## KAJIAN KARAKTERISTIK DIGESTER KOTORAN SAPI BERDASARKAN KOMPOSISI AIR BERBASIS KINETIKA GAS METANA UNTUK PRODUKSI GAS BIO
Characteristic Study of Cow Dung Digester Based on Water Composition and Kinetics of Methane Gas for Biogas Production
Mu’anah 1 , Cahyawan Catur Edi Margana 1 , Asih Priyati 1,*)
1 Program Studi Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pangan dan Agroindustri Universitas Mataram
Email *) : r_yuhaeri@yahoo.com
Diterima: 2 Desember 2017 Disetujui: 13 Februari 2017

## ABSTRACT
Biogas is one renewable energy that could be used as an alternative energy. In accordance to the increasing  energy  demand,  cow  dung  could  be  used  as  source  to  produce  biogas  as  fuel  or bioslurry. Biogas is produced through fermentation process, where methan (CH 4 ) gas is the main product.  This  research  aims  were  to  designed  and  constructed  cow  dung  digester  and  to understand  the  methan  gas  production.  The  fermentation  process  was  conducted  by  anaerobic using  microbacteria.  This  research  was  conducted  using  experimental  method  by  applying randomized block design based on laboratorium and on field experiments. Three treatments were used in this experiment, i.e., 1:1, 1:2, and 2:1 using three replication with observed parameter of temperature, pressure, production rate, and density of methan gas. Observation was done in 2 days respectively at 0, 12, 24, 36, and 48 hours. Total unit treated in this experiment was 18 units. In the field  experiment,  result  showed  that  methan  production  rate  based  on  theoritical  approach (stoichiometry)  and  experimental  was  consistent  on  2:1  treatment  with  average  %ERMS  <10% (valid), which indicated that the stoichiometry existed on diluted phase. For kinetics approach, the equation for  1:1,  1:2,  and 2:1  ratio  could  be determined  respectively as  y  = -0.74x-0.238    (R 2 = 0.772), y = -0.014x+0.238 (R 2 = 0.772), and y=-0.112x-1.023 (R 2 = 0.723).
Keywords: digester, methan (CH 4 ) gas, cow dung

## ABSTRAK
Biogas adalah salah satu energi terbarukan yang dapat digunakan sebagai energi alternatif. Seiring dengan  meningkatnya  kebutuhan  energi  limbah  (kotoran  sapi)  dapat  dimanfaatkan  sebagai  salah satu  bahan  pembuatan  biogas,  baik  sebagai  bahan  bakar  maupun bioslurry .  Proses  pembuatan biogas  melalui  proses  fermentasi  yang  menghasilkan  gas  metana  (CH 4 )  sebagai  produk  utama. Tujuan  penelitian  ini  adalah  untuk  mempelajari  desain  dan  konstruksi  alat  digester  serta mengetahui  secara  ilmiah  proses  produksi  gas  metana.  Proses  fermentasi  dilakukan  secara anaerobik  oleh  mikrobia.  Penelitian  ini  dilakukan  dengan  menggunakan  metode  eksperimental, menggunakan  Rancangan  Acak  Kelompok  (RAK)  berdasarkan  percobaan  di  laboratorium  dan  di lapangan  dengan  3  (tiga)  perlakuan  (air  :  kotoran),  yakni  perlakuan  1:1,  1:2,  dan  2:1  diulang  3 (tiga)  kali,  kemudian  diukur  parameter-parameter  penelitian:  suhu, tekanan  gas,  laju  produksi  gas metana (CH 4 ) dan massa jenis.  Pengamatan dilaksanakan selama  2 hari, yakni pada jam berturut- turut 0, 12, 24, 36, dan 48 jam. Total unit percobaan sebanyak 18 unit. Pada percobaan di lapangan diperoleh  hasil  analisis  laju  produksi  gas  metana  antara  pendekatan  teoritis  (stoikiometri)  dengan eksperimental  diperoleh  kesesuaian  pada  perlakuan  sampel  2:1  dengan  nilai rata-rata  %  ERMS  < 10%  (valid)  dengan  kata  lain  menunjukkan  bahwa  persamaan  stoikiometri  berlaku  untuk  kondisi perlakuan encer. Lebih jauh pada aspek kinetika, dalam penentuan konstanta produksi gas metana
kesemua  perlakuan  untuk  perbandingan  1:1,  1:2,  dan  2:1  berturut-turut  y  =  -0.74x-0.238  (R 2 = 0.772); y = -0.014x+0.238 (R 2 = 0.772); y= -0.112x-1.023 (R 2 = 0.723).
Kata kunci: digester, gas metana (CH 4 ), kotoran sapi

## PENDAHULUAN
Bahan bakar minyak merupakan energi fosil  tertua  yang  tidak  dapat  diperbaharui menyebabkan  ketersediaan  di  dalam  bumi secara  cepat  maupun  lambat  akan  semakin menipis.  Hal  ini  disebabkan  setiap  gerak  dan aktifitas  kehidupan  manusia  mulai  dari  yang paling  ringan  selalu  membutuhkan  energi sehingga penggunaan energi semakin meningkat (Marsono, 2008).
Pemanfaatan limbah peternakan (kotoran  sapi)  merupakan  salah  satu  alternatif yang  sangat  tepat  untuk  mengatasi  naiknya harga  pupuk  dan  kelangkaan  bahan  bakar minyak,  terutama  pemanfaatan  kotoran  ternak sapi sebagai sumber bahan bakar dalam bentuk biogas.  Teknologi  dan  produk  tersebut merupakan  hal  baru  bagi  masyarakat  petani dan para peternak. Pemanfaatan kotoran ternak sebagai  sumber  energi  tidak  mengurangi jumlah  pupuk  organik  yang  bersumber  dari kotoran ternak. Hal ini karena pada pembuatan biogas  kotoran  ternak  yang  sudah  diproses dikembalikan  ke  kondisi  semula  yang  diambil hanya  gas  metana  (CH 4 )  yang  digunakan sebagai bahan bakar (Rahayu, 2008).
Biogas  merupakan  salah  satu  dari banyak  macam  sumber  energi  terbarukan, karena  energi  biogas  dapat  diperoleh  dari  air buangan  rumah  tangga,  kotoran  cair  dari peternakan  ayam,  sapi,  babi,  sampah  organik dari  pasar,  industri  makanan  dan  limbah buangan lainnya.
Produksi biogas
memungkinkan pertanian
berkelanjutan dengan  sistem  proses  terbarukan  dan  ramah lingkungan. Pada umumnya, biogas terdiri atas gas  metana  (CH 4 )  sekitar  55-80%  yang diproduksi dari kotoran hewan yang mengandung energi 4800-6700 Kcal/m 3 , sedangkan  gas  metana  murni  mengandung energi  8900  Kcal/m 3 .  Sistem  produksi  biogas mempunyai  beberapa  keuntungan  seperti mengurangi  pengaruh  gas  rumah  kaca, mengurangi  polusi  bau  yang  tidak  sedap, sebagai  pupuk  dan  produksi  daya  dan  panas (Wahyuni, 2009).
Berdasarkan  uraian  di  atas  dan  untuk mengetahui bagaimana proses produksi selama
fermentasi kotoran sapi di dalam digester baik di  lapangan  dan  laboratorium  serta  untuk mengetahui  tekanan  yang  dihasilkan,  maka perlu  dilakukan  penelitian  tentang  kajian karakteristik digester kotoran sapi berdasarkan komposisi  air  berbasis  kinetika  gas  metana untuk produksi gas bio.

## Tujuan Penelitian
1. Mempelajari  sistem  kerja  instalasi  alat pembuatan biogas dari kotoran sapi.
2. Mengetahui  laju  produksi  gas  metana  yang dihasilkan  dengan  komposisi  air  yang berbeda skala laboratorium dan lapangan.
3. Mengetahui  perlakuan  terbaik  berdasarkan analisis aktual dan stoikimetri.
4. Mengetahui  secara  ilmiah  proses  produksi gas bio.

## METODE PENELITIAN

## Waktu Penelitian
Penelitian  ini  dilaksanakan  selama  2 bulan  yaitu  pada  bulan  Maret  sampai  April 2014.

## Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium  Daya  dan  Mesin  Pertanian  dan Teknik  Bioproses,  Fakultas  Teknologi  Pangan dan  Agroindustri  Universitas  Mataram  dan  di Lapangan bertempat di Dusun Rean, Kecamatan Gerung, Kabupaten Lombok Barat.

## Alat dan Bahan Alat-alat penelitian
Alat  yang  digunakan  dalam  penelitian ini sebagai berikut:
1. Peralatan  perbengkelan  (las  listrik,  bor listrik,  gergaji  besi,  gerinda,  tang,  palu, obeng, dan peralatan lain yang mendukung).
2. Gelas ukur 1000 ml
3. Termo digital
4. Luxmeter
5. Manometer
6. BOD meter lovibond oxidirect
7. Oven
8. Viscometer
9. Oxygen meter
10. Timbangan analitik
11. Desikator 12. Stopwatch 13. Cawan

## Bahan-bahan penelitian
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini sebagai berikut:
1. Kotoran  sapi  yang  masih  segar  dan  tidak tercampur oleh kotoran lain.
2. Air
3. Bahan-bahan  pembuatan  rangkaian  alat digester  (1  buah  tabung  plastik  sebagai outlet , 3  buah  tabung  kaca  sebagai  reaktor, kondensat,  dan  penampung  gas),  selang, kran  air,  lem/isolasi,  aluminium,  paku  dan triplek sebagai dudukan.
4. Kertas saring untuk menyaring larutan
5. Aquades untuk mengencerkan larutan
6. Silica gel untuk menyerap panas.

## Metodologi Penelitian
Penelitian  ini  menggunakan  dengan metode eksperimental. Rancangan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Rancangan  Acak  Kelompok  (RAK)  dengan menggunakan  tiga  perlakuan  dengan  masing- masing tiga kali ulangan, yaitu:
1. 1:1,  yaitu  1  liter  air  dengan  1  liter  kotoran sapi.
2. 1:2,  yaitu  1  liter  air  dengan  2  liter  kotoran sapi.
3. 2:1,  yaitu  2  liter  air  dengan  1  liter  kotoran sapi.
Setiap perlakuan akan diulang sebanyak  3  kali  ulangan  dengan  mengambil data  setiap  12  jam  sekali  serta  mengukur parameter-parameter  yang  sudah  ditentukan dan  total  unit  percobaan  sebanyak  18  unit percobaan.

## Prosedur Penelitian Prosedur Laboratorium
1. Dicampur  kotoran  sapi  yang  masih  segar dengan  air  pada  wadah  sampai  terbentuk lumpur.
2. Diaduk lumpur yang sudah merata, dimasukkan kedalam tabung reaktor dengan dipastikan  tidak  dalam  keadaan  bocor  pada setiap  tabung  untuk  menjaga  gas  yang terbentuk tidak terbuang.
3. Diamati  sesuai  parameter  yang  sudah ditentukan.

## Prosedur di lapangan
1.  Dicampur  kotoran  sapi  yang  masih  segar dengan air, diaduk merata sampai terbentuk lumpur pada setiap perlakuan.
2. Dialirkan lumpur ke dalam digester melalui lubang  pipa inlet yang  langsung  terhubung dengan tempat penampungan. Pada pengisian  pertama  digester  terisi  penuh sehingga  udara  yang  ada  dalam  digester terdesak keluar.
3.  Dibuang  gas  yang  dihasilkan  pada  hari pertama  selama  10-40  detik  di waterdrain (penguras  air)  sampai  berhenti  gelembung- gelembung  karena  yang  terbentuk  adalah karbondioksida  (CO 2 ).  Selanjutnya  yang terbentuk adalah gas metana (CH 4 ).
4.  Diukur  gas  yang  dihasilkan  menggunakan manometer pada setiap perlakuan.

## Parameter Penelitian Rancang bangun alat digester
Pada  tahap  ini  merupakan  tahap  yang paling  penting  sebagai  langkah  awal  pada penelitian  ini.  Perancangan  masing-masing komponen  sudah  dipastikan  dalam  keadaan tidak  bocor/rusak  serta  sambungan  antara tabung  yang  satu  dengan  tabung  yang  lain berdasarkan ketentuan yang ada karena kondisi tersebut  sangat  mempengaruh  sistem  kerja untuk  mendapatkan  data  yang  benar-benar valid.
Komponen alat digester tersebut terdiri dari tabung reaktor dengan ukuran volume 2,5 ml  yang  dilengkapi  dengan inlet, tabung kondensasi  (tempat  pemisahan  air  dengan  gas murni),  dan  tabung  penampung  gas  yang ditempel  dengan  menggunakan  papan  sebagai dudukan.  Sedangkan  di  lapangan  digester dibuat permanen dengan ukuran 4 3 liter (empat kubik)  tipe  kubah  yang  dibuat  tertutup  dalam tanah  dengan  prinsip  kerja  yang  sama  dengan laboratorium.
Digester  tipe  ini  memiliki  volume tetap sehingga produksi gas akan meningkatkan tekanan dalam reaktor (Hozairi, dkk.,  2012).  Digester  ini  dilengkapi  dengan inlet dan outlet serta  pengukuran  gasnya langsung  menggunakan  alat  yang  disebut manometer  berbentuk  U  yang  terisi  air  teh, sehingga  untuk  mengetahui  jumlah  gas  yang dihasilkan  dengan  mengukur  penambahan tinggi tekanan pada manometer.

## Uji fungsional alat
Sebelum  melakukan  langkah  lebih lanjut,  terlebih  dahulu  dilakukan  pengujian alat.  Setelah  alat  tersebut  dapat  melakukan proses fermentasi dengan baik dan menghasilkan tekanan yang diukur menggunakan luft  meter karena  menggunakan sampel  skala  kecil  selanjutnya  dilakukan pengambilan  data.  Sedangkan  di  lapangan untuk  pengujian  dilakukan  dengan  pengisisian tabung  reaktor  terlebih  dahulu  kemudian ditunggu 2-3 hari sehingga terbentuk
gelembung dan ditunggu sampai hilang karena yang  dibutuhkan  adalah  gas  metana  kemudian dialirkan melalui pipa yang langsung terhubung dengan manometer dan kompor gas sudah  bisa  menyala  dengan  baik  (berwarna biru).

## Tahap pengambilan data Tekanan gas
Pengukuran  gas  menggunakan  dua alat,  yaitu luft  meter dan  manometer. Luft meter digunakan  pada  skala  laboratorium karena gas yang dihasilkan kecil sedangkan di lapangan menggunakan manometer karena gas yang dihasilkan dalam jumlah banyak tergantung banyaknya kotoran yang
digunakan.  Tekanan  dihitung  menggunakan rumus gas ideal berikut:
Pv = nRT Pv = m M RT ........................................................ 1)
Dimana:
P = tekanan (atm)
v = volume ruang (liter) N = jumlah mol gas R = tetapan umum gas (0,082 L atm/mol K) T = suhu (Kelvin) M = Massa relatif atom/molekul m = massa zat (kg)
Volume gas ditentukan dengan persamaan Boyle-Gay Lusssac , karena terdapat perbedaan suhu, tekanan, dan volume gas pada tabung digester. Persamaannya adalah:
P 1 V 1 T 1 = P 2 V 2 T 2 ...................................................... 2)
Dimana:
P 1 = tekanan gas pada tabung reactor (atm) P 2 = tekanan gas pada tabung gas(atm) T 1 = suhu gas pada tabung reactor (K) T 2 = suhu gas pada tabung gas(K)
V 1 = volume gas pada tabung reactor (liter) V 2 = volume gas tabung gas (liter)
Laju produksi (v, ml/s) Laju produksi gas metana menunjukkan  kecepatan  alat  tersebut  dalam memproduksi  gas  yaitu  perbandingan  antara volume gas yang dihasilkan dengan waktu.
𝑣 = 𝑉 𝑡 ............................................................... 3)
Dimana:
v = laju produksi gas (ml/s) V= volume gas (ml) t = waktu (s)

## Pengukuran jumlah molekul gas metan (N)
Setiap  sampel  kecil  gas  terdiri  dari banyak  molekul  (N)  untuk  suatu  jenis  zat kimia  tetentu,  semua  molekulnya  identik. Banyak  molekul  dihitung  dengan  rumus berikut:
N = 𝑚𝑁 𝑀 dan N A = 𝑁 𝑛 .......................................... 4)
Dimana:
N = Banyak molekul M = Massa masing-masing molekul (kg)
mN = Massa total (Kg) m = Massa molar (Kg/kilomol) n = jumlah mol Untuk 1 mol gas ideal pada 273 ° K dan pada  tekanan  atm  baku  menempati  volume 2,24x10 4 cm 3 ,    maka  terdapat  3x10 19 molekul dalam volume 1 cm 3 dan 3x10 16 molekul/mm 2 . Bahkan volume sekecil satu mikrometer kubik berisi 3x10 7 molekul.
Temperatur ( ° C)
Temperatur  dapat  diukur  dengan menggunakan  termodigital  dan  termometer dengan skala celcius ( ° C).
Pengukuran BOD (Biological Oxygen Demand)
Nilai  BOD  dihitung  dengan  rumus sebagai berikut:
BOD = (DO 0 -DO 5 ) x Pengenceran .................. 5)
Sedangkan  pengukuran  produksi  gas metana  dapat  ditentukan  dengan  persamaan hubungan:
G = 5,62(eF-1,42A) ......................................... 6)
Dimana: BOD = kandungan bahan organik (mg/l) DO 0 = jumlah oksigen pada hari ke-0 (mg/l) DO 5 = jumlah oksigen pada hari ke-5 (mg/l) Pengenceran = Faktor pengenceran sampel G = Produksi CH 4 , ft 3 /day e = Efisiensi BOD (1,32) F = Peningkatan BOD, lb/day A = Total Suspended Solid (TSS), lb/day (Eckenfelder, 1966)

## PengukuranTSS (Total Suspended Solid)
TSS  terdiri  dari  partikel-partikel  yang ukuran  maupun  beratnya  lebih  kecil  dari sedimen,  misalnya  tanah  liat,  bahan-bahan organik  tertentu,  sel-sel mikroorganisme ,  dan sebagainya  (Nasution,  2008).  Persamaannya adalah:
TSS (mg/l) = (A-B) X 1000/V  ....................... 7) Dimana: A = berat kertas saring sebelum di oven (gr) B = berat kertas saring setelah di oven (gr) V = volume sampel (ml)

## Massa jenis (ρ,gr/ml)
Massa  jenis  adalah  pengukuran  massa setiap  satuan  volume  benda.  Semakin  tinggi massa  jenis  suatu  benda,  maka  semakin  besar pula  massa  setiap  volumenya.  Persamaannya adalah:
Massa jenis = 𝑚 𝑣 ............................................. 8)
Dimana: m = massa sampel (gr) v = volume sampel (ml)
Validasi model matematika untuk perancangan
% ERMS = √ ∑( 𝑋 𝑆𝐼𝑀𝑈𝐿𝐴𝑆𝐼−𝑋 𝐴𝐾𝑇𝑈𝐴𝐿
𝑋 𝐴𝐾𝑇𝑈𝐴𝐿
) 2
𝑛 X100%... 9)
Dimana:
X Simulasi = nilai simulasi X Aktual = nilai aktual n = jumlah data

## Analisis Data
Data akan dianalisis menggunakan dua pendekatan  yaitu  pendekatan  matematik,  yaitu dengan  persamaan  yang  sudah  ditentukan  dan statistik  untuk  mengetahui  hubungan  variabel
dengan  parameter-parameter  menggunakan program excel dan statgraf.

## Diagram Alir Penelitian
Gambar 1. Diagram alir penelitian

## HASIL DAN PEMBAHASAN Tekanan
Tekanan dalam reaktor pada penelitian ini  diukur  secara  langsung  menggunakan luft meter sehingga  dapat  diketahui  bahwa  proses terjadinya reaksi pada reaktor untuk menghasilkan  seberapa  banyak  tekanan  yang dihasilkan serta untuk mengetahui peningkatan yang  terjadi  sampai  kandungan  gas  dalam bahan tersebut habis. Berdasarkan uji pendahuluan,  setiap  ulangan  dilakukan  selama 2  hari  sampai  titik  konstan  yaitu  tidak  terjadi peningkatan  dalam memproduksi gas metana.
Gambar 2. Grafik perbandingan tekanan aktual sampel 1:1, 1:2, dan 2:1
Grafik  pada  gambar  2  menunjukkan perbandingan  tekanan  aktual  tiap  sampel. Melihat bentuk gambar tersebut dapat dikatakan  bahwa  hubungan  tekanan  terhadap waktu  adalah  berbanding  lurus  dengan semakin banyak  waktu yang dihabiskan maka tekanan  yang  dihasilkan  akan  semakin meningkat  dan  sebaliknya.  Perbandingan masing-masing  sampel  dilihat  dari  jumlah tekanan  yang  dihasilkan,  yaitu  pada  waktu yang  sama  untuk  semua  sampel  selama terjadinya  proses  produksi  dari  jam  ke-0 hingga  jam  ke-36  mengalami  peningkatan. Sampel  1:1  menghasilkan  tekanan  tertinggi 0,0245763  atm  pada  hari  kedua  (36  jam), sampel  1:2  0,0315840  atm  di  jam  yang  sama, begitu  juga  dengan  sampel  2:1  diproleh tekanan  0,019444  atm.  Dari  ketiga  sampel dapat  disimpulkan  dengan  ukuran  bahan  yang sama,  yaitu  2000  ml  dengan  komposisi  air yang berbeda tekanan tertinggi diperoleh pada sampel  2:1  karena  jumlah  volume  kotoran lebih banyak.
Analisa  menggunakan statgraf pada sampel  1:2  dengan  persamaan  y=5.06x+1.96 dan  R²  =  0,924. Output menunjukkan  bahwa model  linier  untuk  menggambarkan  hubungan antara  tekanan  dan  waktu  dengan  persamaan tekanan  =  7.02+0,421667*  terhadap  waktu, dan  nilai  P  pada  tabel  ANOVA  kurang  dari 0,01  menunjukkan  bahwa  adanya  hubungan yang  signifikan  secara  statistik  antara  tekanan dan  waktu  dengan  tingkat  kepercayaan  99%. Sedangkan
R-Square secara statistik menunjukkan  nilai  92,4144%  dari  variabilitas dalam tekanan dengan koefisien korelasi sama dengan 0.961324 menunjukkan adanya
hubungan  yang  kuat  pula  terhadap  variabel relatif dengan standar error dari estimasi yaitu standar  deviasi  dari  residu  menjadi  2,64676.
Begitu juga dengan sampel 2:1 dan 1:1 karena nilai  nilai  R-Square  0,888 dan  0,706  memiliki hubungan  yang  cukup  kuat  dan  berpengaruh nyata terhadap waktu. Sedangkan di bawah ini adalah  grafik  hasil  perhitungan  analisa  data teoritis gas ideal.
Gambar 3. Grafik perbandingan hasil perhitungan teoritis gas ideal sampel 1:1, 1:2, dan 2:1
Analisa hasil pengukuran secara langsung  dibandingkan  dengan  perhitungan secara  teoritis  untuk  mendukung  kebenaran dari  data  hasil  penelitian  yang  sudah dilakukan. Gambar 3 di atas merupakan grafik hasil perhitungan secara teoritis gas ideal, yaitu melalui  pendekatan  sesuai  dengan  referensi yang digunakan. Tekanan selama 48 jam terus meningkat  sama  seperti  data  aktual  arena  gas yang  terbentuk  selama  2  hari  tidak  digunakan tapi  ditampung  untuk  mengetahui  jumlah tekanan  yang  dihasilkan.  Waktu  dengan tekanan  yang  dihasilkan  terlihat  berbanding lurus  yaitu  semakin  banyak  waktu  yang dihabiskan  gas  yang  dihasilkan  juga  akan meningkat. Berdasarkan penelitian yang dilakukan  dengan  pengambilan  data  secara langsung  pada  laboratorium  kandungan  gas dalam  lumpur  yang  sudah  tercampur  rata habis. Dari kedua pendekatan tersebut disimpulkan  bahwa  tekanan  yang  dihasilkan baik secara aktual maupun secara teoritis tidak berbeda nyata.
y = 0.005x + 0.006 R² = 0.924 y = 0.007x + 0.004 R² = 0.888 y = 0.003x + 0.007 R² = 0.706 0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030 0.035 0 20 40 60 Tekana n (at m ) Waktu (Jam) Sampel 1:1 Sampel 1:2 Sampel 2:1 y = 2E-06x + 0.0069 R² = 0.8019 y = 3E-06x + 0.0069 R² = 0.8196 y = 2E-06x + 0.0069 R² = 0.7659 0.00688 0.00690 0.00692 0.00694 0.00696 0.00698 0.00700 0.00702 0.00704 0.00706 0 20 40 60 Tekana n (at m ) Waktu (Jam) Sampel 1:1 Sampel 1:2 Sampel 2:1
Gambar 4. Grafik perbandingan tekanan data lapangan sampel 1:1, 1:2, dan 2:1
Grafik pada gambar 4 merupakan data perbandingan  berdasarkan  gas  ideal  secara aktual  di  lapangan,  dimana  tujuan  dari pengukuran  tersebut  untuk  membandingkan tekanan  yang  diproleh  di  laboratorium.  Dari hasil  pengukuran  tersebut  secara  aktual  di lapangan terlihat sama-sama mengalami peningkatan  hingga  48  jam  karena  gas  yang terbentuk  ditampung  pada  manometer  dan tidak  digunakan  selama  pengambilan  data, berbeda  dengan  aktual  di  laboratorium  yaitu pada  jam  36  hingga  48  mengalami  penurunan menunjukkan  bahwa  kandungan  gas  dalam bahan sudah habis.
Sampel  1:1  merupakan  perbandingan volume  yang  sama  antara  air  dengan  kotoran sapi.  Pada  sampel  ini  diperoleh  tekanan sebanyak  0,023050  atm  pada  hari  kedua  pada jam  ke  48,  sedangkan  sampel  1:2  merupakan sampel  dengan  perbandingan  2  liter  kotoran dengan 1 liter air sehingga dengan perbandingan tersebut menyebabkan campuran menjadi  kental  dibandingkan  dengan  sampel yang lain. Dari hasil penelitian yang dilakukan dengan ketiga sampel tersebut dapat disimpulkan  bahwa  tekanan  tertinggi  diproleh pada sampel 1:2 yaitu 0,025931 atm dan untuk sampel terakhir yaitu 2:1 merupakan campuran paling  encer  karena  jumlah  perbandingan  air lebih banyak sehingga tekanan yang dihasilkan juga  rendah  yaitu  0,022089  atm  pada  hari kedua,  jam  ke  48  karena  tekanan  yang dihasilkan pada skala lapangan diukur menggunakan manometer dan tidak digunakan selama pengambilan data.
Temperatur Temperatur  pada  dasarnya  salah  satu faktor yang berpengaruh terhadap pembentukan  gas  metana  karena  temperatur merupakan konsep termodinamika yang terlibat  pada  persamaan  PV=nRT.  Temperatur biasanya  dinyatakan  sebagai  fungsi  dari  salah satu  koordinat  termodinamika.  Maka  dari  itu temperatur  yang  dimaksud  pada  penelitian  ini adalah  temperatur  yang  ada  di  dalam  tabung reaktor  (tempat  terbentuknya  gas)  dan  alat yang  digunakan  untuk  mengukur  temperatur pada penelitian ini khususnya skala laboratorium adalah termokopel (ruang hampa) sedangkan di lapangan menggunakan termometer  batang.  Dimana  tujuan  dari pengukuran temperatur tersebut untuk mengetahui  pengaruhnya  terhadap  gas  yang dihasilkan setiap 12 jam. Untuk  lebih jelasnya perbandingan  temperatur  setiap  perlakuan dapat dilihat pada grafik berikut ini:
Gambar 5. Perbandingan temperatur laboratorium sampel 1:1, 1:2, dan 2:1
Gambar 6. Perbandingan temperatur lapangan sampel 1:1, 1:2, dan 2:1
y = 0.006x + 0.002
R² = 0.986 y = 0.006x + 0.002 R² = 0.993
y = 0.005x + 0.001 R² = 0.982 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0 20 40 60 Teka n an ( A tm ) Waktu (Jam) Sampel 1:1 Sampel 1:2 y = 0.08x + 302.2 R² = 0.8022 y = 0.1167x + 301.2 R² = 0.8167 y = 0.0917x + 301.9 R² = 0.7629 300 301 302 303 304 305 306 307 308 0 20 40 60 Su h u ( 0 K) Waktu (Jam) Sampel 1:1 Sampel
1:2
Sampel 2:1
y = 0.0725x + 300.12 R² = 0.8076 y = 0.0725x + 300.72 R² = 0.838 y = 0.0642x + 299.66 R² = 0.9293 299 300 301 302 303 304 305 0 20 40 60 Su h u ( 0 K) Waktu (Jam) Sampel 1:1 Sampel 1:2
Sampel 2:1
Temperatur merupakan pengaruh utama  pembentukan  gas  metana,  jumlah  gas yang  terkandung  dalam  bahan  akan  cepat terbentuk  apabila  temperatur  tinggi  dan sebaliknya  apabila  temperatur  pada  tabung reaktor  rendah  maka  proses  pembentukan  gas akan  lambat  karena  temperatur  tersebut merupakan  energi  yang  menyebabkan  bahan tersebut  menjadi  panas  sehingga  kandungan gas  dalam  bahan  akan  menguap  atau  terpisah dengan cepat.
Temperatur  lapangan  berkisar  antara 300-300,7 ° K. Kondisi digester khususnya pada tabung  reaktor  baik  di  lapangan  maupun laboratorium  memiliki  fungsi  yang  sama, namun  berdasarkan  kondisi  di  lapangan  yaitu dengan  reaktor  sebesar  4  kubik  bentuk  kubah, selama beberapa hari reaktor harus terisi penuh dengan kotoran dan pada dasarnya menggunakan  perbandingan  1:1  sehingga selama pengambilan data untuk sampel 1:2 dan 2:1 didominasi oleh perbandingan 1:1 sehingga hasilnya  pun  memiliki  perbedaan  yang  tipis pada semua sampel.

## Volume dan laju produksi gas metana
Penentuan  volume  gas  metana  (CH 4 ) hasil fermentasi dianalisa menggunakan pendekatan  teori  karena  pendekatan  secara aktual  tidak  memungkinkan,  mengingat  alat ukur  volume  gas  tidak  ada.  Pendekatan tersebut  dilakukan  dengan  menggunakan persamaan  Boyle  Gay-Lussac  PV  =  nRT.  Hal yang menentukan dalam penentuan volume gas adalah tekanan dan temperatur.
Gambar 7. Grafik perbandingan volume sampel 1:1, 1:2, dan 2:1
Grafik  pada  gambar  7  menunjukkan hubungan  antara  waktu  dengan  volume
berbanding lurus, yaitu semakin banyak waktu yang  digunakan  semakin  tinggi  volume  gas yang  dihasilkan.  Begitu  sebaliknya,  semakin sedikit  waktu  yang  digunakan  volume  gas yang  dihasilkan  juga  sedikit.  Dari  ketiga sampel  tersebut  dapat  dilihat  volume  tertinggi ditemukan pada sampel 1:2, yaitu sampel yang paling  kental  disebabkan  karena  kandungan gas tergantung pada jumlah bahan atau kotoran yang  digunakan  selama  proses  produksi  yaitu selama 48 jam.
Sampel  1:1  memiliki  volume  tertinggi yaitu  0,63881  ml  angka  ini  menunjukkan bahwa pada jam tersebut gas dapat diproduksi secara maksimal. Sampel 1:1 jika dibandingkan dengan sampel 2:1 yaitu sebesar 0,63938 ml, dimana sampel tersebut menunjukkan  perbedaan  yang  tidak  signifikan karena  hampir  sama.  Sedangkan  volume tertinggi  ditemukan  pada  sampel  1:2  jika dibandingkan  dengan  sampel  kedua  tersebut, hal  ini  menunjukkan  bahwa  perbandingan  1:2 mampu memproduksi gas terbanyak dibandingkan sampel 1:1 dan2:1.
Laju  pembentukan  gas  metana  adalah banyaknya  gas  yang  terbentuk  dari  bahan persatuan  waktu.  Pada  semua  perlakuan,  laju pembentukan  gas  metana  dengan  bahan kotoran sapi berada pada laju meningkat.  Laju produksi  merupakan  kecepatan  alat  tersebut dalam  menghasilkan  gas  setiap  jamnya  yaitu perbandingan  antara  produksi  gas  metana dibagi  waktu  selama  pembentukan,  adapun laju  produksi  metana  masing-masing  sampel dapat dilihat pada grafik berikut:
Gambar 8 . Grafik laju produksi gas metana sampel 1:1, 1:2, dan 2:1
Grafik  pada  gambar  8  merupakan  laju pembentukan  gas  metana  setiap  jam.  Sampel
y = 0.0003x + 0.7342
R² = 0.9633
y = 0.0002x + 0.7382
R² = 0.9952 y = 0.0003x + 0.739 R² = 0.9348 0.73 0.735 0.74 0.745 0.75 0.755 0 20 40 60 V o lu me ( ltr ) Waktu (jam) Perbandingan 2;1 Perbandingan 1;1 Perbandingan 1;2 y = 0.0324x + 0.0277 R² = 0.7987 y = 0.0764x - 0.0094 R² = 0.9482 y = -0.0155x + 0.0894 R² = 0.7339 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0 2 4 6
Sampel 1:1 Sampel 1:2 Sampel 2:1
1:1  dan  sampel  1:2  dari  hari  pertama  sampai hari  kedua  mengalami  peningkatan  hal  ini menunjukkan  bahwa  pada  kedua  sampel tersebut  tidak  terjadi  pemecahan  secara sempurna  setiap  jam,  menyebabkan  masih adanya  bahan-bahan  yang  membutuhkan waktu lebih lama berproduksi atau dengan kata lain mikrobia yang membantu proses perombakan  pada  pembentuksn  gas  metana tidak  bisa  bekerja  dengan  baik  apabila  masih berbentuk polimer sehingga perlu penyederhanaan  menjadi  lebih  sederhana, sedangkan  pada sampel  perlakuan encer (2:1), yaitu berbanding terbalik dengan kedua sampel tersebut, mengalami penurunan karena
terjadinya proses secara sempurna. Massa Jenis
Gambar 9. Grafik hubungan massa jenis terhadap produksi gas metana
Dilihat  dari  grafik  pada  gambar  9, selama  proses  fermentasi  massa  jenis  bahan semakin  lama  semakin  menurun.  Massa  jenis tertinggi  adalah  1:2  (satu  liter  air  dengan  dua liter  kotoran)  jadi  larutan  ini  berdasarkan  dari tingkat  kekentalan  merupakan  larutan  yang paling  kental  karena  pencampuran  kotoran lebih  banyak,  untuk  massa  jenisnya  nilai terendah  1,12  gr/ml  dan  nilai  tertinggi mencapai  1,54  gr/ml  pada  volume  5  ml  pada hari  sebelum  kotoran  dimasukkan  ke  dalam tabung reaktor.
Begitu  juga  dengan  perbandingan  1:1 dan  2:1  dari  hasil  di  atas  komposisi  air  juga mempengaruhi  massa  jenis  suatu  bahan, semakin  encer,  maka  massa  jenisnya  juga semakin  rendah  namun  kondisi  di  dalam reaktor  juga  sangat  mempengaruhi  karena dilihat  dari  nilainya  semakin  hari  massa  jenis juga  semakin  menurun  hal  ini  menunjukkan
dengan  terambilnya  gas  yang  ada  di  dalam bahan  tersebut  menyebabkan  massa  jenisnya berkurang.

## Produksi Gas metana
Berdasarkan hasil perhitungan produksi  gas  metana  pada  masing-masing perlakuan dapat dilihat pada gambar berikut:
Gambar 10. Grafik perbandingan nilai aktual produksi gas metana pada sampel 1:1, 1:2, dan
2:1
Gambar 11. Grafik perbandingan nilai teoritis (stoikiometri) produksi gas metana pada sampel 1:1, 1:2, dan 2:1.
Grafik  pada  gambar  10  dan  11 merupakan  perbandingan  jumlah  gas  metana yang  dihasilkan  pada  setiap  sampel  secara aktual  dan  berdasarkan  stoikiometri.  Pada penelitian  ini  divariasikannya  perbandingan volume  air  dengan  volume  kotoran  bertujuan untuk melihat pada perbandingan volume yang mana produksi gas metana berproduksi dengan baik.  Hasil  analisa  baik  secara  aktual  maupun secara  teoritis  dari  ketiga  sampel  tersebut, yaitu  dengan  perbandingan  volume  air  yang
y = -0.0047x + 1.294 R² = 0.8991 y = -0.0076x + 1.496 R² = 0.9009 y = -0.0088x + 1.264 R² = 0.8828 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 0 20 40 60 M assa Je n is (g r/ ml ) Waktu (Jam) Sampel 1:1 Sampel 1:2 Sampel 2:1 y = 0.0039x + 0.9028 R² = 0.906 y = 0.0052x + 0.7782 R² = 0.9109 y = 0.0107x + 0.8876 R² = 0.8089 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 0 20 40 60 Gas me tan a ( ft 3 /12 jam) Waktu (Jam) Sampel 1:1 Sampel 1:2 Sampel 2:1 y = 0.1547x - 0.604 R² = 0.8221 y = 0.2938x - 1.657 R² = 0.8507 y = 0.0181x + 0.7594 R² = 0.8513 -4.000 -2.000 0.000 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 12.000 14.000 16.000 0 20 40 60 Gas me tan a ( ft 3 /12 jam) Waktu (Jam) Sampel 1:1 Sampel 1:2 Sampel 2:1
berbeda  memiliki  menunjukkan  produksi  gas metana yang berbeda.
Peranan  air  dalam  memproduksi  gas metana  sangat  penting  karena  membantu proses  penguraian  oleh  bakteri,  sehingga terjadi  proses  anaerobik  secara  sempurna menyebabkan terbentuknya gas. Hal ini selaras dengan    hasil  penelitian  Wahyudi  (2013), bahwa  penambahan  kadar air  sebanyak  16,7% pada  campuran  eceng  gondok  dan  feses  sapi dapat  meningkatkan  kadar  metana  sebanyak 20,25%. Dari ketiga sampel di atas berdasarkan  anlisa  secara  aktual  dan  teoritis tidak  valid  pada  perbandingan  1:2  dan  1:1 karena  memiliki  nilai  %  ERMS  di  atas  10% dan  diperoleh  perbandingan  volume  terbaik, yaitu pada sampel 2:1 (perbandingan 2 liter air dengan 1 liter kotoran) dengan nilai % ERMS kurang  dari  10%  yaitu  9,21%  menunjukkan bahwa data tersebut valid.

## KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Berdasarkan hasil analisa dan pembahasan, dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Rancangan  digester  pembuatan  gas  metana terdiri  dari  tabung  reaktor,  penampungan gas  metana,  keran  sebagai  penutup  dan selang sebagai penyalur gas.
2. Dalam  memproduksi  gas  metana  hal-hal yang  berpengaruh  adalah  temperatur  dalam tabung  reaktor,  karena  apabila  temperatur rendah  maka  akan  semakin  lama  waktu yang  dibutuhkan  untuk  memproduksi  gas metana.
3. Dengan  komposisi  air  yang  berbeda ditemukan bahwa perbandingan air merupakan faktor penting dalam
memproduksi gas metana karena
berpengaruh  terhadap  bakteri  yang  bekerja dalam pembentukan gas metana.
Berdasarkan penelitian yang dilakukan nilai
%  ERMS  di  bawah  10%  ditemukan  pada sampel 2:1.
4. Dari  kedua  pendekatan  yang  digunakan secara  aktual  dan  berdasarkan  teori  gas ideal  tekanan  yang  dihasilkan  tidak  jauh berbeda.
5. Berdasarkan  hasil  analisis  membuktikan keterkaitan antara laju produksi gas metana secara  eksperimental  dengan  stoikiometri, ditemukan pada perlakuan campuran
kotoran  sapi  dengan  air  pada  kondisi  encer atau perbandingan 2:1.

## Saran
Adapun  saran  yang  disampaikan  pada penelitian ini sebagai berikut:
1. Untuk peneliti selanjutnya, dalam peningkatan efisiensi alat, dapat memodifikasi  jenis  dan  bentuk  reaktor, karena  hal  tersebut  merupakan  bagian terpenting  dalam  instalasi  digester  dalam memproduksi gas metana.
2. Dapat  digunakan  penelitian  selanjutnya dengan  melakukan  penelitian  serupa  tetapi menggunakan  bahan  atau  perlakuan  yang berbeda.

## DAFTAR PUSTAKA
Eckenfelder,  Wisley  W.  1966.  Industrial Waster  Pollutan  Control.  Mc  Graw Hill.
Hozairi,  Bakir,  Bukhari.  2012.  Pemanfataan
Kotoran Hewan menjadi Energi Biogas untuk Mendukung Pertumbuhan  UMKM  di  Kabupaten
Pamekasan. Universitas Islam Madura. Madura.
Marsono.  2008.  Superkarbon  Bahan  Bakar Alternatif  Pengganti  Minyak  Tanah dan Gas. Penebar swadaya. Jakarta.
Nasution, AH. 2008. Perencanaan dan Pengendalian  Produksi.  Yogyakarta: Graha Ilmu.
Rahayu,  Sugi.  2008.  Pemanfaatan  Kotoran
Ternak  Sapi  Sebagai  Sumber  Energi Alternatif  Ramah  Lingkungan  Beserta Aspek Sosio Kulturalnya. http://www.petra.ac.id/science/applied _technology/biogas98/biogas.html
(Diakses 18 Desember 2013).
Wahyudi,  A.,  Iskandar  R.  2013.  Pengaruh Komposisi  Air  dalam  Pembentukan Biogas dari Enceng Gondok Waduk X Koto  Padang  Panjang  dan  Feses  Sapi.
Repository Universitas Andalas. Padang.
Wahyuni,  Sri.  2009.  Menghasilkan  Biogas
Dari  Aneka  Limbah.  Jakarta:  PT Agromedia Pustaka. http://srielfyra.blogspot.com /2012/10/makalah-pemanfaatan- kotoran sapi.html ( Diakses 18 Desember 2016)