Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)

embangkit listrik pada dasarnya adalah tempat untuk mengubah energi yang dikandung oleh bahan bakar menjadi energi listrik. Mari kita lihat pembangkit yang menggunakan batubara, yaitu PLTU. Prinsip kerja pembangkit ini secara sederhana dapat diilustrasikan seperti pada Gambar 1.

Gambar 1. Skema cara kerja pembangkit listrik berbahan bakar batubara.

Batubara yang merupakan bahan bakar dipasok ke dalam tungku (furnace). Di situ batubara  dibakar dan akan menghasilkan energi atau kalor. Selanjutnya energi tersebut akan dipindahkan ke air di dalam boiler (F), di mana air kemudian akan mendidih dan berubah bentuk menjadi uap (A). Uap yang mempunyai suhu tinggi dan tekanan tinggi ini akan dialirkan ke turbin (B). Di dalam turbin, uap akan melewati sudu-sudu turbin yang kemudian akan memutar poros untuk menggerakkan generator (C) dan menghasilkan listrik. Uap yang telah melewati turbin selanjutnya akan masuk ke dalam kondensor (D), di mana uap tersebut akan didinginkan dan berubah bentuknya kembali menjadi cair. Air dari kondenser selanjutnya akan dikembalikan ke dalam boiler dengan menggunakan pompa umpan (E).  Demikian seterusnya proses tersebut berlangsung berulang-ulang. Karena proses tersebut berulang dan menggunakan uap sebagai media untuk memindahkan energi, maka  proses ini disebut dengan istilah siklus uap atau dikenal juga dengan istilah siklus Rankine.

Lalu bagaimana halnya dengan reaktor nuklir atau PLTN?  PLTN yang beroperasi saat ini sebagian besar juga bekerja berdasarkan proses siklus Rankine. Oleh karena itu secara garis besar prinsip pembangkitan listriknya juga mirip dengan PLTU. Akan tetapi bedanya, bahan bakarnya diganti dengan bahan bakar nuklir. Proses terbentuknya energi tidak berada di tungku, melainkan di teras reaktor.  Gambar 2 di bawah ini menampilkan skema kerja PLTN.

Gambar 2. Skema cara kerja pembangkit listrik tenaga nuklir.

Kalau dilihat dari Gambar 1 dan Gambar 2, akan tampak dengan jelas perbedaannya. Tungku dan boiler yang ada di PLTU ternyata diganti dengan sistem pemasok uap nuklir atau SPUN (Nuclear Steam Supply System/NSSS). Di luar dari SPUN, komponen-komponen yang ada sangatlah mirip dengan yang ada di PLTU. Oleh karena itu, orang yang bekerja di PLTN tidak hanya berasal dari lulusan teknik nuklir saja, tetapi juga dari bidang keteknikan yang lain seperti teknik mesin, teknik listrik, teknik kimia dan sebagainya. Lalu apa yang ada di dalam SPUN tersebut? Kita akan meninjau dua jenis PLTN yang banyak digunakan di dunia, yaitu jenis reaktor air tekan / RAT (Pressurized Water Reactor/PWR) dan reaktor air didih / RAD (Boiling Water Reactor / BWR), yang skemanya bisa kita lihat di Gambar 3 dan 4.

Gambar 3. Skema cara kerja reaktor air tekan.

Pada PLTN jenis RAT, kita bisa melihat bahwa uap yang kemudian akan masuk ke turbin ternyata dihasilkan di steam generator (SG) atau pembangkit uap. Jadi di sini yang bertindak sebagai boileradalah SG.

Bahan bakar nuklir berada di dalam teras reaktor (reactor core), dan teras reaktor berada di dalam bejana reaktor (reactor vessel). Bahan bakar akan mengalami reaksi fisi dan menghasilkan energi termal yang berada di material bahan bakar itu sendiri. Agar energi tersebut dapat dimanfaatkan, maka bahan bakar harus didinginkan menggunakan air pendingin. Jadi air pendingin ini akan mengalir ke dalam teras reaktor dari bawah, selanjutnya mengambil kalor dari bahan bakar, dengan demikian suhunya akan naik, dan selanjutnya keluar ke atas dari teras untuk selanjutnya masuk ke SG. Di dalam SG energi yang dikandung oleh air akan digunakan untuk menguapkan air yang akan masuk ke turbin. Air yang sudah dingin selanjutnya akan dikembalikan ke teras reaktor. Pada PLTN jenis ini, air pendingin reaktor dijaga jangan sampai mendidih, caranya dengan mempertahankan tekanan air tetap tinggi. Agar tujuan ini tercapai digunakan komponen yang disebut pressurizer(PRZ).

Jadi kalau mau dicari ciri khas dari PLTN tipe PWR ini:

1. PWR mempunyai dua aliran pendingin yang terpisah, yaitu air untuk mendinginkan reaktor (istilahnya adalahsistem pendingin primer) dan air yang akan menjadi uap untuk memutar turbin (istilahnya adalah sistem pendingin sekunder).
2. Proses pendidihan air terjadi di SG, di mana energi ditransfer dari  pendingin primer ke  pendingin sekunder.
3. Pada sistem pendingin primer tidak terjadi pendidihan karena tekanan dijaga tetap tinggi oleh PRZ.
4. Batang kendali yang  mengatur berlangsungnya reaksi fisi terletak di bagian atas bejana reaktor.

Gambar 4. Skema cara kerja reaktor air didih.

Tampak dari Gambar 4 di atas bahwa pada BWR hanya ada satu jenis air pendingin saja. Proses pendidihan terjadi di dalam bejana reaktor, atau dengan kata lain yang bertindak sebagai boiler ya bejana reaktornya itu sendiri. Energi yang dihasilkan dari reaksi fisi akan digunakan secara langsung untuk mendidihkan air dan uap yang dihasilkan dari bejana reaktor akan langsung dialirkan menuju ke turbin.

Ciri khas dari reaktor ini adalah:

1. Hanya ada satu jenis aliran pendingin.
2. Proses pendidihan berlangsung di dalam bejana reaktor.
3. Karena terjadi pendidihan pada sistem pendingin maka tekanan pendingin lebih rendah daripada PLTN jenis PWR.
4. Karena uap akan mengumpul di bagian atas bejana, maka batang kendali ditempatkan di bagian bawah bejana reaktor.

Mengapa menggunakan air? Dengar-dengar ada reaktor yang menggunakan air berat bahkan menggunakan garam sebagai pendinginnya? Katanya kecelakaan di Fukushima diakibatkan dari ledakan hidrogen yang berasal dari reaksi antara air dengan bahan bakar, berarti bahaya dong kalau pakai air?

Mengapa ada batang kendali? Material yang digunakan apa? Bisa tidak mengendalikan reaktor tanpa batang kendali?

Oke… oke.. mungkin di antara pembaca ada yang bertanya-tanya semacam itu…Bahkan mungkin pertanyaan yang lebih advanced lagi. Tapi kita harus menahan diri dulu. Agar bisa menjawab pertanyaan-pertanyaan lanjutan semacam itu kita harus tahu fondasinya terlebih dahulu. Apa itu nuklir, apa saja material nuklir, bagaimana interaksi antara neutron dengan material, apa yang dimaksud dengan radioaktivitas, dan sebagainya, dan sebagainya. Jadi di artikel-artikel berikutnya kita akan meninjau dasar-dasar ilmu nuklir. Oke? Just stay tuned…

 

Pembangkit Listrik Tenaga Air

Listrik adalah komponen yang sangat penting dalam kehidupan kita sehari-hari karena selain bermanfaat untuk penerangan juga dapat digunakan untuk kegiatan produksi yang dapat menunjang ekonomi rakyat dimana kegunaannya antara lain: dapat menghidupkan pompa, pemanas/pendingin, alat penggiling, alat pemotong, alat pemipil dan berbagai keperluan lainnya.

Banyak daerah di Indonesia yang belum terjangkau oleh jaringan listrik PLN, sehingga sebagai jalan pintas mereka menggunakan genset baik untuk penerangan maupun kegiatan produksi. Penggunaan genset tentu mengeluarkan biaya yang tidak sedikit yakni untuk BBM dan perawatan mesin. Kebanyakan kegiatan produksi yang menggunakan genset sebagai tenaga listrik mengaku bahwa BBM dan perawatan mesin menempati urutan pertama dalam biaya produksi. Di samping itu penggunaan genset tidaklah ramah lingkungan karena dapat mencemari lingkungan, menimbulkan kebisingan dan pemanasan sekeliling (meningkatkan pemanasan global).
Padahal tanpa kita sadari di sekitar kita tersedia sumber daya yang melimpah dan ramah lingkungan yang dapat kita manfaatkan untuk membangkitkan energi listrik, salah satunya air yang mengalir dapat dimanfaatkan untuk Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA). Untuk membangun PLTA tidaklah harus dari air terjun, pada prinsipnya setiap air yang mengalir walaupun alirannya sangat lambat (seperti: sungai dan selokan) dapat dijadikan sebagai pembangkit listrik. Hanya saja daya yang dihasilkan tidak selalu memadai. Untuk itu perlu dihitung potensi daya dengan formula berikut:

P = Q x g x h

Di mana :
P = Daya (kwatt)
Q = Debit Air (m3/detik) yang menyatakan volume air yang mengalir setiap detik
9 =konstanta gravitasi = 9,8 m/detik2
h = ketinggian/head (m) yang diukur secara vertikal dari permukaan sampai shaft (poros) penggerak mula

Pada prinsipnya PLTA terdiri dari 3 bagian utama : penggerak mula, perubah kecepatan (speed reducer) dan generator.

Penggerak Mula (Prime Mover) adalah bagian berputar yang langsung berhubungan dengan air. Ada 2 jenis penggerak mula yang umum digunakan yakni kincir air dan turbin air. Pemilihan jenis penggerak mula dalam merencanakan PLTA didasari atas pertimbangan kondisi air pada lokasi pemasangan dan kapasitas daya yang akan dibangkitkan. Pada daerah air terjun dengan ketinggian (head) rendah atau daerah sungai (termasuk parit/selokan) penggerak mula yang cocok digunakan adalah kincir air. Sedangkan pada daerah air terjun dengan ketinggian (head) sedang sampai tinggi yang cocok digunakan adalah turbin air.

Konstruksi kincir air sederhana terdiri dari dua dinding lingkaran yang mengapit sudu-sudu dan pada pusat terdapat as (shaft) sebagai sumbu putar. Kincir air dapat dibuat dari bahan: kayu, bambu, plate besi, dan lain-lain.

Umumnya penggunaan kincir air hanya terbatas pada skala kecil atau sedang saja sedangkan untuk skala besar turbin airlah menjadi pilihan. Namun demikian kincir air memiliki kelebihan karena biayanya relatif murah (untuk kapasitas sama), pembuatannya mudah (dapat dikerjakan orang yang keahliaanya pas-pasan) dan yang lebih menarik lagi untuk pembangkit listrik pada aliran sungai dengan head sangat rendah penggerak mula yang paling tepat adalah model kincir.

Turbin air adalah model yang lebih canggih dan dapat digunakan untuk pembangkit listrik mulai kapasitas kecil sampai besar. Selain itu tidak memerlukan banyak tempat untuk pemasangan, terlihat rapi, dan effisiensi tinggi. Saat ini sudah banyak turbin air yang diproduksi, dan pada type tertentu telah dirangkai sedemikian rupa dengan generatornya sehingga pemasangannya menjadi lebih mudah. Hanya saja harga turbin jauh lebih mahal dan hanya bisa dibuat oleh tenaga dengan keahlian khusus atau dibeli dari pabrik yang mengeluarkannya.

Speed Reducer (perubah kecepatan) adalah alat yang berfungsi untuk merubah (menaikkan atau menurunkan) kecepatan putaran. Dalam hal ini speed reducer yang diperlukan adalah penaik kecepatan karena putaran penggerak mula biasanya lambat, oleh karena itu harus dipercepat agar putaran yang direkomendasikan pada generator dapat dicapai (pada umumnya generator memiliki putaran 1500 rpm). Kecepatan putaran yang tepat pada sisi generator diperlukan sebagai salah satu syarat agar listrik yang dihasilkan baik. Bila putaran generator tidak tepat (kurang atau melampui batas yang direkomendasikan) dapat merusak peralatan listrik dan termasuk generator itu sendiri. Oleh karena itu diperlukan perhitungan yang tepat untuk memilih speed reducer pada pembangkit listrik.

Secara garis besar untuk menaikkan kecepatan digunakan 3 macam cara sebagai berikut:

1. Multiple Pulley (Pulley Bertingkat)
Ini adalah model paling sederhana dan biayanya murah akan tetapi menimbulkan kehilangan daya yang tinggi. Model ini terdiri dari susunan beberapa pulley yang dihubungkan dengan belt. Jumlah tingkatan (jumlah pulley) dan diameter pulley harus diperhitungkan agar dihasilkan kecepatan putaran yang tepat pada sisi generator.

2. Multiple Chain Gear
Model Multiple Chain Gear pada prinsipnya sama dengan multiple pulley, hanya saja menggunakan chain dan gear. Jumlah tingkat dan jumlah teeth dari setiap gear harus diperhitungkan untuk mendapatkan putaran yang tepat pada generator


3. Gear Box (Gear Reducer)Penggunaan Gear box (Gear Reducer) sebagai penaik kecepatan memberikan banyak kelebihan, karena pemasangan dan perawatan mudah, tampak rapi, dan yang paling utama kehilangan daya rendah hanya saja harganya jauh lebih mahal dibanding kedua model sebelumnya. Gear box sangat cocok digunakan untuk penggerak mula yang putarannya sangat lambat (pada aliran sungai dengan head sangat rendah tetapi debit air tinggi)

Untuk memilih gear box yang tepat untuk pembangkit listrik perlu diperhatikan 3 hal penting:

1. Type gear box (gear reducer)Tidak semua type gear box dapat digunakan untuk menaikkan kecepatan karena kebanyakan gear box digunakan untuk menurunkan kecepatan. Dengan kata lain banyak gear box yang hanya dapat digunakan untuk menurunkan kecepatan saja dan tidak dapat berfungsi sebaliknya. Untuk mengetahuinya dapat dilakukan dengan memutar low speed shaft (diameter lebih besar) secara manual di mana high speed shaftnya (diameter lebih kecil) akan ikut berputar. Tetapi bila tidak tidak dapat berputar berarti tidak dapat digunakan sebagai penaik kecepatan. Demikian juga bila berputar tapi dengan torsi tinggi juga tidak dapat digunakan dalam hal ini karena akan menimbulkan kehilangan daya yang tinggi Salah satu type Gear box yang cocok untuk keperluan ini adalah type planetary gear.

2. Ratio gear box (gear reducer)Sebelum memilih gear box harus dihitung terlebih dahulu nilai faktor pengali kecepatan. Perhitungan faktor pengali = 1500/putaran penggerak mula. Pilihlah gear box yang rationya mendekati nilai faktor tersebut.

3. Kapasitas (Kwatt)
Gear box harus mampu memikul daya maksimum yang dihasilkan generator. Apabila gear box di bebani di atas kapasitas maka akan menimbulkan kerusakan pada gear box. Oleh karena itu gear box yang dipilih harus memiliki kapasitas minimal sama dengan generator.


Dalam prakteknya pemasangan gear box secara langsung ke penggerak mula sering dikombinasikan dengan pulley atau chain-gear bertujuan untuk mendapatkan putaran yang tepat pada generator. Karena dengan ratio gearbox yang tersedia di pasaran belum tentu dapat menghasilkan putaran yang tepat pada generator. Dengan melakukan kombinasi dengan pullley atau chain-gear didapat putaran yang tepat. Karena dengan merubah diameter pulley atau jumlah teeth pada gear akan didapat putaran yang diinginkan. Beberapa pilihan kombinasi tersebut dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Generator adalah mesin listrik yang dapat merubah energi mekanik menjadi energi listrik. Dalam pembangkit listrik tenaga air, energi yang terkandung di dalam air dengan bantuan penggerak mula dan speed reducer energi tersebut dirobah menjadi energi listrik. Sekarang ini telah banyak generator yang diproduksi, tinggal memilih sesuai spesifikasi yang kita inginkan.

Pada gambar di bawah ini, penulis telah membuat pembangkit listrik walaupun masih skala kecil namun telah memberikan hasil yang memuaskan. Dengan debit air yang relatif kecil dan head kurang dari 1m dapat menghasilkan daya listrik sekitar 700 watt (lebih dari cukup untuk kebutuhan rumah tangga) dengan voltage stabil 220 V dan sudah beroperasi non stop selama 4 tahun dan sangat jarang mengalami kerusakan.

Berlokasi di : AEK PARBOAN, Ds. Adiankoting, Kec. Adiankoting, Kab. Tapanuli Utara, Prov. SUMUT

Listrik adalah komponen yang sangat penting dalam kehidupan kita sehari-hari karena selain bermanfaat untuk penerangan juga dapat digunakan untuk kegiatan produksi yang dapat menunjang ekonomi rakyat dimana kegunaannya antara lain: dapat menghidupkan pompa, pemanas/pendingin, alat penggiling, alat pemotong, alat pemipil dan berbagai keperluan lainnya.

Banyak daerah di Indonesia yang belum terjangkau oleh jaringan listrik PLN, sehingga sebagai jalan pintas mereka menggunakan genset baik untuk penerangan maupun kegiatan produksi. Penggunaan genset tentu mengeluarkan biaya yang tidak sedikit yakni untuk BBM dan perawatan mesin. Kebanyakan kegiatan produksi yang menggunakan genset sebagai tenaga listrik mengaku bahwa BBM dan perawatan mesin menempati urutan pertama dalam biaya produksi. Di samping itu penggunaan genset tidaklah ramah lingkungan karena dapat mencemari lingkungan, menimbulkan kebisingan dan pemanasan sekeliling (meningkatkan pemanasan global).
Padahal tanpa kita sadari di sekitar kita tersedia sumber daya yang melimpah dan ramah lingkungan yang dapat kita manfaatkan untuk membangkitkan energi listrik, salah satunya air yang mengalir dapat dimanfaatkan untuk Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA). Untuk membangun PLTA tidaklah harus dari air terjun, pada prinsipnya setiap air yang mengalir walaupun alirannya sangat lambat (seperti: sungai dan selokan) dapat dijadikan sebagai pembangkit listrik. Hanya saja daya yang dihasilkan tidak selalu memadai. Untuk itu perlu dihitung potensi daya dengan formula berikut:

P = Q x g x h

Di mana :
P = Daya (kwatt)
Q = Debit Air (m3/detik) yang menyatakan volume air yang mengalir setiap detik
9 =konstanta gravitasi = 9,8 m/detik2
h = ketinggian/head (m) yang diukur secara vertikal dari permukaan sampai shaft (poros) penggerak mula

Pada prinsipnya PLTA terdiri dari 3 bagian utama : penggerak mula, perubah kecepatan (speed reducer) dan generator.

Penggerak Mula (Prime Mover) adalah bagian berputar yang langsung berhubungan dengan air. Ada 2 jenis penggerak mula yang umum digunakan yakni kincir air dan turbin air. Pemilihan jenis penggerak mula dalam merencanakan PLTA didasari atas pertimbangan kondisi air pada lokasi pemasangan dan kapasitas daya yang akan dibangkitkan. Pada daerah air terjun dengan ketinggian (head) rendah atau daerah sungai (termasuk parit/selokan) penggerak mula yang cocok digunakan adalah kincir air. Sedangkan pada daerah air terjun dengan ketinggian (head) sedang sampai tinggi yang cocok digunakan adalah turbin air.

Konstruksi kincir air sederhana terdiri dari dua dinding lingkaran yang mengapit sudu-sudu dan pada pusat terdapat as (shaft) sebagai sumbu putar. Kincir air dapat dibuat dari bahan: kayu, bambu, plate besi, dan lain-lain.

Umumnya penggunaan kincir air hanya terbatas pada skala kecil atau sedang saja sedangkan untuk skala besar turbin airlah menjadi pilihan. Namun demikian kincir air memiliki kelebihan karena biayanya relatif murah (untuk kapasitas sama), pembuatannya mudah (dapat dikerjakan orang yang keahliaanya pas-pasan) dan yang lebih menarik lagi untuk pembangkit listrik pada aliran sungai dengan head sangat rendah penggerak mula yang paling tepat adalah model kincir.

Turbin air adalah model yang lebih canggih dan dapat digunakan untuk pembangkit listrik mulai kapasitas kecil sampai besar. Selain itu tidak memerlukan banyak tempat untuk pemasangan, terlihat rapi, dan effisiensi tinggi. Saat ini sudah banyak turbin air yang diproduksi, dan pada type tertentu telah dirangkai sedemikian rupa dengan generatornya sehingga pemasangannya menjadi lebih mudah. Hanya saja harga turbin jauh lebih mahal dan hanya bisa dibuat oleh tenaga dengan keahlian khusus atau dibeli dari pabrik yang mengeluarkannya.

Speed Reducer (perubah kecepatan) adalah alat yang berfungsi untuk merubah (menaikkan atau menurunkan) kecepatan putaran. Dalam hal ini speed reducer yang diperlukan adalah penaik kecepatan karena putaran penggerak mula biasanya lambat, oleh karena itu harus dipercepat agar putaran yang direkomendasikan pada generator dapat dicapai (pada umumnya generator memiliki putaran 1500 rpm). Kecepatan putaran yang tepat pada sisi generator diperlukan sebagai salah satu syarat agar listrik yang dihasilkan baik. Bila putaran generator tidak tepat (kurang atau melampui batas yang direkomendasikan) dapat merusak peralatan listrik dan termasuk generator itu sendiri. Oleh karena itu diperlukan perhitungan yang tepat untuk memilih speed reducer pada pembangkit listrik.

Secara garis besar untuk menaikkan kecepatan digunakan 3 macam cara sebagai berikut:

1. Multiple Pulley (Pulley Bertingkat)
Ini adalah model paling sederhana dan biayanya murah akan tetapi menimbulkan kehilangan daya yang tinggi. Model ini terdiri dari susunan beberapa pulley yang dihubungkan dengan belt. Jumlah tingkatan (jumlah pulley) dan diameter pulley harus diperhitungkan agar dihasilkan kecepatan putaran yang tepat pada sisi generator.

2. Multiple Chain Gear
Model Multiple Chain Gear pada prinsipnya sama dengan multiple pulley, hanya saja menggunakan chain dan gear. Jumlah tingkat dan jumlah teeth dari setiap gear harus diperhitungkan untuk mendapatkan putaran yang tepat pada generator


3. Gear Box (Gear Reducer)Penggunaan Gear box (Gear Reducer) sebagai penaik kecepatan memberikan banyak kelebihan, karena pemasangan dan perawatan mudah, tampak rapi, dan yang paling utama kehilangan daya rendah hanya saja harganya jauh lebih mahal dibanding kedua model sebelumnya. Gear box sangat cocok digunakan untuk penggerak mula yang putarannya sangat lambat (pada aliran sungai dengan head sangat rendah tetapi debit air tinggi)

Untuk memilih gear box yang tepat untuk pembangkit listrik perlu diperhatikan 3 hal penting:

1. Type gear box (gear reducer)Tidak semua type gear box dapat digunakan untuk menaikkan kecepatan karena kebanyakan gear box digunakan untuk menurunkan kecepatan. Dengan kata lain banyak gear box yang hanya dapat digunakan untuk menurunkan kecepatan saja dan tidak dapat berfungsi sebaliknya. Untuk mengetahuinya dapat dilakukan dengan memutar low speed shaft (diameter lebih besar) secara manual di mana high speed shaftnya (diameter lebih kecil) akan ikut berputar. Tetapi bila tidak tidak dapat berputar berarti tidak dapat digunakan sebagai penaik kecepatan. Demikian juga bila berputar tapi dengan torsi tinggi juga tidak dapat digunakan dalam hal ini karena akan menimbulkan kehilangan daya yang tinggi Salah satu type Gear box yang cocok untuk keperluan ini adalah type planetary gear.

2. Ratio gear box (gear reducer)Sebelum memilih gear box harus dihitung terlebih dahulu nilai faktor pengali kecepatan. Perhitungan faktor pengali = 1500/putaran penggerak mula. Pilihlah gear box yang rationya mendekati nilai faktor tersebut.

3. Kapasitas (Kwatt)
Gear box harus mampu memikul daya maksimum yang dihasilkan generator. Apabila gear box di bebani di atas kapasitas maka akan menimbulkan kerusakan pada gear box. Oleh karena itu gear box yang dipilih harus memiliki kapasitas minimal sama dengan generator.


Dalam prakteknya pemasangan gear box secara langsung ke penggerak mula sering dikombinasikan dengan pulley atau chain-gear bertujuan untuk mendapatkan putaran yang tepat pada generator. Karena dengan ratio gearbox yang tersedia di pasaran belum tentu dapat menghasilkan putaran yang tepat pada generator. Dengan melakukan kombinasi dengan pullley atau chain-gear didapat putaran yang tepat. Karena dengan merubah diameter pulley atau jumlah teeth pada gear akan didapat putaran yang diinginkan. Beberapa pilihan kombinasi tersebut dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Generator adalah mesin listrik yang dapat merubah energi mekanik menjadi energi listrik. Dalam pembangkit listrik tenaga air, energi yang terkandung di dalam air dengan bantuan penggerak mula dan speed reducer energi tersebut dirobah menjadi energi listrik. Sekarang ini telah banyak generator yang diproduksi, tinggal memilih sesuai spesifikasi yang kita inginkan.

Pada gambar di bawah ini, penulis telah membuat pembangkit listrik walaupun masih skala kecil namun telah memberikan hasil yang memuaskan. Dengan debit air yang relatif kecil dan head kurang dari 1m dapat menghasilkan daya listrik sekitar 700 watt (lebih dari cukup untuk kebutuhan rumah tangga) dengan voltage stabil 220 V dan sudah beroperasi non stop selama 4 tahun dan sangat jarang mengalami kerusakan.

Berlokasi di : AEK PARBOAN, Ds. Adiankoting, Kec. Adiankoting, Kab. Tapanuli Utara, Prov. SUMUT

Pembuatan Bahan Bakar Biogas

1. PENDAHULUAN

Ketika seseorang berbicara mengenai biogas, biasanya yang dimaksud adalah gas yang dihasilkan oleh proses biologis yang anaerob (tanpa bersentuhan dengan oksigen bebas) yang terdiri dari kombinasi methane (CH4), karbon dioksida (CO2), Air dalam bentuk uap (H20), dan beberapa gas lain seperti hidrogen sulfida (H2S), gas nitrogen (N2), gas hidrogen (H2) dan jenis gas lainnya dalam jumlah kecil.
Secara lebih singkat, biogas dapat diartikan sebagai “gas yang diproduksi oleh makhluk hidup”.

Dalam artikel seri pertama ini penulis tidak akan menceritakan mengenai konsep konsep yang melatarbelakangi biogas secara mendalam untuk menghindari terlihat seperti text-book :). Akan tetapi disini penulis akan menceritakan dan mendokumentasikan pengalaman penulis mengenai pembuatan dan instalasi pembangkit (digester) biogas di areal Manglayang Farm yang menggunakan bahan baku kotoran sapi seperti yang telah penulis lakukan.

Pembangkit yang kami buat adalah pembangkit biogas terbuat dari plastik polyethylene tubular dengan tipe pembangkit horizontal continous feed, biasa disebut juga tipe plug-flow, atau terkadang disebut juga sebagai model Vietnam karena dikembangkan terakhir disana.

Pertimbangan kami mengadopsi tipe ini adalah: a. Biaya relatif rendah b. Instalasi relatif mudah c. Bahan serta alat yang digunakan dapat ditemukan di sekitar kota Bandung.

Ada banyak tipe pembangkit biogas yang telah diciptakan dan dikembangkan. Tidak kurang dari Kolombia, Etiopia, Tanzania, Vietnam dan Kamboja telah mengembangkan pembangkit dengan harga murah, dengan tujuan utama mereduksi biaya produksi dengan menggunakan bahan bahan baku yang tersedia di lokal dan instalasi dan proses operasi yang sederhana. (Botero dan preston 1987; Solarte 1995; Chater 1986; Sarwatt et al 1995; Soeurn 1994; Khan 1996).
Model yang digunakan ini berbasis dari model “red mud PVC” yang dikembangkan oleh Taiwan seperti dijelaskan oleh Pound et al (1981) yang kemudian lebih disederhanakan lagi oleh Preston dan kawan kawan untuk pertama kali di Etiopia (Preston unpubl.), dan Kolombia (Botero dan Preston 1987) dan terakhir dikembangkan di Vietnam (Bui Xuan An et al 1994).

Tujuan utama kami melakukan instalasi pembangkit biogas di areal Manglayang Farm adalah bukan pencapaian produksi gas yang maksimal. Namun selain sebagai proses pembelajaran teknologi, juga untuk mendapatkan hasil keluaran dari pembangkit biogas yang merupakan pupuk organik dengan kualitas baik.


2. PERSIAPAN INFRASTRUKTUR PEMBANGKIT

Mari kita lihat konsep dasar alur proses produksi biogas.

Gambar 1: Diagram Alur Proses produksi biogas

Tahapan awal adalah mempersiapkan bahan baku organik yang dapat dicerna oleh bakteri dan mikroorganisme yang ada didalam pembangkit biogas. Dalam hal ini karena instalasi biogas dilakukan di areal peternakan sapi perah, bahan baku utama yang digunakan adalah kotoran sapi. Perlu diketahui, bahwa apabila yang menjadi tujuan utama dari instalasi biogas adalah pencapaian produksi gas yang optimal, kotoran sapi bukan bahan baku yang baik.

Tahap selanjutnya adalah yang kami sebut dengan fase input. Di dalam fase ini dilakukan pengolahan terhadap bahan baku agar dapat memenuhi persyaratan yang telah kami tentukan sebelumnya yaitu:

a. Filtrasi pertama.
Target dari penyaringan ini adalah bahan baku tidak mengandung serat yang terlalu kasar. Serat kasar disini berarti sampah sampah atau kotoran kandang selain kotoran ternak, seperti batang dan daun keras, sisa batang rumput dan kotoran lainnya yang sebagian besar adalah sisa sisa pakan ternak yang terlalu kasar. Hal ini dapat menimbulkan scum/buih dan residu di dalam pembangkit yang dapat mengurangi kinerja dari pembangkit itu sendiri.

b. Pencampuran dengan air dan pengadukan.
Dilakukan pencampuran kotoran sapi dan air. Air sangat dibutuhkan oleh mikroorganisme di dalam pembangkit sebagai media transpor. Oleh karenanya tahapan ini cukup krusial mengingat campuran yang terlalu encer atau terlalu kental dapat mengganggu kinerja pembangkit dan menyulitkan dalam penanganan effluent (hasil keluaran pembangkit biogas). Sebagai panduan dasar, campuran yang baik berkisar antara 7% - 9% bahan padat. Disini juga dilakukan pengadukan agar campuran bahan organik – air dapat tercampur dengan homogen.

c. Filtrasi kedua
Target kami dengan melakukan penyaringan tahap kedua adalah untuk memisahkan kotoran sapi sebagai bahan baku organik pembangkit dengan bahan anorganik lain yang lolos di saringan tahap pertama terutama pasir dan batu batu kecil. Proses ini cukup penting mengingat kandungan bahan anorganik (pasir) di dalam pembangkit tidak dapat dicerna oleh bakteri dan dapat menyebabkan residu di dasar pembangkit.

d. Pemasukkan bahan organik
Kami membuat semacam katup/keran sederhana agar proses pemasukkan bahan organik kedalam pembangkit dapat dilakukan dengan semudah mungkin.

Memang cukup banyak parameter parameter yang perlu diperhatikan dalam pembuatan pembangkit biogas ini (parameter dan syarat syarat lain seperti temperatur, rasio karbon – nitrogen, derajat keasaman dan lainnya mudah mudahan dapat kami singgung di tulisan selanjutnya). Nampaknya hal hal inilah yang menjadi kendala operasi dalam pemasyarakatan dan penggunaan pembangkit biogas secara masal di banyak negara.

Target kami dalam melakukan desain pembangkit dan infrastruktur ini adalah pengerjaan dan operasi dapat dilakukan oleh anak kandang atau pegawai kebun. Sehingga proses proses yang rumit ini harus dibuat sesederhana mungkin dan tidak menambah beban pekerjaan pegawai lebih banyak.


2.1 BAK MIXER

Di dalam bak ini kotoran ternak dicampur dengan air untuk kemudian dialirkan menuju pembangkit. Ukuran bak pencampur yang kami buat adalah 50x50x50cm sehingga volume yang dapat ditampung dengan kapasitas maksimum 80% bak adalah 100 liter. Desain bak permanen dengan bahan semen dan batu bata.

Gambar 2: Bak mixer

Bak mixer ini memiliki celah miring di kedua sisinya sebagai tumpuan filter/screen untuk memisahkan serat yang terlalu kasar. Screen ini dapat diangkat untuk dibersihkan.

Gambar 3: Bak mixer dengan screen terpasang

Screen terbuat dari kawat ayam dengan mesh +/- 1cm. Sebelumnya kami sudah mencoba dengan mesh yang lebih rapat, namun ternyata kotoran sapi tidak dapat lewat mesh tersebut. Dengan mesh 1cm inipun kami masih merasa terlalu rapat. Pada gambar terlihat bahwa serat yang kasar tersangkut pada screen.

Desain ini kami anggap masih belum cukup baik, karena untuk melakukan penyaringan, masih diperlukan effort yang besar untuk mengayak kotoran tersebut.

Gambar 4: Proses pengayakan kotoran, masih membutuhkan usaha yang cukup keras.

Di bagian belakang bak ini (arah kiri pada gambar 4) terdapat 1 buah lubang (¾”) untukoverflow apabila air terlalu penuh atau apabila bak terisi air hujan. Kemudian 1 lubang lagi (2”) untuk pencucian/drainase dan 1 lubang (PVC 4”) dengan sumbat untuk pengaliran bahan baku ke dalam pembangkit.


2.2 PARIT PEMBANGKIT

Pembangkit yang terbuat dari plastik polyethylene kami tempatkan semi-underground, setengah terkubur di dalam tanah. Untuk itu perlu dibuatkan semacam parit sebagai wadah agar pembangkit yang berbentuk tubular dapat disimpan dengan baik.
Parit ini berukuran panjang 6m, lebar atas 95cm, lebar bawah 75cm, tinggi di ujung input adalah 85cm, dan tinggi di ujung output 95cm. Untuk lebih jelas, perhatikan skema berikut.

 Gambar 5: Skema parit pembangkit. (1) Dimensi Parit. (2). Bentuk parit yang cekung pada dasar, membentuk mangkok.

Dimensi parit yang dibuat sangat tergantung pada dimensi pembangkit yang akan dibuat dan tentu ukuran plastik polyethylene (PE) yang tersedia di pasaran. Kami menggunakan plastik PE dengan lebar bentang 150cm, sehingga apabila membentuk tubular, diameternya sekitar 95cm. Kapasitas pembangkit yang kami buat kurang lebih 4000 liter. Parit ini memiliki inklinasi sekitar 2 – 3 derajat turun mengarah ke lubang output. Inklinasi ini dibuat untuk memaksimalkan volume pembangkit yang dapat diisi oleh bahan baku.

Setelah dilakukan penggalian parit, pembentukan dinding parit dapat dilakukan dengan campuran semen-tanah, semen-batu bata, atau seperti yang kami lakukan, menggunakan campuran air dan tanah saja. Hal ini dilakukan untuk menekan biaya produksi. Tanah galian dicampur dengan air dan diaduk aduk dengan cara di injak injak hingga didapatkan tanah yang memiliki tekstur liat. Setelahnya dengan menggunakan sendok tembok dapat dibuat dinding, persis seperti menembok dengan semen. Cara ini sangat murah dan sederhana, namun memang dari sisi ketahanan tidak baik, karena pengaruh suhu, dan campuran yang tidak homogen dinding tanah akan mudah retak dan pecah. Dinding ini perlu kami buat karena lokasi pembangkit berada di tanah urugan, sebaiknya memang parit dibuat di tanah bukan urugan, sehingga pembuatan dinding dapat memanfaatkan kekerasan tanah yang ada.

Gambar 6: Parit pembangkit, bagian atas adalah bak mixer.

Gambar 7: Parit pembangkit, sudah dibuatkan tiang tiang untuk atap

Seperti terlihat pada gambar, bagian atas parit untuk sementara ditutupi dengan bekas karung agar tidak pecah sebelum kantung plastik pembangkit masuk ke dalamnya. Yang perlu diperhatikan juga adalah kerataan permukaan pinggir dan dasar parit. Pastikan tidak ada batu atau akar yang tersisa yang dapat melukai kantung plastik. Selain itu buatkan selokan kecil di sekeliling parit agar air tidak masuk ke dalam instalasi pembangkit.

PEMBANGKIT BIOGASDesain pembangkit biogas dari kantung plastik polyethylene ini adalah sebagai berikut:

 Gambar 8: Skema pembangkit biogas dari kantung plastik polyethylene.

Bagian cukup penting adalah yang ditandai dengan nomor 1 dan 2, dimana nomor 1 adalah gas outlet. Skemanya adalah sebagai berikut:

 Gambar 9: Skema gas outlet. Kami menggunakan PVC ¾”.

Kami menggunakan koneksi selang 5/8” dari gas outlet menuju botol jebakan uap air. Sayang kualitas selang yang digunakan kurang baik karena tidak anti tekuk. Kami merencanakan akan menggantinya apabila ada kesempatan. Selang di klem ke socket selang plastik kemudian disambungkan ke PVC SDD dan dengan menggunakan lem PVC disambung ke pipa PVC ¾”. Dari situ sebagai washer/cincin digunakan plastik yang dipotong dari jerigen bekas oli yang menjepit washer kedua yaitu karet ban dalam mobil. Di dalam kantung plastik, juga terdapat 2 buah washer dan SDL. Trik lain yang kami lakukan adalah memotong ujung bawah SDL, sehingga dasar permukaan SDL lebih tinggi terhadap cairan kotoran. Hal ini untuk menghindari terjadinya mampet pada saluran gas outlet.

Kami menyarankan untuk menggunakan karet ban dalam mobil untuk membuat washer, karena lebih tebal, selain itu karena dalam kegiatan ini banyak digunakan karet ban (motor), harap perhatikan kualitas karet ban tersebut, terkadang ada yang karetnya sudah keras sehingga mudah robek.


2.3.1 Mempersiapan Kantung Plastik Polyethylene

Kantung plastik polyethylene dengan lebar 150cm ini kami dapatkan di toko plastik di seputaran Gardu Jati, Bandung. Spesifikasinya adalah 150x0.15. Ini adalah spesifikasi plastik yang paling tebal yang bisa kami dapatkan. Tentu akan lebih ideal bila plastik yang digunakan adalah yang lebih tebal. Di pasaran tersedia lebar mulai 80cm, 100cm, 120cm dan 150cm. Menurut FAO akan lebih baik apabila menggunakan plastik yang memiliki anti ultra-violet (UV) seperti yang digunakan di rumah rumah kaca (biasanya berwarna kuning agak kehijau hijauan). Namun kami tidak dapat menemukan plastik UV yang masih dalam kondisi kantung tubular (sisinya tidak terpotong).
Harap diperhatikan juga penanganan terhadap plastik ini. Plastik PE adalah bahan yang cukup kuat, namun apabila terlipat dapat meninggalkan goresan dan ketika terkena panas matahari dan air hujan bisa retak dan sobek. Kita tentu tidak menginginkan hal ini terjadi. Oleh karenanya kami menyarankan untuk membeli dan menangani plastik secara hati hati dalam gulungan, jangan dilipat. Dalam percobaan instalasi ini kami menggunakan plastik dirangkap dua. Hal ini disebabkan masalah ketebalan dan kekuatan. Namun ternyata aplikasi rangkap dua ini juga dirasa memiliki kekurangan yang akan kami jelaskan di bawah.

Pertama tama gelarlah alas untuk melindungi plastik dari benda benda tajam seperti batu dan ranting pohon apabila anda akan membuat di tanah lapang seperti yang kami lakukan. Tentu akan lebih baik apabila pembuatan pembangkit dilakukan di alas yang licin seperti tegel keramik. Hati hati juga terhadap benda benda metal yang anda bawa seperti sabuk, jam tangan ataupun gantungan kunci. Benda benda tersebut dapat melukai plastik, jadi tanggalkanlah dahulu benda benda tersebut dari tubuh anda.

 Gambar 10: Menggelar plastik PE

 Gambar 11: Memotong lembar pertama

 Gambar 12: Memasukkan lembar ke dua, perhatikan tali karet untuk mengikat ujung lembar ke dua.

 Gambar 13: Memancing lembar kedua

Teknik yang kami gunakan untuk merangkapkan plastik adalah dengan memasukkan sedikit bagian lembar ke dua dan diikat ujungnya dengan tali, kemudian ujung tali yang satu lagi dilemparkan ke ujung lembar pertama. Selanjutnya tali tinggal ditarik dan plastik lembar ke dua masuk ke dalam lembar pertama dengan mudah.

Selanjutnya setelah ke dua lembar plastik disamakan ujung ujungnya, dan lembar kedua dipotong, kini saatnya memasang gas outlet.

Tentukan salah satu ujung yang akan menjadi ujung atas dan ukurlah sepanjang 1.5 meter dari ujung tersebut dan tandai dengan spidol. Tanda tersebut harus tepat berada di tengah tengah plastik, sehingga diharapkan gas outlet tepat berada di tengah atas permukaan pembangkit.

Lubang yang akan dibuat sebaiknya lebih besar sedikit dari diameter luar dari ulir SDL (socket drat luar) gas outlet. Apabila terlalu pas dikhawatirkan ujung plastik akan tertarik ketika anda mengencangkan socket.

 Gambar 14: Memasang dan mengencangkan gas outlet.

 Gambar 15: Gas outlet sudah terpasang ditempatnya.

Langkah selanjutnya adalah memasang saluran kotoran, baik masuk maupun keluar. Ini adalah tahap yang perlu dikerjakan dengan hati hati karena memerlukan kerapihan agar tidak menimbulkan kebocoran.

Kami menggunakan pipa yang berbeda untuk saluran masuk dan keluar, karena .Jpertimbangannya adalah ketersediaan bahan yang ada di gudang kebun
Sebaiknya ukuran pipa masuk dan keluar adalah sama, kurang lebih memiliki diameter antara 10 – 15cm. Dapat menggunakan PVC dengan ukuran 4” atau 6” (namun harganya mahal) bisa juga menggunakan pipa keramik (sudah agak sulit mencarinya di kota Bandung) atau memakai ember plastik yang dipotong dasarnya dan disambung serta lain sebagainya, silahkan kreatif.
Panjang pipa kurang lebih 75 – 100cm. Masukkan setengah dari panjang pipa ke dalam 2 lembar plastik PE. Dan dengan hati hati lipat plastik menjadi satu dengan pipa (perhatikan gambar)

 Gambar 16: Memasang pipa inlet  Gambar 17: Melipat bagian tepi plastik sehingga rapih dan mudah untuk di ikat  Gambar 18: Setelah dilipat, ikat dengan tali karet untuk memudahkan pengikatan selanjutnya.  Gambar 19: Ikatan dimulai 25cm sebelum tepi plastik (1) menuju ke arah luar pipa (2)

Pastikan ikatan tali karet benar benar kuat, kembali mengingatkan, banyak tali karet bekas yang karetnya rapuh dan mudah putus. Anda tidak ingin pembangkit anda bobol kan ? Ikatan dapat di rangkap untuk memperkuat simpul. Yang perlu diperhatikan juga adalah pengikatan tali karet harus saling meliputi (overlap), dan ujung plastik jangan sampai terlihat, tambahkan beberapa putaran lagi untuk memastikan sambungan kedap.

Dengan menggunakan dua lapis plastik PE kesulitannya adalah adanya udara yang terjebak diantara lembar plastik tersebut. Hal ini kami rasa dapat memperpendek umur plastik. Sayangnya hal ini baru kami sadari belakangan setelah biogas terpasang. Solusinya adalah dengan mengeluarkan udara terjebak sebanyak ketika memasangkan pipa inlet dan outlet.

Menggelembungkan Pembangkit

Setelah kedua pipa terpasang dengan baik, langkah selanjutnya adalah memindahkan pembangkit ke dalam ‘rumahnya’ yaitu parit yang telah dibuat sebelumnya. Untuk memindahkan plastik pembangkit kami menyarankan untuk menggelembungkan dahulu plastik pembangkit sehingga pembangkit dapat ‘duduk’ dengan rapih dan mengisi ruangan parit dengan baik. Selain itu fungsi penggelembungan adalah memastikan bahwa semua sambungan telah terpasang dengan baik.

Karena konsep dasar pembangkit biogas adalah anaerob atau tidak bersentuhan dengan udara bebas, terutama oksigen, maka metoda yang kami gunakan untuk penggelembungan awal adalah mengisi plastik pembangkit dengan gas buang kendaraan bermotor. Metoda lain adalah mengisi pembangkit dengan air. Namun karena ketersediaan air untuk penggelembungan terbatas, kami memilih menggunakan gas buang dari knalpot kendaraan operasional kami.
Sebelumnya pipa outlet kita tutup terlebih dahulu dengan plastik kresek dan diikat dengan tali karet. Demikian pula dengan gas outlet.

 Gambar 20: Mempersiapkan kendaraan dan saluran pengisian.  Gambar 21: Mulai melakukan pengisian.  Gambar 22: Dibutuhkan sekitar 5 menit untuk memompa kantung plastik 5000 liter.  Gambar 23: Pembangkit siap untuk dipindahkan!.

Karena menggunakan gas buang dari kendaraan berbahan bakar solar, plastik pembangkit sedikit ternoda oleh bercak bercak hitam dari uap gas buang. Rasanya bila menggunakan gas buang kendaraan premium, hal ini bisa dihindari.

2.3.3 Memasang Pembangkit.

Pembangkit dapat segera dipasang. Setelah terpasang pada tempatnya, kami mengisi pembangkit dengan sedikit air untuk menghindari terlipatnya plastik dan membuatnya duduk lebih enak. Pipa inlet dipasangkan pada lubang outlet dari bak mixer dan dipasangkan sumbat, sedangkan gas outlet dan pipa outlet kami biarkan tetap tertutup. Setelah pemasangan ini, pengisian sudah dapat dilakukan.

 Gambar 24: Memasang pembangkit

Proses pengerjaan yang kami lakukan membutuhkan waktu sekitar 8 hari kerja efektif. 2 hari untuk membuat bak mixer (2 HOK; hari orang kerja), 5 hari (15 HOK) untuk membuat parit pembangkit dan 1 hari (2 HOK) untuk pembuatan pembangkit. Tenaga kerja yang dibutuhkan adalah 19 HOK sampai pembangkit terpasang.

Sekitar 20 hari kemudian, terlihat bahwa gas sudah mulai di produksi. Indikatornya plastik pengembang mulai menggelembung dan keras.

 Gambar 25: Biogas mulai dihasilkan

PEMBUATAN ALAT PENUNJANG PEMBANGKIT BIOGASLangkah selanjutnya adalah pembuatan tanki penampung biogas, saluran biogas, termasuk jebakan uap air dan kompor biogas.

3.1 TANKI PENAMPUNG

Tanki penampung dalam desain yang kami buat minimal memiliki kapasitas 2500 liter. Namun ternyata karena keterbatasan ruang (kami menyimpan tanki penampung biogas diatas kandang sapi) kami hanya dapat membuat dengan kapasitas 1700 liter. Di masa yang akan datang kami merencanakan untuk menambah kapasitas penampungan dengan membuat satu buah lagi tanki penampung yang dihubungkan dengan sistem biogas.

Tanki penampung juga terbuat dari plastik polyurethane, yang membedakan adalah lapisan yang digunakan hanya 1 lapis. Kami rasa dengan 1 lapis saja sudah cukup untuk menahan tekanan biogas yang tidak seberapa besar.

Dimensi tanki yang kami buat adalah diameter 95cm dan panjang 250cm.
Pengerjaannya mirip dengan pembuatan pembangkit, perbedaanya hanya satu ujung saja yang diberi pipa. Untuk instalasi utama kami selalu menggunakan pipa PVC ¾”. Beberapa artikel menggunakan pipa dengan diameter ½”. Lagi lagi pertimbangannya adalah karena bahan yang tersedia di areal kebun adalah pipa ¾” yang digunakan untuk sistem irigasi kebun di musim kemarau.

 Gambar 26: Membuat tanki penampung  Gambar 27: Ujung bawah tanki langsung di lipat dan di ikat dengan tali karet.

Akan lebih baik apabila ujung bawah tanki tidak diikat langsung, tapi diberi pipa PVC yang ditutup oleh dop PVC, baru kemudian lembaran plastik diikatkan pada pipa tersebut seperti langkah sebelumnya.

3.2 SALURAN BIOGAS

Untuk pipa utama kami menggunakan pipa PVC ¾”. Sambungan dapat dibuat permanen dengan lem PVC. Tapi kami memilih metoda semi permanen yaitu dengan mengikat sambungan pipa dengan tali karet. Hanya sambungan yang penting saja yang kami beri lem. Sambungan penting ini diantaranya adalah sambungan katup bola/keran (ball valve).

 Gambar 28: Sambungan pipa saluran biogas.

Kami menggunakan banyak ball valve, dengan tujuan untuk memudahkan apabila ada perubahan skema saluran. Pada gambar diatas terlihat bahwa di ujung tanki juga terdapat ball valve, hal ini memungkinkan untuk tanki dipindah pindahkan tanpa mengganggu kinerja biogas secara keseluruhan.

Di sebelah kanan pada gambar diatas juga terlihat botol bekas air mineral 1.5 liter yang berfungsi sebagai water vapor (penjebak uap air) dan katup keamanan. Skema water vapor adalah sebagai berikut:

 Gambar 29: Skema botol penjebak kondensasi sekaligus katup keamanan.

Botol penjebak ini sebaiknya diletakkan pada bagian terbawah dari saluran biogas, tepat setelah pembangkit. Hal ini dimaksudkan untuk memudahkan uap air hasil kondensasi turun dan masuk ke dalam botol. Air yang berlebihan dalam sistem dapat memampetkan saluran biogas, selain itu adanya kandungan air dalam biogas menurunkan tingkat panas api dan membuat api berwarna kemerah merahan.

Perhatikan muka air yang dibutuhkan. Kami menyarankan tinggi permukaan air dari batas bawah pipa antara 20 sampai 25 cm. Apabila terlalu rendah, gas akan mudah keluar dari air sebelum mencapai tekanan yang diinginkan. Apabila muka air terlalu tinggi, tekanan yang ada membesar dan hal ini dapat menghambat proses produksi biogas itu sendiri.

Kami sangat ingin mencoba membuat manometer untuk dapat mengontrol dan mengukur tekanan yang ada dalam sistem biogas, namun pada saat ini hal tersebut belum tercapai.

Lubang air pada botol penjebak selain berfungsi sebagai lubang pengisian juga sebagai pengatur tinggi muka air.

 Gambar 30: Botol penjebak kondensasi dan katup keamanan.

3.3 KOMPOR BIOGAS

Penggunaan biogas yang paling mudah tidak lain dan tidak bukan adalah sebagai bahan bakar dalam kegiatan masak memasak. Sebetulnya masih banyak fungsi lain yang ingin kami cobakan juga, namun karena keterbatasan waktu (dan ) baru kompor biogas saja yang kami cobakan. FungsiJdana tentunya  lainnya antara lain sebagai pencahayaan (ini yang ingin segera kami coba), bahan bakar untuk menjalankan mesin, pendingin, pemanas dan masih banyak bentuk pengembangan lain. Test pertama untuk mengetahui apakah biogas yang dihasilkan dapat terbakar atau tidak, kami lakukan dengan cara menyambungkan pipa biogas ke selang yang biasa digunakan pada kompor gas LPG, kemudian diujungnya kami sambungkan dengan selang tembaga dengan diameter dalam (Internal Diameter; ID) sekitar 0.5cm. Katup gas dibuka dan ujung pipa didekatkan dengan sumber api. Api pun menyala. Hurray!.

Ada banyak desain burner yang digunakan pada kompor biogas, target kami saat membuat kompor ini adalah harus sesederhana mungkin, dapat dibuat dari bahan bahan yang tersedia dan semurah mungkin, serta .. asal jalan dulu, sebagai tahap pembelajaran.

Percobaan pertama pembuatan kompor menggunakan bahan baku kaleng bekas permen jahe yang kami temukan di dalam mobil operasional. Permennya kami habiskan dulu, baru kalengnya di pakai.

Skema desain kompor pertama ini sebagai berikut:

 Gambar 31: Skema burner biogas #1

Cara pembuatannya adalah kaleng permen dilubangi sesuai dengan ukuran diameter luar pipa tembaga kemudian ujung pipa tembaga dimasukkan ke dalam lubang tersebut. Untuk lebih jelasnya dapat melihat skema diatas. (PERHATIAN: Desain kompor ini tidak bagus, lihat penjelasannya pada bagian kesimpulan)

 Gambar 32: Kompor biogas untuk menggoreng ketela pohon.  Gambar 33: Api biru biogas.

4. KESIMPULAN

Kesimpulan sementara yang kami peroleh dari percobaan pembuatan dan instalasi pembangkit biogas dari kotoran sapi ini adalah kalori panas yang dihasilkan tidak cukup panas untuk bisa disebut fungsional. Hasil menggoreng ketela pohon kurang bagus karena minyak kurang panas. Singkong kurang kering dan tidak mengembang.
Kami rasa hal ini bisa disebabkan beberapa hal:

1. Tekanan gas kurang tinggi.
Percobaan penggorengan ini kami lakukan pada ketinggian muka air di botol penjebak kurang lebih 10cm (perhatikan gambar 26). Kami akan lakukan percobaan lagi pada ketinggian muka air 20 – 25cm.

2. Kandungan methane dalam biogas masih terlalu rendah.
Beberapa literatur menyebutkan, untuk biogas dapat terbakar, kandungan methane-nya minimal 50%. Karena biogas yang di hasilkan dapat terbakar, kami cukup confident untuk menyatakan bahwa kandungan methane sudah diatas 50%. Tapi karena gas terkadang tidak stabil (salah satu indikator kandungan karbon diosida tinggi) dan panas yang dihasilkan rendah, ada kemungkinan kandungan methane masih di bawah 60%.

3. Desain kompor dan burner yang kurang baik.
Kompor dan terutama burner yang kami gunakan disini masih bersifat sementara. Beberapa literatur menyebutkan juga bahwa campuran udara dan biogas cukup krusial untuk menghasilkan api yang baik. Campuran udara-biogas yang baik adalah sekitar 15:1 (15 udara dan 1 biogas). Selain itu desain kompor yang SS (sangat sederhana) ini tentu memiliki banyak heat-loss. Untuk kedepan, kami harapkan dengan desain burner dan kompor yang lebih baik hal ini dapat diatasi.

4. Faktor eksternal
Kondisi alam pegunungan yang cukup dingin (berkisar 15 – 20 derajat celcius) sedikit banyak berpengaruh terhadap suhu minyak. Selain itu hembusan angin di dalam dapur juga terasa cukup menganggu.

Kesimpulan lain yang dapat diambil dari percobaan implementasi teknologi biogas ini adalah adanya resistensi dari pengguna biogas (yang adalah ibu rumah tangga peternak, yang terbiasa menggunakan tungku kayu bakar) untuk menggunakan kompor bioga. Beberapa alasan yang dapat kami tangkap adalah faktor psikologis akan bahaya kebakaran atau meledak dan juga kecenderungan untuk memang resisten terhadap teknologi teknologi baru yang dipandang cukup rumit.
Namun setelah dilakukan pengamatan beberapa hari, kecenderungan ini perlahan lahan mulai hilang, ditandai dengan adanya laporan yang menyatakan bahwa kompor biogas hasilnya cukup bagus apabila dipakai menggoreng telur.

Akan tetapi kami cukup yakin bahwa lambat laun teknologi ini dapat diterima oleh pengguna yang ditandai bahwa mereka cukup senang dengan adanya kompor yang tidak menimbulkan polusi dan tidak merusak alat alat masak.

Hal lainnya yang terungkap adalah perawatan dan operasi sistem biogas ini memang cukup rumit, hal inilah tampaknya yang mendasari bahwa banyak instalasi biogas di negara di dunia yang kurang berhasil dalam jangka panjang.

Tujuan utama dalam implementasi biogas biasanya adalah sebagai energi pengganti yang dapat mengurangi biaya yang diperlukan untuk memasak. Nampaknya hal ini harus kita tinjau ulang secara lebih seksama. Mengapa ?. Karena faktanya, penggunaan tungku kayu bakar berbahan tanah liat membutuhkan biaya yang lebih murah dari biogas, lebih mudah dibuat, dioperasikan dan di rawat. Bila dibandingkan dengan perapian kayu bakar biasa, tungku tanah liat menggunakan bahan bakar lebih irit dan tidak menimbulkan polusi asap di dalam ruangan (karena memiliki cerobong keluar).
Sistem biogas yang profitable seharusnya di desain secara lebih terintegrasi, digunakan untuk menjalankan mesin statis yang dapat memutar generator penghasil listrik, sekaligus sebagai pabrik penghasil pupuk dan penyubur bagi kolam ikan, taman atau lahan pertanian.

Sebuah operasi biogas yang sukses, sukses dalam arti dapat menghasilkan atau menabung uang lebih banyak daripada biaya yang dikeluarkan adalah sebuah operasi bisnis. Oleh karenanya, sebuah pembangkit biogas harus dipandang sebagai bagian sebuah sistem. Sistem yang terdiri dari banyak hal, tanki penyimpan gas, kolam ikan atau tanaman air, lahan pertanian, ternak, produksi pupuk dan gas, dan sebagai bisnis serta keahlian teknis.

Dibawah ini pernyataan yang diadaptasi dari buku “Biogas and Waste Recycling, The Philippine Experience” karya Felix Maramba, seorang pengembang sistem biogas yang sukses, terkenal dan menguntungkan secara finansial.

“Pengembangan sistem biogas akan meningkatkan kehidupan sosial dan ekonomi di daerah pedesaan. Caranya adalah dengan mengendalikan polusi yang terjadi pada udara dan air, sehingga menjamin hidup yang lebih sehat. Biogas dapat meningkatkan standar hidup yang berarti juga akan meningkatkan laju perekonomian. Dengan memanfaatkan limbah dan bahan yang tersedia di daerah setempat sebagai penunjang kebutuhan pertanian, dan dengan membuat lahan semakin produktif melalui sistem daur ulang akan menimbulkan sebuah pola kehidupan pedesaan yang baik yang menunjang kemandirian.”



Referensi:

1. Biodigester Installation Manual, Lylian rodriguez and T R Preston. FAO.
2. Livestock House and Biogas System. FAO.
3. How To Install Polyethylene Biogas Plant. Fransisco X. Aguilar. The Royal Agricultural College Cirencester.
4. Biogas/Biofertilizer Business Handbook Manual. Michael Arnott. Peace Corps.
5. The Biogas Handbook. David House. Peace Press.
6. Chinesse Biogas Manual. English version by Ariane van Buren. Intermediate Technology Publication, Ltd.