Kelompok 2 melakukan perancangan reaktor biodigester untuk memanfaatkan sampah menjadi energi. Mereka menghitung volume reaktor yang dibutuhkan berdasarkan kebutuhan listrik, volume gas metana, dan asumsi kerugian. Volume reaktor yang dihasilkan adalah 35 m3. Mereka juga menghitung tinggi dan diameter reaktor, tekanan pada dinding, ketebalan dinding, kekuatan pengelasan, daya motor pengaduk, ketebalan poros
3. Nama Anggota Kelompok 2
● Fellanda Harfiana 40040119650005
● Agnes Agave S 40040119650023
● Siti Khofifatul Khasanah 40040119650011
● Fairuz Nadhifah 40040119650080
● Rosiana Oktaviani 40040119650099
● Sirilus Angga Raditya 40040119650083
● Anita Carolina R 40040119650114
● Azzahra Nadienta 40040119650088
● Rhida Amalia Dewi F 40040119650020
● Taqi Arrafi 40040119650109
● Muhammad Habib 40040119650030
● Muhammad Fariz F L 40040119650065
● Muhammad Iqbal S W 40040119650074
4. Biodigester merupakan suatu teknologi yang
memanfaatkan proses biologis dimana bahan
organik oleh mikroorganisme anaerobik terurai
dalam ketiadaan oksigen terlarut (kondisi anaerob)
5. Perhitungan Kebutuhan Sampah dan Volume Reaktor
Dalam menunjang perancangan reaktor biodigester, diperlukan beberapa perhitungan teoritis,
perhitungan ini sebagai dasar acuan desain bentuk 3D yang akan dibuat dengan software pro-
enginerring 5.0
Diketahui:
El = 2 kW x 24 jam = 48 kW
H metan = 11,17 kWh/m^3
n el = 34,8%
Ditanya: V CH4 = …?
Penyelesaian:
El = V CH4 x H metan x n el
V CH4 = 12,34 m^3
6. Diasumsikan pesimis kerugian kehilangan gas metan akibat kebocoran sebesar 10 %
sehingga hanya 90% produksi gas metan yang masuk ke generator. Hal ini berdasarkan
penelitian Kurt Hjort-Gregersen dengan judul laporan Methane emission from Danish
biogas plants, kehilangan biogas 10% merupakan kehilanyan terbesar dalam penelitian
sehingga diharapkan kurang dari itu.
7. Diasumsikan massa jenis sampah organik yang dipakai adalah 290 kg/m^3.
Dengan perbandingan campuran sampah dan air yang akan digunakan yaitu 1:3, maka
total volume slurry harian masuk sampah adalah:
Selanjutnya lama proses mempunyai waktu 14 hari terhitung dari hari pertama
pemasukkan slurry, jadi volume penampung slurry 31,36 m^3. Lalu memberikan toleransi
faktor kelonggaran tambahkan 10% dari volume penampung slurry, maka tabung
penampung dibuat sebesar 35 m^3. Dan diasumsikan diameter tabung reaktor 3,2 m.
8. V = Vc + Vgs + Vf + Vh + Vs
Keterangan:
Vc : Volume ruang pengumpul gas
Vgs : Volume ruang penyimpanan gas
Vf : Volume ruang fermentasi
Vh : Volume ruang hidrolik
Vs : Volume lapisan lumpur
Total Volume Biodigester
Tinggi tabung penampung slurry =
Dari rumus pada Vgs + Vf = 80% V, Vgs merupakan volume ruang penyimpanan gas
diasumsikan dengan persamaan dibawah:
V1 = 0,0827 D^3
V1 = 0,0827 (3,2 m)^3 = 2,70 m^3
9. Dari volume total penampungan slurry, maka didapat 2,70
m^3 sebagai ruang penyimpana biogas pada tabung reaktor
biodigester, selanjutnya menghitung tinggi tabung tersebut:
Ruang pengumpul gas, Vc < 5%, dari volume total
penampungan slurry, maka didapat 1,70 m^3 volume ruang
pengumpul gas, agar tuang pengumpul gas efektif sebagai
pengganti bentuk round (lengkungan) dibuat cover penutup
fixed dome berbentuk kerucut
Dari perhitungan diatas didapat tinggi total reaktor biodigester (tidak termasuk tinggi motor
listrik), hanya tabung reaktor biodigester
T. Total tabung reaktor biodigester = 4,35 m + 0,33 m + 0,63 m= 5,31 m, dan
V. total tabung reaktor biodigester = 35 m^3 + 2,7 m^3 + 1,70 m^3 = 39,4 m^3
10. Perhitungan Tekanan Hidrostatis dan Kekuatan Tabung
01
A. Tekanan Hidrostatis pada Tabung Reaktor Biodigester
Gaya tekan yang berlangsung pada rabung reaktor biodigester merupakan gaya tekan hidrostatis
dengan asumsi, volume penuh dengan kapasitas 35m3
ρ slurry = 290 (0,25) + 1000 (0,75) = 822,5 kg/m3
Berat total Slurry = 35m3 x 822,5 kg/m3 = 28787,5 kg maka diubah :
F = m x g
= 282405,375N atau 282,405 kN
Untuk tekanan pada alas dengan gaya yang dapat dihitung, maka:
P alas = F/A
= F / π . ¼ . (d)2
= 282405,37 N / π . ¼ . (3200mm)2
= 0,035 MPa
P Dinding = F/A
= F / π . d . t
= 282405,37 N / 3200mm . 4350 mm
= 282405,37 N / 43730969,74 mm2
=6,45 x 10-3 MPa
11. 01
B. Ketebalan Minimal Dinding Reaktor Biodigester
Setelah Menentukan tekanan yang terjadi pada dinding tabung reaktor biodigester diperlukan
perhitungan tebal plat. Kita masukan faktor keamanan 3, faktor keamanan ini mangacu pada
ASME B31.1 seksi boiler dan bejana bertekanan untuk pemakaian 20 tahun yang berarti
kekuatan plat 3 kali lebih kuat dengan tekanan kerja yang sama, material yang digunakan SS
304 dengan Tensile strength 517 MPa
σt = σu / F S
σt = 517 mpA / 3
= 172,3 MPa
Dengan material SS304, dengan diameter jari jari 3200 mm dan tekanan terdapat pada
alas tabung sebesar 0,035 MPa
12. C. Corrosion Allowance dan Laju Kororsi pada Dinding Reaktor Biodigester
Corrosion allowance kita berikan sebesar ⅛ inch atau 0,3175 mm berfungsi sebagai
kelebihan bahan yang disediakan untuk dikikid oleh korosi
Material yang digunakan merupakan material SS 304 dengan variabel pengkorosi
air limbah batu bara dengan pH 6,7-7,6 didapat nilai 0,026 mpy, dikonversikan nilai
tersebut menjadi mm/years menjadi:
Untuk umur pemakaian reaktor selama 20 tahun maka laju korosi sebesar 0,013
mm. Perancangan tabung menggunakan plat SS 304 dengan tebal 3 mm, maka:
Tebal sisa= 3 mm - 0,013 mm - 0,65 mm = 2,33 mm
13. D. Kekuatan Hasil Pengelasan pada Dinding Reaktor Biodigester
Penyambungan plat dinding pada reaktor menggunakan hasil pengelasan GTAW
dan dengan elektroda yang digunakan NSN 308 2,6 mm. Dissimiliar material pada
stainless steel dan carbon steel mempunyai kisaran tensile strength 470,71-500,13
MPa
P = 0,707 (3 mm) x 2010 mm x 490 MPa
P = 2088973 N atau 2088,97 kN
Hasil kekuatan pengelasan 2088,97 kN > 282,405 kN gaya tekanan yang dihasilkan
slurry
14. Untuk menghitung daya motor perlu diketahui torsi dari
setiap sirip pengaduk, dari ketinggian setiap sirip yang
berbeda, disamaratakan tekanan pada dinding tabung
dan di sirip.
Menggunakan tekanan pada dinding digester yang
sudah didapat pada langkah perhitungan maka:
● 𝐹 𝑠𝑖𝑟𝑖𝑝 1 = 𝑃 × 𝐴
● 𝐹 𝑠𝑖𝑟𝑖𝑝 1 = 6,45 × 10−3
𝑀𝑃𝑎 × 43282 𝑚𝑚2
● 𝐹 𝑠𝑖𝑟𝑖𝑝 1 = 279,16 𝑁
● 𝐹 𝑠𝑖𝑟𝑖𝑝 2 = 6,45 × 10−3
𝑀𝑃𝑎 × 35226 𝑚𝑚2
● 𝐹 𝑠𝑖𝑟𝑖𝑝 2 = 227,20 𝑁
Menghitung Daya Motor
15. Torsi yang didapat adalah:
T (sirip 1) = F x r
T (sirip 1) = 4 x 279,16 N x 0,57 m
T (sirip 1) = 636,48 N.m
T (sirip 2) = 2 x 227,20 N x 0,464 m
T (sirip 2) = 210,84 N.m
T (total) = T (sirip 1) + T (sirip 2)
= 636,48 N.m + 210,84 N.m
= 847,32 N.m
Menghitung Daya Motor
16. Daya pada motor dengan rpm perancangan 12 rpm
adalah
● 𝑃 =
𝑇×2𝜋×𝑛
60
● 𝑃 =
847,32 𝑁.𝑚×2𝜋×12
60
● 𝑃 = 1064,77 𝑊
● 𝑃 = 1,064 𝑘𝑊
Menghitung Daya Motor
17. Menghitung Ketebalan Poros
Poros yang digunakan merupakan poros dengan material ASTM A36 berdiameter luar
60 mm dengan shear strength 300 MPa
Faktor keamanan dimasukkan 3 dihitung sebagai berikut:
Maka do - di = 0,6 mm, karena dipasaran untuk pipa hollow dengan diameter luar 60 mm
dan diameter dalam 52 mm maka ketebalan pipa yang dipakai sebagai pengaduk adalah
4 mm bisa dikatakan torsional pengaduk aman dari beban putaran untuk mengadul
slurry
18. Menghitung Umur Bearing
01
Bearing dalam pemakaiannya membutuhkan waktu kerja untuk sewaktu-
waktu diganti atau diperbaiki (maintenance). Bearing yang dipakai merupakan
bearing jenis UCF 212 groove ball bearing dengan kemampuan beban static
(Co)= 32 kN dan beban dinamis (C)=40,5 kN
Untuk mencari umur bearing perlu diketahui beban aksial (W) atau jumlah
berat pengaduk, berdasarkan analisis menggunakan software proenginering
didapat beban pengaduk sebesar 38,57 kg diubah ke newton menjadi 378,37
N, sedangkan untuk beban radial (WR) berdasarkan gaya sentrifugal didapat
sebesar 259.36 N.
19. Maka perhitungan umur bearing dipakai adalah :
Ball bearing UCF 212 yang dipakai pada pengaduk untuk
mengaduk slurry mempunyai life time 3 x 10^8 jam
20. Perhitungan Sambungan Baut
01
Pada flang manhole digunakan batu M16 dengan property class
strength 400 MPa, diameter core (dc) 13,54 mm
baut
P = 921525,13 N atau 921,52 kN
Pada gaya hidrostatis didapat 282,405 kN ≤ 921,52 kN
a. Perhitungan Sambungan Baut Pada Manhole
21. Pada flange drainhole digunakan baut M12 dengan property
class 8,8 strength 800 MPa, diameter core (dc) 9,858 mm
P = 488480,78 N atau 488,48 kN
Pada gaya hidrostatis didapat 282,405 kN ≤ 488.85 kN
B. Perhitungan Sambungan Baut Pada Drainhole
