Pengembangan Teknologi Alat Produksi Gas Metana Dari Pembakaran Sampah Organik Dengan Pemurnian Gas Menggunakan Zeolite Pada Variasi Jumlah Tabung

TUGAS AKHIR Pengembangan Teknologi Alat Produksi Gas Metana Dari Pembakaran Sampah Organik Dengan Pemurnian Gas Menggunakan Zeolite Pada Variasi Jumlah Tabung Tugas Akhir ini Disusun Untuk Memenuhi Syarat Mendapatkan Gelar Sarjana S1 Pada Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Disusun oleh: WAHYU PUJA KESUMA D 200 090 060 JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA NOVEMBER 2014 i

MOTTO Kebajikan apapun yang kamu peroleh adalah dari sisi Allah, dan keburukan apapun yang menimpamu, itu dari kesalahan dirimu sendiri. (An-Nisa : 79) Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan ( QS. Al Insyirah: 6) Jenius adalah 1 % inspirasi dan 99 % keringat. Tidak ada yang dapat menggantikan kerja keras (Thomas Alfa Edison) vi

RINGKASAN Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan teknologi alat produksi gas metana dari sampah organik sekam padi dengan cara dibakar, untuk mengetahui pengaruh pemurnian gas metana menggunakan zeolite pada variasi jumlah tabung, terhadap temperatur pembakaran, waktu nyala efektif dan jumlah kalor melalui metode pendidihan air. Pada penelitian ini menggunakan pemurnian gas yang didalamya terdapat zeolite dengan variasi satu tabung, dua tabung, tiga tabung, empat tabung, lima tabung dan enam tabung. Mengambil data setiap 5 kg sekam padi meliputi volume air yang dapat di-didihkan, lama waktu nyala efektif, temperatur pembakaran serta perubahan temperatur 1 liter air setiap dua menit. Hasil penelitian menunjukan variasi satu tabung didapatkan temperatur pembakaran rata-rata sebesar 524 0 C, waktu nyala efektif selama 48 menit dan jumlah kalor pendidihan air 917,61 kj. Variasi dua tabung didapatkan temperatur pembakaran rata-rata sebesar 506 0 C, waktu nyala efektif selama 62 menit dan jumlah kalor pendidihan air 1034,57 kj. Variasi tiga tabung didapatkan temperatur pembakaran rata-rata sebesar 461 0 C, waktu nyala efektif selama 70 menit dan jumlah kalor pendidihan air 1077,38 kj. Variasi empat tabung didapat temperatur pembakaran rata-rata sebesar 459 0 C, waktu nyala efektif selama 80 menit dan jumlah kalor pendidihan air 1139,38 kj. Variasi lima tabung didapatkan temperatur pembakaran rata-rata sebesar 443 0 C, waktu nyala efektif selama 42 menit dan jumlah kalor pendidihan air 611 kj. Variasi lima tabung didapatkan temperatur rata-rata sebesar 416 0 C, waktu nyala efektif selama 38 menit dan jumlah kalopendidihan air 527,64 kj. Kata Kunci: jumlah tabung, Sekam Padi, zeolite, Kalor vii

KATA PENGANTAR Assalamu alaikum. Wr. Wb Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas berkah dan rahmat-nya sehingga penyusunan laporan penelitian ini dapat terselesaikan. Tugas akhir berjudul Pengembangan Teknologi Alat Produksi Gas Metana Dari Pembakaran Sampah Organik Dengan Pemurnian Gas Menggunakan Zeolite Pada Variasi Jumlah Tabung dapat terselesaikan atas dukungan dari beberapa pihak. Untuk itu penulis pada kesempatan ini dengan segala ketulusan dan keikhlasan hati menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Ir. Sartono Putro, MT selaku pembimbing utama yang telah memberikan dukungan serta arahan dalam penulisan laporan tugas akhir ini. 2. Bapak Ir. Subroto, MT selaku pembimbing pendamping yang telah memberikan bimbingan dan arahan dalam penulisan tugas akhir ini. 3. Kedua orang tua Ibunda tercinta Kariyem dan ayahanda tercinta Sutarmo yang selalu memberikan semangat, doa dan dukungan baik moril maupun materil pada saya sehingga dapat mewujudkan keinginan beliau untuk mendapatkan gelar sarjana teknik 4. Adinda Retno Susanti yang selalu memberi motivasi dan yang tak pernah bosan memberikan semangat dan selalu mengingatkan untuk menyelesaikan penelitian dan penulisan tugas akhir ini. 5. Uta Lutfi Wicaksono teman seperjuangan dalam penelitian tugas akhir ini, terimakasih atas support dan kerja samanya karna telah memberikan ide-ide baru selama penelitian ini berlangsung. 6. Ahmad Rifai, devi Yulianto, Ary Dwi Rahmanto dan teman-teman Teknik Mesin angkatan 2009, yang tidak bisa disebutkan satu persatu viii

DAFTAR ISI Halaman Judul... Pernyataan Keaslian Skripsi... Halaman Persetujuan... Halaman Pengesahan... Lembar Soal Tugas Akhir... Lembar Motto... Ringkasan... Kata Pengantar... Daftar Isi... Daftar Gambar... Daftar Tabel... Daftar Simbol... i ii iii iv v vi vii viii x xiii xvi xvii BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 4 1.2 Perumusan Masalah... 4 1.3 Pembatasan Masalah... 4 1.4 Tujuan Penelitian... 4 1.5 Manfaat Penelitian... 5 1.6 Sistematika Penulisan... 6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 8 2.1 Tinjauan Pustaka... 8 2.2 Dasar Teori... 9 x

2.2.1 Biogas... 9 2.2.2 Pengertian Umum Tentang Sampah Sebagai Bahan Baku Biogas... 13 2.2.3 Gasifikasi... 15 2.2.4 Mekanisme Pembentukan Biogas... 18 2.2.5 Gas Metana... 19 2.2.6 Kalor... 21 BAB III METODE PENELITIAN... 23 3.1 Diagram Alir Penelitian... 23 3.2 Alat dan Bahan Penelitian... 24 3.2.1 Peralatan Penelitian... 24 3.2.2 Bahan Penelitian... 39 3.3 Skema Alat... 38 3.4 Tahap Penelitian... 38 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 40 4.1 Perbandingan Temperatur Pembakaran Pada Variasi jumlah tabung.... 40 4.2 Perbandingan Waktu Nyala Efektif pada Variasi jumlah tabung 41 4.3 Percobaan Gasifikasi Sampah Organik Sekam Padi Dengan Variasi Satu Tabung... 42 4.4 Percobaan Gasifikasi Sampah Organik Sekam Padi Dengan Variasi Dua Tabung... 45 4.5 Percobaan Gasifikasi Sampah Organik Sekam Padi Dengan Variasi Tiga Tabung... 47 4.6 Percobaan Gasifikasi Sampah Organik Sekam Padi Dengan Variasi Empat Tabung... 50 4.7 Percobaan Gasifikasi Sampah Organik Sekam Padi Dengan Variasi Lima Tabung... 52 xi

4.8 Percobaan Gasifikasi Sampah Organik Sekam Padi Dengan Variasi Enam Tabung... 54 4.9 Pembahasan Gasifikasi Sekam Padi Menggunakan Variasi Jumlah Tabung... 56 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 59 5.1 Kesimpulan... 59 5.2 Saran... 59 DAFTAR PUSTAKA... 61 LAMPIRAN xii

DAFTAR GAMBAR Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian... 23 Gambar 3.2 Reaktor Pembakaran... 25 Gambar 3.3 Detail Reaktor Pembakaran... 25 Gambar 3.4 Tutup Reaktor Pembakaran... 27 Gambar 3.5 Detail Tutup Reaktor Pembakaran... 28 Gambar 3.6 Pengaduk... 29 Gambar 3.7 Detail Pengaduk... 30 Gambar 3.8 Tabung Pemurnian Gas... 31 Gambar 3.9 Detail tabung Pemurnian Gas... 31 Gambar 3.10 Kompor Variasi... 32 Gambar 3.11 Blower... 33 Gambar 3.12 Thermocouple Rider... 34 Gambar 3.13 Timbangan Analog... 34 Gambar 3.14 Stopwatch... 35 Gambar 3.15 Thermometer... 35 Gambar 3.16 Gelas Ukur... 36 Gambar 3.17 Anemometer Digital... 36 Gambar 3.18 Sekam Padi... 37 Gambar 3.19 Zeolite... 37 xiii

Gambar 3.20 Instalasi Alat Penelitian... 38 Gambar 4.1. Perbandingan Temperatur Pembakaran Dengan Waktu Nyala Efektif Menggunakan Variasi Jumlah Tabung... 40 Gambar 4.2. Perbandingan Waktu Nyala Efektif pada Variasi Jumlah Tabung... 41 Gambar 4.3. Hubungan Antara Temperatur Air Dengan Waktu Pada Gasifikasi 5 Kg Sekam Padi Menggunakan Variasi Satu Tabung... 42 Gambar 4.4. Hubungan antara Tempertur Air dengan Waktu pada gasifikasi 5 kg sekam padi menggunakan Variasi Dua Tabung... 45 Gambar 4.5. Hubungan Antara Temperatur Air Dengan Waktu Pada Gasifikasi 5 Kg Sekam Padi Menggunakan Variasi Tiga Tabung... 47 Gambar 4.6. Hubungan Antara Temperatur Air Dengan Waktu Pada Gasifikasi 5 Kg Sekam Padi Menggunakan Variasi Empat Tabung... 50 Gambar 4.7. Hubungan Antara Temperatur Air Dengan Waktu Pada Gasifikasi 5 Kg Sekam Padi Menggunakan Variasi Lima Tabung... 52 Gambar 4.8. Hubungan Antara Temperatur Air Dengan Waktu Pada Gasifikasi 5 Kg Sekam Padi Menggunakan Variasi Enam Tabung... 54 Gambar 4.9. Diagram perbandingan antara temperatur pembakaran tertinggi dengan waktu nyala efektif... 54 xiv

DAFTAR TABAL Tabel 2.1. Komposisi Biogas... 11 Tabel 2.2. Komposisi Zeolit Alam... 20 xv

DAFTAR SIMBOL Simbol Satuan Q = Kalor [Joule] M = Massa bahan bakar [kg] h = Enthalphi pendidihan air [kj/kg] T = Satuan waktu [detik] W = Daya [Watt] xvi