REKAYASA TRANSFER ENERGI GAS DARI PENGOLAHAN SAMPAH ORGANIK DALAM MENINGKATKAN KUALITAS PRODUKSI GAS YANG BERSUMBER DARI BIOMASA

Transkripsi

1 REKAYASA TRANSFER ENERGI GAS DARI PENGOLAHAN SAMPAH ORGANIK DALAM MENINGKATKAN KUALITAS PRODUKSI GAS YANG BERSUMBER DARI BIOMASA TRIED OF GAS ENERGY TRANSFER FROM ORGANIC WASTE TREATMENT TO IMPROVEMENT THE QUALITY OF GAS PRODUCTION FROM BIOMASS Suparjo 3, Fadly 2, Madyawati L 1, Marfizal 2, dan Sutrisno 1* 1 Program Studi Kimia, 2 Program Studi Teknik Mesin STITEKNAS Jambi, 3 Program Studi Biologi Fakultas Sains dan Teknologi Univeritas Jambi * herasutrisno@gmail.com ABSTRACT Biomass gasification of organic waste is a gas which can be utilized as a source of alternative energy. However, in the process, the resulting gas still found fairly high moisture content. So it takes liquidifikasi, water trap and adsorption technology to improve the quality of the gas. This research begins with the design of energy conversion tool as the process liquidifikasi, fluids water trap and adsorption technology. The quality of the resulting gas increases significantly and the resulting combustion gases are reduced. Keyword : the design of liquidifikasi, water trap and liquid adsorption technology ABSTRAK Hasil gasifikasi biomasa dari sampah organik adalah gas yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi alternatif. Namun, dalam prosesnya, gas yang dihasilkan masih ditemukan kandungan air yang cukup tinggi. Sehingga dibutuhkan liquidifikasi, water trap dan teknologi adsorpsi untuk meningkatkan kualitas gas.penelitian ini dimulai dengan perancangan alat konversi energy sebgai proses liquidifikasi, penjebak cairan dan teknologi adsorpsi.kualitas gas yang dihasilkan meningkat secara signifikan dan dihasilkan pembakaran gas yang tereduksi pengotornya.. Kata kunci: perancangan liquidifikasi, teknologi adsorpsi dan penjebak cairan 1. PENDAHULUAN Pertumbuhan penduduk menyebabkan pertambahan jumlah sampah. Semakin banyak jumlah penduduk dalam suatu kota, maka semakin kompleks pula kegiatan dan usahanya, sehingga akan semakin besar pula permasalahan sampah yang harus ditanggulangi [1]. Sumber sampah yang terbanyak dari pemukiman dan pasar tradisional. Sampah pasar seperti sayur mayur, buah-buahan, ikan, dan lain lain, sebagian besar (95%) berupa sampah organik sehingga lebih mudah untuk ditangani dan bisa diurai oleh mikroba. Sedangkan sampah yang berasal dari pemukiman umumnya sangat beragam, 216

2 tetapi secara umum minimal 75% terdiri dari sampah organik dan sisanya anorganik [2]. Sampah biodegradable atau setiap limbah organik yang biodegradable dalam kondisi anaerob dapat dimanfaatkan menjadi energi melalui proses anaerob. Proses ini merupakan peluang besar untuk menghasilkan energi alternatif sehingga akan mengurangi dampak penggunaan bahan bakar fosil. Saat ini pemanfaatan energi terbarukan ini kebanyakan masih sebatas dalam skala rumah tangga, itupun hanya sebagian masyarakat yang mempunyai reaktor biogas sendiri, sedangkan untuk memproduksi biogas berkapasitas besar terbentur masalah pendistribusiannya. Ada yang menggunakan jaringan pipa dari pipa PVC yang secara langsung dihubungkan ke rumah - rumah. Dari aplikasi - aplikasi yang terlihat cukup sederhana tersebut dapat disimpulkan bahwa pendistribusian biogas menggunakan tabung-tabung LPG secara teknis sangatlah mungkin dilakukan. Hal ini didukung terutama sekali jika dikaitkan dengan keuntungan dari sisi kepraktisan, efektifitas serta sisi ekonomisnya. Untuk memindahkan biogas dari digester ke dalam tabung tentunya dengan menggunakan mesin yang bisa mengkompresi biogas tersebut ke dalam tabung secara aman dan mengurangi resiko yang ditimbulkan. Dapat digambarkan bahwa cara kerja mesin ini sangat mudah, namun dengan mempertimbangkan sifat-sifat dari biogas itu sendiri yang mudah terbakar maka dalam proses kompresi biogas tersebut harus diberi perlakuan khusus. Salah satu alternatif yang mungkin dapat dilakukan adalah dengan pengemasan biogas ke dalam tabung. Teknologi pengemasan biogas dalam bentuk tabung tentunya melalui beberapa proses. Diawali dengan proses liquidifikasi, water trap dan teknologi adsorpsi untuk meningkatkan kualitas gas. Penelitian ini dimulai dengan perancangan alat konversi energi sebagai proses liquidifikasi, penjebak cairan dan teknologi adsorpsi dengan sistem bertekanan tinggi lalu dimasukan ke dalam tabung gas berukuran 3 kg. Selanjutnya, tabung gas tersebut dapat digunakan seperti tabung gas biasa. Sifat fisik dan kimia dari biogas mempengaruhi pemilihan teknologi yang akan digunakan, dimana pengetahuan tentang sifat-sifat dari biogas bermanfaat untuk mengoptimalkan peralatan yang menggunakan gas ini. Karena kandungan utama biogas terdiri dari metana dan karbondioksida, maka sifat biogas difokuskan pada sifat-sifat dari masing-masing gas tersebut. Unsur-unsur lain seperti nitrogen (N 2 ), hidrogen sulfida (H 2 S), relatif dalam jumlah sangat kecil, namun gas hidrogen sulfida mempunyai pengaruh yang sangat besar terhadap material yaitu dapat menyebabkan korosi jika bereaksi dengan air (H 2 O). 217

3 Kompresi Biogas Tabel 1. Sifat-sifat metana dan karbondioksida Karakteristik Metana (CH 4 ) Karbon dioksida (CO 2 ) Berat Molekul 16,04 44,1 Berat jenis (specific gravity) 0,554 1,52 Titik 14,7 psia 126,43 o C 42,99 o C Titik 14,7 psia -182,53 o C -56,60 o C Volume jenis 24,2 ft 3 /lb 8,8 ft 3 /lb Temperatur kritis 46,6 o C 31,10 o C Tekanan kritis 673 psia psia Perbandingan panas jenis 1,307 1,303 Sumber : Heisler, 1981, biogas utilization handbook hlm 14) Mengkompresi biogas mengurangi keperluan penyimpanan, memusatkan kandungan energi, dan menaikkan tekanan hingga ke batas yang dibutuhkan untuk mengatasi tahanan aliran gas. Terkadang tekanan yang dihasilkan dari digester tidak mencukupi kebutuhan tekanan yang diperlukan pada peralatan yang akan digunakan. Dengan mengkompresi biogas maka dapat mengeliminasi hal-hal yang mungkin tidak diinginkan dan menjamin pengoperasian yang lebih efisien pada peralatan. Gambar 1. Digester dan komponen kompresi biogas [3] Tekanan operasi dari kebanyakan sistem penanganan biogas secara umum kurang dari 1 psig (30 in kolom air). Jika sistem terdapat sebuah kompresor, beberapa pipa dalam sistem dapat mempunyai tekanan operasi setinggi-tingginya 150 psig. Kebanyakan sistem akan memerlukan sebuah katup pembebas (relief valve), oleh karena itu tekanan operasi maksimum akan menjadi tekanan penyetelan dari katup pembebas. Jika sebuah sistem dengan sebuah kompresor tidak mempunyai katup pembebas, tekanan operasi maksimum akan menjadi tekanan penyetop (shut-off pressure) dari 218

4 kompresor dimana terjadi ketika aliran gas melalui kompresor adalah nol dan tekanan keluaran (output) adalah maksimum. Tekanan desain yang digunakan untuk menentukan ketebalan dinding pipa dan katup seharusnya dihitung sebagai berikut : Tekanan desain = 1,5 x tekanan operasi maksimum Temperatur biogas akan mendekati sama dengan temperatur sumbernya dimana biogas tersebut dihasilkan, yaitu digester. Temperatur operasi maksimum dari sebuah sistem penanganan biogas akan mendekati 150 of karena temperature pembangkit biogas tertinggi yang dikenal sebagai thermophilic digester beroperasi terbaik pada temperatur 131 of. Jika gas dikompresi tanpa pendinginan untuk membuang panas dari kompresi, temperatur gas akan naik secara signifikan [4], Tkompresor out = Tkompresor in x (Pout/Pin) Dimana : Tkompresor out = temperatur gas keluar kompresor ( o C) Tkompresor in = temperatur gas masuk kompresor ( o C) Pout = tekanan keluar kompresor (psig) Pin = tekanan masuk kompresor (psig) Temperatur desain dihitung sebagai berikut : Temperatur desain = 1,5 x temperatur operasi maksimum Pemilihan Kompresor Hubungan non-linear antara daya kuda yang diperlukan untuk mengkompresi biogas dapat dilihat pada gambar 2 :. Gambar 2. Variasi daya kuda (horsepower) dengan tekanan keluar kompresor[4] 219

5 Secara matematis, hubungan antara tekanan sistem, kapasitas kompresor, dan energi yang diperlukan untuk kompresi dalam kompresor adiabatik, tanpa gesekan (frictionless) dapat dinyatakan sebagai berikut : [( ) ] Dimana : W = kerja poros yang diperlukan untuk kompresi (horse power) k = perbandingan panas jenis (Cp/Cv) dari biogas = 1,3* R = konstanta gas untuk biogas (0,0729 Btu/lb.oR)* T1 = temperatur awal (of) T2 = tekanan awal (psig) P2 = tekanan akhir (psig) 2. METODOLOGI PENELITIAN Metode penelitian yang digunakan metode rekayasa (suatu kegiatan rancang bangun) yang tidak rutin, sehingga di dalamnya terdapat kontribusi baru, baik dalam bentuk proses maupun produk/prototype. Desain (Perancangan) Konsep desain yang merupakan solusi dari masalah perancangan yang harus dipecahkan, berupa gambar teknik atau gambar skema yang sederhana, tetapi telah memuat semua fungsi yang diperlukan. Fungsi yang perlu ditambah atau diperbaiki dari desain adalah pengembangan prototipe. Hal penting yang menjadi tambahan dalam penelitian ini adalah mudah dioperasikan, aman bagi kesehatan, ergonomis, ramah lingkungan dan mudah perawatannya Perancangan meliputi rancangan fungsional untuk menentukan fungsi darikomponen utama alat penangkap gas methan dan rancangan struktural untuk menentukan bentuk dan tata letak dari komponen utama: 1. Digester 2. Water trap 3. Satu set sistim pendingin 4. Kompresor 5. Tabung Gas 3 Kg 6. Slang Penghubung 220

6 Gambar 3.Skema Alat Transfer Prinsip Kerja Alat Biogas yang dihasil kan oleh digester disalurkan kedalam water trap untuk menyerap kotoran dan uap air yang terkandung dilam biogas. Kemudian didinginkan oleh sistim pendingin setelah didinginkan laulu di kompresikan oleh kompresor untuk penyimpanan kedalam tabung gas 3 kg. Gambar 4. Alat Transfer Bio Gas Spesifikasi Kompresor yang digunakan Type:Portable MZ07-25 Daya Motor : 0.56 kw / 3/4 HP Piston Diplacement : 125 lt/min Tekanan Udara : 8 bar = 116,3 Psi 221

7 Kecepatan Kompresor : 2850 rpm Diameter x jumlah slinder (mm x nol) : 1 Berat Bersih : 22 Kg Dimensi : 550 x 300 x 620 mm Volume Tabung : 25 liter 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Dengan teknologi ini bahwa biogas yang dihasilkan kualitasnya jauh lebih bagus dibandingkan tanpa menggunakan alat ini, karena H 2 O dan uap air yang terkandung dalam biogas telah di filter oleh water trap hal ini di buktikan dengan nyala api pembakaran pada kompor, warna api pembakaran tampa alat ini adalah merah sedangkan, warna nyala api yang menggunakan water trap berwarna biru mendekati warna pembakaran gas elpiji Sedangkan penyimpanan bisa digunakan dalam tabung gas 3 kilogram namun hasilnya belum maksimal karena belum tercapainya jumlah gas yang di kompresikan sesuai dengan yang di inginkan. Gambar 5. Hasil pembakaran Sebelum menggunakan Alat Gambar 6. Hasil pembakaran setelah menggunakan Alat 4. KESIMPULAN DAN PROSPEK Dari proyek akhir ini dapat disimpulkan biogas yang dikompresikan telah dilakukan pemurnian dari gas H 2 O dan uap air. Kadar gas metana yang dikompresikan hanya 55%. Tabung yang digunakan untuk uji coba adalah tabung LPG 3 kg. Motor yang digunakan sebesar 0,75 HP. Tekanan pengujian pada tabung LPG 3 kg sebesar 8 kg/cm 2 (113,79 Psi). Penelitian ini mempunyai prospek kedepan untuk memenuhi kebutuhan bahan bakar untuk penduduk menggantikan gas elpiji. Biogas ini kurang beresiko terhadap keselamatan konsumen. 222

8 5. UCAPAN TERIMA KASIH Kepada Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Jambi atas Pendanaan Penelitian yang bersumber dari PNBP DAFTAR PUSTAKA [1]. Fry, L. J. Methane Digesters for Fuel Gas and Fertilizer, The NewAlchemy Institute, Massachusetts, 8th Printing, [2]. sept 2003 [3]. Basuki, B.T. Pengolahan Limbah Cair Tank Cleaning Tangki Timbun di Instalasi Pertamina UPPDN IV Semarang. Majalah Reaktor. 2001; Vol.5, No.2, hal , Teknik Kimia, Universitas Diponegoro, Semarang. [4]. Budiarsa, I. W dkk. Biodegradasi Dodecyl Benzene Sulfonat dalam Sistem Lumpur Aktif. Jurnal Bumi Lestari. 2009; Vol 9 No 1. Hal [5]. Darsono, V. Produksi Biogas melalui Pemanfaatan Limbah Cair pabrik Minyak Kelapa Sawit dengan Digester Anaerob, Bengkulu ]. Djajadiningrat, A. Pengolahan Limbah Cair. Penelitian Pengelolaan Limbah, ITB, Bandung [7]. Edward D. S. Water and Waste Water Treatment. Mc Graw Hill, Kogakusha, LTD, New; [8]. Fry, L.J. Practical Building of Methane Power Plant For Rural Energy Independence, 2nd edition, Chapel River Press, Hampshire-Great Britain; 1974 [9]. Culp W Archie. Prinsip prinsip Koversi Energi, Erlangga Jakarta, 1985 [10]. Tjokrowisastro Harmadi E. Ir. ME. Dan Widodo B.U. Ir.ME. Teknik pembakaran Dasar dan Bahan Bakar, ITS, Surabaya, 1990 [11]. Mikheyev M, Fundamental of Heat Transfer, Peace, Moscow [12]. Durban David, Norman A. Fleck, Singular Plastic Fied in steady Penetration of rigid Con, Journal of engineering material and technology. [13] Anonymous. Sifat Papan Partikel Datar, Standart Industri Indonesia SII , Departemen Perindustrian, Jakarta [14]. Assauri, S. Manajemen Produksi dan Operasi, Edisi ke-4, LPFEUI, Jakarta; [15]. Hutasoit, G.F. dan Prihastuti. Orientasi Penelitian Pembuatan Papan Partikel. Berita P3GI, Pusat Penelitian Perkebunan Indonesia (P3I), Pasuruan; 1996 [16]. Smith, W.F. Principle of Materials Science and Engineering. Mc Graw Hill Inc