PROPOSAL PENELITIAN ANALISA TEKNO EKONOMI ALAT BIOGAS DARI KOTORAN TERNAK SKALA RUMAH TANGGA

DISUSUN OLEH Nama Npm Prodi : Puput wijanarko : 09520482 : Teknik Mesin

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH METRO FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN 2010

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 melaksanakan program 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 empat 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. Tabung yang beredar di pasaran terbuat dari plat baja dengan harga yang mahal dan kapasitas lebih sedikit. Berdasarkan masalah di atas, untuk membantu pemerintah dalam mendiversivikasi energi bahan bakar minyak tanah ke energi biogas terutama untuk memasak di dapur, maka perlu dirancang alat biogas skala kecil (rumah tangga) yang efisien, praktis , ramah lingkungan dan aman untuk meningkatkan nilai tambah (Value Added) dari Limbah (kotoran) ternak tersebut.

1.2 Rumusan Masalah 1. Batubara Batubara adalah bahan organik berasal dari tumbuh-tumbuhan yang telah mengalami perubahan komposisi karena suhu dan tekanan tinggi dalam jangka waktu yang lama. ( Borman,1998) Dibandingkan dengan bahan bakar padat yang lain, batubara mampu menyala lebih lama, karena kandungan karbon yang tinggi. Namun demikian penyalaan dibanding dengan biomassa. 2. Biomassa Biomassa merupakan bahan-bahan organik yang berasal dari tumbuh-tumbuhan yang meliputi, dedaunan, rerumputan, ranting, gulma, limbah pertanian, limbah peternakan, limbah kehutanan dan gambut ( Borman, 1998). Karena kandungan volatile matter yang relatif tinggi, maka biomassa merupakan bahan yang mudah terbakar, tetapi waktu penyalaan ( burning time) lebih pendek. Limbah padat peternakan sapi merupakan bahan organik yang dapat diproses menjadi karbon. Karbon tersebut sangat potensial sebagai bahan baku briket bioarang ( Wagini, 2000). Kombinasi antara batubara dan limbah peternakan dalam hal ini kotoran sapi akan saling memberikan keuntungan pada karakteristik pembakaran seperti mudah terbakar dan menghasilkan nilai kalor yang cukup untuk keperluan rumah tangga dan industri kecil. Tetapi kandungan zat terbang (volalite matter), kadar air (moisture), kadar karbon (arang), dan abu (ask) belum diketahui. Oleh karena itu dibuat suatu alat uji awal batubara relatif lebih sulit

karakteristik pembakaran bahan bakar padat, antara campuran batubara dengan limbah peternakan. 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 Manfaat Penelitian Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah untuk meningkatkan nilai tambah dari kotoran sapi dan memberikan solusi untuk pemanfaatan energi alternative bagi masyarakat. 1.5 Batasan Masalah Untuk mendapatkan pembahasan yang maksimal dan keterbatasan penulis maka untuk itu penulis membatasi dan menekkankan pada hal-hal sebagai berikut: 1. 2. 3. 4. 5. Bahan yang di gunakan yaitu kotoran ternak Drum ukuran 200 liter Pipa ukuran 2 in Selang karet Jenis kotoran, ternak sapi

1.6 SISTEMATIKA PENULISAN Sistematika penulisan tugas akhir ini dibagi menjadi lima bab, yaitu : Bab I : Pendahuluan Bab ini berisi tentang latar belakang masalah, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan perancangan dan pembuatan alat uji pembakaran bahan bakar padat, manfaatnya, dan sistematika penulisan. Bab II : Landasan Teori Bab ini berisi teori-teori dalam pembuatan proposal Bab III : Metode Penellitian Bab ini berisi tantang waktu dan tempat penelitian,spesifikasi alat,prosedur penelitian,peralatan yang digunakan,bahan Daftar Pustaka

BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Energi Biogas adalah suatu jenis gas yang bisa dibakar, yang diproduksi melalui proses fermentasi anaerobik bahan organik seperti kotoran ternak dan manusia, biomassa limbah pertanian atau campuran keduanya, didalam suatu ruang pencerna (digester). Gas Komposisi biogas yang dihasilkan dari fermentasi tersebut terbesar adalah gas Methan (CH4) dan gas karbondioksida (CO2). methan (CH4) yang merupakan komponen utama biogas merupakan bahan bakar yang berguna karena mempunyai nilai kalor yang cukup tinggi,. Karena nilai kalor yang cukup tinggi itulah biogas dapat dipergunakan untuk keperluan sumber energi. Sistim produksi biogas juga mempunyai beberapa keuntungan seperti: (1) mengurangi pengaruh gas rumah kaca, (2) mengurangi polusi bau yang tidak sedap, (3) sebagai pupuk dan (4) produksi energi. 2.1.1 Sistem Produksi Biogas Sistem produksi biogas dibedakan menurut cara pengisian bahan bakunya, yaitu pengisian curah dan pengisian kontinyu a. Pengisian curah Yang dimaksud dengan sistem pengisian curah (SPC) adalah cara pengantian bahan yang dilakukan dengan mengeluarkan sisa bahan yang sudah dicerna dari tangki pencerna setelah produksi biogas berhenti, dan selanjutnya dilakukan pengisian bahan baku yang baru. Sistem ini terdiri dari dua komponen,yaitu tangki

pencerna dan tangki pengumpul gas. Untuk memperoleh biogas yang banyak, sistem ini perlu dibuat dalam jumlah yang banyak agar kecukupan dan kontinyuitas hasil biogas tercapai b. Pengisian kontinyu Yang dimaksud dengan pengisian kontinyu (SPK) adalah bahwa pengisian bahan baku kedalam tangki pencerna dilakukan secara kontinyu (setiap hari) tiga hingga empat minggu sejak pengisian awal, tanpa harus mengelurkan bahan yang sudah dicerna. Bahan baku segar yang diisikan setiap hari akan mendorong bahan isian yang sudah dicerna keluar dari tangki pencerna melalui pipa pengeluaran. Keluaran biasanya dimanfaatkan sebagai pupuk kompos bagi tanaman, sedang cairannya sebagai pupuk bagi pertumbuhan algae pada kolam ikan. Dengan SPK, gas bio dapat diproduksi setiap hari setelah tenggang 3 - 4 minggu sejak pengisian awal. Penambahan biogas ditunjukkan dengan semakin terdorongnya tangki penyimpan keatas (untuk tipe floating dome). Sedangkan untuk digester tipe fixed dome pernambahan biogas ditunjukkan oleh peningkatan tekanan pada manometer. Sampai pada tinggi tertentu yang dianggap cukup, biogas dapat dipakai seperlunya secara efisien.2.1.2

Teknologi Biogas

Teknologi biogas adalah proses penguraian limbah ternak oleh bakteri anaerob (bakteri Aceton dan Metan) dalam suatu tangki pencerna (digester). Dari proses tersebut dihasilkan gas bio dan pupuk slurry. Bahan bangunan yang dipakai adalah material

setempat, yang sebagian besar terdiri dari pasangan batu kali, pasangan batu bata, serta beton. Bangunan yang diperlukan dalam proses bio digester adalah:1) 2)

Bak pemasukan (inlet) Digester Bak pengeluaran Bak penampung slurry Bak pengencer slurryPenampung gas Lubang Pengadukan Pengeluaran Gas

3)4) 5)

Lubang Pengeluaran

Pipa Pemasukan

Slurry

Dinding Pemisah

Gambar 1. Pencerna tipe floating dome (India)Gambar

Floating Cover (Indian) Digester

Lubang Pengisian

Pengeluaran Gas

Lubang geser Penutup dilapisi tanah lempung

Penutup mudah dilepas

Gas

1000 mm Max.

Slurry

Lubang Pengeluaran

Gambar

Fixed Dome (Chinese) Digester

Gambar 2. Pencerna tipe fixed dome (China)

2.1.3 Bak Pemasukan (inlet) Bak yang berguna sebagai penampung kotoran dan air kencing ternak (sapi) sebelum dimasukkan di dalam digester. Bak pemasukan ini dilengkapi dengan penyaring agar sisa rumput atau benda lain yang tidak dikehendaki masuk ke dalam digester dapat tersaring dan dibersihkan.

Digester Digester adalah bangunan ruangan (tandon) sebagai tangki pencerna untuk memproses limbah organik misalnya kotoran sapi, air kencing dan air, sebagai tempat bakteri anaerob menguraikan limbah isian tersebut selama waktu tertentu. Dari proses fermentasi limbah tersebut akan menghasilkan gas bio, serta slurry (sisa keluaran setelah di proses sebagai pupuk organik) yang siap pakai dengan unsur hara yang tinggi. Gas bio adalah campuran gas yang terdiri dari bermacam-macam gas, antara lain : CH4 (methana) sebagai unsur utama , CO2, dan gas-gas lainnya yang kandungannya sangat sedikit. Dari proses permentasi limbah tersebut akan mengeluarkan sisa yang bernama

slurry dimana slurry mengandung unsur-unsur : N, P, K, Ca, Mg, yang sangat dibutuhkan sebagai pupuk bagi tanaman. 2.1.4 Bak Pengeluaran Bak Pelimpahan adalah bak sebagai tampungan limpahan slurry dari digester dan bila telah penuh menuju ke bak penampungan slurry. 2.1.5 Bak Penampung Slurry Bak ini berfungsi sebagai tempat menampung slurry luapan dari Bak Pengeluaran. Slurry di Bak Penampungan digunakan untuk menyaring/memisahkan slurry cair untuk dikeringkan sehingga ringan pengangkutannya, mudah dikemas dalam plastik untuk dijual. Dalam keadaan basah/ cair kandungan unsur haranya sangat tinggi. Penggunaan pupuk dalam keadaan basah/cair sangat dianjurkan sehingga tidak perlu melalui penyaring ini. 2.1.6 Bak pengencer Slurry Bak pengencer Slurry ini digunakan untuk menambah kandungan oksigen yaitu secara aerasi dan bisa diencerkan dengan tambahan air sehingga bisa dimanfaatkan untuk ternak lele.

2.1.7 Proses Terjadinya Gas Bio dan Manfaatnya. Kotoran sapi yang dicampur dengan air kencing/air dicampur dalam bak pemasukan (inlet) selanjutnya disebut manure, masuk ke digester.. Kandungan metan dalam biogas kurang lebih 60 % dan gas bio yang terbentuk. Gas metan (CH4) ini yang digunakan

sebagai sumber energi untuk keperluan sehari-hari,. Produksi gas bio menurut Nurhasanah (2007) satu ekor sapi untuk suhu (23-32) C antara (600-1.000) liter biogas/hari. Untuk 15 ekor sapi gas- bio yang dihasilkan 9000-15000 liter/hari. Sisa dari proses tersebut di atas keluarlah slurry cair yang merupakan pupuk organik yang mengandung unsur makro yang dibutuhkan tanaman..

Sal.pemasuka n kotoran Dibuang ke saluran Bak Bak pengendap lumpur Kolam pengencer dan aerasi

sediment/ pengeluaran Gambar 3: Sketsa instalasi digester Bak pemasukan Digester pengolah kotoran

2.2 Bahan Bakar

DENAH/ TAMPAK ATAS ( tanpa skala)

Ditinjau dari sudut teknis dan ekonomis, bahan bakarmanometer diartikan sebagai bahan yang apabila dibakar dapat meneruskan Saluran pipa

preses pembakaran tersebut dengan sendirinya, disertai dengan Bak pemasukan pengeluaran gas Ruang kalor. Bahan bakar dibakar dengan tujuan untuk memperoleh kalor. 1. 2. 3. 4.Bak pengeluaran Ke saluran pembuang Kolam aerasi

gas

Syarat umum bahan bakarBak : Ruang sluri Relatif murah Emisi rendah

Tersedia dalam jumlah banyakMEMANJAN POTONGAN(tanpa skala)

sedimentasi

Punya nilai kalor yang tinggi

Beberapa macam bahan bakar yang dikenal yaitu :

1. bumi 2. 3. 4.

Bahan bakar fosil, yaitu seperti batubara,minyak bumi, dan gas Bahan bakar nuklir, yaitu uranium dan plutonium Pada bahan bakar nuklir, gas diperoleh hasil dari reaksi rantai Bahan bakar lain, seperti sisa tumbuh-tumbuhan,minyak Bahan bakar konvensional ditinjau dari keadaannya dan wujudnya dapat padat, cair atau gas sedang. Ditinjau dari cara terjadinya dapat alamiah ialah antrasit,batubara bitumen, lignit, kayu api sisa tumbuhan. Termasuk bahan bakar non alamiah antara lain kokas semi kokas, arang briket, bris serta bahan bakar nuklir. Bahan bakar non alamiah antara lain bensin atau gasoline, kerosin atau minyak tanah,miyak solar

pengurai atom melalui peristiwa radioaktif nabati, minyak hewani.

2.3 Bahan bakar padat Bahan bakar padat mengandung impurity berupa air,abu,nitrogen dan sulfur dalam jumlah yang signifikan. Jenis-jenis bahan bakar padat:1.

Biomassa dapat dibagi menjadi kayu dan non-kayu. Arang Leaf berasal dari daun-daunan, ranting, atau batang

didapatkan dengan membakar kayu tanpa oksigen2.

tumbuhan yang membusuk.3.

Batu bara berasal dari fosil biomassa yang tengah terkubur tahun. Batubara dapat diklasifikasikan

selama ratusan ribuan

berdasarkan ranking dan grade.

BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian ini dilakukan di kecamatan Abung surakarta Lampung Utara, 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 3.2 Spesifikasi Alat 1. Drum ukuran 200 liter sebanyak 3 buah

2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

Drum ukuran 120 liter sebanyak 1 buah Drum ukuran 35 liter sebanyak 2 buah Pipa ukuran 0.5 in sebanyak 2 batang Pipa ukuran 2 in sebanyak 120 cm Kompor gas sebanyak 1 buah Stop kran 0,5 sebanyak 4 buah Selang karet sebanyak 1 buah Plat besi 3 mm 50x30 sebanyak 1 buah Panci ukuran 6 liter air

3.3 Prosedur Penelitian 1.2.

Study pustaka,study jurnal,penelitian yang relevan dengan Study lapangan,pengamatan,pendekatan dengan objek

energi, bahan bakar,kotoran ternak dan alat bio gas penelitian dan informasi, pada peternak sapi. Dan pengambilan data lapangan yang berhubungan dengan penelitian 3. 4. Penyusunan instrumen penelitian Pengujian kotoran ternak dengan memasukan kotoran sapi

kedalam drum untuk medapatkan hasil biogas yang sudah disiapkan kompor khusus bio gas5.

Menganalisa kotoran sapi selama proses pembuatan bio gas Mencatat tekanan bio gas yang keluar dari drum Menghitung jumlah kotoran sapi yang digunakan untuk bio Menganalisa dan mengamati hasil bio gas yang sudah dikeluar Mengumpulkan data yang sudah didapat.

6. 7. 8. 9.

gas dan lama proses pembuatan bio gas kan oleh kotoran sapi

3.4 Peralatan Yang Digunakan 1. 2. 3. 4. 5. 6.7.

mesin las listrik mesin gerinda Gergaji besi Palu Thermometer Meteran Anemometer tabung pencerna tabung penyekat tabung gas sementara tabung gas murni. kotoran ternak sapi ragi untuk fermentasi

8. 9. 10. 11.1.

3.5 Bahan 2.

3.6 Jadwal Penelitian Kegiatan Bulan I Bulan Bulan II III Bulan IV Bulan V

Studi kepustakaan Penyusunan desain penelitian Penyusunan instrumen pengambilan data Pengambilan data Pengolahan data Analisa data Laporan Presentasi Catatan : * adalah satu minggu DAFTAR PUSTAKA

* ** ** **** ** ** *** *

Aguilar, FX., (2001), How to install a polyethylene biogas plant, Proceeding of the IBS net Electronic Seminar, (The Royal Agricultural College, Cirencester, UK. 5-23 March 2001). http://www. ias. unu. edu/proceeding/icibs/ibs/ibsnet/eseminar/Francisco Angular/index.html. Ditjen PPHP-DEPTAN, 2006, Biogas Skala Rumah Tangga melalui Program Bio Energi Perdesaan (BEP), Jakarta. Garcelon, J., Clark, J., Waste Digester Design, Civil Engineering Laboratory Agenda, University of Florida. http://www. ce. ufl. edu/activities/waste/wddndx.html. Intergovernmental Authority on Development (IGAD), Biogas Digester, http://igadrhep. energyprojects. net/Links/Profiles/Biogas/Biogas.

Muhammad, Junus, 1987. Teknik Membuat dan Memanfaatkan Unit Gas Bio Universitas Gajah Mada. Muhammad, Junus, 1995. Teknik Membuat dan Memanfaatkan Unit Gas Bio Universitas Brawijaya. Rahman, B, 2005. Biogas sumber energi alternative. Kompas 8 Agustus. http://www.fao.org/WAICENT/FAOINFO/AGRCULT/AGA/FRG/R ecycle/biodig/manual.ht m Reven, RPJM, gregersen, KH., 2005, Biogas Plant in Denmark: Sucesses and Setbacks, Reneweble and Sustainable Energy Reviews, Article in Press. http://www.fao.org/WAICENT/FAOINFO/AGRCULT/AGA/FRG/R ecycle/biodig/manual.ht m 24 PROSIDING Setiawan, Ade Iwan, 1996, Memanfaatkan Kotoran Ternak. Penebar Swadaya. Jakarta. Wikipedia, 2005.http://en. Wikipedia, org/wiki/Anaerobic_digester. http://en. wikipedia. org/wiki/Anaerobic_digester Yanti, (12/08/2005), Peternak Buat Biogas dengan Harga Reaktor Biogas Rp 1,5 juta Kompas, Jakarta. --------( 14/09/2005), Biogas Alternatif Pengganti Minyak Tanah, Kompas, Jakarta.