skripsiku

BAB I
PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah
Reaktor biogas merupakan salah satu solusi teknologi energi untuk mengatasi kesulitan masyarakat akibat kenaikan harga BBM, teknologi ini bisa segera diaplikasikan, terutama untuk kalangan masyarakat pedesaan yang memelihara hewan ternak sapi. Dalam rangka pemenuhan keperluan energi rumah tangga, khususnya di pedesaan, maka perlu dilakukan upaya yang sistematis untuk menerapkan berbagai alternatif energi yang layak bagi masyarakat. Sehubungan dengan hal ini, maka salah satu upaya terobosan yang dilakukan adalah membuat Bio Energi Perdesaan (BEP), yaitu suatu upaya pemenuhan energi secara swadaya (self production) oleh masyarakat khususnya di perdesaan.
Usaha peternakan di Propinsi Lampung cukup berkembang, baik secara intensif, semi intensif maupun tradisional, Tapi pemanfaatan kotoran ternak selama ini belum optimal, bahkan kotoran tersebut hanya menimbulkan masalah lingkungan. Pada hal kotoran ternak dapat dijadikan sebagai bahan baku untuk menghasilkan energi terbarukan (renewable) dalam bentuk biogas. Permasalahan yang terjadi di pedesaan, terutama bagi masyarakat peternakan, belum mampu memanfaatkan limbah kotoran ternak sebagai penghasil energi alternatif (energi terbarukan) pengganti kayu dan BBM, dimana kegiatan sehari-hari mereka sangat tergantung pada BBM dan kayu baik untuk memasak maupun penerangan. Hal ini sangat berdampak terhadap pendapatan dari masyarakat desa (peternak) itu sendiri.
Ada tiga hal yang menyebabkan masyarakat kurang tertarik menggunakan energi alternative (termasuk biogas dari kotoran ternak) tersebut, antara lain:
1. Masalah kebiasaan, masyarakat sudah terbiasa menggunakan minyak tanah atau kayu sebagai bahan bakar, sulit bagi mereka untuk mengubah kebiasaan ini secara drastis dan butuh waktu yang lama.
2. Masalah kepraktisan, menggunakan minyak tanah lebih praktis dibandingkan dengan menggunakan biogas, karena mereka belum terbiasa.
3. Ketersediaan energi alternatif (biogas dari kotoran ternak) di pasar tidak terjamin secara berkesinambungan.
1.2 Rumusan Masalah
1. Merancang alat biogas skala rumah tangga.
2. Gas methan yang di hasilkan untuk memanaskan kompor.

1.3 Tujuan Penelitian
Pada akhir penelitian ini diharapkan dapat menghasilkan alat biogas skala kecil (rumah tangga) yang effisien, praktis, ramah lingkungan dan aman dengan bahan baku kotoran sapi. Rincian hasil yang ditarget pada penelitian ini yaitu : Merancang, membuat dan menguji kelayakan alat biogas secara ekonomi untuk skala kecil (rumah tangga).

1.4 Kegunaan Penelitian
Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah untuk meningkatkan nilai tambah dari kotoran sapi dan memberikan solusi untuk pemanfaatan energi alternatif.

1.5 Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini dilakukan dengan objek penelitian berupa alat biogas dari limbah sapi menjadi gas tipe horizontal dengan menggunakan drum baja bekas dengan kapasitas 300 liter s.d. 375 liter.

BAB II
LANDASAN TEORI

2.1 Proses Degradasi
Biogas merupakan sebuah proses produksi gas bio dari material organik dengan bantuan bakteri. Proses degradasi material organik ini tanpa melibatkan oksigen disebut anaerobik digestion Gas yang dihasilkan sebagian besar (lebih 50 % ) berupa methana. material organik yang terkumpul pada digester (reaktor) akan diuraiakan menjadi dua tahap dengan bantuan dua jenis bakteri. Tahap pertama material orgranik akan didegradasi menjadi asam asam lemah dengan bantuan bakteri pembentuk asam. Bakteri ini akan menguraikan sampah pada tingkat hidrolisis dan asidifikasi. Hidrolisis yaitu penguraian senyawa kompleks atau senyawa rantai panjang seperti lemak, protein, karbohidrat menjadi senyawa yang sederhana. Sedangkan asifdifikasi yaitu pembentukan asam dari senyawa sederhana.
Setelah material organik berubah menjadi asam asam, maka tahap kedua dari proses anaerobik digestion adalah pembentukan gas metana dengan bantuan bakteri pembentuk metana seperti methanococus, methanosarcina, methano bacterium.
Perkembangan proses Anaerobik digestion telah berhasil pada banyak aplikasi. Proses ini memiliki kemampuan untuk mengolah sampah / limbah yang keberadaanya melimpah dan tidak bermanfaat menjadi produk yang lebih bernilai. Aplikasi anaerobik digestion telah berhasil pada pengolahan limbah industri, limbah pertanian limbah dan peternakan.

2.2 Komposisi Biogas
Biogas sebagian besar mengandung gas metana (CH4) dan karbon dioksida (CO2), dan beberapa kandungan yang jumlahnya kecil diantaranya hydrogen sulfida (H2S) dan ammonia (NH3) serta hydrogen dan (H2), nitrogen yang kandungannya sangat kecil.
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 karbon dioksida (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 dibakar maka hidrogen sulphur akan lebih berbahaya karena akan membentuk senyawa baru bersama-sama oksigen, yaitu sulphur dioksida /sulphur trioksida (SO2 / SO3). senyawa ini lebih beracun. Pada saat yang sama akan membentuk Sulphur acid (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.

2.3 Reaktor Biogas
Ada beberapa jenis reactor biogas yang dikembangkan diantaranya adalah reactor jenis kubah tetap (Fixed-dome), reactor terapung (Floating drum), raktor jenis balon, jenis horizontal, jenis lubang tanah, jenis ferrocement. Dari keenam jenis digester biogas yang sering digunakan adalah jenis kubah tetap (Fixed-dome) dan jenis Drum mengambang (Floating drum). Beberapa tahun terakhi ini dikembangkan jenis reactor balon yang banyak digunakan sebagai reactor sedehana dalam skala kecil.

2.3.1 Reaktor Kubah Tetap (Fixed-Dome)
Reaktor ini disebut juga reaktor china. Dinamakan demikian karena reaktor ini dibuat pertama kali di china sekitar tahun 1930 an, kemudian sejak saat itu reaktor ini berkembang dengan berbagai model. Pada reaktor ini memiliki dua bagian yaitu digester sebagai tempat pencerna material biogas dan sebagai rumah bagi bakteri,baik bakteri pembentuk asam ataupun bakteri pembentu gas metana. bagian ini dapat dibuat dengan kedalaman tertentu menggunakan batu, batu bata atau beton. Strukturnya harus kuat karna menahan gas aga tidak terjadi kebocoran. Bagian yang kedua adalah kubah tetap (fixed-dome). Dinamakan kubah tetap karena bentunknya menyerupai kubah dan bagian ini merupakan pengumpul gas yang tidak bergerak (fixed). Gas yang dihasilkan dari material organik pada digester akan mengalir dan disimpan di bagian kubah.
Keuntungan dari reaktor ini adalah biaya konstruksi lebih murah daripada menggunaka reaktor terapung, karena tidak memiliki bagian yang bergerak menggunakan besi yang tentunya harganya relatif lebih mahal dan perawatannya lebih mudah. Sedangkan kerugian dari reaktor ini adalah seringnya terjadi kehilangan gas pada bagian kubah karena konstruksi tetapnya.

2.3.2 Reaktor Floating Drum
Reaktor jenis terapung pertama kali dikembangkan di india pada tahun 1937 sehingga dinamakan dengan reaktor India. Memiliki bagian digester yang sama dengan reaktor kubah, perbedaannya terletak pada bagian penampung gas menggunakan peralatan bergerak menggunakan drum. Drum ini dapat bergerak naik turun yang berfungsi untuk menyimpan gas hasil fermentasi dalam digester. Pergerakan drum mengapung pada cairan dan tergantung dari jumlah gas yang dihasilkan.
Keuntungan dari reaktor ini adalah dapat melihat secara langsung volume gas yang tersimpan pada drum karena pergerakannya. Karena tempat penyimpanan yang terapung sehingga tekanan gas konstan. Sedangkan kerugiannya adalah biaya material konstruksi dari drum lebih mahal. faktor korosi pada drum juga menjadi masalah sehingga bagian pengumpul gas pada reaktor ini memiliki umur yang lebih pendek dibandingkan menggunakan tipe kubah tetap.

2.3.3 Reaktor Balon
Reaktor balon merupakan jenis reaktor yang banyak digunakan pada skala rumah tangga yang menggunakan bahan plastik sehingga lebih efisien dalam penanganan dan perubahan tempat biogas. reaktor ini terdiri dari satu bagian yang berfungsi sebagai digester dan penyimpan gas masing masing bercampur dalam satu ruangan tanpa sekat. Material organik terletak dibagian bawah karena memiliki berat yang lebih besar dibandingkan gas yang akan mengisi pada rongga atas.
2.4 Konservasi Energi
Konversi limbah melalui proses anaerobik digestion dengan menghasilkan biogas memiliki beberapa keuntungan, yaitu :
1. Biogas merupakan energi tanpa menggunakan material yang masih memiliki manfaat termasuk biomassa sehingga biogas tidak merusak keseimbangan karbondioksida yang diakibatkan oleh penggundulan hutan (deforestation) dan perusakan tanah.
2. Energi biogas dapat berfungsi sebagai energi pengganti bahan bakar fosil sehingga akan menurunkan gas rumah kaca di atmosfer dan emisi lainnya.
3. Metana merupakan salah satu gas rumah kaca yang keberadaannya diatmosfer akan meningkatkan temperatur, dengan menggunakan biogas sebagai bahan bakar maka akan mengurangi gas metana di udara.
4. Limbah berupa sampah kotoran hewan dan manusia merupakan material yang tidak bermanfaaat, bahkan bisa menngakibatkan racun yang sangat berbahaya. Aplikasi anaerobik digestion akan meminimalkan efek tersebut dan meningkatkan nilai manfaat dari limbah.
5. Selain keuntungan energy yang didapat dari proses anaerobik digestion dengan menghasilkan gas bio, produk samping seperti sludge. Meterial ini diperoleh dari sisa proses anaerobik digestion yang berupa padat dan cair. Masing-masing dapat digunakan sebagai pupuk berupa pupuk cair dan pupuk padat.

2.5 Alat dan Bahan
Alat yang digunakan pada pembuatan alat biogas adalah seperangkat alat bengkel seperti, mesin las listrik, mesin gerinda, Gergaji besi, palu, thermometer, meteran, anemometer. Sedangkan bahan yang digunakan adalah :
1. Drum volume 200 liter sebanyak 3 buah
2. Drum volume 120 liter sebanyak 1 buah
3. Drum volume 35 liter sebanyak 2 buah
4. Pipa ukuran 0.5 inchi sebanyak 2 batang
5. Pipa ukuran 2 inchi panjang 120 cm sebanyak 2 batang
6. Kompor gas sebanyak 1 buah
7. Stop kran 0,5 inchi sebanyak 4 buah
8. Selang karet sebanyak 1 buah
9. Plat besi 3 mm ukuran 50 x 30 mm sebanyak 1 buah
10. Panci volume 6 liter air
2.6 Rangkaian Alat Biogas




a b 5


gambar 1
keterangan :
1 : tabung pencerna
2 : tabung penyimpan gas sementara
3 : tabung penyekat
4 : tabung gas murni
5 : kompor gas
a. : pipa tempat masuk kotoran sapi
b. : pipi keluar sisa fermentasi kotoran





2.7 Cara Pengoperasian Unit Pengolahan (Digester) Biogas
1. Buat campuran kotoran ternak dan air dengan perbandingan 1 : 2 (bahan biogas)
2. Masukkan bahan biogas ke dalam digester melalui lubang pengisian (inlet) hingga bahan yang dimaksukkan ke digester ada sedikit yang keluar melalui lubang pengeluaran (outlet), selanjutnya akan berlangsung proses produksi biogas di dalam digester.
3. Setelah kurang lebih 8 hari biogas yang terbentuk di dalam digester sudah cukup banyak. Pada sistem pengolahan biogas yang menggunakan bahan plastik, penampung biogas akan terlihat mengapung atau terangakat karena adanya biogas yang dihasilkan. Biogas sudah dapat digunakan sebagai bahan bakar, kompor biogas dapat dioperasikan.
4. Pengisian bahan biogas selanjutnya dapat dilakukan setiap hari, yaitu sebanyak kira-kira 10 % dari volume digester. Sisa pengolahan bahan biogas berupa sludge secara otomatis akan keluar dari lubang pengeluaran (outlet) setiap kali dilakukan pengisian bahan biogas. Sisa hasil pengolahan bahan biogas tersebut dapat digunakan sebagai pupuk kandang/pupuk organik, baik dalam keadaan basah maupun kering.

2.8 Faktor Sudden Contruction (Perubahan Penampang)
Rumus Darcy - Weisbach, merupakan dasar menghitung head turun untuk aliran fluida dalam pipa-pipa dan saluran-saluran.
Sudden contruction merupakan perubahan dari penampang besar ke penampang kecil.
faktor sudden contraction :
H = fsc H =
Dimana :
Vi : Kecepatan rata – rata penampang besar (m/s).
H : Merupakan kerugian energy yang diperoleh dari perbedaan Hi.
Q : Laju aliran melalui pipa (m³/s).
d : Diameter pipa (m).
Fsc : Faktor sudden contraction Sudden Enlargement.
g : gaya gravitasi (m/s²)

Sudden enlargement merupakan perubahan dari penampang kecil ke penampang besar. Faktor sudden enlargement dapat dicari dengan persamaan :
H = fsc
Dimana :
H : Merupakan perbedaan saluran.
d1 : Diameter pipa 1.
d2 : Diameter pipa 2.
fsc : Faktor sudden enlargement.
g : gaya gravitasi (m/s²)



Nilai kalori bersih dapat dihitung dari persentase metana seperti berikut :
Q = k × m

Dimana :
Q : Nilai kalor bersih ( joule/cm3)
k : Konstanta ( 0,33 )
m : Persentase metana ( % )


BAB III


3.1 Metode Penelitian
Metode penelitian ini meliputi tahap-tahap perancangan, perakitan atau pembuatan, pengujian hasil rancangan, pengamatan dan pengolahan data.


BAB IV
Pembahasan Dan Hasil Perhitungann


BAB V
Kesimpulan Dan Saran

DAFTAR PUSTAKA