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

2

PENDAHULUAN

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

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.

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

3

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 m, volume basah 8.8 m, waktu proses 40 hari, isian bahan 220 kg/hari, luas lahan 18 m, dan memilki penampung gas dengan dimensi tinggi 4.6 m, diameter 0.954 m, volume efektif 2.5 m.

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.

4

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.

Dalam pembentukan gas metana ini menggunakan gasifikasi jenis thermal process gasification yaitu proses konversi termal pada suhu >600C 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.

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

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.

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.

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.

Jumlah kalor dapat dinotasikan sebagai (Q) dan dapat diukur menggunakan pendekatan dari kalor yang diperlukan untuk mendidihkan air.

Q = m x h.(1)

5

dimana:

Q = banyaknya kalor, (J)

m = massa, (kg)

h= (hf2 - hf1) entalphi pendidihan air, (KJ/kg)

Metodologi Penelitian

Diagram alir penelitian

Gambar 1. Diagram alir penelitian

Alat dan Bahan Penelitian

1. Reaktor pembakaran

Alat ini digunakan untuk tempat proses pembakaran sampah organik.

Gambar 2. Reaktor pembakaran

2. Tutup reaktor pembakaran

Alat ini digunakan sebagai penutup reaktor pembakaran dan pengarah aliran gas asap pembakaran.

Gambar 3. Tutup reaktor

3. Pengaduk

Alat ini digunakan untuk membantu proses sirkulasi sampah pada reaktor pembakaran.

Pembuatan Desain Alat

Proses Pembuatan Alat

Uji Pembakaran Sampah

Organik Sekam Padi

Tangki Absorber

Tipe A

Tangki Absorber

Tipe B

Pengambilan Data

Temperatur air, Volume air

dan Lama nyala efektif

Analisis Data dan

Penarikan Kesimpulan

Pembuatan Laporan

6

Gambar 4. Pengaduk

4. Tangki absorber

Alat ini digunakan untuk mengurangi senyawa TAR pada gas metana (pemurnian gas).