PROPOSAL SKRIPSI “Koefisien Perpindahan Massa Pada ...repository.its.ac.id/62645/2/2311100017-084-presentation...Koefisien perpindahan massa volumetrik, k L a, dipengaruhi oleh variabel-variabel

“KOEFISIEN PERPINDAHAN MASSA PADA PROSESANAEROBIC JERAMI PADI DENGAN INOKULASI

MIKROORGANISME RUMEN”

Oleh :1. Veny Ulil Amrinah (2311100017)2. Farah Amirotus Salma (2311100084)

Dosen pembimbing:Prof. Dr. Ir. Tri Widjaja, M.Eng

LABORATORIUM TEKNOLOGI BIOKIMIA

JURUSAN TEKNIK KIMIA

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

PENDAHULUAN


LATAR BELAKANG

Semakin Berkurangnya

Minyak Bumi dan Gas Alam

Fossil

Dibutuhkan

Energi

Alternatif

LATAR BELAKANG

BIOMASS

sebagai energi

alternatif

Jerami Padi

Rumen Fluid

Microorganism

BIO- METHANE


PERUMUSAN MASALAH

Lignoselulosic Biomas

Proses Anaerobic

Digestion

Yield Rendah

Proses Lambat

Membutuhkan

Bakteri dg

Konsentrasi

Tinggi


LIMBAH CAIRAN

RUMEN sangat

melimpah jika

dibuang tanpa

diolah terlebih

dahulu maka akan

menjadi sumber

GHG.

(Bahaya Metana =

23X Bahaya C02 )

PERUMUSAN MASALAH

DI RPH Pegirian Surabaya, Limbah Cairan Rumen = 1,5 Juta Liter/Bulan

(www.kanalsatu.com)


1. Limbah Jerami Padi Kering di Indonesia = 180 juta

ton/tahun

(Sabiham dan Mulyanto, 2005)

2. Sebagai pakan ternak = 31 - 39 %

Dibakar = 36 – 62 %

untuk industri = 7 – 16 %

(Abdullah, 2008)

POTENSI LIMBAH JERAMI PADI


PERUMUSAN MASALAH

Koefisien perpindahan Massa

berpengaruh terhadap biogas yang

didapat

TUJUAN PENELITIAN

1.

• Memproduksi metana dari jerami padi dengan pre-treatment dan inokulasi mikroorganisme cairan rumen (novel application of rumen fluid)

2.• Mengetahui pengaruh mikroorganisme cairan rumen pada

fermentasi anaerobik

3.• Mengetahui pengaruh koefisien transfer massa terhadap

kandungan metana yang dihasilkan

TUJUAN PENELITIAN


TINJAUAN PUSTAKA


Keterangan Komposis

i

Selulosa (%)

Hemiselulosa (%)

Lignoselulosa (%)

EM (Kkal/kg)

Bahan kering (%)

Protein Kasar (%)

Lemak Kasar (%)

Serat Kasar (%)

Abu (%)

37.71

21.99

16.62

3.799,00

92,00

5,31

3,32

32,14

22,25

Jerami Padi

TINJAUAN PUSTAKA


Pretreatment Kondisi Biomassa Degradation

Rate (%)

Peneliti

Tanpa Pretreatment - Pulp, paper sludge 25 Lin dkk. (2011)

Kimiawi (alkali) 37oC, 6 Jam Pulp, paper sludge 65,35 Lin dkk. (2009)

Thermal

(Wet Oxidation)

190oC, 1 jam Newspaper 88 Fox dan Noike (2004)

Biologis

(Rumen Fluid)

37oC, 6 Jam

37oC, 24 Jam

Lmbah Kertas

Limbah Kertas87.9

85.8

Baba dkk. (2013)

Baba dkk. (2013)

Tabel II.2. Perbandingan Rate Degradasi Selulosa Pada Berbagai Kondisi

Sumber : Baba dkk. (2013)

TINJAUAN PUSTAKA


RUMEN FLUID

Nama Mikroorganisme Jumlah

Protozoa 106 /g

Arcaea 108/g

Bakteri 1010/g

Fungi 104/g

Komposisi

Mikroorganisme Cairan

Rumen

Fungsi cairan rumen menurut Takeneka (2008) adalah

mendegradasi fiber, menghasilkan protein, menghasilkan VFAs,

memecah nutrisi, dan menghasilkan Metana.

TINJAUAN PUSTAKA


Fungsi Jenis Bakteri Morfologi Bakteri

Pendegradasiselulosa

- Fibrobacter succinogens

- Ruminococcus Albus

-Ruminococcus flavefaciens

Gram -, batang/ rods

Gram +, coccus/cocci

Gram +, coccus/cocci

Pemakan

hemiselulosa dan

pectin

- prevotella ruminocola

-Butyrivibrio fibrisolvens

Gram -, batang/rods

Gram +, batang/rods

Starch Fermenter

(pemfermentasi pati)

-Ruminobacter amylophilus

-Streptococcus bovis @

Gram -, rods

Gram +, rods

Pemakan asam

organic

-Megasphaera elsdenii

-selenomonas ruminantium

Gram -, cocci

Gram -, rods

Bakteri utama pada Rumen

TINJAUAN PUSTAKA


Potensi Limbah Cairan Rumen di RPH

Pegirian Surabaya adalah dengan 260 ekor

sapi (rata-rata yang dipotong tiap hari) x 200

L (Volum Cairan Rumen) = 5200 Liter/hari

atau dalam satu bulan sekitar 7.800 ekor sapi

atau 1.560.000 liter/bulan.

(www.kanalsatu.com)

TINJAUAN PUSTAKA

TINJAUAN PUSTAKA

Fungsi Jenis Bakteri

Pendegradasi

selulosa

- Fibrobacter succinogens

- Ruminococcus Albus

-Ruminococcus flavefaciens

Pemakan

hemiselulosa dan pectin

- prevotella ruminocola

-Butyrivibrio fibrisolvens

Starch Fermenter

(pemfermentasi pati)

-Ruminobacter amylophilus

-Streptococcus bovis

Pemakan asam

organic

-Megasphaera elsdenii

-selenomonas ruminantium

Bakteri KotoranSapi

Ruminococcus

Clotridium

Bacteroides

Bifidobacterium

PERBANDINGAN MIKROORGANISME

RUMEN DENGAN KOTORAN SAPI

KOEFFISIEN PERPINDAHAN MASSA

Koefisien perpindahan massa volumetrik kLa,

adalah kecepatan spesifik dari perpindahan massa

(gas terabsorbsi per unit waktu, per unit luas

kontak.

Koefisien perpindahan massa volumetrik, kLa,

dipengaruhi oleh variabel-variabel bilangan

Reynolds, bilangan Schmidt, geometri sistem yang

digunakan dan perbandingan jumlah umpan

dengan pelarut. Koefisien perpindahan massa

umumnya dinyatakan dalam bentuk bilangan

Sherwood

Koefisien perpindahan massa gas-cair merupakan

fungsi dari laju alir udara/ kecepatan superficial

gas, dan luas area.

TINJAUAN PUSTAKA

KOEFISIEN PERPINDAHAN MASSAMekanisme perpindahan massa adalah kecenderungan suatu

komponen yang berada dalam suatu campuran untuk bergerak dari daerahyang berkonsentrasi tinggi ke daerah yang berkonsentrasi rendah. Lajuperpindahan massa volumetrik dapat ditinjau sebagai perubahan Pkonsentrasi terhadap perubahan waktu dC/dt, dengan persamaan sebagaiberikut :

dC/dt = kLa (C* - C)

TINJAUAN PUSTAKA


MEKANISME PROSES ANAEROBIK

DALAM MENGHASILKAN METANA

TahapHidrolisis

TahapAcidogenesis

TahapMetanogenesis

TINJAUAN PUSTAKA

Proses hidrolisis memecah

molekul organic kompleks

menjadi unit yang lebih

kecil gula / monosakarida,

Proses ini bakteri acidogenic (bakteri penghasil

asam) memecah molekul gula menjadi volatil

fatty acid misalnya laktat, butirat, propionate,

dan asetat, juga terbentuk

karbondioksida,NH3, H2S dan H2

Proses mengubah H2 dan asam asetat menjadi CO2, CH4 dan air,

dan mengubah H2 dan asam propionat menjadi CH4

Jerami padi

Karbohidrat

Gula

TINJAUAN PUSTAKA

Asam Asetat H2, CO2

Mekanisme Reaksi

NO Penelitian Hasil Penelitian

1 G. Corro

dkk. (2013)

a. Memproduksi metana

menggunakan biomassa dari

pulp kopi yang dicampur

dengan kotoran sapi

b. Kecepatan konversi metana

pada substrat campuran pulp

kopi dengan kotoran sapi

sangat rendah, dalam 1,5

bulan pertama masih dibawah

10 % dan 2 bulan digestion

time masih sekitar 30 %.

Penelitian terdahulu


2 Yasunori

Baba, dkk.

(2013)

a. Kecepatan degradasi selulosa naik dari

76.5 % menjadi 87.9 % pada sample 6

jam, dan dari 76.5 % menjadi 85.8 %

pada sampel 24 jam. Dan kecepatan

degradasi hemiselolusa juga meningkat,

dari 40.6 % menjadi 55.2 % pada sample

6 jam, dan dari 40.6 % menjadi 57,5 %

pada sample 24 jam dan untuk lignin

hanya 10.7 % yang terdegradasi pada

control, dimana 39.4 % pada sample 6

jam, dan 51.8 % pada sampel 24 jam

pada pretreatment dengan

menggunakan mikroorganisme rumen

b. Yield methane yang dihasilkan pada

control 68.2 ml, pada sample 6 jam,

177,7 ml, dan pada sample 24 jam

adalah 142 ml



3 Zheng-Bo Yue,

dkk. (2013)

a. Rumen memiliki biofilm yang stabil dan

padat. Formasi biofilm adalah

keuntungan yang lain dari

microorganism rumen

b. Mikroorganisme rumen mempunyai

aktivitas hidrolisis dan aktivitas

acidogenesis yang lebih tinggi ketika

menggunakan biomassa berlignoselulosa

sebagai substratnya dibandingkan

dengan inokulom mikroba lainnya

4 Zhen-Hu Hu

dan Han-Qing

Yu, (2005)

a. Dengan substrat yang mengadung 12.4

g/l volatile solid, dan pH 6.7, maka

didapay konversi maksimum volatile

solid sebanyak 66 %, dalam waktu 125

jam. Menurunnya pH dari 6.7 menjadi

5.8 menyebabkan berkurangnya

konversi volatile solid



5 Andre

Pauss,Gerald

Andre ( 1990 )

Meneliti perpindahan massa dari liquid ke

gas pada proses anaerob dengan

membandingkan dissolved hydrogen pada 3

reaktor yang berbeda yaitu completely

stirred reactor, sludge bed reactor, UBF

reactor. Penelitian ini hanya khusus

meneliti H2 dan CH4 karena merupakan

gas yang berpengaruh pada proses anaerob.

Pada reactor completely stirred reactor

didapatkan kLa yang rendah yaitu 0.16 dan

0.09 h-1 , untuk reactor sludge bed reactor

didapatkan kLa CH4 sebesar,0.03 h-1, dan

pada UBF reactor kLa CH4 0.03 h-1


METODOLOGI PENELITIAN


METODOLOGI PENELITIAN

Variabel Penelitian

Variabel volume

Mikroorganisme RumenVariabel pengadukan

1. 5% volume

2. 10% volume

3. 15% volume

1. 0 rpm

2. 10 rpm

3. 30 rpm

Metodologi Penelitian

NO Hari Ke Variabel

1 0Analisa VFAs,Analisa viskositas, dan densitas, analisa COD, kurva

pertumbuhan bakteri,Analisa Biogas ( CH4,CO2 ),

2 5Analisa VFAs,kurva pertumbuhan bakteri, analisa COD, viskositas, dan

densitas, Analisa Biogas ( CH4,CO2 ),

3 10Analisa Biogas ( CH4,CO2 ), Analisa VFAs, kurva pertumbuhan bakteri,

analisa COD, viskositas, dan densitas

4 15Analisa VFAs, kurva pertumbuhan bakteri, analisa COD, viskositas, dan

densitas, Analisa Biogas ( CH4,CO2 ),

5 21Analisa Biogas ( CH4, CO2 ), Analisa VFAs, kurva pertumbuhan bakteri,

analisa COD,viskositas, dan densitas

Metodologi Penelitian

VARIABEL WAKTU MENGAMBIL CONTOH

DAN ANALISA

Kondisi Operasi Fermentasi

Anaerobik

Fermentasi batch,suhu 300C selama 21 hari danpH 7

Persiapan Alat

dan Bahan

Pembuatan Starter

Mikroorganisme Rumen

Fermentasi

Anaerobik

BAHAN :

1. Jerami padi 0.3 gram

2. Cairan Rumen 300 ml

3. Nutrisi 0.3 gram

Kondisi Operasi:

Suhu 370C, dilakukan selama 7 jam pada incubator

shaker

FERMENTASI ANAEROBIK

Persiapan Alat

dan Bahan

Pengukuran O2 terlarut

dengan DO meter

Perhitungan

koefisien

transfer

massa CH4

Dari persamaan 1 dibuat plot dengan

sumbu x = −𝑙𝑛𝐶∗𝑂2−𝐶𝑂2

𝐶∗𝑂2, dan sumbu

y = t ( detik )

Sehingga didapatkan slope = kLa,O2

KOEFISIEN PERPINDAHAN MASSA

HASIL DAN PEMBAHASAN


HASIL PENELITIAN

Kurva COD ( Chemical Oxygen Demand )

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 5 10 15 20 25

CO

D (

mg/l

)

t ( hari )

Rumen 5%


0

5000

10000

15000

20000

25000

0 5 10 15 20 25

CO

D (

mg/l

)

Waktu (Hari ke- )

Rumen 10%

HASIL PENELITIAN

Kurva COD ( Chemical Oxygen Demand )

• Semakin banyak penurunan

kadar COD, maka volume biogas

yang dihasilkan semakin banyak

(Nkemka,2015).


0

5000

10000

15000

20000

25000

0 5 10 15 20 25

CO

D (

mg/l

)

Waktu (Hari ke- )

Rumen 15%

HASIL PENELITIAN

Kurva Pertumbuhan Bakteri


0

50000000

100000000

150000000

200000000

250000000

0 5 10 15 20 25

jum

lah

sel

( se

l/m

l )

Hari ke-

Rumen 5%

Rumen 5% Poly. (Rumen 5%)

0

50000000

100000000

150000000

200000000

250000000

0 5 10 15 20 25

Ju

mla

h s

el

( se

l/m

l )

Waktu (Hari)

Rumen 10%

HASIL PENELITIAN

Kurva Pertumbuhan Bakteri


0

50000000

100000000

150000000

200000000

250000000

300000000

350000000

0 5 10 15 20 25

Ju

mla

h s

el

( se

l/m

l )

Waktu (Hari)

Rumen 15%

HASIL PENELITIAN

Kurva VS,TS

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 5 10 15 20 25

TS

( g

/l )

Hari ke-

Kurva TS

Rumen 10%

Rumen 5 %

Rumen 15%


0

5

10

15

20

25

0 5 10 15 20 25

VS

( g

/l)

Hari ke-

Kurva VS

Rumen 10%

Rumen 5%

Rumen 15%

HASIL PENELITIAN

Kurva Kandungan Metana


HASIL PENELITIAN

Kurva VFas


0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0 5 10 15 20 25

Kan

du

ngan

VF

As

[%(v

/v)]

Waktu (Hari ke-)

Rumen 5%

Asam

Asetat

Asam

Propionat

Asam

Butirat

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0 5 10 15 20 25

Rumen 10%

Asam Asetat

Asam Propionat

Asam Butirat

HASIL PENELITIAN

Kurva VFas

nilai VFAs cenderung

meningkat menunjukkan

bahwa semakin banyak asam

asetat,propionate, butirat yang

terbentuk dimana asam asam

tersebut menghasilkan gas

metan sehingga konversi

metana yg dihasilkan juga

tinggi. (Kivaisi, 1994)


0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0 5 10 15 20 25

kan

du

ngan

VF

As

[%(v

/v)]

Waktu (Hari ke-)

Rumen 15%

Asam

Asetat

Asam

Propionat

Asam

Butirat

MEKANISME PROSES FERMENTASI ANAEROBIK

H2, CO2

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

0 5 10 15 20 25 30

Ka

da

r M

eta

na

( C

H4

) p

pm

Hari ke-

MEKANISME PROSES FERMENTASI

ANAEROBIK

HIDROLISAACIDOGENESIS

METANASI

HASIL PENELITIAN

Koefisien Perpindahan Massa


Volume rumen μ (Cst)

kLa/ jam

0 RPM 10 RPM 30 RPM

5% 7.5625 5.406 5.556 5.181

10% 7.69375 4.205 5.481 5.706

15% 7.9375 5.481 5.631 6.157

HASIL PENELITIAN


Volume Rumen kLa/jam Metana (ppm)

5% 5.406 29215.20

10% 4.2 26555

15% 5.481 56484.00

Koefisien perpindahan Massa (Kla) yang besar

kandungan gas metana yang dihasilkan juga besar

karena Kla menunjukkan proses perpindahan massa

terbentuknya gas metana.

KESIMPULAN

TUJUAN PENELITIAN

1.

• Memproduksi Metana dari jerami padi dengan mikroorganismecairan rumen didapatkan hasil metana tertinggi pada hari ke-21.Untuk variabel 5% sebesar 29215,2 ppm, variabel 10% sebesar26555 ppm, dan untuk variabel 15% sebesar 56484 ppm.

2.

• Pengaruh mikroorganisme cairan rumen pada fermentasi anaerobikdipengaruhi :

• Semakin besar penurunan kadar COD, maka volume biogas yangdihasilkan juga semakin banyak.

• Semakin tinggi VFas maka semakin tinggi metana yang dihasilkan.

• Nilai padatan total (TS) cenderung mengalani penurunan, hal inidisebabkan karena bahan organik mengalami degradasi pada saathidrolisis. Sedangkan nilai padatan volatile (VS) juga cenderungmengalami penurunan.

3.• Koefisien perpindahan massa (Kla) CH4 yang tinggi akan

mempercepat terbentuknya gas metana.

KESIMPULAN


TERIMA KASIH


• Pengukuran koefisien transfer massa pada penelitian

ini menggunakan gas oksigen. Karena gas oksigen

memiliki tingkat kelarutan yang rendah sama dengan

gas CH4. Dengan sifat fisik yang hampir sama dengan

gas CH4 maka perhitungan , kLa CH4 dapat dihitung

dari kLa oksigen

• Pengukuran menggunakan oksigen diperbolehkan

karena merupakan prosedur yang paling sederhana.

Selain itu, Kla nilainya sebanding dengan nilai akar

dari diffusivitasnya, sehingga perhitungannya

dianalogikan dengan diffusivitasnya. (Beckers, 2015).

• Faktor yang mempengaruhi nilai kLa antara lain

viskositas dan kecepatan pengadukan.

Viskositas berbanding terbalik dengan nilai kLa

sedangkan kecepatan pengadukan sebanding dengan

nilai kLa

Hasil Penelitian

Rumen 5%

Hari ke N μ ρ kla Nre Nsc Nsh

0 10 7.6 1.066233 0.001251 9.352917 2.85116E-07 2E-08

7 10 7.6 1.05609 0.001502 9.263945 2.87854E-07 2.4E-08

15 10 7.55 1.05183 0.001752 9.28768 2.87119E-07 2.8E-08

21 10 7.5 1.039456 0.001669 9.239605 2.88613E-07 2.67E-08

Rata2 10 7.5625 1.053402 0.001543 9.286037 2.87175E-07 2.47E-08

DENGAN METODE REGRESI DIDAPATKAN ERROR SEBESAR 0.83 DENGAN A=

19.25, B= 0.0044, C= 4.112

Volume Rumen log Nre log Nsc log Nsh

5%0.96783 -6.54185 -7.6074

1.445675 -6.54258 -7.60351

10%0.968619 -6.54256 -7.61331

1.44574 -6.54256 -7.59582

15%0.962758 -6.53664 -7.60157

1.43988 -6.53664 -7.56282

𝑁𝑠ℎ = 𝐴𝑁𝑟𝑒𝐵𝑁𝑠𝑐𝐶

log𝑁𝑠ℎ = log𝐴 + 𝐵 log𝑁𝑟𝑒 + 𝐶 log𝑁𝑠𝑐

PROPOSAL SKRIPSI “Koefisien Perpindahan Massa Pada ...repository.its.ac.id/62645/2/2311100017-084-presentation...Koefisien perpindahan massa volumetrik, k L a, dipengaruhi oleh variabel-variabel

Documents