Jurnal Pendidikan Teknologi dan Kejuruan BALANGA ISSN 2338-426X

## E FFECT O F S AFETY V ALVES A ND H OLE D IAMETER S TOVE A GAINST B IOGAS F LAME

## P ENGARUH K ATUP P ENGAMAN D AN D IAMETER L UBANG K OMPOR T ERHADAP N YALA A PI B IOGAS
Harie Satiyadi Jaya 1) , Jhonni Rentas Duling 2)
1), 2) Study Programme of Mechanical Engineering Education, Department of technology education and vocational, University of Palangka Raya, Kampus Unpar Tunjung Nyaho, Jalan Yos Sudarso, Palangka Raya, Kalimantan Tengah 73112
email: harysatiyadi@gmail.com ; r3ntas@gmail.com

## ABSTRACT
Problem of  rural communities in Indonesia is difficult to  obtain kerosene on  the  market.  Team researchers have tried to provide a solution by building a biogas digester type "dome" in the Tuwung village as a model, but this effort has a new problem that the resulting biogas digester quickly run out. From  the results  of  the  investigation are  diagnosed digester output pipe clogged by water causing increased pressure and temperature so that the process of formation of biogas disturbed and also not optimum biogas stove hole so wasteful. To  obtain the  solution of  this problem,  this  study aims:  1) Designing and making a safety valve digester; 2) Designing the optimum pit stove; 3) Creating pressure gauge digester. The method used in this research is true experimental research. the results of this study were: 1) A safety valve made from plastic bottles with a capacity of 2 liters, and filled with water to a depth of 6 cm, so it can withstand the pressure of the digester to 100.58 atm.2) Diameter hole obtained optimum stove is 6.5 mm; 3) Pressure gauge manometer water digester is made of transparent plastic hose diameter of 6 mm.
Key words: biogas digester, safety valve, pressure gauge .

## ABSTRAK
Masalah masyarakat pedesaan di Indonesia adalah sulit memperoleh minyak tanah di pasaran. Team peneliti sudah mencoba memberi solusi, dengan membangun digester biogas tipe “dome” di Desa Tuwung sebagai percontohan,  tetapi  usaha  ini  mendapat  masalah  baru  yaitu  biogas  yang dihasilkan  digester  cepat  sekali habis. Dari hasil penyelidikan didiagnosis pipa output digester mampet oleh air menyebabkan tekanan dan temperatur meningkat sehingga proses pembentukan biogas terganggu dan juga lubang kompor biogas tidak optimum sehingga boros. Untuk memperoleh solusi masalah ini maka penelitian ini bertujuan: 1) Merancang dan  membuat  katup  pengaman  digester;  2)  Merancang  lubang  kompor  yang  optimum;  3)  Membuat pengukur  tekanan  digester.  Metode  penelitian  yang  digunakan  adalah  eksperimen. Hasil  dari  penelitian adalah: 1) Katup pengaman dibuat dari botol plastik minuman kapasitas 2 liter, Katup pengaman ini diisi air  dengan  kedalaman  6  cm,  sehingga  dapat  menahan  tekan  digester  sampai  100,58  atm;2)Diameter lubang  kompor  yang  diperoleh  optimum adalah    6,5  mm.  3)  Alat  pengukur  tekanan  digester  adalah manometer air yang terbuat dari selang plastik transparan berdiameter 6 mm . Kata-kata kunci: Digester biogas, katup pengaman, pengukur tekanan.

## 1. PENDAHULUAN
Di  desa  Tuwung  ini,  pada  tahun  2013,  telah dibangun digester biogas berbentuk “dome”. Tetapi pada kenyataannya  warga  belum  bisa  memanfaatkannya secara optimal, karena biogas yang dihasilkan cepat habis dan  nyala  api  kompor  agak  kemerahan  sehingga diperkirakan  tekanan  digester  biogas  terlalu  tinggi, kemungkinan  menaikkan  temperatur  di  dalam  digester yang  bisa  menyebabkan  proses  pembentukan  biogas terhambat  atau  bisa  juga  karena  banyak  endapan  uap  air di  pipa  output  digester  yang  dapat  memampatkan  pipa dan  membuat  tekanan  dan  temperatur  digester naik  dan
yang lebih ditakutkan lagi, bila tekanan di dalam digester naik  sampai  di  atas  daya  tahan  digester  yang  dapat merusak  digester  dan  bisa  menyebabkan  terjadi kebakaran.
Berdasarkan uraian di atas, perlu dilakukan penelitian khusus  tentang Pengaruh  Katup  Pengaman  Dan Diameter Lubang Kompor Terhadap Nyala Api Biogas , dipandang  sangat  penting  dan  mendesak  karena menyangkut  keselamatan  manusia  dan  efektivitas kinerja digester.

## 2. KAJIAN LITERATUR
Keberhasilan  proses  pencernaan  dalam  reaktor sangat ditentukan oleh desain dan pengaturan reaktor itu  sendiri  serta  perlakuan  limbah  sebagai  material umpan,  beberapa  hal  yang  perlu  diperhatikan  dalam pengoperasian reaktor yaitu:

## a. Temperatur
Perkembangbiakan bakteri sangat dipengaruhi oleh temperatur,  dekomposisi  secara  anaerobik  biasanya terjadi pada suhu 0°C - 69°C, tetapi pada suhu di bawah 16°C  reaksi  berjalan  sangat  lambat,  Suhu  ideal  untuk reaksi adalah 23°C - 35°C. Reaksi yang dijalankan diluar range  suhu  tersebut  biasanya  akan  banyak mengandung  karbondioksida dan  kadar  methannya justru menurun. Suhu reaksi yang digunakan dan jenis mikroba  yang  bekerja  maka  reaktor  terbagi  menjadi tiga type yaitu:

## 1. Type Psicofilic, bekerja pada suhu reaksi < 30°C
2. Type  Mesophilic,  bekerja  pada  suhu  reaksi  antara 30°C - 40°C.  Type ini  tidak  membutuhkan  alat pemanas tambahan karena sesuai dengan suhu udara normal. Namun untuk negara sub tropis membutuhkan alat pemanas selama musim dingin. Type  Thermopilic,  Bekerja  pada  suhu  reaksi  yang lebih  tinggi  ±  54°C.  Type  ini  membutuhkan  alat pemanas  tambahan  dan  memerlukan  mekanisme pengendalian  proses  yang  kompleks.  Reaktor  ini biasanya  dipakai  untuk  skala  industry  agar  lebih memungkinkan  untuk  memaksimalisasi  produksi biogas.
Bakteri metanogenik tidak aktif pada temperature sangat  tinggi  atau  rendah.  Temperatur  optimumnya yaitu  sekitar  35°C.  Jika  temperature  turun  menjadi 10°C,  produksi  gas  akan  berhenti.  Produksi  gas  yang memuaskan berada pada daerah mesofilik yaitu antara 25-35°C.  Biogas  yang  dihasilkan  pada  kondisi  di  luar temperature tersebut mempunyai kandungan karbondioksida  yang  lebih  tinggi.  Pemilihan temperature  yang  digunakan  juga  dipengaruhi  oleh pertimbangan iklim.

## b. PH
Pertumbuhan  bakteri  penghasil  gas  metana akan  baik  bila  pH  bahannya  pada  keadaan  basa  yaitu pH  6,8  sampai  8.  Pada awal  pencernaan,  pH  bahan dalam  tangki  pencerna  dapat  turun  menjadi  6  atau lebih  rendah,  merupakan  akibat  dari  degradasi  bahan organic  oleh  bakteri  aerobik.  Kemudian  pH  mulai  naik
disertai  perkembangbiakan  bakteri  pembentukan metana.

## c. Pengadukan
Proses  Pengadukan  akan  sangat  menguntungkan karena  apabila  tidak  diaduk,  solid  akan  mengendap pada  dasar  tangki  dan  akan  terbentuk  busa  pada permukaan  yang  akan  menyulitkan  keluarnya  gas. Selain  itu  penyampuran  lumpur  baru  secara  merata dengan  lumpur  lama  yang  telah  memiliki  populasi bakteri  tinggi  adalah  sangat  mempercepat  proses produksi biogas.
Dengan konstruksi yang sistematik perlu kiranya dihadirkan  alat  pengaduk  campuran  yang  berfungsi untuk  mengurangi  endapan  atau  apungan  yang berbentuk  semi  padat  dan  juga berfungsi  untuk membagi  ratakan  kerja  bakteri  di  dalam  mengolah campuran  kotoran  yang  baru.  Sehingga  kandungan nutrisi  campuran  lebih  cepat  habis  yang  berarti  pula bahwa proses produksi biogas dengan laju lebih cepat.

## d. Hydraulic Retention Time (HRT)
Faktor  waktu  retensi  sangat  dipengaruhi  oleh temperature, pengenceran, laju pemasukan bahan dan lain  sebagainya.  Pada  temperature  yang  tinggi  laju fermentasi berlangsung dengan cepat, dan menurunkan  waktu  proses  yang  diperlukan.  Pada kondisi normal, fermentasi kotoran berlangsung antara dua sampai empat minggu.

## e. Nutrisi
Bakteri  anaerobic  membutuhkan  nutrisi  sebagai sumber energi. Apabila terjadi kekurangan nutrisi akan menjadi  penghambat  bagi  pertumbuhan  bakteri. Namun  kotoran  sapi  memberikan  jumlah  nutrisi  yang mencukupi.  Pola  makan  sapi  yang  memakan  ampas tahu,  katul,  daun-daun  yang  banyak  mengandung protein  seperti  pete  cina,  daun  kacang  tanah,  daun kacang  hijau  dan  kedelai  yang  lebih  banyak menghasilkan biogas, jika dibandingan pola makan sapi yang memakan jerami padi.
f. Model Sistem Dalam  penelitian  digunakan  reaktor  biogas  type horisontal untuk memproduksi biogas dari kotoran sapi dengan  proses  anaerobic  digestion  dengan  sistim pengisian batch experiment.

## 1. Parameter Desain Reaktor Biogas
Petani sapi skala kecil di Kalimantan tengah rata- rata memiliki 2-5 ekor yang tersebar di seluruh pelosok. Secara  ekonomis,  jumlah  pemilik  sapi  baru menguntungkan  peternak  bila  mencapai  10-20  ekor. Selain  hal  tersebut,  sentralisasi  kandang  juga  bisa diterapkan  untuk  mencegah terjadinya  pencemaran lingkungan. Dengan pertimbangan-pertimbangan tersebut,  maka  kapasitas  reaktor  yang  dikembangan adalah  mampu  menampung  kotoran  sapi  10-20  ekor dan  dapat  menghasilkan  biogas  untuk  memenuhi kebutuhan  energi  5  keluarga  (memasak  dan penerangan).

## 2. Kapasitas Reaktor Biogas
Ukuran  reaktor  dirancang  dengan  cara memaksimalkan produksi gas per unit volume reaktor. Hal  ini  berkaitan  dengan  pencernaan  secara  anaerob yang  bergantung  pada  aktivitas  biologis  dari  bakteri methanogen  yang  berkembang  lambat,  maka  ukuran reaktor  harus  memenuhi  kinerja  yang  diharapkan  dan cukup  besar  ukurannya  untuk  menghindari  tercucinya bakteri tersebut keluar dari reaktor.

## 3. Pengukur Tekanan Digester Biogas
Tekan  digester  biogas,  diukur  menggunakan manometer  air  yang di  buat  dari  selang  yang  diisi  air yang  terhubung  dengan  pipa  cabang  empat  di  output digester biogas seperti terlihat pada gambar berikut :
.
Gambar 2.3. Katup Pengaman dan Manometer
Dimana : P = Tekanan (N/m 2 ) = Density Air =1000 Kg/m 3
g = Percepatan Gravitasi = 9,81 m/det 2 h = Perbedaan ketinggian permukaan air pada manometer (m).

## 4. Katup Pengaman.
Katup pengaman berfungsi untuk :
- Menjaga  tekanan  di  dalam  digester  agar  tidak melebihi  daya  tahan  digester  dan  menjaga  agar tekanan  di  dalam  digester  tidak  menaikkan temperatur  di  dalam  digester  melebihi temperatur  35 0 C  yang  dapat  menghambat pembentukan biogas.
- Menjadi saluran endapan uap air yang terdapat di dalam  saluran  output  biogas,  sehingga  saluran output tidak mampet dan mengurangi kandungan uap air di dalam biogas sehingga nyala api biogas tidak  kemerahan  yang  dapat  mengakibatkan temperatur nyala api biogas menurun.
Design katup pengaman digester sebagai berikut :
Gambar 2.4. Design Katup Pengaman Digester
Dalam pipa terendam dalam botol katup pengaman 6 cm.
P = 1000 Kg/m 3 . 9,81 m/s 2 . 0.06m = 588.6 N/m 2
1 mm H2O = 9.81 Pascal Jadi  ketinggian air 6 cm dapat menahan  P= 588.6 / 9.81= 60 mmH2O tekanan digester atau tekanan digester (P) = 10392.3 mmH2O = 100,58 atm.

## 3. METODE PENELITIAN

## A. Metode Penelitian
Metode  yang  dilakukan  adalah  metode penelitian  eksperimental  ( true  experimental
research ) yaitu jenis  penelitian  ini  dapat  dipakai untuk  menguji  efek  dari  suatu  perlakuan  atau desain  baru  dengan  membandingkan  satu  atau lebih terhadap kelompok lain tanpa perlakuan.

## B. Diagram Alir Penelitian

## Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian

## C. Tempat Penelitian
Pembuatan  alat  dan  pelaksanaan  penelitian dilakukan  di Laboratorium  Pendidikan  Teknik  Mesin Universitas  Palangka  Raya  dengan  pertimbangan  untuk menghemat  biaya  dan  waktu  karena  Desa  Tuwung letaknya  lumayan  jauh  dari  Palangka  Raya,  selain  itu ukuran  digester  di  Desa  Tuwung  lumayan  besar, sehingga  tentunya  akan memerlukan  bahan  yang  lebih banyak  dan  waktu  persiapan  lebih  panjang.  Untuk menjawab  phenomena  yang  terjadi  di  Desa  Tuwung, maka  akan  di  buat  digester  baru  di  Laboratorium Pendidikan  Teknik  Mesin  Universitas  Palangka  Raya dengan  kapasitas  seperlima  kapasitas  yang  ada  di  Desa Tuwung.  Tentunya  bahan  baku  yang  digunakan  untuk membuat  biogas  harus  sama,  untuk  itu  bahan  baku  di ambil dari Desa Tuwung.

## D. Variabel Penelitian
1. Variabel Bebas
a. Katup  Pengaman  :  Tanpa  katup  dan  Dengan katup
b.  Variasi  bukaan  kran  output  digester:  Full;  ¾; ½; ¼;
c. Variasi lubang gas Kompor : 4,5mm ; 5,5mm dan 6,5mm.
d. Hari pengujian adalah hari ke 25
e. Perbandingan campuran 1: 3
2. Variabel Terikat
a. Tekanan digester.
b. Tinggi nyala api.
c. Warna api.

## E. Bahan Dan Alat Penelitian
a. Bahan Bahan pembuat biogas adalah kotoran babi dengan perbandingan campuran dengan air, 1:3.
b. Alat
- Digester dari drum plastik bekas kapasitas 200 l.
- Selang dan air radiator warna hijau untuk manometer
- Penggaris 60cm 2 buah untuk manometer air
- Katup Pengaman
- Pipa diameter 12 mm mampet dengan lubang 4,5mm, 5,5mm dan 6,5mm untuk Kompor biogas

## F. Langkah Penelitian
1. Variasi Tanpa Katup Pengaman.
- Pengamatan dilakukan pada hari ke 25, bulan ke 2 penelitian
-Untuk  tiap  variasi  diameter  lubang  kompor,  diukur tekanan digester, tinggi api dan di photo nyala api kompor.
2. Variasi Dengan Katup Pengaman.
- Campuran  diganti  baru,  pengamatan  dilakukan pada hari ke 25 bulan ketiga penelitian.
- Sama untuk tiap variasi diameter lubang
kompor, diukur tekanan digester, tinggi api dan di
photo nyala api kompor.
G. Setup Penelitian
Gambar 4.1. Setup eksperimen

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

## A.  Hasil Penelitian
Pada  bulan  pertama,  dilakukan  pembuatan alat eksperimen, kemudian tepat pada awal bulan kedua  penelitian  digester  biogas  diisi  dengan kotoran babi dengan komposisi campuran 1:3 dan dimasukkan  ke  dalam  digester  dari  drum  plastik
sebanyak  ¾  volume  drum,  kemudian  di  biarkan selama  25  hari  dengan  posisi  katup  pengaman tertutup.

## 1. Pengamatan Tanpa Katup Pengaman
Pada  hari  ke  25,  diperoleh  hasil  pengamat tanpa  menggunakan  katup  pengaman  adalah sebagai berikut:

## 2. Pengamatan Dengan Katup Pengaman
Pada hari ke 25, diperoleh hasil pengamat tanpa menggunakan katup pengaman adalah sebagai berikut:

## B.  Pembahasan
Dari  Perbedaan  tekanan  pada  tabel  5.1dan  dan tabel 5.2. serta warna api dapat diketahui bahwa digester tanpa  katup  pengaman akan menyebabkan  air mengendap  di  saluran  output  digester  sehingga  saluran output  jadi  agak  mampet  dan  mengakibatkan  tekanan
dan  temperatur  di  dalam  digester  meningkat  dan mengganggu proses pembentukan biogas, ini kemungkinan  yang  menyebabkan  digester  di  desa Tuwung  hasil  produksi  biogasnya  sangat  kurang  dan nyala apinya tidak biru karena mengandung uap air.
Diameter  lubang  kompor  biogas  yang  efektif  dari tabel  5.2.  terlihat  diameter  6,5  mm  mempunyai  tinggi api yang paling baik dari dua pilihan yang lain.
Terjadi  penurunan  tekanan  setelah  menggunakan katup  pengaman  pada  pengamatan  yang kedua,  berarti katup  pengaman  yang  dibuat  dapat  berfungsi  dengan baik.
Untuk  pengujian  kadar  oktan  biogas  seperti  yang terlihat  di  flowchart  penelitian,  peneliti  mohon  maaf karena tidak bisa melaksanakan karena keterbatasan alat di Palangka Raya.

## 5. KESIMPULAN

## A. Kesimpulan
Dari hasil eksperimen dan paparan di bab sebelumnya dapat disimpulkan.
1. Design  katup  pengaman  yang  diperoleh  terbuat dari botol plastik minuman kapasitas 2 liter dengan kedalaman pipa masuk terendam dalam botol 6 cm dapat  menahan  tekanan  sampai  P  =  60  mmH2O atau  tekanan  digester  (P)  =  10392.3  mmH2O  = 100,58 atm.
2. Dari  Tabel  5.2  dapat  dilihat  diameter  lubang kompor  6,5  mm  optimum  untuk  design  kompor biogas.
3. Untuk  alat  ukur  tekanan,  design  dapat  dilihat design pada gambar 2.3, manometer air di buat dari selang  transparan  diameter  6  mm,  yang  di  atur seperti  pipa  U  menggunakan  klem  dan  diisi  air, pada  garis  rata  penghubung  dua  permukaan  air ditaruh  titik  nol  penggaris  60  cm  satu  ke  atas  dan
satu  ke  bawah,  salah  satu  ujung  pipa  dihubungkan ke  pipa cabang  empat  output  digester,  ujung  pipa yang satu lagi di biarkan terbuka.

## B. Saran.
Berdasarkan  penelitian  ini,  maka  digester biogas  di  Desa  Tuwung  dapat  diperbaiki  dengan menambah Katup Pengaman tekanan dan manometer air.

## 6. REFERENSI
Namasivayam  AM,  Korakianitis  T,  Crookes  RJ,  Bob- Manuel  KDH,  Olsen  J.  “ Biodiesel,emulsified  biodiesel and dimethyl ether as pilot fuels for natural gas fuelled engines”. Appl Energy 2010;87:769–78.
Demirbas  A.  “ Biofuels  sources,  biofuel  policy,  biofuel economy  and  global  biofuel  projections”. Energy Convers Manage 2008;49:2106–16.
Demirbas  A.  “ Biodiesel:  a  realistic  fuel  alternative  for diesel engine” . London: Springer Publishing Co; 2008.
Demirbas  MF,  Balat  M. Recent  advances  on  the production  and  utilization  trends  of  bio-fuels:  a  global perspective . Energy Convers Manage 2006;47:2371–81.
Marchetti JM, Miguel VU, Errazu AF. Possible methods for  biodiesel  production .  Renew  Sustain  Energy  Rev 2007;11:1300–11.
Balat M, Balat H. A critical review of biodiesel as a vehicular fuel. Energy Convers Manage 2008;49:2727– 41.