PENGEMBANGAN DESAIN DAN PENGOPERASIAN ALAT PRODUKSI GAS ... · efektif gas metana dan jumlah kalor pendidihan air menggunakan bahan organik sekam padi, jerami dan sampah campuran

TUGAS AKHIR

PENGEMBANGAN DESAIN DAN PENGOPERASIAN ALAT PRODUKSI GAS METANA DARI

PEMBAKARAN SAMPAH ORGANIK

Disusun oleh :

NAMA : RISKI NUGROHO

NIM : D200090066

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2013

ii

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :

Pengembangan Desain dan Pengoperasian Alat Produksi Gas

Metana dari Pembakaran Sampah Organik

Yang dibuat untuk memenuhi sebagai syarat memperoleh derajat sarjan

S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas

Muhammadiyah Surakarta, sejauh yang saya ketahu bukan merupakan

tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan atau pernah

dipakai untuk mendapat gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas

Muhammadiyah Surakarta atau instansi manapun, kecuali bagian yang

sumber informasinya saya cantumkan sebagaimana mestinaya.

Surakarta, September 2013

Yang Menyatakan,

Riski Nugroho

iii

HALAMAN PERSETUJUAN

Tugas Akhir berjudul “PENGEMBANGAN DESAIN DAN

PENGOPERASIAN ALAT PRODUKSI GAS METANA DARI SAMPAH

ORGANIK”, telah disetujui oleh pembimbing dan diterima untuk

memenuhi sebagai persyaratan memperoleh derajat S1 pada Jurusan

Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta

Dipersiapkan oleh :

Nama : RISKI NUGROHO

NIM : D200 900 066

Disetujui pada

Hari :

Tanggal :

Pembimbing Utama Pembimbing Pendamping

Sartono Putro, Ir., MT. Tri Tjahjono, Ir., MT.

iv

HALAMAN PENGESAHAN

Tugas Akhir berjudul “PENGEMBANGAN DESAIN DAN

PENGOPERASIAN ALAT PRODUKSI GAS METANA DARI

PEMBAKARAN SAMPAH ORGANIK” , telah dipertahankan dihadapan

Tim Penguji dan telah dinyatakan sah untuk memenuhi sebagian syarat

memperoleh gelar sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Dipersiapkan oleh :

Nama : RISKI NUGROHO

NIM : D200 900 066

Disahkan pada

Hari :

Tanggal :

Tim Penguji :

Ketua : Sartono Putro, Ir., MT. ………………………

Anggota 1 : Tri Tjahjono, Ir., MT. ………………………

Anggota 2 : Amin Sulistyanto, ST. ………………………

Dekan , Ketua Jurusan,

Agus Riyanto, Ir., MT. Sartono Putro, Ir., MT.

vi

MOTTO

Sesungguhnya Allah tidak akan mengubah keadaan suatu kaum sebelum

mereka mengubah keadaan diri mereka sendiri.

( Ar-Ra’du : 11 )

Kebajikan apapun yang kamu peroleh adalah dari sisi Allah, dan

keburukan apapun yang menimpamu, itu dari kesalahan dirimu sendiri.

(An-Nisa : 79)

Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan

( QS. Al Insyirah: 6)

Jenius adalah 1 % inspirasi dan 99 % keringat. Tidak ada yang dapat menggantikan kerja keras

(Thomas Alfa Edison)

vii

PERSEMBAHAN

Alhamdulillah dengan segenap cinta dan kasih sayang, melalui

coretan yang penuh arti, kupersembahkan karya sederhana ini teruntuk :

1. Ayah dan ibunda tercinta atas kasih sayang, cinta, doa dan kesabaran

dalam membimbing dan mengarahkanku tanpa henti. Jasa dan

pengorbanan kalian tak akan pernah ananda lupakan.

2. Bapak Sartono Putro, Ir., MT, terima kasih atas kesabaran dan

bimbingannya sehingga laporan ini dapat terselesaikan.

3. Bapak Tri Tjahjono, Ir., MT, terima kasih atas saran dan masukan yang

membangun.

4. Kakakku Vicky Hendra Kurniawan, S.E tersayang, terima kasih atas

motivasi dan benang-benang pemikiran yang bersikap dewasa.

5. Sahabat - sahabatku terima kasih atas doamu dan dukunganmu.

6. Teman-teman seperjuanganku Teknik Mesin angkatan terima kasih

untuk waktu dan kenangan yang telah kalian berikan.

7. Almamaterku

viii

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Wr.Wb

Syukur alhamdulillah, penulis panjatkan kehadirat Allah SWT

atas berkat dan rahmat-Nya sehingga penyusunan laporan penelitian ini

dapat terselesaikan. Tugas akhir dengan judul ”Pengembangan Desain

dan Pengoperasian Alat Produksi Gas Metana dari Pem bakaran

Sampah Organik”, dapat terselesaikan atas dukungan dari berbagai

pihak. Untuk itu pada kesempatan ini, penulis dengan segala ketulusan

dan keikhlasan hati ingin menyampaikan rasa terima kasih dan

penghargaan yang sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Ir. Agus Riyanto, MT., selaku Dekan I Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta.

2. Bapak Ir. Sartono Putro, MT., selaku Ketua Jurusan Teknik

Mesin, sekaligus menjadi pembimbing utama dalam

penyusunan skripsi yang dengan kesabaran telah memberikan

pengarahan dan bimbingan sehingga penyusunan Tugas Akhir

ini dapat terselesaikan.

3. Bapak Ir. Tri Tjahjono, MT., selaku pembimbing pendamping dalam

penyusunan skripsi ini, yang dengan kesabaran telah memberikan

petunjuk dan saran dalam penyusunan Tugas Akhir ini.

ix

4. Bapak Ir. Pramuko Ilmu Purbo, MT., selaku pembimbing akademik

yang dengan kesabaran telah memberikan pengarahan dan

nasehat selama masa perkuliahan.

5. Kedua orang tua dan keluargaku yang telah memberikan segalanya

sampai Tugas Akhir ini terselesaikan.

6. Seluruh pihak yang secara langsung maupun tidak langsung

membantu kelancaran penulis dalam menyelesaikan skripsi ini

Penulis menyadari dalam penyusunan Tugas Akhir ini masih jauh

dari sempurna. Oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun

senantiasa penulis harapkan.

Wassalamu’alaikum Wr.Wb

Surakarta, September 2013

penulis

x

Pengembangan Desain dan Pengoperasian Alat Produksi Gas Metana Dari Pembakaran Sampah Organik

Riski Nugroho, Sartono Putro, Tri Tjahjono Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta

Jl. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasuro e-mail: [email protected]

ABSTRAKSI

Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan desain dan pengoperasian alat produksi gas metana dari sampah organik dengan cara dibakar sehingga desain ini dapat menutup kelemahan desain alat terdahulu serta mengetahui pengaruh pengadukan terhadap waktu nyala efektif gas metana dan jumlah kalor pendidihan air menggunakan bahan organik sekam padi, jerami dan sampah campuran daun basah dan kering.

Alat produksi gas metana dalam penelitian ini dilengkapi dengan pengaduk yang terletak ditutup reaktor sehingga dalam proses pengadukannya tidak perlu membuka tutup reaktor pembakaran. Pembentukan gas menggunakan jenis thermal process gasification dan reaktor pembakaran menggunakan jenis updraft gasifier dan bahan yang digunakan adalah sekam padi, jerami, sampah campuran basah dan kering, masing-masing sebanyak 5 kg. Parameter yang diteliti adalah volume air, perubahan temperatur 1 liter air setiap dua menit serta lama waktu nyala efektif.

Dari hasil uji alat produksi gas metana dari pembakaran setiap 5 kg sampah organik menunjukkan dengan menggunakan bahan sekam padi didapat daya yang dihasilkan sebesar 716,34 watt, jerami sebesar 237,17 watt dan sampah campuran daun basah dan kering sebesar 182,71 watt, dengan dilakukan pengadukan akan mempercepat proses pembentukan gas metana

Kata Kunci: Desain, Updraft gasifier, Gas Metana, Sampah Organik

xi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL............................................................................ i

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ............................... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ............................................................. iii

HALAMAN PENGESAHAN ............................................................... iv

LEMBAR TUGAS AKHIR .................................................................. v

MOTTO ............................................................................................ vi

PERSEMBAHAN .............................................................................. vii

KATA PENGANTAR ......................................................................... viii

ABSTRAKSI ..................................................................................... x

DAFTAR ISI ..................................................................................... xi

DAFTAR GAMBAR........................................................................... xiv

DAFTAR TABEL............................................................................... xvi

DARTAR SIMBOL ............................................................................ xvii

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang ............................................................. 1

1.2. Perumusan Masalah ..................................................... 3

1.3. Pembatasan Masalah .................................................. 3

1.4. Tujuan Penelitian ......................................................... 3

1.5. Manfaat Penelitian ........................................................ 4

1.6. Metodologi Penelitian ................................................... 4

1.7. Sistematika Penulisan................................................... 5

xii

BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI

2.1. Tinjauan Pustaka ........................................................ 7

2.2. Dasar Teori ................................................................. 7

2.2.1 Biogas. .............................................................. 9

A. Pengertian Biogas. ....................................... 9

B. Komposisi Biogas. ........................................ 9

2.2.2 Mekanisme Pembentukan Biogas. ...................... 10

A. Tahap pembakaran. ...................................... 10

B. Tahap pemurnian gas. .................................. 11

2.2.3 Gasifikasi. .......................................................... 11

A. Pengertian Gasifikasi. ................................... 11

B. Jenis Gasifikasi Berdasarkan Pembentukan

Gas. ............................................................. 12

C. Jenis Alat Gasifikasi. ..................................... 12

D. Proses-Proses Pada Reaktor Gasifikasi. ....... 15

E. Keunggulan Gasifikasi................................... 16

2.2.4 Sampah . ........................................................... 17

2.2.5 Gas Metana. ...................................................... 19

2.2.6 Kalor . ................................................................ 19

BAB III METODE PENELITIAN. ...................................................... 21

3.1 Diagram Alir Penelitian ................................................. 21

3.2 Alat dan Bahan Penelitian ............................................ 22

3.2.1 Peralatan Penelitian. .......................................... 22

3.2.2 Bahan Penelitian. ............................................... 32

3.3 Skema Alat .................................................................. 32

3.4 Tahap Penelitian. ......................................................... 33

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

xiii

4.1 Hubungan Pemasukan Bahan Bakar Sekam Padi,

Jerami, Serta Sampah Campuran Basah dan Kering

dengan Waktu Nyala Efektif.......................................... 35

4.2 perbandingan Daya Bahan Bakar Sekam Padi, Jerami

dan Sampah Campuran Basah dan Kering. .................. 37

4.3 Hubungan antara temperatur air dengan waktu

menggunakan pengadukan dan tanpa pengadukan

pada gasifikasi 5 kg sekam padi ................................... 43

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan .................................................................. 46

5.2 Saran ........................................................................... 47

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xiv

DAFTAR GAMBAR

3.1 Diagram Alir Penelitian .............................................................. 21

3.2 Reaktor Pembakaran ................................................................ 22

3.3 Detail Reaktor pembakaran ....................................................... 22

3.4 Tutup Reaktor Pembakaran ....................................................... 24

3.5 Detail Tutup Reaktor Pembakaran ............................................. 24

3.6 Pengaduk.................................................................................. 25

3.7 Detail Pengaduk ...................................................................... 26

3.8 Tangki Absorber ........................................................................ 27

3.9 Tangki Absorber ........................................................................ 27

3.10 Kompor Variasi ......................................................................... 28

3.11 Blower....................................................................................... 29

3.12 Timbangan ................................................................................ 29

3.13 Stopwatch digital ....................................................................... 30

3.14 Themometer.............................................................................. 30

3.15 Gelas Ukur ................................................................................ 31

3.15 Anemometer ............................................................................. 31

3.16 Instalasi alat pembakaran sampah organik................................. 31

xv

3.16 Instalasi alat pembakaran sampah organik................................. 31

4.1 Grafik Hubungan pemasukan bahan bakar sekam padi, jerami,

serta sampah campuran basah dan kering dengan waktu pada

gasifikasi 5 kg. .......................................................................... 35

4.2 Grafik perbandingan laju energi bahan organik sekam padi,

jerami dan sampah campuran basah dan kering pada gasifikasi

5 kg........................................................................................... 37

4.3 Grafik Hubungan antara temperatur air dengan waktu

menggunakan pengadukan dan tanpa pengadukan pada

gasifikasi 5 kg sekam padi. ........................................................ 43

xvi

DAFTAR TABEL

Tabel No Halaman

2.1 Komposisi Biogas ...................................................................... 10

4.1 Bahan Bakar Sisa Pembakaran ................................................ 36

4.2 Daya yang Dihasilkan Pengoperasian Reaktor Pembakaran

Menggunakan Pengaduk dan Tanpa Pengaduk pada Gasifikasi

Sekam Padi .............................................................................. 44

4.3 Hasil Perhitungan ..................................................................... 45

xvii

DAFTAR SIMBOL

Simbol Satuan

Q = Kalor [Joule]

M = Massa bahan bakar [kg]

∆h = Enthalphi pendidihan air [kj/kg]

T = Satuan waktu [detik]

W = Daya [Watt]