analisis karakteristik elektrik air laut tersaring …digilib.unila.ac.id/55742/3/skripsi tanpa bab...
TRANSCRIPT
ANALISIS KARAKTERISTIK ELEKTRIK AIR LAUT TERSARINGSEBAGAI SUMBER ENERGI ALTERNATIF BERKELANJUTAN
(SUSTAINABLE ENERGY)
(Skripsi)
Oleh
Edward Jannert Christian Sibarani
JURUSAN FISIKAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS LAMPUNGBANDAR LAMPUNG
2018
i
ABSTRAK
ANALISIS KARAKTERISTIK ELEKTRIK AIR LAUT TERSARINGSEBAGAI SUMBER ENERGI ALTERNATIF BERKELANJUTAN
(SUSTAINABLE ENERGY)
Oleh
EDWARD JANNERT CH. S.
Karakteristik elektrik air laut tersaring dapat diketahui dengan menggunakanpasangan elektroda Cu-Zn. Air laut disaring menggunakan filter sedimen 1mikron. Pengukuran karakteristik elektrik air dilakukan dengan menggunakanbeban lampu LED DC 3 watt dan saat beban dilepas. Sel elektrolit yangdigunakan terdiri dari 40 sel, yang dirangkai secara seri dan paralel denganvolume 300 ml per sel. Pengujian alat dilakukan selama 144 jam dengan 6 kalipengisian elektrolit setiap 24 jam. Hasil pengujian menunjukkan bahwa semakinlama alat digunakan maka karakteristik elektrik yang dihasilkan akan semakinmenurun. Tegangan (Vbl) maksimum dihasilkan oleh air laut tidak tersaringdengan rangkaian seri sebesar 31,5 V. Daya (P) maksimum dihasilkan oleh airlaut tidak tersaring dengan rangkaian seri sebesar 101,1 mW. Iluminasimaksimum dihasilkan oleh air laut tidak tersaring dengan rangkaian seri sebesar426,4 Lux, durasi nyala lampu 8 jam. Sedangkan iluminasi maksimum dihasilkanoleh air laut tersaring dengan rangkaian seri sebesar 319,7 Lux, durasi nyalalampu 11 jam.
Kata Kunci: Air laut tersaring , elektroda Cu-Zn, sustainable energy.
ii
ABSTRACT
ANALYSIS OF ELECTRIC CHARACTERISTICS OF FILTEREDSEAWATER AS A SUSTAINABLE ENERGY SOURCE
By
EDWARD JANNERT CH. S.
The electrical characteristics of filtered seawater can be determined by using Cu-Zn electrode pairs. Seawater is filtered by using a 1 micron sediment filter.Measurement of electrical characteristics of water is carried out using a 3 wattDC LED load and when the load is removed. The electrolyte cell consists of 40cells, which are arranged in series and parallel with 300 ml per cell. Tool testingis carried out for 144 hours with 6 times electrolyte filling every 24 hours. Thetest results show that the longer the tool is used, the more electricalcharacteristics produced will be decreasing. The produce of maximum voltage(Vbl) by seawater is not filtered with a series of 31.5 V. The produce of maximumpower (P) by seawater is not filtered with a series of 101.1 mW. The produce ofmaximum illumination by seawater is not filtered with a series of 426.4 Lux, theduration of the light is 8 hours. Despite the produce of maximum illumination byfiltered seawater with a series of 319.7 Lux series, the duration of the light is 11hours.
Keywords: Filtered sea water, Cu-Zn electrodes, sustainable energy.
ANALISIS KARAKTERISTIK ELEKTRIK AIR LAUT TERSARINGSEBAGAI SUMBER ENERGI ALTERNATIF BERKELANJUTAN
(SUSTAINABLE ENERGY)
Oleh
EDWARD JANNERT CHRISTIAN SIBARANI
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai GelarSARJANA SAINS
Pada
Jurusan FisikaFakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Lampung
JURUSAN FISIKAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS LAMPUNGBANDAR LAMPUNG
2018
vii
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bandar Lampung pada tanggal
16 Juni 1993, anak pertama dari 2 bersaudara
pasangan Bapak Marali Ammer Sibarani dan Ibu
Kartika Sari. Penulis menyelesaikan pendidikan di
SD Xaverius GGP Lampung Tengah tahun 2005,
SMP Xaverius GGP Lampung Tengah tahun 2008,
dan SMA N 4 Bandar Lampung tahun 2011.
Pada tahun 2011 penulis masuk sebagai mahasiswa di Universitas Lampung.
Selama menjadi mahasiswa penulis aktif dalam berbagai organisasi kampus antara
lain sebagai Anggota Bidang Sosial Masyarakat HIMAFI FMIPA Unila tahun
2012/2013, Kepala Bidang Sekretariatan HIMAFI FMIPA Unila pada tahun
2013/2014.
Penulis melaksanakan Praktik Kerja Lapangan (PKL) di PT. PLN (Persero) PLTP
Ulubelu Geothermal Power Plant Lampung dan melaksanakan Kerja Kuliah
Nyata (KKN) di Desa Seputih Doh, Kec. Seputih Doh, Kab. Tanggamus. Penulis
juga aktif sebagai asisten praktikum dalam berbagai mata kuliah Instrumentasi.
viii
MOTTO
“Bahkan tusukan yang menyakitkan pun berguna untukmenyemangati hidup.” –Amy Lowel
“Berani ialah bertindak mengatasi rasa takut.” –Howard W.Hunter
“Apa yang anda pikirkan jauh lebih berarti dari apa punjuga dalam hidup anda. Lebih berarti dari seberapa besarnafkah yang anda dapat, lebih berarti dari di mana andatinggal, lebih berarti dari status sosial anda, lebih berarti
dari apapun yang dipikirkan orang lain tentang diri anda.”-George Matthew Adams
“Kita semua memiliki kekonyolan; entah wajah, watak,pikiran, atau kebiasaan. Saat kita mengakui kekonyolan itu- alih-alih menutupinya - dan mulai tertawa, maka dunia
pun akan tertawa bersama kita” –Jimmy Durante
ix
Dengan penuh rasa syukur kepada Allah SWT,Aku persembahkan karya ini untuk orang-orang yang
aku cintai dan aku sayangi karena Allah SWT
Kedua Orang Tua dan KeluargaTerimakasih atas segala Do’a dan pengorbanan yang telah diberikan
hingga aku mampu menyelesaikan pendidikan S1.
Bapak-Ibu dosenTerima kasih atas bekal ilmu pengetahuan dan budi pekerti yang telah
membuka hati dan wawasanku
Para sahabat dan teman-teman seperjuanganTerima kasih atas kebaikan kalian dan kebersamaan yang kita lalui
dan
Almamaterku tercintaUniversitas Lampung
x
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan
kesehatan dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang
berjudul “Analisis Karakteristik Elektrik Air Laut Tersaring sebagai Sumber
Energi Alternatif Berkelanjutan (Sustainable Energy)”. Adapun tujuan
penulisan skripsi ini adalah sebagai salah satu persyaratan untuk mendapatkan
gelar S1, juga melatih mahasiswa untuk berpikir cerdas dan kreatif dalam menulis
karya ilmiah.
Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam skripsi ini, oleh karena itu
penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun. Akhir kata, semoga
skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua.
Bandar Lampung, Desember 2018
Penulis,
Edward Jannert Christian Sibarani
xi
SANWACANA
Alhamdulillah, penulis menyadari bahwa skripsi ini dapat terselesaikan dengan
baik berkat dorongan, bantuan dan motivasi dari berbagai pihak, oleh karena itu
pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Gurum Ahmad Pauzi, S.Si., M.T. selaku Pembimbing I yang telah
memberikan tema penelitian dan bimbingan serta nasehat untuk
menyelesaikan skripsi.
2. Bapak Drs. Amir Supriyanto, M.Si. selaku Pembimbing II yang senantiasa
memberikan masukan-masukan untuk menyelesaikan skripsi.
3. Bapak Arif Surtono, S.Si., M.Si., M.Eng. selaku Penguji yang telah
mengoreksi kekurangan, memberikan kritik dan saran selama penulisan
skripsi.
4. Bapak Prof. Warsito, S.Si., DEA., Ph.D. selaku Pembimbing Akademik dan
selaku Dekan FMIPA Universitas Lampung yang senantiasa memberikan
nasehat selama menjalani studi.
5. Bapak Marali Ammer Sibarani dan Ibu Kartika Sari yang selalu memberikan
motivasi dan do’a.
6. Teman-teman seperjuangan Umi Latifah, Sunarsih, Heri Prasetyo, Nika
Khumaidah, Ali Akbar H., dan Ratna Hudzaufah.
xii
7. Orang-orang terdekat: Adit, Rizki, Dewi Nurul, Ami, Doni, Ridho, Rio dan
Aziz.
8. Dita Rahmayanti, partner terbaik.
9. Teman-teman angkatan 2011, kakak-kakak tingkat, serta adik-adik tingkat
yang telah membantu dan memberikan semangat dalam proses menyelesaikan
tugas akhir.
10. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, yang telah membantu
penulis selama menyelesaikan tugas akhir.
Semoga Allah SWT senantiasa memberikan balasan atas segala usaha yang telah
dilakukan oleh berbagai pihak sehingga skripsi ini dapat selesai dan bermanfaat.
Bandar Lampung, 27 Desember 2018
Penulis
Edward Jannert Ch. S.
xiii
DAFTAR ISI
ABSTRAK ......................................................................................................... i
ABSTRACT....................................................................................................... ii
HALAMAN JUDUL ......................................................................................... iii
HALAMAN PERSETUJUAN ......................................................................... iv
HALAMAN PENGESAHAN........................................................................... v
PERNYATAAN................................................................................................. vi
RIWAYAT HIDUP ........................................................................................... vii
MOTTO ............................................................................................................. viii
PERSEMBAHAN.............................................................................................. ix
KATA PENGANTAR....................................................................................... x
SANWACANA .................................................................................................. xi
DAFTAR ISI...................................................................................................... xiii
DAFTAR GAMBAR......................................................................................... xvi
DAFTAR TABEL ............................................................................................. xx
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah.............................................................................. 4
1.3 Tujuan Penelitian ............................................................................... 4
1.4 Manfaat Penelitian ............................................................................. 5
1.5 Batasan Masalah ................................................................................ 5
xiv
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Penelitian Terdahulu.......................................................................... 6
2.2 Perbedaan dengan Penelitian Sebelumnya ........................................ 7
2.3 Teori Dasar ........................................................................................ 8
2.3.1 Elektrokimia ........................................................................... 82.3.2 Sel Galvani atau Sel Volta .....................................................102.3.3 Sifat Kelistrikan......................................................................122.3.4 Ikatan Ion................................................................................152.3.5 Elektrolit.................................................................................162.3.6 Karakteristik Air Laut ............................................................182.3.7 Elektroda ................................................................................232.3.8 Potensial Elektroda.................................................................232.3.9 Karakteristik Tembaga (Cu) dan Seng (Zn) ...........................262.3.10 Filtrasi...................................................................................282.3.11 Korosi Logam.......................................................................282.3.12 Besaran Listrik .....................................................................30
III. METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian............................................................343.2 Alat dan Bahan ..................................................................................343.3 Prosedur Penelitian ...........................................................................353.4 Desain Media Uji Karakteristik Elektrik ...........................................363.5 Pengujian Karakteristik Elektrik Air Laut .........................................373.6 Diagram Alir Penelitian.....................................................................393.7 Data Hasil Penelitian .........................................................................403.8 Rancangan Analisis Data Penelitian ..................................................41
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Realisasi dan analisis alat ..................................................................43
4.1.1 Analisis Elektroda dan Elektrolit ............................................434.1.2 Realisasi Alat...........................................................................50
4.2 Hasil Penelitian..................................................................................51
4.2.1 Analisis Karakteristik Air Laut Tersaring dengan Sel disusunSeri ..........................................................................................55
4.2.2 Analisis Karakteristik Air Laut Tersaring dengan Sel disusunParalel .....................................................................................70
4.2.3 Analisis Karakteristik Air Laut Tidak Tersaring dengan Seldisusun Seri.............................................................................84
xv
4.2.4 Analisis Karakteristik Air Laut Tidak Tersaring dengan Seldisusun Paralel ........................................................................99
4.2.5 Analisis Perbandingan Karakteristik Air Laut Tersaring danTidak Tersaring.......................................................................113
V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ........................................................................................1235.2 Saran ..................................................................................................124
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xvi
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman2.1. Prinsip kerja sel elektrolisis ............................................................... 9
2.2. Perbedaan sel galvani dan sel elektrolisis, Va adalah potensial yangdihasilkan dan Vb potensial yang diperlukan .................................... 12
2.3. Hidrogen (kovalen) ............................................................................ 15
2.4. Natrium klorida (ionik) ...................................................................... 15
3.1. Desain lempeng tembaga (Cu) dan lempeng seng (Zn) ..................... 37
3.2. Desain media uji (sel) penampung elektrolit air laut ......................... 37
3.3. Media tempat uji karakteristik elektrik air pada (a) pengukuran tegangansaat beban dilepas, (b) pengukuran tegangan menggunakan beban, dan(c) pengukuran arus air sungai, air payau, air rawa, mata air, dan airhujan................................................................................................... 38
3.4. Diagram alir penelitian....................................................................... 39
3.5. Grafik rancangan analisis data penelitian .......................................... 42
4.1. Dimensi panjang dan lebar elektroda (a) elektroda tembaga (b) elektroda
seng .................................................................................................... 44
4.2. Sel elektrolit (a) pembungkus sel (casing), (b) 4 baris, dan (c) beserta
saluran pengisian elektrolit ................................................................ 50
4.3. Realisasi alat ...................................................................................... 51
4.4. Instrumen pengukur keluaran alat (a) multimeter (b) light meter...... 52
4.5. Sistem pengukuran tegangan alat saat beban dilepas (Vbl) dan saat diberi
beban (Vb) .......................................................................................... 53
xvii
4.6. Sistem pengukuran arus pada alat...................................................... 53
4.7. Sistem pengukuran iluminasi lampu LED DC 3 Watt....................... 53
4.8. Sistem rangkaian keseluruhan uji karakteristik elektrik air laut
tersaring.............................................................................................. 53
4.9. Sistem pengisian sel elektrolit ........................................................... 55
4.10. Sistem pengosongan sel elektrolit.................................................... 55
4.11. Grafik perubahan tegangan saat beban dilepas (Vbl) pada air laut
tersaring, sel disusun seri................................................................. 59
4.12. Grafik perubahan tegangan (Vb) terhadap waktu pada air laut tersaring,
sel disusun seri................................................................................. 63
4.13. Grafik perubahan arus (I) terhadap waktu pada air laut tersaring, sel
disusun seri ...................................................................................... 64
4.14. Grafik perubahan daya (P) terhadap waktu pada air laut tersaring, sel
disusun seri ...................................................................................... 65
4.15. Grafik perubahan iluminasi (Lux) terhadap waktu pada air laut
tersaring, sel disusun seri................................................................. 69
4.16. Grafik perubahan tegangan saat beban dilepas (Vbl) pada air laut
tersaring, sel disusun paralel............................................................ 73
4.17. Grafik perubahan tegangan (Vb) terhadap waktu pada air laut tersaring,
sel disusun paralel............................................................................ 77
4.18. Grafik perubahan arus (I) terhadap waktu pada air laut tersaring, sel
disusun paralel ................................................................................. 78
4.19. Grafik perubahan daya (P) terhadap waktu pada air laut tersaring, sel
disusun paralel ................................................................................. 79
xviii
4.20. Grafik perubahan iluminasi (Lux) terhadap waktu pada air laut
tersaring, sel disusun paralel............................................................ 83
4.21. Grafik perubahan tegangan saat beban dilepas (Vbl) pada air laut tidak
tersaring, sel disusun seri................................................................. 88
4.22. Grafik perubahan tegangan (Vb) terhadap waktu pada air laut tidak
tersaring, sel disusun seri................................................................. 92
4.23. Grafik perubahan arus (I) terhadap waktu pada air laut tidak tersaring,
sel disusun seri................................................................................. 93
4.24. Grafik perubahan daya (P) terhadap waktu pada air laut tidak tersaring,
sel disusun seri................................................................................. 94
4.25. Grafik perubahan iluminasi (Lux) terhadap waktu pada air laut tidak
tersaring, sel disusun seri................................................................. 98
4.26. Grafik perubahan tegangan saat beban dilepas (Vbl) pada air laut tidak
tersaring, sel disusun paralel............................................................ 102
4.27. Grafik perubahan tegangan (Vb) terhadap waktu pada air laut tidak
tersaring, sel disusun paralel............................................................ 106
4.28. Grafik perubahan arus (I) terhadap waktu pada air laut tidak tersaring,
sel disusun paralel............................................................................ 107
4.29. Grafik perubahan daya (P) terhadap waktu pada air laut tidak tersaring,
sel disusun paralel............................................................................ 108
4.30. Grafik perubahan iluminasi (Lux) terhadap waktu pada air laut tidak
tersaring, sel disusun paralel............................................................ 112
4.31. Grafik perbandingan tegangan saat beban dilepas (Vbl) .................. 113
xix
4.32. Grafik perbandingan tegangan (Vb) dengan beban lampu LED DC 3
Watt ................................................................................................. 115
4.33. Grafik perbandingan arus (I) saat diberi beban lampu LED DC 3 Watt…
......................................................................................................... 116
4.34. Grafik perbandingan daya (P) saat diberi beban lampu LED DC 3
Watt… ............................................................................................. 117
4.35. Grafik perbandingan iluminasi (Lux) saat diberi beban lampu LED DC
3 Watt .............................................................................................. 120
4.36. Keadaan elektroda (a) tembaga sebelum dan setelah pengujian, (b) seng
sebelum dan setelah pengujian ....................................................... 122
xx
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman2.1 Perbandingan elektrolit kuat, lemah, dan non elektrolit .................... 17
2.2. Komposisi air laut pada salinitas 35‰ .............................................. 21
2.3. Komposisi air laut pada massa jenis 1,0258 kg/liter.......................... 21
2.4. Tingkat kepekatan dan senyawa yang terendapkan dari air laut........ 22
2.5. Kelarutan ion dalam air berdasarkan kemampuan pengendapannya . 22
2.6. Hubungan antara ∆G°, K dan E°sel..................................................... 24
2.7. Nilai potensial deret Volta ................................................................. 25
3.1. Data pengukuran karakteristik elektrik alat ....................................... 40
3.2. Data pengamatan penurunan daya listrik setiap pengisian elektrolit . 41
4.1. Karakteristik Kelistrikan Tembaga (Cu) dan Seng (Zn) Baterai ....... 45
4.2. Karakteristik Kelistrikan Tembaga (Cu) dan Seng (Zn) Toko
Bangunan… ....................................................................................... 45
4.3. Salinitas Air Laut Sampel 1 ............................................................... 46
4.4. Salinitas Air Laut Sampel 2 ............................................................... 47
4.5. Salinitas Air Laut Sampel 3 ............................................................... 47
4.6. Salinitas Air Laut Sampel 4 ............................................................... 48
4.7. Salinitas Air Laut Sampel 5 ............................................................... 48
4.8. Salinitas Air Laut Sampel 6 ............................................................... 49
xxi
4.9. Karakteristik tegangan alat saat beban dilepas, air laut tersaring pengisian
elektrolit pertama dengan sel disusun seri ......................................... 56
4.10. Karakteristik tegangan alat saat beban dilepas, air laut tersaring
pengisian elektrolit kedua dengan sel disusun seri .......................... 57
4.11. Karakteristik tegangan alat saat beban dilepas, air laut tersaring
pengisian elektrolit ketiga dengan sel disusun seri.......................... 58
4.12. Data pengukuran dan perhitungan karakteristik elektrik air laut
tersaring, pengisian elektrolit pertama dengan sel disusun seri ...... 60
4.13. Data pengukuran dan perhitungan karakteristik elektrik air laut
tersaring, pengisian elektrolit kedua dengan sel disusun seri.......... 61
4.14. Data pengukuran dan perhitungan karakteristik elektrik air laut
tersaring, pengisian elektrolit ketiga dengan sel disusun seri.......... 62
4.15. Data pengukuran iluminasi air laut tersaring, pengisian elektrolit
pertama dengan sel disusun seri ...................................................... 66
4.16. Data pengukuran iluminasi air laut tersaring, pengisian elektrolit kedua
dengan sel disusun seri .................................................................... 67
4.17. Data pengukuran iluminasi air laut tersaring, pengisian elektrolit ketiga
dengan sel disusun seri .................................................................... 68
4.18. Karakteristik tegangan alat saat beban dilepas, air laut tersaring
pengisian elektrolit pertama dengan sel disusun paralel ................. 70
4.19. Karakteristik tegangan alat saat beban dilepas, air laut tersaring
pengisian elektrolit kedua dengan sel disusun paralel..................... 71
4.20. Karakteristik tegangan alat saat beban dilepas, air laut tersaring
pengisian elektrolit ketiga dengan sel disusun paralel..................... 72
xxii
4.21. Data pengukuran dan perhitungan karakteristik elektrik air laut
tersaring, pengisian elektrolit pertama dengan sel disusun paralel . 74
4.22. Data pengukuran dan perhitungan karakteristik elektrik air laut
tersaring, pengisian elektrolit kedua dengan sel disusun paralel..... 75
4.23. Data pengukuran dan perhitungan karakteristik elektrik air laut
tersaring, pengisian elektrolit ketiga dengan sel disusun paralel .... 76
4.24. Data pengukuran iluminasi air laut tersaring, pengisian elektrolit
pertama dengan sel disusun paralel ................................................. 80
4.25. Data pengukuran iluminasi air laut tersaring, pengisian elektrolit kedua
dengan sel disusun paralel ............................................................... 81
4.26. Data pengukuran iluminasi air laut tersaring, pengisian elektrolit ketiga
dengan sel disusun paralel ............................................................... 82
4.27. Karakteristik tegangan alat saat beban dilepas, air laut tidak tersaring
pengisian elektrolit pertama dengan sel disusun seri....................... 85
4.28. Karakteristik tegangan alat saat beban dilepas, air laut tidak tersaring
pengisian elektrolit kedua dengan sel disusun seri .......................... 86
4.29. Karakteristik tegangan alat saat beban dilepas, air laut tidak tersaring
pengisian elektrolit ketiga dengan sel disusun seri.......................... 87
4.30. Data pengukuran dan perhitungan karakteristik elektrik air laut tidak
tersaring, pengisian elektrolit pertama dengan sel disusun seri ...... 89
4.31. Data pengukuran dan perhitungan karakteristik elektrik air laut tidak
tersaring, pengisian elektrolit kedua dengan sel disusun seri.......... 90
4.32. Data pengukuran dan perhitungan karakteristik elektrik air laut tidak
tersaring, pengisian elektrolit ketiga dengan sel disusun seri.......... 91
xxiii
4.33. Data pengukuran iluminasi air laut tidak tersaring, pengisian elektrolit
pertama dengan sel disusun seri ...................................................... 95
4.34. Data pengukuran iluminasi air laut tidak tersaring, pengisian elektrolit
kedua dengan sel disusun seri.......................................................... 96
4.35. Data pengukuran iluminasi air laut tidak tersaring, pengisian elektrolit
ketiga dengan sel disusun seri ......................................................... 97
4.36. Karakteristik tegangan alat saat beban dilepas, air laut tidak tersaring
pengisian elektrolit pertama dengan sel disusun paralel ................. 99
4.37. Karakteristik tegangan alat saat beban dilepas, air laut tidak tersaring
pengisian elektrolit kedua dengan sel disusun paralel..................... 100
4.38. Karakteristik tegangan alat saat beban dilepas, air laut tidak tersaring
pengisian elektrolit ketiga dengan sel disusun paralel..................... 101
4.39. Data pengukuran dan perhitungan karakteristik elektrik air laut tidak
tersaring, pengisian elektrolit pertama dengan sel disusun paralel . 103
4.40. Data pengukuran dan perhitungan karakteristik elektrik air laut tidak
tersaring, pengisian elektrolit kedua dengan sel disusun paralel..... 104
4.41. Data pengukuran dan perhitungan karakteristik elektrik air laut tidak
tersaring, pengisian elektrolit ketiga dengan sel disusun paralel .... 105
4.42. Data pengukuran iluminasi air laut tidak tersaring, pengisian elektrolit
pertama dengan sel disusun paralel ................................................. 109
4.43. Data pengukuran iluminasi air laut tersaring, pengisian elektrolit kedua
dengan sel disusun paralel ............................................................... 110
4.44. Data pengukuran iluminasi air laut tersaring, pengisian elektrolit ketiga
dengan sel disusun paralel ............................................................... 111
xxiv
4.45. Data penurunan daya listrik 24 jam pertama setiap pengujian
elektrolit........................................................................................... 119
1
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Penerapan energi alternatif menjadi perhatian penting saat ini di dunia.
Perkembangan ekonomi dunia yang membutuhkan konsumsi energi besar
mempercepat eksploitasi sumber daya alam. Penggunaan sekitar 13 milyar
ton minyak pada tahun 2014 meningkat 22% dibandingkan dengan tahun
2004 dan 54% dibanding tahun 1994 membawa tantangan berat pada
kelangkaan energi dan perubahan iklim. Amerika, Cina, India dan beberapa
negara di Eropa mulai mengurangi penggunaan bahan bakar fosil dengan
penerapan energi alternatif berupa panel surya, turbin angin, pemanfaatan
gelombang pasang surut laut dan seterusnya. Konservasi sumber daya energi
karena itu telah menjadi perhatian penting di dunia saat ini (Chen, 2016).
Indonesia pun terus mengalami peningkatan kebutuhan listrik yang mengikuti
pertambahan jumlah penduduk dan pertumbuhan ekonomi yang terus
meningkat. Berdasarkan data ketenagalistrikan nasional tahun 2015 total
kapasitas pembangkit yang terpasang adalah sebesar 53.585 MW dengan
rincian 70% PLN, 5% private power utility (PPU) yang merupakan
pembangkit terintegrasi, 20% independent power producer (IPP) yang
merupakan listrik swasta, dan 5% pembangkit ijin operasi non BBM.
2
Permintaan listrik diperkirakan meningkat dengan laju pertumbuhan 8,8% per
tahun. Persentase pemakaian listrik pergolongan adalah sebagai berikut,
rumah tangga 43%, industri 33%, bisnis 18% dan publik 6%. Energi listrik di
Indonesia masih disuplai oleh batubara 52,8%, gas 24,2%, BBM 11,7%,
panas bumi 4,4%, air 6,5%, dan hanya 0,4 % berasal dari energi alternatif
lainnya (Kementrian Energi dan Sumber Daya Mineral, 2015).
Berdasarkan data tersebut, permintaan listrik yang tinggi namun tidak
diimbangi dengan sumber daya listrik yang mencukupinya membuat
masyarakat masih merasakan pemadaman listrik berkala, bahkan masih ada
desa ataupun kawasan yang belum teraliri listrik. Kebutuhan energi listrik
yang cukup besar menyebabkan sumber energi listrik menjadi terus berkurang
untuk ketersediaan mendatang, oleh karena itu kemajuan teknologi saat ini
menjadikan adanya pemanfaatan sumber daya lain sebagai energi alternatif
yang berkelanjutan. Pemanfaatan energi alternatif dari air laut sebagai sumber
energi listrik dengan proses elektrokimia menjadi salah satu pilihan. Ditinjau
dari geografis Indonesia ini sangat mendukung untuk menghasilkan energi
alternatif dari elektrolit air laut, pengembangan pemanfaatan energi kelautan
dengan memanfaatkan air laut sebagai penghasil energi listrik sangat
potensial karena sumber air laut yang melimpah dan belum termanfaatkan
dengan baik.
Penelitian Hudaya (2016) dengan menggunakan tiga pasang elektroda yaitu
C-Zn, Cu-Al, dan Cu-Zn menunjukkan bahwa elektrolit air laut yang
dihubungkan dengan ketiga pasangan elektroda tersebut sudah dapat
3
menghasilkan energi listrik, dengan variasi volume air laut. Hasil penelitian
ini juga menunjukkan bahwa semakin lama penggunaan elektrolit air laut
dengan beban yang diberikan maka energi listrik yang dihasilkan akan
semakin berkurang.
Penelitian Aristian (2016) dengan menggunakan elektroda Cu-Zn serta sistem
pengisian ulang elektrolit air lautnya menunjukkan bahwa sistem tertutup
pada sel mampu mengurangi sedikit korosifitas pada penelitian Hudaya
(2016). Penelitian ini menghasilkan nyala lampu LED 1,2 watt selama 11 jam
namun juga menunjukkan penurunan daya terus menerus selama 72 jam.
Inovasi penelitian ini berupa penyaringan pada air laut sebelum digunakan
sebagai elektrolit, serta desain yang akan dibuat disertai dengan sistem
tertutup serta saluran buang air laut tanpa mengosongkan sel. Volume air laut
adalah 300 ml pada setiap sel. Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat
memberikan sumbangsih ilmu kepada masyarakat dalam perkembangan
energi alternatif di Indonesia serta mendapat pembaharuan dari para
akademik untuk menjawab kebutuhan masyarakat agar diaplikasikan sebagai
energi terbarukan secara berkelanjutan dalam kehidupan sehari-hari.
4
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian latar belakang tersebut dapat dibuat rumusan masalah
sebagai berikut.
1. Bagaimana mendesain dan membuat alat yang dapat menghasilkan energi
listrik dari air laut dan elektroda Cu-Zn secara tertutup disertai saluran
buang air laut tanpa mengosongkan sel dengan sistem berkelanjutan.
2. Mengetahui karakteristik tegangan maksimum dan arus maksimum dari
alat yang dibuat serta mengetahui penurunan karakteristik elektrik alat
setelah dilakukan pengisian ulang elektrolitnya.
3. Mengetahui lamanya daya listrik yang dapat digunakan setiap pengujian
elektrolit.
4. Bagaimana hubungan antara penyaringan air laut yang digunakan dengan
karakteristik elektrik yang dihasilkan.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut.
1. Menghasilkan sebuah alat yang dapat menghasilkan daya listrik secara
berkelanjutan.
2. Mengetahui karakteristik elektrik yang dihasilkan melalui perbedaan
antara air laut yang disaring dan air laut yang tidak disaring.
3. Mengetahui penurunan daya listrik yang dihasilkan alat dengan variasi
waktu dan pengisian ulang elektrolit.
4. Mengetahui daya listrik maksimum yang dapat dihasilkan oleh alat.
5
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini adalah sebagai berikut.
1. Menghasilkan sebuah alat yang dapat menghasilkan energi listrik
alternatif secara berkelanjutan.
2. Memanfaatkan air laut sebagai sumber energi listrik terbarukan secara
berkelanjutan.
1.5 Batasan Masalah
Batasan masalah yang akan digunakan pada penelitian ini adalah sebagai
berikut.
1. Desain alat yang akan dibuat terdiri dari bahan akrilik, dengan dimensi
panjang 7 cm, lebar 7 cm dan tinggi 7 cm berjumlah 40 sel, volume air
laut sebanyak 300 ml per sel serta rangkaian sel dirangkai seri dan
paralel.
2. Sepasang elektroda positif dan negatif yang terbuat dari tembaga (Cu)
dan seng (Zn) dengan dimensi panjang 7 cm dan lebar 7 cm, jumlah
masing-masing sebanyak 40 elektroda.
3. Pengisian ulang elektrolit dilakukan secara manual dengan sistem
tertutup.
4. Data pengamatan karakteristik alat yang diukur berupa tegangan, arus,
daya, hambatan dalam, lama pemakaian, dan besarnya penurunan daya
listrik yang dihasilkan alat setelah dilakukan pengisian ulang.
6
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Penelitian Terdahulu
Penelitian yang dilakukan oleh Mursyidah (2013) ini, baterai dirancang
sedemikian rupa dengan menggunakan air laut sebagai elektrolitnya.
Tegangan terukur untuk satu sel adalah 0,75 V dan arus terukur 15 mA, untuk
mendapatkan tegangan 10 V maka diperlukan 15 sel yang disusun seri.
Pengujian dilakukan dengan pembebanan berupa lampu senter dengan 5 LED,
hasilnya baterai rancangan khusus ini mampu menyalakan LED selama
beberapa bulan tanpa henti, hal ini menunjukan bahwa energi yang tersimpan
dalam baterai cukup besar. Setelah energi baterai habis pengisian energi
kembali hanya dengan mengganti air laut sebagai elektrolitnya.
Penelitian yang dilakukan Encep Hudaya (2016) ini bertujuan mengetahui
karakteristik elektrik air laut agar dapat digunakan sebagai sumber energi
listrik terbarukan. Pasangan elektroda yang digunakan pada penelitian ini
adalah C-Zn, Cu-Zn, dan Cu-Al. Pengukuran karakteristik elektrik air laut
dilakukan dengan menggunakan beban dan saat beban dilepas. Beban yang
digunakan adalah rangkaian LED dengan hambatan sebesar 1000 Ω. Volume
air laut yang digunakan bervariasi, yaitu: 30 ml, 40 ml, 50 ml, 100 ml, dan
200 ml. Pengukuran saat beban dilepas volume air laut tidak berpengaruh
7
signifikan terhadap tegangan, tetapi pengukuran menggunakan beban volume
air laut berpengaruh terhadap energi listrik. Energi listrik berbanding lurus
terhadap volume air laut.
Penelitian yang dilakukan Jovizal Aristian (2016) ini mendesain alat yang
dirancang agar dapat melakukan pengisian dan pengosongan elektrolit air laut
sehingga dapat digunakan sebagai sumber energi alternatif berkelanjutan. Sel
elektrolit yang digunakan terdiri atas 40 sel dan 40 pasang elektroda Cu-Zn
yang dirangkai secara seri. Pengujian alat dilakukan selama 72 jam dengan
tiga kali pengisian elektrolit setiap 24 jam. Pengukuran karakteristik elektrik
alat dilakukan saat masih menggunakan beban LED 1,2 watt dan saat beban
dilepas. Hasil pengujian menunjukkan bahwa semakin lama alat digunakan
maka karakteristik elektrik yang dihasilkan akan semakin menurun.
2.2 Perbedaan dengan Penelitian Sebelumnya
Pada penelitian ini desain alat yang dirancang agar dapat melakukan
pengisian secara berkelanjutan tanpa mengosongkan elektrolit air laut
sehingga kontak udara dengan elektroda dapat diminimalisir untuk
mengurangi korosifitas pada elektroda. Jumlah sel yang dibuat sebanyak 40
sel, kemudian setiap sel akan diisi oleh elektrolit air laut sebanyak 300 ml dan
elektroda Cu-Zn yang berdimensi panjang 7 cm dan lebar 7 cm. Hal ini
didasari oleh penelitian Encep Hudaya (2016), semakin banyak volume air
laut maka daya listrik yang dihasilkan akan semakin besar, namun elektroda
yang digunakan juga harus semakin luas karena daya listrik berbanding lurus
terhadap luas elektroda. Pada penelitian ini dibandingkan dua tahap
8
pengukuran yaitu pengukuran karakteristik elektrik air laut sebelum disaring
dan pengukuran karakteristik elektrik air laut setelah disaring. Analisis data
akan dilakukan untuk menentukan berapa lama alat mampu menghasilkan
daya listrik setelah diberikan beban, dan bagaimana penurunan daya listrik
yang dihasilkan setelah dilakukan pengisian ulang.
2.3 Teori Dasar
2.3.1 Elektrokimia
Perkembangan ilmu elektrokimia berawal dari abad ke-16 yaitu saat beberapa
ilmuwan mulai mencoba memahami fenomena kelistrikan dan sifat
kemagnetan yang timbul dengan dihasilkannya suatu daya listrik. Pada tahun
1550, ilmuwan Inggris William Gilbert telah menghabiskan waktu selama 17
tahun untuk mempelajari fenomena kemagnetan, sehingga beliau dijuluki “the
Father of Magnetism” dan bukunya De Magnete menjadi acuan di Eropa
dalam penelitian dan pembelajaran sifat kemagnetan dan kelistrikan. Bahkan
William Gilbert pula yang mencetuskan teori tentang fenomena listrik statis
atau ‘amber effect’ kemudian pada tahun 1663, ahli fisika Jerman, Otto von
Guericke membuat generator listrik yang menghasilkan listrik statis melalui
proses friksi (gesekan). Von Guericke menunjukkan bahwa muatan yang
serupa akan saling tolak menolak. Kemudian pada tahun 1709, Francis
Hauksbee dari London, menemukan bahwa dengan menempatkan sejumlah
kecil merkuri dalam bola kaca dari generator Von Guericke tersebut dan
mengosongkan udara dalam bola tersebut, maka merkuri tersebut berpendar
setiap kali bola generator memproduksi muatan. Selanjutnya mulai tahun
9
1750, studi tentang elektrokimia berfokus dengan tujuan mencari cara yang
efesien untuk memproduksi listrik (Rahmawati, 2013).
Pengunaan elektrokimia diantaranya sebagai berikut.
a) Sel Galvani atau sel Volta, yaitu sel yang didasarkan pada reaksi kimia
yang dapat menghasilkan arus listrik.
b) Sel elektrolisis, yaitu sel yang didasarkan pada reaksi kimia yang
memerlukan arus listrik.
Elektrolisis merupakan peristiwa terurainya larutan elektrolit, oleh arus
listrik searah. Berbeda dengan sel Galvani atau sel Volta, pada sel
elektrolisis ini energi listrik digunakan untuk berlangsungnya reaksi
kimia. Secara sederhana elektrolisis dapat digambarkan sebagai berikut:
Gambar 2.1. Prinsip kerja sel elektrolisis (Bagotsky, 2006).
Mengalirnya arus listrik searah, menyebabkan ion-ion yang ada dalam
larutan bergerak menuju ke arah elektroda yang muatannya berlawanan.
Ion-ion positif (kation) menuju ke elektroda negatif (katoda) dan
10
selanjutnya mengalami reaksi reduksi, sebaliknya ion-ion negatif (anion)
menuju ke elektroda positif (anoda), yang akan mengalami reaksi oksidasi
(Dogra, 1990).
Sel elektrokimia adalah suatu alat yang menghasilkan arus listrik dari energi
yang dihasilkan oleh reaksi di dalam selnya, yaitu reaksi oksidasi dan reaksi
reduksi (reaksi redoks). Sel elekrokimia tersusun dari dua material penghantar
atau konduktor listrik yang disebut dengan katoda dan anoda. Kedua material
penghantar ini disebut elektroda. Anoda merupakan elektroda tempat
terjadinya reaksi oksidasi, sedangkan katoda adalah elektroda tempat
terjadinya reduksi. Reaksi oksidasi adalah reaksi yang menghasilkan
kenaikan bilangan oksidasi. Bilangan oksidasi menunjukkan jumlah elektron
yang telah dipindahkan dari suatu unsur (hal ini akan menghasilkan bilangan
oksidasi positif) dan jumlah total elektron yang telah ditambahkan ke dalam
suatu unsur (menghasilkan bilangan oksidasi negatif) unuk mencapai keadaan
baru. Jadi sebuah sel selalu terdiri dari dua bagian atau dua elektroda,
setengah reaksi oksidasi akan berlangsung pada anoda dan setengah reaksi
reduksi akan berlangsung pada katoda. Dengan kata lain pada sel
elektrokimia, kedua setengah reaksi dipisahkan dengan maksud agar dialiri
listrik (elektron) yang ditimbulkan dapat dipergunakan (Bird, 1993).
2.3.2 Sel Galvani atau Sel Volta
Luigi Galvani (1737-1798) adalah seorang ahli biologi dan seorang professor
di University of Bologna, Italia. Pada tahun 1780, Galvani mendapatkan
bahwa pada saat dua logam yang berbeda (misalnya tembaga dan seng)
11
dihubungkan kemudian disentuhkan pada bagian berbeda dari kaki katak
yang sudah mati, secara bersamaan, maka kaki katak tersebut akan bergerak
atau berkontraksi. Galvani menyebutnya sebagai “animal electricity”.
Penemuan dari Galvani ini merupakan inspirasi bagi penemuan baterai, tetapi
bukan oleh Galvani sendiri. Karena Galvani tidak pernah menganggap
fenomena kelistrikan sebagai fenomena yang terpisah dari biologi.
Alessandro Volta (1745-1827) yang kemudian mengemukakan pemikiran
bahwa kaki katak tersebut bertindak sebagai suatu konduktor bagi kelistrikan.
Volta menggantikan kaki katak dengan kertas yang direndam air garam
(brine-soaked paper) dan mendeteksi adanya aliran listrik. Melalui
percobaan-percobaannya inilah akhirnya Volta menemukan bahwa gaya
gerak listrik (electromotive force, emf) dari sel Galvani adalah perbedaan
potensial antara dua elektroda yang digunakan, yaitu tembaga dan seng, yang
dipisahkan oleh satu elektrolit. Terbukti bahwa jika digunakan dua elektroda
logam yang sama, maka tidak menghasilkan adanya gaya gerak listrik
(Rahmawati, 2013).
Sel Galvani yaitu sel yang didasarkan pada reaksi kimia yang dapat
menghasilkan arus listrik. Pada sel Galvani, anoda berfungsi sebagai
elektroda bermuatan negatif dan katoda bermuatan positif. Arus listrik
mengalir dari katoda menuju anoda. Reaksi kimia yang terjadi pada sel
Galvani berlangsung secara spontan. Syarat-syarat sel Galvani ialah reaksi
redoks terjadi secara spontan, hasil reaksi menghasilkan energi, dan energi
bebas standar (Go) < 0 dan nilai potensial standar sel (Eosel) adalah positif.
12
Contoh dari sel Galvani adalah baterai, akumulator dan sel bahan bakar
(Riyanto, 2013).
Gambar 2.2 Perbedaan sel galvani dan sel elektrolisis, Va adalah potensial
yang dihasilkan dan Vb potensial yang diperlukan.
2.3.3 Sifat Kelistrikan
Teori elektron membantu mendeskripsikan atom-atom dan komponen sub-
atomiknya, yaitu elektron dalam hubungannya dengan fenomena elektronik
dan kelistrikan. Atom tersusun dari inti atom yang dikelilingi oleh elektron-
elektron yang bermuatan negatif. Inti atom terdiri dari proton yang bermuatan
positif dan neutron yang netral. Muatan netto dari atom adalah netral karena
muatan total negatif dari elektron-elektron yang mengorbit sebanding dengan
muatan total positif dari proton dalam inti atom.
Dalam Satuan Internasional (SI), muatan listrik ditetapkan dalam Coulomb
(simbol C). Satu Coulomb adalah jumlah muatan listrik yang melalui titik-
13
titik yang telah ditentukan dalam suatu kawat jika arus listrik sebesar 1
Ampere melaluinya selama 1 detik. Dalam istilah yang lebih umum, jika bola
lampu 100 Watt bersinar, maka dibutuhkan waktu 1,2 detik lamanya muatan
listrik melalui kawat bola lampu itu agar diperoleh muatan 1 Coulomb.
Jumlah muatan ini cukup besar , tetapi jumlah muatan yang dibawa oleh satu
elektron sangat kecil, yaitu sebesar 1,60 x 10-19 C. Karena muatan elektron
negatif, maka muatannya adalah -1,60 x 10-19 C. Proton juga mempunyai
muatan yang sama dengan elektron, tetapi dengan muatan yang berlawanan,
jadi muatan proton adalah +1,60 x 10-19 C. Partikel subatom ini juga
mempunyai sifat lain yang penting yaitu massanya. Proton dan neutron
adalah partikel yang relatif berat yang massanya kira-kira satu unit massa
atom (1 amu). Sebaliknya elektron adalah partikel yang ringan dengan massa
hanya kira-kira1/1836 dari massa proton (Brady, 1999).
Elektron valensi yaitu elektron-elektron yang berada pada orbital terluar dari
suatu atom. Suatu atom yang memiliki jumlah elektron terluar delapan
elektron, maka atom tersebut akan bersifat stabil dan tidak dapat dengan
mudah berkombinasi secara kimia dengan atom lain untuk membentuk suatu
molekul. Jika suatu atom memiliki elektron valensi lebih kecil dari delapan,
maka atom-atom tersebut akan aktif secara kimia. Atom-atom tersebut akan
mudah berkombinasi dengan atom-atom lain untuk mendapatkan stabilitas
dan membentuk suatu ikatan atom dalam suatu molekul. Atom-atom tersebut
tersebut juga disebut aktif secara elektrik, karena elektron-elektron valensi
dalam atom tersebut dapat bergerak secara leluasa dari orbitalnya untuk
berpindah ke orbital atom yang lain kemudian membentuk ikatan kimia
14
ataupun elektron bebas. Pada saat elektron meninggalkan orbital suatu atom
karena paparan suatu energi, maka akan terbentuk suatu ion positif. Apabila,
suatu elektron masuk ke dalam orbital suatu atom, maka akan terbentuk suatu
ion negatif. Beberapa sumber energi digunakan untuk mendorong
perpindahan atau pergerakan elektron antara lain, gaya gesekan (pada listrik
statis), energi kimia (pada baterai), energi mekanik (pada generator), energi
magnetik, energi cahaya/foton dan energi panas (Diouf, 2014). Sumber-
sumber energi tersebut menghasilkan potensial listrik, atau menjadi penyebab
elektron mengalir melewati suatu material konduktor. Material konduktor
yaitu material yang dapat berfungsi sebagai medium mengalirnya spesies
pembawa muatan yaitu elektron dan ion. Material yang dapat berfungsi
sebagai medium pergerakan elektron disebut konduktor elektron (electronic
conductor), sedangkan material yang dapat berfungsi sebagai medium
pergerakan ion-ion disebut konduktor ionik (ionic conductor). Gaya yang
menggerakkan elektron-elektron (forced movement of electron) dinamakan
dengan Electro Motive Force (EMF), yaitu gaya yang diaplikasikan untuk
memindahkan elektron dan dinyatakan dalam satuan Volt. Elekron-elektron
yang bergerak itulah yang berperan dalam proses transformasi energi listrik
menjadi reaksi kimia, atau transformasi reaksi kimia menjadi energi listrik
pada sel elektrokimia (Rahmawati, 2013).
Salah satu faktor yang mencirikan sebuah sel adalah gaya gerak listrik (GGL)
atau perbedaan potensial listrik antara anoda dan katoda. Satuan GGL adalah
Volt. Satuan Volt dapat didefinisikan sebagai berikut: apabila muatan 1
15
Coulomb dilalukan pada perbedaan potensial sebesar 1 Volt maka akan
dihasilkan energi sebesar 1 Joule.
1 Joule = 1 Volt x 1 Coulomb (2.1)
(Bird, 1993).
2.3.4 Ikatan Ion
Gilbert Lewis pada tahun 1916 menyarankan bahwa atom-atom dalam sebuah
molekul diikat satu sama lain dengan jalan pemakaian bersama elektron kulit
terluar (elektron valensi). Lewis lebih jauh juga membedakan ikatan atas
ikatan ionik dan ikatan kovalen.
Gambar 2.3. Hidrogen (kovalen)
Gambar 2.4. Natrium klorida (ionik)(Bird, 1993).
Ion adalah sebuah atom atau sekelompok atom yang mempunyai muatan total
positif atau netto. Jumlah proton yang bermuatan positif dalam inti suatu
atom tetap sama selama berlangsungnya reaksi kimia, tetapi elektron yang
bermuatan negatif bisa hilang atau bertambah. Atom netral yang kehilangan
satu atau lebih elektronnya akan menghasilkan kation, ion dengan muatan
positif. Misalnya, atom natrium (Na) dapat dengan mudah kehilangan satu
elektronnya untuk menjadi kation natrium, yang dituliskan sebagai Na+. Di
lain pihak, anion adalah ion yang muatan totalnya negatif akibat adanya
16
kenaikan jumlah elektron. Misalnya, atom klorin (Cl) dapat memperoleh
tambahan satu elektron untuk menjadi ion klorida (Cl-). Natrium klorida
(NaCl), yang dikenal sebagai garam dapur, disebut senyawa ionik (ionic
compound) karena dibentuk dari kation dan anion (Chang, 2005).
2.3.5 Elektrolit
Elektrolit adalah suatu zat yang larut atau terurai ke dalam bentuk ion-ionnya.
Zat yang jumlahnya lebih sedikit di dalam larutan disebut (zat) terlarut atau
solut, sedangkan zat yang jumlahnya lebih banyak daripada zat-zat lain dalam
larutan disebut pelarut atau solven. Komposisi zat terlarut dan pelarut dalam
larutan dinyatakan dalam konsentrasi larutan, sedangkan proses pencampuran
zat terlarut dan pelarut membentuk larutan disebut pelarutan atau solvasi.
Larutan terdiri dari larutan non elektrolit dan larutan elektrolit. Larutan
elektrolit non elektrolit adalah larutan yang tidak menghantarkan arus listrik,
sedangkan larutan elektrolit adalah larutan yang dapat menghantarkan arus
listrik dengan mudah. Ion-ion merupakan atom-atom yang bermuatan
elektrik. Elektrolit dapat berupa senyawa garam, asam, atau amfoter.
Beberapa gas tertentu dapat berfungsi sebagai elektrolit, hal ini terjadi pada
kondisi tertentu misalnya suhu tinggi atau tekanan rendah. Elektrolit kuat
identik dengan asam, basa, dan garam. Elektrolit merupakan senyawa yang
berikatan ion dan kovalen polar. Sebagian besar senyawa yang berikatan ion
merupakan elektrolit sebagai contoh adalah garam dapur atau NaCl. NaCl
dapat menjadi elektrolit dalam bentuk larutan dalam sistem aqueous dan
17
lelehan, sedangkan dalam bentuk padatan senyawa ion tidak dapat berfungsi
sebagai elektrolit (Riyanto, 2013).
Tabel 2.1. Perbandingan elektrolit kuat, lemah, dan non elektrolit (Brady,1999).
JenisLarutan
Sifat Contohsenyawa
Reaksi ionisasi
Elektrolitkuat
terionisasisempurna,
NaCl, HCl,NaOH,H2SO4, danKCl
NaCl Na+ + Cl-
NaOH Na+ + OH-
H2SO4 2H+ + SO42-
menghantarkanarus listrik,
lampu dapatmenyala terang,
terdapatgelembung gas
Elektrolitlemah
terionisasisebagian,
CH3COOH,Na4OH,HCN,Al(OH)3
CH3COOH H+ + CH3OO-
HCN H+ + CN-
Al(OH)3 Al3+ + 3OH-
menghantarkanarus listrik,
lampu dapatmenyala redup,
terdapatgelembung gas
Nonelektrolit
tidak terionisasi,tidakmenghantarkanlistrik, tidak dapatmenyalakanlampu, tidakterdapatgelembung gas
C6H12O6,
C12H22O11,
CO(NH2)2,
C2H5OH
18
NaCl yang terdapat di laut merupakan salah satu elektrolit yang dapat
menghantarkan arus listrik. NaCl yang larut dalam H2O dapat diuraikan
menjadi ion Na+ dan Cl-, dengan adanya partikel muatan bebas itu, maka ada
arus listrik. Persamaan kimia NaCl dapat dilihat pada persamaan 2.2.
NaCl(s) Na+(aq) + Cl
-(aq) (2.2)
Unsur NaCl memiliki derajat ionisasi 1, atau mendekati 1 dan NaCl termasuk
larutan elektrolit kuat serta dapat terionisasi sempurna dalam air (Keenan,
1984).
2.3.6 Karakteristik Air Laut
Laut terbentuk sekitar 4,4 milyar tahun yang lalu, air laut awalnya bersifat
sangat asam, air yang mendidih dengan suhu sekitar 100°C karena panasnya
bumi. Asamnya air laut terjadi karena atmosfer bumi dipenuhi oleh karbon
dioksida. Keasaman air inilah yang menyebabkan tingginya pelapukan dan
menyebabkan air laut menjadi asin seperti sekarang. Pada saat itu, gelombang
tsunami sering terjadi karena seringnya asteroid menghantam bumi. Pasang
surut laut sangat besar, hal ini disebabkan karena jarak bulan yang begitu
dekat dengan bumi. Air laut adalah air yang didalamnya terlarut berbagai zat
padat dan gas. Dalam 1000 gram berisi ± 35 gram senyawa yang terlarut
secara kolektif yang disebut garam. Diketahui bahwa 96,5% air laut berupa
air murni dan 3,5% zat terlarut, banyaknya zat terlarut disebut salinitas
(Nybakken, 1992).
19
Diketahui bahwa kadar garam dalam air laut mempengaruhi sifat fisis air laut
seperti densitas, kompresibilitas, titik beku dan temperatur. Beberapa sifat
seperti viskositas, daya serap cahaya tidak terpengaruh signifikan oleh
salinitas. Dua sifat yang sangat ditentukan oleh jumlah garam di laut adalah
daya hantar listrik dan tekanan osmosis. Zat garam-garaman utama yang
terkandung dalam air laut adalah klorida (55%), natrium (31%), sulfat (8%),
magnesium (4%), kalsium (1%), potasium (1%) dan sisanya kurang dari 1%
terdiri dari bikarbonat, bromida, asam borak, strontium dan florida
(Nybakken, 1992).
Konsentrasi garam dikontrol oleh batuan alami yang mengalami pelapukan,
tipe tanah dan komposisi kimia dasar perairan. Salinitas merupakan indikator
utama untuk mengetahui penyebaran massa air laut sehingga penyebaran
salinitas secara langsung menunjukkan penyebaran dan peredaran massa air
dari satu tempat ke tempat lainnya. Penyebaran salinitas secara ilmiah
dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain curah hujan, pengaliran air tawar
ke laut secara langsung maupun lewat sungai dan gletser, penguapan, arus
laut, turbulensi percampuran dan gelombang laut (Campbell, 2004).
Salinitas adalah kadar garam terlarut dalam air, satuan salinitas adalah per mil
(‰), yaitu jumlah berat total (gram) material padat seperti NaCl yang
terkandung dalam 1000 gram air laut. Salinitas merupakan bagian dari sifat
fisik kimia suatu perairan, selain suhu, pH, substrat dan lain-lain (Qureshi,
2016). Salinitas dipengaruhi oleh pasang surut, curah hujan, penguapan,
presipitasi dan topografi suatu perairan. Akibatnya, salinitas suatu perairan
20
dapat sama atau berbeda dengan perairan lainnya, misalnya perairan darat,
laut dan payau. Kisaran salinitas air laut adalah 30-35‰, air payau 5-35‰
dan air tawar 0,5-5‰. Salinitas suatu kawasan menentukan dominasi
makhluk hidup pada daerah tersebut. Suatu kawasan dengan salinitas tertentu
didominasi oleh suatu spesies tertentu terkait dengan tingkat toleransi spesies
tersebut terhadap salinitas yang ada. Salinitas dari berbagai tempat di lautan
terbuka yang jauh dari daerah pantai tidak jauh berbeda, biasanya antara 34-
37‰, dengan rata-rata 35‰. Perbedaan salinitas terjadi karena perbedaan
dalam penguapan dan presipitasi. Salinitas lautan di daerah tropik lebih tinggi
karena evaporasi lebih tinggi, sedangkan pada lautan di daerah beriklim
sedang salinitasnya rendah karena evaporasi lebih rendah, di daerah pantai
dan laut yang tertutup sebagian, salinitasnya lebih bervariasi dan
memungkinkan mendekati 0 karena terdapat sungai-sungai besar mengalirkan
air tawar, sedangkan di laut merah dan teluk Persia salinitasnya hampir 40‰
(Nybakken, 1992).
Komposisi air laut pada salinitas 35‰ dapat dilihat pada Tabel 2.2 dan untuk
massa jenis rata-rata 1,0258 kg/liter yaitu dengan kepekatan antara 3-3,5 oBe
(derajat Baumé) dapat dilihat pada Tabel 2.3.
21
Tabel 2.2. Komposisi air laut pada salinitas 35‰ (Riley and Skirrow, 1975)No Ion Gram per kg air laut
1 Cl- 19,354
2 Na+ 10,77
3 K+ 0,399
4 Mg2+ 1,290
5 Ca2+ 0,4121
6 SO42+ 2,712
7 Br- 0,0673
8 F- 0,0013
9 B 0,0045
10 Sr2+ 0,0079
11 IO3I- 6,0 x 10-5
Tabel 2.3. Komposisi air laut pada massa jenis 1,0258 kg/liter (Riley andSkirrow, 1975).
No Senyawa Gram per liter air laut
1 Fe2O3 0,003
2 CaCO3 0,1172
3 CaSO42H2O 1,7488
4 NaCl 29,6959
5 MgSO4 2,4787
6 MgCl2 3,3172
7 NaBr 0,5524
8 KCl 0,5339
Total 38,44471
Air laut dengan kadar rata-rata seperti data pada Tabel 2.2 dan 2.3,
mempunyai sifat kristalisasi berdasarkan perbedaan kepekatan seperti yang
tercantum pada Tabel 2.4.
22
Tabel 2.4. Tingkat kepekatan dan senyawa yang terendapkan dari air laut(Riley and Skirrow, 1975).
Tingkat kepekatan (oBe) Mengkristal/Mengendap
3,00-16,00 Lumpur/Pasir/Fe2O3/FCaCO3
17,00-27,00 Gips (Kalsium Sulfat)
26,25-35,00 Natrium Klorida
27,00-35,00 Garam Magnesium
28,50-35,00 Natrium Bromida
Data pada Tabel 2.4 menunjukkan bahwa ada senyawa yang tidak terlalu
diperlukan tetapi jumlahnya cukup besar yaitu ion kalsium, magnesium dan
sulfat. Ion besi juga terdapat dalam air laut dengan kadar yang relatif rendah.
Berdasarkan perbedaan kemampuan pengendapannya, maka perlu diketahui
kelarutan masing-masing ion tersebut di dalam air. Data kelarutan ion dalam
air berdasarkan kemampuan pengendapnnya dapat dilihat pada Tabel 2.5.
Tabel 2.5. Kelarutan ion dalam air berdasarkan kemampuan pengendapannya(Riley and Skirrow, 1975).
No Substansi Hasil kali kelarutan (Ks)
1 CaCO3 4,8 x 10-9
2 CaC2O4 4,0 x 10-9
3 Ca(OH)2 5,5 x 10-6
4 CaSO4 1,2 x 10-6
5 MgCO3 1,0 x 10-5
6 MgC2O4 1,0 x 10-9
7 MgF2 6,5 x 10-9
8 KlO3 5,0 x 10-2
23
2.3.7 Elektroda
Elektroda merupakan material penghantar atau konduktor listrik pada sel
elektrokimia yang tersusun dari anoda dan katoda. Pada sel galvani, anoda
adalah elektroda tempat terjadinya reaksi oksidasi, bermuatan negatif
disebabkan oleh reaksi kimia yang spontan dan elektron akan dilepaskan oleh
elektroda. Pada sel elektrolisis, sumber eksternal tegangan didapat dari luar,
sehingga anoda bermuatan positif apabila dihubungkan dengan katoda. Ion-
ion bermuatan negatif akan mengalir pada anoda untuk dioksidasi
(Dogra,1990).
Sedangkan katoda adalah elektroda tempat terjadinya reaksi reduksi. Katoda
bermuatan positif bila dihubungkan dengan anoda yang terjadi pada sel
galvani. Ion bermuatan positif mengalir ke katoda untuk direduksi oleh
elektron-elektron yang datang dari anoda. Pada sel elektrolisis, katoda adalah
elektroda yang bermuatan negatif (anion). Ion-ion bermuatan positif (kation)
mengalir ke elektroda untuk direduksi, dengan demikian pada sel galvani
elektron bergerak dari anoda ke katoda (Bird, 1993).
2.3.8 Potensial Elektroda
Reaksi elektrokimia melibatkan perpindahan elektron-elektron bebas dari
suatu logam kepada komponen di dalam larutan. Kesetimbangan reaksi
elektrokimia sangat penting dalam sel Galvani (sel yang menghasilkan listrik)
dan sel elektrolisis (sel yang menggunakan/memerlukan arus listrik). Dalam
bidang elektrokimia antara sel galvani dan sel elektrolisis terdapat perbedaan
yang nyata. Perbedaannya yaitu berhubungan dengan reaksi spontan dan tidak
24
spontan. Sel Galvani secara umum terjadi reaksi spontan, sedangkan sel
elektrolisis terjadi reaksi tidak spontan. Reaksi spontan artinya reaksi
elektrokimia tidak menggunakan energi atau listrik dari luar, sedangkan
reaksi tidak spontan yaitu reaksi yang memerlukan energi atau listrik.
Beberapa parameter untuk mengetahui reaksi spontan atau tidak spontan
adalah perubahan energi bebas Gibbs standar (∆G°), konstanta
kesetimbangan reaksi kimia (K) dan nilai potensial standar sel (E°sel) seperti
ditunjukkan dalam Tabel 2.6.
Tabel 2.6. Hubungan antara ∆G°, K dan E°sel (Riyanto, 2013)
∆G° K E°sel Keadaan Reaksi
Negatif >1 Positif Spontan
0 =1 0 Kesetimbangan
Positif <1 Negatif Tidak spontan
Nilai E°sel ditentukan dengan rumus
E°sel = E°reduksi - E°oksidasi (2.3)
E°reduksi adalah nilai potensial elektroda standar pada elektroda yang
mengalami reduksi dan adalah E°oksidasi nilai potensial elektroda standar pada
elektroda yang mengalami oksidasi. Elektroda yang memiliki potensial
reduksi lebih kecil akan mengalami oksidasi, sebaliknya elektroda yang
potensial reduksinya lebih besar akan mengalami reduksi (Kim, 2016).
25
Tabel 2.7. Nilai potensial deret Volta (Silberberg, 2018)
Reaksi Reduksi Logam Eo (Volt)
Li+ + e- Li -3.04
K+ + e- K -2.92
Ba2 + 2e- Ba -2.90
Ca2+ + 2e- Ca -2.87
Na+ + e- Na -2.71
Mg2+ + 2e- Mg -2.37
Al3+ + 3e- Al -1.66
Mn2+ + 2e- Mn -1.18
2H2O + 2e- H2+2OH- -0.83
Zn2+ + 2e- Zn -0.76
Cr3+ + 3e- Cr -0.71
Fe2+ + 2e- Fe -0.44
Cd2+ + 2e- Cd -0.40
Co2+ + 2e- Co -0.28
Ni2+ + 2e- Ni -0.25
Sn2+ + 2e- Sn -0.14
Pb2+ + 2e- Pb -0.13
2H+ + 2e- H2 0.00
Sn2+ + 2e- Sn2+ +0.13
Bi3+ + 3e- Bi +0.30
Cu2+ + 2e- Cu +0.34
Ag+ + e- Ag +0.80
Pt2+ + 2e- Pt +1.20
Au3+ + 3e- Au +1.50
Berdasarkan data potensial deret Volta untuk Cu2+ dan Zn2+ masing-masing
adalah 0,34 V dan -0,76 V, sehingga reaksi yang terjadi pada sel di atas
adalah:
Reduksi : Cu2+ + 2e- Cu Eo = 0,34V (2.4)
Oksidasi : Zn Zn2+ + 2e- Eo = 0,76V (2.5)
26
Total : Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu Eo = 1,10 V (2.6)
Nilai potensial elektroda sel sebesar nilai potensial elektroda tembaga
dikurangi nilai potensial elektroda seng, maka dapat dihitung sebagai berikut:
E°sel = 0,34 V - (-0,76) V
E°sel = 1,10 V
Jika potensial sel bernilai positif, maka reaksi redoks berlangsung spontan.
Sebaliknya jika potensial sel bernilai negatif maka reaksi tidak berlangsung
spontan. Apabila keduanya dihubungkan dengan alat pengukur tegangan dan
tidak ada arus yang keluar dari sel maka terdapat perbedaan potensial 1,10 V.
Potensial ini disebut Daya Gerak Listrik (DGL). Perbedaan potensial dalam
suatu sel merupakan ukuran perbedaan kedua elektroda untuk “mendorong”
elektron ke rangkaian luar yang merupakan “tekanan” listrik dalam
menggerakkan elektron dari suatu elektroda ke elektroda lain (Hiskia, 1992).
2.3.9 Karakterisik Tembaga (Cu) dan Seng (Zn)
Tembaga dengan lambang Cu, memiliki nomor atom 29, nomor massa atom
63,546. Tembaga memiliki sifat fisik padat dengan massa jenis logam 8,94
gr/cm3. Tembaga merupakan unsur logam yang memiliki struktur kristal face
centered cubic (FCC) dengan warna logam kemerahan dan mempunyai titik
leleh 1080oC serta titik didih 2600oC. Konduktivitas listrik tembaga sebesar
58,5×106 Siemens/meter, dengan konduktivitas listrik yang tinggi maka
tembaga bersifat sebagai konduktor yang baik. Produksi tembaga sebagian
besar dipakai sebagai kawat atau bahan untuk menukar panas dalam
memanfaatkan hantaran listrik dan panasnya yang baik. Biasanya
27
dipergunakan dalam bentuk paduan, karena dapat dengan mudah membentuk
paduan dengan logam-logam lain diantaranya dengan logam Pb dan logam Sn
(Vliet, 1984).
Seng dengan lambang Zn, memiliki nomor atom 30, nomor massa atom
91,224. Seng memiliki sifat fisik padat dengan massa jenis logam 7,14
gr/cm3. Seng merupakan unsur logam yang memiliki struktur kristal
hexagonal closed-packed (HCP) dengan warna logam perak keabu-abuan.
Konduktivitas listrik seng sebesar 16,6×106 Siemens/meter. Mineral yang
mengandung seng di alam bebas antara lain kalamin, franklinit, smithsonit,
willenit dan zinkit. Seng (Zn) melebur pada suhu 410oC dan mendidih pada
suhu 906oC. Seng merupakan unsur yang melimpah dikerak bumi dan
memiliki lima isotop stabil. Bijih seng yang paling banyak ditambang adalah
seng sulfida (Slamet, 1994).
Ketika dua buah konduktor seperti Cu-Zn, terhubung melalui larutan dengan
konsentrasi pembawa muatan positif dan negatif tidak seimbang, maka satu
jenis pembawa muatan akan terkumpul pada satu konduktor dan lainnya akan
terkumpul pada konduktor lainnya, sehingga di kedua ujung konduktor
tersebut terdapat beda potensial. Sistem ini dikenal dengan sel volta (cell
voltaic). Mengingat di kedua ujung konduktor terjadi reaksi redoks terus
menerus, maka pada terjadi pertukaran pembawa muatan dari elektroda ke
larutan elektrolit maupun sebaliknya yaitu dari larutan elektrolit ke elektroda,
menyebabkan aliran pembawa muatan (arus listrik), dengan kata lain gaya
gerak listrik dari sel merupakan hasil perubahan energi kimia melalui reaksi
redoks (Landis, 1909).
28
2.3.10 Filtrasi
Filtrasi adalah suatu proses pemisahan zat padat dari fluida (cair maupun gas)
yang membawanya menggunakan suatu medium berpori atau bahan berpori
lain untuk menghilangkan sebanyak mungkin zat padat halus yang
tersuspensi dan koloid. Koloid merupakan suatu campuran zat heterogen
antara dua zat atau lebih dimana partikel-partikel zat yang berukuran koloid
tersebar merata dalam zat lain. Ukuran koloid berkisar antara 1–100 nano
meter (10-7 – 10-5 cm). Pada pengolahan air minum, filtrasi digunakan untuk
menyaring air hasil dari proses koagulasi – flokulasi – sedimentasi sehingga
dihasilkan air minum dengan kualitas tinggi. Disamping mereduksi
kandungan zat padat, filtrasi dapat pula mereduksi kandungan bakteri,
menghilangkan warna, rasa, bau, besi dan mangan (Qasim, 2000).
2.3.11 Korosi Logam
Korosi adalah serangan yang bersifat merusak suatu logam maupun non
logam disebabkan reaksi kimia ataupun elektrokimia dengan lingkungannya.
Ada dua aspek penting yang mempengaruhi proses korosi yaitu logam dan
lingkungannya. Dari sisi logam yang mempengaruhi adalah komposisi kimia
dan elektroda yang digunakan, sedangkan dari segi lingkungan, beberapa
aspek yang berpengaruh adalah salinitas dan temperatur. Terkorosinya suatu
logam di dalam lingkungan elektrolit adalah suatu proses elektrokimia. Proses
ini terjadi bila ada reaksi setengah sel yang melepaskan elektron (reaksi
oksidasi pada anoda) dan reaksi setengah sel menerima elektron (reaksi
reduksi pada katoda). Reaksi ini akan terus berlangsung hingga terjadi
29
kesetimbangan dinamis dimana jumlah elektron yang terlepas sama dengan
jumlah yang diterima.
Menurut Amanto (1999) definisi korosi adalah sebagai berikut.
a) Perusakan material tanpa perusakan mekanis.
b) Kebalikan dari metalurgi ekstraktif.
c) Proses elektrokimia dalam mencapai kesetimbangan termodinamika
suatu sistem. Jadi korosi adalah merupakan sistem termodinamika logam
dengan lingkungan (air, udara, tanah) yang berusaha mencapai
keseimbangan. Sistem ini dikategorikan setimbang bila logam telah
membentuk oksida atau senyawa kimia lain yang lebih stabil.
Secara umum korosi dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis yaitu
korosi merata (uniform or general attack), korosi galvanik (galvanic
corrosion or two metal corrosion), korosi celah (crevice corrosion), korosi
sumur (pitting corrosion), korosi antar batas butir (intergranular corrosion),
selective leaching or parting, korosi erosi (erosion corrosion), dan korosi
tegangan (stress corrosion)(Fontana, 1987).
Korosi biasanya dihasilkan oleh sel galvanik dan arus listrik yang mengiringi.
Diperlukan dua elektroda yang berbeda berasal dari perbedaan komposisi,
perbedaan dalam level energi (tidak teratur atau daerah yang bertegangan),
atau perbedaan dalam lingkungan elektrolit. Elektroda yang mengalami
korosi adalah anoda, sedangkan katoda dilindungi. Oksigen mempercepat
korosi logam, akan tetapi korosi dipercepat pada tempat dimana kadar
30
oksigen rendah, karena oksigen bereaksi pada sisi katoda galvanik. Korosi
dapat dikendalikan dengan mengisolir permukaan logam dengan lapisan
pelindung. Lapisan tersebut dapat berupa bahan organik (cat), keramik
(enamel) atau logam lainnya. Pencegahan korosi yang sempurna hanya dapat
terjadi bila pasangan galvanik dapat ditiadakan. Logam tak sejenis harus
dipisahkan secara listrik bila lingkungan sangat korosif. Kadang-kadang
digunakan pula perlindungan korosi dengan anoda yang dikorbankan atau
dengan tegangan terpasang. Pada kedua keadaaan tersebut logam yang
dilindungi menjadi katoda (Surdia, 2000).
2.3.12 Besaran Listrik
Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu.
Muatan listrik bisa mengalir melalui kabel atau penghantar listrik lainnya,
arus listrik adalah muatan yang bergerak. Dalam konduktor padat sebagai
pembawa muatan adalah elektron bebas, dalam konduktor cair atau elektrolit
pembawa muatannya adalah ion positif dan ion negatif, dalam bentuk gas
muatannya adalah ion positif dan elektron. Elektron bebas dan ion dalam
konduktor bergerak karena pengaruh medan listrik. Dalam bahan isolator,
elektron bebas terikat kuat pada masing-masing atom sehingga bahan isolator
tidak dapat menghantarkan arus. Jika dalam waktu ∆t telah lewat sejumlah
muatan sehingga arus listrik I yang mengalir dapat dinyatakan:
(2.7)
31
dengan adalah banyaknya muatan yang mengalir untuk selang waktu
yang sangat kecil. Untuk arus searah, jumlah muatan yang mengalir melalui
penampang kawat atau konduktor adalah konstan sehingga dapat dituliskan:
(2.8)
dengan:
I = kuat arus (Ampere);
q = banyaknya muatan listrik (Coulomb);
t = waktu (detik).
Dengan demikian, arus listrik dalam satuan SI adalah Coulomb per sekon
(C/s) yang lebih dikenal dengan Ampere (A), diambil dari nama seorang
fisikawan Perancis bernama Andre Marie Ampere. Besaran kuat arus I
termasuk besaran pokok sedangkan muatan q dan waktu t adalah besaran
turunan. Arus listrik dapat dihasilkan apabila terdapat beda potensial, salah
satu cara untuk menghasilkan beda potensial adalah dengan baterai. George
Simon Ohm (1787-1854) menentukan dengan eksperimen bahwa arus pada
kawat logam sebanding dengan beda potensial V yang diberikan ke ujung
kedua logam tersebut.
I V (2.9)
(Giancoli, 1998).
Banyaknya energi listrik yang diperlukan untuk mengalirkan setiap muatan
listrik dari ujung-ujung penghantar disebut beda potensial listrik atau
tegangan listrik. Hubungan antara energi listrik, muatan listrik dan beda
potensial listrik secara matematik dirumuskan:
32
(2.10)
dengan:
V = beda potensial listrik (Volt);
W = energi listrik (Joule);
Q = muatan listrik (Coulomb).
Pada sebuah rangkaian listrik, hubungan antara arus dan tegangan dijelaskan
dengan hukum Ohm dimana arus berbanding lurus dengan tegangan dan
berbanding terbalik dengan hambatan. Hambatan yang dimaksud adalah
hambatan pada rangkaian yang dapat menghalangi aliran arus. Hambatan
dinotasikan dengan huruf R dan diukur dalam satuan Ohm (Ω). Hubungan
antara arus, tegangan, dan hambatan ditunjukkan pada persamaan 2.11 - 2.13.
I = (2.11)
R = (2.12)
V = IR (2.13)
dengan:
I = arus (Ampere);
V = tegangan (Volt);
R = hambatan (Ohm).
Selanjutnya hubungan arus, tegangan dan daya dijelaskan dengan persamaan
2.14 - 2.17.
33
P = V I (2.14)
P = I2 R (2.15)
I = (2.16)
V = (2.17)
(Thompson, 2006).
Daya listrik adalah banyaknya energi listrik yang mengalir setiap detik atau
Joule per detik, yang diukur dalam satuan Watt (W). Daya listrik dirumuskan
dengan persamaan 2.18 dan 2.19.
P = (2.18)
W = P t (2.19)
dengan:
P = daya (Watt);
W = energi (Joule);
t = waktu (detik).
34
III. METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Elektronika Dasar Jurusan Fisika
Fakultas Matematika dan IImu Pengetahuan Alam Universitas Lampung pada
bulan Maret 2018 sampai Agustus 2018.
3.2 Alat dan Bahan
Alat penunjang yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut.
1. Multimeter digital, digunakan sebagai alat pengukur karakteristik elektrik
air laut.
2. Mesin gerinda dan gunting besi, digunakan untuk memotong tembaga
dan seng dalam pembuatan elektroda.
3. Tang dan amplas, digunakan untuk membentuk bahan elektroda agar
sesuai dengan desain yang diinginkan.
4. Gelas ukur sebagai alat pengukur volume air laut.
5. Solder dan timah, digunakan untuk menghubungkan kabel antar
elektroda.
6. Light meter, untuk mengukur intensitas cahaya LED.
7. Pena, digunakan untuk mencatat data pengamatan dan keperluan lainnya.
35
Sedangkan bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah.
1. Air laut, digunakan sebagai elektrolit untuk diketahui karakteristik
elektriknya.
2. Akrilik, untuk membuat media tempat penampungan air laut yang akan
diuji karakteristik elektriknya.
3. Tembaga (Cu) dan seng (Zn) digunakan sebagai elektroda.
4. Lem akrilik, untuk membentuk kerangka alat penampungan air laut yang
akan diuji karakteristik elektriknya.
5. Kabel dan jepit buaya untuk menghubungkan antar media tempat uji
karakteristik elektrik air laut.
6. Lampu LED, digunakan untuk menguji keberadaan karakteristik elektrik
air laut.
7. Kotak penampung, selang, dan keran digunakan sebagai penampung
elektrolit dan saluran pembuangan elektrolit.
8. Filter sedimen 1 mikron, untuk menyaring air laut sebelum dimasukan ke
dalam sel.
3.3 Prosedur Penelitian
Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui karakteristik elektrik air laut yang
sudah disaring serta mendesain dan membuat sebuah alat penghasil energi
alternatif secara berkelanjutan dengan menggunakan elektrolit air laut dengan
elektroda tembaga (Cu) dan seng (Zn). Pembuatan media tempat uji dibuat
dari bahan akrilik yang dibentuk menjadi kotak persegi (sel) untuk
menampung air laut sebesar 300 ml untuk setiap sel. Air laut yang digunakan
36
sebagai elektrolit akan disaring terlebih dahulu sebelum dilakukan
pengambilan data pengamatan karakteristik elektriknya dengan menggunakan
multimeter digital.
Data pengamatan terdiri dari data pengamatan karakteristik elektrik air laut
yang tidak disaring dengan menggunakan beban dan data pengamatan
karakteristik elektrik air laut yang disaring dengan menggunakan beban.
Beban yang digunakan adalah lampu LED DC 3 Watt. Pengambilan data
dilakukan setiap 1 jam selama 72 jam dengan pengisian ulang elektrolit setiap
24 jam.
3.4 Desain Media Uji Karakteristik Elektrik
Elektroda yang digunakan adalah tembaga (Cu) dan seng (Zn) dengan
dimensi panjang 7 cm dan lebar 7 cm, sedangkan media tempat uji
karakteristik elektrik air laut (sel) yang digunakan berbentuk kotak persegi
dengan dimensi panjang 7 cm, lebar 7 cm dan tinggi 7 cm yang berjumlah 40
sel berfungsi untuk menampung elektrolit air laut.
Kerangka utama alat terbuat dari bahan akrilik dengan ketebalan 2 mm.
Desain alat dirancang sehingga dapat dilakukan pengisian ulang elektrolit
secara berkelanjutan, dengan menerapkan sistem saluran pengisian tanpa
mengosongankan sel saat pengisian ulang elektrolit.
37
Gambar 3.1. Desain lempeng tembaga (Cu) dan lempeng seng (Zn)
Gambar 3.2. Desain media uji (sel) penampung elektrolit air laut
3.5 Pengujian Karakteristik Elektrik Air Laut
Pengujian dilakukan dengan mengisi elektrolit air laut untuk setiap sel,
kemudian diuji dengan memberikan beban lampu LED DC 3 Watt. Pengujian
dilakukan untuk mengetahui seberapa lama lampu LED DC dapat menyala
sebelum dilakukan pengisian ulang elektrolit air laut. Selanjutnya melakukan
pengukuran tegangan dan arus menggunakan multimeter digital dan
38
menganalisis karakteristik elektrik yang dihasilkan alat setelah dilakukan
pengisian ulang elektrolit air laut.
Gambar 3.3. Media tempat uji karakteristik elektrik air pada (a) pengukurantegangan saat beban dilepas, (b) pengukuran teganganmenggunakan beban lampu LED DC 3 Watt, dan (c)pengukuran arus.
(a) (b)
(c)
39
Akrilik
Media Uji (Sel)
Air Laut
Lampu LED DC 3 Watt
Pengambilan Data
Pembuatan Laporan
3.6 Diagram Alir Penelitian
Diagram alir dari penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 3.5 sebagai berikut.
- Dipotong sesuai dengan desain- Direkatkan hingga membentuk kotak (sel)
- Diberi sepasang elektroda tembaga (Cu) dan Seng (Zn)- Dihubungkan dengan kabel penghubung- Dirangkai seri hingga 40 sel
- Disaring menggunakan filter sedimen 1 mikron- Dimasukan kedalam media uji (sel) yang telah dibuat
sebelumnya
- Dianalisis berapa lama waktu menyala lampu LED DC
- Diukur tegangan saat beban dilepas, tegangan saatmenggunakan beban, dan arus menggunakan multimeterdigital dan iluminasi menggunakan Luxmeter.
- Dianalisis untuk menentukan hubungan pengaruh waktuterhadap tegangan, arus, dan daya listrik yang dihasilkan
Gambar 3.4. Diagram alir penelitian
40
3.7 Data Hasil Penelitian
Data hasil penelitian terdiri dari data pengukuran karakteristik elektrik air laut
tersaring dan data pengukuran karakteristik elektrik air laut tidak tersaring.
Pada masing-masing bagian akan dibagi menjadi data pengukuran
karakteristik elektrik air laut dengan sel dirangkai seri, data pengukuran
karakteristik elektrik air laut dengan sel dirangkai paralel. Secara garis besar
akan didapatkan empat data pengukuran yakni pengukuran air laut tersaring
sel dirangkai seri, pengukuran air laut tersaring sel dirangkai paralel,
pengukuran air laut tidak tersaring sel dirangkai seri, dan pengukuran air laut
tidak tersaring sel dirangkai paralel.
Rancangan data pengamatan pada penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 3.1
dan Tabel 3.2.
Tabel 3.1. Data pengukuran karakteristik elektrik alat.No Waktu
(jam)Vbl
(V)Vb
(V)I
(A)Rin
(Ω)Iluminasi
(Lux)123.........24
Data pengukuran karakteristik elektrik alat pada penelitian ini terdiri dari data
pengukuran karakteristik elektrik air laut yang disaring dan data pengukuran
karakteristik elektrik air laut tanpa disaring berupa tegangan saat
menggunakan beban (Vb), tegangan saat beban dilepas (Vbl), iluminasi serta
data perhitungan berupa arus (I) dan hambatan dalam (Rin).
41
Tabel 3.2. Data pengamatan penurunan daya listrik setiap pengisian elektrolit.
Waktu(jam)
P1
(mW)P2
(mW)P3
(mW)
PenurunanP1
(%)
PenurunanP2
(%)
PenurunanP2
(%)123.........24
Data pengamatan penurunan daya listrik setiap pengisian elektrolit pada
penelitian ini terdiri dari data pengamatan karakteristik elektrik air laut yang
disaring dan data pengamatan karakteristik elektrik air laut tanpa disaring
berupa lamanya karakteristik elektrik yang dihasilkan dengan beban lampu
LED DC sampai dengan redup selama 24 jam, dan akan diamati penurunan
kapasitas elektrik alat setelah dilakukan pengisian ulang elektrolit.
3.8 Rancangan Analisis Data Penelitian
Data hasil penelitian yang diperoleh akan dianalisis bagaimana pengaruh
waktu terhadap tegangan, arus, dan daya listrik yang dihasilkan oleh alat.
Analisis data pada penelitian ini dilakukan sebelum pengisian ulang elektrolit
dan setelah pengisian ulang elektrolit, sehingga dapat diketahui pengaruh
pengisian ulang elektrolit terhadap daya listrik yang dihasilkan. Analisis data
akan diplot dalam bentuk Grafik seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.4.
123
V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan realisasi hasil penelitian dan analisis data yang telah dilakukan
diperoleh kesimpulan sebagai berikut.
1. Tegangan maksimum yang dihasilkan alat saat beban dilepas adalah
sebesar 31,5 Volt pada pengujian air laut tidak tersaring dengan rangkaian
seri.
2. Daya listrik maksimum yang mampu dihasilkan oleh alat adalah sebesar
101,1 mW pada pengujian air laut tidak tersaring dengan rangkaian seri.
3. Persentase penurunan rata-rata daya listrik 24 jam pertama pengujian air
laut tersaring dengan rangkaian seri sebesar 5,825 %, kemudian pengujian
air laut tidak tersaring dengan rangkaian seri sebesar 9,715 %.
4. Pengujian air laut tersaring dengan rangkaian seri mampu menyalakan
lampu LED DC 3 Watt dengan maksimal selama 11 jam, lalu pengujian
air laut tidak tersaring dengan rangkaian seri mampu menyalakan lampu
LED DC 3 Watt dengan maksimal selama 8 jam.
5. Penyaringan air laut yang dilakukan membuat terjadinya penurunan
salinitas air laut yang berdampak pada kenaikan waktu nyala terang
lampu.
124
5.2 Saran
Saran dari penelitian yang dapat dilakukan untuk perkembangan riset
selanjutnya adalah sebagai berikut.
1. Desain alat dibuat secara otomatis untuk melakukan pengisian dan
pengosongan elektrolit.
2. Melakukan teknik pelapisan (coating) pada elektroda yang digunakan
untuk mencegah korosi pada elektroda.
3. Menggunakan elektroda baterai basah pada elektrolit seperti air laut untuk
mendapatkan hasil keluaran elektrik lebih baik.
DAFTAR PUSTAKA
Amanto, H. & Daryanto. 1999. Ilmu Bahan. Bumi Aksara, Jakarta. 61-89 hlm.
Aristian, Jovizal. 2016. Desain dan Aplikasi Sistem Elektrik Berbasis Elektrolit
Air Laut Sebagai Sumber Energi Alternatif Berkelanjutan (Sustainable
Energy). (Skripsi). Universitas Lampung, Bandar Lampung. 46-81 hlm.
Bagotsky, Vladimir S. 2006. Fundamentals Of Electrochemistry. Jhon Wiley and
Sons Inc., New Jersey. 30 hlm.
Bird, Tony. 1993. Kimia Fisik untuk Universitas. Diterjemahkan oleh Kwee Ie
Tjien. PT Gramedia Pustaka Utama, Jakarta. 106-107, 217-221 hlm.
Brady, James E. 1999. Kimia Universitas Asas dan Struktur Jilid 1.
Diterjemahkan oleh Sukmariah Maun. Binarupa Aksara, Jakarta. 127-130
hlm.
Campbell, J.B., George Lewis Reece and Mitchell. 2004. Biologi Edisi Kelima
Jilid 3. Jakarta, Erlangga.
Chang, Raymond. 2005. Kimia Dasar: Konsep-konsep Inti Jilid 1 Edisi Ketiga.
Diterjemahkan oleh Departemen Kimia Institut Teknologi Bandung.
Erlangga, Jakarta. 39-40 hlm.
Chen, G. Q. and Wu, X. F. 2016. Energy Overview for Globalized World
Economy: Source, Supply Chain and Sink. Renewable and Sustainable
Energy Reviews. http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2016.11.151. Hal. 735–
749.
Diouf, Boucar and Ramchandra Pode. 2014. Potential of Lithium-Ion Batteries in
Renewable Energy. Renewable Energy An International Journal. Vol. 76.
375-380 hlm.
Dogra, S. 1990. Kimia Fisik dan Soal-Soal. Diterjemahkan oleh Umar Mansyur.
Universitas Indonesia, Jakarta.
Fontana, M. G. 1987. Corrosion Engineering. McGRaw-Hill Book Co, Singapura.
05-20 hlm.
Giancoli. 1998. Fisika Edisi Kelima Jilid 2. Erlangga, Jakarta. 61-68 hlm.
Hiskia, Achmad. 1992. Elektrokimia dan Kinetika Kimia. PT Citra Aditya Bakti,
Bandung.
Hudaya, Encep. 2016. Analisis Karakteristik Elektrik Air Laut Sebagai Sumber
Energi Listrik Terbarukan. (Skripsi). Universitas Lampung, Bandar
Lampung. 49-87 hlm.
Keenan, Kleinfelter Wood. 1984. Kimia Untuk Universitas Edisi Keenam Jilid 1.
Diterjemahkan oleh Aloysius Hadyana. Erlangga, Jakarta.
Kementrian Energi dan Sumber Daya Mineral. 2015. Materi Paparan Kementrian
Energi dan Sumber Daya Mineral Rapat Koordinasi Infrastruktur
Ketenagalistrikan. Kementrian Energi dan Sumber Daya Mineral, Jakarta.
Kim, Kyounghou, Soo Min Hwang, Jeong-Sun Park, Jinhyup Han, Junsoo Kim
and Youngsik Kim. 2016. Highly Improved Voltage Efficiency of
Seawater Battery by Use of Chloride Ion Capturing Elektrode. Journal of
Power Sources. Vol. 313. 46-50 hlm.
Landis, Edward H. 1909. Some of the Laws Concersing Voltaic Cells. The
Journal of the Franklin Institute of the State of Pennsylvania. 399-420
hlm.
Mursyidah, Adhi Susanto and Isnaeni B. S. 2013. The Utilization of Sea Water in
Especially Designed Battery (SaBrine SWALL Battery). ASEAN Journal
of System Engineering, Vol. 1, No. 1. 01-07 hlm.
Nybakken, J.W. 1992. Biologi Laut, Suatu Pendekatan Ekologis. PT Gramedia
Pustaka, Jakarta.
Qasim, Syed R. 2000. Water Work Engineering: Planning, Design, and
Operation. Prentice Hall PTR, Upper Saddle River. 1-15 hlm.
Qureshi, Bilal Ahmed and Syed M. Zubair. 2016. Energy-energy Analysis of
Seawater Reverse Osmosis Plants. Desalination. Vol. 385. 138-147 hlm.
Rahmawati, Fitria, Dr. 2013. Elektrokimia; Transformasi Energi Kimia-Listrik.
Graha Ilmu, Yogyakarta. 01-13 hlm.
Riley, J.P. and George Skirrow. 1975. Chemical Oceanography, v. 4. 2nd ed.
Academic Press, London.
Riyanto. 2013. Elektrokimia dan Aplikasinya. Graha Ilmu, Yogyakarta. hlm 01-
03.
Silberberg, Martin S. 2000. Chemistry, The Molecular Nature of Matter and
Change. McGraw Hill Education, New York.
Slamet, J. S. 1994. Kesehatan Lingkungan. Yogyakarta: Gajah Mada University
Press.
Surdia, T. dan Saito S. 2000. Pengetahuan Bahan Teknik. Pradnya Pramita,
Jakarta. 487-511 hlm.
Thompson, Lawrence (Larry) M. 2006. Basic Electricity And Electronics For
Control Fundamentals And Applications. Instrumentation Systems and
Automation Societ, United States of America. 02-10 hlm.
Vliet, T.V., C.M.M Lakemond, dan R.W. Visschers. 1984. Rheology and
structure of milk protein gels. Current Opinion Colloid Interface Science.
Horwood Ltd, England.