output : 1,25 kVA (1.250 watts) 10,9 A/ d. Ignition System : CDI

e. Frekwensi : 60 hz

f. Dc Output : 12 volt, 8,3 A

4.5.2.1. Pengetesan Tanpa Beban

Data pengamatan genset yang telah di modifikasi dengan bahan bakar biogas dengan tidak di beri beaban, sebanyak 0,64 m3 biogas digunakan selama 30 menit dengan alat ukur yang digunakan yaitu tachometer dan voltmetter saat pengetesan generator tanpa beban.

Gambar 4.1 Skema pengetesan generator set tanpa beban

a. Anasilis pengukuran

Dari rumus pertama dibawah, jika konstanta dan fluks magnet di anggap tetap, maka pada saat putaran rotor naik, tegangan pun naik, putaran rotor berbanding lurus dengan GGL induksi.

Ea = C . n.

Keterangan :

Ea= ggl induksi (Volt) n = Putaran (rpm)

C = Konstanta

∅ ��� = Fluks magnet (weber)

Sumber : Zuhal, 1999

b. Pengukuran Genset Tanpa Beban

Tabel 4.5 Data hasil pengujian tanpa beban

Data Biogas dan Bensin Beban

(Watt) Bahan Bakar

Hasil Pembacaan

Unit Instrumentasi

Waktu

5 10 15 20 25 30

Tanpa Beban

Biogas

Tegangan (V) 75 95 100 105 110 112 PutaranMesin

(RPM) 1622 1686 1851 2500 2497 2498 Bensin

Tegangan (V) 115 115 115 115 115 115 PutaranMesin

1622 1686 1851

2500 2497 2498

2500 2505 2510

2498 2501 2503

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

300 600 900 1200 1500 1800

W a k tu ( s) Putaran (rpm)

Putaran tanpa Beban

Gambar 4.2 Grafik Tegangan Tanpa Beban

Gambar 4.3Grafik Putaran Tanpa Beban

Dari gambar 4.2 dan 4.3 dijelaskan bahwa putaran pada saat mesin menggunakan bahan bakar biogas tanpa adanya beban mencapai 1686 rpm dan tegangan 100 volt dan bahan bakar bensin 2498 rpm sampai 2510 rpm sedangkan tegangan yang dihasilkan adalah 115 Volt.

75

95 100 105

110 112

115

115 115 115 115

115 0 50 100 150 200 250

300 600 900 1200 1500 1800

T e g a n g a n ( V ) Waktu (s)

Tegangan Vs Waktu

Dari gambar 4.2dan 4.3diperoleh perbandingan bahwa:

a. Putaran mesin saat menggunakan bahan bakar bensin lebih besar dari pada saat menggunakan bahan bakar biogas.

b. Tegangan pada saat mesin menggunakan bahan bakar bensin lebih besar dari pada saat menggunakan bahan bakar biogas,

c. Putaran generator berbanding lurus dengan tegangan terminal atau output.

4.5.2.2. Pengetesan Berbeban 25 watt

Data pengamatan genset yang telah dimdifikasi dengan bahan bakar biogas dengan di beri beban 25 watt sebanyak 0,64 m3 biogas selama 30 menit, tegangan yang dihasilkan ketika mesin menggunakan bahan bakar biogas pada saat pengujian dapat dilihat pada tabel 4.6 sebagai berikut :

Gambar 4.4 Skema Pengetesan Generator Berbeban

a. Analisis Pengukuran

Dari rumus dibawah, saat generator memiliki beban dapat ditarik kesimpulan, pada saat putaran generator naik maka GGL induksipun naik dan tegangan terminalpun naik, putaran berbanding lurus dengan frekwensi, berbanding lurus dengan GGL induksi dan tegangan terminal, saat generator diberi beban.

Maka : �_� = � ∅ _���

V= Ea - I.Ra + j I.Xs Keterangan :

Ea = ggl induksi (Volt) f = Frekuensi (Hz) n = Putaran (rpm) C = Konstanta

∅ ��� = Fluks magnetik (weber)

V = Tegangan Terminal (Volt) Xs = Resistansi Sinkron Ra = Resistansi jangkar a. Sumber : Prih, dkk, 2008

b. Pengukuran Genset Berbeban

Tabel 4.6 Data hasil pengujian untukbeban25 watt

DATA Bensin dan Biogas

Beban (Watt)

Bahan Bakar

Hasil Pembacaan

Unit Instrumentasi

Waktu

15 30 45 60 75 90

25 Watt

Bensin

Tegangan (V) 115 115 115 115 115 115 PutaranMesin

(RPM) 2505 2508 2517 2520 2510 2493 Arus(A) 0,06 0,05 0,04 0,05 0,06 0,05

Biogas

Tegangan (V) 95 102 100 103 106 110 PutaranMesin

(RPM) 1802 1811 1798 1806 1925 1930 Arus(A) 0,04 0,05 0,04 0,03 0,06 0,07

1802 1811 1798 1806 1925 1930

2505 2508 2517 2520 2510 2493

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

300 600 900 1200 1500 1800

P u ta ra n ( R p m ) Waktu (s)

Putaran Vs Waktu

Biogas Bensin

Gambar 4.5Grafik Tegangan Pada Beban 25 Watt Gambar 4.6 Grafik Putaran Berbeban 25 watt

95 102 100 103 106

110

115 115 115 115 115

115 0 50 100 150 200 250

300 600 900 1200 1500 1800

T e g a n g a n ( V ) Waktu (s)

Tegangan

Biogas Bensin

0.04 0.05 0.04 0.03 0.06 0.07 0.06 0.05 0.04 0.05 0.06 0.05 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14

300 600 900 1200 1500 1800

Ar

u

s

(A)

Waktu (s)

Arus Vs Waktu

Biogas Bensin

Gambar 4.7Grafik Arus Berbeban 25 watt

Dari gambar 4.5, 4.6 dan 4.7 dijelaskan bahwa pada saat mesin menggunakan bahan bakar bensin, putaran mencapai 2520 rpm dan tegangan yang terjadi adalah 115 volt dan bahwa pada saat mesin menggunakan bahan bakar biogas, putaran yang terjadi mencapai 1930 rpm dan tegangannya adalah 110 volt.

Untuk bahan bakar biogas dengan beban 25 Watt, tegangan yang dihasilkan ditunjukkan pada tabel 4.6 berikut:

Dari gambar 4.5 dijelaskan bahwa pada saat mesin menggunakan bahan bakar biogas, putaran yang terjadi mencapai 1930 rpm dan tegangannya adalah 110 Volt.

Dari gambar 4.5, 4.6 dan 4.7 diperoleh perbandingan yaitu:

a. Pada saat genset diberi beban 25 watt, putaran maupun tegangan yang dihasilkan lebih besar dan stabil dengan menggunakan bahan bakar bensin. b. Putaran Generator set berbanding lurus dengan tegangan terminal atau

4.5 Nilai Investasi Pembuatan Biogas

Listrik yang dihasilkan dari PLTBio kemudian dapat digunakan untuk menunjang aktivitas kewirausahaan dan aktivitas ekonomi diantaranya adalah untuk penerangan, alat penunjang PLTBio, dan kebutuhan listrik untuk unit kompresi.

Untuk memperoleh listrik 1000 W diperkirakan membutuhkan kotoran dari 5-6 sapi dimana diasumsikan bahwa per hari, 1 ekor sapi menghasilkan kotoran 25 kg. Analisis mengenai kebutuhan sapi dan kotoran sapi untuk menghasilkan listrik 1000 W dapat dilihat pada tabel di bawah.

Tabel 4.7 Analisis kebutuhan kotoran sapi untuk menghasikan listrik 1000 W

Jumlah Sapi 5 - 6 ekor

Volume digester total Masukan kotoran perhari Masa bahan kering kotoran

Volume digester yang terisi kotoran Kebutuhan digester total

Perkiraan Hasi Biogas Perkiraan hasil methane

6 m3 atau 6000 liter 50 kg 10 kg 1,8 m3 3,6 m3 2,4 m3/hari

1,2m3/hari

Berdasarkan sumber Departemen Pertanian, konversi biogas menjadienergi listrik 1 m3 biogas sama dengan 4,7 kWh jadi 2,4 m3 biogas setara dengan 11,3 kWh. atau bagi Genset 1 KVA ( 1000 watt) akan menyala 11 jam 18 menit.

Tabel 4.8Penggunaan biogas untuk untuk rumah tinggal dengan daya 1000 watt

No Bahan Harga satuan Keterangan

1 Pembuatan Digester6000L Rp. 6.300.000 6 tahun 2 Penampungan (plastik) Rp. 100.000

3 Generator Set HL-1500 LX 1000 watt

Rp. 2.300.000 7 tahun

4 Inverter sp 300ch 12 volt 20 ampere

Rp. 1.670.000,-

6 Bahan – Bahan Lainnya Rp. 1.000.000 Rp. 11.370.000

Jadi jika harga listrik dari PLN 1KWh = Rp. 605per kWh dengan batas daya 900 VA

Tabel 4.9Analisa PLTBio dengan PLN 1 KWh PLN dengan batas daya 900VA Rp. 605 ,- Asumsi jika daya maksimal PLN 880 watt Asumsi jika pemakaian beban maksimal11 jam

18 menit

290,4 kWh perbulan

Pembayaran listrik PLN perbulan Rp. 196.000 Jika pembuatan PLTBio dengan kapasitas

6000L

Rp. 11.370.000

Tabel 4.10 Perbandingan PLTBio dengan PLN Thn Alat yang diperbaharui untuk PLTbio Perkiraan Biaya Kumulatif (Rp) Biogas Alat yang diperbaharui untuk PLN Perkiraan Biaya Kumulatif (Rp) PLN 1 Plastik penampungan

Rp. 11.370.000 Rp. 2.352.000

2

Plastik penampungan

Rp. 11.470.000 Rp. 4.704.000

3

Plastik penampungan

Rp. 11.570.000 Rp. 7.056.000

4

Plastik penampungan

Rp. 11.670.000 Rp. 9.408.000

5

Plastik

penampungan

Rp. 11.770.000 Rp. 11.760.000

6

Plastik

penampungan

Rp. 11.870.000 Rp. 14.112.000

7

Plastik

penampungan dan digester

Rp. 18.270.000 Rp. 16.464.000

8

Plastik

penampungan dan Generator set

Rp. 20.570.000 Rp. 18.816.000

9

Plastik penampungan

Rp. 20.670.000 Rp. 21.168.000

10

Plastik

penampungan

Rp. 20.770.000 Rp. 23.520.000

11

Plastik penampungan

Rp. 20.870.000 Rp. 25.872.000

12

Plastik penampungan

Rp. 20.970.000 Rp. 28.224.000

13

Plastik

penampungan dan digester

Rp. 27.370.000 Rp. 30.576.000

14

Plastik

penampungan dan Generator set

Rp. 29.770.000 Rp. 32.928.000

15

Plastik penampungan

Tabel 4.8Penggunaan biogas untuk untuk rumah tinggal dengan daya 1000 watt

No Bahan Harga satuan Keterangan

1 Pembuatan Digester6000L Rp. 6.300.000 6 tahun 2 Penampungan (plastik) Rp. 100.000

3 Generator Set HL-1500 LX 1000 watt

Rp. 2.300.000 7 tahun

4 Inverter sp 300ch 12 volt 20 ampere

Rp. 1.670.000,-

6 Bahan – Bahan Lainnya Rp. 1.000.000 Rp. 11.370.000

Jadi jika harga listrik dari PLN 1KWh = Rp. 605per kWh dengan batas daya 900 VA

Tabel 4.9Analisa PLTBio dengan PLN 1 KWh PLN dengan batas daya 900VA Rp. 605 ,- Asumsi jika daya maksimal PLN 880 watt Asumsi jika pemakaian beban maksimal11 jam

18 menit

290,4 kWh perbulan

Pembayaran listrik PLN perbulan Rp. 196.000 Jika pembuatan PLTBio dengan kapasitas

6000L

Rp. 11.370.000

60

Tabel 4.10 Perbandingan PLTBio dengan PLN

Thn Alat yang diperbaharui untuk PLTbio Perkiraan Biaya Kumulatif (Rp) Biogas Alat yang diperbaharui untuk PLN Perkiraan Biaya Kumulatif (Rp) PLN 1 Plastik penampungan

Rp. 11.370.000 Rp. 2.352.000

2

Plastik penampungan

Rp. 11.470.000 Rp. 4.704.000

3

Plastik penampungan

Rp. 11.570.000 Rp. 7.056.000

4

Plastik penampungan

Rp. 11.670.000 Rp. 9.408.000

5

Plastik

penampungan

Rp. 11.770.000 Rp. 11.760.000

6

Plastik

penampungan

Rp. 11.870.000 Rp. 14.112.000

7

Plastik

penampungan dan digester

Rp. 18.270.000 Rp. 16.464.000

8

Plastik

penampungan dan Generator set

Rp. 20.570.000 Rp. 18.816.000

9

Plastik penampungan

Rp. 20.670.000 Rp. 21.168.000

10

Plastik

penampungan

Rp. 20.770.000 Rp. 23.520.000

11

Plastik penampungan

Rp. 20.870.000 Rp. 25.872.000

12

Plastik penampungan

Rp. 20.970.000 Rp. 28.224.000

13

Plastik

penampungan dan digester

Rp. 27.370.000 Rp. 30.576.000

14

Plastik

penampungan dan Generator set

Rp. 29.770.000 Rp. 32.928.000

15

Plastik penampungan

BAB V KESIMPULAN

5.1 Simpulan

Berdasarkan pada pemaparan mengenai penelitian terhadap studi pembangkit energi listrik berbasis biogas pada bab-bab sebelumnya, maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:

1. Pemanfaatan energi biogas sangat berguna bagi kehidupan sehari - hari, hal tersebut didasarkan pada energi yang dipakai untuk membentuk biogas itu sendiri yang dapat terbarukan. Selain itu, bahan-bahan pembentuk biogas merupakan bahan organik yang mudah didapatkan. Sehingga, pada saat proses pembuatannya tidak melibatkan energi-energi yang tidak terbarukan. Pada hasil observasi di lapangan dengan volume digester 4 m3membutuhkan perbandingan jumlah kotoran yang dimasukkan ke dalam digester yaitu 30 kg kotoran sapi perhari dan 30 liter air. Dari jumlah perbandingan yang dilakukan, menghasilkan biogas sebanyak 1,2m3 per hari. Jika dikonversi, 1,2 m3 biogas setara dengan 5,64 kWh.

2. Merujuk pada dana yang harus diberikan, PLTbio lebih menguntungkan karena pemakaian dalam jangaka waktu 1 - 15 tahun dapat dilihat pada tabel 4.11 PerbandinganPLTBiodengan PLN, selama 15 tahun PlLTbio mengeluarkan biaya sebesar Rp. 29.870.000dan pemakaian PLN selama 15 tahun yaitu Rp. 35.280.000

3. Pemanfaatan limbah kotoran sapi pada saat pembuatan biogas dapat menjadi lebih bermanfaat dan dapat membuat daerah tempat peternakan sekitar menjadi daerah yang mandiri secara kelistrikan, sehingga kotoran yang tadinya merupakan barang yang tidak berharga dan digunakan hanya sebatas pupuk menjadi lebih bermanfaat ketika digunakan untuk PLTbioGeneratorset dengan bahan bakar biogas efisien digunakan jika rasio kompresi bahan

62

bakarnya 9-13 : 1 sedangkan generatorset pada percobaan memiliki nilai rasio kompresi 6,5 : 1

5.2 Saran

Adapun saran yang dihasilkan dari penelitian mengenai pemanfaatan biogas sebagai energi listrik adalah sebagai berikut:

1. Pemanfaatan biogas seharusnya digalakkan, sehingga ketergantungan pada energi yang takterbarukan dapat berkurang. Selain itu, hal tersebut dapat menjadikan masyarakat lebih mandiri dalam pemenuhan listrik rumah mereka. Kemudian, hal ini dapat dijadikan sebagai alternatif energi ramah lingkungan dan dapat menjadi sebuah alternatif energi yang pembuatannya memakai dana yang minimal atau dapat disesuaikan dengan kemampuan warga dalam melakukan pemanfaatan tersebut.

2. Pemerintah seharusnya bekerja sama dengan beberapa peternak-peternak sapi untuk membuat PLTbio. Kerja sama ini dirasa perlu dilakukan mengingat masyarakat atau peternak terbatas dalam pendanaan dan pemenuhan ahli dalam melakukan proses pembuatan biogas. Selain itu, pemerintah seharusnya melakukan pemetaan peternak. Pemetaan ini dilakukan agar dalam melakukan kerja sama dapat menyeluruh, hal ini perlu dilakukan agar tidak timbulnya kecemburuan antara satu peternak dengan peternak yang lain dan Pemerintah pun harus menjalin kerja sama dengan pihak-pihak investor. Sehingga, proyek ini dapat berlangsung secara masif. Sehingga, pemanfaatan energi bio ini dapat dilakukan secara merata.

3. Mengingat manfaat besar yang dapat dihasilkan dari pemanfaatan biogas ini, perlu diadakan pembekalan terhadap masyarakat mengenai pemanfaatan biogas. Hal ini perlu dilakukan, karena sebagian besar masyarakat yang

kurang “melek” informasi. Selain itu, pembekalan ini perlu dilakukan agar

DAFTAR PUSTAKA

Agus, 2012, unjuk kerja motor bensin dengan turbojet accelerator, http://www.ag-ussuwasono.com/artikel/teknologi/mechanical/539-unjuk-kerja-motor-bakar-bensin-dengan-turbojet-accelerator.html, di akses 6 Juli 2014

Agus, 2012, Konsep dasar penyearah gelombang, http://elektronika-dasar.web.id/teori-elektronika/konsep-dasar-penyearah-gelombang-rectifier, diakses 17 Juni 2014

Dwi, 2013, Generator set, http://magnapam.com/?p=1933, diakses 18 juni 2013

Dwiyuniarto, 2013, Generator arus bolak balik,

http://dwiyuniarto.wordpress.com/2013/10/27/generator-arus-bolak-balik/ diakses 19 juni 2014

Haryo, 2010, Mengubah Limbah Di Pedesaan Menjadi Biogas,

http://www.biologi.lipi.go.id/bio_indonesia/mTemplate.php?h=3& id_berita=267, diakses 24 juni 2014

Heisler, 1981, Biogas utilization, handbook hlm 14

Kadarwati, Sri, Studi Pembuatan Biogas dari Kotoran Kuda dan Sampah Organik

Skala Laboratorium, Publikasi P3TEK Vol. 2, No.1, 2003.

Muchsin Ismail, 2013, Mesin Serempak, Bab I Generator Sinkron, Pusat Pengembangan Bahan Ajar- UMB

Muryanto,2014, Pembuatan dan cara kerja instalasi biogas,

http://www.muryanto-taniternak.com/2014/04/pembuatan-dan-cara-kerja-instalasi_27.html,diakses 17 Juni 2014

64

NN, 2009, Generator Dc, http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/01/generator-dc.html di akses 19 juni 2014

Prih, Sumardjati, dkk, 2008, Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik, Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan

Rohyami, 2012, Hukum Gas ideal, http://rohyami.staff.uii.ac.id/2012/05/07/gas/, diakses 1 juli 2014

Susi panjaitan,2010, Analisis perhitungan daya yang dihasilkan kotoran sapi yang

diolah menjadi biogas didaerah pinggiran kota batam, Universitas Maritim

Raja Ali Haji Batam,

Suyitno, 2009, Pembangkit Listrik Tenaga Biogas (PLTBio) yang Dilengkapi

dengan Kompresi Biogas, Balitbang, Jateng

Wira, 2011, Energi Alternatif Masa Depan http://biogasganesha.wordpress.com/- 2011/11/21/7/ diakses, 20 Juni 2014

Zuhal, 1991, Dasar Teknik Listrik, Institut Teknologi Bandung

Zicari, S. M. (2003) REMOVAL OF HYDROGEN SULFIDE FROM BIOGAS USING COW-MANURE COMPOST. Department of Biological and Environmental Engineering. Cornell, Cornell University.