Fadhil Ramadhan

Biodata diri

Nama : Fadhil Ramadhan Masthofani

NPM  : 1806149103

Jurusan : Teknik Mesin

Pertemuan pertama Tugas Merancang (28 September 2020)

Perkenalan

Pertemuan kedua Tugas Merancang (5 Oktober 2020)

Pada mata kuliah Tugas Merancang ini, saya berada di TIM 13 bersama Selviya Chandrika Avaurum, Dennis Nicholas Bonardo, dan Fabio Almer Agoes. Kelompok kami berada di bawah bimbingan Pak Ahmad Indra Siswantara dan kami ditugaskan untuk mencari referensi-referensi terkait biogas.

Dari referensi yang saya baca, biogas merupakan gas yang dihasilkan oleh aktifitas anaerobik atau fermentasi dari bahan–bahan organik seperti: kotoran hewan dan limbah domestik (rumah tangga). Kandungan utama dalam biogas adalah Metana dan Karbon Dioksida. Biogas dapat dimanfaatkan untuk menjadi energi alternatif seperti menggantikan gas yang digunakan untuk memasak.

Berdasarkan data yang saya dapat, produksi sampah di Jakarta terus meningkat. Di tahun 2018, penduduk Jakarta memproduksi hingga 7.500 ton/hari dan sekitar 38% berasal dari sisa makanan. Dari limbah sisa makanan tersebut, kita dapat memanfaatkannya menjadi biogas sebagai energi alternatif sekaligus menjaga lingkungan kita. Maka dari itu diperlukan suatu alat untuk memaksimalkan potensi tersebut

Untuk menghasilkan biogas, bahan organik difermentasi dengan bantuan bakteri. Terdapat 4 tahap fermentasi yaitu

1. Tahap hidrolisis. Pada tahap hidrolisis polimer organik yang tidak larut (seperti karbohidrat) dipecah, sehingga dapat diakses ke tahap berikutnya dari bakteri yang disebut bakteri asidogenik.

2. Bakteri asideogenik mengubah gula dan asam amino menjadi karbon dioksida, hidrogen, amonia, dan asam organik.

3. Pada tahap ketiga, bakteri asetogenik mengubah asam organik menjadi asam asetat, hidrogen, amonia, dan karbon dioksida, memungkinkan untuk tahap akhir - metanogen.

4. Metanogen mengubah komponen akhir ini menjadi metana dan karbon dioksida- yang kemudian dapat digunakan sebagai energi hijau yang mudah terbakar.

Untuk eksperimen pertama, saya akan menggunakan drum air sebagai wadah digester dan sisa makanan. Kemudian menggunakan ban dalam mobil/sepeda untuk menampung biogasnya dan kompor untuk memastikan proses fermentasi anaerobnya berhasil

Referensi:

https://www.caesarvery.com/2013/06/proses-pembuatan-biogas.html

https://www.homebiogas.com/

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589014X19300921

https://katadata.co.id/ariayudhistira/infografik/5e9a51843fdc1/jakarta-darurat-sampah

https://www.youtube.com/watch?v=pKZgnXQCp98&list=WL&index=20&t=318s

Pertemuan kedua Tugas Merancang Minggu (13 Oktober 2020)

Pada minggu ke-2, kami diarahkan untuk memulai pembuatan alat untuk pembuatan biogas menggunakan galon air sebagai wadah disgester.

Alat dan bahan:

Galon

Selang air 5/16"

Lem

Cat

Kuas

Ember

Kol

Cara Pembuatan:

1. Mengecat galon dengan warna hitam agar proses anaerobik dapat berjalan dengan baik

2. Memotong 1,5 buah kol sampai menjadi kecil kemudian memasukkannya ke dalam ember

3. Kemudian memasukkan kol yang ada di ember ke dalam galon

4. Setelah itu memasukkan air satu ember sehingga perbandingan kol dan air 1:1

5. Melubangi tutup galon kemudian memasukkan selang air ke dalam lubang tersebut sebagai saluran gas yang dihasilkan

6. Kemudian menambahkan lem sehingga antara selang air dan tutup galon tidak ada kebocoran

7. Menutup galon dengan tutup galon yang sudah tersambung dengan selang air

8. Memasukkan air ke dalam selang air dan membuat manometer-U sederhana. Air disisi kiri manometer-U harus sama dengan sisi sebelah kanan

9. Kemudian menandai ketinggian air pada manometer sehingga kita dapat melihat perkembangannya setiap hari

10. Melakukan pengamatan dan pengambilan data ketinggian air pada manometer-U

Alat Pembuat Biogas

Setalah pengamatan selama 4 hari, Kenaikan tinggi air pada manometer hanya 2,5 mm. Setelah melihat presentasi dari teman-teman yang lain, Hal tersebut terjadi karena kurang rapatnya sambungan antar selang air dan tutup galon sehingga terjadi kebocoran. Selain itu saya tidak menggunakan starter seperti susu, yoghurt, ragi, atau kotoran hewan untuk mempercepat proses pembentukan biogas

Pertemuan ketiga Tugas Merancang (20 Oktober 2020)

Pada tanggal 20 Oktober 2020, kami melakukan diskusi kelompok di grup whatsapp. Poin-poin diskusinya adalah

1. Diskusi untuk menentukan pengerjaan rangkaian selanjutnya (bahan apa saja, apakah mencoba merubah komposisi dan jumlahnya)

2. Lengkapi dan sharing pengalaman satu sama lain di dalam kelompok, untuk yang udah modifikasi lagi dengan membuat inlet dan outlet dari referensi Fabio

Poin 1

Sebelumnya kami sudah melakukan diskusi kelompok dan hasilnya adalah Fadhil, Dennis, dan Selviya untuk mencoba bahan lain agar kita bisa berbagi pengalaman. Untuk Selviya bahan yang digunakan adalah sisa sayuran dan limbah tahu, Dennis menggunakan sayuran dan 1 sachet ragi, sedangkan saya menggunakan sisa-sisa sayuran dan 3 sachet ragi

Poin 2

Saya memperbaiki sistem biogas yang saya buat minggu lalu. Hal-hal yang diperbaiki:

- Merapatkan sambungan antara selang air dan tutup galon sehingga tidak ada kebocoran

- Menempelkan penggaris pada manometer sehingga dapat dilihat langsung perubahan ketinggian air yang terjadi

- Menambahkan sisa-sisa sayuran dan ragi 3 sachet untuk mempercepat proses pembentukan biogas

- Melakukan pengamatan ketinggian air per 6 jam

Sambungan selang air dan tutup galon tertutup rapat

Pada tanggal 20 Oktober 2020 (setelah 4 hari), ketinggian air sudah mencapai 10 mm. Berikut tabel pengamatannya

Tabel pengamatan Ketinggian air pada manometer

Pada percobaan Dennis pada tanggal 13 Oktober, tidak terjadi perubahan apapun terhadap ketinggian manometer. Setelah itu, Dennis tidak mengubah komposisi yang ada di dalam galon dan hanya mencoba mengaduknya agar lebih merata sampah yang ada di dalam galon. Pada pengecekan terakhir yang dilakukan pada tanggal 20 Oktober terdapat perubahan sebesar 6 mm. Evaluasinya adalah penggunaan fermipan yang lebih banyak dan memastikan sampah di dalam tercampur dengan merata.

Pada percobaan Fabio hanya menambahkan inlet outlet karena sebelumnya dia sudah berhasil menaikan ketinggian air. Inlet dalam bentuk pipa 2 inch dan outlet dalam bentuk selang. Menggunakan solder, galon dibolong. Bahan yang digunakan berupa terong, kol, ragi, dan air. Hasil yang didapatkan adalah 13mm pada tanggal 20 Oktober 2020

Pada Percobaan Selviya setelah 1 hari didiamkan dengan membuka trash bag sedikit, terlihat air bergerak ke bawah sementara busa tahu bergerak ke atas. Namun sejauh ini, belum ada perubahan ∆h pada manometer. Menurut jurnal yang dia baca, diperlukan waktu 2-3 minggu untuk limbah cair tahu membentuk gas metana.

Target minggu depan :

- Mencari literatur tentang proses anaerobic digestion

- Mempelajari Modelica

Pertemuan Keempat Tugas Merancang (23 Oktober 2020)

Pada hari Jumat, 23 November 2020 kami melakukan asistensi dengan Bang Edo. Agenda dari asistensi tersebut adalah memperkenalkan Modelica, keunggulannya, dan cara pengoperasiannya. Selain itu Bang Edo memberikan saran untuk mencari referensi lain yang dapat menjelaskan lebih rinci mengenai model sistem reaktor Biogas didireferensi yang diberikan Pak Dai. Kemudian membuat bagan dari masing-masing alat percobaan biogas yang sudah kita buat di rumah masing-masing

Perancangan Awal Desain Sistem Biogas

Pada perancangan desain awal, faktor yang harus diperhatikan pada reaktor screw conveyor adalah 1. Nature of reactant 2. konsentrasi 3. luas permukaan 4. catalyst 5. temperatur

maka dari itu dengan mempertimbangkan hal tersebut terdapat 2 desain awal yang dibuat yaitu

1. Sistem Biogas dengan screw conveyor horizontal

Pada desain ini slurry akan masuk melalui feeder ke reaktor. Kemudian didalam reaktor, slurry akan diaduk bolak balik menggunakan screw conveyor dan didiamkan selama 2 hari. Gas yang terbentuk selama 2 hari akan mengalir maelalui gas outlet sedangkan slurry yang sudah tidak dipakai aka melewati slurry outlet dan ditampung di penampungan slurry. Sebagian surry yang ada di penampungan slurry akan dipakai kembali karena memiliki kandungan OLR yang tinggi sehingga dapat mempercepat proses pembentukan biogas

2. Sistem Biogas dengan screw conveyor miring

Pada desain ini slurry akan masuk melalui feeder ke screw conveyor. Kemudian screw conveyor akan mengaduk slurry dan akan dikeluarkan ke dalam reaktor. Reaktor merupakan tempat terbentuknya biogas. Di reaktor terdapat saluran yang membuat slurry kembali ke screw conveyor sehingga proses pengadukan dapat dilakukan secara terus-menerus sealama 4 jam. Biogas yang terbentuk didalam reaktor aka keluar melalui gas outlet sedangkan slurry akan keluar seiring dengan pertambahan volume melalui slurry outlet

Desain Sistem Biogas

Dari 2 desain awal diatas, kami memutuskan untuk menggunakan desain yang pertama. Hal tersebut dikarenakan terdapat referensi yang mendukung untuk desain 1 dan orang tersebut sudah membuat desainnya dan melakukan eksperimen. Selain itu terdapat beberapa referensi yang menyebutkan bahwa slurry yang dilakukan pengadukan secara terus-menerus akan menghambat proses reaksi sehingga pengadukan yang minimal akan lebih baik. Jadi pengadukan dilakukan untuk mencegah terjadinya endapan yang menghambat proses reaksi dan dilakukan seminimal mungkin.

Alur Kerja Desain Sistem Biogas

---

Bahan baku penghasil biogas dimasukan ke dalam feeder terlebih dahulu. Ketika valve dibuka maka slurry turun ke screw conveyor. Screw conveyor digunakan untuk membuat slurry tersebut lebih homogen dan dalam keadaan mesophilic dengan adanya water jacket bersuhu 37 derajat. Screw conveyor akan digerakan secara manual hingga mencapai ujung screw conveyor dan diputar kembali ke arah sebaliknya. Keadaan mesophilic merupakan keadaan yang tepat untuk kultur biogas, pengadukan digunakan untuk menciptakan gas pada manure tersebut. Slurry didiamkan di dalam reaktor selama 2 hari kemudian dikeluarkan dan ditampung. Slurry yang baru dimasukkan ke dalam reactor/screw conveyor untuk mengulangi proses tersebut

Manure

---

Untuk periode percobaan (start-up dan OLR1) digunakan batch pertama dari kotoran, sedangkan batch lain dari kotoran sapi digunakan selama periode percobaan OLR 2 dan OLR 3. Setiap kondisi OLR disimpan sampai periode setidaknya satu waktu retensi yang sesuai. Reaktor diberi makan secara teratur setiap dua hari dan residu digestate dikeluarkan sebelum pengumpanan, dan disimpan untuk dianalisis, sedangkan komposisi biogas dipantau setiap hari. OLR = Organic Loading Rate Manure diaduk bolak balik setiap hari. Katalis merupakan Inoculum, yang berupa air dari manure tersebut. Perbandingan 78:22 antara kotoran sapi dan jerami dilakukan, penambahan air bersifat opsional. Kotoran sapi dicincang atau diperhalus sebelumnya dan ditetapkan di suhu ruangan Berdasarkan Environment Canada, 2013 karakteristik dari slurry adalah

Feeder

---

Feeder merupakan tempat penampungan slurry sementara sebelum dimasukkan ke dalam reactor (screw conveyor). Feeder menggunakan drum air 20.04 liter dengan ukuran diameternya adalah 270 mm dan tingginya 350 mm.

Surry yang dimasukkan adalah sebanyak 4.6 L per harinya. Sehingga tinggi slurry harian adalah

Sehingga tinggi permukaan slurry untuk per hari adalah 80.3 mm atau 23% dari tinggi feeder

Reaktor

---

Reaktor memiliki penampang berbentuk setengah lingkaran dan persegi panjang dengan volume:

Diketahui:

r lingkaran: 0.06 m ----> L= 1/2 x π x R2= 0.00565 m2

p dan l persegi panjang: 0.12 m dan 0.065 m ----> L= p x l = 0.0078 m2

Panjang pipa: 1.565 m

Sehingga volume pipa yang didapatkan:

V= (0.00565 + 0.0078) m2 x 1.565 m= 0.021 m3

Screw Conveyor Screw conveyor digunakan untuk mengaduk slurry sehingga tidak ada endapan yang terjadi serta membuat slurry menjadi lebih homogen. Proses pengadukan dilakukan sekali sehari secara manual sehingga dapat mempercepat proses reaksi.

Berdasarkan pada jurnal tentang Optimal Design of an Archimedes Screw oleh Chris Rorres pada tahun 2000, terdapat tabel yang memberitahu ukuran yang optimal dalam mendesain Archimedes screw

[[File:Perhitunganscrewconveyor.png|300px]

Dengan menggunakan 1 blade maka

Asumsi : N (jumlah blade) = 1

        Ro (jari-jari luar)= 0,055 m

        k (slope screw) = 0.00017453292

        L (panjang screw) = 1,5 m

        ρ (massa jenis)= 1600 kg/m3

        n (putaran screw) = 30 rpm

Maka,

Ri (jari-jari dalam) = ρ^* x Ro= 0,5358 x 0,055= 0,029469 m

P (pitch) = (2πRo λ^*)/k=0,073 m

volume bucket = 0,000199012486097309 m3 = 0,0002 m3

Qdaya = 9.95e-5

sehingga kecepatan translasinya adalah:

Penampung Slurry

---

SeSetelah didiamkan selama 2 hari di dalam reaktor, slurry akan dipindahkan ke tempat penampung slurry. Tempat penampung slurry merupakan tempat penghasil biogas yang kedua karena reaksi masih bisa terjadi. Gas yang dihasilkan dari tempat ini akan ditampung melalui saluran masuk slurry. telah didiamkan selama 2 hari di dalam reaktor, slurry akan dipindahkan ke tempat penampung slurry. Tempat penampung slurry merupakan tempat penghasil biogas yang kedua karena reaksi masih bisa terjadi. Gas yang dihasilkan dari tempat ini akan ditampung melalui saluran masuk slurry.

Dimensi tabung yang digunakan sama seperti pada feeder yaitu berdiameter 270 mm dan tinggi 350 mm. Setiap harinya, tabung akan terisi 80.3 mm dengan asumsi volume yang mengaliri pipa outlet diabaikan karena kecil. Pipa outlet diletakkan pada ketinggian 50 mm agar sudah teraliri sejak batch pertama.

Water jacket dan Heater

---

Water jacket digunakan untuk menjaga temperatur reaktor stabil pada suhu mesophilic (37°c). Dikarenakan rata-rata suhu di Indonesia adalah sekitar 27°c sehingga penggunaan heater dengan daya yang besar dapat diminimalisir

Tuas Penggerak

---

Untuk desain tuas penggerak dari screw conveyor dapat dilihat pada gambar dibawah ini

Pergerakan Slurry Didalam Reaktor

---

Pada awalnya slurry masuk ke reactor kemudian diputar (searah jarum jam) oleh screw conveyor hingga ke slurry outlet (valve masih ditutup). Setelah slurry berada di slurry outlet maka screw conveyor diputar (berlawanan arah jarum jam) sehingga slurry kembali ke saluran inlet. Kemudian ketika slurry berada di saluran inlet maka screw conveyor diputar kembali (searah jarum jam) sehingga slurry menuju ke saluran outlet

Laporan Tugas Merancang 1 Kelompok 13

Nama anggota: 1.