LAMPIRAN I DATA PENGAMATAN

Transkripsi

1 LAMPIRAN I DATA PENGAMATAN Data Hasil Pengamatan Pada Alat Digester Fixed Dome Type dari hari ke-9 sampai hari ke-25 No. Hari ke- Perbedaan Ketinggian Manometer (cm)

2 LAMPIRAN II PERHITUNGAN 1 Data Desain Dibutuhkan biogas sebanyak 3 m 3 /jam sebagai bahan bakar generator set untuk menghasilkan listrik 0,5 kwh. Pada penelitian ini kebutuhan daya listrik = 0,3 kw perhari untuk 1 jam operasi. Sehingga kebutuhan biogas untuk generator set 0,3 kwh : 0,5 kwh 3 m 3 /jam = 0,3 kwh Xm 3 /jam 0,5 kwh x (X m 3 /jam) = 0,3 kwh x (3 m 3 /jam) X m 3 /jam = 0,3 kwh x (3 m3/jam) 0,5 kwh X = 1,80 m 3 /jam Biogas yang harus diproduksi perhari (Vg) : Vg = Kebutuhan biogas untuk generator set/jam x Waktu operasi/hari = 1,80 m 3 /jam x 1 jam/hari = 1,80 m 3 /hari Volume slurry dalam digester yang disiapkan (VDs) = 1,5 m 3 2 Penentuan Kapasitas Volumetrik Produksi Biogas Penentuan kapasitas volumetrik produksi biogas dihitung berdasarkan persamaan Gunnerson and Stucky 1986 sebagai berikut : Vs = B o x S o HRT x [1 K ((HRT x µm) 1)+ K ]...(1) Dimana : K = 0,8 + (0,0016 x e 0,06 x So )...(2) µm= 0,013 (T) 0,129...(3) 53

3 54 Vs = Spesifik yield (kapasitas volumetrik biogas, m 3 /m 3 volume slurry) = V g(volume biogas,m 3 /m 3 volume slurry) V R (Volume slurry,m 3 volume slurry) Bo =Kapasitas biogas tertinggi, m 3 biogas/kg volatile solid (VS) yang ditambahkan So = Konsentrasi volatile solid (VS) didalam input material, kg/m 3 = 100 kg/m 3 (sumber : Gunnerson and Stucky, halaman 32) HRT = Hidraulic Retention Time, hari K = 10 hari = Koefisien kinetik (tidak berdimensi) = 1,445 dt -1 untuk So = 100 kg/m 3 µm = Laju pertumbuhan spesifik maksimum dari mikroorganisme perhari T = Temperatur operasi rata rata harian, ºC = 35 ºC Sehingga : Vs = B o x S o HRT x [1 K ((HRT x µm) 1)+ K ] = 0,2m3 kg x 100 kg/m3 volume slurry 10 hari x [1 = 2 m 3 /m 3 volume slurry x [1 1,445 3,71 ] = 2 m 3 /m 3 volume slurry x [ 1-0,39] = 1,22 m 3 /m 3 volume slurry 1,445 dt 1 ((10 hari x ((0,013 x 35) 0,129)) 1)+1,445 dt 1] Dari harga volume spesifik biogas dan volume reaktor yang disiapkan didapat volume biogas perhari yang diproduksi : Vg = Volume spesifik (Vs) x Volume slurry dalam digester (VDs) = Vs x VDs = 1,22 m 3 /m 3 volume slurry x 1,5 m 3 volume slurry = 1,83 m 3 (sama dengan harga Vg yang direncanakan)

4 55 3 Perhitungan Volatile solid (VS) Untuk Kebutuhan 1,83 m 3 Biogas Dari perhitungan yang telah dilakukan dengan persamaan Gunnerson and Stucky halaman 33, diperoleh bahwa 1 kg volatile solid menghasilkan volume spesifik biogas (VS1) sebesar 1,22 m 3 biogas/hari. Sehingga volatile solid untuk 1,83 m 3 biogas dapat dihitung dengan persamaan berikut ini : V s1 VS = V s 2 VS 2 VS2 = V s2 V s 1 x VS = 1,83 m3 biogas/hari x 1 kg volatile solid 1,22 m 3 biogas/hari = 1,50 kg volatile solid 4 Perhitungan Jumlah Kotoran Sapi yang Dibutuhkan Dari Budi Nining Widarti diketahui kotoran sapi mengandung 20,7% volatile solid (VS). Sehingga total kotoransapi (KS) adalah : KS = ,7 x VS = 100 x 1,5 kg volatile solid 20,7 = 7,25 kg 5 MenentukanKonfigurasi Digester Fungsi : Tempat proses fermentasi slurry campuran kotoran sapi dan air oleh bakteri anaerobic Bentuk : Silinder horizontal Bahan : Fiber glass Digester yang digunakan adalah tedmon air dengan volume 2 m 3. Bagian tutup digester diasumsi menjadi sisi datar karena bagian ellips sangat kecil. Volume slurry kotoran sapi adalah 1,5 m 3 dari total volume digester dan volume penampung sementara biogas adalah 0,5 m 3 dari total volume digester. Berikut adalah diagram silinder horizontal dari digester :

5 56 C D ruang penampung sementara gas 0.5 m 3 ruang slurry 1.5 m 3 h = 0,835 m A L ks r B D = 2r= 1,2 m A L ks Φ E B L P Perhitungan konfigurasi silinder horizontal digester menggunakan teorema Pythagoras. Dari spesifikasi tedmon didapat diameter digester, D = 1,2 m. Dari spesifikasi tedmon didapat panjang digester, P = 1,78 m. Dan untuk harga h (tinggi slurry didalam digester) ditrial hingga didapat volume yang sama dengan volume penampung sementara biogas sesuai target desain yaitu 0,5 m 3. Diambil harga h = 0,835 m (tinggi slurry dari permukaan kesisi bawah digester) hg ruang penampung sementara gas 0.5 m 3 ruang slurry 1.5 m 3 h = 0,835 m r D = 2r = 1,2 m LP Tinggi tempat penampung biogas sementara dari permukaan slurry kesisi atas digester, hg : hg = D h = 1,20 m 0,835 m = 0,365 m

6 57 ruang penampung sementara gas 0.5 m 3 L ks ruang slurry 1.5 m 3 r D = 2r L ks P L C D ruang penampung sementara gas 0.5 m 3 ruang slurry 1.5 m 3 h = 0,835 m A L ks r B a A b L ks Φ D = 2r= 1,2 m E B h 1 / 2 D 1 1 / 2 D 2 P L Dari gambar dapat diketahui bahwa a = b = {( 1 D1) (h 1 D2)} 2 2 Sehingga untuk menghitung lebar permukaan slurry kotoran sapi (Lks) dalam digester : Lks = 2 x {( 1 2 D1)2 (h 1 2 D2)2 }(Sumber : Rumus Matematika) = 2 x {( 1 x (1,20 2 m)2 ) (0,835 ( 1 x (1,20 2 m)2 ))} = 1,10 m C D ruang penampung sementara gas 0.5 m 3 ruang slurry 1.5 m 3 h = 0,835 m A L ks r B D = 2r= 1,2 m A Lj Lt L ks Φ E L s B h 1 / 2 D 1 1 / 2 D 2 LP Luas segitiga sama kaki AEB adalah : Karena Lks = alas segitiga AEB (a), dan tinggi slurry dari permukaan kesisi bawah digester dikurang dengan setengah diameter = tinggi segitiga (dapat dibuktikan pada gambar) maka dapat dihitung :

7 58 Ls = 1 2 a x t (Sumber :Rumus Matematika) = 1 2 Lks x (h - 1 D2) 2 = 1 1,10 m x {0,835 m 2 (1 x 1,20 m)} 2 = 1 2 1,10 m x 0,235 m = 0,139 m 2 tan ( 1 2 φ) = {(1 2 D2 ) (h ( 1 2 D2 )) h ( 1 2 D) } (Sumber : Website For Static Equipment Calculation) = { (1 2 x (1,20 m)2 ) (0,835 m ( 1 2 x (1,20 m)2 )) 0,835 m ( 1 2 x 1,20 m) } = 2,35 (φ) = 133,88 Luas juringellips AB, Lj : Lj = 1 π 4 D2 ( φ 360O) (Sumber : Rumus Matematika) = 1 4 3,14 x (1,20 m)2 x ( 133, ) = 0,420 m 2 Luas tembereng, Lt : Lt = Lj - Ls (Sumber : Rumus Matematika) = 0,405 m 2 0,139 m 2 = 0,281 m 2 Volume penampung sementara biogas didalam digester, Vg : Vg = Lt x panjang digester (L) = 0,251 m 2 x 1,78 m = 0,501 m 3

8 59 Diagram desain silinder digester : ruang penampung sementara gas 0.5 m 3 L =1.10m ks hg =0.365m ruang slurry 1.5 m 3 r D=1.2 m D = 2r h=0.83m r=0.6 P = 1,78 L=1.78 Lm m Data trial untuk tinggi slurry dari permukaan slurry ke sisi bawah digester dilakukan dengan melakukan perhitungan yang sama seperti perhitungan konfigurasi digester diatas dan hasilnya dapat dilihat pada tabel berikut : h (m) hg (m) Wks (m) Ls (m 3 ) Lj (m 3 ) Lt (m 3 ) Vg (m 3 ) 0,765 0,44 1,15 0,098 0,465 0,367 0,65 0,8 0,4 1,13 0,118 0,443 0,325 0,58 0,835 0,365 1,10 0,139 0,420 0,281 0,501 0,87 0,33 1,07 0,16 0,397 0,238 0,42 0,905 0,3 1,03 0,18 0,373 0,193 0,34 0,94 0,26 0,99 0,201 0,348 0,147 0,26 Dari hasil trial tinggi slurry dari permukaan slurry ke sisi bawah digester, diperoleh bahwa pada tinggi 0,835 m, volume penampung sementara gas yang tersedia sesuai dengan rencana desain yaitu 0,501 m 3. 6 Konfigurasi Mixing Tank Fungsi : Tempat pencampuran umpan (slurry campuran kotoran sapi dan air) Bentuk : Silinder vertical dengan tutup dan alas ellipsoidal Bahan : Polyethylene

9 60 Influen h H D 6.1 Data Desain Densitas campuran kotoran sapi dan air = 1354 kg/m 3 Laju alir massa kotoran sapi = 7,25 kg/jam Laju alir massa air = 14,50 kg/jam Laju alir massa total (kotoran sapi dan air) = 21,75 kg/jam Temperatur = 30 C 6.2 Volume Mixing Tank V = = Laju alir massa total Densitas campuran kotoran sapi dan air 21,75 kg/jam 1124 kg/m 3 = 0,016 m Faktor Keamanan (50%) Vt = (100% + Faktor keamanan) x Vt = (100% + 50%) x 0,016 m 3 = 150% x 0,016 m 3 = 1,5 x 0,016 m 3 = 0,024 m 3

10 Diameter Mixing Tank Mixing tank ini didesain dengan ukuran tinggi silinder vertikal (H) = 2D (Sumber : Perry Chemical Engineering Handbook), dengan demikian dapat dihitung diameter tangki sebagai berikut : Vt = Volume silinder (Vs) + 2 x Volume head (Vh) Dimana : Vs = 1 π 4 D2 H (Sumber : Website For Static Equipment Calculation) = 1 π 4 D2 x 2 D = 1 π 2 D3 = π 2 D3 Vh = 1 24 π D3 (Sumber : Website For Static Equipment Calculation) = π 24 D3 Sehingga didapat : Vt = Volume silinder (Vs) + 2 x Volume head (Vh) = π 2 D3 + (2 x π 24 D3 ) = D 3 x ( 12 π 24 + π 24 + π 24 ) = 14 π 24 D3 = 7 π 12 D3 Maka dapat dihitung diameter mixing tank : Vt = 7 π 12 D3 1 D = [ 12 V t ] 3 7 π = [ 12 x 0,024 m3 7 x 3,14 = 0,33 m ] 1 3

11 Tinggi Silinder (H) H = 2 D (Sumber : Perry Chemical Engineering Handbook) = 2 x 0,33 m = 0,66 m 6.6 Tinggi Elipsoidal (h) Mixing tank ini didesain dengan tutup dan alas elipsoidal dengan ukuran tinggi elipsoidal (h) = 0,25 D (Sumber : Perry Chemical Engineering Handbook), dengan demikian dapat dihitung diameter tangki sebagai berikut : H = 0,25 D(Sumber : Perry Chemical Engineering Handbook) = 0,25 x 0,33 m = 0,08 m 6.7 Tinggi Mixing Tank (Ht) Karena mixing tank terdiri atas sebuah silinder dengan tutup dan alas elipsoidal maka untuk menghitung tinggi tangki yaitu : Ht = H + 2 x h = 0,66 m + 0,08 m = 0,74 m 7 Konfigurasi Over Flow Tank Volume bahan baku (campuran kotoran sapi dan air) yang masuk akan sama dengan volume sludge yang dikeluarkan setiap hari. Kaena itu volume over flow tank sama dengan volume mixing tank. Sehingga perhitungan desain over flow tank sama dengan perhitungan desain mixing tank. Volume over flow tank = 0,024 m 3

12 63 Diagram ukuran over flow tank: 8 Kapasitas Listrik yang Dihasilkan Dari data desain, untuk beban listrik 0,3 kw, Maka diperlukan volume biogas sebesar 1,83 m 3. Sehingga dapat dihitung sebagai berikut : 1,83 m 3 = 0,3 kw 1,716 m 3 = x kw 1,83 m 3 0,3 kw 1,716 m3 = x 1,83 x = 0,514 kw x = 0,514 kw 1,83 = 0,286 kw

13 LAMPIRAN III DOKUMENTASI Pengaturan Peletakan Digester Pengecekan Kebocoran Digester Pengecatan Digester Fixed Dome Digester 64

14 65 Pengambilan Kotoran Sapi di Peternakan Pengadukan Kotoran Sapi : Air Pemasukan Slurry Ke Dalam Digester (Start Up) Bakteri GP7 Penambahan Air pada Slurry Air untuk Slurry

15 66 Pembuatan Slurry Setelah Steady State Pengisian Slurry Setelah Steady State Pengujian Nyala Api Biogas Konversi Biogas Menjadi Listrik

16 67 Pengujian Beban Listrik Tekanan Pada Kompresor