JURNAL PUBLIKASI Pengembangan Desain dan Konstruksi Alat Produksi Gas Metana Pengembangan Desain dan Konstruksi Alat Produksi Gas Metana Dari Pembakaran Sampah Organik Sekam Padi.
JURNAL PUBLIKASI
Pengembangan Desain dan Konstruksi Alat Produksi Gas Metana
Dari Pembakaran Sampah Organik Sekam Padi
Disusun oleh:
ARIANTO SUYATNO PUTRO
D 200 090 043
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
SEPTEMBER 2013
Pengembangan Desain dan Konstruksi Alat Produksi Gas Metana Dari
Pembakaran Sampah Organik Sekam Padi
Arianto Suyatno Putro, Sartono Putro, Tri Tjahjono
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasuro
e-mail: arianto_ayab@yahoo.co.id
ABSTRAKSI
Proses pembentukan biogas dari sampah organik dapat dilakukan
dengan proses gasifikasi. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan desain
dan konstruksi alat produksi gas metana dari sampah organik dengan cara
dibakar, desain ini dilakukan untuk menutup kelemahan desain alat
terdahulu, mengetahui pengaruh dimensi tangki absorber terhadap waktu
nyala efektif gas metana dan jumlah kalor pendidihan air menggunakan
bahan organik sekam padi.
Tangki absorber memiliki dua tipe tangki A dan tangki B. Pengujian
diawali dengan perakitan instalasi alat produksi gas metana dengan bahan
bakar sampah organik sekam padi yang terdiri dari blower, reaktor
pembakaran, tangki absorber, ember, pipa pvc, keran, kompor dan beberapa
alat ukur lainnya yang dirangkai dalam satu sistem. Pembentukan gas
menggunakan jenis thermal process gasification dan prinsip kerjanya
menggunakan jenis updraft gasifikasi setiap 5 kg sekam padi meliputi volume
air yang dapat didihkan, lama waktu nyala efektif serta perubahan temperatur
1 liter air setiap dua menit.
Alat produksi gas metana dari sampah organik terdiri dari reaktor
pembakaran dengan diameter 570 mm, tinggi 530 mm, diameter udara
masuk 25 mm, diameter udara keluar 30 mm dan tangki absorber tipe A
diameter 580 mm, tinggi 890 mm, diameter lubang isap 19 mm dan jumlah
lubang 4 serta tangki absorber tipe B diameter 280 mm, tinggi 520 mm,
diameter lubang isap 19 mm dan jumlah lubang 3. Hasil pengujian dengan
tangki absorber tipe A dapat menyala selama 46 menit dan jumlah kalor
pendidihan air 569,2 kJ dan pada tangki absorber tipe B dapat menyala
selama 36 menit dan jumlah kalor pendidihan air 569,2 kJ.
Kata Kunci: Gasifikasi, Biogas, Tangki absorber, Gas Metana, Kalor
PENDAHULUAN
terdapat kelemahan. Alat produksi
gas metana tersebut didesain
ulang untuk menutup kelemahan
desain sebelumnya dan dalam
pemurnian gas penggunaan tangki
absorber dimensi yang disesuaikan
dengan kebutuhan.
Latar Belakang
Energi alternatif yang dapat
diperbarui salah satunya adalah
pengolahan sampah organik. Di
Indonesia sering sekali kita jumpai
sampah-sampah organik hanya
terbuang sia-sia dan dibakar begitu
saja. Padahal dengan dibakarnya
sampah tersebut, sampah yang
memiliki kandungan seperti gas
metana, gas karbon monoksida
dan senyawa lain lama-kelamaan
memiliki dampak buruk bagi
lingkungan yaitu mengakibatkan
menipisnya lapisan ozon atau efek
rumah kaca. Untuk menanggulangi
hal tersebut, bagaimana cara
memanfaatkan
sampah
untuk
dijadikan gas metana agar dapat
digunakan sebagai salah satu
sumber energi alternatif sebagai
pengganti bahan bakar LPG.
Seiring
pesatnya
perkembangan teknologi, telah
banyak
ditemukan
berbagai
penelitian
tentang
teknologi
pemanfaatan gas metana, salah
satunya
(Putra
R.P,
2011)
“Rancang Bangun dan Pengujian
Alat Produksi Gas Metana dari
Sampah Organik Dengan Variasi
Bahan Sampah Basah Kebun,
Sampah
Kulit
Bawang
dan
Sampah Kering Kebun”.
Rancangan alat produksi
gas metana tersebut terutama
pada alat reaktor pembakaran
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian yang
dilakukan yaitu:
1. Untuk mendapatkan desain dan
konstruksi alat produksi gas
metana dari sampah organik
dengan cara dibakar,
2. Dapat mengetahui perbedaan
pengaruh dimensi pada tangki
absorber terhadap waktu nyala
efektif kompor dan jumlah kalor
pembakaran
gas
metana
dengan metode pendidihan air
yang dihasilkan dari bahan
organik sekam padi, dimana
tangki absorber memiliki dua
tipe tangki A dan B, tipe A
diameter 580 mm dan tinggi
890 mm serta tangki absorber
tipe B diameter 280 mm dan
tinggi 520 mm.
Tinjauan Pustaka
Rony Permana P (2011),
perancangan konstruksi reaktor
sampah dengan
penambahan
kawat kasa sebagai pembantu
distribusi
udara
dan
cara
pengolahan
sampah
organik
menjadi energi serta pengukuran
2
waktu nyala efektif dan jumlah
kalor yang dihasilkan gas metana
dari sampah organik berupa
sampah basah kebun, sampah
kulit bawang dan sampah kering
kebun dengan jenis thermal
process
gasification
dengan
spesifikasi sebagai berikut: reaktor
pembakaran dengan dimensi tinggi
0.87 m, diameter 0.57 m, tinggi
kawat kasa 0.5 m, diameter kawat
kasa 0.03 m dan massa kosong 40
kg.
Murjito (2009), mendesain
alat penangkap gas metana pada
sampah menjadi biogas yang
mudah
dirakit,
murah
dan
berkinerja baik yang terbuat dari
plastic polyethilene untuk skala
kecil. Penelitian ini menghasilkan
rancangan alat penangkap gas
metana yang berbahan dasar
plastic
polyethilene
dengan
spesifikasi
sebagai
berikut:
biodigester dengan volume total 11
m³, volume basah 8.8 m³, waktu
proses 40 hari, isian bahan 220
kg/hari, luas lahan 18 m³, dan
memilki penampung gas dengan
dimensi tinggi 4.6 m, diameter
0.954 m, volume efektif 2.5 m³.
Sunarto, S.B (2009), melalui
UKM Agro Makmur Karangpandan,
Karanganyar – Jawa Tengah
memanfaatkan sampah organik
kering seperti jerami, sekam padi,
dan bahan organik lainnya untuk
dijadikan biogas, dimana bahan
bakar dibakar didalam tungku yang
ditutup rapat sehingga tidak ada
udara yang masuk maupun yang
keluar dari tungku, kemudian gas
(asap) yang dihasilkan di alirkan ke
pipa-pipa menuju tangki purifikasi
dimana ditangki purifikasi terdapat
batu bentonit dan zeolit. Gas yang
melewati tangki purifikasi ini
menghasilkan
gas
metana
mendekati kadar murni yang dapat
digunakan untuk bahan bakar
kompor atau untuk menggerakkan
generator listrik.
Tasliman (2012), teknologi
gasifikasi biomas. Sebagai sumber
energi, biomas memiliki beberapa
keuntungan terutama dari sifat
terbarukannya, dalam arti bahan
tersebut dapat diproduksi ulang.
Selain itu, dari segi lingkungan,
penggunaan
biomas
sebagai
bahan bakar memiliki 2 segi positif
yaitu bersifat mendaur ulang CO2,
sehingga emisi CO2 ke atmosfir
secara netto berjumlah nol dan
sebagai
sarana
mengatasi
masalah limbah pertanian.
DASAR TEORI
Pembakaran
Pembakaran adalah reaksi
cepat suatu senyawa dengan
oksigen
disertai
dengan
pembebasan kalor atau panas dan
cahaya.
3
terbakar, tetapi jika digunakan
untuk
keperluan
komersial,
biasanya ditambahkan sedikit bau
belerang
untuk
mendeteksi
kebocoran yang mungkin terjadi.
Sebagai gas, metana hanya
mudah
terbakar
bila
konsentrasinya mencapai 5-15%
diudara.
Berdasarkan gas sisa yang
dihasilkan, pembakaran dibedakan
menjadi dua macam, yaitu:
1. Pembakaran
sempurna
(complete combustion), terjadi
apabila bahan bakar yang
mengandung unsur C, H dan S
bereaksi membentuk CO2 dan
H2O.
2. Pembakaran tidak sempurna,
terjadi
apabila
proses
pembakaran
bahan
bakar
menghasilkan
karbon
monoksida
(CO)
dimana
disebabkan oleh kurangnya
persediaan oksigen.
Gas
metana
memiliki
dampak pemanasan global 21 kali
lipat dibandingkan dengan karbon
dioksida. Gas ini banyak dihasilkan
dari proses pelapukan biomassa
disekitar kita. Namun,
daya
rusaknya terhadap lapisan ozon
dapat dikurangi dengan cara
mengubahnya menjadi energi yang
dikenal dengan biogas atau gas
bio.
Dalam pembentukan gas
metana ini menggunakan gasifikasi
jenis thermal process gasification
yaitu proses konversi termal pada
suhu >600°C bahan bakar padat
menjadi gas pada reaktor tertutup
dengan
pembakaran
tidak
sempurna dan prinsip kerjanya
menggunakan
jenis
updraft
gasifikasi dimana arah aliran
padatan kebawah sedangkan arah
aliran gas keatas.
Kalor
Energi kalor sering sekali
digunakan
dalam
kehidupan
sehari-hari,
misalnya
untuk
memasak air dengan energi kalor
dari api. Kalor adalah bentuk
energi yang merambat atau
berpindah karena ada perbedaan
suhu atau temperatur.
Gas Metana
Metana adalah hidrokarbon
yang sederhana berbentuk gas
dengan rumus kimia CH4. Metana
merupakan komponen utama gas
alam karena merupakan sumber
bahan bakar utama. Gas metana
bersifat
tidak
berbau,
tidak
berwarna dan sangat mudah
Jumlah
kalor
dapat
dinotasikan sebagai (Q) dan dapat
diukur menggunakan pendekatan
dari kalor yang diperlukan untuk
mendidihkan air.
Q = m x ∆h……………………….(1)
4
dimana:
Alat dan Bahan Penelitian
Q = banyaknya kalor, (J)
1. Reaktor pembakaran
m = massa, (kg)
Alat ini digunakan untuk tempat
proses
pembakaran
sampah
organik.
∆h= (hf2 - hf1) entalphi pendidihan
air, (KJ/kg)
Metodologi Penelitian
Diagram alir penelitian
Pembuatan Desain Alat
Proses Pembuatan Alat
Gambar 2. Reaktor pembakaran
2. Tutup reaktor pembakaran
Uji Pembakaran Sampah
Organik Sekam Padi
Tangki Absorber
Tangki Absorber
Tipe A
Tipe B
Alat ini digunakan sebagai penutup
reaktor pembakaran dan pengarah
aliran gas asap pembakaran.
Pengambilan Data
Temperatur air, Volume air
dan Lama nyala efektif
Gambar 3. Tutup reaktor
3. Pengaduk
Analisis Data dan
Penarikan Kesimpulan
Alat ini digunakan untuk membantu
proses sirkulasi sampah pada
reaktor pembakaran.
Pembuatan Laporan
Gambar 1. Diagram alir penelitian
5
6. Blower
Alat ini digunakan untuk menyuplai
udara ke dalam ruang bakar.
Gambar 4. Pengaduk
4. Tangki absorber
Alat
ini
digunakan
untuk
mengurangi senyawa TAR pada
gas metana (pemurnian gas).
Gambar 7. Blower
7. Anemometer digital
Alat ini digunakan untuk mengukur
kecepatan aliran udara dari blower.
Gambar 5. Tangki absorber tipe A
(kiri) dan Tangki absorber tipe B
(kanan)
Gambar 8. Anemometer digital
8. Timbangan analog
5. Kompor modifikasi
Alat ini digunakan untuk membakar
gas metana.
Alat
ini
digunakan
untuk
menimbang berat bahan bakar
yang akan digunakan.
Gambar 6. Kompor
Gambar 9. Timbangan analog
6
12. Bahan
penelitian
digunakan sekam padi
9. Stopwatch digital
Alat ini digunakan untuk mencatat
waktu pengambilan data.
yang
Gambar 13. Sekam padi
Instalasi Pengujian
Gambar 10. Stopwatch digital
10. Thermometer
Alat ini digunakan untuk mencatat
perubahan temperatur air.
Gambar
14.
Instalasi
pembakaran sampah organik
alat
Keterangan gambar:
Gambar 11. Thermometer
1. Blower
2. Pintu abu
3. Reaktor pembakaran
4. Tutup reaktor
5. Pengaduk
6. Pipa
7. Tangki absorber
8. Antisipator ledakan
9. Katup/kran
10. Kompor
11. Gelas ukur
Alat ini digunakan untuk mengukur
volume liquid smoke hasil
pembakaran.
Langkah Penelitian
Langkah-langkah
dalam
melakukan penelitian secara garis
besar dapat dijelaskan sebagai
berikut:
Gambar 12. Gelas ukur
7
7. Mencatat waktu starting sampai
gas metana yang dihasilkan
berhasil dinyalakan.
8. Merebus air volume 1 liter
9. Mengambil
data
kenaikan
temperatur air setiap dua menit
pada satu liter air.
10. Memasukkan sekam padi 1,5
kg jika api sudah mulai padam
dan 1,5 kg sekam berikutnya.
11. Mengganti air yang direbus
sampai
api
tidak
bisa
dinyalakan.
12. Melakukan percobaan yang
sama
untuk
penelitian
menggunakan tangki absorber
tipe B.
1. Menimbang sekam padi dan
membagi menjadi tiga bagian
yaitu 2 kg, 1.5 kg dan 1.5 kg.
2. Mengisi
air
pada
tangki
absorber tipe A sampai 80%
dari volume tangki.
3. Mengatur
debit
udara
pembakaran.
4. Membuat bara api dari arang
maupun kayu bakar di dalam
reaktor pembakaran.
5. Memasukkan 2 kg sekam padi
ke dalam reaktor pembakaran
kemudian tunggu sampai asap
tebal dan berwarna kekuningan
6. Menutup reaktor pembakaran
dengan rapat dan membuka
kran untuk mengurangi tekanan
di dalam reaktor.
HASIL DAN PEMBAHASAN
100
90
Temperatur (°C)
80
Air ke- 1 Tangki A
70
Air ke- 2 Tangki A
60
Air ke- 1 Tangki B
50
Air ke- 2 Tangki B
40
30
20
0
2
4
6
8
10 12 14 16 18 20 22 24 26
Waktu (Menit)
Gambar 15. Hubungan antara temperatur air dengan waktu gasifikasi 5 kg
sekam padi menggunakan tangki absorber tipe A dan tangki absorber tipe B
8
Untuk
mendidihkan
air
menggunakan tangki absorber tipe
A dibutuhkan waktu selama 46
menit untuk 2 liter air dan
memerlukan waktu yang berbeda.
Untuk 1 liter air pertama diperlukan
waktu 22 menit dan untuk 1 liter
selanjutnya diperlukan waktu 24
menit.
Dari 5 kg bahan bakar
sekam padi menggunakan tangki
absorber tipe A dapat terbakar
sebanyak 3,3 kg dan 3,2 kg pada
tangki absorber tipe B.
Kalor pendidihan air,
Q = m x (hf2 – hf1)
Q = 1 x (397,9 kJ/kg – 113,3kJ/kg)
Pendidihan
air
menggunakan tangki absorber tipe
B membutuhkan waktu selama 36
menit untuk 2 liter air dan
memerlukan waktu yang berbeda.
Untuk 1 liter air pertama diperlukan
waktu 16 menit dan untuk 1 liter
Q = 284,6 kJ
Qtotal = 2 x 284,6 = 569,2 kJ
Rata-rata
laju
energi
pendidihan 1 liter air sebanyak 2
kali menggunakan tangki absorber
tipe A didapat sebesar 206,63 J/s
dan 266,82 J/s menggunakan
tangki
absorber
tipe
B.
selanjutnya diperlukan waktu 20
menit.
300
Energi (J/s)
250
200
150
100
50
0
Tangki absorber tipe A
Tangki absorber tipe B
Gambar 16. Energi rata-rata pendidihan 2 liter air menggunakan tangki
absorber tipe A dan tangki absorber tipe B pada 5 kg bahan sekam padi
9
KESIMPULAN DAN SARAN
ke tempat berlangsungnya
proses
pembakaran
maka
bahan sekam padi untuk tangki
absorber tipe A hanya dapat
terbakar sebanyak 3,3 kg
dengan pendidihan air didapat
sebanyak 2 liter dan jumlah
kalor pembakaran gas metana
sebesar 569,2 kJ dengan ratarata laju energi sebesar 206,63
J/s dengan waktu nyala efektif
46 menit serta tangki absorber
tipe B bahan hanya dapat
terbakar sebanyak 3,2 kg
dengan
pendidihan
air
sebanyak 2 liter dan jumlah
kalor sebesar 569,2 kJ dengan
rata-rata laju energi sebesar
266,82 J/s dan waktu nyala
efektif selama 36 menit.
Kesimpulan
1. Alat produksi gas metana terdiri
dari 4 alat utama, yaitu reaktor
pembakaran, tangki absorber
tipe A, tangki absorber tipe B
dan pengaduk.
a. Spesifikasi
reaktor
pembakaran:
Tinggi albakos: 810 mm
Massa kosong: 40 kg
Tinggi ruang bakar: 530 mm
Tinggi pengaman: 50 mm
Diameter reaktor: 570 mm
b. Spesifikasi tangki absorber
tipe A:
Tinggi tangki : 890 mm
Diameter tangki: 580 mm
Berat kosong : 25 kg
Diameter lubang asap: 19 mm
Jumlah lubang: 4
c. Spesifikasi tangki absorber
tipe B:
Tinggi tangki : 520 mm
Diameter tangki: 280 mm
Berat kosong : 10 kg
Diameter lubang asap: 19 mm
Jumlah lubang: 3
2. Pembakaran bahan organik
sekam padi sebanyak 5 kg
direaktor tidak terbakar total,
disebabkan
berkurangnya
sumber api dan semakin
mengecilnya
debit
udara
sampai ke sampah yang
terbakar karena terhalang oleh
banyaknya arang sisa sehingga
menghalangi masuknya udara
Saran
1. Pada tahap pemurnian gas
ditambah purifikasi supaya gas
metana yang dihasilkan lebih
bersih
atau
menggunakan
sistem scruber dan cyclon.
2. Reaktor pembakaran dibuat
diameter lebih kecil sekitar 300
mm dengan tinggi disesuaikan
kebutuhan dan pemasukan
udara ke reaktor harus besar
agar api terus menyala, reaktor
tidak perlu alat pengaduk.
3. Saat melakukan
pengujian
hendaknya kondisi lingkungan
harus sama untuk menjaga
kualitas data pengujian.
10
DAFTAR PUSTAKA
Daryanto. 2000. Fisika Teknik. Jakarta: Rineka Cipta
Hadiwiyoto, Soewedo. 1983. Penanganan dan Pemanfaatan Sampah.
Jakarta: Yayasan Idayu
Hambali, Erliza. 2007. Teknologi Bioenergi. Jakarta Selatan: Agro Media
Holman J. P. 1980. Thermodynamics. Tokyo: McGraw-Hill-Inc
Murjito. 2009. Alat Penangkap Gas Metana Pada TPA dari Plastic
Polyethylene Untuk Skala Kecil, Universitas Sumatera Utara,
Medan.
Putra, R.P. 2011. “Rancang Bangun dan Pengujian Alat Produksi Gas
Metana dari Sampah Organik Dengan Variasi Bahan Sampah
Basah Kebun, Sampah Kulit Bawang, dan Sampah Kering Kebun
dengan jenis thermal process gasification”. Skripsi. Surakarta:
Fakultas Teknik Mesin, Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Syawal, I. 2011. “Rancang Bangun dan Pengujian Alat Produksi Gas
Metana dari Sampah Organik Dengan Variasi Bahan Sekam Padi,
Tempurung Kelapa, dan Serbuk Gergaji Kayu”. Skripsi. Surakarta:
Fakultas Teknik Mesin, Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Yulianto. 2011. “Rancang Bangun dan Pengujian Alat Produksi Gas
Metana Dari Sampah Organik Jenis Sekam Padi Dengan Variasi
Debit Udara Pembakaran 0.026 m3/s, 0.023 m3/s dan 0.020m3/s”.
Skripsi.
Surakarta:
Fakultas
Teknik
Mesin,
Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
http://id.wikipedia.org/wiki/Biogas Diakses 2 maret 2013 pukul 16.15
http://id.wikipedia.org/wiki/Metana Diakses 2 maret 2013 pukul 16.15
Pengembangan Desain dan Konstruksi Alat Produksi Gas Metana
Dari Pembakaran Sampah Organik Sekam Padi
Disusun oleh:
ARIANTO SUYATNO PUTRO
D 200 090 043
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
SEPTEMBER 2013
Pengembangan Desain dan Konstruksi Alat Produksi Gas Metana Dari
Pembakaran Sampah Organik Sekam Padi
Arianto Suyatno Putro, Sartono Putro, Tri Tjahjono
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasuro
e-mail: arianto_ayab@yahoo.co.id
ABSTRAKSI
Proses pembentukan biogas dari sampah organik dapat dilakukan
dengan proses gasifikasi. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan desain
dan konstruksi alat produksi gas metana dari sampah organik dengan cara
dibakar, desain ini dilakukan untuk menutup kelemahan desain alat
terdahulu, mengetahui pengaruh dimensi tangki absorber terhadap waktu
nyala efektif gas metana dan jumlah kalor pendidihan air menggunakan
bahan organik sekam padi.
Tangki absorber memiliki dua tipe tangki A dan tangki B. Pengujian
diawali dengan perakitan instalasi alat produksi gas metana dengan bahan
bakar sampah organik sekam padi yang terdiri dari blower, reaktor
pembakaran, tangki absorber, ember, pipa pvc, keran, kompor dan beberapa
alat ukur lainnya yang dirangkai dalam satu sistem. Pembentukan gas
menggunakan jenis thermal process gasification dan prinsip kerjanya
menggunakan jenis updraft gasifikasi setiap 5 kg sekam padi meliputi volume
air yang dapat didihkan, lama waktu nyala efektif serta perubahan temperatur
1 liter air setiap dua menit.
Alat produksi gas metana dari sampah organik terdiri dari reaktor
pembakaran dengan diameter 570 mm, tinggi 530 mm, diameter udara
masuk 25 mm, diameter udara keluar 30 mm dan tangki absorber tipe A
diameter 580 mm, tinggi 890 mm, diameter lubang isap 19 mm dan jumlah
lubang 4 serta tangki absorber tipe B diameter 280 mm, tinggi 520 mm,
diameter lubang isap 19 mm dan jumlah lubang 3. Hasil pengujian dengan
tangki absorber tipe A dapat menyala selama 46 menit dan jumlah kalor
pendidihan air 569,2 kJ dan pada tangki absorber tipe B dapat menyala
selama 36 menit dan jumlah kalor pendidihan air 569,2 kJ.
Kata Kunci: Gasifikasi, Biogas, Tangki absorber, Gas Metana, Kalor
PENDAHULUAN
terdapat kelemahan. Alat produksi
gas metana tersebut didesain
ulang untuk menutup kelemahan
desain sebelumnya dan dalam
pemurnian gas penggunaan tangki
absorber dimensi yang disesuaikan
dengan kebutuhan.
Latar Belakang
Energi alternatif yang dapat
diperbarui salah satunya adalah
pengolahan sampah organik. Di
Indonesia sering sekali kita jumpai
sampah-sampah organik hanya
terbuang sia-sia dan dibakar begitu
saja. Padahal dengan dibakarnya
sampah tersebut, sampah yang
memiliki kandungan seperti gas
metana, gas karbon monoksida
dan senyawa lain lama-kelamaan
memiliki dampak buruk bagi
lingkungan yaitu mengakibatkan
menipisnya lapisan ozon atau efek
rumah kaca. Untuk menanggulangi
hal tersebut, bagaimana cara
memanfaatkan
sampah
untuk
dijadikan gas metana agar dapat
digunakan sebagai salah satu
sumber energi alternatif sebagai
pengganti bahan bakar LPG.
Seiring
pesatnya
perkembangan teknologi, telah
banyak
ditemukan
berbagai
penelitian
tentang
teknologi
pemanfaatan gas metana, salah
satunya
(Putra
R.P,
2011)
“Rancang Bangun dan Pengujian
Alat Produksi Gas Metana dari
Sampah Organik Dengan Variasi
Bahan Sampah Basah Kebun,
Sampah
Kulit
Bawang
dan
Sampah Kering Kebun”.
Rancangan alat produksi
gas metana tersebut terutama
pada alat reaktor pembakaran
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian yang
dilakukan yaitu:
1. Untuk mendapatkan desain dan
konstruksi alat produksi gas
metana dari sampah organik
dengan cara dibakar,
2. Dapat mengetahui perbedaan
pengaruh dimensi pada tangki
absorber terhadap waktu nyala
efektif kompor dan jumlah kalor
pembakaran
gas
metana
dengan metode pendidihan air
yang dihasilkan dari bahan
organik sekam padi, dimana
tangki absorber memiliki dua
tipe tangki A dan B, tipe A
diameter 580 mm dan tinggi
890 mm serta tangki absorber
tipe B diameter 280 mm dan
tinggi 520 mm.
Tinjauan Pustaka
Rony Permana P (2011),
perancangan konstruksi reaktor
sampah dengan
penambahan
kawat kasa sebagai pembantu
distribusi
udara
dan
cara
pengolahan
sampah
organik
menjadi energi serta pengukuran
2
waktu nyala efektif dan jumlah
kalor yang dihasilkan gas metana
dari sampah organik berupa
sampah basah kebun, sampah
kulit bawang dan sampah kering
kebun dengan jenis thermal
process
gasification
dengan
spesifikasi sebagai berikut: reaktor
pembakaran dengan dimensi tinggi
0.87 m, diameter 0.57 m, tinggi
kawat kasa 0.5 m, diameter kawat
kasa 0.03 m dan massa kosong 40
kg.
Murjito (2009), mendesain
alat penangkap gas metana pada
sampah menjadi biogas yang
mudah
dirakit,
murah
dan
berkinerja baik yang terbuat dari
plastic polyethilene untuk skala
kecil. Penelitian ini menghasilkan
rancangan alat penangkap gas
metana yang berbahan dasar
plastic
polyethilene
dengan
spesifikasi
sebagai
berikut:
biodigester dengan volume total 11
m³, volume basah 8.8 m³, waktu
proses 40 hari, isian bahan 220
kg/hari, luas lahan 18 m³, dan
memilki penampung gas dengan
dimensi tinggi 4.6 m, diameter
0.954 m, volume efektif 2.5 m³.
Sunarto, S.B (2009), melalui
UKM Agro Makmur Karangpandan,
Karanganyar – Jawa Tengah
memanfaatkan sampah organik
kering seperti jerami, sekam padi,
dan bahan organik lainnya untuk
dijadikan biogas, dimana bahan
bakar dibakar didalam tungku yang
ditutup rapat sehingga tidak ada
udara yang masuk maupun yang
keluar dari tungku, kemudian gas
(asap) yang dihasilkan di alirkan ke
pipa-pipa menuju tangki purifikasi
dimana ditangki purifikasi terdapat
batu bentonit dan zeolit. Gas yang
melewati tangki purifikasi ini
menghasilkan
gas
metana
mendekati kadar murni yang dapat
digunakan untuk bahan bakar
kompor atau untuk menggerakkan
generator listrik.
Tasliman (2012), teknologi
gasifikasi biomas. Sebagai sumber
energi, biomas memiliki beberapa
keuntungan terutama dari sifat
terbarukannya, dalam arti bahan
tersebut dapat diproduksi ulang.
Selain itu, dari segi lingkungan,
penggunaan
biomas
sebagai
bahan bakar memiliki 2 segi positif
yaitu bersifat mendaur ulang CO2,
sehingga emisi CO2 ke atmosfir
secara netto berjumlah nol dan
sebagai
sarana
mengatasi
masalah limbah pertanian.
DASAR TEORI
Pembakaran
Pembakaran adalah reaksi
cepat suatu senyawa dengan
oksigen
disertai
dengan
pembebasan kalor atau panas dan
cahaya.
3
terbakar, tetapi jika digunakan
untuk
keperluan
komersial,
biasanya ditambahkan sedikit bau
belerang
untuk
mendeteksi
kebocoran yang mungkin terjadi.
Sebagai gas, metana hanya
mudah
terbakar
bila
konsentrasinya mencapai 5-15%
diudara.
Berdasarkan gas sisa yang
dihasilkan, pembakaran dibedakan
menjadi dua macam, yaitu:
1. Pembakaran
sempurna
(complete combustion), terjadi
apabila bahan bakar yang
mengandung unsur C, H dan S
bereaksi membentuk CO2 dan
H2O.
2. Pembakaran tidak sempurna,
terjadi
apabila
proses
pembakaran
bahan
bakar
menghasilkan
karbon
monoksida
(CO)
dimana
disebabkan oleh kurangnya
persediaan oksigen.
Gas
metana
memiliki
dampak pemanasan global 21 kali
lipat dibandingkan dengan karbon
dioksida. Gas ini banyak dihasilkan
dari proses pelapukan biomassa
disekitar kita. Namun,
daya
rusaknya terhadap lapisan ozon
dapat dikurangi dengan cara
mengubahnya menjadi energi yang
dikenal dengan biogas atau gas
bio.
Dalam pembentukan gas
metana ini menggunakan gasifikasi
jenis thermal process gasification
yaitu proses konversi termal pada
suhu >600°C bahan bakar padat
menjadi gas pada reaktor tertutup
dengan
pembakaran
tidak
sempurna dan prinsip kerjanya
menggunakan
jenis
updraft
gasifikasi dimana arah aliran
padatan kebawah sedangkan arah
aliran gas keatas.
Kalor
Energi kalor sering sekali
digunakan
dalam
kehidupan
sehari-hari,
misalnya
untuk
memasak air dengan energi kalor
dari api. Kalor adalah bentuk
energi yang merambat atau
berpindah karena ada perbedaan
suhu atau temperatur.
Gas Metana
Metana adalah hidrokarbon
yang sederhana berbentuk gas
dengan rumus kimia CH4. Metana
merupakan komponen utama gas
alam karena merupakan sumber
bahan bakar utama. Gas metana
bersifat
tidak
berbau,
tidak
berwarna dan sangat mudah
Jumlah
kalor
dapat
dinotasikan sebagai (Q) dan dapat
diukur menggunakan pendekatan
dari kalor yang diperlukan untuk
mendidihkan air.
Q = m x ∆h……………………….(1)
4
dimana:
Alat dan Bahan Penelitian
Q = banyaknya kalor, (J)
1. Reaktor pembakaran
m = massa, (kg)
Alat ini digunakan untuk tempat
proses
pembakaran
sampah
organik.
∆h= (hf2 - hf1) entalphi pendidihan
air, (KJ/kg)
Metodologi Penelitian
Diagram alir penelitian
Pembuatan Desain Alat
Proses Pembuatan Alat
Gambar 2. Reaktor pembakaran
2. Tutup reaktor pembakaran
Uji Pembakaran Sampah
Organik Sekam Padi
Tangki Absorber
Tangki Absorber
Tipe A
Tipe B
Alat ini digunakan sebagai penutup
reaktor pembakaran dan pengarah
aliran gas asap pembakaran.
Pengambilan Data
Temperatur air, Volume air
dan Lama nyala efektif
Gambar 3. Tutup reaktor
3. Pengaduk
Analisis Data dan
Penarikan Kesimpulan
Alat ini digunakan untuk membantu
proses sirkulasi sampah pada
reaktor pembakaran.
Pembuatan Laporan
Gambar 1. Diagram alir penelitian
5
6. Blower
Alat ini digunakan untuk menyuplai
udara ke dalam ruang bakar.
Gambar 4. Pengaduk
4. Tangki absorber
Alat
ini
digunakan
untuk
mengurangi senyawa TAR pada
gas metana (pemurnian gas).
Gambar 7. Blower
7. Anemometer digital
Alat ini digunakan untuk mengukur
kecepatan aliran udara dari blower.
Gambar 5. Tangki absorber tipe A
(kiri) dan Tangki absorber tipe B
(kanan)
Gambar 8. Anemometer digital
8. Timbangan analog
5. Kompor modifikasi
Alat ini digunakan untuk membakar
gas metana.
Alat
ini
digunakan
untuk
menimbang berat bahan bakar
yang akan digunakan.
Gambar 6. Kompor
Gambar 9. Timbangan analog
6
12. Bahan
penelitian
digunakan sekam padi
9. Stopwatch digital
Alat ini digunakan untuk mencatat
waktu pengambilan data.
yang
Gambar 13. Sekam padi
Instalasi Pengujian
Gambar 10. Stopwatch digital
10. Thermometer
Alat ini digunakan untuk mencatat
perubahan temperatur air.
Gambar
14.
Instalasi
pembakaran sampah organik
alat
Keterangan gambar:
Gambar 11. Thermometer
1. Blower
2. Pintu abu
3. Reaktor pembakaran
4. Tutup reaktor
5. Pengaduk
6. Pipa
7. Tangki absorber
8. Antisipator ledakan
9. Katup/kran
10. Kompor
11. Gelas ukur
Alat ini digunakan untuk mengukur
volume liquid smoke hasil
pembakaran.
Langkah Penelitian
Langkah-langkah
dalam
melakukan penelitian secara garis
besar dapat dijelaskan sebagai
berikut:
Gambar 12. Gelas ukur
7
7. Mencatat waktu starting sampai
gas metana yang dihasilkan
berhasil dinyalakan.
8. Merebus air volume 1 liter
9. Mengambil
data
kenaikan
temperatur air setiap dua menit
pada satu liter air.
10. Memasukkan sekam padi 1,5
kg jika api sudah mulai padam
dan 1,5 kg sekam berikutnya.
11. Mengganti air yang direbus
sampai
api
tidak
bisa
dinyalakan.
12. Melakukan percobaan yang
sama
untuk
penelitian
menggunakan tangki absorber
tipe B.
1. Menimbang sekam padi dan
membagi menjadi tiga bagian
yaitu 2 kg, 1.5 kg dan 1.5 kg.
2. Mengisi
air
pada
tangki
absorber tipe A sampai 80%
dari volume tangki.
3. Mengatur
debit
udara
pembakaran.
4. Membuat bara api dari arang
maupun kayu bakar di dalam
reaktor pembakaran.
5. Memasukkan 2 kg sekam padi
ke dalam reaktor pembakaran
kemudian tunggu sampai asap
tebal dan berwarna kekuningan
6. Menutup reaktor pembakaran
dengan rapat dan membuka
kran untuk mengurangi tekanan
di dalam reaktor.
HASIL DAN PEMBAHASAN
100
90
Temperatur (°C)
80
Air ke- 1 Tangki A
70
Air ke- 2 Tangki A
60
Air ke- 1 Tangki B
50
Air ke- 2 Tangki B
40
30
20
0
2
4
6
8
10 12 14 16 18 20 22 24 26
Waktu (Menit)
Gambar 15. Hubungan antara temperatur air dengan waktu gasifikasi 5 kg
sekam padi menggunakan tangki absorber tipe A dan tangki absorber tipe B
8
Untuk
mendidihkan
air
menggunakan tangki absorber tipe
A dibutuhkan waktu selama 46
menit untuk 2 liter air dan
memerlukan waktu yang berbeda.
Untuk 1 liter air pertama diperlukan
waktu 22 menit dan untuk 1 liter
selanjutnya diperlukan waktu 24
menit.
Dari 5 kg bahan bakar
sekam padi menggunakan tangki
absorber tipe A dapat terbakar
sebanyak 3,3 kg dan 3,2 kg pada
tangki absorber tipe B.
Kalor pendidihan air,
Q = m x (hf2 – hf1)
Q = 1 x (397,9 kJ/kg – 113,3kJ/kg)
Pendidihan
air
menggunakan tangki absorber tipe
B membutuhkan waktu selama 36
menit untuk 2 liter air dan
memerlukan waktu yang berbeda.
Untuk 1 liter air pertama diperlukan
waktu 16 menit dan untuk 1 liter
Q = 284,6 kJ
Qtotal = 2 x 284,6 = 569,2 kJ
Rata-rata
laju
energi
pendidihan 1 liter air sebanyak 2
kali menggunakan tangki absorber
tipe A didapat sebesar 206,63 J/s
dan 266,82 J/s menggunakan
tangki
absorber
tipe
B.
selanjutnya diperlukan waktu 20
menit.
300
Energi (J/s)
250
200
150
100
50
0
Tangki absorber tipe A
Tangki absorber tipe B
Gambar 16. Energi rata-rata pendidihan 2 liter air menggunakan tangki
absorber tipe A dan tangki absorber tipe B pada 5 kg bahan sekam padi
9
KESIMPULAN DAN SARAN
ke tempat berlangsungnya
proses
pembakaran
maka
bahan sekam padi untuk tangki
absorber tipe A hanya dapat
terbakar sebanyak 3,3 kg
dengan pendidihan air didapat
sebanyak 2 liter dan jumlah
kalor pembakaran gas metana
sebesar 569,2 kJ dengan ratarata laju energi sebesar 206,63
J/s dengan waktu nyala efektif
46 menit serta tangki absorber
tipe B bahan hanya dapat
terbakar sebanyak 3,2 kg
dengan
pendidihan
air
sebanyak 2 liter dan jumlah
kalor sebesar 569,2 kJ dengan
rata-rata laju energi sebesar
266,82 J/s dan waktu nyala
efektif selama 36 menit.
Kesimpulan
1. Alat produksi gas metana terdiri
dari 4 alat utama, yaitu reaktor
pembakaran, tangki absorber
tipe A, tangki absorber tipe B
dan pengaduk.
a. Spesifikasi
reaktor
pembakaran:
Tinggi albakos: 810 mm
Massa kosong: 40 kg
Tinggi ruang bakar: 530 mm
Tinggi pengaman: 50 mm
Diameter reaktor: 570 mm
b. Spesifikasi tangki absorber
tipe A:
Tinggi tangki : 890 mm
Diameter tangki: 580 mm
Berat kosong : 25 kg
Diameter lubang asap: 19 mm
Jumlah lubang: 4
c. Spesifikasi tangki absorber
tipe B:
Tinggi tangki : 520 mm
Diameter tangki: 280 mm
Berat kosong : 10 kg
Diameter lubang asap: 19 mm
Jumlah lubang: 3
2. Pembakaran bahan organik
sekam padi sebanyak 5 kg
direaktor tidak terbakar total,
disebabkan
berkurangnya
sumber api dan semakin
mengecilnya
debit
udara
sampai ke sampah yang
terbakar karena terhalang oleh
banyaknya arang sisa sehingga
menghalangi masuknya udara
Saran
1. Pada tahap pemurnian gas
ditambah purifikasi supaya gas
metana yang dihasilkan lebih
bersih
atau
menggunakan
sistem scruber dan cyclon.
2. Reaktor pembakaran dibuat
diameter lebih kecil sekitar 300
mm dengan tinggi disesuaikan
kebutuhan dan pemasukan
udara ke reaktor harus besar
agar api terus menyala, reaktor
tidak perlu alat pengaduk.
3. Saat melakukan
pengujian
hendaknya kondisi lingkungan
harus sama untuk menjaga
kualitas data pengujian.
10
DAFTAR PUSTAKA
Daryanto. 2000. Fisika Teknik. Jakarta: Rineka Cipta
Hadiwiyoto, Soewedo. 1983. Penanganan dan Pemanfaatan Sampah.
Jakarta: Yayasan Idayu
Hambali, Erliza. 2007. Teknologi Bioenergi. Jakarta Selatan: Agro Media
Holman J. P. 1980. Thermodynamics. Tokyo: McGraw-Hill-Inc
Murjito. 2009. Alat Penangkap Gas Metana Pada TPA dari Plastic
Polyethylene Untuk Skala Kecil, Universitas Sumatera Utara,
Medan.
Putra, R.P. 2011. “Rancang Bangun dan Pengujian Alat Produksi Gas
Metana dari Sampah Organik Dengan Variasi Bahan Sampah
Basah Kebun, Sampah Kulit Bawang, dan Sampah Kering Kebun
dengan jenis thermal process gasification”. Skripsi. Surakarta:
Fakultas Teknik Mesin, Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Syawal, I. 2011. “Rancang Bangun dan Pengujian Alat Produksi Gas
Metana dari Sampah Organik Dengan Variasi Bahan Sekam Padi,
Tempurung Kelapa, dan Serbuk Gergaji Kayu”. Skripsi. Surakarta:
Fakultas Teknik Mesin, Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Yulianto. 2011. “Rancang Bangun dan Pengujian Alat Produksi Gas
Metana Dari Sampah Organik Jenis Sekam Padi Dengan Variasi
Debit Udara Pembakaran 0.026 m3/s, 0.023 m3/s dan 0.020m3/s”.
Skripsi.
Surakarta:
Fakultas
Teknik
Mesin,
Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
http://id.wikipedia.org/wiki/Biogas Diakses 2 maret 2013 pukul 16.15
http://id.wikipedia.org/wiki/Metana Diakses 2 maret 2013 pukul 16.15