Selviya

Biodata Diri

Nama: Selviya Chandrika Avaurum

NPM:1806201415

Jurusan: Teknik Mesin

Pertemuan Pertama Tugas Merancang 2020/2021

Pertemuan pertama tugas merancang dilaksanakan pada hari Senin, 28 September 2020 pukul 19.15. Pada pertemuan pertama ini, kelompok kami berkenalan satu sama lain antar anggota kelompok dan dosen pembimbing kami, yaitu Bapak Dr. Ir. Ahmad Indra Siswantara. Setelah itu, kami membuat akun di website air.eng.ui.ac.id.

Tema tugas merancang kelompok kami adalah pemanfaatan limbah rumah tangga untuk bahan bakar (biogas). Sumber bacaan sudah diberikan di Whatsapp grup yang mencakup materi tentang gasifikasi dan biogas. Namun, kami hanya diminta untuk merancang biogas terlebih dahulu. Untuk merancang analisis sebuah sistem konversi energi dibutuhkan sebuah software, salah satunya adalah Modelica.

Untuk awal mula tugas merancang, kami diminta untuk membuat sistem sederhana pengolahan biogas untuk masing-masing anggota kelompok agar tiap anggota kelompok mendapatkan pengalaman bagaimana rasanya membuat biogas sederhana dengan memanfaatkan sisa bahan makanan yang ada di rumah. Setelah beberapa hari, kami harus mengecek apakah ada biogas yang tercipta dari proses pembusukan sisa bahan makanan. Jika tiap anggota kelompok sudah membuat sistem sederhana pengolahan biogas, barulah setelah itu pembuatan sistem akan dilakukan secara berkelompok. Hasil dari percobaan yang telah dibuat akan dipaparkan kembali pada zoom meeting yang akan dilaksanakan tiap hari Senin pukul 19.15.

Pertemuan Kedua Tugas Merancang 2020/2021

Pada pertemuan kedua, kami diminta untuk melaporkan progress biogas tiap mahasiswa. Saya sendiri membuat biogas dengan menggunakan botol air mineral ukuran 600 ml, sayur sawi dan timun yang telah dihaluskan, dan air. Sebelumnya saya ingin membuat biogas dari limbah cair tahu namun belum sempat ke pabriknya dikarenakan pabrik tersebut beroperasi pada malam hari dan setiap sore dan malam di daerah saya hujan angin disertai petir. Untuk pembentukan gas sendiri belum terlihat, dikarenakan menurut pengalaman saya dibutuhkan waktu yang cukup lama sekitar 2-3 minggu agar gas metana dapat terbentuk.

Selanjutnya, kami diminta untuk membuat instalasi biogas sederhana menggunakan galon air mineral yang dipasang manometer U menggunakan selang yang dipasang di atas tutup galon tersebut.

Pertemuan Ketiga Tugas Merancang 2020/2021

Sketsa Automatic Gate Valve Individu

Setelah saya, Ridhwan, Dennis, dan Daffa pergi ke rumah Pak Dai, kami diminta untuk mendesain automatic gate valve menurut masing-masing individu. Berikut desain yang saya buat:

Mekanisme Kerja Automatic Gate Valve

Bagian atas (gagang) gate valve dicopot lalu disambungkan dengan shaft motor stepper dengan menggunakan selongsong berulir (seperti sedotan stainless steel namun berulir pada bagian dalam). Shaft motor stepper juga dibuat berulir. Motor stepper digunakan untuk membuka dan menutup gate secara otomatis (tidak menggunakan tenaga manusia). Motor stepper diberikan penyangga agar motor stepper tetap diam (tidak ikut berputar) saat digunakan. Penyangga dipasangkan mur baut pada bagian bawahnya. Motor stepper dihubungkan dengan arduino agar dapat dioperasikan secara otomatis. Motor stepper akan berhenti ketika sudah mencapai debit yang diinginkan dan gate akan menutup aliran.

Ukuran Gate Valve

Gate valve yang digunakan pada sistem biogas memiliki ukuran sebenarnya berdiameter 11 cm atau 110 mm sesuai dengan diameter shaft screw conveyor. Namun, kemarin kami mencoba menggunakan valve berukuran ½ inch bersama dengan Bang Tanwir untuk memahami cara kerja gate valve.

Kinematika dan Dinamika Automatic Gate Valve

BAGIAN-BAGIAN DARI AUTOMATIC GATE VALVE [2]

Electric motor terhubung dengan aktuator yang kemudian terhubung dengan batang berulir valve yang digunakan untuk membuka dan menutup gate valve. Valve stem merupakan batang valve yang berulir. Seat ring merupakan bagian pada valve yang diam, sedangkan disc merupakan bagian yang bergerak berfungsi sebagai pengontrol aliran. Disc akan bergerak ke atas sehingga memberikan ruang kepada slurry untuk mengalir. Disc akan bergerak ke bawah jika akan menutup aliran dan menekan seat dengan rapat.

KINEMATIKA DAN DINAMIKA AUTOMATIC GATE VALVE [2]

TORSI DAN THRUST GATE VALVE [1]

Thrust

Seating Force = Valve seat area x Max differential pressure x Valve factor (lbs).

Valve seat area = (((Seat diameter)^2 x 3,14))/4

Max. differential pressure = P1 – P2 (PSIG)

Valve factor = 0.25 Parallel seat, 0.30 Gate valve, 1.10 Globe valve.

Stem Load = Valve stem area x Max. upstream pressure (lbs).

Valve stem area = (((Stem diameter)^2 x 3,14))/4

Max. upstream pressure = P1 (PSIG).

Stem Packing Friction = Stem diameter x 2000

Thrust to seat or unseat = seating force + stem load + stem packing friction (lbs).

Torsi

Torsi = Thrust x Stem factor (ft.lbs).

Menghitung Gate Valve pada Sistem Biogas

Ukuran valve = 1/2 inch

Class = 125 lbs

Max. upstream pressure= 200 PSIG

Seat diameter = 1/2 inch

Stem diameter = 0.23622 inch

Stem factor = 2

Asumsi:

P2 = 125 PSIG

Stem factor = 0.005

Maka:

Thrust

Seating Force = Valve seat area x Max differential pressure x Valve factor (lbs).

               = 0.19625 x 75 x 0.3 = 4.42 lbs.

Valve seat area = (((Seat diameter)^2 x 3,14))/4=(〖(0.5)〗^2×3,14)/4=0.19625 sq.in

Stem Load = Valve stem area x Max. upstream pressure (lbs).

               = 0.044 x 200 = 8.8 lbs.

Valve stem area = (((Stem diameter)^2 x 3,14))/4=(〖(0.23622)〗^2×3,14)/4=0.044 sq.in

Stem Packing Friction = Stem diameter x 2000 = 0.23622 x 2000 = 472.44

Thrust to seat or unseat = seating force + stem load + stem packing friction (lbs)

                        = 4.42 + 8.8 + 472.44 = 485.66 lbs = 2160.32 N.

Torsi

Torsi = Thrust x Stem factor (ft.lbs) = 2160.32 x 0.005 = 10.80 ft.lbs = 14.64 Nm.

OPSI RANCANGAN AUTOMATIC GATE VALVE

1) Gate valve dengan menggunakan motor stepper 28BYJ-48 yang dihubungkan ke arduino.

2) Gate valve dengan menggunakan motor yang dihubungkan ke actuator dan terhubung ke arduino.

1. GATE VALVE DENGAN MOTOR STEPPER 28BYJ-48 [4]

Motor stepper dihubungkan dengan batang berulir (stem) dari gate valve. Motor stepper terhubung dengan arduino. Motor stepper berfungsi untuk memutar stem agar gate valve dapat membuka dan menutup. Ketika slurry yang melewati gate valve sudah memenuhi volume tertentu maka motor stepper akan berputar dan gate valve akan tertutup sehingga aliran slurry berhenti.

2. GATE VALVE DENGAN MOTOR YANG DIHUBUNGKAN KE AKTUATOR

BAGIAN-BAGIAN DARI AKTUATOR [2] [3]

Motor akan memutar shaft yang terhubung dengan rangkaian roda gigi. Rangkaian roda gigi terhubung dengan shaft yang terhubung dengan worm gear (1). Worm gear (1) tersebut akan memutar worm gear (2) yang merupakan bagian dari aktuator. Worm gear (2) yang terhubung dengan valve stem akan berputar yang menyebabkan disc pada gate valve terangkat yang akan membuka aliran maupun bergerak ke bawah yang akan menutup aliran. Spring compression digunakan untuk meredam getaran yang terjadi pada rangkaian roda gigi.

TORSI YANG DIHASILKAN OLEH AKTUATOR [2]

REFERENSI

[1] Pacific Valve Catalogue

[2] Kevin G. Dewall, John C. Watkins, Donovan Bramwell. 1997. Motor-Operated Valve(M0V) Actuator Motor and Gearbox Testing. Idaho: Idaho National Engineering and Environmental Laboratory.

[3] http://www.wermac.org/valves/valves_actuators.html.

[4] https://components101.com/motors/28byj-48-stepper-motor.

Laporan Milestone Kelompok 13

BIOGAS DIGESTER TIPE PLUG FLOW MENGGUNAKAN SCREW CONVEYOR DI DALAM REAKTOR PIPA

Pembimbing : Dr. Ir. Ahmad Indra Siswantara

Mahasiswa:

Dennis Nicholas Bonardo 1806201144

Fabio Almer Agoes 1806201296

Fadhil Ramadhan Masthofani 1806149103

Selviya Chandrika Avaurum 1806201415

RINGKASAN

Biogas merupakan salah satu jenis energi yang masuk dalam kategori terbarukan. Indonesia memiliki sumber daya yang berbagai jenis untuk dapat menciptakan biogas salah satunya adalah hewan sapi. Sapi mengeluarkan kotoran yang dapat memiliki kandungan air 70% sehingga mudah diolah, 30% kandungan memiliki nitrogen rendah sehingga mudah dikatalis dikarenakan komposisi yang dapat digabungkan dengan larutan/cairan lain. Sapi sebagai mamalia memiliki sistem pencernaan yang sempurna sehingga serat-serat yang berada dalam kotoran berada dalam keadaan yang konstan dan dan tidak tergumpal. Screw Conveyor memiliki peranan memindahkan dan membuat larutan menjadi homogen, persebaran panas dan tekanan lebih terdistribusi dengan adanya screw conveyor. Continuous plug flow memastikan keadaan CH4 yang dihasilkan untuk selalu keluar dan dapat segera dimanfaatkan.

SUMMARY

Biogas is one type of energy that is considered as renewable. Indonesia has lots of types of resources to make biogas and one of them is cow excrement. Cow produces excrement which 70% of it is water, makes it easy to process, and 30% of low nitrogen that makes it easy to be catalyst because the composition can be combined with another fluid. Cow as a mammal has a full digestive system so that the fibers in the excrement are in constant state and don’t clog. Screw Conveyor is to move and make the fluid to be homogen, distribute the heat and the pressure. Continuous plug flow makes sure that CH4 that is produced is always available and ready to be used.

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmatNya sehingga Laporan Tugas Merancang yang berjudul “Biogas Digester Tipe Plug Flow Menggunakan Screw Conveyor di Dalam Reaktor Pipa” dapat terselesaikan dengan baik. Laporan Tugas Merancang ini ditulis untuk melaporkan perkembangan terakhir dari Tugas Merancang 1 2020/2021.

Penulis menyampaikan terima kasih kepada seluruh pihak yang telah memberikan sumbangsih dan bantuan sehingga penulisan karya ilmiah ini dapat erselesaikan.

Penyusunan karya tulis ini dihadapi oleh rintangan yang tak mudah, dan penulis menyadari bahwa karya tulis ini masih jauh dari sempurna. Untuk itu, penulis mengharapkan kritik dan saran untuk membangun demi perbaikan dimasa yang datang.

Besar harapan penulis agar gagasan yang telah diberikan di karya tulis ini bermanfaat bagi daerah-daerah Indonesia yang masih kekurangan listrik untuk era VUCA, sehingga seluruh warga terutama di Indonesia mendapatkan fasilitas yang layak.

Depok, 3 Januari 2021 Kelompok Tugas Merancang 13

BAGIAN I

1.1 DESKRIPSI MASALAH

Sampah merupakan salah satu masalah di Indonesia yang belum selesai hingga sekarang. Menurut infografis yang bersumber dari Dinas Lingkungan Hidup Jakarta, pada tahun 2018 produksi sampah di Jakarta saja mencapai 7,500 ton/hari dan akan terus meningkat setiap tahunnya. Sementara daya tampung TPST Bantargebang menyisakan 10 juta ton, dari total kapasitas 49 juta ton. Diperkirakan tempat pembuangan sampah Jakarta itu akan penuh pada 2021. Sumber sampah yang terbesar adalah dari daerah pemukiman dan sisa makanan merupakan komposisi sampah yang terbesar. Ditambah lagi di tahun 2020 dengan situasi pandemi dimana semua orang stay at home. Konsumsi sayuran serta buah-buahan akan meningkat untuk menjaga imunitas tubuh dan dapur di setiap rumah tangga akan menjadi lebih aktif daripada sebelumnya.

Indonesia sedang melakukan percepatan pengembangan energi terbarukan, salah satunya adalah pengembangan biogas. Biogas merupakan gas yang dihasilkan oleh aktivitas anaerobik atau fermentasi dari bahan–bahan organik seperti kotoran hewan dan limbah domestik (rumah tangga). Kandungan utama dalam biogas adalah metana dan karbon dioksida. Dari sisi pemanfaatannya, biogas bisa dijadikan sebagai listrik maupun bahan bakar. Cairan dan lumpur dari sisa proses produksi biogas dapat digunakan sebagai pupuk tanaman. Teknologi dalam pembuatan biogas sudah dilakukan di pedesaan dan daerah peternakan. Tetapi teknologi yang diterapkan masih membutuhkan waktu yang lama dalam pembuatan biogas.

Melihat peluang ini, penulis mengajukan sebuah inovasi untuk mengolah sampah sisa makanan menjadi biogas yang dapat digunakan oleh semua orang, mudah dalam pemeliharaannya, memiliki desain yang unik, dan dapat menghasilkan biogas secara efisien.

BAGIAN II

USERS’ REQUIREMENTS DAN ENGINEERING SPECIFICATION, CONSTRAINTS, STANDAR TERKAIT

2.1 USERS’ REQUIREMENTS

Sistem biogas seperti ini memiliki berbagai kegunaan namun dibutuhkan berbagai syarat, antara lain.

a. Sistem Biogas mampu mengubah limbah rumah tangga seperti sayur, buah, dan sisa pangan lainnya menjadi gas metana yang dapat digunakan sebagai gas untuk kompor

b. Sistem biogas mudah digunakan dan perawatannya mudah

c. Sistem biogas tidak melepaskan bau yang tidak sedap

d. Sistem biogas merupakan semi-continuous sehingga dapat digunakan setiap hari

e. Sistem biogas dapat menghasilkan pupuk dari sisa proses pembentukan biogas

2.2 ENGINEERING SPECIFICATION

Dari Users’ Requirements di atas, maka dapat ditentukan Engineering Specification dari Biogas Digester Tipe Plug Flow Menggunakan Screw Conveyor sebagai berikut:

f. Dalam hal mengubah limbah rumah tangga seperti sayur, buah, dan sisa pangan lainnya menjadi gas metana yang dapat digunakan sebagai gas untuk kompor, sistem biogas ini akan menghasilkan gas metana yang dapat langsung digunakan sebagai gas untuk kompor.

g. Sistem biogas ini mudah digunakan karena hanya cukup memasukkan kotoran dan sampah ke dalam feeder dan sisanya sistem yang mengerjakan. Perawatan pun mudah karena untuk membersihkan, hanya perlu mengosongkan reaktor, memasukkan air dan sabun jika perlu, dan diaduk menggunakan screw conveyor yang ada.

h. Sistem biogas ini memiliki sistem yang tertutup sehingga bau dari dalam sistem tidak akan keluar.

i. Sistem biogas ini hanya perlu dimasukkan slurry dari sampah pengguna sehingga tidak merepotkan.

j. Slurry yang sudah menempuh proses pembentukan biogas akan masuk ke dalam outlet dan tertampung sehingga dapat menjadi pupuk tanaman.

2.3 CONSTRAINTS

a. Biogas reactor yang dijadikan acuan adalah tipe plug flow reactor.

b. Sisa makanan yang dimasukan tidak tercampur dengan bahan yang lain (minyak, debu, dll).

c. Sisa makanan yang masuk harus dipotong kecil-kecil atau dihaluskan dan dicampur dengan air dengan perbandingan 1:1.

d. Temperatur saat proses pembentukan biogas adalah 29 - 33oC.

e. Panjang reaktor tidak lebih dari 2 meter.

2.4 STANDAR TERKAIT