Variasi konsentrasi NaOH dan waktu kontaknya akan diuji pengaruhnya terhadap kadar karbon dioksida dalam pemurnian biogas. Biogas akan disirkulasikan ke alat purifikasi menggunakan larutan NaOH dengan berbagai konsentrasi dan lama kontak. Hasil pemurnian akan diuji karakteristik nyala apinya."

1. VARIASI KONSENTRASI NaOH SEBAGAI
PENYERAP CO2 PADA BIOGAS
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS JEMBER
SEMINAR
PROPOSAL

2. Latar
Belakang
Bioenergi yang terus dikembangkan salah satunya adalah biogas. Biogas merupakan
sumber energi terbarukan yang dihasilkan secara anaerobic digestion atau
fermentasi anaerob dari bahan organik seperti sampah, sisa-sisa makanan, kotoran
ternak dan limbah industri makanan. Pemanfaatan limbah organik sebagai bahan
baku biogas tentu akan memberikan efek ganda dalam menyediakan energi yang
dapat diperbaharui ramah lingkungan dan dapat menciptakan lingkungan
peternakan yang lebih bersih dan sehat (Sugiarto et al, 2013a:1)
Dari kandungan biogas di atas masih terdapat banyak zat pengotor (inhibitor) dalam
biogas yang mempengaruhi kualitas dari biogas, salah satunya adalah CO2 (25 – 45%).
Karbondioksida merupakan molekul yang dapat menghambat dan menurunkan laju
reaksi pembakaran,

3. Sumber
daya
Cadangan
Biogas
Produksi
23 tahun
• Minyak
62 tahun
• Gas
146 tahun
- Batubara
Unlimited
- Biogas

4. Its our solutions
The renewable energy

5. Rumusan masalah
1. Bagaimana Pengaruh konsentrasi NaOH dan waktu
kontak terhadap kualitas pemurnian biogas dengan
larutan NaOH?

6. Tujuan Penelitian
 Mengetahui perbandingan penurunan gas karbondioksida dalam proses pemurnian
biogas dengan variasi konsentrasi dan lama kontak NaOH.
 Mengetahui pengaruh konsentrasi NaOH terhadap cepat rambat api.

7. Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah:
 Mahasiswa dapat mempelajari prinsip kerja dari biogas
 Memberikan pengetahuan tentang pemilihan konsentrasi absorben NaOH yang akan
digunakan pada biogas..
 Memberi tambahan kreativitas dan ide dalam pengembangan produk industri dengan
pendayagunaan.
 Dapat memberikan gambaran bagi Civitas Akademik jurusan Teknik Mesin Fakultas
Teknik Universitas Jember yang berkeinginan untuk mengembangkan lebih jauh
tekhnologi biogas.
 Memberikan dampak positif kepada masyarakat sehingga mengurangi ketergantungan
terhadap bahan bakar fosil dan memberdayakan energi biogas sebagai energi alternatife
yang ramah lingkungan dan ekonomis.

8. Batasan Masalah
 Struktur dan reaksi kimia pembakaran dari bahan bakar tidak termasuk dalam pembahasan.
 Kondisi suhu dan kelembapan ruangan dianggap tetap dan pengaruh angin diabaikan.

9. BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA
Biogas  anaerobic process  Methanobacterium sp.  renewable
fuel
- Gas yang dihasilkan adalah gas metana (CH4), gas karbon dioksida (CO2), gas hidrogen (H2), gas nitrogen (N2)
dan gas hidrogen sulfida (H2S) (Sugiarto et al, 2013:3).
Biogas  pembangkit listrik dan sumber panas.
-Satu meter kubik (1 m³) metana memiliki kandungan energi sebesar 10 kWh. Biogas
secara khusus (60% metana) terletak pada kisaran 6 kWh, jadi kandungan energi rata-
rata satu meter kubik biogas setara dengan 0,6 liter bahan bakar minyak (BBM).

10. Pemanfaatan biogas

11. Komposisi Biogas
No Komponen Satuan
Konsentrasi
(a) (b) (c) (d) (e)
1 Metana (CH4) % 50-75 40-70 50-75 55-65 55-75
2 Karbon dioksida (CO2) % 25-45 30-60 25-40 35-45 25-45
3 Uap air (H2O) %
2(20ºC)–
7(40ºC)
4 Oksigen (O2) ppm < 2 - < 2 -
0,1-
0,5
5 Nitrogen (N2) % < 2 - < 2 0-3 0-0,3
6 Ammonia (NH3) % < 1
7 Hidrogen (H2) % < 1 0-1 < 1 0-1 1-5
8 Hidrogen sulfida (H2S) ppm < 1 0-3 < 2 0-1 0-3
Sumber: (a) Al Seadi et al. (2008); (b) Muryanto et al. (2006); (c) Hambali et al. (2007);
(d) Arifin et al. (2008); (e) www.wikipedia.com/biogas. (2013)

12. Kesetaraan
Aplikasi 1 m3 Biogas setara dengan
1 m3 biogas
Elpiji 0,56 kg
Minyak tanah 0,62 liter
Minyak solar 0,52 liter
Kayu bakar 3,50 kg

13. Digester
a. Tipe fixed domed plant
Terdiri dari digester yang memliki penampung gas
dibagian atas digester. Ketika gas mulai timbul, gas tersebut
menekan lumpur sisa fermentasi (slurry) ke bak slurry. Jika
pasokan kotoran ternak terus menerus, gas yang timbul akan
terus
menekan slurry hingga meluap keluar dari bak slurry. Gas yang
timbul digunakan/dikeluarkan lewat pipa gas yang diberi
katup/kran, lihat Gambar 2.2a.
b. Tipe floating drum plant
Terdiri dari satu digester dan penampung gas yang bisa
bergerak. Penampung gas ini akan bergerak ke atas ketika gas
bertambah dan turun lagi ketika gas berkurang, seiring dengan
penggunaan dan produksi gasnya, lihat Gambar 2.2b.
c. Tipe baloon plant
Konstruksi sederhana, terbuat dari plastik yang pada ujung-
ujungnya dipasang pipa masuk untuk kotoran ternak dan pipa
keluar peluapan slurry. Sedangkan pada bagian atas dipasang
pipa keluar gas, lihat Gambar 2.2d.

14. Proses anaerobic digestion

15.  Hidrolisis adalah langkah pertama AD, dimana bahan organik kompleks (polimer)
didekomposisi menjadi unit yang lebih kecil (monomer dan oligomer). Selama
hidrolisis, polimer seperti karbohidrat, lipid, asam nukleat dan protein diubah
menjadi glukosa, gliserol, purin dan pyridines.
 Selama acidogenesis, produk hidrolisis yang dikonversi oleh bakteri acidogenic
(fermentasi) ke substrat metanogen. Gula sederhana, asam amino dan asam lemak
terdegradasi menjadi asetat, karbon dioksida dan hidrogen (70%) serta menjadi
asam lemak volatil (VFA) dan alkohol (30%).
 Produk dari acidogenesis yang tidak dapat langsung diubah menjadi metana oleh
bakteri metanogen diubah menjadi substrat metanogen selama asetogenesis
 Produksi metana dan karbon dioksida yang dilakukan oleh bakteri metanogen 70%
dari metana yang terbentuk berasal dari asetat, sedangkan sisanya 30% dihasilkan
dari konversi hidrogen (H) dan karbon dioksida (CO2)

16. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Produksi
Biogas
Temperatur pH
Nutrisi
Ion kuat dan
Salinitas
Kandungan Racun
dan Hambatan
Faktor Konsentrasi
Padatan

17.  Temperatur Gabungan bakteri anaerob bekerja dibawah tiga kelompok temperatur utama.
Temperatur kriofilik yakni kurang dari 20oC, mesofilik berlangsung pada temperatur 20-
45oC (optimum pada 30-45oC) dan termofilik terjadi pada temperatur 40-80oC (optimum
pada 55-75oC). Kondisi optimum merupakan kondisi dimana laju pertumbuhan mencapai
maksimum sehingga laju penguaraian senyawa organik juga akan mencapai maksimum
 PH: Pada dekomposisi anaerob faktor pH sangat berperan, karena pada rentang pH yang
tidak sesuai mikorba tidak dapat tumbuh dengan maksimum dan bahkan dapat
menyebabkan kematian yang pada akhirnya dapat menghambat perolehan gas metana.
Derajat keasaman yang optimum bagi kehidupan mikroorganisme adalah 6,8-7,8
 NUTRISI: Mikroorganisme membutuhkan beberapa vitamin essensial dan asam amino.

18. NaOH
Natrium hidroksida (NaOH) juga dikenal sebagai soda kaustik atau
sodium hidroksida merupakan jenis basa logam kaustik. Natrium
hidroksida terbentuk dari oksida basa natrium oksida yang
dilarutkan dalam air. Natrium hidroksida membentuk larutan
alkalin yang kuat ketika dilarutkan dalam air.
Natrium hidroksida murni berbentuk putih padat dan tersedia
dalam bentuk pelet, serpihan, butiran, dan larutan jenuh 50%.
NaOH bersifat lembab cair dan secara spontan menyerap karbon
dioksida dari udara bebas. NaOH juga sangat larut dalam air dan
akan melepaskan kalor ketika dilarutkan dalam air. Larutan NaOH
meninggalkan noda kuning pada kain dan kertas (Anonymous, 2012)

19. Pemurnian Biogas Menggunakan NaOH
Pemisahan kandungan CO2 dalam biogas dapat dilakukan dengan
menggunakan larutan NaOH karena pada Penggunaan absorbsi
kimia dalam fase cair sering digunakan untuk
mengeluarkan zat pelarut secara lebih sempurna dalam
campuran gasnya. Pada absorbsi CO2 dengan larutan NaOH
terjadi reaksi :
Pemisahan kandungan CO2 dalam biogas dilakukan dengan
mengalirkan biogas ke dalam purifier yang di dalamnya terdapat
larutan NaOH. NaOH tersebut akan mengabsorbsi gas CO2 yang
melewati alat pemurnian.

20. Proses Pembakaran
 Secara umum, pembakaran dapat didefinisikan sebagai proses atau reaksi
oksidasi yang sangat cepat antara bahan bakar (fuel) dan oksidator dengan
menimbulkan panas atau nyala dan panas.
Jika oksigen yang dibutuhkan untuk proses pembakaran diperoleh dari
udara, dimana udara terdiri dari 21% oksigen dan 78% nitrogen, maka
reaksi stoikiometri pembakaran hidrokarbon murni CmHn dapat ditulis
dengan persamaan:

21. Pembakaran Metana
Metana adalah hidrokarbon paling sederhana yang berbentuk gas
dengan rumus kimia CH4. Metana murni tidak berbau, tapi jika
digunakan untuk keperluan komersial, biasanya ditambahkan sedikit
bau belerang untuk mendeteksi kebocoran yang mungkin terjadi.
Sebagai komponen utama gas alam, metana adalah sumber bahan bakar
utama. Pembakaran satu molekul metana dengan oksigen akan
melepaskan satu molekul CO2 (karbondioksida) dan dua molekul H2O
(air):
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

22. Karakteristik Nyala Api
 Api premix dan api difusi
 Api laminar dan api turbulent
 Api merah
 Api biru
 Api putih
 Api hitam

23.  Premixed flame adalah api yang dihasilkan ketika bahan bakar bercampur dengan
oksigen yang telah tercampur sempurna sebelum pemberian sumber api.
 Diffusion Flame adalah api yang dihasilkan ketika bahan bakar dan oksigen bercampur
dan penyalaan dilakukan secara bersamaan.
 Api laminer :Visualisasi api yang terlihat pada api tipe ini berbentuk secara laminar
atau teratur. Api jenis ini memiliki bentuk mengikuti streamline aliran tanpa
membentuk turbulensi atau gerakan tidak beraturan.
 Api turbulen: menunjukan pola aliran nyala api yang tidak beraturan atau acak yang
member indikasi aliran yang bergerak sangat aktif.
 Api berwarna merah / kuning ini biasanya bersuhu dibawah 1000 derajat celcius.
 Api berwarna biru merupakan api yang mungkin sering kita jumpai di dapur. Biasanya
api ini sering kita lihat di kompor gas. Rata-rata suhu api yang berwarna biru kurang
dari 2000 derajat celcius.
 Nyala api Ini merupakan api paling panas yang ada di bumi. Warna putihnya itu
dikarenakan suhunya melebihi 2000 derajat celcius
 Nyala api yang paling panas itu berwana Hitam, dan api hitam murni yang sesungguhnya
sangat jarang ditemukan di bumi.

24. Hipotesa
Dari permasalahan di atas dapat diambil hipotesa sebagai berikut:
 Ukuran konsentrasi NaOH yang semakin tinggi akan meningkatkan penurunan
kandungan karbondioksida (CO2) dalam proses pemurnian biogas.
 Waktu kontak NaOH terhadap biogas yang semakin lama akan meningkatkan
penurunan kandungan karbondioksida (CO2) dalam proses pemurnian biogas.
 Pengurangan kadar CO2 pada hasil purifikasi biogas akan mempercepat
karakteristik rambat api.

25. BAB 3. METODELOGI PENELITIAN
 Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimental, yaitu suatu metode yang digunakan
untuk menguji pengaruh variasi konsentrasi NaOH dan waktu kontak terhadap kualitas pemurnian biogas dengan
menggunakan larutan NaOH, dalam penelitian ini, proses pemurnian biogas dilakukan dengan sistem penyerapan
absorbsi kandungan gas karbon dioksida (CO2) menggunakan NaOH yang telah divariasikan konsentrasinya. Biogas
disirkulasikan ke alat purifikasi sistem kontinyu untuk menyerap gas CO2 menggunakan larutan NaOH.
 Biogas hasil purifikasi (purified biogas) digunakan sebagai bahan bakar pada alat uji karakteristik nyala api.
Pengujian tahap ini adalah untuk mengetahui pengaruh purified biogas terhadap karakteristik nyala api. Metode
penelitian dilakukan dengan merekam proses nyala api secara visual menggunakan camera high speed.
Uji
karakteristik
api
Sirkulasi
sistem
kontinyu
Purifikasi
biogas dengan
larutan NaOH
Gas Analizer Helle-shaw Cell

26. Tempat dan Waktu Penelitian
Tempat Penelitian
 Pembuatan Alat Purifikasi Biogas
Penelitian dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Jember.
 Penelitian Pemurnian Biogas dan Uji Karakteristik Api Biogas
Penelitian pemurnian biogas dilakukan dengan memanfaatkan instalasi biogas di biogas plant Desa
Ngampelrejo Kecamatan Jombang Kabupaten Jember dan uji karakteristik api di rumah bapak Muh.
Nurkhoyim K. S.T., M.T.
 Penelitian ini dilaksanakan selama kurang lebih 1 bulan pada bulan Desember 2013 sampai Januari 2014.

27. Alat dan Bahan Penelitian
 Alat bor
 Gergaji besi
 Lem pipa
 Selotif
 Alat ukur
 Pisau
 Galon air 3L.
 Water mur, shokdrat dalam dan luar
 Ruang Bakar Model Helle-Shaw Cell 1cm x 20cm x
60cm
 Cylinder Pneumatic diameter 5cm dan panjang 30cm
 Alat pemurnian biogas
 Blower gas
 Manometer pipa U
 Stopwatch
 Pemantik api
 Alat perpipaan
 Alat pertukangan
 Kamera video
 Komputer
 Kabel pemantik
 Bahan yang digunakan
1. NaOH berbasis volum
2. Air

28. Variabel Penelitian
Variabel Bebas
 Variabel bebas yaitu yaitu variabel yang bebas ditentukan oleh peneliti
sebelum melakukan penelitian. Variabel bebas yang digunakan adalah sebagai
berikut:
1. Pengujian pemurnian biogas ini menggunakan konsentrasi NaOH sebesar
25%, 35%, dan 45%.
2. Tekanan masuk alat purifikasi sebesar 5 cmH2O
3. Ukuran tabung purifikasi biogas.
4. Panjang pipa dan ukuran pipa.

29. Variabel Terikat
Variabel terikat merupakan variabel yang besarnya tidak dapat ditentukan
sepenuhnya oleh peneliti, tetapi besarnya tergantung pada variabel
bebasnya. Penelitian ini mempunyai variabel terikat yang meliputi data-data
yang diperoleh pada pengujian pemurnian biogas menggunakan NaOH dan
pengujian rambat api dengan menganalisa data-datanya yang meliputi:
 Pola rambat api.
 Cepat rambat api.

30. Variabel Kontrol
 Variabel kontrol merupakan variabel yang besarnya sebagai pengendali dalam
proses penelitian, tetapi besarnya tergantung pada variabel bebas dan
variabel terikat. Penelitian ini mempunyai variabel kontrol waktu pengukuran
(t).

31. Metode Pengumpulan dan Pengolahan Data
Data yang dipergunakan dalam pengujian ini meliputi:
 Data primer, merupakan data yang diperoleh langsung dari pengukuran
pengujian rambat api pada masing-masing pengujian.
 Data sekunder, merupakan data yang diperoleh dari literatur perhitungan
maupun hasil pengujian properti rambat api.

32. Pengamatan yang Dilakukan
Pada penelitian ini yang akan diamati adalah:
 Pola rambat api.
 Kecepatan rambat api.

33. Tahap Penelitian dan Prosedur Pengujian
 Tahap Pembuatan Alat Purifikasi Biogas
 Tahap Pembuatan Larutan NaOH
 Tahap Pembuatan pemurnian Biogas
 Tahap Pengujian Karakteristik Api

34. Pemurnian biogas sistem kontinyu

35. Tahap Pengujian Pengujian Karakteristik Api Biogas
 Tahap pengamatan karakteristik nmyala api pada biogas ini terpusat pada perekaman
nyala api biogas dengan menggunakan kamera video, berikut langkah pengamatannya:
 Menyiapkan campuran Biogas yang telah dimurnikan dengan udara menggunakan Cylinder
Pneumatic dan AFR 10.
 Mengisi ruang bakar Helle-Shaw Cell dengan campuran udara dan biogas.
 Setelah terisi maka secara bersamaan dilakukan percikan api sehingga terjadi
pembakaran pada helle-shaw cell.
 Hasil pembakaran pada helle-shaw cell direkam dengan video dengan jumlah frame yang
sudah ditentukan.
 Hasil rekaman dari kamera video ditransfer ke computer menjadi file AVI kemudian
dengan menggunakan Software Ulead 8 dari gambar bergerak diekstrasi menjadi gambar
diam dalam sejumlah frame yang tersusun berurutan dari saat menyala pertama sampai
padam.
 Dari hasil gambar ini dilakukan pengukuran jarak api setiap frame menggunakan software
lunak ImageJ.

36. Akhir Pengambilan Data
Setelah proses pengujian dan pengambilan data selesai, langkah selanjutnya
adalah:
 Mengembalikan semua peralatan yang dipergunakan selama pengujian.
 Rekap dan simpan data pengujian rambat api.

37. Rekap Pengambilan Data
 Proses pemurnian biogas menggunakan variasi konsentrasi NaOH untuk
mengetahui karakteristik rambat api, biogas disirkulasikan melalui alat
purifikasi biogas dengan variasi waktu kontak 20, 40, dan 60 menit kemudian
dilakukan perekaman pola rambat api, data tersebut disajikan pada Tabel 3.1

38. Untuk mengetahui perbandingan cepat rambat api menggunakan NaOH dengan
variasi konsentrasi 25%, 35%, dan 45% dan waktu kontak 20, 40 dan 60 menit , data
tersebut disajikan pada Tabel 3.2.

39. Diagram alir penelitian

40. Jadwal Penelitian

41. Terima kasih