Pengaruh Penambahan EM-4 dan Urea dalam Campuran Bahan
advertisement
TUGAS AKHIR Pengaruh Penambahan EM-4 dan Urea dalam Campuran Bahan Kering dan Limbah Cair Tempe Terhadap Produksi dan Nilai Kalor Biogas pada Digester Disusun Sebagai Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Disusun oleh : HARJO DWI SAPUTRO D 200 110 044 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2016 i ii iii iv vi MOTTO “ Janganlah kamu mencari ilmu karena 3 hal : Untuk berdebat, untuk dibanggakan, karena pamrih. dan jangan pula kamu meninggalkannya karena 3 hal : Karena malu mencarinya, karena zuhud (menjauh) darinya, karena rela untuk tidak mengetahuinya.” (Umar Ibn Al Khattab) “ Hidup Seperti Bersepeda, Agar Tidak Terjatuh Janganlah Berhenti Mengayuh” (Albert Einsten) “ Khairunnas Anfa’uhum Linnas “ (Al-Hadist) vi PENGARUH PENAMBAHAN EM-4 DAN UREA DALAM CAMPURAN BAHAN KERING DAN LIMBAH CAIR TEMPE TERHADAP PRODUKSI DAN NILAI KALOR BIOGAS PADA DIGESTER Harjo Dwi Saputro, Nur Aklis Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl.A.Yani Tromol pos I Pabelan,Kartasura E-mail: [email protected] ABSTRAKSI Biogas adalah hasil dari proses fermentasi bahan-bahan organik oleh bakteri-bakteri anaerob gas yang dihasilkan sebagian besar gas metana (CH4) dan karbon dioksida (CO2). Tujuan dari penelitian ini adalah merancang alat pembuatan biogas (digeseter) dalam skala kecil tipe batch, menentukan pengaruh urea dan EM-4 pada campuran limbah cair tempe dan sekam padi dengan perbandingan 4:1 yang paling optimal pada biogas, serta mengetahui seberapa besar nilai kalor yang dihasilkan. Variasi campuran dari pengujian ini adalah penambahan 0% Urea dan EM-4, 1% Urea, 1% EM-4 , dan 1% urea + EM-4. Pengujian ini dimulai dengan merancang tabung digester, kemudian melakukan perakitan instalasi tabung digester dengan ukuran tabung 120 L dan komponen lainnya. Selanjutnya dilakukan proses pengecekan terhadap semua komponen instalasi sebelum dilakukan pengujian. Kemudian dilakukan proses pengisian bahan baku berupa limbah cair tempe dan sekam padi sesuai dengan komposisi yang telah ditentukan serta ditambahkan bahan pendukung pembusukan yaitu Urea dan EM-4. Proses fermentasi dilakukan selama 30 hari, dilakukan pengadukan terhadap isian bahan baku selama 10 menit setiap 2 kali sehari. Dari hasil pengujian didapatkan produksi biogas tertinggi adalah sebesar 0,0223 kg yang dihasilkan dari campuran penambahan 1% Urea + EM-4, sedangkan produksi biogas terendah adalah sebesar 0,0139 kg yang dihasilkan dari campuran tanpa penambahan Urea dan EM-4. Nilai kalor biogas tertinggi dihasilkan dari campuran penambahan 1% Urea + EM-4, dengan nilai kalor sebesar 663,19 Kj. Sedangkan nilai kalor terkecil didapatkan pada campuran tanpa penambahan Urea dan EM-4, yaitu sebesar 364,52 Kj. Dapat disimpulkan campuran yang paling optimal adalah 1% Urea + EM-4 pada 80% limbah cair tempa dan 20% sekam padi. Kata Kunci: biogas, tabung digester, limbah cair tempe, sekam padi, urea, EM-4. vii PENGARUH PENAMBAHAN EM-4 DAN UREA DALAM CAMPURAN BAHAN KERING DAN LIMBAH CAIR TEMPE TERHADAP PRODUKSI DAN NILAI KALOR BIOGAS PADA DIGESTER Harjo Dwi Saputro, Nur Aklis Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl.A.Yani Tromol pos I Pabelan,Kartasura E-mail: [email protected] ABSTRACT Biogas is the result of fermentation of organic material by bacteria anaerobic. It produces gas which are mostly methane (CH4) and carbon dioxide (CO2). The purpose of this study are 1) to design a tool for making biogas (digeseter) on a small scale batch type, 2) to determine the effect of urea and EM-4 on a mixture of tempe liquid waste and rice husks with a ratio of 4: 1which is optimal on biogas, and 3) to know how much the heat value which is produced. Variations of the mixture in this test are the addition of 0% Urea and EM -4, 1% urea, 1% EM-4, and 1% urea + EM-4. This test is begun by designing the digester tube, and then performing the installation assembly digester tube which its size 120 L and other components. After that, the next step is checking process on all components of the installation prior to the tests. The next step is charging process of raw materials such as tempe liquid waste and rice husks based on predetermined composition. It is also added by supporting material for decaying. Those are Urea and EM-4. The fermentation process is carried out for 30 days. It is stirred the contents of raw materials for 10 minutes twice a day. The result shows that the highest biogas production is 0.0223 kg which is produced by mixture with addition of 1% urea + EM-4, while the lowest biogas production is 0.0139 kg which is produced by mixtures without any addition of urea and EM-4. The highest heat value of biogas which is produced by mixture with addition of 1% urea + EM-4 is 663.19 Kj. While, the smallest heat value which is produced by mixture without addition of urea and EM-4 is 364.52 Kj. It can be concluded that the most optimal mixture is 1% Urea + EM-4 at 80% on tempe liquid waste and 20% on rice husks. Keywords: biogas, digester tube, tempe liquid waste, rice husks, urea, EM-4 viii KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang senantiasa melimpahkan rahmat, hidayah dan inayahNya kepada kita semua, tak lupa sholawat serta salam senantiasa tercurahkan kepada junjungan kita Nabi Muhammad SAW yang telah membawa kita dari jaman jahiliyyah ke jaman terang benderang seperti saat ini. Alhamdulillahirabbil „aalamin penulis dapat menyelesaikan tugas sarjana berjudul “Rancang Bangun Alat Konversi Biogas Limbah Cair Tempe Dan Pengujian Dengan Penambahan Variasi Campuran Sekam Padi”. Tugas ini disusun sebagai salah satu syarat kelulusan di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Banyak hambatan dan rintangan yang penulis hadapi dalam penulisan tugas sarjana ini. Pada kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sedalam-dalamnya pada berbagai pihak yang telah banyak membantu serta memberikan dukungan baik secara langsung maupun tidak sehingga penulis tetap istiqomah hingga laporan ini dapat terselesaikan, yaitu kepada: 1. Kedua orang tua tersayang, Sujarwo dan Sari Murniati, yang begitu tulus memberikan segalanya demi keberhasilan putra putri nya. 2. Kakak dan Adik tercinta, saudara pemicu motivasi untuk berjuang mengangkat nama baik keluarga. 3. Nur Aklis, ST.,M.Eng dan Nurmuntaha A.N, ST.,Pg.Dip, selaku dosen pembimbing yang senantiasa memberikan arahan dan masukanmasukan yang sangat bermanfaat bagi terselesaikannya tugas ini. 4. Tri Widodo Besar, Phd, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin beserta seluruh jajarannya yang telah bekerja menata dan menjadikan jurusan Teknik Mesin UMS menjadi lebih baik. 5. Seluruh Dosen Jurusan Teknik Mesin yang senantiasa menularkan ilmu nya dan membimbing dalam civitas akademika. ix 6. Teman-teman seperjuangan 2011, telah memberi arti solidaritas dan ilmu diluar kuliah yang begitu berharga dalam keseharian sosial. 7. Teman-teman Organiasi intra dan ekstra kampus, BEM FT, Femat Jateng DIY, Imapass, Bigreds Solo, TNYI, SMIH, BNS, Loveland, dan semua voulunteer agenda pemkot Surakarta yang memberikan pengalaman dan pelatihan softskill yang teramat penting untuk karir saya. 8. Teman 1 kelompok tugas akhir Wakhid Arifin dan Angga Prihatmaja yang telah sama-sama berjuang menyelesaikan tugas akhir ini. 9. Teman-teman Kos Ardiaz Tuwak Wetan yang tak bisa disebut satu per satu nama dan dukungan mereka baik dari segi moril ataupun materil. 10. Serta seluruh pihak lain yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu, yang telah membantu dalam penyusunan tugas akhir ini. Semoga Allah SWT selalu memberikan rahmat-Nya yang berlimpah serta membalas amal baik dan segala bantuan yang telah diberikan kepada penulis. Penulis juga menyadari bahwa masih banyak kesalahan dan kekurangan dalam penulisan tugas akhir ini. Maka dari itu, dengan rendah hati penulis mengharapkan adanya kritik dan saran yang bersifat membangun guna hasil yang lebih baik kedepannya. Harapan terakhir dari penulis, semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi diri sendiri maupun orang lain terutama para pembaca sekalian. Surakarta, 30 Desember 2016 Penulis x DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL .......................................................................... i PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ............................................ ii HALAMAN PERSETUJUAN .......................................................... iii HALAMAN PENGESAHAN ............................................................ iv LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR .................................................... v MOTTO ........................................................................................... vi ABSTRAKSI ................................................................................... vii KATA PENGANTAR ...................................................................... x DAFTAR ISI ..................................................................................... xii DAFTAR GAMBAR ......................................................................... xiv DAFTAR TABEL ............................................................................. xvi DAFTAR SIMBOL ................................................................................... xvii BAB I PENDAHULUAN ................................................................. 1 1.1 Latar Belakang .............................................................. 1 1.2 Perumusan Masalah ..................................................... 3 1.3 Tujuan Penelitian............................................................ 4 1.4 Manfaat Penelitian .......................................................... 4 1.5 Batasan Masalah ........................................................... 5 1.6 Sistematikan Penulisan ................................................. 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ........................................................ 8 2.1 Studi Literatur ................................................................ 8 2.1.1 Teori Penunjang .................................................... 9 2.2 Landasan Teori .............................................................. 11 2.2.1 Limbah Cair Tempe .............................................. 11 2.2.2 Sekam Padi .......................................................... 15 2.2.3 Effective Microorganism 4 (EM-4) ........................ 17 2.2.4 Urea ...................................................................... 20 xi 2.2.5 Biogas ................................................................... 22 2.2.6 Faktor yang Mempengaruhi Produksi Biogas ....... 25 2.2.7 Jenis Biodigester .................................................. 28 2.2.8 Nilai Kalor Pembakaran Gas ................................ 33 2.2.9 Gas Metana .......................................................... 34 2.2.10 Tekanan Digester ............................................... 35 2.2.11 Volume Gas ........................................................ 36 2.2.12 Persamaan Gas Ideal ......................................... 37 2.2.13 Massa Gas ......................................................... 37 2.2.14 Kalor ................................................................... 38 BAB III METODE PENELITIAN ...................................................... 40 3.1 Diagram Alir Penelitian .................................................. 40 3.1.1 Studi Pustaka dan Literatur .................................. 41 3.1.2 Perancangan dan Desain ..................................... 41 3.2 Pembuatan Biodigester .................................................. 44 3.3 Peralatan Pengujian ....................................................... 45 3.4 Pengujian Biodigester .................................................... 48 3.5 Bahan Penelitian ............................................................ 50 3.6 Instalasi Pengujian ......................................................... 51 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................. 53 4.1 Spesifikasi Tabung Reaktor ........................................... 53 4.2 Data Hasil Pengujian ..................................................... 53 BAB V PENUTUP ........................................................................... 65 5.1 Kesimpulan .................................................................... 65 5.2 Saran ............................................................................. 66 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN-LAMPIRAN xii DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Limbah Padat Tempe .................................................. 11 Gambar 2.2 Limbah Cair Tempe ..................................................... 14 Gambar 2.3 Sekam Padi ................................................................. 16 Gambar 2.4 Effective Microorganism 4 (EM4) ................................ 17 Gambar 2.5 Pupuk Urea .................................................................. 21 Gambar 2.6 Tahapan Proses Pembentukan Biogas ....................... 24 Gambar 2.7 Digester Tipe Fixed Dome .......................................... 30 Gambar 2.8 Digester Tipe Floating Dome ....................................... 31 Gambar 2.9 Digester Tipe Balon ..................................................... 32 Gambar 2.10 Manoneter U .............................................................. 36 Gambar 3.1 Drum Biodigester 120 L .............................................. 42 Gambar 3.2 Manometer ................................................................... 43 Gambar 3.3 Kompor Modifikasi ....................................................... 45 Gambar 3.4 Termometer ................................................................ 46 Gambar 3.5 Stopwatch Digital ........................................................ 46 Gambar 3.6 Gelas Ukur .................................................................. 47 Gambar 3.7 Timbangan Digital ....................................................... 48 Gambar 3.8 Bahan Penelitian ......................................................... 50 Gambar 3.9 Instalasi Pengujian ...................................................... 51 Gambar 4.1 Grafik Hubungan antara Waktu dengan Massa Harian ............................................... 59 Gambar 4.2 Grafik Massa Total yang Telah Dihasilkan pada Berbagai Varasi Campuran ....................................................... 62 Gambar 4.3 Nilai Kalor Biogas yang Dihasilkan dari Berbagai Variasi Campuran ...................................................... xiii 64 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Komponen Penyusun Biogas ........................................... 10 Tabel 2.2.Karateristik Limbah Cair Tempe ...................................... 14 Tabel 2.3 Komposisi Kimia Sekam Padi ......................................... 16 Tabel 2.4 Komposisi Bioaktivator EM-4 .......................................... 18 Tabel 2.5 Nilai Kalor Pembalaran Biogas dan Natural Gas ............ 34 Tabel 3.1 Keterangan Gambar Digester ......................................... 51 Tabel 4.1 Data Perbedaan Ketinggian Air Manometer .................... 54 Tabel 4.2 Data Tekanan Harian Biogas .......................................... 56 Tabel 4.3 Data Massa Harian Biogas ............................................. 58 Tabel 4.4 Data Perubahan Massa Biogas ...................................... 64 xiv DAFTAR SIMBOL Kalor (Joule) Massa air (kg) Volume (m3) P Tekanan (N/ m2) r jari-jari (m) n Molar gas (mol) g Gravitasi ( 9,81m/s) T Suhu (Kelvin / °C) R Konstanta Gas ( Nm/Kg°K) Koefisien air (4,200 Kj/Kg°K) xv
