analisis karakteristik elektrik air laut tersaring …digilib.unila.ac.id/55742/3/skripsi tanpa bab...

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



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.



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


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


4.21. Grafik perubahan tegangan saat beban dilepas (Vbl) pada air laut tidak


4.22. Grafik perubahan tegangan (Vb) terhadap waktu pada air laut tidak


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


4.26. Grafik perubahan tegangan saat beban dilepas (Vbl) pada air laut tidak


4.27. Grafik perubahan tegangan (Vb) terhadap waktu pada air laut tidak


4.28. Grafik perubahan arus (I) terhadap waktu pada air laut tidak tersaring,


4.29. Grafik perubahan daya (P) terhadap waktu pada air laut tidak tersaring,


4.30. Grafik perubahan iluminasi (Lux) terhadap waktu pada air laut tidak


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






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


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


tersaring, pengisian elektrolit kedua dengan sel disusun seri.......... 61


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


pengisian elektrolit pertama dengan sel disusun paralel ................. 70


pengisian elektrolit kedua dengan sel disusun paralel..................... 71


pengisian elektrolit ketiga dengan sel disusun paralel..................... 72

xxii


tersaring, pengisian elektrolit pertama dengan sel disusun paralel . 74


tersaring, pengisian elektrolit kedua dengan sel disusun paralel..... 75


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


dengan sel disusun paralel ............................................................... 81



4.27. Karakteristik tegangan alat saat beban dilepas, air laut tidak tersaring

pengisian elektrolit pertama dengan sel disusun seri....................... 85


pengisian elektrolit kedua dengan sel disusun seri .......................... 86


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


tersaring, pengisian elektrolit kedua dengan sel disusun seri.......... 90


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


kedua dengan sel disusun seri.......................................................... 96


ketiga dengan sel disusun seri ......................................................... 97


pengisian elektrolit pertama dengan sel disusun paralel ................. 99


pengisian elektrolit kedua dengan sel disusun paralel..................... 100


pengisian elektrolit ketiga dengan sel disusun paralel..................... 101


tersaring, pengisian elektrolit pertama dengan sel disusun paralel . 103


tersaring, pengisian elektrolit kedua dengan sel disusun paralel..... 104


tersaring, pengisian elektrolit ketiga dengan sel disusun paralel .... 105


pertama dengan sel disusun paralel ................................................. 109





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.

42

Gambar 3.5. Grafik rancangan analisis data penelitian.

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.

analisis karakteristik elektrik air laut tersaring …digilib.unila.ac.id/55742/3/skripsi tanpa bab...

Documents