smk-mak kelas10 smk kimia industri suparmi sari
TRANSCRIPT
KimiaIndustriSuparni Setyowati RahayuSari Purnavita
untukSekolah Menengah Kejuruan
K
IMIA
IND
US
TR
I u
ntu
k SM
K
Su
parn
i S. R
. | Sari P.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah KejuruanDirektorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan MenengahDepartemen Pendidikan Nasional
HET (Harga Eceran Tertinggi) Rp. 98.901,00
ISBN XXX-XXX-XXX-X
Buku ini telah dinilai oleh Badan Standar Nasional Pendidikan (BSNP) dan telah dinyatakan layak sebagai buku teks pelajaran berdasarkan Peraturan Menteri Pendidikan Nasional Nomor 46 Tahun 2007 tanggal 5 Desember 2007 tentang Penetapan Buku Teks Pelajaran yang Memenuhi Syarat Kelayakan untuk Digu-nakan dalam Proses Pembelajaran.
Suparni Setyowati Rahayu Sari Purnavita
KIMIA INDUSTRI Untuk SMK
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan Departemen Pendidikan Nasional
Hak Cipta pada Departemen Pendidikan Nasional Dilindungi Undang-undang
KIMIA INDUSTRI Untuk SMK Penulis : Suparni Setyowati Rahayu
Sari Purnavita Ilustrasi, Tata Letak : Perancang Kulit : Ukuran Buku : Diterbitkan oleh Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan Departemen Pendidikan Nasional Tahun 2008
i
Kata Sambutan
Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT, berkat rahmat dan karunia Nya, Pemerintah, dalam hal ini, Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah Departemen Pendidikan Nasional, pada tahun 2008, telah melaksanakan penulisan pembelian hak cipta buku teks pelajaran ini dari penulis untuk disebarluaskan kepada masyarakat melalui website bagi siswa SMK. Buku teks pelajaran ini telah melalui proses penilaian oleh Badan Standar Nasional Pendidikan sebagai buku teks pelajaran untuk SMK yang memenuhi syarat kelayakan untuk digunakan dalam proses pembelajaran melalui Peraturan Menteri Pendidikan Nasional Nomor 12 tahun 2008. Kami menyampaikan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada seluruh penulis yang telah berkenan mengalihkan hak cipta karyanya kepada Departemen Pendidikan Nasional untuk digunakan secara luas oleh para pendidik dan peserta didik SMK di seluruh Indonesia. Buku teks pelajaran yang telah dialihkan hak ciptanya kepada Departemen Pendidikan Nasional tersebut, dapat diunduh (download), digandakan, dicetak, dialihmediakan, atau difotokopi oleh masyarakat. Namun untuk penggandaan yang bersifat komersial harga penjualannya harus memenuhi ketentuan yang ditetapkan oleh Pemerintah. Dengan ditayangkannya soft copy ini akan lebih memudahkan bagi masyarakat untuk mengaksesnya sehingga peserta didik dan pendidik di seluruh Indonesia maupun sekolah Indonesia yang berada di luar negeri dapat memanfaatkan sumber belajar ini. Kami berharap, semua pihak dapat mendukung kebijakan ini. Selanjutnya, kepada para peserta didik kami ucapkan selamat belajar dan semoga dapat memanfaatkan buku ini sebaik-baiknya. Kami menyadari bahwa buku ini masih perlu ditingkatkan mutunya. Oleh karena itu, saran dan kritik sangat kami harapkan. Jakarta, Direktur Pembinaan SMK
ii
KATA PENGANTAR
Dengan memanjatkan puji syukur ke hadlirat Tuhan Yang Maha Esa, atas limpahan rahmat, taufik dan hidayahNya, maka tersusunlah buku ini dengan judul “KIMIA INDUSTRI” Tujuan disusunnya buku ini adalah untuk memenuhi kebutuhan program pendidikan dan pengajaran Kimia Industri yang disesuikan dengan perkembangan teknologi dan industri. Dalam kaitannya dengan upaya untuk hal tersebut di atas, maka penulis berpedoman pada kurikulum tahun 2004 dan disesuaikan dengan kaidah-kaidah ilmu pengetahuan dan teknologi yang diperlukan dalam dunia industri, sehingga isi dan materi bersifat tekstual dan kontekstual. Materi yang disajikan menyangkut juga indikator-indikator yang mampu mendorong siswa dalam aspek-aspek kognitif, afektif dan psikomotorik yang terdiri atas Pengenalan Kimia Industri, Bahan Baku Untuk produk Industri, Teknologi Proses, Instrumentasi dan Pengukuran, Utilitas Pabrik, Keselamatan dan Kesehatan Kerja (K3) serta limbah. . Keseluruhan materi diharapkan mampu mendukung kompetensi lulusan SMK Kimia Industri sesuai dengan kebutuhan pasar kerja industri dan jika dimungkinkan mampu kerja mandiri. Manfaat yang dapat diperoleh dari buku ini dalam proses pembelajaran adalah bahwa guru akan bertambah sumber belajarnya yang lebih aplikatif terutama ilmu terapan, sehingga guru akan bertambah wawasannya terutama dalam bidang kimia industri. Sedangkan bagi siswa akan bertambah buku pegangannya untuk lebih mudah belajar kimia industri, karena buku ini penyusunnannya baik dalam sistematika dan materinya disesuaikan dengan tingkat kemampuan siswa dalam proses pembelajaran. Penulis dalam menyusun buku ini sudah berupaya secara maksimal dan berupaya memberikan yang terbaik, namun masih disadari adanya kekurangan-kekurangan, sehingga diharapkan adanya kritik dan saran dari berbagai pihak guna menyempurnakan keberadaan buku ini. Akhirnya kepada semua pihak yang telah membantu dalam proses penyusunan buku ini kami sangat berterima kasih, dan semoga menjadi amal jariyah. Mudah-mudahan buku ini dapat mendorong generasi muda Indonesia labih maju dalam berkarya dalam era globalisasi dan teknologi.
Semarang, November 2007
Penulis
iii
DAFTAR ISI KATA SAMBUTAN ......................................................................... i KATA PENGANTAR ...................................................................... ii DAFTAR ISI ................................................................................... iii DAFTAR ISTILAH / GLOSARI ....................................................... vi SINOPSIS ...................................................................................... vii DESKRIPSI KONSEP PENULISAN ............................................... ix PETA KOMPETENSI ..................................................................... xv BAB I PENGENALAN KIMIA INDUSTRI..................... 1
1.1. PENDAHULUAN ........................................................ 1 1.2. DEFINISI KIMIA INDUSTRI ...................................... 1 1.3. SISTEM MANAJEMEN DALAM SUATU INDUSTRI ...... 7 1.4. PENGELOLAAN LINGKUNGAN KERJA ................. 15 RANGKUMAN ................................................................. 18 CONTOH SOAL .............................................................. 20 LATIHAN SOAL ............................................................... 21
BAB II BAHAN BAKU DAN PRODUK INDUSTRI ...... 23
2.1. PENANGANAN BAHAN BAKU DAN PENUNJANG ......................................................... 24 2.2. PENYIMPANAN BAHAN BAKU DAN PENUNJANG ......................................................... 25 2.3. PENYIMPANAN BAHAN BAKU DAN PENUNJANG YANG TERSISA ............................ 26 2.4. MENEMUKAN PERMASALAHAN DAN PELUANG PENYIMPANAN BAHAN BAKU DAN BAHAN PENUNJANG ................................... 26 2.5. LOGAM ................................................................... 31 2.6. BAHAN NON METAL ............................................. 100
RANGKUMAN ................................................................ 138 CONTOH SOAL ............................................................. 139 LATIHAN SOAL .............................................................. 140
BAB III INSTRUMENTASI DAN PENGUKURAN .......... 141 3.1. DEFINISI .................................................................. 141
3.2. STANDARD DAN SATUAN .................................... 142 3.3. ANGKA PENTING DAN GALAT ............................. 144 3.4. KLASIFIKASI ALAT UKUR ...................................... 146 3.5. PENCATATAN SKALA UKUR ............................... 157
iv
3.6. KELAINAN SKALA UKUR ........................................ 158 3.7. KLASIFIKASI ALAT UKUR ....................................... 160 3.8. KLASIFIKASI INSTRUMENTASI ............................ 182 3.9. ALAT KENDALI KETINGGIAN ................................ 183
RANGKUMAN ................................................................. 185 CONTOH SOAL .............................................................. 186 LATIHAN SOAL ............................................................... 194
BAB IV TEKNOLOGI PROSES ...................................... 196
4.1. DIAGRAM ALIR PROSES ...................................... 197 4.2. IDENTIFIKASI SATUAN PROSES DAN OPERASI PADA KIMIA INDUSTRI ........................................ 223 4.3. PROSES MENGUBAH UKURAN BAHAN PADAT 224 4.4. PROSES PENCAMPURAN BAHAN ..................... 226 4.5. PENYULINGAN (Distillation) ................................. 231 4.6. ADSORPSI ............................................................ 252 4.7. ABSORBSI ............................................................. 254 4.8 EKSTRAKSI ........................................................... 260 4.9. FILTRASI ............................................................... 277 4.10. SUBLIMASI ............................................................ 282 4.11. EVAPORASI .......................................................... 285 4.12. PENUKAR PANAS ................................................ 286 4.13. SATUAN PROSES KIMIA (REAKSI KIMIA DAN KATALIS) ..................................................... 299 RANGKUMAN ................................................................. 310 CONTOH SOAL .............................................................. 311 LATIHAN SOAL ............................................................... 322
BAB V UTILITAS PABRIK ............................................ 325
5.1. UNIT PENYEDIAAN LISTRIK ................................. 325 5.2. UNIT PENYEDIAAN AIR ........................................ 326 5.3. UNIT PENGADAAN UAP ........................................ 339 5.4. SISTEM UTILITAS UDARA TEKAN ........................ 344 5.5. BAHAN BAKAR ....................................................... 351 5.6. OPERASI PEMBAKARAN ...................................... 362 5.7. PETUNJUK UNTUK OPERATOR .......................... 363 5.8. LABORATORIUM PENUNJANG INDUSTRI KIMIA 365 RANGKUMAN ................................................................ 384 CONTOH SOAL .............................................................. 388 LATIHAN SOAL ............................................................... 393
BAB VI KESELAMATAN DAN KESEHATAN KERJA . 395
v
6.1. PENDAHULUAN ..................................................... 395 6.2. MANAJEMEN RESIKO ........................................... 451 6.3. BAHAYA BAHAN KIMIA .......................................... 477 6.4. LIMBAH INDUSTRI ................................................. 496 6.5. PEMBUATAN LAPORAN INFENTARISASI BAHAN KIMIA ....................................................................... 515 6.6. PEDOMAN KESELAMATAN KERJA YANG BERHUBUNGAN DENGAN PERALATAN .............. 518 6.7. PEMERIKSAAN KEAMANAN SEBELUM MENGHIDUPKAN PERALATAN ............................. 519 RANGKUMAN ................................................................. 522 CONTOH SOAL .............................................................. 524 LATIHAN SOAL ............................................................... 524
BAB VII LIMBAH INDUSTRI ....................................................... 525
7.1. PENCEMARAN DAN LINGKUNGAN ...................... 526 7.2. JENIS LIMBAH INDUSTRI ...................................... 538 7.3. LIMBAH GAS DAN PARTIKEL ............................... 550 7.4. LIMBAH PADAT ...................................................... 557 7.5. NILAI AMBANG BATAS .......................................... 569 RANGKUMAN ................................................................. 706 CONTOH SOAL .............................................................. 706 LATIHAN SOAL ............................................................... 708
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................... 709
vi
DAFTAR ISTILAH Batch : Tumpak, Lompok Bubble Point : Titik gelembung Boiling point : Titik Didih Ball Mill : Penggiling Bola BAPEDALS : Badan Pengendali Dampak Lingkungan Continuous : Sinambung Change of phase : Perubah fase Crushing : Penghancuran Dew Point : Titik Embun Double pipe HE : Alat penukar panas tipe pipa ganda DoT : Departemen of Transportastion B 3 : Bahan Berbahaya dan Beracun Equipment : Peralatan EP : Effisiensi Pembakaran EPA : Environmental Policy Act Furnace : Tungku Grinding : Penggerusan Generator : Penimbul Limbah Handling : Penanganan
Heat Exhanger : Penukar Kalor, Penukar Panas Penukar Bahang
LD50 : Lethal Dose Fifty Piping system : Sistem pemipaan Reboiler : Pendidih ulang Rotary Drum Filter : Filter drum berputar RCRA : Resource Conservation and Recovery Act Separation : Pemisahan
Shell – Tube HE : Alat penukar panas tipe tabung selongsong
Size reduction : Pengecilan ukuran Steady state : Keadaan tunak Treatment : Perlakuan TCLP : Toxicity Characteristic Leaching Procedur Unit Operation : Satuan Operasi Unit Process : Satuan Proses USDOT : US Department of Transportation Act
vii
SINOPSIS Buku merupakan salah satu masukkan (input) dalam proses pembelajaran dengan demikian akan mempunyai pengaruh terhadap keluaran (output). Buku sebagai bagian dari proses pada dasarnya merupakan suatu kumpulan dari teori-teori yang masih berlaku dan dalam bidang kejuruan teknik teori tersebut dapat diaplikasikan dalam bentuk nyata untuk mempermudah kehidupan manusia. Buku dengan judul “Kimia-Industri” merupakan buku yang diperuntukkan bagi siswa maupun pengajar dalam bidang kejuruan teknik khususnya kimia. Buku ini diawali (dalam bab I) dengan membahas mengenai pengenalan Kimia Industri, yaitu aplikasi (bagian utama dalam bidang kejuruan teknik) dari ilmu kimia maupun ilmu penunjang yang lain seperti fisika untuk meningkatkan kesejahteraan manusia dalam skala industri. Pengenalan ini cukup penting, karena aplikasi kimia dalam skala industri diperlukan ilmu-ilmu penunjang tersebut. Membahas skala industri, tentunya akan mempunyai interpretasi produk dalam skala yang besar (baik kuantitas maupun kualitas). Oleh karenanya akan diperlukan bahan baku dan juga manusia sebagai salah satu bagian dari “sumber daya”, telah dibahas pada bab I. Sedangkan bab-bab selanjutnya merupakan pembahasan lebih lanjut dari bab I. Bab II membahas bahan baik awal (sebagai bahan baku) maupun akhir (sebagai bagian dari produk) yang merupakan tujuan utama dari seseorang yang bergerak dibidang kejuruan teknik khususnya kimia. Sedangkan bagaimana mengubah dari bahan baku menjadi suatu produk akan dibahas pada bab IV mengenai teknologi proses. Dalam memproduksi suatu bahan dalam skala industri, tentunya selain mempertimbangkan kuantitas juga perlu mempertimbangkan kualitas. Untuk menjaga kualitas dari suatu produk, maka diperlukan instrumen untuk mengendalikannya sistem proses yang dibahas pada bab III. Sedangkan satuan (unit) penunjang dalam suatu industri berupa pembangkit tenaga listrik, pembangkit uap, pengolahan air proses maupun pengolahan air limbah dibahas pada bab VII. Kesan industri sebagai bagian sistem yang mengeksplorasi dari “sumber daya” perlu mendapat perhatian khusus agar tidak merusakkan sumber daya tersebut sehingga kelestariannya dapat dipertahankan. Permasalahan ini dibahas pada bab VI. Dua hal yang perlu diperhatikan keterkaitannya dengan sumber daya, yaitu sumber daya alam dan sumber daya manusia. Sumber daya alam menyangkut permasalahan penggunaan bahan baku khususnya yang langsung diambil dari alam dan juga bahan yang dibuang ke alam. Bahan hasil produksi yang dibuang ke alam baik berupa bahan padat, cair maupun gas dibahas dalam sub-bab mengenai masalah limbah. Sedangkan untuk melestarikan sumber daya manusia sebagai bagian dari pada kehidupan, dibahas lebih mendalam pada sub bab K3 (Keselamatan dan Kesehatan Kerja).
viii
Garis Besar Isi Buku
7
4
3
ix
DESKRIPSI KONSEP PENULISAN
Era globalisasi sedang berlangsung baik dalam bidang perdagangan maupun bidang lainnya, seperti informatika dan pendidikan. Globalisasi ini membawa dampak positif, antara lain kebebasan pertukaran informasi, perdagangan dan perindustrian, yang pada akhirnya dapat memajukan masyarakat karena terjadinya peningkatan ilmu pengetahuan. Menyikapi kondisi tersebut, penulis menyusun buku Kimia Industri sebagai buku pegangan siswa agar mempunyai wawasan, jika nantinya bekerja di dunia industri. Adapun konsep penulisan sebagai berikut :
Bab 1 : Pengenalan Kimia Industri Kimia Industri mencakup hal yang cukup luas. Pada bagian ini akan diperkenalkan mengenai Kimia Industri, yang akan dimulai berdasarkan akar katanya, yaitu Kimia dan Industri. Selanjutnya pada sub bab selanjutnya akan dibahas mengenai sistem manajemen dalam suatu industri dan area kerja, khususnya industri besar dimana pada bagian ini akan terlihat pembagian pelaksanaan tugas mulai dari tingkat pelaksana yang dalam hal ini diduduki oleh seseorang dengan klasifikasi pendidikan minimal Sekolah Menengah Kejuruan Teknik / STM sampai dengan tingkat manajer puncak dengan kalsifikasi pendidikan minimal sarjana. Dengan demikian diharapkan dapat sebagai gambaran kompetensi yang diperlukan apabila seseorang bekerja pada bidang industri kimia. Bab II : Bahan Baku untuk Produk Industri
Manusia – Organisasi Area kerja
Bab 1 K 3 dan Limbah
Bab 6 dan 7
Proses Bab 1 & 4
Bahan Baku Bab 2
Produk Bab 2
Instrumentasi Bab 3
Utilitas Pabrik Bab 5
x
Menjelaskan persiapan bahan baku dan bahan penunjang serta persiapan bahan kimia untuk menghasilkan suatu produk. Selain itu juga pengelolaan bahan-bahan cadangan.
Bab III : Instrumentasi dan Pengukuran
Setiap alat yang digunakan dan dioperasikan dalam sebuah pabrik dilengkapi dengan instrumen untuk mengukur parameter-parameter tertentu sesuai kondisi operasi yang harus selalu dipantau setiap saat. Instrumen yang dimaksud terdiri dari dua macam yaitu instrumen lokal dan instrumen panel. Skala ukur yang terbaca dalam instrumen lokal merupakan kontrol terhadap skala ukur instrumen panel.
Untuk mendasari pengetahuan yang diperlukan dalam kegiatan mengukur maka di bawah ini dibahas tentang satuan dan standardnya, konsep angka penting dan galat serta kelainan skala ukur. Alat-alat ukur yang banyak digunakan dalam industri dapat diklasifikasikan terdiri dari alat pengukur suhu, alat pengukur tekanan, alat pengukur aliran, dan alat pengukur sifat kimiawi: pH atau keasaman, COD, BOD. Bab IV : Teknologi Proses Kata teknologi mempunyai arti aplikasi dari ilmu pengetahuan (scientific) yang digunakan dalam rangka untuk memepermudah kehidupan manusia. Dengan teknologi, maka manusia akan dapat melakukan sesuatu menjadi lebih mudah. Sedangkan proses secara umum merupakan perubahan dari masukkan (input) dalam hal ini bahan baku setelah melalui proses maka akan menjadi keluaran (output) dalam bentuk produk. Ada tiga kata kunci dalam mengartikan proses, yaitu input, perubahan dan output.
Dengan demikian “teknologi proses” merupakan aplikasi dari ilmu pengetahuan untuk merubah bahan baku menjadi produk atau bahan yang mempunyai nilai lebih (added value), dimana perubahan dapat berupa perubahan yang bersifat fisik maupun perubahan yang bersifat kimia dalam skala besar atau disebut dengan skala industri. Perubahan yang bersifat fisik disebut dengan satuan operasi (unit operation), sedangkan yang bersifat perubahan kimia disebut dengan satuan proses (unit process).
Untuk bisa memahami suatu proses yang terjadi di industri kimia maka terlebih dahulu harus bisa membaca diagram alir proses serta mengenal simbol dan jenis-jenis peralatan yang digunakan pada industri kimia.
Untuk bisa mengoperasikan peralatan industri kimia maka perlu memahami beberapa satuan operasi, mulai dari (1) Proses mengubah ukuran bahan padat dengan menggunakan mesin pemecah (crusher), mesin giling (grinder), dan mesin potong (cutting machine), (2) Pencampuran bahan yang merupakan peristiwa menyebarnya bahan-bahan secara acak, dimana bahan yang satu menyebar ke dalam bahan yang lain demikian pula sebaliknya, sedang bahan-bahan itu sebelumnya terpisah dalam keadaan dua fase atau lebih yang akhirnya membentuk hasil yang lebih seragam (homogen), (3) Distilasi (penyulingan) adalah proses pemisahan komponen dari suatu campuran yang berupa larutan cair-cair dimana karakteristik dari campuran tersebut adalah mampu-campur dan mudah menguap, selain itu komponen-komponen tersebut mempunyai perbedaan tekanan uap dan hasil dari pemisahannya menjadi komponen-komponennya atau kelompok-kelompok komponen. Karena adanya perbedaan tekanan uap, maka dapat dikatakan pula proses penyulingan merupakan proses pemisahan komponen-komponennya berdasarkan perbedaan titik didihnya. Baik distilasi dengan peralatan skala laboratorium maupun skala industri, (4) Adsorpsi atau penjerapan adalah proses pemisahan bahan dari campuran gas atau cair, bahan yang akan
xi
dipisahkan ditarik oleh permukaan zat padat yang menyerap (adsorben). Misalnya, limbah industri pencuciankain batik diadsorpsi zat warnanya dengan menggunakan arang tempurung kelapa yang sudah diaktifkan. Limbah elektroplating yang mengandung nikel, logam berat nikel diadsorpsi dengan zeolit yang diaktifkan, (5) Absorpsi adalah proses pemisahan bahan dari suatu campuran gas dengan cara pengikatan bahan tersebut pada permukaan absorben cair yang diikuti dengan pelarutan. Tujuan nya untuk meningkatkan nilai guna dari suatu zat dengan cara merubah fasenya, (6) Ekstraksi adalah pemisahan suatu zat dari campurannya dengan pembagian sebuah zat terlarut antara dua pelarut yang tidak dapta tercampur untuk mengambil zat terlarut tersebut dari satu pelarut ke pelarut yang lain, (7) Filtrasi adalah pembersihan partikel padat dari suatu fluida dengan melewatkannya pada medium penyaringan, atau septum, dimana zat padat itu tertahan. Pada industri, filtrasi ini meliputi ragam operasi mulai dari penyaringan sederhana hingga pemisahan yang kompleks. Fluida yang difiltrasi dapat berupa cairan atau gas; aliran yang lolos dari saringan mungkin saja cairan, padatan, atau keduanya. Filtrasi dengan peralatan skala laboratorium sampai slaka pilot plant/industri baik batch maupun kontinyu, (8) Operasi evaporasi atau penguapan pada dasarnya merupakan operasi pendidihan khusus, dimana terjadi peristiwa perpindahan panas dalam cairan mendidih. Tujuan operasi evaporasi adalah untuk memperoleh larutan pekat dari larutan encer dengan jalan pendidihan dan penguapan, (9) Penukar panas atau dalam industri kimia populer dengan istilah bahasa Inggrisnya, heat exchanger (HE), adalah suatu alat yang memungkinkan perpindahan panas dan bisa berfungsi sebagai pemanas maupun sebagai pendingin. Biasanya, medium pemanas dipakai uap lewat panas (super heated steam) dan air biasa sebagai air pendingin (cooling water). Penukar panas dirancang sebisa mungkin agar perpindahan panas antar fluida dapat berlangsung secara efisien.
Satuan Proses Kimia merupakan proses yang melibatkan reaksi Kimia dan katalis. Reaksi kimia merupakan suatu proses dimana bahan sebelum diproses disebut dengan reaktan dan hasilnya produk. Lambang dari reaksi kimia sebelum dan sesudah proses menggunakan tanda panah. Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan reaksi adalah ukuran partikel/zat, suhu dan katalis. Jenis-jenis reaksi kimia yang banyak digunakan diindustri adalah reaksi katalitik (reaksi dengan katalis) dan reaksi netralisasi. Contoh Proses Kimia dengan Reaksi Katalitik pada Industri Kecil – Menengah : Industri pembuatan biodiesel dari bahan alami yang terbarukan (minyak nabati) dan katalis kimia atau biologis. Sedangkan industri minyak jagung adalah contoh untuk proses kimia yang melibatkan reaksi netralisasi.
Bab V : Utilitas Pabrik
Sebuah pabrik mempunyai dua sistem proses utama, yaitu sistem pereaksian dan sistem proses pemisahan & pemurnian. Kedua sistem tersebut membutuhkan kondisi operasi pada suhu dan tekanan tertentu. Dalam pabrik, panas biasanya ‘disimpan’ dalam fluida yang dijaga pada suhu dan tekanan tertentu. Fluida yang paling umum digunakan adalah air panas dan uap air karena alasan murah dan memiliki kapasitas panas tinggi. Fluida lain biasanya digunakan untuk kondisi pertukaran panas pada suhu di atas 100 oC pada tekanan atmosfer. Air atau uap air bertekanan (dinamakan kukus atau steam) mendapatkan panas dari ketel uap (boiler).
Sistem pemindahan panas bertugas memberikan panas dan menyerap panas.
xii
Misalnya, menyerap panas dari sistem proses yang menghasilkan energi seperti sistem proses yang melibatkan reaksi eksotermik atau menyerap panas agar kondisi sistem di bawah suhu ruang atau suhu sekitar. Sistem pemroses yang melakukan ini adalah cooling tower.
Cooling tower, boiler dan tungku pembakaran merupakan sistem-sistem pemroses untuk sistem penyedia panas dan sistem pembuang panas. Kedua sistem proses ini bersama-sama dengan sistem penyedia udara bertekanan, sistem penyedia listrik dan air bersih untuk kebutuhan produksi merupakan sistem penunjang berlangsungnya sistem proses utama yang dinamakan sistem utilitas. Kebutuhan sistem utilitas dan kinerjanya tergantung pada seberapa baik sistem utilitas tersebut mampu ‘melayani’ kebutuhan sistem proses utama dan tergantung pada efisiensi penggunaan bahan baku dan bahan bakar.
Proses kimia sangat membutuhkan kelengkapan laboratorium kimia untuk pengontrolan kualitas bahan baku dan produk. Bab VI : Keselamatan dan Kesehatan Kerja (K3)
Seirama dengan derap langkah pembangunan negara dewasa ini, kita akan memajukan industri yang maju dan mandiri dalam rangka mewujudkan Era industrialisasi. Proses industrialisasi maju ditandai antara lain dengan mekanisme, elektrifikasi dan modernisasi.
Dalam keadaan yang demikian maka penggunaan mesin-mesin, pesawat-pesawat, instalasi-instalasi modern serta bahan berbahaya semakin meningkat. Hal tersebut disamping memberi kemudahan proses produksi dapat pula menambah jumlah dan ragam sumber bahaya di tempat kerja. Didalam hal lain akan terjadi pula lingkungan kerja yang kurang memenuhi syarat, proses dan sifat pekerjaa,i yang berbahaya, serta peningkatan intensitas kerja operasional tenaga kerja. Masalah tersebut diatas akan sangat memepengaruhi dan mendorong peningkatan jumlah maupun tingkat keseriusan kecelakaan kerja, penyakit akibat kerja dan pencemaran lingkungan.
Untuk itu semua pihak yang terlibat dalam usaha berproduksi khususnya para pengusaha dan tenaga kerja diharapkan dapat mengerti, memahami dan menerapkan keselamatan dan kesehatan kerja di tempat kerja masing-masing. Agar terdapat keseragaman dalam pengertian, pamahaman dan persepsi K3, maka perlu adanya suatu pola yang baku tenting keselamatan dan kesehatan kerja itu sendiri. Buku ini disusun sebagai materi pengantar K3 agar lebih memudahkan untuk mempelajari Iebih jauh tentang keselamatan dan kesehatan kerja.
Bab VII : Limbah Industri
Adalah konsekuensi logis dari setiap pendidian pabrik meskipun tidak semua pabrik memporduk limbah. Limbah yang mengandung senyawa kimia berbahaya dan beracun dengan konsentrasi tertentu lepas ke dalam lingkungan menciptakan pencemaran dalam wadah penerima baik sungai, tanah maupun udara.
Pemahaman akan pencemaran sangat penting artinya bagi masyarakat maupun pengusaha. Seringkali pencemaran itu diinterpretasikan secara sempit sehingga jangkauan pemahaman pun terbatas pada hal-hal yang sifatnya insidentil pula. Padahal
xiii
pencemaran dan akibat yang ditimbulkan dapat diketahui setelah puluhan tahun berlangsung. Banyak industri berdiri tanpa program pencegahan dan pengendalian pencemaran. Ketika menyadari bahwa program itu merupakan prioritas pengembangan usaha, ditemui berbagai rintangan seperti lahan yang terbatas, perlu investasi tambahan, perlu tenaga ahli dan sejumlah kekurangan lain yang perlu segera ditangulangi.
xiv
PETA KOMPETENSI KIMIA INDUSTRI TINGKAT PELAKSANA (1)
KELOMPOK DASAR KELOMPOK UTAMA M
ATE
RI
KIN
.KL.
11.0
01.0
1
KIM
.IP.1
1.00
2.01
KIN
.KL.
11.0
03.0
1
KIN
.KL.
11.0
04.0
1
KIN
.BP
.11.
005.
01
KIN
.BP
.11.
006.
01
KIN
.BP
.11.
007.
01
KIN
.BP
.11.
008.
01
KIN
.TP
.11.
009.
01
KIN
.KL.
11.0
10.0
1
KIN
.IP.1
1.01
1.01
KIN
.BP
.11.
012.
01
KIN
.IP.1
2.01
3.01
KIN
.KL.
12.0
14.0
1
KIN
.IP.1
2.01
5.01
KIN
.IP.1
2.01
6.01
KIN
.IP.1
2.01
7.01
KIN
.TP
.12.
018.
01
KIN
.TP
.12.
019.
01
KIN
.UP
.12.
020.
01
KIN
.TP
.12.
021.
01
B.1 Pengenalan Kimia Industri 1.1 1.2 1.3 1.4 B.2 Bahan dan Produk 2.1 2.2 B.3 Instrumentasi dan Pengukuran 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 B.4 Teknologi Proses 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 B.5 Utilitas Pabrik 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 B.6 K3 (Kesehatan & Keselamatan Kerja) 6.1 6.2 6.3 6.4 B.7 Limbah 7.1 7.2 7.3
xv
PETA KOMPETENSI KIMIA INDUSTRI TINGKAT PELAKSANA (2) KELOMPOK DASAR KELOMPOK UTAMA
MA
TER
I
KIN
.KL.
11.0
01.0
1
KIM
.IP.1
1.00
2.01
KIN
.KL.
11.0
03.0
1
KIN
.KL.
11.0
04.0
1
KIN
.BP
.11.
005.
01
KIN
.BP
.11.
006.
01
KIN
.BP
.11.
007.
01
KIN
.BP
.11.
008.
01
KIN
.TP
.11.
009.
01
KIN
.KL.
11.0
10.0
1
KIN
.IP.1
1.01
1.01
KIN
.BP
.11.
012.
01
KIN
.IP.1
2.01
3.01
KIN
.KL.
12.0
14.0
1
KIN
.IP.1
2.01
5.01
KIN
.IP.1
2.01
6.01
KIN
.IP.1
2.01
7.01
KIN
.TP
.12.
018.
01
KIN
.TP
.12.
019.
01
KIN
.UP
.12.
020.
01
KIN
.TP
.12.
021.
01
B.1 Pengenalan Kimia Industri 1.1 1.2 1.3 1.4 B.2 Bahan dan Produk 2.1 2.2 B.3 Instrumentasi dan Pengukuran 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 B.4 Teknologi Proses 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 B.5 Utilitas Pabrik 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 B.6 K3 (Kesehatan & Keselamatan Kerja) 6.1 6.2 6.3 6.4 B.7 Limbah 7.1 7.2 7.3
1
BAB I PENGENALAN KIMIA INDUSTRI
1.1. PENDAHULUAN
Kimia Industri mencakup hal yang cukup luas. Pada bagian ini akan diperkenalkan mengenai Kimia Industri, yang akan dimulai berdasarkan akar katanya, yaitu Kimia dan Industri. Selanjutnya pada sub bab selanjutnya akan dibahas mengenai sistem manajemen dalam suatu industri, khususnya industri besar dimana pada bagian ini akan terlihat pembagian pelaksanaan tugas mulai dari tingkat pelaksana yang dalam hal ini diduduki oleh seseorang dengan klasifikasi pendidikan minimal Sekolah Menengah Kejuruan Teknik / STM sampai dengan tingkat manajer puncak dengan kalsifikasi pendidikan minimal sarjana. Dengan demikian diharapkan dapat sebagai gambaran kompetensi yang diperlukan apabila seseorang bekerja pada bidang industri kimia. 1.2. DEFINISI KIMIA INDUSTRI
Pengenalan tentang “Kimia-Industri” diawali dengan pembahasan berdasarkan asal katanya, yang dimulai dari kata “Industri” dan dilanjutkan dengan kata “Kimia”. Kata Industri merupakan suatu proses yang mengubah bahan-baku menjadi produk yang berguna atau mempunyai nilai-tambah, serta produk tersebut dapat digunakan secara langsung oleh konsumen sebagai pengguna akhir dan produk tersebut disebut dengan “produk-akhir”, selain itu produk dari industri tersebut dapat juga digunakan sebagai bahan baku oleh industri lain, yang disebut juga sebagai “produk-antara”. Kata produk dalam Kimia Industri tentunya melibatkan Industri yang menghasilkan zat kimia. Sedangkan bahan baku yang diproses dalam industri tersebut dapat diperoleh melalui proses penambangan, petrokimia, pertanian atau sumber-sumber lain. Hubungan antara bahan-baku dengan produk baik produk-akhir maupun produk-antara dapat dilihat pada gambar 1.1, dimana produk yang dihasilkan dari industri merupakan produk yang diperlukan oleh manusia dalam hal ini produk tersebut mempunyai nilai tambah.
2
Gb.1.1: Ruang lingkup Kimia Industri
Sedangkan kata “kimia” dapat diartikan sebagai suatu proses dimana sebelum dan sesudah proses terjadi perubahan “identitas kimia” yang ditandai dengan perubahan unsur-unsur penyusunnya dan atau perubahan massa molekulnya ataupun struktur molekulnya, dimana proses tersebut pada umumnya disebut dengan “reaksi-kimia”. Bahan sebelum terjadinya proses reaksi kimia disebut dengan “reaktan”, hasil dari reaksi kimia tersebut disebut dengan “produk”, sedangkan proses reaksi-kimia yang memisahkan sebelum dan sesudah proses menggunakan simbol panah, sebagai contoh proses reaksi kimia pada persamaan [1.1] berikut:
CH(CH3)2
+ C3H6
Cumene Benzene Propylene
[1.1]
Pada persamaan [1.1], terjadi perubahan “identitas-kimia” dari reaktan cumene menjadi produk benzene dan propylene. Perubahan identitas kimia tersebut ditandai dengan berubahnya rumus molekul yang akan diikuti dengan perubahan Berat Molekulnya. Reaksi-kimia atau perubahan identitas kimia seperti pada reaksi [1.1] disebut dengan proses dekomposisi yaitu perubahan reaktan menjadi produk yang rumus molekul lebih sederhana. Kebalikan dari proses dekomposisi adalah kombinasi yaitu penggabungan reaktan menjadi produk dengan berat molekul yang lebih besar, jadi dalam hal ini, cumene sebagai produk, didapat dengan jalan mereaksikan Benzene dan Propylene.
Tambang Hutan Pertanian Laut Minyak Bumi Udara Dll K
IMIA
IN
DU
STR
I
Keb
utuh
an D
asar
M
anus
ia
Makanan Kesehatan Pakaian Perlindungan Transportasi Komunikasi Dll.
BAHAN BAKU PRODUK
3
Akan tetapi ada juga perubahan identitas-kimia yang tidak diikuti dengan perubahan Berat Molekul, sebagaimana yang terjadi pada persamaan reaksi [1.2].
CH2 C
CH3
CH2CH3 CH3C
CH3
CHCH3 [1.2]
Pada reaksi persamaan [1.2] tidak terjadi perubahan berat molekul, akan tetapi terjadi perubahan konfigurasi dari molekulnya. Peristiwa perubahan identitas-kimia atau reaksi kimia dapat terjadi pada kondisi fisis tertentu, misalnya suhu, tekanan ataupun pada fasa tertentu. Sebagai contoh proses pembuatan asam nitrat secara komersial dilaksanakan dari Oksida Nitrik (NO), sebagai bahan-baku, bahan-baku tersebut diproduksi dari oksidasi amonia pada fase gas, dengan reaksi sebagai mana ditunjukkan pada persamaan [1.3]. 4 NH3 + 5 O2 4 NO + 6 H2O [1.3] Kondisi operasi reaktan masuk pada reaktor (alat yang merupakan tempat terjadi reaksi kimia) pada tekanan 8,2 atm dan suhu 227oC dengan komposisi 15% mol amonia pada udara. Apabila kondisi operasi tidak memenuhi, maka reaksi tidak akan terjadi. Sedangkan keadaan mula-mula dari udara sebagai bahan baku atau reaktan pada persamaan [1.3] berada pada kondisi tekanan 1 atm dan suhu kamar (sekitar 27oC). Oleh karenanya, sebelum masuk (umpan) pada reaktor, maka udara harus diubah kondisi operasinya dulu dengan jalan menaikkan suhu dan tekanannya sehingga sesuai dengan kondisi operasi yang diperlukan untuk reaksi, yaitu 8,2 atm dan 227oC. Perubahan kondisi operasi ini dikatagorikan dengan “perubahan kondisi-fisis”. Dimana perubahan kondisi fisis ini tidak terjadi perubahan identitas kimia. Untuk merubah kondisi-fisis dari suatu bahan (zat) diperlukan peralatan (equipment), seperti peralatan “penukar-kalor” (heat exchanger) yang digunakan untuk merubah suhu, “kompresor” alat untuk menaikkan tekanan material fase gas dan lain-lain yang dibahas lebih lanjut pada bab-bab berikutnya.
4
Karena luasnya yang harus ditangani dalam bidang Kimia Industri, kemudian beberapa guru besar dibidang Teknik Kimia dari Massachusetts Institute of Technology yang bekerja dibidang Industri pada tahun 1910 mengelompokan bidang ini menjadi dua bagian besar, yaitu “Satuan-Proses” (Unit Process) dan “Satuan-Operasi” (Unit Operation), (Shreve, 1967). Permasalahan yang berhubungan dengan perubahan-perubahan yang bersifat fisika dalam Industri Kimia dikatagorikan dalam “Satuan-Operasi”, sedangkan perubahan yang bersifat kimia dimasukkan dalam kelompok “Satuan-Proses”. Oleh sebab itu “Kimia-Industri” merupakan suatu proses yang merubah bahan baku menjadi suatu produk (kimia) yang mempunyai nilai tambah dimana dalam proses tersebut selain terjadi proses perubahan yang bersifat fisis (Satuan-Operasi) juga terjadi perubahan yang bersifat kimiawi (Satuan-Proses). Gabungan dari proses perlakuan fisik (physical treatment process) dan proses kimiawi (chemical treatment process) untuk mengubah bahan-baku menjadi produk, menjadi suatu kesatuan “sistem”, sebagaimana yang diperlihatkan pada gambar 1.2 dalam bentuk diagram-balok.
Gb 1.2: Diagram-balok sistem proses dalam Kimia Industri
Pada gambar 1.2, dapat dijelaskan bahwa bahan baku yang diambil dari sumber alam, mempunyai spesifikiasi yang tidak sesuai dengan spesifikasi yang diperlukan pada proses perlakuan kimia, oleh karena itu sebelum masuk pada proses perlakuan kimia pada umumnya bahan baku dilakukan perlakuan fisika. Perlakuan fisika (sebagai bagian dari satuan operasi) yang dilakukan sebelum masuk pada perlakuan kimia antara lain:
Perlakuan Kimia
Perla
kuan
Fi
sika
Perla
kuan
Fi
sika
Bahan Baku Produk
5
1. Pengecilan ukuran (size reduction) Proses ini dilakukan untuk bahan fase padat. Pada proses perlakuan kimia dengan sistem padat, umunya sangat dipengaruhi oleh luas permukaan dari bahan padat tersebut. Semakin luas permukaannya, maka perlakuan kimia akan semakin baik. Dimana luas permukaan dari suatu bahan padat berhubungan erat dengan ukuran dari bahan tersebut, artinya semakin kecil ukuran dari bahan padat, maka permukaannya akan semakin luas. Selain berhubungan dengan perlakuan kimia, dengan ukruan bahan padat yang kecil, maka pengolahan akan lebih mudah, seperti pada proses pencampuran (mixing) dari beberapa bahan padat akan didapat hasil yang lebih homogen. Disamping itu, juga akan mempermudah proses pengangkutan.
2. Pengangkutan bahan (material transport)
Dalam suatu industri besar, tempat bahan baku, peralatan (equipment) proses fisika, kimia maupun tempat produk pada umumnya berjauhan. Hal ini dapat disebabkan karena peralatan tersebut mempunyai ukuran yang cukup besar, disamping itu juga ada pertimbangan keselamatan dan kesehatan. Oleh karenanya untuk pendistribusian bahan baku, peralatan proses sampai dengan tempat penyimpanan produk diperlukan alat pengangkutan bahan (transportasi bahan). Alat pengakutan bahan ini dibagi berdasarkan fase dari bahannya, yaitu fase padat, cair dan gas. Misalnya untuk pengangkutan bahan padat secara kontinyu digunakan konveyor (conveyor), bahan cair dengan pompa, sedangkan untuk bahan fase gas dapat digunakan kompresor yang dihubungkan melalui pipa-pipa, sehingga dalam suatu industri besar satu hal yang cukup penting juga adalah sistem pemipaan (piping system).
3. Proses Pemisahan (Separation process)
Dalam satuan operasi, salah satu bagian yang cukup memegang peranan adalah proses pemisahan. Bahkan prosentase peralatan yang ada dalam Kimia Industri adalah peralatan pemisah. Oleh karenanya, proses-pemisahan dalam perlakuan fisika terjadi baik sebelum maupun sesudah perlakuan kimia. Pentingnya proses ini disebabkan pada kenyataannya sangat jarang ada bahan yang
6
mempunyai kemurnian tinggi, selalu mengandung ketidak-murnian (impuritas) atau “bahan-pengotor”. Ketidak-murnian dari bahan tersebut “mengganggu” perlakuan kimia, oleh karenanya diperlukan proses pemisahan. Kata mengganggu tersebut mempunyai arti yang bermacam-macam, ada kalanya adanya ketidak-murnian akan mengurangi “konversi” dari reaksi kimia, selain itu bahan-pengotor kadang-kadang akan menyebabkan racun (poisson) bagi “katalis” pada perlakuan kimia, atau ada kalanya ketidak-murnian akan menyebabkan terjadi “reaksi-samping”. Dengan munculnya reaksi samping, maka produk dari hasil perlakuan kimia (reaksi) akan mempengaruhi pada kemurnian dari hasil reaksi. Oleh karenanya keluar dari perlakuan kimia, masih dilanjutkan lagi dengan proses pemisahan, agar didapat produk dengan kemurnian yang tinggi (sesuai dengan spesifikasi yang diperlukan konsumen).
4. Perubahan fase (Change of phase)
Perlakuan kimia dilakukan pada fase tertentu, misalkan fase padat, cair atau gas. Dimana adakalanya fase dari bahan-baku atau reaktan tidak berada pada fase yang dispesifikasikan pada reaktor tersebut, oleh karenanya perlu dilakukan perubahan fase.
5. Pengubahan kondisi operasi
Selain diperlukan spesifikasi fase tertentu pada perlakuan kimia, juga diperlukan kondisi operasi tertentu, sebagaimana yang telah dijelaskan pada reaksi persamaan [1.3] yaitu pembuatan oksida nitrik (NO) dari amonia dan oksigen dapat berlangsung pada suhu 227oC dengan tekanan 8,2 atm.
Dengan demikian, secara lebih luas ilmu dalam bidang Kimia Industri merupakan Ilmu yang mempelajari konsepsi, sintesis, perancangan, pengujian dan pembesaran skala (scale up), pengoperasian dan pengendalian suatu proses kimia berskala industri, yang mengubah: keadaan, kandungan energi, struktur mikro dan komposisi kimia suatu bahan, dengan cara perlakuan fisika dan kimia (katalitik/non katalitik termokimia, biokimia & elektrokimia).
7
1.3. SISTEM MANAJEMEN DALAM SUATU INDUSTRI Dalam suatu industri khususnya industri-besar merupakan suatu komunitas yang perlu diatur kinerjanya agar dapat berjalan dengan baik sehingga sesuai dengan tujuan yang telah ditentukan. Contoh suatu industri kimia dengan skala besar dapat dilihat pada gambar 1.3., sebagaimana terlihat pada gambar tersebut banyaknya peralatan dengan ukuran yang besar, dengan demikian tentunya diperlukan operator yang pengoperasikan peralatan-peralatan tersebut, oleh karenanya diperlukan adanya pengorganisasian yang baik dalam sistem tersebut..
Gambar 1.3. Industri Kimia skala besar
1.3.1. Manajemen Berdasarkan Sumber Daya Manusia
Pengorganisasian dari suatu komunitas tersebut diperlukan sistem manajemen. Dimana sistem tersebut harus dapat menyatukan elemen-elemennya agar dapat berjalan dengan baik. Secara garis besar terdapat enam elemen sistem yang perlu diatur yaitu:
1. Manusia 2. Material 3. Metode 4. Mesin 5. Market 6. Lingkungan
Keenam elemen sistem tersebut (M5L) yang saling mendukung agar dapat tercapai tujuan dari organisasi tersebut, sebagaimana yang dapat digambar dalam bentuk diagram tulang ikan (fish-bone) , gb.1.4.
8
Sistem manajemen yang baik sebagaimana yang digambarkan pada gambar 1.4, harus dapat menyatukan sekumpulan karyawan (manusia) yang bekerja secara kontinyu pada suatu industri, yang dapat mengubah material agar dapat mempunyai nilai lebih, dengan menggunakan peralatan (mesin) dengan metoda tertentu, dimana jumlah dari produksi material tersebut tergantung dari kebutuhan konsumen atau pasar (market) dan juga harus memperhatikan faktor lingkungan baik secara mikro maupun makro.
Gambar 1.4. Elemen sistem yang perlu diatur dalam suatu industri
Diantara elemen-elemen dalam sistem tersebut, yang mempunyai peran yang cukup besar adalah manusianya, dimana dalam era sekarang ini, manusia merupakan salah satu bagian dari sumber daya, yang selanjutnya disebut dengan sumber daya manusia (sdm). Kolektivitas manusia dalam suatu organisasi mempunyai kemampuan (skill), pengetahuan (knowledge), pengalaman (experience) yang berbeda. Berdasarkan hal tersebut, organisasi dalam suatu industri (perusahaan) dapat dibedakan menjadi tiga, yaitu: manajemen puncak, manajemen menengah dan manajemen pelaksana.
1. Manajemen puncak Dalam sistem organisasi, manajemen puncak merupakan manajemen tertinggi, dimana orang-orang yang duduk pada posisi ini mempunyai tugas yang cukup berat karena harus memutuskan hal-hal penting dan mengatur yang menyangkut kelangsungan hidup dan keberhasilan dari organisasi atau perusahaan tersebut. Orang yang duduk pada manajemen puncak ini biasanya disebut dengan direktur dan juga pemilik modal dalam perusahaan, atau yang
9
tergabung dalam bentuk dewan (dewan direksi, dewan komisaris). Dewan Direksi dapat terdiri dari Direktur Utama, Direktur Keuangan dan Umum serta Direktur Produksi dan Teknik.
2. Manajemen menengah Manajemen ini terdiri dari pimpinan-pimpinan pabrik (dalam suatu industri, misalnya industri petrokimia, industri pupuk dapat terdiri lebih dari satu pabrik), atau kepala-kepala divisi. Tugas dari bagian ini adalah mengembangkan dan menjalankan rencana-rencana yang telah ditetapkan oleh manajemen puncak.
3. Manajemen pelaksana Pada tingkat ini, terdiri dari personil yang melaksanakan tugas yang telah dikembang oleh manajemen menengah dan bertanggung jawab kepadanya.
Berdasarkan keterangan tersebut, maka semakin tinggi tingkat manajemennya akan diduduki oleh semakin sedikit jumlah personilnya, sebaliknya demikian pula sebaliknya tingkat manajemen pelaksana terdiri dari jumlah personil yang cukup banyak, hal ini digambarkan dalam bentuk piramida dengan kerucut diatas, sebagaimana gambar 1.5. Sebalik untuk tugas dan tanggung jawab, semakin tinggi tingkat manajemen, maka dia mempunyai tugas dan tanggung jawab yang lebih tinggi, hal ini digambarkan dalam bentuk piramida terbalik dengan kerucut dibawah.
Gambar 1.5. Hubungan antara jumlah personil dan tugas-tanggung jawab
pada sistem manajemen
Tugas dan Tanggung jawab
Manajemen puncak
Manajemen menengah
Manajemen pelaksana
Jumlah personil
10
Organisasi dalam bentuk “Line and Staff system” merupakan bentuk yang sering digunakan sebagai organisasi dalam suatu manajemen. Ada dua kelompok orang – orang yang berpengaruh dalam menjalankan organisasi sistem line and staf ini , yaitu : a. Sebagai garis atau line yaitu orang–orang yang melaksanakan tugas
pokok organisasi dalam rangka mencapai tujuan . b. Sebagai staff yaitu orang – orang yang melaksanakan tugasnya dengan
keahlian yang dimilikinya , dalam hal ini berfungsi untuk memberikan saran – saran kepada unit operasional.
Secara umum, dalam suatu perusahaan atau industri, person (orang) yang bekerja didalamnya terdiri dari: 1. Pemegang saham sebagai pemilik perusahaan (untuk perusahaan
berbentuk Badan Usaha Milik Swasta) dalam pelaksanaan tugas sehari-harinya dibantu oleh Dewan Komisaris, sedangkan tugas untuk menjalankan perusahaan dilaksanakan oleh Direktur Utama dibantu oleh Direktur Teknik dan Direktur Keuangan dan Umum.
2. Direktur Teknik membawahi bidang teknik dan produksi. Sedangkan Direktur Keuangan dan Umum membidangi kelancaran keuangan perusahaan.
3. Beberapa Kepala bagian yang berada dibawah direktur-direktur diatas akan bertanggung jawab membawahi bagian dalam perusahaan, sebagai pendelegasian wewenang dan tanggung jawab.
4. Masing-masing kepala bagian membawahi beberapa seksi dan masing-masing seksi akan membawahi beberapa karyawan perusahaan pada masing-masing bidangnya.
5. Karyawan perusahaan akan dibagi dalam beberapa kelompok regu yang setiap kepala regu akan bertanggung jawab kepada pengawas masing-masing seksi.
Pembagian tugas dan tanggung jawab personalia tersebut apabila dihubungkan dengan tingkat pendidikan minimal adalah sebagai berikut: 1. Direktur Utama : Sarjana semua jurusan 2. Direktur Teknik dan Produksi : Sarjana Teknik Kimia/ Mesin/ Elektro
3. Direktur Keuangan dan Umum : Sarjana Ekonomi/ ISIP/ Hukum 4. Staff Ahli : Sarjana Teknik Kimia/ Mesin/ Elektro
5. Kepala Bagian Litbang : Sarjana Teknik Kimia / Kimia
11
6. Kepala Bagian Produksi : Sarjana Teknik Kimia 7. Kepala Bagian Teknik : Sarjana Teknik Mesin 8. Kepala Bagian Pemasaran : Sarjana Ekonomi 9. Kepala Bagian Keuangan : Sarjana Ekonomi 10. Kepala bagian Umum : Sarjana Hukum / FISIP 11. Kepala Seksi : Sarjana Muda / DIII 12. Operator dan karyawan biasa : SMK / SMU / sederajat/ D III 13. Sekretaris : Akademi Sekretaris 14. Medis : Dokter 15. Perawat : Akademi Keperawatan 16. Sopir dan Satpam : SMK / SMU 17. Pesuruh dan Cleaning Service : SMP / sederajat Selain pembagian diatas, ada juga pembagian pekerjaan berdasarkan jam kerja berada di perusahaan, khususnya untuk perusahaan yang beroperasi secara kontinyu dalam arti beroperasi selama 24 jam perhari, dan 330 hari dalam setahun. Dimana sisanya digunakan untuk perawatan dan perbaikan. Untuk itu dalam menentukan jam kerja, karyawan dibagi menjadi 2 kelompok, yaitu :
1. Karyawan non shift ( Daily )
Karyawan non shift adalah karyawan yang tidak menangani proses produksi secara langsung. Karyawan non shift terdiri dari Direktur, Kepala Bagian, Kepala Seksi dan karyawan bagian administrasi. Karyawan non shift dalam satu minggu akan bekerja selama 5 hari mulai jam 08.00 – 17.00 dengan masa istirahat selama 1 jam antara jam 12.00 –13.00.
2. Karyawan shift Karyawan shift adalah karyawan yang langsung menangani proses produksi atau mengatur bagian-bagian tertentu dari pabrik yang mempunyai hubungan dengan keamanan dan kelancaran produksi. Karyawan shift terdiri dari kepala regu dan operator produksi, sebagian dari bagian teknik dan bagian keamanan. Para karyawan shift bekerja bergantian sehari semalam. Karyawan shift dibagi dalam 3 shift dengan pengaturan sebagai berikut :
12
- Shift pagi : pukul 08.00 – 16.00 - Shift sore : pukul 16.00 – 24.00 - Shift malam : pukul 24.00 – 08.00
Karyawan shift ini dibagi menjadi 4 regu, yaitu 3 regu bekerja dan 1 regu istirahat atau libur yang dilakukan secara bergantian. Setiap regu mendapat giliran 3 hari kerja dan 1 hari libur untuk setiap shift dan masuk lagi untuk shift berikutnya. Untuk hari libur nasional, regu yang bertugas tetap masuk diperhitungkan sebagai kerja lembur. Jadual kerja dari karyawan sift, dengan bentuk 3 hari kerja dan 1 hari libur, dapat dilihat pada tabel 1.1
Tabel 1.1: Jadwal Kerja karyawan sift, bentuk 3 hari kerja, 1 hari libur.
Regu
Hari Sen Sel Rab Kms Jum Sab Mng Sen Sel Rab Kms Jum Sab Mng
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
A P P P L M M M L S S S L P P
B S S L P P P L M M M L S S S
C M L S S S L P P P L M M M L
D L M M M L S S S L P P P L M
Keterangan : P = Shift pagi S = Shift sore M = Shift malam L = Libur
Bentuk lain dari jadwal kerja untuk karyawan sift dapat dilihat pada tabel 1.2. Dimana pada tabel tersebut terlihat karyawan bekerja selama 2 hari dan 1 hari libur dengan jumlah regu sama seperti pada tabel diatas, yaitu regu A, B, C dan D.
Tabel 1.2: Jadwal Kerja karyawan sift, bentuk 2 hari kerja, 1 hari libur.
SIFT
Hari
Sen Sel Rab Kms Jum Sab Mng Sen Sel Rab Kms Jum Sab Mng
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
P A A B B C C D D A A B B C C
S D D A A B B C C D D A A B B
M C C D D A A B B C C D D A A
L B B C C D D A A B B C C D D
13
Pembagian jadwal kerja karyawan, khususnya karyawan sift pada bagian produksi cukup penting. Dimana kelancaran produksi dari suatu industri (pabrik) sangat dipengaruhi oleh kedisiplinan karyawannya, karena kelancaran produksi secara tidak langsung akan mempengaruhi jalannya perkembangan dan kemajuan perusahaan, untuk itu kepada seluruh karyawan perusahaan diberlakukan absensi. Disamping masalah absensi nantinya akan digunakan oleh pimpinan perusahaan sebagai dasar dalam pengembangan karier pada karyawan di dalam perusahaan. 1.3.2. Manajemen Berdasarkan Proses
Salah satu bagian yang cukup penting pada manajemen berdasarkan proses ada empat elemen, yaitu: Perencanaan (Planning), Pengorganisasian (Organizing), Pelaksanaan (Actuating), Pengendalian (Controlling). Keempat elemen ini perlu berjalan secara simultan, sehingga akan didapatkan perusahaan yang sehat dan kuat. 1. Perencanaan (Planning)
Dalam perencanaan khususnya produksi perlu dipertimbangkan dua hal, yaitu faktor luar (eksternal) dan faktor internal. Faktor eksternal merupakan faktor yang menyangkut jumlah produk yang perlu dihasilkan berdasarkan pada kemampuan pasar (market). Berdasarkan pada kemampuan pasar, maka dapat dibagi menjadi dua (2) kemungkinan yaitu : Kemampuan pasar lebih besar dibandingkan kemampuan pabrik
maka rencana produksi disusun maksimal. Kemampuan pasar lebih kecil dibandingkan dengan kemampuan
pabrik. Dalam hal ini, maka rencana produksi diambil berdasarkan tiga kemungkinan, yaitu: − Rencana produksi sesuai dengan kemampuan pasar atau
produksi diturunkan sesuai dengan kemampuan pasar dengan mempertimbangkan untung dan rugi.
− Rencana produksi tetap dengan mempertimbangkan bahwa kelebihan produksi disimpan dan dipasarkan di tahun berikutnya.
− Mencari daerah pemasaran yang lain dan menggunakan fasilitas-fasilitas pemasaran yang mudah diakses seperti menggunakan e-bussines
14
Sedangkan faktor internal merupakan faktor yang menyangkut jumlah produksi berdasarkan kemampuan dari pabrik tersebut. Dalam hal ini tergantung dari empat hal (selain faktor Manusia sebagai bagian dari Sumber Daya Manusianya dan Market sebagai bagian dari faktor eksternal), yaitu:
1. Mesin (peralatan) 2. Material 3. Metoda 4. Lingkungan
Isu lingkungan dalam industri kimia merupakan isu cukup penting untuk diperhatikan.
2. Pengorganisasian (Organizing)
Setelah tahap perencanaan telah dilakukan, sesuai dengan tujuan dari perusahaan, dilanjutkan pengorganisasian pada semua bagian dari elemen sistem (M5L). Mulai pengorganisasian Manusia dengan pembagian tugas dan tanggung jawabnya; Materialnya dengan menentukan spesifikasi baik bahan baku maupun produk yang akan dihasilkan, berdasarkan kemampuan pasar (market). Mesin dengan penentuan jadwal pengoperasian, perawatan, penggantian spare partnya; Metoda yang digunakan baik dalam sistem unit proses maupun unit operasinya; Lingkungan harus diperhatikan dengan baik, dalam artinya proses produksi yang bersifat ramah terhadap lingkungan.
3. Pelaksanaan (Actuating)
Pelaksanaan ini merupakan implementasi dari diskripsi tugas (job description) yang telah dibuat pada kedua tahap sebelumnya yaitu perencanaan dan pengorganisasian oleh manajemen menengah keatas.
4. Pengendalian (Controlling)
Kegiatan ini dilaksanakan dengan tujuan (sebagai subyek) agar dihasilkan produk yang mutunya (kualitas) sesuai dengan standar dan jumlah produksi (kuantitas) sesuai dengan rencana serta waktu yang tepat sesuai jadwal. Dalam hal ini, obyek yang dikendalikan merupakan elemen-elemen sistem seperti manusianya, material, mesin).
15
a. Pengendalian Kualitas Kualitas dari suatu produk mempunyai pengaruh yang cukup kuat untuk keberhasilan dari suatu perusahaan. Kualitas produk dapat tergantung dari permintaan konsumen (artinya produsen tergantung dari konsumen) atau tergantung dari internal perusahaan tersebut (konsumen tergantung dari produsen). Oleh karenanya pengendalian kualitas diperlukan karena mutu bahan baku yang akan diproses bersifat fluktuatif, selain itu ketidak mampuan dari mesin (alat) kadang-kadang tidak dapat diprediksi. Penyimpangan dapat diketahui dari hasil monitoring atau analisa pada bagian laboratorium pemeriksaan.
b. Pengendalian Kuantitas Penyimpangan kuantitas terjadi karena kesalahan dari operator, kerusakan mesin, keterlambatan pengadaan bahan baku, perbaikan alat terlalu lama dan lain-lain. Penyimpangan tersebut perlu diidentifikasi penyebabnya dan diadakan evaluasi.
c. Pengendalian Waktu Waktu mempunyai peran penting dalam proses produksi. Sebagai contoh suatu produk dimana kebutuhannya dari
1.4. PENGELOLAAN LINGKUNGAN KERJA 1.4.1 Pendahuluan
Pengelolaan lingkungan kerja yang selama ini dilakukan selalu dianggap sebagai suatu pengelolaan yang memerlukan pengoperasian dan biaya yang mahal. Persepsi ini terkadang menyebabkan keengganan suatu kegiatan usaha untuk melakukan pengelolaan lingkungan kerja baik pada kegiatan usaha skala besar, menengah maupun kecil.
Para pakar telah membuat suatu konsep pengelolaan lingkungan kerja yang dilakukan secara bertahap, dimulai dari tahap yang paling sederhana dan murah.
Pengelolaan lingkungan kerja merupakan serangkaian kegiatan yang pada prinsipnya ditujukan untuk mengamati hal-hal yang sederhana namun dalam pelaksanaannya tidak hanya didasarkan pada cara membersihkan
16
lingkungan kerja Anda. Selain itu juga memerlukan komitmen dari setiap bagian perusahaan untuk mengatur penggunaan bahan baku, energi dan air secara optimal, yang pada akhirnya akan meningkatkan produktifitas kerja dan upaya pencegahan pencemaran lingkungan.
Pengelolaan lingkungan kerja mengutamakan penyelesaian masalah lingkungan melalui tata kerja yang baik (manajemen) yang baik, bukan melalui penyelesaian secara teknis yang mahal. Dengan kata lain pengelolaan lingkungan kerja bertumpu pada pemberdayaan sumberdaya yang telah ada dalam kegiatan usaha.
Sasaran pengelolaan lingkungan kerja : • Mewujudkan tempat kerja yang nyaman dan bersih. • Melatih manusia pekerja yang mampu mandiri mengelola
pekerjaannya. 1.4.2 Membersihkan area kerja dari bahan pengotor dan terdispersi
bahan-bahan kimia yang berbahaya.
Ruang dan meja kerja harus selalu dalam keadaan bersih. Apabila terdapat kotoran-kotoran dan terdispersi bahan-bahan kimia yang berbahaya di area kerja harus segera dibersihkan. Pembersihan adalah sejumlah upaya yang perlu dilakukan untuk mengurangi bahaya dari suatu bahan kimia. Apabila bahan kimia yang tumpah tersebut berbahaya, selain dibersihkan dengan lap, tangan harus dilindungi oleh sarung tangan. Sarung tangan sangat penting untuk melindungi tangan dari bahaya bahan kimia yang menempel atau meresap pada lap pembersih.
Ditempat kerja kemungkinan terhadap sumber bahaya potensial terhadap kesehatan pekerja. Dalam melakukan pekerjaan apapun, sebenarnya kita beresiko untuk mendapat gangguan kesehatan atau penyakit yang ditimbulkan oleh pekerja tersebut. Oleh karena itu area kerja harus bersih dari bahan-bahan kimia yang berbahaya.
1.4.3. Membersihkan area kerja dari debu dan gas
Area kerja sering terpapar oleh debu dan gas. Untuk membersihkan area kerja dari gas-gas dapat dipasang exhaust fan dan atau lemari asam. Lemari asam merupakan alat yang paling sering digunakan untuk menghilangkan gas, debu, kabut, uap dan asap dari kegiatan kerja untuk meminimalkan racun dan konsentrasi bahan yang mudah terbakar.
17
Area kerja yang terpapar oleh debu mineral dapat menyebabkan penyakit. Pneumokoniosis adalah sekumpulan penyakit yang disebabkan oleh penimbunan debu-debu di dalam jaringan paru-paru. Biasanya berupa debu mineral. Tergantung dari jenis debu mineral yang ditimbun, nama penyakitnya pun berbeda-beda. Gejalanya pun berbeda-beda, tergantung dari derajat dan banyaknya debu yang ditimbun di dalam paru-paru.
Ketika bernapas, udara yang mengandung debu masuk ke dalam paru-paru. Tidak semua debu dapat menimbun di dalam jaringan paru-paru, karena tergantung besar ukuran debu tersebut. Debu-debu yang berukuran 5 – 10 mikron akan ditahan oleh jalan napas bagian atas, sedangkan yang berukuran 3 – 5 mikron ditahan di bagian tengah jalan napas. Partikel-partikel yang berukuran 1 – 3 mikron akan ditempatkan langsung di permukaan jaringan dalam paru-paru.
Secara umum gejala-gejalanya antara lain batuk-batuk kering, sesak napas, kelelahan umum, berat badan berkurang dan lain-lain. M Gmbaran foto rontgen, menunjukkan adanya kelainan dalam paru-paru. Namun, pemeriksaan di tempat kerja harus menunjukkan adanya debu yang diduga sebagai penyebab pneumokoniosis. Area kerja yang kemungkinan terpapar oleh debu akibat proses industri dapat dicegah dengan jalan : 1. Mencegah terbentuknya awan debu yang eksplosif. Bagi mesin yang
mengolah dan peralatan yang mengepak bubuk, hal ini dapat diselenggarakan dengan pengisian mesin dan peralatan tersebut dengan gas–gas yang tidak dapat terbakar, sehingga kadar oksigen dalam udara berada di bawah 5% menurut volume. Nitrogen dan karbon dioksida dapat dipergunakan untuk keperluan tersebut, tetapi untuk debu-debu logam ringan sebaiknya dipakai helium dan argon.
2. Mencegah terbentuknya awan debu eksposif dicegah dengan cara : a. Konstruksi pabrik yang bebas debu. b. Pengaturan tekanan udara dalam pabrik, sehingga sedikit kurang
dari tekanan di udara. c. Pemasangan instalasi ventilasi keluar seperti pada tempat-tempat
yang tepat yaitu tempat debu-debu ke luar ke udara. d. Perencanaan, agar tidak terjadi limpahan yang berlebihan. e. Pemeliharaan dan perawatan serta ketatarumahtanggaan yang baik,
agar bangunan pabrik dan sekitarnya tetap bersih dari debu-debu.
18
3. Pencegahan terhadap bahaya paparan debu dan gas ditujukan kepada penekanan sekecil-kecilnya kemungkinan terbentuknya campuran-campuran yang dapat terbakar dan menghilangkan sumber-sumber terjadinya pembakaran. Pencegahan tersebut adalah: a. Pembersihan terjadinya campuran yang eksplosif dari debu. Adalah
esensial untuk mencegah terbentuknya campuran-campuran eksplosif dari debu, uap-uap atau gas dengan udara, terutama dalam ruang-ruang atau bangunan-bangunan dengan kegiatan yang membahayakan. Pencegahan ini dapat dilaksanakan dengan pencegahan bebasnya debu, uap dan gas dengan pemakaian ventilasi mekanis yang baik.
b. Pembersihan dengan sistem pengumpulan debu yang efektif, dengan penambahan bahan-bahan tak berbahaya yang tepat seperti debu kapur atau gas-gas inert, tergantung kepada keadaan masing-masing, dan dengan perhatian yang cukup terhadap ketata-rumahtanggaan.
c. Jika terdapat bahaya peledakan debu, menurut pengalaman peledakan sekunder dari debu-debu yang mengendap yang diawali dengan peledakan ringan adalah sangat berbahaya. Pengendapan debu-debu pada permukaan-permukaan di tempat-tempat kerja harus dihindari dan sebaiknya dengan penghisap debu. Penghisap vakum sangat berguna dalam hal ini.
RANGKUMAN :
1. Kimia industri merupakan salah satu proses yang merubah bahan baku menjadi suatu produk yang mempunyai nilai tambah sehingga dalam proses tersebut selain terjadi proses perubahan yang bersifat fisis juga terjadi perubahan yang bersifat kimiawi.
2. Permasalahan yang berhubungan dengan perubahan-perubahan yang bersifat fisik dalam industri kimia dikategorikan dalam satuan operasi, sedangkan perubahan yang bersifat kimiawi dimasukkan dalam kelompok satuan proses.
3. Perlakuan fisika antara lain pengecilan ukuran (size reduction), pengangkutan bahan (material transport), proses pemisahan (separation process) perubahan fase (change of phase) dan pengubahan kondisi operasi.
19
4. Ilmu di bidang kimia industri merupakan ilmu yang mempelajari konsepsi, sintesis, perancangan dan pengendalian suatu proses berskala industri yang mengubah keadaan, kandungan energi, struktur mikro dan komposisi kimia suatu bahan dengan cara perlakuan fisika dan kimia (katalitik/non katalitik, termokimia, biokimia dan elektrokimia).
5. Sistem manajemen dalam suatu industri mengatur enam elemen sistem yaitu manusia, material, metode, mesin, market dan lingkungan.
6. Manajemen berdasarkan proses ada empat elemen, yaitu perancangan (planning), pengorganisasian (organizing) pelaksanaan (actuating), dan pengendalian (controling).
7. Faktor eksternal merupakan faktor yang menyangkut jumlah produk yang perlu dihasilkan berdasarkan pada kemampuan pasar (market).
8. Faktor internal merupakan faktor yang menyangkut jumlah produksi berdasarkan kemampuan dari pabrik yang tergantung mesin, material, metode dan lingkungan.
9. Sistem pengorganisasian berdasarkan sistem M5L yaitu manusia market, material, mesin, metode dan lingkungan.
10. Pelaksanaan (actuating) merupakan implementasi dari diskripsi tugas. 11. Pengendalian (controling) dilaksanakan dengan tujuan agar dihasilkan
produk yang mutunya (kualitas) sesuai dengan rencana serta waktu yang tepat sesuai jadwal.
12. Sasaran pengelolaan lingkungan kerja :
• Mewujudkan tempat kerja yang nyaman dan bersih. • Melatih manusia pekerja yang mampu mandiri mengelola
pekerjaannya. 13. Pembersihan adalah sejumlah upaya yang perlu dilakukan untuk
mengurangi bahaya dari suatu bahan kimia. 14. Sarung tangan sangat penting untuk melindungi tangan dari bahaya
bahan kimia yang menempel atau meresap pada lap pembersih. 15. Pengendapan debu-debu pada permukaan-permukaan di tempat-tempat
kerja harus dihindari dan sebaiknya dengan penghisap debu
20
CONTOH SOAL :
a. Apa yang dimaksud dengan industri dan berikan contoh industri kimia?
Jawab : Industri merupakan proses yang mengubah bahan baku menjadi produk yang berguna atau mempunyai nilai tambah. Contoh industri kimia adalah industri pelapisan logam, yang menghasilkan produk-produk hasil pelapisan antara lain knalpot kendaraan yang dilapisi dengan khrom, rangka kursi lipas yang dilapisi dengan nikel dan khrom.
b. Produk suatu industri dapat berupa produk antara dan produk akhir. Berikan contoh-contoh produk antara dan produk akhir ?
Jawab : a. Produk antara : 1. Bubur tembaga (bahan baku untuk pembuatan kawat tembaga) 2. Surimi (bahan baku untuk pembuatan bakso ikan, nugget ikan, sosis
ikan) 3. Tepung gandum (bahan baku untuk pembuatan roti) b. Produk akhir 4. Air minum dalam kemasan 5. Sabun 6. Mur, baut
c. Produksi industri selalu mencakup produksi masal produk tipe sama. Untuk pengendalian mutu produk, variasi apa saja yang perlu diminimumkan ?
Jawab : a. Variasi dalam bahan b. Variasi dalam mesin dan peralatan c. Variasi dalam orang dan metode (pekerjaan dan metode operasi) d. Variasi dalam pengukuran
d. Coba jelaskan hubungan M5L yang saling mendukung untuk mencapai tujuan suatu industri yang memproduksi air minum dalam kemasan !
21
Jawab :
e. Buatlah diagram balok sistem proses dalam kimia industri untuk
menghasilkan produk asesoris kendaraan dari bahan alumunium yang menghasilkan produk asesoris knalpot yang berwarna ! Jawab :
LATIHAN SOAL : 1. Apa yang dimaksud dengan produk antara dan produk akhir ? Berikan
masing-masing contoh ! 2. Bahan baku yang berupa minyak bumi diproses pada industri kimia,
produk-produk apa saja yang dapat dihasilkan dari industri kimia tersebut ?
3. Jelaskan tentang reaksi dekomposisi dan reaksi kombinasi ? Berikan contoh-contohnya !
Manusia (Tenaga Ahli)
Material (air pegunungan dan
pengemas plastik)
Mesin (alat pengontrol air
minum)
Lingkungan (kotoran pada yang dibuang)
Market (konsumen penguna air
minum)
Metode : a. Filtrasi b. Adsorpsi c. Destilasi
Tujuan (Produksi air
minum dalam
kemasan)
Bahan baku alumunium
Dipoles (perlakuan fisika)
Diproses ANODISASI dengan asam sulfat (perlakuan kimia)
Diwarnai Produk asesoris knalpot yang
berwarna
22
4. Suatu industri kimia memproduksi pupuk organik. Elemen-elemen apa saja yang diperlukan oleh industri tersebut untuk mencapai tujuan membuat pupuk organik ?
5. Hasil produksi suatu industri menghasilkan botol-botol gelas, ternyata banyak yang mengalami keretakan. Bagaimana cara pengendalian kualitas botol-botol gelas tersebut ?
6. Jelaskan cara pembersihan area kerja yang tercecer oleh bahan kimia. 7. Bagaimana membersihkan area kerja yang terpapar oleh debu dan gas-
gas hasil reaksi kimia.
23
BAB II BAHAN BAKU DAN PRODUK INDUSTRI
Bahan-bahan terdapat di sekitar kita; dan telah menjadi bagian dari kebudayaan dan pola berpikir manusia bahkan telah menyatu dengan keberadaan kita. Kenyataannya, bahan telah menyatu dengan kebangkitan manusia sehingga dikenal peradaban atau Zaman Batu, Zaman Perunggu dan Zaman Besi. Bahan berasal dari alam dan bahan buatan yang telah merupakan bagian integral dari hidup kita seringkali di-sepelekan, meski bahan-bahan, termasuk makanan, pemukiman, energi dan informasi merupakan sumber daya yang mendasar bagi kehidupan manusia. Bahan-bahan memang telah menyatu dengan kehidupan manusia dan tidak saja merupakan bagian gaya hidup melainkan turut memegang peran penting dalam kesejahteraan dan keselamatan bangsa.
Apakah hakikat bahan itu? Bagaimana memahami, mengolah dan menggunakannya? Bahan, dengan sendirinya merupakan bagian dari alam semesta, akan tetapi secara lebih terinci bahan-bahan adalah benda yang dengan sifat-sifatnya yang khas dimanfaatkan dalam bangunan, mesin, peralatan atau produk. Termasuk di dalamnya logam, keramik, semi konduktor, polimer (plastik), gelas, dielektrik, serat, kayu, pasir, batu dan berbagai komposit.
Karena tubuh manusia dapat dianggap sebagai bangunan atau mesin atau alat, kita dapat juga menggolongkan makanan, obat-obatan, tanaman, pupuk dan lain-Iainnya dalam kelompok bahan-bahan, namun telah menjadi kebiasaan untuk membahasnya dalam ilmu biologi dan pertanian. Demikian pula halnya dengan bahan bakar fosil, air dan udara yang dapat dimasukkan dalam kelompok bahan secara umum, biasanya dibahas dalam bidang ilmu lain.
Bahan-bahan yang digunakan manusia mengikuti siklus bahan mulai dari ekstraksi, pembuatan sampai pelapukan. Bahan mentah diambil dari bumi melalui penambangan, pengeboran, penggalian, atau panen; kemudian diolah menjadi bahan baku seperti ingot logam, batu belah, bahan petrokimia, kayu gelondongan; dan kemudian diolah menjadi bahan-bahan teknik seperti kawat listrik, besi beton, plastik dan kayu lapis, untuk memenuhi kebutuhan masyarakat. Akhirnya, setelah
24
digunakan selama beberapa waktu, bahan-bahan tersebut kembali ke asalnya, ke bumi sebagai bekas/sisa (scrap) atau memasuki siklus untuk diolah kembali dan digunakan lagi sebelum dibuang.
Suatu aspek yang sangat penting dalam konsep siklus bahan adalah kaitan yang erat antara bahan, energi dan lingkungan, hal ini berarti bahwa ketiga-tiganya harus diperhitungkan dalam perencanaan nasional dan pengkajian teknologi. Pertimbangan-pertimbangan ini menjadi sangat penting karena meningkatnya kelangkaan energi dan bahan, tepat pada saatnya di mana penduduk bumi mulai sadar akan arti lingkungan hidup yang baik. Sebagai contoh, bila aluminium bekas dapat diolah kermbali secara efektif, maka hanya diperlukan seperdua puluh dari energi untuk mengolah aluminium primer dari bijih setiap tonnya, dan bumi tidak perlu dikeruk untuk menambang bijih.
Dalam menentukan pilihan, perancang harus memperhatikan sifat-sifat seperti: kekuatan, konduktivitas (listrik), daya hantar panas, berat jenis dan sebagainya.
Selanjutnya seseorang harus memperhatikan sifat bahan selama proses pembentukannya dan perilaku selama penggunannya, (mampu bentuk, mampu mesin, stabilitas listrik, ketahanan kimia, dan sifat radiasi merupakan faktor yang penting), demikian pula masalah biaya dan pengadaan. Sebagai contoh, baja yang digunakan untuk roda gigi transmisi harus mudah dibentuk dan kemudian harus dapat memiliki sifat tangguh setelah mengalami proses pengerjaan lanjutan sehingga tahan dalam pemakaian. Spatbor harus dibuat dari logam yang mudah dibentuk akan tetapi yang memiliki ketahanan terhadap deformasi impak. Pengawatan listrik harus tahan suhu yang berbeda dan semikonduktor harus memiliki karakteristik arus dan tegangan tetap untuk jangka waktu yang lama.
Pada kegiatan industri dibutuhkan bahan baku dari bahan penunjang untuk proses produksi yang menghasilkan produk.
2.1. PENANGANAN BAHAN BAKU DAN PENUNJANG
Kegiatan ini bertujuan untuk efisiensi penggunaan bahan baku dan penunjang, dengan cara : • Memantau konsumsi bahan baku dan penunjang serta merencanakan
produksi secara maksimal.
25
• Mengkaji kehilangan bahan baku dan penunjang secara rutin dan terencana mulai dari pengangkutan pada saat pembelian, penyimpanan dan pemakaian.
• Menghindari kehilangan akibat tumpahan dan / atau kebocoran pada pipa maupun peralatan.
• Melaksanakan pemeliharaan peralatan untuk mencegah terjadinya kerusakan bahan baku dan penunjang.
• Mengganti dan / atau mengurangi pemakaian bahan baku dan penunjang yang bersifat berbahaya dan beracun (B3) terhadap lingkungan dan manusia.
2.2. PENYIMPANAN BAHAN BAKU DAN PENUNJANG
Kelompok kegiatan ini bertujuan untuk mengurangi terjadinya tumpahan, rusaknya kualitas bahan baku dan penunjang akibat kadaluarsa maupun kontak dengan media lain (udara, air, tanah, bahan lain, dll), dengan cara: • Memantau mutu bahan baku dan penunjang yang dibeli, termasuk
kemasan. Kemasan yang rusak dapat menyebabkan rusaknya kualitas bahan.
• Menyimpan bahan baku dan penunjang secara benar dan baik. Misalnya tempat penyimpanan harus terhindar dari banjir maupun kebocoran atap.
• Melakukan penyimpanan dan pengambilan bahan dengan menerapkan prinsip “yang terlebih dahulu masuk harus terlebih dahulu keluar/digunakan” atau istilah umumnya adalah first in first out (FIFO)
• Menyimpan bahan berbahaya dan beracun sesuai dengan ketentuan yang berlaku.
• Membersihkan dan membuang dengan benar kemasan bekas, terutama kemasan bahan berbahaya dan beracun sesuai dengan ketentuan yang berlaku.
• Menangani bahan yang berbahaya dan beracun dengan baik sesuai dengan aturan keselamatan kerja. Misalnya harus mengenakan masker dan sarung tangan
26
2.3. PENYIMPANAN BAHAN BAKU DAN BAHAN PENUNJANG YANG TERSISA
Tujuannya : • Memperoleh penghematan biaya • Mengurangi bahaya • Meningkatkan keselamatan
Penyimpanan dilakukan dengan cara : a. Identifikasi seluruh bahan baku dan penunjang yang digunakan b. Pelabelan / penyimpanan catatan c. Penyediaan dan penggunaan lembar data keselamatan bahan baku
dan bahan penunjang d. Penyimpanan dan pemindahan secara aman e. Penanganan dan penggunaan secara aman f. Upaya berkala untuk melakukan tata laksana dan pembuangan.
2.4. MENEMUKAN PERMASALAHAN DAN PELUANG
PENYIMPANAN BAHAN BAKU DAN BAHAN PENUNJANG Untuk membantu persiapan pelaksanaan penanganan bahan baku dan penunjang, daftar periksa yang memuat pertanyaan-pertanyaan dasar sebagaimana disajikan pada bagian berikut ini dapat memberikan gambaran mengenai potensi permasalahan dilingkungan kerja Anda. Setiap pertanyaan yang dimuat dalam daftar periksa kemudian ditindaklanjuti dengan sub-sub pertanyaan yang membimbing Anda untuk dapat melakukan pengamatan (observasi) dan langkah-langkah penanganan selanjutnya. Berikut ini adalah contoh penelurusan masalah mengenai Penyimpanan Baku dan Penunjang dengan menggunakan daftar periksa. Contoh 1 : Daftar Periksa Penyimpanan Bahan baku dan Penunjang:
Dengan melakukan daftar periksa dan kolom observasi, Anda dapat secara cepat mengidentifikasi kekuatan dan kelemahan yang dimiliki. Kelemahan yang teridentifikasi dapat secara cepat dan mudah untuk ditangani dengan cara yang lebih terstruktur dengan menyusun rencana tindakan.
27
Rencana tindakan merupakan serangkaian tindakan perbaikan yang akan Anda dilaksanakan berdasarkan hasil observasi. Rencana tindakan mencakup: a. Tujuan, yang menguraikan dengan jelas semua sasaran yang akan
dicapai b. Tindakan, menyangkut langkah-langkah Tata kelola yang benar yang
akan dilaksanakan berdasarkan hasil identifikasi permasalahan dengan menggunakan daftar periksa
c. Investasi dan biaya, merupakan salah satu dasar untuk menentukan prioritaas tindakan yang akan dilaksanakan
d. Potensi penghematan biaya, sebagai salah satu alasan kuat untuk melaksanakan tindakan yang direncanakan
e. Prioritas, bertujuan untuk mempermudah perencanaan tindakan secara testruktur. Prioritas ditentukan berdasarkan biaya yang diperlukan, potensi penghematan biaya, kemudahan dalam pelaksanaan serta jangka waktu yang diperlukan penanggung jawab, yaitu seseorang yang ditunjuk untuk bertanggung jawab dalam melaksanakan tindakan yang akan diambil
Dalam menyusun rencana tindakan perlu memperhatikan hal-hal sebagai berikut: a. menunjuk penanggung jawab berdasarkan kemampuannya b. menyusun dan melakukan uraian kerja dalam melakukan tindakan
yang diperlukan (siapa yang melakukan apa, dengan cara apa, dll) c. menetapkan jangka waktu yang realistis dan motivasi karyawan
maupun penanggung jawab d. melakukan pemeriksaan terhadap hasil yang telah dicapai untuk
melihat dan mencatat kemajuan yang dicapai sesuai dengan jangka waktu yang ditetapkan. Bila sasaran tidak tercapai Anda perlu menganalisa penyebabnya
e. menetapkan target baru, sehingga Anda dapat melakukan perbaikan secara terus menerus
f. melakukan pengkajian tahunan pada setiap bagian (proses) produksi yang berkaitan dengan praktek-praktek Tata kelola yang benar (menggunakan kembali daftar periksa Tata kelola yang benar)
Perkembangan dan penemuan bahan-bahan yang baru sangat mempengaruhi desain, sebagai contoh dapat dikemukakan transistor,
28
tanpa tersedianya bahan yang sesuai barang ini tidak dapat dibuat; pengembangan laser memerlukan jenis kristal dan gelas yang baru dan meskipun desain teknik dari mesin turbin gas mengalami kemajuan pesat, masih tetap di perlukan bahan yang lebih murah dan lebih tahan terhadap pengaruh suhu tinggi untuk sudut-sudut turbin.
Karena sifat-sifatnya yang menguntungkan, logam biasanya digunakan sebagai bahan dasar. Tetapi karena logam murni tidak selalu mempunyai ketahanan yang cukup dalam menghadapi serangan kimia dari bahan proses, maka umumnya dibuat logam paduan, atau logam yang murah ditutup atau dilapis logam mulia. Di samping itu, digunakan pula bahan seperti graft, atau bahan bukan logam, bahan anorganik seperti gelas, email dan keramik. Beberapa bahan tersebut memiliki kekuatan tarik yang rendah, tetapi lebih tahan terhadap bahan kimia (seperti asam kuat) dibandingkan logam, dan harganya cukup murah. Molekul dari bahan dasar organik mengandung ikatan rantai karbon yang memanjang, juga semen, asbes sering memiliki ikatan silang (crosslink). Jenis bahan organik yang digunakan terutama bahan sintetik yang diperoleh dari polimerisasi, karena hampir semua turunan polimer ini tahan terhadap asam, basa , kulit dan garam. Sebaliknya, sebagian besar bahan sintetik tidak tahan terhadap pelarut organik. Secara mekanik, bahan sintetik hanya dapat diberi beban yang tidak terlalu besar dan hanya bisa dipakai pada daerah temperatur yang terbatas. Pada temperatur yang lebih tinggi, bahan sintetik akan menjadi lunak atau terurai dan kebanyakan dapat terbakar (rantai karbon putus, molekul pecah). Bahan organik alami serta produk-produknya yang digunakan dalam jumah terbatas adalah kayu (misainya untuk filter press) dan karet (misalnya untuk selang dan kerat pelapis), yang juga digimakan sebagai bahan untuk kertas fitter dan kapas.
Karena merupakan penghantar listrik yang buruk, bahan dasar organik mudah mendapat muatan elektrostatik. Oleh karena itu, bahan tersebut jarang digunakan pada transportasi bahan proses elektrostatik. Oleh karena itu, bahan tersebut jarang digunakan pada transportasi bahan proses untuk memudahkan pembakaran, pengelompokan bahan dapat dilihat pada gambar 2.1
29
Gambar 2.1. Diagram bahan
Bahan alam
Karet Gelas Batu Minyak dsd
Bahan teknik
Bukan Logam Logam
Logam besi Bukan besi
Besi tempa
Baja Karbon
Besi tuang
Bahan sintesis
Termo Plastik
Logam mulia
Termo setting
Au, Ag, Pt
Logam ringan Logam berat
Logam murni
Al, Mg, Be
Logam murni
Cu, Cr, Si, Ni
Logam paduan
Anticorodal Aluman Avional
Logam paduan
Kuningan Perunggu
Elastomers
30
2.5. LOGAM
Logam-logam yang banyak ditemukan dalam kehidupan kita sehari-hari, secara umum mempunyai sifat-sifat dapat mengkilat, dapat mengantar kalor dan listrik, berwarna putih seperti perak (kecuali tembaga berwarna kemerah-merahan dan emas berwarna kuning). Logam-logam tersebut mempunyai kekerasan yang berbeda-beda mulai dari lunak sekali (natrium dan kalium) sampai keras sekali (seperti, chrom dll.) sementara raksa berbentuk cair.
Menurut massa jenisnya logam digolongkan atas logam berat (yang massa jenisnya diatas 5) dan logam ringan (yang massa jenisnya kurang dari 5). Ditinjau dari sifat kimianya logam-logam mempunyai oksida-oksida pembentuk basa dan berdasarkan sifat-sifat logam terhadap oksida ini logam-logam tersebut dapat digolongkan menjadi; − Logam Mulia, yaitu logam yang tidak dapat mengalami oksida,
misalnya; Au, Pt, Ag dan Hg. − Logam setengah mulia, yaitu logam yang agak sukar teroksida,
misalnya Cu. − Logam tidak Mulia, yaitu logam-logam yang dalam keadaan biasa dan
pada perubahan temperatur mudah teroksidasi, misalnya K, Na, Mg, Ca, Al, Zn, Fe, Sn, Pb dll.
Sumber Logam (source of metal) adalah bijih-bijih logam yang diperoleh dari penambangan biasanya masih bercampur dengan bahan-bahan ikutan lainnya. Prosentase berat dari unsur-unsur yang terkandung didalam bijih-bijih ini bergantung pada kedalaman lapisan tanah dari mana bijih tersebut diperoleh, misalnya untuk lapisan tanah dengan kedalaman 16 Km. akan diporoleh bijih-bijih dengan 46,59 % Oksigen, 27,72 % Silikon dan selebihnya unsur lain termasuk logam-logam. Logam-logam yang terdapat pada bijih-bijih ini biasanya masih dalam keadaan terikat dengan unsur-unsur lain (berupa senyawa), misalnya − Berupa oksida-oksida (untuk bijih-bijih Fe, Mn, Cr, Sn dll.) − Berupa karbonat-karbonat (untuk bijih-bijih Zn, Cu, Fe dll.) − Berupa sulfida (untuk bijih-bijih Pb, Zn, Cu dll.),
31
2.5.1. Logam Besi (Ferrous Metal)
Logam besi didapat di alam (ditambang) antara lain − Berbentuk batu, contoh batu besi merah (Fe2O3). − Berbentuk pasir, contoh pasir besi titan (TiO2). − Berbentuk halus, contoh pasir besi spat (Fe2CO3)
Bijih besi ini sebelum diolah ke dalam dapur-dapur untuk mendapatkan bentuk/struktur sesuai dengan yang diinginkan.
Berikut ini kita bahas satu persatu dapur-dapur untuk mengolah bijih-bijih besi menjadi besi tuang atau baja sesuai dengan yang kita inginkan.
A. Dapur tinggi (blast furnace) Pada umumnya dapur tinggi digunakan untuk mengolah bijih-
bijih besi untuk dijadikan besi kasar. Besi kasar yang dihasilkan oleh dapur tinggi diolah kembali kedalam dapur, untuk dijadikan baja atau baja tuang; juga besi tuang. Konstruksi dapur tinggi dapat dilihat pada gambar 2-1. Bahan yang digunakan dalam proses dapur tinggi untuk menghasilkan besi kasar dari dapur tinggi diperlukan bahan-bahan antara lain : Bijih besi, batu kapur, bahan bakar dan udara panas. 1. Bijih Besi.
Bijih besi didapat dari tambang setelah melalui proses pendahuluan. Bijih besi merupakan bahan pokok dari dapur tinggi.
2. Batu Kapur. Batu kapur digunakan untluk mengikat bahan-bahan yang ikut campur dalam cairan besi untuk menjadikan terak.
32
Gambar : 2.2. Dapur tinggi
Proses pengikatan bahan yang ikut dalam cairan besi antara lain dapat dilihat pada reaksi kimia sebagai berikut :
33
CaCO3 → CaO + CO2 + (terak)
FeS + CaO + C → Fe + CaS + CO (terak)
P2O5 + 4CaO → (CaO)4P2O5 (terak)
Dengan adanya terak yang terletak di permukaan cairan-besi ini, terjadinya oksidasi oleh udara dapat dihindari. Sebagai bahan tambahan biasanya digunakan batu kapur (CaCO3) murni, kadang Pula dolomit yang merupakan campuran dari CaCO3 dan MgCO3
3. Bahan Bakar. Dahan bakar yang diqunakan dalam proses dapur tinggi ialah kokas, arang kayu, juga antrasit,
4. Udara panas. Udara panas digunakan untuk mengadakan pembakaran dengan bahan bakar menjadi CO2 dan gas CO guna menimbulkan panas, juga untuk mereduksi bijih-bijih besi. Udara panas dihembuskan dengan maksud agar pembakaran sempurna, hingga kebutuhan kokas berkurang. Pemanasan udara dilakukan pada dapur pemanas cowper.
B. Proses Kimia dalam Dapur Tinggi.
Operasi dapur tinggi modern secara ringkas sbb: Pada waktu bijih-bijih besi, bahan bakar dan tambah dimasukkan kedalam dapur, partama-tama dihilangkan kelembaban dan kadar air pada daerah suhu 200-30oC. Dengan meningkatnya suhu, terjadinya reaksi tak langsung terhadap bijih-bijih besi dengan reaksi sbb: 1) 3 Fe2O3 + CO → 2 Fe3O4 + CO2
2 Fe2O3 + 6 CO → 4 Fe + 6 CO2 Pada suhu ± 535OC, carbon monoksida mulai terurai menjadi karbon bebas dan karbon dioksida, dengan reaksi sbb :
2) CO → C + CO2 Pada daerah suhu 400 – 600OC, terjadi reaksi sbb:
34
3) Fe3O4 + CO → 3 FeO + CO2 Pada suhu ± 400 °C reduksi langsung terdapat bijih-bijih besi sbb :
4) Fe2O3 + C → 2 FeO + CO 5) Fe3O4 + C→ 3 FeO + CO
Pada daerah suhu 700 - 800 0C reduksi langsung ferro oksida mulai dengan membentuk besi spong yang mengandung karbon. Reaksi ini terjadi antara pertengahan (setengah jalan antara puncak dan dasar dapur tinggi). Batu kapur terurai pada suhu 800°C. dan dolomit pada suhu 1075OC dengan reaksi :
6) CaCO3 → CaO + CO2 MgCO3 → MgO + CO2 Sementara besi spong memperoleh kandungan karbon yang menurunkan titik lebur dan dalam peleburan menyerap karbon dari kokas semakin lama scmakin banyak. Batu kapur mengikat kotoran-kotoran bijih besi dan abu kokas. Semakin ke bawah suhu semakin meningkat dan terjadi reduksi langsung paduan dan metalloid dean reaksi sbb
7) a. SiO2 + 2C → Si + 2CO b. MnO + C → Mn + CO c. P205 + 5C → 2P + 5CO d. FeS + CaO + C → CaS + Fe + CO
8) Ca3PO4 + 3SiO2 + 5CO → 3CaSiO3 + 5CO + 3Fe3P Didekat tuyer (Lubang tiup) ada hembusan udara panas yang mongenai kokas terjadi reaksi sbb:
9) 2C + O2 → 2CO Sehingga selalu ada gas CO yang dipakai untuk roduksi. Jadi kokas didalam dapur tinggi berfungsi selain sebagai sumber kalor adalah berfungsi untuk mereduksi oksigen dalam bijih-bijih besi.
C. Besi kasar
Ada dua macam besi kasar yang dihasilkan oleh dapur tinggi yaitu besi kasar putih dan besi kasar kelabu. 1) Besi kasar kelabu (Kishy pig iron)
Nama besi kasar ini didapat berdasarkan warna bidang patahnya,
35
yang berwarna kelabu muda sampai tua hampir hitam. Besi kasar kelabu lebih halus lebih liat dibandingkan dengan besi kasar putih, Titik Cairnya ± 1300OC dan berat jenisnya 7 Sampai 7,2, kg/dm3 Besi kasar kelabu ada 2 macam yaitu − Besi kasar kelabu muda.
Besi kasar ini mengandung silisium ½ % - 1 % dan butir-butirnya halus baik untuk silinder mesin.
− Besi kasar kelabu tua. Sifat-sifatnya mudah dituang butir-butirnya kasar juga tahan terhadap tekanan tinggi
2) Besi kasar putih (Forge pig iron). Nama besi kasar ini juga didapat dari warna bidang patahnya. Pada besi kasar ini zat arangnya sebagian besar berbentuk karbid besi (Fe3C), sehingga sifatnya keras dan getas. Titik cairnya + 1100 °C. Kadar karbonnya 2,3 % - 3,5 %, dan kadar mangannya agak besar. Besi kasar ini paling baik untuk digunakan untuk baja berat jenisnya 7,58 - 7,73. kg/dm3
D. Besi Tuang (Cast iron)
Susunan besi tuang biasa serupa dengan besi kasar yang dihasilkan oleh dapur tinggi. − Komposisi pada besi tuang.
Besi tuang biasa mengandung unsur-unsur sebagai berikut: Karbon : 3 - 4 % Silicon : 1 - 3 % Mangan : 0,5 - 1 % Belerang : < 0,1 %. Phospor : < 1 %
1. Pengaruh unsur-unsur terhadap sifat-sifat besi tuang. Karbon yang berada dalam besi tuang berupa grafit atau besi karbid (sementit) yang rapuh. Bila besi tuang banyak mengandung sementit besi tuang menjadi rapuh dan sulit dimesin. − Silikon.
Silikon (Si) mempermudah pemisahan grafit. Si, cenderung membentuk besi tuang kelabu dan membuat besi tuang mudah dimesin.
36
− Mangan. Mn mencegah panggrafitan dan menggalakkan kestabilan sementit dan larut didalamnya. la membuat butir-butir halus yang perlitis dan mencegah pengendapan ferrit, dengan penambahan mangan akan didapatkan struktur perlit dan grafit yang menguletkan & menguatkan besi.
− Belerang. S menstabilkan sementit sehingga menyebabkan besi menjadi rapuh.
− Phospor. P mengurangi kelarutan karbon dan memperbanyak sementit, akibatnya besi menjadi keras dan rapuh.
− Pengaruh kecepatan pendinginan. Jika didinginkan dengan cepat karbon akan dipaksa jadi sementit yang keras. Jika didinginkan dengan cepat karbon akan dipaksa jadi sementit yang keras. Jika didinginkan perlahan-lahan sementit terurai menjadi grafit.
2. Macam-macam besi tuang. . a. Besi tuang putih.
Namanya diambil dari warna bidang patahnya. Karbon berbentuk sementit yang keras sehingga besi menjadi keras. Struktur logam dapat dilihat pada gambar 2.3
Gambar 2.3. Bentuk struktur besi tuang putih.
b. Besi tuang kelabu.
Namanya diambil dari warna bidang patahnya. Karbon dalam keadaan bebas. Sifat mampu mesinnya baik. Struktur besi tuang kelabu dapat dilihat pada gambar 2.4
Pearlite
Sementite
37
Gambar 2.4. Bentuk struktur besi tuang kelabu.
c. Besi tuang cil
Ialah besi tuang yang permukaannya terdiri dari besi tuang putih dan bagian dalamnya terdiri dari besi tuang kelabu.
d. Besi tuang grafit bulat. Disebut juga besi tuang nodules. Dibuat dengan jalan mencampurkan magnesium, kalsium atau serium ke dalam cairan logam. Sifat-sifat kekuatan dan keliatan tinggi, tahan aus juga tahan panas.
e. Besi tuang inoculated. Dibuat dengan menambahkan. kalsium silikon yang dicam pus sebelum penuangan guna renghasilkan butiran-butiran halos. Sifat-sifat permesinan diperbaiki.
f. Besi tuang kelas tinggi. Mengandung sedikit karbon silikon dan grafit bebasnya lebih kecil dibandingkan dengan besi tuang kelabu.
g. Besi tuang mampu tempa. Dibuat dari besi tuang putih yang dilunakan dengan heat treatment. Struktur sementit dari besi tuang putih berubah menjadi ferrit dan perlit serta karbon yang ditemper mengendap. Sifat-sifat sangat baik jika dibandingkan dengan besi tuang kelabu tetapi harganya mahal.
38
h. Paduan besi tuang. Sifat-sifat yang dihasilkan unsur-unsur paduan pada besi tuang serupa dengan yang dihasilkan oleh unsur-unsur baja. − Nikel (Ni)
Menghasilkan butiran-butiran halus juga menguletkan bagian tipis yang mudah retak.
− Chromium (Cr). Menstabilkan karbid dan membentuk chromium karbid yang lebih keras dari pada sementit biasa. Untuk besi berdaya tahan tinggi.
− Molybdenum (Mo) Menaikan kekerasan bagian yang tebal dan juga memper-baiki keuletan.
− Vanadium (V) Meningkatkan keuletan dan kekerasan juga meningkatkan daya tahan panas dar.i besi Luang dengan menstabilkan-cementite.
− Copper (Cu) Cu hanya sedikit pengaruhnya tetapi disini digunakan-terutama untuk memperbaiki daya tahan karat.
2.5.2. Logam-logam Yang Bukan Besi (Nonfero Mental)
A. Tembaga
Tembaga berwarna coklat keabu-abuan dan mempunyai struktur kristal FCC. Tembaga ini mempunyai sifat sifat yang sangat baik yakni; sebagai penghantar listrik dan panas yang baik, mampu tempa, duktil dan mudah dibentuk menjadi plat-plat atau kawat.
Bijih-bijih tembaga dapat diklasifikasikan atas tiga golongan ; − Bijih Sulfida − Bijih Oksida − Bijih murni (native).
39
Bijih-bijih tembaga yang terpenting Mineral Rumus kimia Kandungan tembaga
Chalcopyrite Cu Fe S2 34,6 % Bornite CuS Fe2 S3 55,6 70 % Cholcocite Cu2 S 68,5 % Melactite Cu CO3 Cu(OH)2 57,4 % Native Copper Cu 99,99 % Herogenite Cu203 CuOn H2O -
Proses pemurnian bijih tembaga : Proses pemurnian bijih tembaga dapat dilakukan dengan dua cara; 1. Proses Pyrometallurgy :
Proses ini menggunakan temperatur tinggi yang diperoleh dari pembakaran bahan bakar. Bijih tembaga yang telah dipisahkan dari kotoran-kotoran (tailing) dipanggang untuk menghilangkan asam belerang dan selanjutnya bijih ini dilebur. Berikut ini diberikan gambar dapur peleburan tembaga tersebut.
Gambar 2.5 Diagram proses konvertor
Gambar 2.6. Konvertor untuk Tembaga
40
1-lining; 2-nose or mouth; 3-tuyere; 4-roller stand. Pada peleburan tersebut bijih-bijih dipisahkan dari terak dan akan dihasilkan matte, selanjutnya matte ini diproses pada converter sehingga unsur-unsur besi dan belerang dapat dipisahkan dan akan menghasilkan tembaga blister. Tembaga blister masih mengandung sejumlah unsur-unsur besi, belerang, seng, nikel, arsen dsb. sehingga blister ini harus diproses ulang (refining) yang pelaksanaannya dapat dilakukan pada Reverberatory
2. Proses Hydrometallurgy:
Metoda ini ini dilakukan dengan cara melarutkan bijih-bijih tembaga (leaching) ke dalam suatu larutan tertentu, kemudian tembaga dipisahkan dari bahan ikutan lainnya (kotoran). − Untuk meleaching bijih tembaga yang bersifat oksida, digunakan
asam sulfat (H2SO4), seperti ditunjukkan pada reaksi di bawah ini; CuCO3 . Cu (OH)2 + 2 H2SO4 → 2 CuSO4 + CO2 + 3 H2O
− Untuk meleaching bijih yang bersifat sulfida atau native digunakan ferri sulfat (Fe2(SO4)3), seperti bijih cholcocite di bawah ini ; Cu2S + 2 Fe2 (SO4)3 → Cu SO4 + 4 FeSO4 + S Untuk bijih chalcopyrite dan bornite, reaksinya berjalan lambat dan tidak dapat larut seluruhnya. Setelah hasil leaching dipisahkan dari bagian-bagian yang tidak dapat larut, kemudian larutan ini diproses secara elektrolisa, sehingga didapatkan tembaga murni.
41
Gambar 2.7. Diagram Proses Pyrometallurgy Tembaga
Sifat-sifat Tembaga Rapat massa am-lo.tLf : 8,9 gr/cm3 Titik lebur : 1070-1093°C (tergantung kadar kemurniannya). Sifat-sifat : - Tembaga murni adalah lunak, kuat dan
malkabel, - Konduktivitas panas dan listriknya sangat tinggi. Penggunaan : Tembaga banyak digunakan untuk konduktor
listrik, alat solder, pipa spiral pendingin, kerajinan tangan, sebagai bahan dasar pembuatan kuningan dan perunggu dll.
Kekuatan tarik : 200 - 300 N/mm2
Bijih Tembaga
Konsentrasi
Bahan Pengantar Konsentrat
Pemaggangan
Peleburan
Buang
Gas Stock
Buang Terak Matte
Konvertor
Terak Blister
Refining
Cu, Ag, Sb, Ni, dsb Tembaga Casting
42
B. Aluminium
Sifat aluminium yang menonjol adalah berat jenisnya yang rendah dan daya hantar listrik/panas yang cukup baik. Logam aluminium mempunyai struktur kristal FCC. Logam ini tahan terhadap korosi pada media yang berubah-ubah dan juga mempunyai duktilitas yang tinggi. Bijih-bijih Aluminium dapat digolongkan menjadi beberapa golongan, yaitu ; − Bauksit; bijih ini didapat dalam bentuk batu-batuan yang berwarna
merah atau cokiat. Bauksit setelah dipisahkan dari kotoran-kotoran pengantar didapat kaolin (Al2O3.2 SiO2.H2O), Bochmite/diaspare (Al2O3H2O), gibbsite (Al2O3 3 H2O),
− Nepheline ((Na K)2OAl2O3SiO2 ) − Alunite (K2SO4Al2(SO4)4 Al(OH)3) − Cynite (Al4O3SiO2); bijih ini tidak diproduksi untuk Aluminium,
tetapi diproduksi untuk peleburan langsung paduan Aluminium-Silikon.
Metoda proses pemurnian Aluminium dapat diklasifikasikan menjadi 3 macam, yaitu ; 1). Proses Elektrothermis :
Pada proses ini bijih-bijih dicairkan / direduksi dalam dapur listrik sehingga diperoleh cairan Aluminium. Proses ini jarang digunakan karena diperlukan energi listrik yang sangat besar.
2). Proses Asam : Pada proses ini bijih-bijih Aluminium dilarutkan dengan larutan asam (H2SO4, HC1 dsb.). Dari reaksi ini didapatkan garam Al2(SO4)3.AICl3 dsb. Sehingga unsur-unsur pergantar dapat dipisahkan. Setelah garam terpisah dari pengantarnya baru kemudian dipisahkan logam dari garam tersebut. Proses ini dalam industri digunakan dalam batas-batas tertentu, karena dibutuhkan peralatan-peralatan tahan asam yang sangat mahal.
3). Proses Alkaline : Proses ini adalah efect dari reaksi bauksit dengan NaOH atau Na2CO2 dengan bahan Lambahan kapur/batu kapur. Dari hasil ini akan didapatkan Sodium Aluminate. Pada proses ini unsur-unsur
43
oksida besi, titanium, dan calsium dapat dipisahkan, dan silisium yang ada dalam bijih-bijih akan bereaksi dengan alkali yang mengakibatkan sebagian dar alkalis dan aluminium yang bereaksi akan mengotori aluminium yang akan dihasilkan. Oleh karenanya maka metode alkalin sering digunakan pada bijih-bijih dengan kandungan silika yang rendah.
Sifat-sifat Aluminium
Rapat massa : 2,7 gr/cm3 Titik lebur : 6600 C Kekuaatan tarik : Dituang : 90 – 120 N/mm2
di annealing : 70 N/mm2 di roll : 130 : 200 N/mm2 Sifat-sifat : - Paling ringan diantara logam-logam yang
sering digunakan − Penghantar panas dan listrik yang tinggi − Lunak, ulet dan kekuatan tariknya rendah − tahan terhadap korosi
Penggunaan : - Karena sifatnya yang ringan, maka banyak digunakan dalam pembuatan kapal terbang, rangka khusus untuk kapal laut modern, kendaraan-kendaraan dan bangunan-bangunan industri.
− Karena ringan dan penghantar panas yang baik, banyak dipakai untuk keperluan alat-alat masak.
− Banyak dipakai untuk kabel-kabel listrik karena konduktivitas listriknya tinggi dan relatif lebih murah jika dibandingkan dengan tembaga.
− Aluminium tuang dibuat jika dikehendaki konstruksi yang ringan dengan kekuatan yang tidak terlalu besar.
44
C. Nikel
Nikel mempunyai sifat yang keras, bentuk struktur kristalnya FCC. dan juga bersifat magnetis. Nikel cocok dibuat paduan binary dan ternary untuk memperbaiki sifat tahan korosi dan tahan panas. Bijih-bijih nikel dapat diklassifikasikan menjadi dua golongan ; − Bijih Sulfida; bijih ini mengandung:
0,5 – 5,6 % Ni 34 – 52 % Fe 2 – 22 % SiO2 4 – 6 % Al2O3 0,8 – 1,8 % Cu 21 – 28 % S 1,9 – 7 % CaO 2,25 % MgO.
− Bijih Silikat; terdiri dari . 0,9 – 1,6 % Ni 0,01 % Si. 0,1 – 1,5 % CaO 5,1 – 22 % MgO 12 – 14 % Fe 34 – 42 % SiO2 1 % Al203
− Setelah bijih mengalami proses pendahuluan yang meliputi crushing-drying, sintering, kemudian bijih diproses lanjut secara Proses Pyrometallurgy Proses Hydrometallurgy
− Proses Pyrometallurgy Reduksi yang terjadi pada proses ini hanya sebagian dari besi saja yang dapat diikat menjadi terak, dan sebagian besar masih dalam bentuk ferro-nikel alloy.
Dalam hal ini untuk memisahkan besi dari nikel pada reaksi peleburan tersebut ditambahkan beberapa bahan yang mengandung belerang (Gypsum atau Pyrite). Karena perbedaan daya ikat besi dan nikel terhadap oksigen dan belerang, sehingga proses ini didapatkan metal yaitu paduan Ni3S2 dan FeS dan sebagian besar besi dapat
45
diterakkan. 3 Fe S + 3 NiO → 3 Fe 0 + Ni3S2 + ½ S2 2Fe O + 3 SiO2 → 2 Fe O.Si O2
Metal yang dihasilkan ini masih mengandung lebih dari 60 % Fe dan selanjatnya metal yang masih dalam keadaan cair terus diprosos lagi dalam konvertor. Proses-proses konvertor diberikan bahan tambah silikon untuk menterakkan oksida besi. Terak hasil konvertor ini masih mengandung nikel yang cukup tinggi, sehingga terak ini biasanya di proses ulang pada peleburan (Resmelting). Proses selanjutnya metal di panggang untuk memisahkan belerang. 2 Ni3 S2 + 1102 → 6 NiO + 4SO4 Nikel oxide yang didapat dari pemanggangan selanjutnya di reduksi dengan bahan tambah arang (charcoal), sehingga didapat logam nikel.
Pada proses ini concentrat di leaching dengan larutan ammonia didalam autoclave dengan tekanan kurang lebih 7 atm (gauge) Tembaga, nikel dan cobalt terlarut kedalam larutan ammonia, reaksi yang terjadi
NiS + 202 + 2NH3 Ni (N H3)2 SO4
Pada gambar 2.8 ditunjukkan diagram proses pemurnian bijih nikel dengan metoda pyrometallurgy.
46
Gambar 2.8. Proses pemurnian biji nikel
Oksidasi sufida menimbulkan energi yang cukup banyak, oleh karena itu autoclave harus didinginkan untuk menjaga agar temperatur tetap bertahan antara 77 - 800C Belerang yang ada didalam concentrat
dioksidasi menjadi −232OS , −2
63OS , −24SO sementara itu besi dipisahkan
sebagai ferri hidro oxida dan sulfat basa. Larutan tersebut dididihkan untuk memisahkan tembaga, reaksi yang terjadi
Cu2+ + 2 S2−2
3O = Cu S + SO −24O + S + S O2
Bahan tambahan
Bijih
Proses pendahuluan (rushing, drying, sintering)
Peleburan
Matte Terak Dibuang
Konvertor
Terak Matte Bessemer
Penggilingan (crushing & grinding)
Panggang
Oksida Nikel Gas & debu
Arang
Kerak
Reduksi
Nikel
Pemisahan
Gas Debu
Stock
47
Selanjutnya larutan berisi nikel dan cobalt ini diproses dalam autoclave dengan hidrogen pada tekanan 15 atm (abs) dan temperatur 175 - 2250C
Ni(NH3)2 SO4 + H2 = Ni + (NH4)2 SO4
Sifat-Sifat Nikel Rapat massa : 8,9 gr/cm3 Titik lebur : 4 14580 C Kekuatan tarik : di annealing 400 – 500 N/mm2
di roll 700 - 800 N/mm2 Sifat-sifat : kuat, liat, tahan korasi, digunakan secara luas
sebagai unsur paduan. Penggunaan : - digunakan untuk pelapisan logam - digunakan sebagai unsur paduan untuk
meningkatkan kekuatan dan sifat-sifat mekanik baja.
D. Magnesium
Magnesium tergolong logam ringan, dan tahan terhadap karat berkat lapisan oksida magnesium. Magnesium alloy dapat di tuang pada cetakan pasir dan juga dapat dilas dan di mesin. Biji magnesium yang banyak kita kenal adalah Magnesit/ Magnesium karbonat) MgCO3, Dolomite CaCO3, MgCO3, carolite MgCl2KCl6 H2O. Proses pemurnian magnesium dapat dilakukan dengan metode thermal atau Electrolitic.
1. Thermal proses adalah didasarkan pada reduksi magnesium oksida dengan karbon, silikon atau unsur lain pada temperatur dan vakum yang tinggi. Thermal proses ini terdiri dari : − Reduksi pendahuluan bijih. − Reduksi penguapan dan pengembunan uap magnesium − Peleburan kristal (condensat crystal) menjadi magnesium
kasar.
48
Gambar 2.9. Magnesium Electrolytic cell
a. anode b. cathode c. dinding pemisah (hood)
2. Proses Elektrolisis
Proses ini terdiri dari beberapa tingkat, yang prinsipnya adalah pengerjaan pendahuluan dari garam magnesium anhidrous murni, elektrolisa campuran dan refining. Masing-masing proses ini dibedakan menurut bijih yang digunakan (dapat juga carnalite, magnesium, chlorida, dsb), dan cara pengerjaan pendahuluannya (magnesite chlrorination, dihidration of magnesium chloride, etc). Elektrolit larutan garam magnesium dalam teknik tidak digunakan lagi karena magnesium lebih elektro magnetik dibanding dengan ion hidrogen pada katoda dan tidak ada cara untuk memperbaiki teknik tersebut .
Sifat-sifat magnesium : Rapat massa : 1,74 gram/cm3 Titik iebur : 657°c Sifat-sifat : - lunak dan kekuatan tariknya rendah. - tahan korosi.
49
Penggunaan : Magnesium umumnya dipadu dengan unsur-unsur lain untuk memperoleh bahan-bahan struktural terutama digunakan untuk roda pesawat terbang, panel-panel pesawat. Penggunaan lain adalah untuk "Pyrotechnic", "Explossive technics” dan "Flash lights"
E. Seng
Seng tergolong logam rapuh, tetapi pada temperatur 100°-150°C mempunyai sifat-sifat mudah diroll dan ditarik menjadi kawat. Logam ini mempunyai susunan kristal hcp. Dari produksi seng 45% digunakan untuk galvanisasi (pelapisan agar tahan terhadap karat). Seng ini juga sangat cocok digunakan untuk paduan brass, bronze dsb.
Bijih seng terdapat dalam bentuk berbagai mineral antara lain hemomorphite Zn2SiO4H2O, Smith Souite ZnCO3 dsb. Proses pemurnian seng dapat dilakukan dengan metode destilasi (Pyrometallurgy), metode Elektrolisa (Hydrometalurgy). Sebelum proses destilasi, konsentrate terlebih dahulu dipanggang, sementara untuk proses Elektrolisa konsentrat didahului dengan proses leaching. − Pemanggangan : bertujuan untuk memisahkan seng dari
belerang, prinsipnya : 2 ZnS + 5 O2 → 2ZnO + 2 SO4 tinggi temperatur pemanggangan tergantung pada jenis bijih dan besar butirannya.
− Leaching : bertujuan untuk mengubah seng oksida menjadi larutan seng sulfat (ZnSO4) ZnO + H2SO4 → ZnSO4 + H2O
− Dalam proses destilasi ini konsentrat dan batu bara dibakar dalam dapur sehingga temperatur mencapai 14000C. Pada dapur ini seng di reduksi menjadi uap, reaksinya adalah ZnO + CO = Znuap
+ CO2 Uap seng ini kemudian diembunkan dalam kondensor
50
Gambar 2.10. Diagram proses destilasi mendatar
− Pada proses hydrometallurgy konsentrat yang telah di panggang
di leaching dengan asam belerang. Seng sulfat yang didapat dari leaching tersebut dipisahkan dan kemudian di elektrolisa. Pada proses elektrolisa ini logam seng mengendap pada katode dan oksigen dilepaskan pada katode. Larutan yang tertinggal adalah larutan asam belerang dan dapat digunakan untuk proses elektrolisa ulang. Reaksi pada elektrolisa ini dapat dituliskan sehagai berikut:
pada katode : Zn2+ + SO −24 + 2e = Zn + SO −2
4
pada anode : H2O + 2e = 2H++ '02
Gambar 2.11 Diagram pemurnian logam Seng
Kosentrat seng
Produksi H2SO4
Gas & debu Kosentrat
Debu Gas Leaching
Residu Larutan
Elektrolisa
Seng Elektrolis
Pemnggang
Destilasi
Terak Seng Debu
51
Sifat-sifat Seng Rapat massa : - 7,1 gram/cm2 Titik lebur : - 4200 C Kekuatan tarik : - dituang 30 N/mm2 dipress/ditekan 140 N/mm2 Sifat-sifat : - lunak, ulet dan kekuatan tariknya randah tahan
terhadap korasi Penggunaan : - banyak digunakan untuk melapisi pelat baja untuk
mendapatkan "galvanised iron" - dasar dari paduan penuangan cetak - sebagai unsur paduan pembuatan kuningan.
F. Timbal
Timbal berwarna abu-abu ke biru-biruan, logam ini sangat lunak/lembek dan mampu tempa. Logam timbal mempunyai struktur kristal f c c , dan mempunyai sifat konduksi panas/listrik yang baik, kekerasannya 1/10 logam tembaga. Timbal diproduksi dari bijih timbal atau hasil sampingan dari bijih logam lain.
Bijih timbal didapatkan dalam bentuk berbagai mineral antara lain Galena PbS, Cerusoite PbCO3 dan Anglisite PbSO4. Kadang-kadang bijih timah hitam lebih banyak mengandung seng dari pada timbal, sehingga disebut bijih seng timbal. Proses pemurnian bijih timbal dapat dilakukan menjadi 3 macam : 1. Reduksi bijih timbal dengan besi sulfit (FeSO3)
Metode ini merupakan dasar peleburan (smelting proses) disini dihasilkan timbal dan metal sulfida untuk mendapatkan timbal murni dapat dilakukan dengan metode yang lain. Metode ini jarang digunakan karena cukup mahal dan cukup rumit.
2. Reduksi antara timbal sulfida (PbS) dan timbal sulfate/oxide (PbO) Reduksi udara atau reaksi pemanggangan menghasilkan bentuk timbal dan oksida belerang. Sistim ini merupakan dasar peleburan (ore-hearth-smelting) yang digunakan sejak jaman dahulu.
3. Reduksi oksida timbal dengan karbon atau Carbon mono oxide Dalam proses ini meliputi pengerjaan pendahuluan oksida timbal, timbal silikat atau senyawa oksida lainnya dengan Cara pemanggangan dan sintering.
52
Untuk metode 1 dan 2 diatas peleburannya dilaksanakan pada dapur ore hearth dan dapur tinggi (blast furnace). Sebelum konsentrat dilebur pada are heart furnace, kosentrat tersebut harus dipanggang lebih dahulu pada "Blast roasting". Dalam pemanggangan ini sulfida terbakar dan membentuk sulfida dioxida : 2PbS + 3O2 → 2PbO + 2SO2 + 199,6 kcal, Proses pada ore-heart-smelting proses berlangsung pada temperatur 700 - 8000C dan reaksi yang terjadi : 2PbO + 2SO2 + O2 = 2PbSO4 + 183 kcal Oksidasi yang terjadi dimulai dari permukaan partikel-partikel dan secara perlahan-lahan masuk kedalam. Interaksi yang terjadi antara oxida bagian dalam partikel dan sulfat pada bagian permukaan menghasilkan timbal PbS + PbSO4 = 2Pb + 2SO2 - 100,2 kcal. 2PbO + PbS = 3Pb + SO2 - 56,1 kcal. Dalam prakteknya timbal yang didapat masih mengandung unsur lain 1 : 8% (Au, Ag, Cu, Zn, As, Sb, Bi, Fe). Timah hitam ini perlu di refining yang pelaksanaannya dengan metode pyrometalurgy.
Gambar 2.12. Diagram pemurnian timah hitam
Konnsentrat timah hitam
Bahan tambah
Batu bara Blast roasting
Sinter Gas, debu
Peleburan Pemisahan
Terak Timah Hitam Gas Debu
Refining
Timah Hitam Cu, As, Sb, Sn, Ag, Au, Zn Buang
53
Sifat-sifat Timbal : Rapat massa Relatif : 11, 36 gr/cm'' Titik lebur : 328° C Kekuatan tarik : 15 - 20 N/mm2 Sifat-sifat : - lunak, ulet dan kekuatan tariknya sangat
rendah. - tahan sekali terhadap korosi. Jenis penggunaan : - pelindung kabel listrik - kisi-kisi pelat aki - pelapis pada industri-industri kimia. - dasar dari paduan solder - ditambahkan pada logam lain menjadi kannya
"free cutting". Leaching : pada leaching ini digunakan larutan asam Hidro chlorida (HCl). Hal ini dimaksudkan untuk memisahkan unsur-unsur Fe, Pb, As pada temperatur ± 130°C. Pemisahan : secara magnetis, setelah di leaching bijih perlu dipisahkan dari unsur-unsur yang magnetis (magnetive) setengah magnetis (Tangstate) dan didapatkan unsur non magnetic (cassiteric). Setelah proses pendahuluan dilanjutkan dengan peleburan (Reduction smelting). Pemurnian konsentrat ini menggunakan metode pyrometallurgy Metode hidrometallurgy tidak dapat digunakan karena cessiteric tidak dapat larut pada larutan asam dan alkalis. Proses ini dapat dilakukan pada dapur Reverberatory atau dapur listrik. Hasil dari smelting didapatkan timah kasar (pig tin). Sebelum dipasarkan timah kasar ini harus diproses lagi pada refining untuk mencapai standard tertentu.
Sifat-sifat timah : Rapat massa relatif : 7,3 gr/cm3 Titik lebur : 2320 C Kekuatan tarik : 40 : 50 N/mm2 Sifat-sifat : tahan korosi Penggunaan : - untuk melapisi pelat baja lunak - digunakan untuk sifat solder - dipadu dengan logam lainnya.
54
Gambar 2.14. Diagram pemurnian timah
Bijih timah
Konsentrasi
Penghantar Konsentrat Buang
Pemisahan Fe, As, Sb, S, Bi
Konsentrat Unsur lain
Peleburan
Terak Timah Kasar
Peleburan ulang
Terak Timah Kasar
Refining
Timah Terak
55
2.5.3. Paduan Logam (Metal Alioys )
A. Baja Paduan
Baja dikatakan dipadu jika kompesisi unsur-unsur paduannya secara khusus, bukan Baja karbon biasa yang terdiri dari unsur silisium dan mangan. Baja paduan semakin banyak digunakan. Unsur yang paling banyak digunakan untuk baja paduan, yaitu: Cr, Mn, Si, Ni, W, Mo, Ti, Al, Cu, Nb dan Zr. Baja paduan dapat diklasifikasikan sesuai dengan komposisi − struktur dan − panggunaan 1. Komposisi :
Berdasarkan komposisi baja paduan dibagi lagi menjadi : − Baja tiga komponen : terdiri satu unsur pendu dalam
penambahan Fe dan C. − Baja empat komponen : terdiri dua unsur pemadu dst. Sebagai contoh baja paduan kelas tinggi terdiri: 0,35% C, 1% Cr, 3% Ni dan 1% MO.
2. Struktur. Baja paduan diklasifikasikan: berdasarkan : 1) Baja pearlit 2) Baja martensit 3) Baja austenit 4) Baja ferric 5) Karbid atau ledeburit. Baja pearlit (sorbit dan troostit), didapat, jika unsur-unsur paduan relatif kecil maximum 5% Baja ini mampu dimesin, sifat mekaniknya maningkat oleh heat treatment (hardening & tempering) Baja martenst, unsur pemadunya lebih dari 5 %, sangat keras dan sukar dimesin. Baja austenit, terdiri dari 10 - 30% unsur pemdu tertentu (Ni, Mn atau CO) Misalnya : Baja tahan karat (Stainlees steel), nonmagnetic dan baja tahan panas (heat resistant steel). Baja Ferrit, terdiri dari sejumlah besar unsur pemadu (Cr, W atau Si) tetapi karbonnya rendah. Tidak dapat dikeraskan.
56
Baja Karbid (ledeburit), terdiri sejumlah karbon dan unsur-unsur penbentuk karbid (Cr, W, Mn, Ti, Zr).
3. Penggunaan : Berdasarkan penggunaan dan sifat-sifanya, baja paduan diklasifikasikan. − Baja konstruksi (structural steel) − Baja perkakas (tool steel) − Baja dengan sifat fisik khusus. Baja Konstruksi, dibedakan lagi mejadi; tiga golongan tergantung persentase unsur pemadunya, yaitu − Baja paduan rendah (maximum 2 %) − Baja paduan menengah (2 - 5 %) − Baja paduan tinggi (lebih dari 5 %)
Sesudah di heat treatment baja jenis ini sifat-sifat mekanikya lebih baik dari pada baja karbon biasa. Baja Perkakas, dipakai untuk alat-alat potong, komposisinya tergantung bahan dan tebal benda yang dipotong/disayat, kecepatan potong, suhu kerja. − Baja perkakas paduan rendah, kekerasannya tak berubah hing-
ga pada suhu 250 °C . − Baja perkakas paduan tinggi, kekerasannya tak berubah hingga
pada suhu 600°C. Biasanya karposisinya terdiri dari 0,8% C, 18% W, 4% Cr, dan 1% V. Ada lagi terdiri 0,9% C, 9 W, 4% Cr dan 2-2,5% V. Baja dengan sifat fisik khusus, dapat dibedakan sebagai berikut : − Baja tahan karat : 0,1 - 0,45% C ; 12 - 14% Cr. − Baja tahan panas : 12 - 14% Cr tahan hingga suhu 750-800°C
15 - 17% Cr tahan hingga suhu 850 1000°C − Baja tahan pakai pada suhu tinggi.
23% - 27 % Cr, 18 -21% Ni, 2-3% Si, 13-15 % Cr, 13-15% Ni 2 % - 2,7% W, 0,25 - 0,4% MO, 0,4 - 0, 5 % C
57
Baja paduan istimewa lainnya terdiri 35-44% Ni dan 0,35% C, memiliki koefisien muai yang rendah yaitu : − Invar : memiliki koefisien muai sama dengan nol pada
suhu 0 - 100 °C. Digriakan untuk alat ukur presisi. − Platinite : memiliki koefisien muai seperti glass, sebagai
pengganti platina. − Elinvar : memiliki modulus elastisitet tak barubah pada
suhu 50°C sampai 100°C. Digunakan untuk pegas arloji dan berbagai alat ukur fisika.
Paduan patong: Paduan potong digunakan untuk alat-alat potong yang beroperasi sampai suhu 1000-1100°C. tidak dapat dimesn secara biasa. Diproduksi dangan dua cara : − casting cutting alloys atau stellites, terdiri dari sejumlah besar
cobalt dan wolfram, memiliki kekerasan (HRc= 60-65) dan mencair pada suhu tinggi. Batang-batang tuangan paduan ini dengan ketebalan 5-10mm digunakan untuk memperkeras permukaan dengan disambung pada ujung alat-alat potong untuk meningkatkan umur (lama pemakaian).
− cemented carbides, dibuat dari campuran powder (serbuk) wolfram dan titanium carbide dan cobalt yang disatukan secara proses powsere metallurgy. Kekerasannya mencapai lebih dari 85 HRc, dan tetap keras hingga suhu 1000°C.
B. Paduan Nonferro
Logam-logam nonferro dan paduannya tidak diproduksi secara besar-besaran seperti logam besi, tetapi cukup vital untuk kebutuhan industri karena memiliki sifat sifat yang tidak ditemukan pada logam besi dan baja. Sifat-sifat paduan logam nonferro adalah : − mampu dibentuk dengan baik. − massa jenisnya rendah. − penghantar panas dan listrik yang baik. − mempunyai warna yang menarik.
58
− tahan karat. − kekuatan dan kekakuannya umumnya lebih rendah dari pada
logam ferro − sukar dilas. 1. Paduan aluminium (aluminium alloy)
Paduan aluminium banyak dipakai dalam industri yang dapat dibagi dalam dua golongan utama : a) Wrought alloy: dibuat dengan jalan rooling, (paduan tempa)
forming, drawing, forging dan press working. b) Casting alloy: dibuat berdasarkan pengecoran (paduan tuang) Paduan aluminium tempa mempunyai kekuatan mekanik yang tinggi mendekati baja. Paduan ini dibedakan lagi berdasarkan : a. dapat di heat treatment b. tak dapat di heat treatment. Paduan aluminum yang tak dapat di heat treatment yaitu Al - Mn (1,3% Mn) dan Al – Mg Mn (2,5% Mg dan 0,3% Mn), memiliki kekuatan mekanik yang tinggi, ductil, tahan korosi dan dapat dilas. Paduan aluminium tuang merupakan paduan yang komplek dari aluminium dengan tembaga, nikel, besi, silikon dan unsur lain. Duraluminium (dural) adalah paduan Al – Cu – Mg, dimana Mg dapat ditambahkan (meningkatkan kekuatan, dan ketahanan korosi) dan begitu juga dengan penambahan Si & Fe. Komposisi ducal : 2,2-5,2% Cu, diatas 1,75 % Mg, di atas 1% Si, diatas 1% Fe, dan diatas 1% Mn. Paduan aluminium yang terdiri dari 8-14% Si disebut silumin. Paduan aluminium dengan (10 - 13% Si & 0,8% Cu) dan (8 -10% Si, 0,3% Mg & 0,5% Mn) mempunyai sifat-sifat dapat dituang dengan baik dan tahan korosi serta ductile.
2. Paduan Magnesium Sifat-sifat mekanik magnesium terutama memiliki kekuatan tarik yang sangat rendah. Oleh karena itu magnesium murni tidak dibuat dalam teknik. Paduan magnesium memiliki sifat-sifat mekanik yang lebih baik serta banyak digunakan.
59
Unsur-unsur paduan dasar magnesium adalah aluminium, seng dan mangan. Penambahan AI diatas 11%, meningkatkan kekerasan, kuat tarik dan fluidity (keenceran) Panambahan seng meningkatkan ductility (perpanjangan relatif dan castability (mampu tuang) . Penambahan 0,1 - 0,5 % meningkatkan ketahanan korosi. Penambahan sedikit cerium, zirconium dan baryllium dapat membuat struktur butir yang halus dan meningkatkan ductility dan tahan oksidasi pada peningkatan suhu. Ada dua kelomnok besar magnesium paduan
a) Wrought alloy : (0,3% Al, 1,3% - 2,5% Mn ) dan (3 - 4% Al, 0,6% Zn & 0,5% Mn).
b) casting allay : (5 - 7% Al, 2 - 3% Zn & 0,5% Mn) dan (8 % Al, 0,6 % Zn & 0,5 % Mn).
3. Paduan Tembaga Ada dua kelompok besar yaitu : − brass dan − bronze. Brass (kuningan) Paduan tembaga dan seng dinamakan brass. Penambahan sedikit timah, nikel, mangan, aluminium, dan unsur-unsur lain dalam paduan tembaga seng dapat mempartinggi kekerasan dan kekuatan serta tahan korosi (special - brass). Bronze (perunggu) . Paduan tembaga dan timah dengan penambahan sedikit aluminium, silikon, mangan, besi dan beryllium disebut bronze. Dalam prakteknya yang paling banyak digunakan adalah perunggu dengan 25 - 30% Sn. Wrought bronze, terdiri dari paling tinggi 6% Sn dan casting bronze lebih dari 6% Sn. Special bronze, yaitu paduan dengan dasar tembaga dicampur Ni, Al, Mn, Si, Fe, Be dll. Aluminium bronze, terdiri dari 4 – 11% Al, mempunyai sifat-sifat mekanik yang tinggi dan tahan korosi serta mudah dituang. Bronze dengan penambahan besi dan nikel memiliki kekuatan
60
mekanik yang tinggi, tahan panas, digunakan untuk fitting dapur dan bagian-bagian mesin yang permukaannya bersinggungan dengan metal, yaitu perunggu dengan penambahan seng. Phosphor bronze terdiri dari – 95% Cu, 5% Sn dan 0,2% P, di gunakan untuk saringan kawat, koil dan pegas pelat. Silikon bronze, memiliki sifat-sifat mekanik yang tinggi, tahan aus dan anti korosi dan mudah dituang maupun dilas. Beryllium bronze, memiliki sifat mekanik yang tinggi tahan koros, tahan aus dan ductil, daya hantar panas/listrik yang tinggi. Monel, komposisinya 31% Cu, 66% Ni, 1,35% Fe, 0,9% dan 0,12% C sifat tertarik bagus dan ductil, tahan korosi dalam air lautan Iarutan kimia.
4. Paduan tahan aus (anti friction alloy).
Bahan paduan tahan aus terutama digunakan untuk permukaan bantalan (bearing). Logam bantalan harus memenuhi syarat, koefisien gesek antara poros dan bantalan harus serendah mungkin mampu menahan panas akibat gesekan, tahan tekanan beban, dll. Beberapa logam bantalan : − babbit − bronze tahan aus − besi tuang tahan aus − non logam tahan aus. Babbit Babbit terdiri dari timah, antirron, timbal dan tembaga serta unsur lain yang memilliki sifat tahan aus. Bahan dasar babbit yang digunakan di industri adalah timbal atau logam lain sebagai pengganti timah yang mahal. Calcium babbit terdiri dari : 0,8-1,1 % Ca dan 0,75 - 1% Ni sisanya, adalah Pb. Bronze tahan aus, Digunakan untuk bantalan biasa dengan beban spesifik yang tinggi .
61
Besi tuang tahan aus. Cocok untuk bantalan biasa yang bekerja dengan tekaran spesifik tinggi, tetapi kecepatan/putaran dari poros rendah. Konposisinya : 3,2 - 3,6% C, 2,2 - 2,4% Si, 0,6 - C,9% Mn, dan memiliki struktur pearlit dengan sejumlah grafit normal (HB = 170 - 229),
5. Paduan titanium (titanium: alloy). Sebagai bahan teknik titanium banyak penggunaannya. Titanium adalah logam dengan warna putih keperak-perakan, titik lebur 1668°C dan masa jenisnya 4,505 kg/dm3 Titanium tidak murni/campuran dalam perdagangan dapat digolongkan . − unsur-unsur yang membentuk interstisi larutan padat (solid
solution ) O2 , N, C dan H2 dan lain lain. − Unsur-unsur yang membentuk substitusi larutan padat (Fe dan
unsur-unsur logam lain ). Oksigen dan nitrogen dengan persentase kecil dalam titanium alloy dapat imengurangi ductility secara drastis. Kandungan karbon dengan lebih dari 0,2% menurunkan ductility dan kekuatan pukul dan titanium alloy. Paduan titanium alloy. Paduan titanium terdiri dari vanadium, molibden, chrom, mangan, aluminium timah, besi dll. Memiliki sifat-sifat mekanik yang tinggi dengan rasa jenis yang rendah, sangat tahan korosi, banyak digunakan dalam industri pesawat terbang.
2.5.4. Logam-logam Sinter (Powder Metallurgy)
A. Pendahuluan
Powder Metallurgy adalah proses dimana sejumlah kecil komponen dihasilkan dengan pengepresan dan sinter serbuk logam dan serbuk keramik bersama-sama. Proses ini mempunyai keuntungan, ini disebabkan oleh: 1. Kebutuhan akan bahan serbuk berkwalitas tinggi yang makin
besar. 2. Mengurangi ongkos pengerjaan selanjutnya. 3. Cara praktis untuk menghasilkan komponen yang istimewa.
62
Keuntungan dari proses ini ialah : 1. Komponen dapat dibuat sampai tingkat ukuran yang teliti tanpa
finishing. 2. Proses ini mampu memproduksi komponen-komponen dengan
titik cair tinggi seperti misalnya perkakas tungsten karbid. 3. Komposisi yang dikehendaki lebih teliti dari pada pengecoran. 4. Mampu memproduksi paduan logam yang tidak dapat ber campur
dalam keadaan cair, misal tembaga-timah hitam, tembaga-tungsten.
5. Non logam seperti grafit dapat dicampurkan secara merata dalam konsentrasi tembaga.
6. Komponen dapat dibuat dengan sifat-sifat tanpa bentuk yang khusus termasuk kontrol kerapatan dan tahan pakai.
Kerugiannya; 1. Tidak ekonomis untuk produksi dalam jumlah kecil 2. Proses terbatas untuk komponen-komponen yang ukurannya
relatif kecil. 3. Proses biasanya tidak sesuai untuk komponen-komponen yang
bekerja dilingkungan yang porosif. Produksi serbuk Sebelumnya serbuk-serbuk itu digiling dengan ballmill untuk menghasilkan ukuran yang homogen. Penggilingan bulatan-bulatan dapat dilakukan jika itu diperlukan. Meskipun besi dan nikel itu bahan yang ductile, tujuan penggilingan adalah untuk membuat serbuk agak berlapis yang membuatnya baik untuk diproses. Serbuk logam lainnya dibuat dengan reduksi dari oksidanya yang terdapat dalam bijihnya. Ball milling kemudian diguna kan untuk menghasilkan serbuk dengan ukuran partikel yang dikehendaki.
Cara mencampur serbuk Bila dua serbuk yang berbeda atau lebih dicampur untuk menghasilkan paduan, pencampuran harus homogen untuk menghasilkan campuran yang sebaik-baiknya. Pada beberapa produk padu an diinginkan bahwa ukuran serbuk dibuat mirip untuk menghasilkan pencampuran yang terbaik.
63
Sebagai contoh bahan lumas parafin, lilin atau grafit biasa digunakan untuk membantu pencampuran yang homogen dan akhir nya padat selama pengepresan. Karbon tetraclorida (uap beracun) digunakan dalam pencampuran serbuk karbit & cobalt secara basah dalam memproduksi perkakas-perkakas karbid.
B. Prosesnya
Pengepresan Pengepresan adalah operasi yang paling penting. Komponen dalam bentuk tertentu diperoleh dengan pemadatan serbuk dalam cetakan (die) dengan tenaga yang cukup, mksudnya:. 1. Kerapatan yang diperlukan produk terpenuhi, 2. Terjadi deformasi plastis partikel serbuk dengan demikian luas
kontak cukup memberikan kekuatan. 3. Menghasilkan adhesi dan penempelan secara dingin. 4. Memungkinkan partikel akhirnya terikat bersama selama
penyinteran.
Gambar 2.15. Peralatan (Punch)
Pengepresan komponen-komponen tipis biasanya menggunakan penekan tunggal. Sedang untuk benda-benda tebal menggunakan penekan (punch) ganda. Untuk mengepres komponen-komponen yang bentuknya tidak teratur menggunakan multiple-punch. Pengepresan-pengepresan ini dilakukan dengan sistim mekanis atau hidrolis.
64
Sintering Untuk perkakas-perkakas karbid sebelum sintering yang sesugguhnya diperlukan sinter pendahuluan (prasinter). Maksudnya sebagai dewaxing untuk memberikan kekuatan pada cetakan (die). Suhu prasinter ± 800 0C. Sintering menambah kekuatan & kekerasan bahan ini dapat dilakukan dengan mengontrol waktu & suhu sinter. Keadaan yang dapat terjadi selama sinter adalah difusi, rekristalisasi & pertumbuhan butir. Gambar 2.1 menunjukkan perubahan bentuk partikel selama sintering.
Gambar 2.16. Perubahan bentuk kristal selama sentering
Pada (a) partikel membuat kontak titik setempat. Pada (b) luas kontak bertambah dan partikel menjadi merata oleh tarikan permukaan; difusi dimulai pada boundary butir (partikel) (c) menunjukkan ikatan mendekati lengkap. Bila kerja mekanik di lakukan pada komponen yang telah terpadatkan, misalnya membentuk ukuran maka akan terjadi distorsi (kerusakan) pada boundary butir, ini memungkinkan untuk rekristalisasi. Beberapa logam dapat mengalami rekristalisasi tanpa kerja mekanik.
65
Gambar 2.17. Diagram aliran proses sintering.
Tungsten Okksida Titanium Oksida Cobalt Oksida
Direduksi dalam Air
Direduksi dalam Air
Lamp black
Direduksi & dikarburasi
Serbuk logam Tungsten
Lamp black Serbuk titanium
Karbit Serbuk logam
cobalt
Dikarburasi
Serbuk tungsten Karbit Ball mill
Decent
Pengeringan
Penyaringan
Wax Pill press
Cold press block
Dewax & part Sinter
From & shape
Final sinter
66
Pengepresan panas & pengepresan dingin Perkembangan terakhir dalam memproduksi komponen dengan powder metallurgy adalah 1. Pengepresan panas atau tempa, dikenal sebagai sinterforging/
hot forging 2. Pengepresan ulang dingin, dikenal sebagai cold repressing. Pengepresan ulang dingin Setelah serbuk yang telah dipres dalam cetakan yang pertama padat maka komponen yang telah dingin itu dipres lagi dalam cetakan yang kedua. Hasilnya kekuatan pukul komponen bertambah, misalnya gear box dsb.
Pengepresan panas Cara ini adalah pemindahan komponen dari hot presintered compact ke cetakan lain dimana cara ini dipres dengan cepat. Gb. 2.18 dan 2.19 memperlihatkan bagaimana cara ini menaikkan kekuatan pukul dan tahan pakai yang lebih baik dibandingkan pengepresan ulang dingin.
Gambar 2.18. Kenaikan kekuatan
67
Gambar 2.19. Grafik kenaikan tahan pakai
Sizing (Coining) Sizing adalah salah satu cara finishing komponen. Ini menghilangkan distorsi bentuk yang kecil dan menjaga komponen dalam toleransi yang dikehendaki. Bantalan bronze yang poreus adalah contoh komponen yang disizing sebagai pengerjaan akhir.
Hasil 1. Perkakas pahat karbid. Ini biasanya digunakan dalam mesinan
logam, pengeboran karang, ektrusi dan sebagainya 2. Cementid oksida dan cementid carbid oksida, produk ini biasa
digunakan untuk pemesinan logam seperti halnya pahat karbid. Pahat dari bahan ini untuk pemesinan dengan kecepatan sangat tinggi dimana pahat karbid tidak mampu bekerja pada kondisi tersebut.
3. Komponen-komponen mobil dan komponen mesin ringan. Bebe-
rapa komponen seperti gear-box, suku cadang pompa, roda gigi, cam dan komponen-komponen kecil mesin tik, mesin telex, mesin hitung dan komputer dibuat dari logam serbuk. Bahan komponen ini dari paduan-paduan seperti besi- tembaga, besi-tembaga-karbon, besi-nikel-karbon, besi-nikel-molibden (4%Ni3O,5%oMo) dan besi-nikel-mangan. Kekuatan bahan yang maksimum dicapai dengan paduan besi-nikel-molibden, sedang ketahanan pakai yang terbaik paduan besi-nikel-manggan.
68
4. Kontak listrik, paduan yang dipakai perak-nikel, perak-gafit, perak molibden, perak-tungsten dan terbaga-tungsten-karbid.
5. Bantalan bronze. Paduan yang digunakan tembaga-timah putih-grafit. Serbuk-serbuk paduan ini menghasilkan sifat poreus.
6. Komponen-komponen tahan friksi (metal ceramics) misalnya clutch-facing, brake-lining yang biasa digunakan untuk pemakaian mekanik yang keras dan panas. Pemakaian yang lain misalnya punch presses, rem traktor dan pesawat terbang, pahat mesin bubut turret dan sebagainya. Paduan-paduan yang dipakai serbuk Cu, Pb, Fe, Sn, grafit dan serbuk silika dalam bermacam-macam komposisi.
7. Magnit permanen. Magnit yang dibuat dengan powder-metallurgi lebih kuat dari pada dibuat dengan pengecoran. Bahan untuk komponen ini paduan, Al-Ni-Fe danAl-Nt-Co-Fe. Komponen yang lain seperti sikat pembagi arus untuk armature motor dan generator DC, pengeras suara, radio transformen, koil induksi sendiri berturut-turut dibuat dari paduan serbuk Ni-Fe Ba-Fe, Zn-Fe dan Fe.
2.5.5. Pelapisan Logam
A. Korosi
Korosi diartikan sebagai peristiwa pengkaratan, apabila kita menyebutkan kata karat maka hampir semua orang akan tahu dan pernah meiihat apa yang dimaksud dengan karat tersebut. Pengkaratan dikenal sebagai suatu peristiwa kerusakan permukaan pada barang-barang yang terbuat dari logam yang berlangsung dengan sendirinya akibat adanya interaksi/kontak antara barang tersebut dengan lingkungan dimana barang tersebut berada. Peristiwa ini sangat tidak dikehendaki karena dapat merusak baik fungsi maupun penampilan/nampak rupa dari barang-barang yang mengalami peristiwa ini.
Pengertian yang lebih luas korosi bukan hanya menyangkut masalah karat saja, akan tetapi diartikan sebagai peristiwa rusaknya bahan-bahan/konstruksi logam akibat pengaruh lingkungan. Sering terjadi pada kondisi lingkungan tertentu konstruksi logam mengalami
69
kerusakan yang sangat parah meskipun karat sedikitpun tidak terbentuk.
Gb. 2.20. Korosi pada logam
Peristiwa ini dapat terjadi pada semua konstruksi logam atau konstruksi yang menggunakan logam, baik itu berupa gedung, jembatan, tiang pancang, peralatan pabrik, sistem perpipaan, mesin-mesin, komponen berbagai macam kendaraan bermotor, kapal laut, pesawat terbang, perlengkapan rumah tangga dan lain sebagainya.
Adapun produk korosi dapat terjadi dalam berbagai bentuk mulai dari bentuk yang sederhana, terlihat oleh metal telanjang (se-perti terbentuknya karat pada permukaan, sampai kepada bentuk-bentuk yang rumit yang hanya dapat dideteksi oleh peralatan yang sangat sensitif.
Meskipun proses korosi adalah proses alamiah yang berlangsung dengan sendirinya dan karena tidak bisa dicegah secara mutlak, akan tetapi tindakan pencegahan dan penanggulangannya tetap diperlukan.
70
Gb. 2.21. Korosi logam pada bagian yang tidak diproteksi
Pada dasarnya prinsip pencegahan dan penanggulangan korosi sangat sederhana. Kita dapat memilih salah satu atau kombinasi dari metode-metode yang ada seperti metode perlindungan katodik, inhibisi, pelapisan dengan logam dan pelapisan dengan cat. Pemilihan metode mana yang akan dipakai tentu saja bergantung pada beberapa faktor yang harus dipertimbangkan.
1. Teori dasar korosi
Ditinjau dari segi termodinamika, proses korosi adalah proses yang sangat bersifat alamiah. Pada dasarnya semua logam tidak stabil. Logam murni cenderung bereaksi dengan lingkungan dimana ia berada dan membentuk senyawa oksida atau karbonat yang lebih stabil. Pada reaksi diatas terjadi perpindahan elektron dan reaksi semacam ini disebut reaksi elektrokimia.
Kecenderungan logam untuk melepaskan elektron berbeda-beda, semakin besar kecenderungan tersebut semakin reaktif logam yang bersangkutan. Sebagai contoh perbedaan reaktivitas logam terlihat pada tabel dibawah ini :
Asam Na Zn Cu Pt
H2O bereaksi tidak tidak tidak
HC1 encer bereaksi bereaksi tidak tidak HNO3 pekat bereaksi bereaksi bereaksi tidak
Na ternyata sangat reaktif, sedangkan Pt sebaliknya.
Reaksi dimana Na melepaskan elektronnya adalah reaksi korosi
71
dan karenanya Na adalah logam yang sangat mudah terkorosi. Sebaliknya Pt digolongkan sebagai logam mulia karena reaktivitasnya yang sangat rendah.
2. Mekanisme korosi
Mekanisme proses korosi logam pada dasarnya merupakan proses elektrokimia. Untuk memahami mekanisme proses korosi baiklah kita perhatikan reaksi antara logam seng (Zn) dengan asam khlorida (HCl). Jika Zn dicelupkan ke dalam larutan HC1, akan terjadi reaksi pembentukan gas hidrogen dan reaksi pelarutan Zn membentuk larutan seng khlorida (ZnC12). Reaksi diatas dapat dinyatakan dengan persamaan reaksi berikut ini Zn + 2 HC1 — ZnC12 + H2 ...................................................... (1) Ion klorida tidak ikut serta dalam reaksi, maka reaksi (1) dapat disederhanakan sebagai berikut Zn + 2 H+ — ZN2+ + H2 ............................................................ (2)
Seng bereaksi dengan ion hidrogen dari larutan asam membentuk ion seng dan gas hidrogen. Dari persamaan reaksi (2) kita dapat melihat bahwa terjadi dua jenis reaksi yang berlangsung bersamaan, yaitu reaksi oksidasi Zn dan reaksi reduksi ion hidrogen. Reaksi oksidasi dan reduksi ini dapat dinyatakan dalam persamaan reaksi berikut : Zn — Zn++ + 2 e (oksidasi) ...................................................... (3) 2H+ + 2 e — H2 (reduksi) ......................................................... (4) Reaksi (3) adalah reaksi oksidasi dari logam seng yang merupakan proses terkorosinya logam seng, dan terjadi didaerah yang bersifat anodik atau anoda, oleh karena itu biasa disebut re-aksi anodik. Reaksi (4) yang berlangsung serempak dengan reaksi (3) adalah reaksi reduksi yang terjadi di daerah bersifat katodik atau katoda, oleh karena itu biasa disebut sebagai reaksi katodik. Dari uraian diatas dapat dilihat bahwa proses korosi dapat terjadi apabila sekurang-kurangnya terdapat sepasang reaksi oksidasi dan reduksi, yang berlangsung secara serempak dengan kecepatan reaksi, yang sama.
72
3. Reaksi anodik dan katodik Reaksi anodik dalam setiap reaksi korosi merupakan reaksi oksidasi suatu logam menjadi ionnya yang ditandai dengan kenaikan valensi atau pelepasan elektron.
Secara umum reaksi anodik dapat dituliskan sebagai berikut : M — Mn+ + n e ....................................................................... (5) n = jumlah elektron yang dihasilkan dan nilainya sama dengan
valensi ion logam yang terkorosi.
Gb. 2.22. Korosi logam karena zat asam
Reaksi katodik dalam setiap reaksi korosi merupakan reaksi re duksi yang ditandai dengan penurunan valensi atau penyerapan elektron. Ada beberapa reaksi katodik yang berbeda yang sering dijumpai dalam korosi logam, yaitu : - Lingkungan asam :
a. Tanpa oksigen 2 H+ + 2 e — H2 ........................................................ (5)
b. Dengan oksigen 4 H+ + O2 + 4 e — 2 H2O ...................................... (6)
- Lingkungan basa atau netral : 2 H2O + O2 + 4 e — 4 OH- ......................................... (7)
- Reduksi ion logam : Mn+ + n e — M ........................................................ (8) Mn+ + e —— M(N-1)+ .................................................... (9)
73
Dari sekian banyak reaksi katodik yang paling umum dijumpai pada proses korosi adalah reaksi (5); (6) dan (7). Dari sini dapat disimpulkan bahwa peranan air dan oksigen sangat dominan dalam proses korosi.
4. Terbentuknya anoda dan katoda Daerah anoda dan katoda pada prinsipnya dapat terbentuk bila pada permukaan logam atau paduan terdapat perbedaan po-tensial atau energi bebas dari titik yang satu terhadap yang lain disekitarnya. Perbedaan potensial ini dapat dihasilkan misalnya oleh dua jenis logam yang berhubungan secara listrik, perbedaan rasa, perbedaan suhu, perbedaan tegangan, perbedaan besar butiran, daerah pinggir dan tengah butiran dan juga pengaruh konsentrasi dari lingkungan. Kondisi-kondisi yang dapat membentuk daerah anoda dan katoda dapat dilihat dalam tabel berikut ini :
Tabel 2.1. Terbentuknya Anoda dan Katoda
KONDISI ANODA KATODA
Logam berbeda*) Fe & Cu Zn & Fe
Fasa berbeda : α & Fe3C
Fe Zn
α
CuFe
Fe3C
S u h u Tegangan Butiran
panas tegang halus
pinggir
dingin kasar
tengah
Konsentrasi oksigen Kotoran
Rendah Tengah
Tinggi Pinggir
*) Sesuai dengan "Galvanic Series" dalam "Electrochemical Series"
74
5. Jenis-jenis Korosi Serangan korosi pada logam-logam oleh lingkungannya dapat menghasilkan berbagai bentuk kerusakan. Jenis kerusakan yang terjadi tidak hanya tergantung pada jenis logam, keadaan fisik logam dan keadaan penggunaan-penggunaannya, tetapi juga tergantung pada lingkungannya. Ditinjau dari bentuk produk atau prosesnya, korosi dapat dibedakan dalam beberapa jenis, di antaranya :
a. Korosi merata : Serangan korosi yang merata diseluruh permukaan logam. Korosi merata umumnya terjadi pada permukaan - permukaan logam yang memiliki komposisi kimia sejenis atau memiliki mikro struktur sejenis.
Korosi merata merupakan bentuk kerusakan yang paling umum dijumpai.
b. Korosi lubang (pitting) : Serangan korosi yang membentuk lubang. Korosi lubang biasanya merupakan hasil dari aksi sel korosi autokatalitik setempat. Dengan demikian kondisi kondisi korosi yang dihasilkan di dalam lubang cenderung mempercepat proses korosi.
Korosi lubang sangat membahayakan karena biasanya hanya berbentuk lubang kecil bahkan kadang-kadang dari luar tertutup dan hanya merupakan permukaan yang kasar.
c. Korosi celah (crevice corrosion) : Serangan korosi pada celah-celah yang umumnya terjadi karena adanya jebakan air atau elektrolit diantara celah, sambungan dan sebagainya. Korosi celah ini juga dapat autokatalitik karena hidrolisa ion - ion logam yang terjadi di dalam celah dan juga penimbunan muatan positif larutan di dalam celah.
d. Korosi galbani (galvanic corrosion) : Serangan korosi yang terjadi apabila dua logam yang berbeda dihubungkan satu dengan yang lain. Logam yang kurang mulia akan bertindak sebagai anoda dan yang lebih mulia sebagai katoda. Kecenderungan terkorosi tergantung pada jenis logam yang berkontak dan luas permukaan daerah katoda dan anodanya.
75
e. Korosi selektif : Serangan korosi yang bersifat selektif. Paduan yang terdiri dari unsur-unsur yang memiliki aktifitas elektrokimia jauh berbeda akan mudah terpengarah oleh korosi selektif.
f. Korosi antar kristal (intergranular corrosion) : Serangan korosi yang terjadi pada batas kristal (butir) dari suatu logam/paduan karena paduan yang kurang sempurna (ada kotoran yang masuk) atau adanya gas hidrogen atau oksigen yang masuk pada batas kristal/butir.
g. Korosi lelah : kegagalan logam oleh aksi gabungan beban dinamik dan lingkungan korosif.
h. Korosi tegang : Peretakan logam karena aksi gabungan beban statik dan lingkungan korosif.
i. Korosi erosi : Kerusakan logam karena gabungan aksi lingkungan korosif dan erosi permukaan logam oleh pergerakan lingkungan fluida yang korosif.
6. Pengendalian Korosi
Prinsip dasar pengendalian korosi sebenarnya sangat sederhana. Faktor-faktor yang mempengaruhi korosi dapat dibagi dalam dua kategori, yaitu faktor logam (faktor dalam) dan faktor lingkungan (faktor luar). Jumlah paduan logam maupun variasi lingkungan sangat banyak, sehingga dapat diperkirakan bahwa persoalan korosi tampaknya sangat kompleks. Tetapi dasar-dasar pengendaliannya dapat kita bagi kedalam 4 metode seperti berikut ini : a) Membuat logam tahan korosi b) Membuat lingkungan menjadi tidak korosif c) Membalikkan arah arus korois d) Memisahkan logam dari lingkungan.
a. Membuat logam tahan korosi Membuat logam menjadi tahan korosi, dimaksudkan untuk memperoleh ketahanan korosi dari logam dalam lingkungan tertentu. Cara penanggulangan seperti ini akan melibatkan ahli-ahli metallurgi. Ketahanan korosi dari logam dapat
76
diperoleh karena pada permukaan logam dapat dihindarkan adanya daerah-daerah anodik dan katodik, atau menjadikan permukaan logam tertutup oleh lapisan yang protektif, seperti baja tahan karat, baja tahan cuaca dan sebagainya. Cara ini tentu akan mengakibatkan harga logam yang sangat tinggi.
b. Membuat lingkungan menjadi tidak korosif Membuat lingkungan menjadi tidak korosif pada umumnya di lakukan dengan menggunakan zat-zat kimia yang ditambahkan ke dalam lingkungan elektrolit. Cara ini cocok untuk lingkungan-lingkungan yang terbatas dan terkontrol. Zat-zat yang ditambahkan dapat mempengaruhi reaksi-reaksi di anoda, katoda atau keduanya, sehingga proses korosi diperlambat. Zat yang ditambahkan disebut inhibitor.
c. Membalikkan arah korosi Membalikkan arah arus korosi, sehingga proses korosi logam dikurangi atau bahkan ditiadakan sama sekali. Cara ini bi asa kita kenal dengan istilah "proteksi katodik", dimana proses korosi dicegah dengan jalan memperlakukan logam yang di-lindungi sebagai katoda.
d. Memisahkan logam dari lingkungan Memisahkan logam dari lingkungan adalah cara yang sangat populer dan banyak dilakukan. Cara ini meliputi pelapisan de-ngan lapis lindung organik atau inorganik (logam dan bukan logam). Teknik pelindungan dapat dengan pengecatan, semprot, lapis listrik, celup dan sebagainya. Untuk proses lapis listrik (electroplating) logam yang umum digunakan untuk melapis antara lain kadmium, khrom, tembaga, emas, timah putih, timah hitam, nikel, perak dan seng. Sedangkan dalam bentuk paduannya antara lain : kuningan, perunggu, nikel- besi dan lain-lain.
Gb. 2.23. Perhiasan yang dilapisi emas
77
Dilihat dari fungsi proteksinya jenis-jensi logam pelindung tersebut dapat kita kelompokkan dalam dua golongan. Go-longan yang pertama adalah bersifat "sacrificial" yaitu logam logam yang lebih anodis dari logam yang dilindungi, sehingga logam pelindung tersebut akan habis lebih dahulu dari pada logam yang dilindungi. Golongan kedua adalah logam-logam yang betul-betul "melindung" dalam arti bersifat mengisolasi permukaan bahan dasar terpisah dari lingkungan, dan yang bersifat katodis. Sebagai contoh untuk perlindungan baja, logam yang termasuk dalam golongan pertama adalah : seng, aluminium, kadmium dan sebagainya; dan yang termasuk golongan kedua adalah nikel, khrom, perak, dan sebagainya.
Gb. 2.24. Pelapisan perak
B. Pelapisan Logam
Setiap tahun, korosi yang terjadi diberbagai lingkungan menyebabkan kerusakan yang memakan biaya cukup besar. Untuk menanggulangi bahaya korosi, yang berarti juga memperkecil kerugian, perlu dicari cara-cara untuk melindungi logam yang mudah terkorosi.
Salah satu cara perlindungan yang patut diketengahkan adalah memberikan suatu lapisan logam tertentu sebagai lapis pelindung. Ada bermacam-macam cara untuk memberikan logam pelapis pada logam yang akan dilindungi. Salah satu diantaranya adalah proses lapis listrik (electroplating).
78
Gambar 2.25. Proses lapis emas dengan cara listrik
Lapis listrik menawarkan jasanya untuk memberikan suatu perlindungan dengan menggunakan logam-logam tertentu sebagai lapis pelindung, misalnya : nikel, khrom, seng, timah dan lain-lain.
Banyak orang yang tidak terjun langsung dalam industri lapis listrik mengira bahwa lapis listrik hanya untuk menbuat benda-benda tampak lebih menarik. Pada kenyataannya peranan lapis listrik jauh lebih luas lagi. Peranan utamanya adalah melindungi logam yang dilapisi dari bahaya korosi. Disamping itu peranan penting lainnya ialah dapat menambah daya tahan terhadap gesekan, memperbaiki sifat konduktivitas, memudahkan penyolderan, menambah kekerasan dan lain-lain. Sehingga memungkinkan para perancang dan ahli teknik untuk mendapatkan kombinasi sifat-sifat dari permukaan benda yang dilapisi dan logam pelapisnya.
1. Konsep Dasar
Lapis listrik adalah suatu proses pengendapan/deposisi suatu logam pelindung yang dikehendaki diatas logam lain dengan cara elektrolisa. Biasanya elektrolisa dilakukan dalam suatu bejana yang disebut sel elektrolisa yang berisi cairan elektrolit/rendaman (bath). Pada rendaman ini tercelup paling tidak dua elektroda. Masing-masing elektroda dihubungkan dengan arus listrik, terbagi menjadi kutub positif (+) dan negatif (-) dikenal sebagai anoda (+) dan katoda (-).
79
Gambar 2.26. Rangkaian alat pelapisan nikel
Selama proses lapis listrik berlangsung terjadi reaksi kimia pada daerah elektroda/elektrolit; baik reaksi reduksi maupun oksidasi. Karena pada proses lapis listrik reaksi diharapkan berjalan terus menerus menuju arah tertentu secara tetap, maka hal yang paling penting dalam proses ini adalah mengoperasikan proses ini dengan menggunakan arus searah.
Dari uraian terdahulu dapat dikatakan bahwa ada 4 bagian yang utama (penting) dari suatu sistem lapis listrik. Keempat bagian yang harus ada didalam suatu unit lapis listrik adalah :
− Larutan elektrolit (rendaman) − Anoda − Katoda (benda kerja) − Sirkuit luar
2. Rendaman/Larutan Elektrolit Setiap larutan elektrolit yang dijadakan rendaman tempat proses lapis listrik berlangsung harus mengandung bahan-bahan terlarut yang sekurang-kurangnya memiliki satu dari fungsi berikut ini: a. Menyediakan sumber logam yang akan diendapkan b. Membentuk kompleks dengan ion logam yang akan
diendapkan c. Konduktif
elektrolit
Katoda (-) Besi St 37
DC
(+)
Anoda (+) Nikel
80
d. Dapat menstabilkan larutan dari hidrolisa e. Bertindak sebagai buffer — pengatur pH f. Memodifikasi atau mengatur bentuk fisik dari endapan g. Membantu pelarutan anoda. Adapun rendaman yang digunakan dalam proses lapis listrik da-pat bersifat asam maupun basa.
a. Rendaman Asam Dengan Garam Sederhana Biasanya rendaman selalu rengandung garam dari logam yang akan diendapkan/dilapiskan. Sebaiknya dipilih garam-garam yang mudah larut namun anion dari garam tersebut tidak mudah tereduksi. Walaupun anion tidak ikut secara langsung dalam proses terjadinya pelapisan, tetapi jika menempel pada permukaan katoda akan merupakan gangguan bagi struktur endapan. Aktivitas dari ion logam ditentukan oleh konsentrasi dari garam logamnya, derajat disosiasi dan konsentrasi komponen lain yang ada di dalam rendaman. Jika konsentrasi logamnya tidak mencukupi untuk diendapkan, akan terbentuk endapan yang terbakar pada rapat arus yang relative rendah.
Gambar 2.27. Larutan pelapis emas
Adanya ion khlorida di dalam rendaman yang bersifat asam mempunyai dua (2) fungsi utama, pertama akan memudahkan terkorosinya anoda atau mencegah pasivasi anoda dan yang kedua akan menaikkan koefisien difusi dari ion logamnya berarti menaikkan batas rapat arus (limiting current density).
b. Rendaman yang Mengandung Garam Kompleks Garam kompleks yang sering digunakan dalam proses lapis
81
listrik adalah Sianida. Karena siano kompleks terdekomposisi oleh asam, maka rendaman harus bersifat alkali (basa). Adanya natrium atau kalium hidroksida akan memperbaiki konduktivitas dan mencegah liberasi dari asam hidrosianat oleh CO2 yang masuk ke dalam rendaman dari udara.
c. Buffer (penyangga) dan komponen lainnya Disamping garam logamnya sebagai komponen utama, rendaman juga mengandung komponen lain, misalnya komponen yang berfungsi sebagai penyangga (mengatur pH); misal untuk rendaman nikel digunakan asam borat sebagai buffer. Sedangkan penambahan asam sulfat pada rendaman tertentu akan menaikkan konduktivitas dan mencegah hidrolisa.
d. Bahan Imbuh (Addition Agent) Untuk mendapatkan hasil pelapisan yang baik (mengkilap, rata) diperlukan adanya komponen-komponen lain yang ditambahkan kedalam rendaman. Diantaranya adalah "Wetting agent", "levellers" dan bahan pengkilap (brightener).
Wetting Agent : Jika gelembung gas hidrogen menempel pada permukaan katoda, pelapisan dihalangi dan hanya terjadi disekitar gelembung tersebut, sehingga menghasilkan pelapisan yang berlubang-lubang. "Wetting agent" ditambahkan untuk mengeliminir hal tersebut.
Levellers. Bahan imbuh ini mempunyai kemampuan untuk menyembunyikan cacat-cacat pada permukaan katoda.
Bahan Pengkilap. Bahan ini ditambahkan ke dalam rendaman, agar endapan/ lapisan yang dihasilkan mengkilap. Ada bermacam-macam bahan pengkilap, biasanya adalah bahan-bahan organik. Bahan imbuh yang telah disebutkan biasanya ditambahkan ke dalam larutan dalam jumlah yang kecil sekali.
82
Kemampuan Rendaman. Rendaman/elektrolit untuk suatu proses lapis listrik diharapkan mempunyai kemampuan untuk mendapatkan hasil yang berkualitas baik. Rendaman harus memiliki "covering power", "throwing power", dan "levelling" yang baik.
"Covering power" Covering power adalah kemampuan suatu rendaman/elektrolit untuk mengendapkan logam keseluruh permukaan katoda yang bagaimanapun juga bentuknya. Covering power tergantung kepada pengerjaan awal/proses persiapan peiinukaan dan kondisi dari permukaan benda kerja/katoda disamping kondisi dari proses lapis listrinya sendiri.
"Throwing power" Ada dua macam throwing power, yang pertama adalah macro dan yang kedua adalah micro throwing power.
Macro throwing power. Macro throwing power dapat didefinisikan sebagai kemampuan rendaman/elektrolit untuk menghasilkan endapan yang kurang lebih sama tebalnya pada benda kerja yang tidak beraturan bentuknya. Faktor yang mempengaruhi macro throwing power adalah distribusi arus, kondisi operasi, efisiensi arus dan konduktivitas.
Micro throwing power. Didefinisikan sebagai kemampuan rendaman untuk menghasilkan endapan yang sama tebalnya pada setiap titik permukaan benda kerja. Difusi ion logam merupakan hal yang penting bagi micro throwing power.
“Levelling" Dapat didefinisikan sebagai kemampuan untuk menghasilkan lapisan yang lebih tebal pada lekukan daripada pada permukaan yang rata.
3. Anoda Anoda yang digunakan dalam proses lapis listrik harus dapat mengalirkan arus listrik dari luar kedalam larutan/rendaman dan
83
juga harus berfungsi sebagai pengisi kekurangan logam didalam larutan karena mengendap pada permukaan katoda. Anoda dapat berbentuk lempengan logam yang masif atau dapat juga berbentuk bola atau potongan-potongan kecil. Ada dua jenis anoda, yaitu anoda yang terbuat dari logam yang akan diendapkan,dikenal dengan nama anoda terlarut dan satu lagi adalah anoda yang terbuat dari logam lain yang tidak larut dalam rendaman, dikenal dengan nama anoda inert.
Ada keuntungan dan kerugiannya masing-masing bila menggunakan jenis anoda tersebut.
Keuntungan bila kita menggunakan anoda terlarut antara lain adalah larutan/rendaman dapat dikatakan memiliki kandungan logam yang konstan, penambahan garam logamnya tidak perlu dilakukan. Sedangkan ke rugiannya menggunakan anoda terlarut adalah seringkali ada pengotor yang ikut terlarut dan kadang-kadang juga ada bahan-bahan yang tidak larut yang akan mengotori rendaman, disamping itu perlu dilakukan kontrol apakah anoda tetap aktif dan tidak membentuk film tipis yang akan menyebabkan anoda menjadi pasif.
Keuntungan menggunakan anoda inert adalah tidak perlu mengganti anoda (karena tidak akan habis) jadi sekali dipasang dapat digunakan selamanya; namun demikian ada juga kerugiannya yaitu, logam didalam rendaman lama kelamaan akan habis mengendap dibawa, sehingga analisa larutan dan penambahan bahan kimia kedalam larutan harus kerapkali dilakukan.
4. Katoda Katoda atau benda kerja dapat memiliki bermacam bentuk dan dapat terbuat dari beraneka logam yang penting katoda harus bersifat konduktor sehingga proses lapis listrik dapat berlangsung dan logam dapat menempel pada katoda (benda kerja). Bila benda kerja tidak bersifat konduktor, dapat dilakukan pengerjaan awal yang membuat benda kerja siap menjadi katoda dalam proses lapis listrik.
84
5. Sirkuit Luar Sirkuit (rangkaian) listrik di luar sistem lapis listrik biasanya terdiri dari sumber arus dan peralatan lain yang dapat menyearahkan arus bila sumber arus memberikan arus bolak-balik.
C. Pengerjaan Lapis Listrik 1. Pemilihan Jenis Pelapis
Di dalam proses lapis listrik, logam-logam yang umumnya digunakan untuk pelapis antara lain adalah : kadmium, khrom, tembaga, emas, perak, timbal, nikel dan seng, sedangkan logam paduan yang digunakan antara lain adalah kuningan dan perunggu.
Gambar 2.28. Proses pelapisan logam perak
Gambar 2.29. Hasil pelapisan logam perak
Dilihat dari fungsi perlindungannya, jenis-jenis logam pelindung tersebut dapat dikelompokkan dalam 2 golongan yaitu :
85
a. Lapis Logam Mulia. Logam-logam pelapis yang termasuk dalam golongan ini adalah logam yang betul-betul melindungi. Logam ini lebih bersifat katodik daripada logam yang dilindungi. Sebagian besar dari logam pelindung termasuk ke dalam golongan ini.
Gambar 2.30. Pelapisan perak dengan proses anodisasi
b. Lapis Logam Korban.
Logam-logam pelapis yang termasuk dalam golongan ini adalah logam-logam yang lebih anodik dari logam yang dilindungi, sehingga logam pelindung ini akan rusak lebih dahulu, contoh : seng.
Gambar 2.31. Pipa baja dilapis dengan seng
86
Untuk mendapatkan perlindungan yang baik, pemilihan jenis pelapis perlu dilakukan secara hati-hati. Hal-hal penting yang perlu di jadikan dasar pertimbangam adalah :
c. Tujuan Melapisi
Tujuan melapisi dapat dibagi menjadi 3 kelompok. Kelompok 1.: Hanya untuk menambah daya tahan terhadap
korosi. Contoh : lapis seng pada kawat baja untuk jalur komunikasi.
Gambar 2.32. Pelapisan seng
Kelompok 2.: Untuk mendapatkan permukaan yang tahan
korosi dan sifat tertentu yang tidak dimiliki oleh logam yang akan dilapisi.
Contoh : lapis nikel & khrom pada relay tilpun, dimana selain untuk melindungi logam dasarnya dari korosi juga diharapkan akan memperbaiki sifat tahan aus.(wear resistance).
Gambar 3.33. Bahan-bahan untuk pelapisan nikel
87
Kelompok 3.: Hanya untuk mendapatkan sifat tertentu. Contoh : lapis khrom pada silinder dan bagian lain dari
mesin pembakaran, dimaksudkan untuk memperbaiki sifat tahan aus dan lubrikasi dari permukaannya.
Gambar 2.34. Komponen mesin dilapis khrom
d. Fungsi dari benda yang dilapisi.
Sebelum menentukan jenis pelapis yang akan digunakan, terlebih dahulu perlu diketahui fungsi dari benda yang akan dilapisi tersebut. Ada beberapa faktor yang perlu mendapat perhatian, antara lain : - Faktor Lingkungan
Logam pelapis harus disesuaikan dengan lingkungan dimana benda yang akan dilapisi tersebut berada.
- Umur pelayanan (service life). Pemilihan logam pelapis juga harus disesuaikan dengan umur pelayanan dari benda yang akan dilapisi.
- Logam dasar yang akan dilapisi. Suasana pelapisan (kondisi elektrolit) harus sesuai dengan benda yang akan dilapisi.
Bentuk dan ukuran dari benda yang akan dilapisi. Disain bak, rak dan anoda yang digunakan untuk pelapisan harus sesuai dengan bentuk ukuran dari benda yang akan dilapisi.
2. Proses Lapis Listrik
Secara garis besar proses lapis listrik dapat dibagi menjadi 3 tahap sebagai berikut :
88
Tahap 1. : Proses persiapan Tahap 2. : Proses lapis listrik Tahap 3. : Proses pengerjaan akhir Tahap 1. Proses Persiapan Sebelum lapis listrik dilakukan pada suatu benda kerja, permukaan benda kerja tersebut harus berada dalam kondisi yang betul-betul bersih, bebas dari segala macam pengotor. Persyaratan ini mutlak perlu agar bisa didapatkan hasil lapis listrik yang baik. Secara umum persiapan ini harus memenuhi 2 tujuan. a. Menghilangkan semua pengotor yang ada pada permukaan. b. Mendapatkan keadaan fisik permukaan yang baik dari
permukaan. Jenis kotoran yang biasa dijumpai pada permukaan logam dapat digolongkan sebagai berikut : a. kotoran organik b. kotoran anorganik/oksida c. kotoran lainnya. Pemilihan teknik persiapan ini tergantung dari pengotornya, tetapi secara umum dapat diklasifikasikan sebagai berikut : a. cara mekanik b. pembersihan dengan pelarut (solvent) c. pembersihan dengan alkali baik celup atau elektrokimia d. pembersihan dengan asam. Tahap 2. Proses Lapis Listrik Setelah benda kerja betul-betu bersih, maka benda kerja tersebut sudah siap untuk dilapisi. Cara melapisi : benda kerja dijadikan katoda, dicelupkan ke dalam larutan elektrolit yang mengandung garam dari logam pelapisnya. Sedangkan anodanya biasanya berbentuk batangan atau lempengan dari logam, dan biasanya terbuat dari logam yang akan dilapiskan. Kemudian sistim tersebut dihubungkan dengan sumber arus. Adapun kondisi operasi yang perlu direncanakan adalah : − rapat arus − waktu
89
− temperatur − komposisi larutan elektrolit. Tahap 3. Pengerjaan Akhir. Benda kerja setelah mengalami proses lapis listrik, perlu dibilas (dicuci bersih-bersih) dan kemudian dikeringkan. Kadang-kadang perlu juga dilakukan proses lebih lanjut misalnya dipasifkan atau diberi lapis pelindung yang transparant (lacquer).
3. Hal-hal yang berpengaruh dalam pelapisan a. Sumber arus atau besarnya potensial arus yang digunakan
dalam proses pelapisan. b. Pemakaian rendaman elektrolit (bath constituents) c. Penambahan bahan lain berupa zat anorganik atau anorganik
(adding agents) d. Karakteristik katoda yang akan dilapisi terutama sifat dan
bentuk permukaan. e. Keadaan posisi geometrik benda kerja terhadap anoda. f. Faktor lain yang menentukan hasil pelapisan yaitu : struktur
dan ukuran butir elektrodeposit yang menentukan kekuatan adhesinya.
4. Keuntungan dan Kelemahan Proses Lapis Listrik.
Bila dibandingkan dengan proses-proses lapis listrik logam yang lain, ternyata proses lapis listrik mempunyai beberapa keuntungan dan kelemahan.
a. Keuntungan proses lapis listrik. i) Suhu operasi tidak terlalu tinggi (paling tinggi sekitar 600 –
700oC) ii) Ketebalan lapisan lebih mudah dikendalikan iii) Permukaan lapisan bisa halus iv) Hemat dalam pemakaian logam pelapis
b. Kelemahan proses lapis listrik. i) Adanya keterbatasan dalam ukuran dan disain dari benda
yang akan dilapisi. ii) Hanya bisa dilakukan ditempat pelapisan tidak bisa
90
dilakukan di "lapangan". iii) Terbatas pada benda kerja yang konduktor.
Dengan adanya kemajuan dari teknoloai lapis listrik, ternyata kelemahan-kelemahan yang tersebut di atas telah bisa diatasi. Kelemahan i dan ii bisa diatasi dengan adanya proses lapis listrik selektip (selective area plating). Dengan menggunakan alat semacam sikat, benda yang akan dilapisi tidak perlu dibawa ke tempat pelapisan, bisa dilapisi dilapangan. Ukuran dan bentuk benda yang akan dilapisi pun tidak menjadi masalah lagi karena dengan cara selektip ini, tidak diperlukan bak pelapisan. Kelemahan iii dapat diatasi dengan adanya proses"electroless".
D. Dasar Teori Elektroplating
Elektroplating dibuat dengan jalan mengalirkan arus listrik melalui larutan antara logam atau material lain yang konduktif. Dua buah plat logam merupakan anoda dan katoda dihubungkan pada kutub positif dan negatif terminal sumber arus searah (DC). Logam yang terhubung dengan kutub positif disebut anoda dan yang terhubung dengan kutub negatif disebut katoda. Ketika sumber tegangan digunakan pada elektrolit, maka kutub positif mengeluarkan ion bergerak dalam larutan menuju katoda dan disebut sebagai kation. Kutub negatif juga mengeluarkan ion, bergerak menuju anoda dan disebut sebagai anion. Larutannya disebut elektrolit.
Hubungan antara voltase dalam elektrolit dan kekuatan arus listrik yang mengalir ditunjukkan oleh hukum Ohm yaitu :
I = RE
(Suparni Setyowati Rahayu, 1996:62)
Dimana : I = Arus listrik (Ampere)
E = Beda potensial (Volt)
R = Resistansi (Ohm)
Besarnya listrik yang mengalir yang dinyatakan dengan Coulomb adalah sama dengan arus listrik dikalikan dengan waktu. Dalam pemakaian secara umum atau dalam pemakaian elektroplating satuannya adalah ampere-jam (Ampere-hour) yang besarnya 3600
91
coulomb, yaitu sama dengan listrik yang mengalir ketika arus listrik sebesar 1 ampere mengalir selama 1 jam.
Gambar 2.35. Peralatan elektroplating seng
Michael Faraday pada tahun 1833 menetapkan hubungan antara kelistrikan dan ilmu kimia pada semua reaksi elektrokimia. Dua hukum Faraday ini adalah : • Hukum I : Jumlah dari tiap elemen atau grup dari elemen-elemen
yang dibebaskan pada kedua anoda dan katoda selama elektrolisa sebanding dengan jumlah listrik yang mengalir dalam larutan.
• Hukum II : Jumlah dari arus listrik bebas sama dengan jumlah ion atau jumlah substansi ion yang dibebaskan dengan memberikan sejumlah arus listrik adalah sebanding dengan berat ekivalennya.
Hukum I membuktikan terdapat hubungan antara reaksi kimia dan jumlah total listrik yang melalui elektrolit. Menurut Faraday, arus 1 Ampere mengalir selama 96.496 detik ( ± 26,8 jam) membebaskan 1,008 gram hidrogen dan 35,437 gram khlor dari larutan asam khlorida encer. Seperti hasil yang ditunjukkan bahwa 96.496 coulomb arus listrik membebaskan satu satuan berat ekivalen ion positif dan negatif. Oleh sebab itu 96.496 coulomb atau kira-kira 96.500 coulomb yang disebut 1 Faraday sebanding dengan berat 1 elektrokimia. Untuk menentukan logam yang terdeposisi dengan arus dan waktu dapat ditentukan :
92
Faraday = 500.96
det ikampere =
500.963600xjamampere
Langkah selanjutnya adalah mengalikan bilangan Faraday dengan bilangan gram yang diendapkan oleh 1 Faraday (gram ekivalen), maka persamaannya menjadi:
G = 500.96. tI
x valensi
MrAr /
Dimana : G = Berat logam terdeposisi (gram) I = Rapat arus (Ampere) t = Waktu (detik) Ar/Mr = Massa atom/molekul relatif
Untuk menentukan tebal pelapisan yang terjadi perlu diketahui berat jenis dari logam yang terlapis pada katoda. Hubungan berat jenis dengan harga-harga yang lainnya adalah sebagai berikut :
Volume (cc) = jenisberat
gramendapanberat )(
Dengan mengukur benda kerja secara langsung, luas benda kerja yang dilapisi dapat ditentukan. Maka tebal rata-rata dari lapisan ditentukan dengan rumus :
Tebal Pelapisan = permukaanLuasVolume
Efisiensi plating pada umumnya dinyatakan sebagai efisiensi arus anoda maupun katoda. Efisiensi katoda yaitu arus yang digunakan untuk pengendapan logam pada katoda dibandingkan dengan total arus masuk. Arus yang tidak dipakai untuk pengendapan digunakan untuk penguraian air membentuk gas hidrogen, hilang menjadi panas atau pengendapan logam-logam lain sebagai impuritas yang tak diinginkan. Efisiensi anoda yaitu perbandingan antara jumlah logam yang terlarut dalam elektrolit dibanding dengan jumlah teoritis yang dapat larut menurut Hukum Faraday. Kondisi plating yang baik bila diperoleh efisiensi katoda sama dengan efisiensi anoda, sehingga konsentrasi larutan bila menggunakan anoda aktif akan selalu tetap.
93
Gambar 3.36. Anoda seng
Efisiensi arus katoda sering dipakai sebagai pedoman menilai apakah semua arus yang masuk digunakan untuk mengendapkan ion logam pada katoda sehingga didapat efisisensi plating sebesar 100 % ataukah lebih kecil. Adanya kebocoran arus listrik, larutan yang tidak homogen dan elektrolisis air merupakan beberapa penyebab rendahnya efisiensi.
Elektrolisis air merupakan reaksi samping yang menghasilkan gas hidrogen pada katoda dan gas oksigen pada anoda.
Reaksi elektrolisis air dapat dituliskan sebagai berikut : Anoda : 2H+ + 2e → H2 Katoda : 4OH- → 2H2O + O2 + 4e 4H+ + 4OH → 2H2O + H2 + O2
Secara praktis efisiensi plating dinyatakan sebagai perbandingan berat nyata terhadap berat teoritis endapan pada katoda.
Efisiensi katoda dituliskan sebagai :
= WW '
Dimana :
= Efisiensi plating W’ = Berat nyata endapan pada katoda W = Berat teoritis endapan pada katoda menurut Hukum Faraday
94
Apabila logam dimasukkan pada larutan yang mengandung ionnya sendiri akan menimbulkan beda potensial antara logam tersebut dengan larutan. Beda potensial ini disebabkan karena atom dari logam untuk menjadikan satu atau lebih muatan negatif dan lepas ke dalam larutan dalam bentuk ion. Pada saat yang bersamaan terjadi reaksi kebalikan dalam larutan. Dua reaksi yang berlawanan tersebut berlangsung pada kecepatan yang tidak sama, maka potensial ini akan diatur oleh permukaan logam dan elekrolit yang berhubungan dengan permukaan logam. Akhirnya kondisi setimbang tercapai dimana ionisasi dan pelepasan berlangsung tepat pada kecepatan yang sama. Kesetimbangan ini disebut dengan potensial kesetimbangan atau potensial bolak-balik pada partikel logam pada laruan yang dipergunakan.
Gambar 2.37. Anoda nikel dicelupan dalam elektrolit nikel.
Potensial elektroda standar berdasarkan skala hidrogen, dimana semua logam-logam sebelum hidrogen pada skala hidrogen mampu menggantikan hidrogen dari larutan yang mengandung ion hidrogen, dan logam-logam setelah hidrogen pada skala hidrogen biasanya tidak dapat menggantikan hidrogen secara langsung. Berikut ini adalah skala hidrogen :
95
Tabel 2.2. Daftar Deret Daya Gerak Listrik
Beda potensial (Volt) Beda Potensial (Volt)
Kalium (K+
) -2,92 Nikel (Ni++
) -0,25
Sodium (Na+
) -2,71 Timah putih (Sn++
) -0,15
Magnesium (Mg++
) -2,34 Timah hitam (Pb++
) -0,13
Aluminium (Al+++
) -1,67 Hidrogen (H+
) +0,00
Mangan (Mn++
) -1,10 Tembaga (Cu++
) +0,34
Seng (Zn++
) -0,769 Tembaga (Cu+
) +0,52
Chrom (Cr++
) -0,56 Perak (Ag+
) +0,80
Besi (Fe++
) -0,44 Merkuri (Hg++
) +0,91
Cadmium (Cd++
) -0,40 Emas (Au+
) +1,68
Logam seng, timah hitam dan timah putih dinamakan logam dasar karena mudah larut di dalam asam dan ditunjukkan oleh tanda potensial negatif, sedangkan kebalikan dari ketiga logam diatas adalah logam mulia seperi tembaga, perak dan emas ditunjukkan oleh tanda potensial positif.
1. Proses Elektroplating Tembaga-Nikel-Khrom
Proses pelapisan tembaga-nikel-khrom terhadap logam ferro atau kuningan sebagai logam yang dilapis adalah satu cara untuk melindungi logam terhadap serangan korosi dan untuk mendapatkan sifat dekoratif. Cara pelapisan tembaga-nikel-khrom dengan metode elektroplating adalah sebagai berikut : Pelapisan menggunakan arus searah. Cara kerjanya mirip dengan elektrolisa, dimana logam pelapis bertindak sebagai anoda, sedangkan logam dasarnya sebagai katoda. Cara terakhir ini yang disertai dengan perlakuan awal terhadap benda kerja yang baik mempunyai berbagai keuntungan dibandingkan dengan cara-cara yang lain. Keuntungan-keuntungan tersebut antara lain :
a. Lapisan relatif tipis. b. Ketebalan dapat dikontrol. c. Permukaan lapisan lebih halus. d. Hemat dilihat dari pemakaian logam khrom.
96
Pengerjaan elektroplating tembaga-nikel-khrom pada dasarnya terbagi atas tiga proses yaitu perlakuan awal, proses pelapisan dan proses pengolahan akhir hasil elektroplating. Proses elektroplating ini terdapat tiga jenis proses pelapisan yaitu yang pertama adalah pelapisan logam dengan Tembaga, lalu dilanjutkan dengan pelapisan Nikel dan yang terakhir benda dilapis dengan Khrom.
2. Pelapisan Tembaga Tembaga atau Cuprum (Cu) merupakan logam yang banyak sekali digunakan, karena mempunyai sifat hantaran arus dan panas yang baik. Tembaga digunakan untuk pelapisan dasar karena dapat menutup permukaan bahan yang dilapis dengan baik. Pelapisan dasar tembaga dipelukan untuk pelapisan lanjut dengan nikel yang kemudian yang kemudian dilakukan pelapisan akhir khrom.
Gambar 2.38. Body kamera yang dilapis tembaga
Aplikasi yang paling penting dari pelapisan tembaga adalah sebagai suatu lapisan dasar pada pelapisan baja sebelum dilapisi tembaga dari larutan asam yang biasanya diikuti pelapisan nikel dan khrom. Tembaga digunakan sebagai suatu lapisan awal untuk mendapatkan pelekatan yang bagus dan melindungi baja dari serangan keasaman larutan tembaga sulfat. Alasan pemilihan plating tembaga untuk aplikasi ini karena sifat penutupan lapisan yang bagus dan daya tembus yang tinggi. Sifat-sifat Fisika Tembaga Logam berwarna kemerah-merahan dan berkilauan
97
Dapat ditempa, dibengkokan dan merupakan penghantar panas dan listrik
Titik leleh : 1.0830C, titik didih : 2.3010C Berat jenis tembaga sekitar 8,92 gr/cm3
Sifat-sifat Kimia Tembaga Dalam udara kering sukar teroksidasi, akan tetapi jika
dipanaskan akan membentuk oksida tembaga (CuO) Dalam udara lembab akan diubah menjadi senyawa karbonat
atau karat basa, menurut reaksi : 2Cu + O2 + CO2 + H2O (CuOH)2 CO3
Tidak dapat bereaksi dengan larutan HCl encer maupun H2SO4encer
Dapat bereaksi dengan H2SO4 pekat maupun HNO3 encer dan pekat Cu + H2SO4 CuSO4 +2H2O + SO2
Cu + 4HNO3 pekat Cu(NO3)2 + 2H2O + 2NO2 3Cu + 8HNO3 encer 3Cu(NO3)2 + 4H2O + 2NO
Pada umumnya lapisan Tembaga adalah lapisan dasar yang harus dilapisi lagi dengan Nikel atau Khrom. Pada prinsipnya ini merupakan proses pengendapan logam secara elektrokimia, digunakan listrik arus searah (DC). Jenis elektrolit yang digunakan adalah tipe alkali dan tipe asam. Untuk tipe alkali komposisi larutan dan kondisi operasi dapat dilihat pada tabel 2.3.
Tabel 2.3. Komposisi dan kondisi operasi plating tembaga sianida Tipe : Strike
Komponen dan kondisi operasi Tembaga sianida Potasium sianida Sodium karbonat pH Temperatur Rapat arus katoda Efisiensi katoda
15 gr/Lt 23 gr/Lt 15 gr/Lt 12-12,6 30-40 oC 1-2 A/dm2
30 %
98
Tipe : Rochelle Komponen dan kondisi operasi
Tembaga sianida Potasium sianida Sodium karbonat Rochelle Salt pH Temperatur Rapat arus katoda Efisiensi katoda
40 gr/Lt 50 gr/Lt 30 gr/Lt 60 gr/Lt
10,2-10,5 40-60 oC 2-4 A/dm2
50 %
Tipe : Efisiensi Tinggi Komponen dan kondisi operasi
Tembaga sianida Potasium sianida Sodium karbonat pH Temperatur Rapat arus katoda Efisiensi katoda
75 gr/Lt 100 gr/Lt 30gr/Lt
> 13 70-80 oC 3-6 A/dm2
100 % Larutan Strike menghasilkan lapisan yang sangat tipis. Larutan strike dapat pula dipakai sebagai pembersih dengan pencelupan pada larutan sianida yang ditandai dengan keluarnya gas yang banyak pada benda kerja sehingga kotoran-kotoran yang menempel akan mengelupas. Larutan ini terutama digunakan pada komponen-komponen dari baja sebagai lapisan dasar, untuk selanjutnya dilakukan pelapisan tembaga dengan logam lain.
Gambar 2.39. Proses pelapisan tembaga
99
Formula kecepatan tinggi atau efisiensi tinggi digunakan untuk plating tembaga tebal, smentara proses Rochelle digunakan untuk menghasilkan pelapisan yang bersifat antara strike dan kecepatan tinggi. Garam-garam Rochelle tidak terdekomposisi dan hanya berkurang melalui drag-out yaitu terikutnya larutan pada benda kerja pada saat pengambilan dari tanki tinggi disbanding larutan strike sebab kerapatan arus katoda dan efisiensi penting dalam kecepatan plating. Larutan Rochelle dan kecepatan tinggi dapat dioperasikan pada temperatur relatif tinggi. Komposisi larutan dan kondisi operasi untuk pelapisan tembaga asam dapat dilihat pada tabel 2.4.
Tabel 2.4. Komposisi dan kondisi operasi plating tembaga asam
Formula 1 Komponen dan kondisi operasi
Tembaga sulfat Asam sulfat Specific gravity Temperatur Kerapatan katoda Efisiensi katoda
200 gr/Lt 50 gr/Lt, s.g. 1,84 19oBe (pada 27oC)
30-50 oC 2-5 A/dm2 95-100 %
Formula 2, dengan klorida
Komponen dan kondisi operasi Tembaga sulfat Asam sulfat Klorida Kerapatan arus Perbandingan anoda : katoda Agitasi Temperatur
250 gr/Lt 90 gr/Lt 50 mg/Lt 2-4 A/dm2
1 : 1 Udara
24-32 oC
Proses "Pengolahan Awal" adalah proses persiapan permukaan dari benda kerja yang akan mengalami proses pelapisan logam. Pada umumnya proses pelapisan logam itu mempunyai dua tujuan pokok adalah sifat dekorasi, sifat ini untuk mendapatkan tampak rupa yang lebih baik dari benda asalnya, dan aplikasi teknologi, sifat ini misalnya untuk mendapatkan ketahanan
100
korosinya, mampu solder, kekerasan, sifat listrik dan lain sebagainya. Keberhasilan proses pengolahan awal ini sangat menentukan kualitas hasil pelapisan logam, baik dengan cara listrik, kimia maupu dengan cara mekanis lainnya. Proses pengolahan awal yang akan mengalami proses pelapisan logam pada umumnya meliputi proses-proses pembersihan dari segala macam pengotor (cleaning proses) dan juga termasuk proses-proses pada olah permukaan seperti poleshing, buffing, dan proses persiapan permukaan yang lainnya. Untuk mendapatkan daya lekat pelapisan logam (adhesi) dan fisik permukaan benda kerja yang baik dari suatu lapisan logam, maka perlu diperhatikan cara olah permukaan dan proses pembersihan permukaan. Ketidaksempurnaan kedua hal tersebut di atas dapat menyebabkan adanya garisan-garisan pada benda kerja dan pengelupasan hasil pelapisan logam. Pemilihan proses serta jenis bahan yang dipakai, baik pember-sihan dengan cara mekanis ataupun dengan cara mekanis ataupun dengan cara kimia ditentukan oleh faktor-faktor sebagai berikut : − jenis logam − jenis pengotor − tingkat kebersihan permukaan − cara pembersihan dan jenis bahan
2.6. BAHAN NON METAL
2.6.1. Grafit Grafit adalah suatu modifikasi dari karbon dengan sifat yang mirip
logam (penghantar panas dan listrik yang baik). Di samping tidak cukup padat, grafit tidak terdapat dalam jumlah banyak di alam. Oleh karena itu, untuk keperluan peralatan teknik serta pembuatan elektroda, grafit harus dibuat secara sintetik. Pembuatan: Grafit alam atau grafit yang dibuat dari kokas diperkecil ukurannya, dicampur dengan ter atau resin sintetik, kemudian dipanaskan sehingga membentuk padatan (sintering) dalam cetakan. Pada proses tersebut, bahan-bahan aditif terbakar menjadi arang. Pemanasan yang dilakukan sekali lagi sampai temperatur 3000°C akan menghasilkan lebih banyak grafit (grafit elektro). Untuk alat-alat seperti penukar panas, setelah pemanasan, grafit perlu diberi bahan aditif
101
impregnasi (misalnya dempul dan serbuk grafit). Setelah proses impregnasi, ketahanan temperaturnya turun menjadi 165°C.
Sifat-sifat: Grafit adalah penghantar listrik dan panas yang cukup baik tetapi bersifat rapuh. Pada temperatur yang lebih tinggi, grafit teroksidasi oleh asam nitrat berasap, khlor atau oksigen. Grafit hanya dapat dilarutkan dalam besi leleh. Ditinjau dari segi ketahanan terhadap korosi, grafit merupakan bahan yang bidang penggunaannya sangat luas. Bahan tersebut tahan terhadap semua asam dan sebagian besar basa hingga di atas 100°C.
Dalam udara, grafit dapat digunakan sampai kira-kira 165oC. Apabila tidak diimpregnasi, grafit dapat digunakan sampai 500oC. Pengolahan dan penggunaan: Gumpalan-gumpalan grafit dipotong menjadi pelat atau dibuat langsung menjadi barang. Pelat-pelat tersebut ditempel pada bagian luar bejana dengan menggunakan bahan perekat, membentuk satu atau beberapa lapisan pada bejana. Celah-celahnya ditutup dempul.
Grafit digunakan sebagai elektroda, bantalan luncur, ring penyekat, dan aditif untuk bahan pe-lumas. Grafit juga mempertinggi kemampuan lumas teflon. Barang yang seluruhnya dibuat dari grafit adalah alat penukar panas, cawan lebur, batu filter, pompa, dan pelat pecah. Grafit juga digunakan sebagai bahan pengisi. Pada alat penyekat dan penghitung volume, sebagian peralatannya dibuat dari grafit (misalnya torak). Serat grafit dimanfaatkan untuk pelepasan muatan elektrostatik pada selubung ventilasi.
Gambar 2.40. Alat penukar panas blok dari grafit
102
2.6.2. Gelas dan Kuarsa
Gelas termasuk kelompok vitroida atau termogel, yang merupakan senyawa kimia dengan susunan yang kompleks. Senyawa tersebut diperoleh dengan membekukan lelehan yang lewat dingin. Gelas ialah produk yang "amorf dan bening dengan kekerasan dan elastisitas yang cukup, tetapi sangat rapuh.
Pembuatan: Gelas dibuat dari campuran pasir, soda, batu. kapur, natrium sulfat, feldspar, senyawa boron dan aluminium serta bahan aditif lain, tergantung pada jenisnya. Dalam oven, campuran dileburkan misalnya pada temperatur I600oC. Leburan tersebut didinginkan sampai Pembuatan gelas kira-kira 1100oC. Produk-produk jadi atau setengah jadi (misalnya pelat, pipa, benda berongga, batang dan barang yang dipres) dapat dibuat langsung dari leburan tersebut. Hal penting dalam pembuatan bahan itu adalah pendinginan bertahap dan perlahan-lahan. Mula-mula bahan didinginkan sampai temperatur transformasi (perubahan dari plastis ke elastis). Setelah perubahan tersebut, bahan didinginkan lagi hingga tuntas. Dengan cara demikian tidak akan terjadi tegangan dalam bahan yang dapat mengakibatkan retak secara tiba-tiba pada bahan ketika digunakan.
Sifat-sifat: Gelas merupakan bahan yang dapat ditembus oleh cahaya tampak dan sinar infra merah, tetapi tidak oleh sinar ultraviolet. Gelas yang mengandung Pb tidak dapat dilewati oleh sinar Rontgen. Pemanasan akan menyebabkan pemuaian gelas yang besarnya sangat berbeda satu sama lain (tergantung koefisien pemuaian). Bila pemanasan atau pendinginan berlangsung terlalu cepat atau terkonsentrasi pada satu titik, akan terjadi tegangan. Karena gelas bersifat rapuh, tegangan tersebut dapat menimbulkan retakan. Bahan aditif khusus seperti boron oksida dapat membuat gelas kimia lebih tahan terhadap bahan kimia dan perubahan temperatur. Kuarsa memiliki sifat tennis yang lebih baik karena koefisien pemuaiannya sangat kecil.
Gelas merupakan isolator listrik yang baik dan penghantar panas yang buruk (terutama glass wool). Gelas kimia akan berubah sifatnya setelah digunakan bertahun-tahun atau dalam waktu yang lebih singkat lagi bila dipakai untuk temperatur yang lebih dari 150'C. Perubahan ini dimulai dengan teradinya kristalisasi pada beberapa tempat dan akhimya pada seluruh tempat. Dengan demikian, gelas menjadi lebih rapuh dan tidak dapat digunakan.
103
Ketahanan kimia: Gelas sangat mudah rusak oleh lelehan alkali, alkali karbonat, (pH
10), hidrogen, fluorida, dan agak mudah rusak oleh basa panas dengan pH 7 – 10, serta larutan panas asam anorganik yang mengandung air, misalnya HCl 30%.
Pengolahan dan penggunaan: Gelas dapat dibentuk dengan cara memanaskannya lagi (peniupan kaca). Selain itu gelas dapat digerinda dingin, dibor, dipotong, direkat, diperkuat (dengan plastik/serat gelas) dan bisa diberi tegangan (kaca pengaman) dengan pengerjaan panas.
Penggunaan: Gelas digunakan sebagai bahan bila dibutuhkan peralatan yang tembus pandang dan mempunyai ketahanan kimia yang tinggi. Contohnya pipa, kaca pengintip, organ penyekat, bejana kecil dalam operasi, botol keranjang, botol kecil, alat penukar panas, pompa, siklon, filter sinter, dan alat laboratorium. Secara khusus, gelas dapat digunakan sebagai kaca pengaman, bahan isolasi, kaca optik (misalnya untuk filter), kaca jendela, dan cermin.
Keamanan: Botol biasa dan botol keranjang tidak holeh diberi beban tekanan. Bila tidak ada petunjuk kerja intern maka petunjuk kerja yang dikeluarkan oleh perusahaan pembuat gelas kimia harus diberlukukan. 2.6.3. Email
Email adalah bahan ticlak tembus pandang yang dibakarkan secara berlapis (3 - 6 lapis) pada bahan dasar. Email merupakan massa yang mirip gelas dan dapat menempel dengan kuat. Email terbentuk setelah campuran organik yang merigandung kuarsa dalam air dilapiskan ke alas permukaan logam dengan cara pelelehan dan "sinter".
Sifat-sifat: Email mempunyai sifat mirip gelas. Karena koefisien pemuaiannya lebih kecil dari pada baja, ada kemungkinan email bisa retak pada saat pemanasan. Hal ini disebabkan baja memuai lebih panjang. Demikian pula pada pendinginan yang cepat, email dapat menjadi retak karena tegangan tarik. Adanya retak-retak menyebabkan bahan proses dapat menerobos masuk, menyerang baja dan menyebar dibawah lapisan email. Apabila pada proses ini terbentuk gas seperti H2, gas tersebut dapat mengangkat lapisan email sehingga terkelupas. Untuk memperkecil bahaya ini, pada pembuatan peralatan email, email diberi
104
tekanan-tegangan awal. Dengan demikian, penggunaan dengan perbedaan temperatur yang lebih besar diperbolehkan, sehingga peralatan dapat dipanaskan/didinginkan lebih cepat. Petunjuk dari perusahaan pembuat harus diberlakukan bila tidak ada petunjuk intem.
Penggunaan: Peralatan email digunakan dalam produksi bila produk yang diinginkan harus mempunyai kemurnian yang tinggi dan/atau peralatan harus mempunyai ketahanan yang tinggi terhadap asam.
Gambar 2.41. Pembuatan email
Email Barang
Bahan baku : - dicampur - digiling
Hembusan pasir
Pelelehan
Penuangan ke dalam air
Penggilingan dalam air
Pengujian
Penyemprotan, perendaman, penuangan
Pengeringan
Pembakaran
Pengujian
Beberapa kali
105
Gambar 2.42. Bahaya keretakan lapisan email karena Δt yang terlalu besar
Petunjuk penggunaan:
Pukulan atau benturan dengan benda keras harus dihindari. Misalnya pembersihan lubang yang tersumbat harus menggunakan kayu lunak. Bila bejana berlapis email akan diinjak, orang yang menginjak harus mengenakan sepatu kain.
Kristal yang keras tidak boleh diisikan ke dalam peralatan email, karena akan terjadi erosi yang kuat.
Perubahan temperatur tidak boleh terlalu tiba-tiba Kotak penyekat (stuffing box) dari email harus selalu diperiksa,
temperaturnya tidak boleh lebih dari 40'C di atas temperatur reaksi.
Bila peralatan sedang dalam keadaan kosong, email harus selalu dikontrol secara visual, apakah ada retakan-retakan dan pori-pori.
Pada tiap inspeksi harus diperiksa apakah email menghantarkan listrik atau tidak. Pori-pori pada email dapat ditutup dengan sekrup tantalum dengan penyekat dari teflon. Pada kerusakan yang lebih besar digunakan pelat tantalum dengan teflon. Bila kerusakan terialu besar, lapisan email harus diganti dengan yang, baru.
2.6.4. Keramik
Benda keramik dibuat dari bahan dasar yang berasal dari campuran berbentuk bubur yang mengandung aluminium silikat dan
106
bahan-bahan aditif. Setelah dibentuk dalam keadaan plastis, keramik dikeringkan dalam udara dan dibakar satu atau beberapa kali. Jenis-jenis keramik: Bahan tanah (earthenware) (beling-beling berpori) Tembikar (pottery): batu. merah, baiu bakar Bahan batu (stoneware): pelat dinding, bejana Tanah tahan api (fire clay): barang saniter yang tebal Batu tahan api: chanaotte Produk khusus:filter cartridge, batu filter Burying sintering (beling-beling padat) Perkakas batu: pipa, organ penyekat, pompa, filter hisap, pelat filter, menara pencuci, benda pengisi, alat penukar panas, bejana, bejana pencuci. Porselen, filter cartridge, periggiling bola, pompa pancar, benda pengisolasi. Sifat-sifat: Ditinjau dari segi korosi, benda keramik yang digunakan dalam industri kimia memiliki sifat yang mirip dengan gelas. Tetapi sifat-sifat fisiknya tidak sebaik kaca, seperti kekuatan terhadap beban tekan (cukup), terhadap beban tarik (kecil), kekerasan (kurang), dan ketahanan terhadap perubahan temperatur (tidak baik).
Gambar 2.43. Bahan dasar organik : sifat-sifat utama
107
2.6.5. Karet
Getah pohon karet (lateks) mengandung polimer dari isoprena. Polimer tersebut mempunyai ikatan ganda. Dengan cara menambahkan belerang pada lateks dan memanaskannya, akan terbentuk suatujaringan makromolekul. Proses ini disebut vulkanisasi. Bergantung pada banyaknya belerang yang dicampurkan, karet yang terbentuk akan bervariasi, dari karet yang elastis sampai karet yang keras.
Sifat-sifatnya akan lebih bervariasi lagi, bila ke dalam karet mentah dicampurkan bahan-bahan lain seperti karbon hitam, oksida seng, antioksidan, atau bahan pelunak. Sifat-sifat karet yang divulkanisir. Di bawah temperatur 5xC, karet menjadi rapuh. Di atas 145oC, karet menjadi lengket. Dalam pelarut organik, karet mengembang atau melarut. Karet relatif tahan terhadap garam, asam dan basa, tetapipeka terhadap oksidasi. Penggunaan: Sampai temperatur 90oC, karet elastis dapat digunakan dan dapat diregang dengan baik. Karet elastis digunakan untuk penyambung selang, lapisan pelindung luar pada bagian yang bergerak, penyekat, atau paking. Karet keras dapat digunakan sampai 100°C dan dalam keadaan dingin peka terhadap benturan. Karet keras digunakan untuk selimut bejana reaksi, tangki, alat sentrifugasi, pomva, dan pipa saluran.
Gambar 2.44. Karet keras pada baja
108
2.6.6. Kayu, Kertas, Karton
Kayu di samping mengandung selulosa sebagai bahan utama, juga mengandung bahan organik lain seperti resin. Kayu yang dipotong atau diperkecil ukurannya misalnya, dapat diberi bahan perekat dan ditekan menjadi pelat-pelat bubur kayu. Dengan penghancuran kayu secara kimia hingga menjadi serat-serat kayu yang kecil, akan diperoleh selulosa murni yang merupakan bahan baku untuk pembuatan kertas dan karton. Penggunaan: Kayu digunakan sebagai rak, lantai, filter pres, baban pembungkus. Kayu tidak tahan terhadap baban proses yang mengoksidasi, pelarut organik, dan air yang mendidih. Kertas: Digunakan sebagai kertas filter, pelat filter, kertas khromatografl, bahan pembungkus. Kertas tidak tahan terhadap bahan proses yang mengoksidasi.
Karton: digunakan untuk penyekat (karton yang lembab ditumpuk dan ditekan), untuk bahan pembungkus. Bulu atau serat dari biji pohon kapas panjangnya 2 - 5 cm dan 90% berupa selulosa. Serat tersebut digunakan sebagai bahan baku kain. Penggunaan: Kapas digunakan sebagai karung untuk alat sentrifugasi, selubung ventilasi dan pakaian kerja. Kapas juga dapat dibuat menjadi kain filter misalnya untuk filter pres, sentrifugasi, filter spiral dan alat permisah debu. 2.6.7. Bahan Organik Sintetik
Bahan organik sintetik ialah senyawa kimia yang tersusun dari rantai karbon, terdiri atas 1000 atom atau lebih pada tiap makro-molekulnya. Biasanya bahan sintetik terdiri atas campuran molekul sejenis dengan ukuran yang berbeda. Sebagian molekul membentuk ikatan silang (crosslinking) satu sama lain. Bahan sintetik dapat dibuat melalui reaksi polimerisasi, poliadisi, atau polikondensasi. Dengan
109
kopolimerisasi (polimerisasi campur) dari bermacam-macam monomer, bahan ini dapat dibuat menjadi bahan sintetik dengan sifat yang berbeda-beda. Produk-produk yang dihasilkan biasanya merupakan bahan baku untuk pembuatan bahan dasar. Kebanyakan produk-produk tersebut masih perlu ditambah dengan bahan aditif, seperti bahan pelunak, stabilisator, pigmen, bahan pengisi dll. Polimerisasi
110
Bahan sintetik yang sudah jadi dijual dalam bentuk granulat atau serbuk. Bahan tersebut dapat dibuat dengan cara penggilingan, ekstrusi, injek si, pengepresan, penarikan, peniupan, atau pemintalan dalam keadaan cair (melt spinning) hingga didapat bahah setengah jadi atau bahan jadi. Selain itu, bahan sintetik juga dapat diolah dalam bentuk larutan, dispersi atau bahan pasta melalui cara injeksi, pemintalan, penuangan, atau pencelupan. Beberapa jenis bahan sintetik juga dapat dibuat dari monomer melalui misaInya polimerisasi atau poliadisi. Reaksi tersebut dapat dilakukan langsung sehingga membentuk benda yang diinginkan. Dari banyak jenis bahan sintetik yang ada, hanya beberapa jenis yang cocok digunakan sebagai bagian alat dalam industri kimia. Untuk tujuan ini, bahan sintetik tidak hanya harus tahan terhadap bahan yang diproses, tetapi bentuknya juga harus tidak mudah berubah (karena panas), tidak boleh menjadi tua, mengembang atau menjadi rapuh (karena kehilangan bahan pelunak). Tergantung pada sifat bahan pelunak yang dicampurkan ke dalamnya pada waktu pembuatan, bahan sintetik dapat digolongkan menjadi termoplastik, duroplastik, dan elastoplastik (elastomer).
Termoplastik menjadi lunak bila dipanaskan dan menjadi keras kembali bila didinginkan. Contoh: Polietilena, polipropilena, polivinil-khlorida, nilon, kaca akrilik (plexiglass), teflon. Duroplastik (plastik termoset) adalah plastik yang bila sudah mengeras tidak dapat dilunakkan kembali, sehingga bentuknya tidak dapat diubah. Comoh : Poliester, epoxid (araldit), phenoplastik. Elastoplastik adalab plastik yang pada pemanasan menjadi lengket dan dapat dibentuk. Comoh Huila S, viton.
111
Gambar 2.45. Model struktur Termoplastik, Daroplastik, Elastoplastik Kebanyakan bahan sintetik hanya dapat digunakan hingga temperatur 60°C, beberapa jenis sampai temperatur 100°C dan hanya sedikit yang taban sampai 250oC. Beberapa jenis bahan sintetik menjadi rapuh pada temperatur di bawah 10°C. Benda dari bahan sintetik dapat diolah dengan cara pemotongan (seperti digergaji, dibubut) dan dapat juga disambung dengan cara merekatkannya. Termoplastik dapat diolah dengan cara pemanasan dan pengelasan. Metode pengerjaan bahan sintetik tergantung pada jenis bahan tersebut. Ketahanan terhadap bahan proses:
Bahan sintetik pada umumnya tahan terhadap asam anorganik yang encer. Juga tahan terhadap asam organik dengan rantai pendek larutan basa dan larutan garam. Hampir semua bahan sintetik tidak tahan terhadap halogen, asam halogenida dan hidrokarbon yang mengandung halogen. Banyak jenis bahan sintetik yang mengembang dalam alkohol, keton, ester, eter, dan hidrokarbon. Kadang-kadang bahan sintetik tersebut juga larut dalam pelarut di atas. Penggunaan benda dari bahan sintetik harus memperhatikan temperatur, yaitu tidak boleh lebih tinggi
112
dari temperatur yang diizinkan. Asam nitrat, terutama yang berasap, asam yang keras mengoksidasi, hidrogen peroksida dan ozon jangan dikontakkan dengan bahan sintetik 1. Poli Etilena (PE), Poll Propilena (PP)
Tergantung pada cara pembuatan dan bahan aditif yang dicampurkan, bahan sintetik dapat bersifat lunak sampai keras. Tanpa pigmen, bahan ini berwarna putih susu. Poli efilena sering diberi warna hitam dengan jelaga. Poli propilena sering berwarna abu-abu mucla. Berat jenisnya sekitar 0,9 g/cmI. Poli etilena dapat tergores oleh kuku, sedangkan poli propilena tidak.
Ketahanan terhadap temperatur:
Tahan sampai Dalam waktu singkat sampai Poli etilena Poli propilena
60°C 100°C
80°C 120°C
Gambar 2.46. Alat penyalur udara dari polipropilen
Setelah terkena api, kedua jenis bahan sintetik ini akan menyala terus. Bahan sintetik ini tahan terhadap hidrogen fluorida encer, asam khlorida, hidrogen bromida, asam sulfat, asam-asam lemah dan basa anorganik yang encer. Bahan sintetik ini digunakan sebagai selang, pipa, bejana kecil, penyekat, bagian-bagian dari pompa, lembaran pembungkus, organ penyekat.
113
2. Poli Vinil Khlorida (PVC)
Poli vinil khlorida lebih keras dan lebih rapuh bila dibandingkan dengan poli etilena. Ketahanan terhadap temperatur dan terhadap hal-hal lainnya kira-kira sama dengan poll etilena (PE). Poll vinil khlorida terbakar dalam api (melepaskan banyak gas HCI) dan padam sendiri bila dibawa ke luar jangkauan api. Masa jemisnya kira-kira 1,4g/cml. Ketahanan terhadap temperatur:
Tahan sampai Dalam waktu singkat sampai senyawa PVC keras
65°C 35°C
80°C 70°C
Gambar 2.47. Perlengkapan (fitting) din isolasi kabe1 dari PVC
3. Teflon (Poll Tetra Flour Etilen, PTFE)
Teflon adalah bahan sintetik yang sangat kuat, umumnya berwama putih. Teflon tahan terhadap panas sampai kira-kira 250°C. Di atas 250°C teflon mulai melunak, di dalam api akan meleleh dan sulit menjadi arang. Berat jenisnya kira-kira 2,2 g/cmI. Teflon tidak tahan terhadap larutan alkali hidroksida. Juga kurang tahan terhadap hidrokarbon yang mengandung khlor. Teflon digunakan sebagai bahan penyekat, misalnya untuk kotak penyekat (stuffing box), cincin
114
geser (sifat geseran dapat diperbaiki dengan Bagian-Bagian alat dari teflon menambahkan graft ke dalamnya). Digunakan juga untuk cincin 0 atau 0-ring, untuk gasket konsentrik dengan diberi bahan lunak (sebab teflon tidak begitu elastis), alat-alat yang kecil, pipa, slang selubung pipa. Teflon dapat dipintal menjadi benang dan kemudian ditemm. Temman dari teflon merupakan bahan untuk filter yang sangat kuat.
Gambar 2.48. Bagian-bagian alat dari teflon 2.6.8. Semen
Semen adalah bahan-bahan yang memperlihatkan sifat-sifat karakteristik mengenai pangiktan serta pengerasannya jika dicampur dengan air, sehingga terbentuk pasta semen. Semen merupakan suatu hasil industri yang dapat menjadi sangat kompleks dengan campuran serta susunan yang berbeda-beda. Semen dapat dibagi dalam dua kelas sebagai berikut;
- Semen hidrolik - Semen non-hidrolik.
1. Semen Hidrolik
Semen hidrolik mempunyai kemampuan untuk mengikat dan mengeras didalam air, semen hidrolik antara lain meliputi, tetapi tidak terbatas pada bahan-bahan sebagai berikut ;
- Kapur hidrolik
115
- Semen teras - Semen terak - Semen alam - Semen portland - Semen portland-teras - Semen portland terak dapur-tinggi - Semen alumina - Semen expansif
Dan jenis-jenis lain seperti ; - Semen portland putih - Semen berwarna - Semen yang dipakai waktu pengeboran minyak - Semen yang digunakan dengan pengaturan - Semen kedap air - Semen hydrophobik - Semen anti-bakteri - Semen Barium dan Stronsium
2. Semen non-hidrolik Jenis-jenis semen ini tidak dapat mengikat serta mengeras
didalam air, akan tetapi perlu udara untuk dapat mengeras, contoh utama dari jenis semen non-hidrolik adalah kapur. • Tujuan dari penggunaan semen.
Tujuan dari penggunaan semen adalah mencampurkan butir-butir batu sedemikian sehingga menjadi masa yang padat. Penggunaannya aritara lain adalah untuk pembuatan beton, adukan untuk tembok dan barang-barang lain.
• Bahan mentah serta pembuatan. Batu kapur merupakan elemen utama untuk semua jenis semen. Jenis-jenis semen dengan berbagai-bagai mutu diperoleh dengan mengatur komposisi kapur atau dengan mengatur komposisi kapur dengan komponen-komponen lain dari semen. Dengan membakar bahan mentah yang bersangkutan, maka bahan tersebut akan kehilangan air dan karbon dioxida, bahan baru hasil pembakaran mempunyai kemampuan untuk menyerap air lagi apabila digiling halus, sehingga setelah itu bila dicampur dengan air bahan halus tersebut dapat membentuk dirinya kembali menjadi bahan batu.
116
• Proses perawatan. Waktu perawatan berlansung sejak air dibubuhkan pada semen sampai pengikatan awal dari pasta semen, permulaan serta lamanya proses perawatan bergantung pada jenis semen yang digunakan dan cara pengerjaannya. Selama waktu perawatan bahan yang bersangkutan tidak boleh dipengaruhi oleh getaran mekanis, guncangan atau panas, sebab kekuatannya dapat berkurang sehingga tidak sesuai lagi dengan persyaratan.
• Proses pengerasan. Proses pengerasan berlansung sejak tercapainya pengikatan awal. Lamanya proses pengerasan serta penambahan kekuatan berlangsung untuk jangka waktu yang lama. Bahan yang bersangkutan memerlukan perlakuan yang hati-hati dan tidak boleh dipengaruhi oleh perlakuan-perlakuan kasar dari luar.
2.6.9. Kapur Kapur telah digunakan berabad-abad lamanya sebagai bahan
adukan dan plesteran untuk bangunan yang diketemukan dalam pyramida-pyramida di Mesir, yang dibangun lebih dari 4500 tahun yang lalu. Kapur dipergunakan sebagai bahan pengikat selama jama Romawi dan Yunani.
Orang-orang Romawi menggunakan beton untuk membangun Colleseum dan Pantheon, dengan cara mencampurkan kapur dengan abu gunung berapi yang didapat dekat Pozzuoli, Italia, yang mereka namakan Pozzolan ( teras ).
Fundasi dari kebanyakan jalan-jalan orang Romawi merupakan tanak dasar yang distabilisasi dengan kapur, termasuk jalan termasyhur Via Appia.
Kini kapur dipergunakan didalam bidang ; - Pertanian - Industri karet - Industri Kimia - Industri kayu - Industri Pharmasi - Industrri gula - Industri baja - Industri semen
117
Kapur adalah batu endapan yang terbentuk melalui suatu proses kimia dan mekanis dalam alam. Lihat juga dalam bahan kuliah geologi.
A. Kapur putih
Kapur putih disebut juga kapur dengan kadar Kalsium tinggi, kapur gemuk, kapur murni dan sebagainya.
Kapur putih adalah kapur non-hidrolik dengan kadar Kalsium-oxida yang tinggi jika berupa kapur tohor (belum berhubungan dengan air) atau mengandung banyak Kalsium-hydroxida jika telah disiram (direndam) dengan air.
Jenis-jenis kapur tersebut biasanya merupakan kapur gemuk. Kapur dihasilkan dengan membakar batu kapur atau Kalsium-karbonat bersama dengan bahan-bahan kotorannya
seperti Magnesia, Silika, Besi, Alkali, Alumina dan Belerang. Proses pembakaran dilaksanakan dalam dapur (oven) vertikal
atau dapur berputar pada suhu 800° - 1200°C. Kalsium-karbonat terurai menjadi Kalsiumoxida dan Karbondioxida dengan reaksi kimia sebagai berikut ;
CaCO3 → CaO + CO2↑ ↑
Kalsiumoxida yang terjadi disebut kapur tohor, dan jika berhubungan dengan air berubah menjadi Kalsium hydroxida disertai kehilangan panas, reaksi kimianya adalah ;
CaO + H2O → Ca (OH)2 + panas. Proses ini disebut proses mematikan kapur (slaking) dan hasilnya yaitu Kalsiumhydroxida disebut kapur mati. Kecepatan berlangsungnya reaksi terutama bergantung pada kemurnian kapur, makin tinggi kemurnian kapur yang bersangkutan makin besar daya reaksinya terhadap air. Kapur mati dapat diklasifikasikan kedalam tiga kelompok sebagai berikut ;
− Dapat dimatikan dengan cepat − Dapat dimatikan agak lambat − Dapat dimatikan dengan lambat.
Bergantung pada jumlah air yang digunakan selama proses mematikan kapur tohor, bisa diperoleh dempul kapur atau kapur mati.
118
Kapur mati didapat dengan menambahkan air secukupnya pada kapur tohor, yaitu kira-kira 1/3 dari beratnya. Dempul kapur diperoleh dengan menambahkan air yang berlebihan pada kapur tohor. Ke-dua jenis kapur yaitu kapur tohor dan dempul kapur selalu dicampur dengan pasir dengan perbandingan 1 bagian kapur dan 3 bagian pasir dengan ukuran volume, dengan cara demikian itu dapat dicegah terjadinya terlalu banyak penyusutan. Pengikatan adukan kapur adalah akibat kehilangan air dikarenakan penyerapan oleh bata umpamanya atau akibat penguapan. Proses pengerasan berlansung akibat reaksi Karbon - dioxida dari udara dengan kapur mati sebagai berikut ;
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O Seperti ditunjukan oleh reaksi kimia diatas, maka terbentuk kembali Kalsium-karbonat berupa kristalkristal, yang mengikat masa heterogin itu menjadi suatu masa yang bergumpal. Proses pengerasan berjalan lambat dan perkembangannya dapat berlangsung bertahun-tahun sebelum mencapai kekuatannya yang penuh. Agar ini dapat tercapai, diperlukan aliran udara dengan bebas untuk persediaan Karbondioxida yang cukup, yang dapat menembus bagian terdalam dari adukan agar proses pengerasan dapat berlangsung menyeluruh.
Penggunaan : Kapur putih cocok untuk menjernihkan plesteran langit-langit untuk mengapur kamar-kamar tidak penting, garasi, dibidang pertanian digunakan un tuk membasmi kutu-kutu dalam kandang. Kapur putih sebagai bahan tambahan pada adukan tembok menambah kekenyalan serta memperbaiki sifat pengerjaannya. Dengan dicampur dengan semen yaitu dengan perbandingan kapur putih : semen = 1 : 3 kapur putih dapat dituangkan untuk memperbaiki permukaan beton yang tidak mengandung pori-pori. Kapur putih merupakan komponen utama dari bata yang terbuat dari pasir dan kapur. Kekuatannya sebagai bahan pengikat adalah kecil dan hanya dapat mencapai 1/3 dari kekuatan semen portland.
119
B. Kapur hidrolik Bahan mentah ;
Bahan mentahnya adalah kira-kira 65 - 75 % terdiri dari batu gamping yaitu kalsium karbonat dengan kotoran-kotoran berupa silika, alumina, magnesia dan oxida besi. Cara pembuatan ;
Kapur hidrolik dibuat dengan membakar batu kapur yang mengandung silika dan lempung sampai menjadi klinker dan mengandung cukup kapur dan silikat untuk menghasilkan kapur hidrolik akan tetapi yang mengandung cukup kapur bebas sehingga masa klinker itu dapat menghasilkan kapur tohor setelah berhubungan dengan air. Bilamana kadar alumina dan silika dalam batu kapur bertambah, maka panas yang terjadi berkurang dan pada suatu saat reaksi antara kapur dan air itu berhenti.
Pada suhu tinggi alumina dan silika berpadu dengan kalsium-oxida, kalsium-silikat, dan aluminat yang tidak mudah bergabung dengan air bila berada dalam bentuk gumpalan-gumpalan. Oleh karena itu dalam proses pemberian air dibubuh kan kapur tohor sehingga gumpalan-gumpalan yang besar terpecah-pecah menjadi serbuk halus akibat pengembangan kapur tohor.
Produksi kapur di Indonesia
Bahan mentah yang biasa dipakai sebagai pozzolan yang terdapat di Indonesia adalah teras bahan seperti batu apung yang disemburkan oleh gunung berapi. Disamping teras batu apung memperlihatkan juga sifat-sifat seperti pozzolan dan dapat dipergunakan sebagai kapur teras (pozzolime). Hasil akhir adalah campuran dari pozzolan dan kapur tohor.
Perbandingannya berkisar antara 1 : 2 dan I : 3 de ngan kapur selalu situ bagian dan pozzolan dua atau tiga bagian. Dapur pembakaran kapur di Indonesia berkisar antara yang paling sederhana sampai yang cukup modern dengan cerobong vertikal. Dapur ini biasanya diisi dengan batu kapur yang ukurannya terlampau besar, dengan akibat bahwa sebagian terbakar berlebihan, cukup terbakar, kurang terbakar, atau tidak terbakar sehingga hasilnya kurang memuaskan.
120
Disamping itu dalam mematikan kapur tohor yang dihasilkan itu, seringkali dipergunakan terlalu banyak air, sehingga kapur mati yang diperoleh kadar airnya terlalu tinggi yang menyebabkannya segera menyerap karbondioksida dari udara dan membentuk kembali kalsium karbonat. Di Padalarang batu kapur yang dibakar itu berukur-an jauh lebih kecil dari pada yang telah disebut diatas. Sebagai bahan pembakaran dipakai kayu dan serbuk arang batu yang dicampurkan dalam jumlah-jumlah tertentu diantara batu kapur. Selanjutnya pembakaran dilakukan dengan menggunakan kayu melalui dua buah lubang pembakaran dibawah. Kapur tohor yang dihasilkan adalah ringan, suatu bukti bahwa pembakaran telah dilaksanakan dengan baik dan kapur mati yang diperoleh adalah kering serta halus tanpa gumpalan-gumpalan. Pemecah batu
121
Apabila hanya beberapa ratus kilogram kapur tohor akan dimatikan, maka dengan menghamparkan kapur tohor itu dan kemudian memercikannya dengan air akan didapat kapur mati yang kering serta cukup baik jika dilaksanakan dengan seksama. Namun demikian dengan membasahi kapur tohor tersebut dengan cukup air akan diperoleh hasil yang lebih memuaskan. Bilamana 10 atau 50 ton kapur tohor akan dimatikan perlu tersedia suatu peralatan industri khusus guna keperluan tersebut.
Sifat-sifat Hasil akhir adalah batu kapur silikat dan kira-kira 1/4 nya adalah kapur tohor. Bahan berbentuk halus tersebut dapat segera bergabung dengan air. Kapur hidrolik memperl.ihatkan sifat-sifat hidroliknya, namun tidak cocok untuk bangunan-bangunan didalam air oleh karena untuk mencapai kekerasannya kapur hidrolik membutuhkan udara segar. Udara diperlukan agar proses karbonisasi antara kalsium hydroxida dan karbondioksida dari udara berlangsung dengan baik. Proses ini menghasilkan kalsium karbonat yang akan mengeras, sehingga kapur mencapai kekuatannya yang penuh. Sifat-sifat umum dari kapur adalah sebagai berikut ;
− Kekuatan kecil (rendah) − Berat jenis rata-rata 1 kg/dm3. − Bersifat hidrolik − Tidak menunjukan pelapukan − Dapat terbawa arus.
Waktu perawatan adalah sebagai berikut ; − Perawatan dimulai setelah 1 jam − Perawatan diakhiri setelah 15 jam
Penggunaannya meliputi antara lain ; − Adukan untuk tembok. − Untuk lapisan bawah plesteran − Untuk plesteran akhir. − Sebagai adukan jika dicampur dengan semen. − Sebagai bahan pembantu untuk beton indah (expose-concrete).
122
C. Semen Teras Teras adalah suatu bahan yang mengandung Silisium atau
Aluminium yang tidak mempunyai sifat penyemenan, namun dalam bentuk serbuk halus dan jika dibubuhi air dapat bereaksi dengan kalsiumhydroxida pada suhu ruangan dan membentuk senyawa-senyawa yang mempunyai sifat-sifat semen. Teras alam selanjutnya dapat dibagi dalam ; 1. Batu apung, obsidian, scoria, tuf, santorin dan teras yang
dihasilkan dari batuan volkanik. 2. Teras yang mengandung silika halus amorph yang tersebar dalam
jumlah banyak dan dapat bereaksi dengan kapur jika dibubuhi air, kemudian membentuk silikat yang mempunyai sifat-sifat hidrolik.
Teras buatan meliputi abu arang-batu, terak ketel uap dan hasill tambahan dari pengolahan bijih bauxit. Cara pembuatan teras buatan ; Semen teras dibuat dengan menggiling langsung batuan volkanik atau dengan membakar dan kemudian menggiling lempung, batu tulis dan tanah diatomee. Semen teras meliputi semua bahan semen yang dibuat dengan menggunakan teras dan kapur tohor yang tidak membutuhkan pembakaran. Penggunaan teras buatan ; Semen teras jarang sekali digunakan dalam bidang konstruksi beton, semen teras dapat dipakai jika perlu menggunakan banyak bahan semen namun bangunan yang bersangkutan tidak perlu kuat. Dalam jumlah terbatas semen teras dipergunakan pula untuk pembetonan masal yang membutuhkan panas hydrasi rendah.
Semen merah Semen merah dapat dibuat dengan membakar lempung atau batu tulis dan kemudian menggilingnya, dapat juga dibuat dengan menggiling bata merah atau terak dapur tinggi (untuk membuat baja).
D. Semen Terak
Semen terak adalah semen hidrolik yang sebagian besar terdiri
123
dari suatu campuran seragam serta kuat dari terak dapur tinggi dan kapur tohor, 60 % dari berat semen terak terdiri dari terak dapur tinggi, campuran itu biasanya tidak dibakar. Kita kenal dua jenis semen terak, jenis pertama dapat dipergunakan dalam kombinasi dengan semen portland untuk pembuatan beton dan dalam kombinasi dengan kapur untuk pembuatan adukan tembok.
Jenis ke-dua adalah semen terak yang mengandung bahan pembantu berupa udara, penggunaannya sama seperti jenis pertama yaitu untuk keperluan umum. Terak dapur tinggi yang cocok untuk dipergunakan dalam semen terak, adalah silikat kapur yang dapat dilebur dan merupakan bahan tak-terpakai yang dihasilkan didalam dapur tinggi, pada waktu mencairkan besi dari bijihnya.
Cara pembuatan semen terak Semen terak dibuat melalui beberapa pengolahan tertentu seperti penggilingan, yang menyebabkan terak itu bersifat hidrolik dan sekaligus mengurangi jumlah sulfida. yang dapat merusak. Setelah itu terak harus dikeringkan, selanjutnya harus dipersiapkan kapur tohor, menentukan perbandingan bahan-bahan yang akan dicampurkan, mencampur bahan-bahan tersebut dan akhirnya menggiling bahan-bahan yang telah tercampur itu. Penggunaan semen terak. Semen terak dalam beton struktural tidak menempati tempat penting, akan tetapi dapat digunakan dengan cukup menguntungkan jika dipergunakan dalam proyek-proyek yang membutuhkan adukan beton dalam jumlah besar, namun tidak mementingkan kekuatannya. Semen terak dapat pula digunakan sebagai adukan semen yang bersifat khas, yaitu tidak memperlihatkan noda-noda oleh karena kadar alkalinya adalah rendah.
E. Semen Alam
Semen alam adalah sebuah semen hidrolik yang dihasilkan dengan pembakaran batu kapur yang mengandung lempung, terdapat secara alamiah, pada suhu lebih rendah dari suhu pengerasan dan kemudian menggilingnya menjadi serbuk halus.
124
Kadar silika, alumina dan oxida besi cukup untuk mend gabungkan diri dengan kalsiumoxida sehingga terjadi senyawa-senyawa kalsium silikat dan aluminat, yang dapat dianggap mempunyai sifat-sifat hidrolik seperti semen alam. Kita kenal dua jenis semen alam, jenis pertama pada umumnya dipergunakan dalam konstruksi beton bersamasama dengan semen portland. Jenis kedua adalah semen yang telah dibubuhi bahan pembantu yaitu udara, jenis semen kedua ini fungsinya sama seperti yang telah diutarakan diatas. Cara pembuatannya Semen alam dibuat dengan membakar lempung batu-kapu dengan kadar lempung 13 % - 35 %, kadar silika 10 % 20 % dan perbandingan yang sama antara alumina dan oxida-besi. Bahan lempung memberikan sifat-sifat hidrolik pada semen alam ini. Setelah dibakar yang diikuti dengan mematikannya dengan air untuk menghilangkan kapur bebas, maka klinker yang diperoleh digiling menjadi serbuk halus. Semen alam yang dihasilkan ini mempunyai komposisi sebagai berikut ; - SiO2 22% - 29% - CaO 31% - 57% - MgO 1½% - 2,2% - Fe2O3 1½% - 3,2% - Al2O3 5,2% - 8,8% Penggunaan semen alam Semen alam tidak boleh digunakan di tempat-tempat yang tidak terlindung terhadap pengaruh cuaca langsung, akan tetapi dapat dipergunakan dalam adukan atau beton yang tidak pernah akan mengalami tegangan tinggi, atau dalam keadaan yang membutuhkan banyak bahan namun sama sekali tidak memperhitungkan kekuatan bahan tersebut.
F. Semen Portland
Semen portland adalah suatu bahan konstruksi yang paling banyak dipakai serta merupakan jenis semen hidrolik yang terpenting.
125
Penggunaannya antara lain meliputi beton, adukan, plesteran, bahan penambal, adukan encer (grout) dan sebagainya.
Semen portland dipergunakan dalam semua jenis beton struktural seperti tembok, lantai, jembatan, terowongan dan sebagainya, yang diperkuat dengan tulangan atau tanpa tulangan. Selanjutnya semen portland itu digunakan dalam segala macam adukan seperti fundasi, telapak, dam, tembok penahan, perkerasan jalan dan sebagainya. Apabila semen portland dicampur dengan pasir atau kapur, dihasilkan adukan yang dipakai untuk pasangan bata atau batu, atau sebagai bahan plesteran untuk permukaan tembok sebelah luar maupun sebelah dalam.
Bilamana semen portland dicampurkan dengan agregat kasar (batu pecah atau kerikil). dan agregat halus (pasir) kemudian dibubuhi air, maka terdapatlah beton. Semen portland didefinisikan sesuai dengan ASTM C150, sebagai semen hidrolik yang dihasilkan dengan menggiling klinker yang terdiri dari kalsium silikat hidrolik, yang pada umumnya mengandung satu atau lebih bentuk kalsium sulfat sebagai bahan tambahan yang digiling bersama dengan bahan utamanya. Perbandingan-perbandingan bahan utama dari semen portland adalah sebagai berikut ; - Kapur (CaO) 60% – 65% - Silika (SiO2) 20% – 25% - Oxida besi dan alumina
Fe2O3 dan Al2O3 7% – 12%
Dengan mundurnya kerajaan Romawi, beton tidak dipakai lagi.
Langkah pertama terhadap perkenalan kembali adalah pada kira-kira tahun 1790, pada waktu itu seorang Inggris bernama J. Smeaton menemukan bahwa jika kapur yang mengandung lempung dibakar, bahan itu akan mengeras didalam air. Semen ini menyerupai jenis semen yang telah dibuat oleh bangsa Romawi. Penyelidikan lebih lanjut oleh J. Parker dalam dasawarsa yang sama menjurus pada pembuatan semen alam hidrolik secara komersial, yang secara luas digunakan pada permultan abad ke-19 di Inggris dan kemudian di Perancis.
Jembatan pertama yang dibuat dengan beton tak bertulang dilaksanakan di Souillac di Perancis pada tahun 1816. Pembuatan
126
semen hidrolik yang lebih maju, yang dapat lebih dipercaya, dilakukan oleh Joseph Aspdin, seorang tukang batu dari Inggris pada tahun 1824. Hasilnya disebut semen portland oleh karena rupanya sama seperti batu bangunan yang ditemukan dipulau Portland, dekat pantai Dorset. Sampai akhir abad ke 19 semen portland telah banyak di export ke lain-lain negara di Dunia.
Pabrik semen portland yang dibuka pertama kali di luar Inggris, adalah di Perancis dalam tahun 1855, dan di USA dalam tahun 1871. Di Indonesia kita telah punya pabrik-pabrik semen - portland modern dengan mutu internasional di tempat-tempat ; 1. SUMATERA, di Padang, yakni Pabrik Semen Indarung I, Indarung
II, Indarung III dan Pabrik Semen Baturaja. 2. JAWA, Pabrik Semen Gresik, Semen Cibinong, Indo
Cement, Pabrik Semen Nusantara. 3. SULAWESI, Pabrik Semen Tonasa.
Bahan mentah Bahan semen portland dapat dibagi dalam tiga kelompok sebagai berikut ; Daftar ; Bahan mentah semen portland
Mengandung kapur Mengandung kapur dan lempung
Mengandung lempung
(CaCO3 > 75 %) (CaCO3 = 40% - 75%) (CaCO3 < 40%) Batu kapur Kapur Kerang
Batu kapur kelempungan Kapur kelempungan Batu marl kelempungan
Batu tulis (slate) Batu tulis (shale) Lempung
Daftar diatas menunjukkan bahan-bahan yang dikandung oleh
tiap-tiap kelompok. Dengan memperhatikan daftar diatas dan pengetahuan geologi, jelaslah bahwa semen portland itu terdiri terutama dari kapur, silika dan alumina. Kapur tidak terdapat dalam alam akan tetapi terdapat dalam bentuk yang cocok dalam kalsium karbonat. Silika dan alumina terdapat dalam keadaan bebas dalam alam, dalam bentuk lempung, batu tulis.
Batu kapur atau kalsiumkarbonat, mengandung kotoran kotoran berupa magnesia, silika, alkali, besi dan belerang. Magnesia dalam bentuk karbonat dari magnesia sering kali dijumpai dalam batu kapur,
127
dan apabila terdapat dalam jumlah 5% atau lebih, maka batu kapur demikian itu tidak dapat dipakai. Silika tidak dapat bergabung dengan kapur didalam oven, jadi sejumlah kecil silika bebas dalam batu kapur menyebabkan batu kapur yang bersangkutan tidak dapat diterima.
Akan tetapi jika silika digabungkan dengan kapur dalam oven, maka dalam hal ini kapur itu dapat diterima. Besi dalam batu kapur dapat dijumpai dalam bentuk oxida yakni Fe2O3 atau dalam bentuk sulfida yaitu FeS2. Bilamana besi terdapat dalam bentuk oxida, besi itu berfungsi sebagai aliran dalam penggabungan kapur dan silika didalam oven. Besi sebagai sulfida menghasilkan suatu reaksi yang dapat merusak produksi semen portland. Apabila dalam batu kapur kadar sulfida-besi melebihi 4%, maka batu kapur yang bersangkutan harus ditolak.
Alkali dalam batu kapur harus dijumpai dalam bentuk soda (natrium karbonat) atau potas (kalium karbonat). Jenis-jenis alkali tersebut tidak membahayakan dan tertingggal di dalam oven.
Alumina mempunyai peranan yang penting dalam batu kapur, salah satu peranannya ialah dengan cara bergabung dengan silika sedemikian sehingga batu kapur akan bergabung dengan kapur akan bergabung dengan kapur didalam oven dan dengan demikian menjadikan batu kapur suatu bahan yang dapat diterima.
Belerang, bahan kotoran akhir yang terdapat dalam batu kapur, dijumpai dalam dua buah bentuk yaitu kalsiumsulfat dan pyrit besi. Jikalau kadar (kandungan) kedua bahan tersebut mencapai 3% atau lebih, maka batu kapur yang bersangkutan harus ditolak. Kapur adalah berbagai macam batu kapur, terbentuk dari organisma-organisma laut atau yang mengambang berbentuk butir-butir yang sangat harus, tembus air dan dapat dihancurkan dengan remasan tangan. Warnanya adalah putih atau sangat muda dan hampir seluruhnya terdiri dari kalsit. Batuan yang dijumpai terdiri dari kerang kalsit dan dari mikroorganisma yang sebagian diikat menjadi satu oleh kalsit tanpa bentuk. Marl adalah deposit kalsium karbonat yang belum mengeras dan mengandung lempung, warnanya biasanya abu-abu atau abu-abu kebiru-biruan, agak lunak sehingga dapat diremas-remas, menyerupai kapur, biasa dijumpai bersama-sama dengan kapur ditempat-tempat tertentu.
128
Marl terbentuk didalam danau-danau air tawar, sebagian akibat tumbuh-tumbuhan air, kadar lempungnya berbeda-beda yaitu berkisar antara yang mengandung sedikit saja lempung (batu kapur kelempungan) sampai yang mengandung banyak lempung (lempung yang mengandung marl).
Batu tulis jenis slate terdiri dari lempung yang telah mengeras dalam bentuk berlapis-lapis yang dapat dibelah-belah menjadi lapisan tipis. Batu tulis jenis ini tidak banyak digunakan dalam produksi semen portland. Batu tulis jenis shale terdiri dari lempung yang telah mengeras akibat mengalami tekanan, terbentuk da lam endapan-endapan dari lempung.
Dalam pembuatan semen portland batu tulis jenis shale dianggap lebih baik dari pada lempung lunak, oleh karena kemungkinan terjadinya segregasi dari shale dan batu kapur adalah sangat kecil.
Lempung terbentuk dari keping-keping pelapukan batu karang. Bergantung pada cara pengangkutannya, lem dapat dibagi dalam tiga kelompok yaitu, residual, endapan dan glasial. Lempung yang terbentuk akibat pelapukan batu karang disebut lempung residual. Lempung yang terbentuk akibat gerakan arus disebut lempung endapan. Lempung glasial terbentuk sebagai endapan akibat gerakan gletscher.
Kadar silika dalam setiap jenis lempung tidak boleh kurang dari 55% - 65%, dan jumlah gabungan dari alumina dan oxidabesi tidak boleh kurang dari 1/3 - 1/2 jumlah silika. Pasir besi, sebagai bahan mentah berupa oxidabesi, diambil 1% - 4% dari jumlah semen. Pembuatan semen portland. Pembuatan semen portland dilaksanakan melalui baberapa tahapan sebagai berikut ; 1. Penambangan 2. Pemecahan. 3. Penggilingan 4. Pencampuran (penggabungan) 5. Pembakaran. 6. Penggilingan 7. Penambahan bahan penghambat ikatan 8. Pengepakan
129
Semen portland dipersiapkan dengan menggiling bahan mentahnya kemudian mencampurkan bahan-bahan tersebut dalam perbandingan-perbandingan tertentu, selanjutnya membakar campuran itu pada suhu tinggi sampai menjadi klinker dan menggiling klinker itu sampai menjadi serbuk halus. Klinker terbentuk dengan cara penebaran (pemencaran) antara butir-butir yang telah dicampurkan, oleh karena itu cara pencampuran bahan-bahan baku yang diperlukan harus dilaksanakan dengan seksama agar dihasilkan semen yang seragam. Pencampuran dapat dilakukan dalam keadaan kering atau dalam keadaan basah, bergantung pada kekerasan batu yang sedang diolah. 1. Proses basah
Proses basah pada umumnya dilaksanakan jika yang diolah itu adalah bahan-bahan lunak seperti kapur dan lempung. Dalam hal ini dibubuhkan air pada bahan-bahah yang telah dihancurkan dan dicampurkan dalam perbandingan-perbandingan tertentu itu, sehingga diperoleh semacam bubur dari bahan-bahan mentah tersebut yang selanjutnya dimasukan kedalam sebuah oven berbentuk silinder.
Oven terbuat dari baja dan dilapisi bahan yang sukar menjadi cair, dipasang sedikit miring kebawah dan berputar secara kontinu melalui porosnya. Pembakaran didalam oven biasanya dilaksanakan dengan menggunakan serbuk arang batu, selain itu dapat digunakan pula gas atau minyak. Oven silinder ini mempunyai diameter 3,50 m, panjang 150 m dan kapasitas 700 ton semen setiap hari. Bubur yang dihasilkan dimasukkan melalui bagian atas dan klinker yang dihasilkan dikeluarkan melalui bagian bawah dari oven, tempat pemasukan bahan bakar.
Dengan suhu yang sedikit demi sedikit dinaikkan, bubur
mengalami perubahan demi perubahan selama perjalanannya didalam oven. Pada suhu 100°C air menguap, pada suhu kira-kira 850°C keluar karbondioxida dan pada suhu kira-kira 1400°C berlangsung permulaan perpaduan didaerah pembakaran, dimana terbentuk kalsium silikat dan kalsium aluminat dalam klinker yang
130
dihasilkan. Selanjutnya klinker didinginkan dan kemudian digiling sambil dibubuhi 1% - 5% batu tahu (gips) sampai mencapai kehalusan butiran yang disyaratkan. Berbagai jenis semen portland dapat dibuat dengan cara merubah perbandingan-perbandingan bahan-bahan bakunya, suhu pembakaran, serta kehalusan penggilingan klinkernya.
Batu tahu dibubuhkan untuk mengontrol waktu pengikatan semen, sebab jika tidak, semen akan terlalu cepat mengikat untuk penggunaan biasa (umum). Untuk membuat semen khusus dapat pula ditambahkan bahan pembantu utama, Kaisium chlorida dapat ditambahkan untuk memperoleh semen yang cepat mengeras.
2. Proses Kering dan Semi-Kering.
Proses kering atau semi kering digunakan jika harus diolah batuan yang keras atau lebih keras dari pada batuan yang diolah pada proses basah. Dalam hal ini biasanya bahan mentahnya berupa batu kapur dan batu tulis jenis shale.
Bahan-bahan mentah dihancurkan sampai menjadi serbuk dan dengan campuran sedikit air dimasukan kedalam sebuah pan (wadah) yang berbuncak (berbenggol-benggol), berputar dan letaknya miring. Hasilnya berupa tepung kasar, dimasukkan kedalam oven dan proses selanjutnya adalah sama dengan proses basah yang telah diuraikan diatas. Namun dalam proses semi kering ini digunakan oven silinder yang lebih pendek.
Dalam proses ini penggilingan klinker menghasilkan serbuk semen portland yang masih panas dan dibiarkan dahulu menjadi dingin sebelum meninggalkan pabrik semen.
Sifat-sifat dari Ikatan Utama semen Portland.
Apabila dilakukan analisa kimia terhadap suatu jenis semen portland, maka akan diperoleh susunan senyawa-senyawa sebagai berikut ; - Kalsiumoxida - Silika - Alumina - Oxida besi - Magnesiumoxida - Sulfur-trioxida
131
- dan lain-lain. Analisa kimia lebih lanjut menunjukkan bahwa oxida oxida tersebut diatas dalam semen portland dijumpai dalam bentuk ikatan-ikatan kalsium silikat dan aluminat sebagai berikut ; - Trikalsium silikat (3CaO.SiO2) yang dipendekan menjadi C3S - Dikalsium silikat (2CaO.SiO2) yang dipendekan menjadi C2S - Trikalsiumaluminat (3CaO.Al2O3) yang dipendekan menjadi C3A - Tetrakalsium aluminoferrit (4CaO.Al2O3.Fe2O3) yang dipendekan
menjadi C4AF Ikatan-ikatan tersebut dalam klinker didapat sebagai kristal-kristall yang saling mengunci. Karakteristik-karakteristik dari ikatan-ikatan utama dalam Semen Portland.
Nilai
Trikalsium Silikat
3CaO.SiO2 (C3S)
Dikalsium Silikat
2CaO.SiO2(C2S)
Trikalsium Aluminat
3CaO.Al2O3(C3A)
Totrakalsium Aluminoferrit
4CaO.Al2O3.Fe2O3 (C4AF)
Nilai Penyemenan
Baik Baik Buruk Buruk
Keeepatan Reaksi
Sedang Lambat Cepat Lamban
Banyaknya panas yang dibebaskan
Sedang Sedikit Banyak Sedikit
Keterangan lebih lanjut tentang ikatan-ikatan utama dalam Semen portland ;
1. Trikalsium silikat (C3S) Ikatan yang paling dikehendaki dalam semen portland adalah trikalsium silikat, oleh karena trikalsium silikat cepat mengeras dan menjadi penyebab bagi semen portland untuk mencapai kekuatan awal yang tinggi. Apabila dibubuhkan air pada trikalsium silikat, maka terjadilah reaksi yang cepat.
2. Dikalsium silikat (C2S) Dikalsium silikat mengeras perlahan-lahan (lambat) akan tetapi
132
pengaruhnya terhadap penambahan kekuatan pada umur lebih dari satu minggu besar. Jika dikalsium silikat berhubungan dengan air, maka dikalsium silikat mengikat air dengan lambat dan terbentuklah kalsium silikat hydrat.
3. Trikalsium aluminat (C3A) Trikalsium aluminat membebaskan panas yang sangat banyak selama hari-hari pertama dalam men capai pengerasan. Trikalsium aluminat memegang peranan pula dalam perkembangan kekuatan awal, meskipun tidak banyak. Trikalsium aluminat mengikat air dan membentuk trikalsium aluminat hydrat, bilamana dibubuhkan batu tahu (gips), maka terbentuklah bahan penghambat, sehingga perkembangan panas berkurang dan pengikatan berlansung lebih lambat. Keadaan ini terjadi oleh karena apabila terdapat batu tahu terbentuklah kalsium sulfoaluminat dan bukan trikalsium aluminat hydrat.
4. Tetrakalsium Aluminoferrit (C4AF) Dengan terbentuknya tetrakalsium aluminoferrit, maka suhu yang menyebabkan terjadinya klinker menurun, sehingga dengan demikian membantu dalam pembuatan semen portland. Tetrakalsium aluminoferrit cepat mengikat air namun sedikit sekali memberikan sumbangan pada perkembangan kekuatan.
Susunan ikatan untuk jenis-jenis semen portland yang biasa diproduksi.
Jenis-jenis ikatan semen portland
Susunan ikatan dalam % C3S C2S C3A C4AF
I. Biasa 50 24 11 8 II. Moderat 42 33 5 13 III. Kekuatan awal tinggi 60 13 9 8 IV. Panas hydrasi rendah 26 50 5 12 V. Tahan terhadap sulfat 40 40 4 9
133
Jenis (type) Semen Portland. Sehubungan dengan susunan ikatan kimianya, sifat - sifat dan tujuan penggunaannya, semen portland dibagi dalam beberapa jenis. Standar Industri Indonesia SII 0013-1977 menetapkan lima jenis (type) semen portland yaitu ;
Jenis (type) I ; Jenis I adalah semen untuk pemakaian umum tanpa persyaratan khusus.
Jenis (type) II ; Jenis II adalah semen yang mempunyai sifat ketahanan sedang terhadap garam-garam sulfat didalam air. Untuk semen jenis ini disyaratkan kadar C3A tidak lebih dari 8 %
Jenis (type) III ; Jenis III adalah semen yang cepat mengeras atau se-men yang mempunyai kekuatan tinggi pada umur muda. Kadar C3S dan C3A pada jenis semen ini adalah tinggi, sedangkan butirannya halus (semen digiling halus sekali).
Jenis (type) IV ; Jenis IV adalah semen dengan panas hydrasi rendah. Semen jenis ini pengerasan serta perkembangannya lambat. Kadar C3S dibatasi sampai maximum 35 % dan kadar C3A maximum 5 %, Semen jenis (type) I ripergunakan untuk pekerjaan bangunan dan beton secara umum, yang untuk pemakaiannya atau lingkungannya tidak diperlukan persyaratan khusus. Semen jenis (type) II dipergunakan untuk konstruksi bangunan dan beton yang berhubungan terus menerus dengan air kotor dan air tanah. Umpamanya untuk pondasi bangunan yang tertanam di dalam tanah yang mengandung air agresif yaitu air yang mengandung larutan garam-garam sulfat, untuk pembuatan saluran air buangan dan untuk bangunan yang berhubungan dengan air rawa. Semen jenis (type) III dipergunakan untuk pekerja an beton didaerah
134
yang bersuhu rendah (mempunyai musim dingin), terutama didaerah yang beriklim dingin. Ini disebabkan oleh karena semen akan lambat mengeras bilamana suhu udara dingin, apalagi bila suhu turun sampai dibawah titik beku air. Semen jenis (type) IV digunakan untuk pembuatan beton atau bangunan yang berukuran besar dengan tebal lebih dari 2,00 m, umpamanya untuk pembuatan bendung (dam), pondasi jembatan yang besar atau landasan mesin berukuran besar. Semen jenis (type) V dipergunakan untuk bangunan yang berhubungan dengan air laut, air buangan industri, untuk bangunan yang terkena pengaruh gas atau uap kimia yang agresif serta untuk bangunan yang selalu berhubungan dengan air tanah yang mengandung garam-garam sulfat dalam prosentase yang tinggi. Disamping jenis-jenis semen tersebut diatas terdapat pula jenis-jenis lain, yang sifat maupun pens gunaannya berbeda-beda, jenis-jenis itu antara lain ; 1. Semen putih.
Semen putih adalah semen portland yang kadar oxidabesinya rendah ayitu kurang dari 0,5 %. Pada waktu pembuatannya harus dicurahkan cukup perhatian terhadap hal-hal berikut ; Sebagai bahan bakar harus digunakan minyak bumi. Untuk menggiling terak lapisan dalam mesin penggiling dan bola penggiling tidak boleh terbuat dari baja. Bahan baku yang dipakai harus kapur murni, lempung putih yang tidak mengandung oxida besi dan pasir silika. Mesin penggiling dan bahan baku harus bebas dari pengotoran oleh besi, sehingga semen yang dihasilkan bebas pula dari pengotoran tersebut. Semen putih antara lain dipergunakan untuk pembuatan ubin, lantai dan bagian-bagian lain dari bangunan yang harus memperlihatkan permukaan indah atau dekoratif. Semen putih harganya lebih mahal dari pada semen biasa, dI Indonesia semen putih baru dibuat oleh pabrik semen PT. INDO CEMENT di Citeureup-Bogor.
135
2. Semen portland teras (Pozzolan). Semen portland teras adalah campuran dari semen port land dan bahan-bahan yang bersifat seperti teras (pozzolan). Teras ini dapat berupa teras alam (yang baik), terak dapur tinggi, abu arang-batu (fly ash, abu terbang) dan hasil pembakaran lempung. Pembuatan semen teras dilaksanakan dengan menggiling langsung bahan-bahan untuk semen portland yang telah dibakar dengan teras sambil dibubuhi batu-tahu, kadar teras yang digunakan berkisar antara 10% - 30%. Jenis semen ini antara lain dipergunakan untuk pembuatan semen yang tahan terhadap serangan sulfat, jenis semen ini memperbaiki ketahanan semen tehadap suhu tinggi, merendahkan panas hydrasi serta memperlambat pengerasan semen. Jenis semen ini dapat dipergunakan untuk pembuatan bangunan yang berhubungan dengan air laut, untuk pembuatan bendungan dan untuk pondasi yang berukuran besar.
3. Semen alumina
Semen alumina dibuat dari batu kapur dan bauxit yang satu demi satu digiling sampai halus, dicampurkan menurut perbandingan-perbandingan tertentu kemudian dibakar dalam tungku sampai mencapai suhu 1600°C dan terbentuk klinker. Klinker digiling sampai halus, maka dihasilkanlah semen alumina berwarna abu-abu. Jenis semen ini tahan terhadap asam, tahan terhadap garam-garam sulfat serta merupakan semen tahan api (suhu tinggi), akan tetapi jika semen ini dipergunakan terus menerus pada suhu normal yang lebih tinggi dari 29°C, kekuatan serta daya ikatnya berangsur-angsur akan berkurang. Oleh sebab itu jenis semen ini hanya dapat dipakai di negara yang beriklim dingin. Semen alumina cepat emngeras dan dalam waktu 24 jam telah mencapai kekuatan yang penuh. Seperti telah diutarakan tadi semen alumina dipergunakan bilamana perlu dicapai kekuatan awal yang tinggi dan seterusnya dipertahankan suhu yang rendah.
136
4. Semen portland dapur-tinggi. Semen portland dapur-tinggi dibuat dengan cara menggiling klinker dari bahan-bahan untuk semen portland bersama-sama dengan terak yang dihasilkan oleh dapur tinggi sampai halus. Jumlah terak dapur tinggi yang digiling tidak melebihi 65 % dari seluruh jumlah campurannya. Sifat-sifat semen dapur tinggi menyerupai sifat-sifat semen portland, perkembangan kekuatan serta daya ikatnya lambat, namun semen ini tahan terhadap serangan sulfat, sehingga dapat dipergunakan untuk pembuatan bangunan dilaut. Semen portland dapur tinggi belum dibuat di Indonesia. Disamping itu dari terak dapur tinggi dapat di buat pula semen "Super-Sulfat" yaitu semen yang dibuat dengan menggiling sampai halus terak dapur tinggi 80 % - 85 % dan kalsium sulfat anhydrat (gips) yang telah dibakar 10 % - 15 %. Semen sulfat sangat tahan tehadap serangan garam sulfat dan asam lemah.
5. Sifat-sifat semen portland. Pada pragraf-pragraf terdahulu telah dibahas mengenai senyawa-senyawa atau oxida-oxida dan kemudian ikatan-ikatan dari senyawa-senyawa tersebut yang terdapat dalam semen portland. Sifat-sifat semen portland sangat dipengaruhi oleh susunan ikatan dari oxida-oxida serta dari bahan-bahan kotoran-kotoran lainnya. Untuk menilai sifat-sifat dan mutu semen perlu dilakukan pengujian di Laboratorium. Pengujian dilaksanakan berdasarkan suatu standar yaitu standar cara pengujian dan standar persyaratan mutu. Standar yang paling umum dianut di Dunia ialah standar ASTM - C150, Standar Inggris BS – 12, Standar Jerman DIN dan Standar "Internasional Standar Organization" ISO . Kini Indonesia telah memiliki Standar Industri Indonesia (SII-0013-77) yang menganut standar ASTM. Dari semua standar yang terdapat di Dunia hampir semuanya menguji mutu semen terhadap susunan kimia dan sifat-sifat physiknya.
137
• Susunan Kimia. Untuk mengetahui susunan kimia dari semen portland dilakukan analisa kimia, dengan cara ini diperoleh persentase dari setiap oxida dan kemudian dihitung susunan ikatannya. Pada umumnya analisa kimia menunjukan persentase dari senyawa-senyawa dan hal-hal berikut ; Bagian yang tidak larut (dalam asam chlorida). - Silisiumdioxida (SiO2) - Aluminiumoxida (Al2O3) - Kalsiumoxida (CaO) - Ferioxida (Fe2O3) - Magnesiumoxida (MgO) - Sulfurtrioxoda (SO3) - Alkali sebagai Natriumoxida (Na2O)
sebagai Kaliumoxida (K2O) - Hilang pijar. - Kalsiumoxida bebas (CaO-bebas) Oxida-oxida lainnya seperti phosporoxida, Titan dan Mangan tidak dianalisa, kecuali apabila secara khusus diperlukan.
• Sifat-sifat Fisik.
Kehalusan butir. Kehalusan butiran semen mempengaruhi kecepatan hydrasi. Makin halus butiran-butiran semen, makin cepat berjalannya proses hydrasi dan makin cepat pula perkembangan kekuatan selama 7 hari pertama. Untuk mengukur kahalusan butiran semen digunakan "Turbidimeter dari Wagner " atau " Air Permeability meter dari Blaine ".
138
RANGKUMAN : 1. Bahan-bahan yang digunakan manusia mengikuti siklus bahan mulai
dari ekstraksi, pembuatan sampai pelapukan. 2. Suatu aspek yang sangat penting dalam konsep siklus bahan adalah
kaitan yang erat antara bahan, energi dan lingkungan. 3. Mengganti dan / atau mengurangi pemakaian bahan baku dan
penunjang yang bersifat berbahaya dan beracun (B3) terhadap lingkungan dan manusia.
4. Membersihkan dan membuang dengan benar kemasan bekas, terutama kemasan bahan berbahaya dan beracun sesuai dengan ketentuan yang berlaku.
5. Tujuan penyimpanan bahan baku dan bahan penunjang yang tersisa adalah : • Memperoleh penghematan biaya • Mengurangi bahaya • Meningkatkan keselamatan
6. Sumber Logam (source of metal) adalah bijih-bijih logam yang diperoleh dari penambangan biasanya masih bercampur dengan bahan-bahan ikutan lainnya.
7. Ada dua macam besi kasar yang dihasilkan oleh dapur tinggi yaitu besi kasar putih dan besi kasar kelabu.
8. Tembaga ini mempunyai sifat sifat yang sangat baik yakni; sebagai penghantar listrik dan panas yang baik, mampu tempa, duktil dan mudah dibentuk menjadi plat-plat atau kawat.
9. Logam aluminium mempunyai struktur kristal FCC. Logam ini tahan terhadap korosi pada media yang berubah-ubah dan juga mempunyai duktilitas yang tinggi.
10. Seng tergolong logam rapuh, tetapi pada temperatur 100°-150°C mempunyai sifat-sifat mudah diroll dan ditarik menjadi kawat. Logam ini mempunyai susunan kristal hcp.
11. Timbel berwarna abu-abu ke biru-biruan, logam ini sangat tunak/lembek dan mampu tempa. Logam timbel mempunyai struktur kristal f c c , dan mempunyai sifat konduksi panas/listrik yang baik , kekerasannya 1/10 logam tembaga.
139
12. Biji magnesium yang banyak kita kenal adalah Magnesit/ Magnesium karbonat) MgCO3, Dolomite CaCO3, MgCO3, carolite MgCl2KCl6 H2O.
13. Proses pelapisan tembaga-nikel-khrom terhadap logam ferro atau kuningan sebagai logam yang dilapis adalah satu cara untuk melindungi logam terhadap serangan korosi dan untuk mendapatkan sifat dekoratif.
14. Semen terak adalah semen hidrolik yang sebagian besar terdiri dari suatu campuran seragam serta kuat dari terak dapur tinggi dan kapur tohor, 60 % dari berat semen terak terdiri dari terak dapur tinggi, campuran itu biasanya tidak dibakar.
CONTOH SOAL : 1. Jelaskan prinsip dasar pelapisan logam secara listrik?
Jawab : Prinsip dasar pelapisan logam secara listrik :
- Benda yang dilapisi diletakkan di Katoda - Logam pelapis diletakkan di Anoda - Larutan eletrolit sesuai dengan garam anoda - Arus listrik yang digunakan arus listrik searah
2. Suatu benda yang terbuat dari besi akan dilapis dengan logam
tembaga. Waktu pelapisan 10 menit. Arus yang digunakan 2 A/dm2. Luasan benda yang akan dilapis 2 dm2. Tentukan massa tembaga yang terlapis? MA = 63,5. Jawab :
G = 96500
tIe
= 96500
6010.2,2.2/5,63 ×
= 0,79 gram
3. Jelaskan macam-macam metoda untuk pengendalian korosi? Jawab : 1. Membuat logam tahan korosi 2. Membuat lingkungan menjadi tidak korosif
140
3. Membalikkan arah arus 4. Memisahkan logam dari lingkungan
LATIHAN SOAL : 1. Jelaskan yang disebut bahan baku dan bahan pembantu? Berikan
contohnya! 2. Suatu perkakas akan dilapis dengan logam khrom. MA Cr = 52.
Waktu pelapisan 15 menit dengan arus 25 A/dm2. Luasan yang dilapis 1,2 dm2. Tentukan massa khrom yang terlapis pada permukaan logam besi?
3. Jelaskan karakteristik besi tuang, dan berikan contoh penggunaannya?
4. Jelaskan yang dimaksud dengan paduan logam? Berikan contoh-contohnya!
5. Sebutkan sifat-sifat umum dari kapur dan semen?
141
BAB III INSTRUMENTASI DAN PENGUKURAN
Setiap alat yang digunakan dan dioperasikan dalam sebuah pabrik dilengkapi dengan instrumen untuk mengukur parameter-parameter tertentu sesuai kondisi operasi yang harus selalu dipantau setiap saat. Instrumen yang dimaksud terdiri dari dua macam yaitu instrumen lokal dan instrumen panel. Skala ukur yang terbaca dalam instrumen lokal merupakan kontrol terhadap skala ukur instrumen panel. Instrumentasi merupakan salah satu ilmu teknik yang makin terasa keperluannya dalam kehidupan sehari-hari untuk mendapatkan nilai pengukuran yang lebih akurat.
Untuk mendasari pengetahuan yang diperlukan dalam kegiatan mengukur maka di bawah ini dibahas terlebih dahulu tentang satuan dan standardnya serta konsep angka penting dan galat.
3.1. DEFINISI
Instrumentasi (Instrumentation) a. Penggunaan piranti ukur (instrumen) untuk menentukan harga besaran
yang berubah-ubah, yang seringkali pula untuk keperluan pengaturan besaran yang perlu berada di batas-batas harga tertentu
b. Semua piranti (kimia, listrik, hidrolik, magnit, mekanik, optik, pneumatik) yang digunakan untuk : menguji, mengamati, mengukur, memantau; mengubah, membangkitkan, mencatat, menera, memelihara, atau mengemudikan sifat-sifat badani (fisik) gerakan atau karakteristik lain.
Instrumen (Instrument)
Instrumen atau piranti ukur merupakan piranti untuk mengukur sesuatu besaran selama dipengamatan. Piranti itu dapat berupa instrumen tuding (indicating instrument) dan dapat berupa instrumen rekan (recording instrument)
Istilah "INSTRUMEN" digunakan dua maksud yaitu : a. Instrumen murni yang terdiri dari mekanisme dan bagian-bagian yang di
bangun didalam wadah (rumah) atau piranti yang berkaitan dengan itu b. Instrumen murni berikut sembarang alat-alat imbuhan (auxliary) seperti
misalnya: tahanan kondensator atau transformator instrumen.
142
Sebagai pengganti kata "Instrumen" (piranti) seringkali dipakai pula kata "alat ukur" (meter). Kata piranti digunakan pula sebagai pengindonesiaan "device".
3.2. STANDARD DAN SATUAN
Ketika kita mengukur suatu besaran, kita selalu membandingkan-nya terhadap suatu standard. Jika kita mengatakan panjang sebuah meja 1,5 meter, itu artinya panjang meja tersebut 1,5 kali panjang suatu batang meteran yang panjangnya didefinisikan sebagai 1 meter. Standard seperti itu didefinisikan sebagai satuan (unit) besaran. Meter adalah satuan jarak, sekon satuan waktu dan sebagainya.
Untuk membuat pengukuran yang akurat, kita membutuhkan satuan pengukuran yang tidak berubah dan dapat diduplikasi oleh pengamat (pengukur) di berbagai tempat. Sistem satuan yang digunakan oleh para ilmuwan dan insinyur di seluruh dunia disebut “sistem metrik” yang sejak tahun 1960 disebut sebagai Sistem Internasional (International System) atau SI (singkatan diambil dari bahasa Perancis, Systeme International). 3.2.1. Waktu
Dari tahun 1889 sampai 1967, satuan waktu didefinisikan sebagai satu fraksi tertentu dari rata-rata lamanya siang hari (yaitu saat matahari bersinar), waktu rata-rata antara kedatangan berturut-turut matahari pada titik tertingginya di langit. Standard yang sekarang digunakan dibuat tahun 1967, jauh lebih teliti. Standard itu berdasarkan pada jam atomik, yang menggunakan beda energi antara dua tingkat energi terendah dari atom cesium. Ketika ditembaki dengan gelombang mikro pada frekuensi yang tepat, atom cesium mengalami transisi dari salah satu tingkat energi ke tingkat energi satunya. Satu sekon didefinisikan sebagai waktu yang dibutuhkan untuk melakukan 9.192.631.770 siklus dari radiasi ini. 3.2.2. Panjang
Pada tahun 1960 standard atomik untuk meter juga ditetapkan dengan menggunakan panjang gelombang cahaya jingga-merah yang diemisikan oleh atom-atom kripton (86Kr) di dalam suatu tabung lucutan cahaya. Pada November 1983 standard panjang berubah lagi secara lebih radikal. Laju rambat cahaya dalam ruang hampa didefinisikan dengan tepat
143
sebagai 299.792.458 m/s. Meter didefinisikan ulang agar konsisten dengan bilangan ini dan dengan definisi sekon di atas. Maka, definisi baru meter adalah jarak yang ditempuh oleh cahaya di ruang hampa dalam 1/299.792.458 sekon. 3.2.3. Massa
Standrad massa, kilogram, didefinisikan sebagai massa suatu tabung yang terbuat dari paduan (alloy) platinum-iridium. Tabung tersebut disimpan di International Bureau of Weights and Measures di Sèvres, dekat Paris. Suatu standard atomik dari massa akan membuatnya lebih mendasar lagi, namun sampai sekarang belum dapat mengukur massa dalam skala atomik dengan akurasi seperti dalam skala makroskopik. 3.2.4. Sistem British
Selain Sistem International yang diakui sebagai sistem satuan juga ada sistem satuan lain yaitu Sistem British. Sistem ini hanya digunakan di Amerika dan beberapa negara lainnya dan kebanyakan satuannya mulai digantikan oleh satuan SI. Satuan British sekarang secara legal didefinisikan dalam satuan SI, sebagai berikut: Panjang : 1 inci = 2,54 cm (tepat) Gaya : 1 pound (pound force) = 4,448221615260 newton (tepat)
Berbeda dengan Sistem International dimana gaya adalah besaran turunan (satuan : kg m / s2), dalam sistem British gaya adalah besaran pokok (satuan : pound force atau lbf). Konsekuensinya, dalam sistem British ini kita menggunakan sebuah faktor konversi, gc, sebuah konstanta yang mempunyai harga bukan satu, untuk membuat satuan menjadi sesuai. Harga gc adalah 32,174 (ft)(lbm)/(lbf)(s2). Feet (ft) adalah satuan panjang, lbm adalah satuan massa dan lbf adalah satuan gaya.
Sebagai contoh, sebuah benda dengan massa 1 lbm, percepatan gravitasi (g) = 32, 174 ft/s2 maka berat (gaya) benda tersebut:
( ) f2fm
2
mc
lb 1))(s)(ft)/(lb(lb 32,174
)(ft)(s 32,174lb 1g
g mF ===
144
3.2.5. Konsistensi dan Konversi
Kita menggunakan persamaan untuk menyatakan hubungan antara besaran-besaran yang direpresentasikan dengan simbol-simbol aljabar. Setiap simbol aljabar selalu menyatakan sebuah bilangan dan sebuah satuan. Sebagai contoh, d bisa menyatakan suatu jarak sejauh 10 m, t suatu selang waktu sepanjang 5 s dan v laju sebesar 2 m/s.
Suatu persamaan harus selalu konsisten dalam dimensi (dimensionally consistent). Kita tidak dapat menambahkan 5 kg dengan 10 meter; dua besaran bisa dijumlahkan atau disamakan hanya jika besaran-besaran tersebut mempunyai satuan yang sama.
Satuan dikali dan dibagi sama seperti simbol-simbol aljabar biasa. Hal ini akan memudahkan dalam mengkonversikan besaran dari suatu satuan ke satuan lainnya. Kita dapat menyatakan besaran yang sama dalam dua satuan yang berbeda dan membentuk suatu kesamaan. Sebagai contoh, jika kita katakan bahwa 1 menit = 60 sekon, tidak berarti bahwa bilangan 1 sama dengan bilangan 60; yang kita maksudkan adalah bahwa 1 menit merepresentasikan selang waktu yang sama dengan 60 sekon. Dengan alasan yang sama, perbandingan (1 menit) / (60 sekon) sama dengan 1, demikian juga kebalikannya (60 sekon / 1 menit). Kita dapat mengalikan suatu besaran dengan salah satu dari faktor ini tanpa mengubah arti besaran tersebut. Contoh, untuk mendapatkan bilangan dengan satuan sekon dari 5 menit, kita tuliskan:
s 300menit 1
s 60 menit 5menit 5 ==
3.3. ANGKA PENTING DAN GALAT
Angka penting adalah semua angka yang diperoleh dari hasil pengukuran, yang terdiri dari angka eksak dan satu angka terakhir yang ditaksir (atau diragukan). Misalnya kita mengukur panjang suatu benda dengan mistar berskala mm dan melaporkan hasilnya dalam 4 angka penting, didapat 114,5 mm. Jika panjang benda tersebut kita ukur dengan jangka sorong maka hasilnya dilaporkan dalam 5 angka penting, misalnya 114,40 mm, dan jika diukur dengan mikrometer sekrup maka hasilnya dilaporkan dalam 6 angka penting, misalnya 113,390 mm. Ini menunjukkan bahwa banyak angka penting yang dilaporkan sebagai hasil pengukuran
145
mencerminkan ketelitian suatu pengukuran. Makin banyak angka penting yang dapat dilaporkan, makin teliti pengukuran tersebut. Tentu saja pengukuran panjang dengan mikrometer sekrup lebih teliti dari jangka sorong dan mistar.
Pada hasil pengukuran mistar tadi dinyatakan dalam bilangan penting yang mengandung 4 angka penting : 114,5 mm. Tiga angka pertama, yaitu: 1, 1, dan 4 adalah angka eksak karena dapat dibaca pada skala, sedang satu angka terakhir, yaitu 5 adalah angka taksiran karena angka ini tidak bisa dibaca pada skala, tetapi hanya ditaksir. Aturan-aturan angka penting:
1. Semua angka bukan nol adalah angka penting. 2. Angka nol yang terletak di antara dua angka bukan nol termasuk angka
penting. 3. Semua angka nol yang terletak pada deretan akhir dari angka-angka
yang ditulis di belakang koma desimal termasuk angka penting. 4. Angka-angka nol yang digunakan hanya untuk tempat titik desimal
adalah bukan angka penting. 5. Bilangan-bilangan puluhan, ratusan, ribuan, dan seterusnya yang
memiliki angka-angka nol pada deretan akhir harus dituliskan dalam notasi ilmiah agar jelas apakah angka-angka nol tersebut adalah angka penting atau bukan
Bilangan penting diperoleh dari kegiatan mengukur, sedangkan bilangan eksak diperoleh dari kegiatan membilang. Hasil perkalian atau pembagian antara bilangan penting dengan bilangan eksak hanya boleh memiliki angka penting sebanyak bilangan pentingnya. Angka lebih kecil dari sama dengan 4 ditiadakan dalam pembulatan, sehingga angka sebelumnya tidak berubah. Angka lebih besar sama dengan 5 dibulatkan ke atas, sehingga angka sebelumnya bertambah dengan satu.
Banyak angka penting dalam hasil perkalian atau pembagian bilangan-bilangan penting sama dengan banyak angka penting dari bilangan penting yang memiliki angka penting paling sedikit. Hasil penjumlahan atau pengurangan bilangan-bilangan penting hanya boleh mengandung satu angka taksiran. Hasil memangkatkan atau menarik akar suatu bilangan penting hanya boleh memiliki angka penting sebanyak angka penting dari bilangan penting yang dipangkatkan atau ditarik akarnya.
146
Perbedaan hasil pengukuran panjang suatu benda dengan mistar, jangka sorong dan mikrometer sekrup adalah pada ketidakpastian (uncertainty) pengukuran tersebut. Pengukuran dengan mikrometer sekrup memiliki ketidakpastian yang lebih kecil; ini menghasilkan suatu pengukuran yang lebih akurat. Ketidakpastian juga disebut galat (error), karena hal tersebut juga mengindikasikan selisih maksimum yang mungkin terjadi antara nilai terukur dan nilai sebenarnya. Ketidakpastian atau galat dari sebuah nilai terukur bergantung pada teknik pengukuran yang dilakukan.
Dalam mengindikasikan akurasi nilai terukur yaitu, seberapa dekat nilai terukur itu terhadap nilai sebenarnya dengan menuliskan bilangan diikuti simbol ± dan bilangan kedua yang menyatakan ketidakpastian pengukuran. Misalnya diameter sebuah silinder dituliskan 54,56 ± 0,02 mm, ini berarti nilai sebenarnya tidak mungkin kurang dari 54,54 mm atau lebih dari 54,58 mm.
Selain dengan cara di atas, akurasi juga dapat dinyatakan dengan galat fraksional atau galat persen. Untuk diameter silinder seperti contoh di atas fraksi kesalahannya adalah (0,02 mm) / (54,56 mm) atau sekitar 0,0004; persen kesalahannya sekitar 0,04%. 3.4. PEMBACAAN SKALA UKUR INSTRUMEN
Penunjuk atau pencatat adalah bagian dari alat ukur melalui mana harga dari hasil suatu pengukuran ditunjukkan atau dicatat. Hampir semua alat ukur, kecuali beberapa alat ukur standar dan alat ukur batas, mempunyai bagian penunjuk yang dapat kita kategorikan menjadi 2 macam, yaitu : 1. Penunjuk berskala, dan 2. Penunjuk berangka (digital) 3.4.1. Penunjuk Berskala
Skala adalah susunan garis yang beraturan dengan jarak antara dua garis yang berdekatan dibuat tetap dan mempunyai arti tertentu. Jarak antara dua garis dari skala alat ukur geometris dapat berarti bagian dari meter atau bagian dari derajat. Secara visual pembacaan dilakukan dengan pertolongan garis indeks atau jarum penunjuk yang bergerak relatif terhadap skala. Posisi dari garis indeks atau jarum penunjuk pada skala menyatakan suatu harga (hasil sudut pengukuran), lihat Gambar 3.1.
147
Gambar 3.1. Skala dengan garis indeks dan jarum penunjuk 3.4.2. Skala Nonius (Vernier Scale)
Tidak selalu garis indeks tepat segaris dengan garis skala, akan tetapi sering garis indeks ini terletak di antara dua garis skala sehingga timbul kesulitan di dalam menentukan harganya. Oleh karena itu untuk menaikkan kecermatan pembacaan maka garis indeks sering diganti dengan suatu susunan garis yang disebut dengan skala nonius yang mana sesuai dengan cara pembuatannya dikenal dua macam skala nonius, skala nonius satu dimensi dan skala nonius dua dimensi.
Prinsip dari skala nonius satu dimensi mungkin dapat kita jelaskan sebagaimana Gambar 3.1. Skala alat ukur dalam hal ini kita sebut sebagai skala utama sedang skala yang terletak di bawahnya disebut skala nonius. Misalkan jarak antara dua garis skala utama adalah u.
Garis nol nonius segaris dengan garis A skala utama. u = jarak satu bagian skala utama n = jarak satu bagian skala nonius k = u – n Garis nol nonius tergeser sejauh k dari garis A; garis pertama nonius segaris dengan salah satu garis skala utama. Garis nol nonius tergeser sejah 2 K dari garis A; garis kedua nonius segaris dengan salah satu garis skala utama.
148
Sedang n adalah jarak antara dua garis skala nonius, maka setiap satu bagian skala utama akan lebih panjang sebesar k dibandingkan dengan satu bagian skala nonius. Apabila posisi garis nol nonius adalah tepat segaris dengan suatu garis skala utama misalkan A, maka hasil pengukuran adalah tepat berharga A. Selanjutnya apabila garis nol nonius tergeser ke kanan sebesar k maka garis pertama nonius akan tepat segaris dengan salah satu garis skala utama. Seandainya garis nol nonius lebih tergeser ke kanan lagi sejauh 2 k dari posisi garis A maka garis kedua noniuslah yang tepat segaris dengan salah satu garis skala utama. Proses pergeseran ini dapat kita lakukan terus sampai akhirnya garis nol nonius kembali menjadi segaris dengan garis skala utama (sesudah A). Dengan demikian penentuan posisi garis nol nonius relatif terhadap A adalah melihat garis nonius yang keberapa yang menjadi segaris dengan salah satu garis skala utama.
Jarak k adalah menggambarkan kecermatan dari skala nonius, semakin kecil k maka kecermatannya semakin tinggi, artinya posisi garis nol nonius relatif terhadap suatu garis skala utama (sesudahnya) menjadi semakin jelas. Akan tetapi semakin kecil k berarti skala nonius memerlukan jumlah garis yang lebih banyak, karena jumlah garis nonius (kecuali garis nol) atau jumlah bagian dari skala nonius adalah sama dengan 1/k buah. Dengan demikian k tidak boleh terlalu kecil, karena: - Untuk mempermudah penentuan garis nonius yang menjadi segaris
dengan skala utama - Untuk membatasi panjang keseluruhan skala nonius, (harus jauh lebih
pendek dari panjang keseluruhan skala utama). Tabel 3.1 berikut adalah beberapa contoh kecermatan skala nonius yang digunakan pada beberapa alat ukur, misalnya mistar ingsut dan busur bilah.
149
Tabel 3.1. Skala nonius satu dimensi Kecermatan Besar u
pada skala utama
Skala nonius Besar n
pada skala nonius
Jumlah bagian
Panjang/besar keseluruhan
101 (0,10) mm
1 mm 0,9 mm 10 9 mm
201 (0,05) mm
1 mm 2 mm
0,95 mm 1,95 mm
20 30
19 mm 39 mm
501 (0,02) mm
1 mm 1 mm
0,98 mm 0,98 mm
50 25
49 mm 24,5 mm
1210
(5’) mm 10
20
12110
12230
12
12
110
230
6010
(0,10) mm 10
60590
30 29,50
Supaya skala nonius tidak begitu panjang (tidak memakan tempat),
kadang-kadang hanya setengah panjang keseluruhan skala nonius saja yang dipakai dengan catatan bahwa setiap bagian dari skala utama dalam hal ini harus dibagi menjadi dua sehingga pembacaan dapat diulangi lagi mulai dari garis nol nonius sete etengah bagian dari skala utama dilewati, lihat Gambar 3.2.
Garis nol nonius belum melewati setengah bagian skala utama Garis nol nonius telah melewati setengah bagian dari skala utama, pembacaan diulang lagi mulai dari garis nol nonius.
Gambar 3.2. Pembagian skala utama menjadi dua bagian, apabila skala nonius hanya setengah panjang keseluruhannya
Beberapa contoh cara pembacaan dengan memakai skala nonius
ditunjukkan pada Gambar 3.3: Untuk garis nol nonius yang tidak segaris dengan garis s ama maka penunjukan berharga sama dengan harga dari
150
skala utama sesudah garis nol nonius ditambah dengan harga garis skala nonius adalah menyatakan sepersepuluh harga skala utama. Angka pada skala nonius adalah menyatakan sepersepuluh harga skala utama, atau dalam menit kalau skala utama dalam derajat. Untuk skala nonius dengan setengah panjang keseluruhannya, jika garis nol nonius telah melewati setengah bagian skala utama, maka kita harus menambahkan angka lima pada setiap angka dari skala nonius (atau menambah tiga puluh menit untuk skala utama dalam derajat).
Gambar 3.3. Contoh pembacaan skala nonius
Contoh pembacaan Skala satuan panjang, mm posisi nol :
151
3.4.3. Skala nonius dua dimensi
Suatu segi empat dengan satu diagonal di mana, sisi datar adalah u dan sisi tegak dibagi dalam n bagian yang sama, dapat berfungsi sebagai skala nonius dua dimensi. Untuk penunjukan tepat maka kedua sisi tegak akan berimpit dengan garis skala utama (karena u dibuat a dengan jarak satu bagian skala utama), lihat Gambar 3.4. Untuk skala nonius kanan, apabila sisi tegak sebelah kanan tergeser ke sebelah kanan maka posisinya relatif terhadap garis A dapat diketahui dengan melihat perpotongan antara garis A dengan diagonal serta membaca angka pada garis nonius mendatar yang tepat pada titik perpotongan tersebut. Demikian pula halnya dengan skala nonius kiri di mana urutan pembacaan skala utama adalah mulai dari kanan ke kiri (terbalik).
Gambar 3.4. Prinsip skala nonius dua dimensi Kecermatan pembacaan adalah tergantung dari jumlah garis
mendatar nonius. Untuk n = 10 maka kecermatannya adalah (1/10) x u, jika n = 100 maka kecermatannya adalah (1/100) x u. Beberapa alat ukur yang peka diperlengkapi dengan pengubah optis yang berfungsi sebagai pembesar bayangan dari skala utama. Melalui okuler kita dapat melihat jarak antara dua garis skala utama menjadi lebih jauh terpisah, dengan demikian beberapa skala nonius (biasanya 10 buah) dapat disusun sekaligus untuk pembacaan jarak pada sepersepuluh bagian dari skala. Gambar 3.4. adalah merupakan dua contoh pembacaan dengan skala nonius dua dimensi dengan n sama dengan 10 dan 100.
Untuk n = 100 maka dibuat skala nonius yang melingkar dengan maksud untuk memperjelas pembacaan serta tidak terlalu panjang ke bawah. Skala nonius jenis ini dibuat dengan teknik fotografi pada keping
152
kaca yang tipis serta kecil yang kemudian dipasang tepat pada fokus dari okuler.
Gambar 3.5. Skala nonius (kiri) dua dimensi
3.4.4. Skala Mikrometer
Skala pada semua jenis mikrometer dibuat pada kedua bagian dari mikrometer, pertama pada silinder tetap (kita sebut skala tetap) dan kedua pada silinder putar (kita namakan skala putar). Tepi dari silinder putar berfungsi sebagai garis indeks untuk pembacaan skala tetap (pembacaan kasar), sedang garis yang melintang sepanjang skala tetap berfungsi sebagai garis indeks untuk pembacaan skala putar (pembacaan halus). Biasanya untuk satu kali putaran, tepi dari silinder putar akan menggeser (pembacaan halus). Biasanya untuk satu kali putaran, tepi dari silinder putar akan menggeser sejauh setengah skala tetap (0,5 mm), oleh karena itu angka pada skala putar bermula dan berakhir pada angka 0 yang juga berarti angka 50 apabila pembagian skala putar adalah 50 buah. Dengan demikian satu bagian dari skala putar adalah sesuai dengan jarak 0,01 mm. Apabila tepi silinder putar telah melewati setengah bagian dari skala utama, maka angka pada silinder putar harus diartikan sebagai kelebihannya angka 50. Gambar 3.6 adalah merupakan contoh pembacaan skala mikrometer dengan kecermatan 0,01 mm.
Beberapa mikrometer mempunyai silinder putar dengan diameter yang relatif besar, dengan demikian pembagian skala putar dapat diperhalus. Kecermatan sampai 0,002 mm dapat dicapai dengan membuat pembagian skala putar harus diartikan sebagai kelebihannya angka 50.
153
Gambar 3.6 adalah merupakan contoh pembacaan skala mikrometer dengan kecermatan 0,01 mm.
Gambar 3.6. Pembacaan skala mikrometer dengan kecermatan 0,01 mm
Beberapa mikrometer mempunyai silinder putar dengan diameter yang relatif besar, dengan demikian pembagian skala putar dapat diperhalus. Kecermatan sampai 0.002 mm dapat dicapai dengan membuat pembagian skala putar menjadi 250 buah. Untuk mikrometer dengan diameter silinder putar yang agak kecil pun dapat dinaikkan kecermatan pembacaannya, yaitu dengan cara membuat skala nonius (satu dimensi) yang digunakan pada waktu membaca skala putar. Skala nonius ini dibuat pada silinder tetap pada arah agak lurus skala tetap dengan garis melintangnya skala tetap dianggap sebagai garis nol nonius. Kecermatan pembacaan dalam hal ini tergantung dari cara pembuatan skala nonius (lihat pada pembicaraan mengenai skala nonius satu dimensi, dalam hal ini skala putar dianggap sebagai skala utama). Contoh pembacaan skala mikrometer dengan skala nonius adalah seperti Gambar 3.7.
Garis indeks pembacaan halus
Garis indeks pembacaan kasar
6,48 mm 6,53 mm
Skala putar Skala tetap
6,98 mm
154
Gambar 3.7. Pembacaan skala mikrometer dengan skala nonius 3.4.5. Skala dengan jarum penunjuk
Alat ukur pembanding (comparator) umumnya mempunyai jarum penunjuk yang bergerak relatif terhadap skala yang diam, di mana gerakan dari jarum penunjuk adalah berdasarkan prinsip mekanis ataupun prinsip elektris. Prinsip mekanis dipakai pada alat ukur dengan pengubah mekanis, sedang prinsip elektris digunakan pada alat ukur dengan pengubah elektris. Penunjuk dari jenis elektris ini sesungguhnya merupakan suatu alat ukur lain, yaitu dapat merupakan voltmeter (yang mengukur besarnya tegangan listrik) atau berupa amperemeter (yang mengukur besarnya arus listrik) akan tetapi skalanya telah disesuaikan (dikalibrasi) menjadi penunjukan satuan panjang.
Suatu kesalahan pembacaan yang dikenal dengan nama paralaks mungkin dapat terjadi pada waktu membaca posisi jarum penunjuk pada skala, yaitu apabila mata kita tidak pada satu bidang yang melalui jarum penunjuk dan tegak lurus bidang skala (bidang pembacaan), lihat Gambar 3.8. Paralaks ini dapat dicegah apabila mata kita (sebelah kanan atau sebelah kiri) tepat pada bidang pembacaan. Beberapa alat ukur mempunyai cermin pada bidang skalanya, dengan demikian apabila mata kita tepat pada bidang pembacaan maka bayangan dari jarum penunjuk masih tetap kelihatan, pembacaan boleh dilakukan setelah jarum penunjuk menutupi bayangannya. Meskipun tidak memakai cermin, dengan membuat letak jarum penunjuk sangat dekat dengan bidang skala maka akibat dari paralaks dapat dikurangi.
155
Gambar 3.8. Paralaks cara menghindarinya
3.4.6. Penunjuk Berangka (Digital)
Pada alat ukur dengan penunjuk berangka kita dapat langsung mengetahui hasil pengukuran melalui deretan angka yang ada padanya. Penunjuk berangka ini dapat kita golongkan menjadi 2 macam, yaitu jenis mekanis dan jenis elektronis.
Penunjuk digital mekanis terdiri dari susunan beberapa silinder masing-masing diberi angka pada permukaannya mulai dari 0 sampai dengan 9, lihat Gambar 3.9. Mulai dari yang paling kanan silinder-silinder tersebut kita sebut sebagai silinder pertama, kedua dan seterusnya. Melalui sistem roda gigi, pengubah mekanis secara kontinu memutar silinder pertama. Untuk satu kali putaran, silinder pertama akan memutar silinder ke dua sebanyak 1/10 putaran. Apabila silinder kedua ini telah genap berputar satu kali maka silinder ketiga akan terputar sebanyak 1/10 putaran. Proses pemutaran silinder dengan cara bertingkat ini dapat berlangsung terus sampai silinder berakhir. Dengan demikian angka pada suatu silinder menyatakan kelipatan 10 dari angka silinder disamping kanannya.
Penunjuk digital elektronis menggunakan komponen elektronis yang disebut dengan LED (Light Emitting Diode). Suatu kode angka dapat dibuat
156
dari 7 buah LED yang disusun seperti angka 8, lihat Gambar 3.10. Apabila pada suatu saai ke 7 buah LED ini menyala (biasanya dengan sinar merah) maka kita melihat sebagai kode angka 8. Jika hanya beberapa LED yang menyala pada tempat-tempat tertentu maka akan terlihat sebagai kode angka lain. Suatu sirkuit elektronis memerintahkan LED ini untuk menunjukkan suatu kode angka, demi dan pula halnya untuk kode angka-angka yang lain yang disusun menjadi satu barisan angka.
Gambar 3.9. Penunjuk digital dengan sistem mekanis
Gambar 3.10. Penunjuk digital elektronis
Isyarat dari pengubah elektronis yang berupa pulsa dihitung secara aljabar biner dengan menggunakan suatu sirkuit elektronis tertentu. Setelah diubah oleh pembuat kode decimal isyarat diteruskan ke bagian pengatur penyalaan LED.
Silinder ke
157
3.5. PENCATATAN SKALA UKUR
Untuk beberapa hal tertentu penunjukkan suatu harga pada suatu saat dianggap tidak memberikan suatu informasi yang lengkap mengenai proses pengukuran yang sedang dilakukan. Oleh karena itu diperlukan alat pencatat yang dapat membuat suatu grafik pengukuran pada kertas berskala. Beberapa proses pengukuran yang memerlukan alat pencatat antara lain adalah pengukuran konfigurasi permukaan pengukuran kebulatan. Pada saat ini alat pencatat yang berdasarkan prinsip kerja elektris lebih banyak kita jumpai daripada alat pencatat dengan sistem mekanis. Dua prinsip kerja yang umum digunakan oleh alat pencatat elektris adalah prinsip galvanometer atau prinsip servo-motor.
Suatu kumparan, spoel, yang bebas berputar pada suatu medan magnit tetap adalah merupakan komponen utama dari galvanometer (lihat Gambar 3.11). Apabila ada arus listrik (berasal dari pengubah elektris) yang melalui kumparan ini maka posisi dari kumparan akan terputar sampai suatu kedudukan tertentu tergantung dari kuat lemahnya arus listrik. Akibatnya pena pada ujung batang yang bersatu dengan kumparan akan menggoreskan suatu garis pada kertas grafik (kertas berskala) yang secara kontinu bergerak selama proses pengukuran berlangsung. Pegas spiral yang terpasang pada kumparan berfungsi untuk menyetel/mengembalikan ke posisi nol serta untuk menaikkan reaksi dari alat pencatat.
Gambar 3.11. Alat pencatat dengan prinsip galvanometer dan prinsip servo motor
158
3.6. KELAINAN SKALA UKUR
3.6.1. Ketelitian
Ketelitian juga dikenal sebagai reproduksibilitas. Ketelitian pembacaan merupakan kecocokan antara pembacaan-pembacaan itu sendiri. Jika nilai yang sama dari peubah yang terukur, diukur beberapa kali dan memberikan hasil yang kurang-lebih sama, maka alat ukur tersebut dikatakan mempunyai ketelitian atau reproduksibilitas tinggi, dan juga berarti alat ukur tidak mempunyai penyimpangan. Penyimpangan nilai alat ukur yang telah dikalibrasi disebabkan oleh berbagai faktor seperti, kontaminasi logam pada termokopel. Hal ini terjadi secara berangsur-angsur dalam satu periode waktu, dan nampaknya tidak diperhatikan. Penyimpangan ini hanya dapat diketahui melalui pemeriksaan secara berkala kalibrasi alat ukur. 3.6.2. Ketepatan
Ketepatan didefinisikan sebagai tingkat perbedaan yang sekecil-kecilnya antara nilai pengamatan dengan nilai sebenarnya. Untuk memperoleh ketepatan yang diharapkan kalibrasi alat ukur, perlu dilakukan secara berkala dengan menggunakan standar konstan yang telah diketahui.
Meskipun semua pemakai alat ukur bertujuan agar selalu memperoleh tingkat ketepatan setinggi mungkin, namun kesalahan relatif tetap harus diingat. Ukuran relatif suatu kesalahan biasanya dinyatakan dalam lingkup nilai sesungguhnya dari kuantitas yang diukur, sebagai persentase. Sebagai contoh, bila termokopel digunakan untuk mengukur suhu api, misalnya pada 1.000°C dengan ketepatan ± 5°C, maka persentase kesalahannya adalah :
%5,0100%100000.15 ±=±=± x
Namun bila kesalahan ± 5°C terjadi pada pengukuran suhu air mendidih pada 100°C, maka persentase kesalahannya adalah :
%5,0%100000.15 ±=± x
Jauh lebih serius kesalahannya.
159
3.6.3. Kepekaan
Kepekaan alat ukur secara umum mengacu kepada dua hal. Pada beberapa kasus kepekaan menyatakan perubahan terkecil nilai peubah yang diukur di mana alat ukur memberikan tanggapan sementara aliran pemikiran lain menganggap kepekaan aan sebagai ukuran perubahan yang dihasilkan oleh alat ukur untuk suatu perubahan peubah yang diukur. Daerah mati (dead zone) adalah rentang nilai terbesar dari peubah yang diukur di mana alat ukur tidak memberikan tanggapan. Daerah mati biasanya terjadi karena gesekan pada alat pencatat. Juga ditemukan jenis mekanisme tertentu yang hanya dapat menunjukkan sedikit perubahan dan perubahan diskrit dari nilai peubah yang diukur. 3.6.4. Jangkauan (Rangebility)
Jangkauan (rangeabilitas) dari instrumen biasanya diartikan perbandingan pembacaan meter maksimum ke pembacaan meter minimum, di mana kesalahan kurang dari harga yang dinyatakan. Dalam hal pengukuran yang mempunyai jarum atau pena, ketidakmampuan pemakai untuk menafsirkan perpindahan kecil dari jarum atau pena secara tepat, membatasi jangkauan. 3.6.5. Kalibrasi
Kalibrasi mengacu kepada satu keadaan di mana semua masukan (yang dikehendaki, yang mengganggu, yang mengubah) kecuali satu masukan dipertahankan pada nilai tetap. Masukan yang dipelajari tersebut kemudian diubah-ubah sepanjang rentang nilai konstanta yang sama, yang menyebabkan nilai keluaran berubah sepanjang rentang nilai konstanta tertentu. Prosedur yang sama diulangi secara bervariasi sesuai dengan setiap masukan yang diteliti berdasarkan minat, sehingga mengembangkan satu kumpulan hubungan masukan-keluaran statis.
Tidak mungkin melakukan kalibrasi suatu alat ukur dengan ketepatan lebih besar dari standar yang diikuti adalah suatu standar kalibrasi yang paling sedikit mempunyai ketepatan 10 kali alat ukur yang dikalibrasi. Jadi adalah amat penting bahwa orang yang melakukan kalibrasi alat ukur hams yakin bahwa standar kalibrasi mempunyai ketepatan yang memadai sebagai pembanding.
160
Pada penggunaan yang berkesinambungan, mungkin terjadi bahwa setelah beberapa waktu alat ukur mengalami kesalahan penyetelan menyebabkan kesalahan nilai nol. Jadi bagi semua jenis alat ukur kalibrasi angka nol dan jangka waktunya perlu dilakukan. Penting pula bagi pemakai untuk mengetahui bagaimana kalibrasi dilakukan. 3.6.6. Kesalahan Pengukuran
Dalam melakukan pengukuran fisik, tujuan utamanya adalah memperoleh suatu nilai yang terdiri dari satuan yang dipilih dan besarannya, yang akan menyatakan besar kuantitas fisik yang diukur. Sebagai contoh, dalam pengukuran tekanan, satuan yang dipilih adalah bar dan besarnya adalah 100. jadi, 100 bar. Tingkat kegagalan dalam menspesifikasi besaran ini dilakukan secara pasti, dan ini berarti pula variasi kuantitas nilai yang dinyatakan dari nilai sebenarnya, merupakan kesalahan pengukuran.
Kesalahan ini muncul dalam sistem pengukuran itu sendiri dan dari standar yang digunakan untuk kalibrasi sistem tersebut. Sebagai tambahan untuk kesalahan yang dihasilkan dari kalibrasi sistem pengukuran yang salah, ada sejumlah sumber kesalahan yang perlu diperiksa. Sumber kesalahan ini meliputi (1) kebisingan (noise), (2) waktu tanggap (response time), (3) keterbatasan rancangan (design limitation), (4) pertambahan atau kehilangan energi karena interaksi, (5) transmisi, (6) keausan atau kerusakan sistem pengukuran, (7) pengaruh ruangan terhadap sistem, (8) kesalahan penafsiran oleh pengamat. Untuk bahasan terinci mengenai karakteristik ini pembaca disarankan untuk menyelusuri rujukan.
Dalam memperkirakan besar ketidakpastian atau kesalahan dalam menetapkan nilai kuantitas sebagai hasil pengukuran, harus dibedakan antara dua golongan kesalahan : sistematis dan acak. Kesalahan sistematis adalah kesalahan yang secara konsisten terulang apabila dilakukan pengulangan percobaan. Kesalahan kalibrasi sistem pengukuran atau suatu perubahan dalam sistem yang menyebabkan penunjuk menyimpang secara konsisten dari nilai kalibrasi merupakan kesalahan jenis ini.
3.7. KLASIFIKASI ALAT UKUR
Dalam fisika dan teknik, pengukuran adalah aktivitas membandingkan kuantitas fisik dari objek dan kejadian dunia nyata. Pengukuran dilakukan dengan alat ukur atau alat pengukur. Alat pengukur
161
adalah alat yang digunakan untuk mengukur benda atau kejadian tersebut. Meskipun sudah dibuat seakurat mungkin, seluruh alat pengukur terkena kesalahan atau error peralatan yang bervariasi. Ada banyak alat ukur yang digunakan, namun yang banyak digunakan dalam industri dapat diklasifikasikan:
a. Alat pengukur suhu b. Alat pengukur tekanan c. Alat pengukur aliran d. Alat pengukur sifat kimiawi: pH atau keasaman, COD, BOD
3.7.1. Alat Pengukur Sifat Fisik
A. Alat Pengukur suhu (Termometer)
Secara kualitatif, kita dapat mengetahui bahwa suhu adalah sensasi dingin atau hangatnya sebuah benda yang dirasakan ketika menyentuhnya. Secara kuantitatif, kita dapat mengetahuinya dengan menggunakan termometer. Termometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur suhu (temperatur), ataupun perubahan suhu. Istilah termometer berasal dari bahasa Latin thermo yang berarti panas dan meter yang berarti untuk mengukur (to measure). Termometer diklasifikasikan sebagai termometer kontak dan termometer non kontak atau termometer inframerah dan diterangkan dibawah ini.
1. Termometer bulb (air raksa atau alkohol) dengan ciri kasnya
sebagai berikut: • Menggunakan gelembung besar (bulb) pada ujung bawah tempat
menampung cairan, dan tabung sempit (lubang kapiler) untuk menekankan perubahan volume atau tempat pemuaian cairan.
• Berdasar pada prinsip suatu cairan, volumenya berubah sesuai temperatur. Cairan yang diisikan terkadang alkohol yang berwarna tetapi juga bisa cairan metalik yang disebut merkuri, keduanya memuai bila dipanaskan dan menyusut bila didinginkan
• Ada nomor disepanjang tube gelas yang menjadi tanda besaran temperatur
• Termometer bulb tidak memerlukan alat bantu, relatif murah, tidak mudah terkontaminasi bahan kimia sehingga cocok untuk
162
laboratorium kimia, konduktivitas panas rendah. Akan tetapi termometer bulb mudah pecah
• Dalam penggunaannya, bulb harus dilindungi terhadap benturan dan menghindari pengukuran yang melebihi skala termometer.
Sumber kesalahan termometer bulb: • time constant effect, waktu yang diperlukan konduksi panas dari
luar ke tengah batang kapiler • thermal capacity effect, apabila massa yang diukur relatif kecil,
akan banyak panas yang diserap oleh termometer dan mengurangi suhu sebenarnya
• cairan (alkohol, merkuri) yang terputus • kesalahan pembacaan • kesalahan pencelupan
Gambar 3.12. Termometer Bulb
2. Termometer spring
Menggunakan sebuah coil (pelat pipih) yang terbuat dari logam yang sensitif terhadap panas, pada ujung spring terdapat pointer. Bila udara panas, coil (logam) mengembang sehingga pointer bergerak naik, sedangkan bila udara dingin logam mengkerut
163
dan pointer bergerak turun. Secara umum termometer ini paling rendah keakuratannya di banding termometer bulb dan digital.
Penggunaan termometer spring harus selalu melindungi pipa kapiler dan ujung sensor (probe) terhadap benturan/gesekan. Selain itu, pemakaiannya tidak boleh melebihi suhu skala dan harus diletakkan di tempat yang tidak terpengaruh getaran.
3. Termometer elektronik
Ada dua jenis yang digunakan di industri, yakni thermocouple dan resistance thermometer. Biasanya, industri menggunakan nominal resistan 100 ohm pada 0 °C sehingga disebut sebagai sensor Pt-100. Pt adalah simbol untuk platinum, sensivitas standar sensor 100 ohm adalah nominal 0.385 ohm/°C, RTDs dengan sensivitas 0.375 dan 0.392 ohm/°C juga tersedia.
Gambar 3.13. Termometer Termokopel
164
4. Termometer Non-kontak atau termometer inframerah. Termometer non-kontak atau termometer inframerah dapat
mengukur suhu tanpa kontak fisik antara termometer dan obyek di mana suhu diukur. Termometer ditujukan pada permukaan obyek dan secara langsung memberikan pembacaan suhu. Alat ini sangat berguna untuk pengukuran di tungku atau suhu permukaan dan lain sebagainya.
Termometer infra merah dapat digunakan untuk mengukur suhu dimana sensor konvensional tidak dapat digunakan atau tidak dapat menunjukkan pembacaan yang akurat, seperti sebagai berikut: - Bila dibutuhkan pengukuran pada respon yang cepat, seperti
pengukuran pada benda yang bergerak (contoh: rol, mesin bergerak atau belt conveyor)
- Karena adanya bahan pencemaran atau kondisi berbahaya (misalnya: tegangan tinggi)
- Jarak yang terlalu jauh atau tinggi - Suhu yang terlalu tinggi untuk termokopel atau kontak sensor
lainnya - Obyek dalam keadaan vakum atau pada kondisi atmosfir
terkontrol lainnya - Obyek dikekelingi oleh medan listrik (seperti induksi panas)
Prinsip dasar termometer infra merah adalah bahwa semua obyek memancarkan energi infra merah. Semakin panas suatu benda, maka molekulnya semakin aktif dan semakin banyak energi infra merah yang dipancarkan. Termometer infra merah terdiri dari sebuah lensa yang focus mengumpulkan energi infra merah dari obyek ke alat pendeteks/detektor. Detektor akan mengkonversi energi menjadi sebuah sinyal listrik, yang menguatkan dan melemahkan dan ditampilkan dalam unit suhu setelah dikoreksi terhadap variasi suhu ambien.
165
Gambar 3.14. Termometer Inframerah atau Non-kontak
5. Termometer Kontak atau Termokopel
Termokopel (termometer kontak) terdiri dari dua logam yang tidak sama, digabung menjadi satu pada ujungnya. Bila gabungan dua logam dipanaskan atau didinginkan, tegangan akan dihasilkan yang dapat dikorelasikan kembali kepada suhu. Probe dimasukkan kedalam aliran cairan atau gas untuk mengukur suhunya, misalnya: gas buang, udara atau air panas. Probe jenis daun digunakan untuk mengukur suhu permukaan. Pada hampir semua kasus, termokopel secara langsung memberikan pembacaan pada unit yang dihendaki (derajat Celsius atau Fahrenheit pada panel digital)
Pada audit energi, suhu merupakan salah satu parameter yang penting untuk diukur dalam rangka menentukan kehilangan atau membuat keseimbangan energi panas. Pengukuran suhu diambil pada audit unit pendingin udara, boiler, tungku, sistim steam, pemanfaatan kembali panas, penukar panas dan lain sebagainya. Selama audit, suhu dapat diukur dari:
• Udara ambien • Air pendingin/ chilled water di plant pendingin.
166
• Udara masuk kedalam unit handling udara pada plant pendingin udara.
• Air pendingin masuk dan keluar pada menara pendingin. • Permukaan jalur pemipaan steam, boiler, kiln. • Air masuk boiler. • Gas buang. • Kondensat yang kembali. • Pemanasan awal pasokan udara untuk pembakaran. • Suhu dari bahan bakar minyak. Pencegahan dan keselamatan pengukuran berikut diterapkan
ketika menggunakan termometer : • Probe harus dilumuri cairan dan pengukuran harus diambil
setelah satu-dua menit, yaitu setelah pembacaan stabil. • Sebelum menggunakan termokopel, jarak antara suhu
dimana termokopel didesain harus diperiksa. • Probe dari termokopel jangan pernah menyentuh api
menyala. • Sebelum menggunakan termometer non kontak, pancaran
harus diatur sesuai dengan suhu permukan yang diukur. • Periksa manual operasi dari instruksi peralatan pemantauan
lebih rinci untuk keselamatan dan pencegahan sebelum menggunakan peralatan.
6. Uji Operasional
Semua alat pengukuran harus dikontrol pada saat pertama beroperasi dan sesudah digunakan paling sedikit satu kali pertahun dengan menggunakan termometer terkalibrasi. Pengujian harus dilakukan paling sedikit dengan satu nilai pada rentang temperatur dimana alat dioperasikan. Untuk pengukuran pada temperatur kamar
misal alat tersebut dicek pada 15 – 25 0C. Suhu yang ditunjukkan
oleh masing-masing termometer dicek oleh termometer terkalibrasi, dimana termometer-termometer tersebut dimasukkan kedalam lemari pendingin atau penangas air (water bath), sampai temperatur yang ditunjukkan oleh masing-masing termometer stabil paling sedikit dalam satu menit. Untuk pengukuran suhu udara dengan
167
menggunakan termometer, hal berikut dianjurkan untuk memperlambat penunjukan suhu, tempelkan gabus atau kapas/wool pada ujung termometer dan biarkan termometer kira-kira 1 (satu) jam untuk mencapai temperatur diinginkan. Contoh pengujian menggunakan pengukuran 2 (dua) nilai : Catatan pada pengukuran alat (sebagai koreksi)
- 0,3 pada 220C
- 0,2 pada 120C
Pada tanyangan menunjukkan : 19,7 0C
Temperatur yang sebenarnya adalah :
( tayangan + koreksi ) = ( 19,7 – 0,3 ) = 19,40C
7. Rentang kerja yang diijinkan
Deviasi yang diijinkan pada termometer minimum/maksimum
dari termometer kalibrasi, tidak boleh lebih dari 2,00C, deviasi dari
termometer biasa (normal) tidak boleh lebih dari 10C, jika tidak ada
nilai-nilai lainnya yang disimpan pada buku peralatan. 8. Pembersihan dan Perawatan
Sensor temperatur harus dibersihkan dengan solvent (pelarut) dan dibersihkan dengan air bebas mineral / aquadest, setelah digunakan.
9. Kelainan skala ukur atau pengukuran dalam kasus
penyimpangan (deviasi) Dalam kasus terjadinya penyimpangan lebih tinggi atau lebih rendah
+/- 5o
C, yang ditunjukkan oleh termometer pada alat, harus ditentukan faktor koreksi (suhu yang diinginkan / suhu terukur) dan dicantumkan secara jelas pada alat. Pada kasus lainnya dari deviasi suhu yang dijinkan, harus didokumentasikan pada buku alat.
10. Laporan atau Dokumentasi
Test-test operational harus dicatat sebagai lampiran dalam buku peralatan. Sebagai suatu alternatif, buku terpisah dapat dipakai
168
untuk mencatat atas semua peralatan pengukur suhu yang terdapat di wilayah kerja tertentu. Dalam kasus ini, peralatan yang dimaksud harus diberikan label yang jelas. Selama test operational, peralatan kalibrasi dan suhu terukur dan nilai aktualnya (jika ada deviasinya) harus didokumentasikan berbarengan dengan tanggal dan tanda tangan.
11. Pencegahan dan keselamatan pengukuran
Pencegahan dan keselamatan pengukuran berikut diterapkan ketika menggunakan termometer:
• Probe harus dilumuri cairan dan pengukuran harus diambil setelah satu – dua menit, yaitu setelah pembacaan stabil.
• Sebelum menggunakan termokopel, jarak antara suhu dimana termokopel didesain harus diperiksa.
• Probe dari termokopel jangan pernah menyentuh api menyala.
• Sebelum menggunakan termometer non kontak, pancaran harus diatur sesuai dengan suhu permukaan yang diukur.
• Periksa manual operasi dari instruksi peralatan pemantauan lebih rinci untuk keselamatan dan pencegahan sebelum menggunakan peralatan.
B. Alat Pengukur Tekanan
1. Manometer Manometer adalah alat ukur tekanan dan manometer tertua
adalah manometer kolom cairan. Alat ukur ini sangat sederhana, pengamatan dapat dilakukan langsung dan cukup teliti pada beberapa daerah pengukuran. Manometer kolom cairan biasanya digunakan untuk pengukuran tekanan yang tidak terlalu tinggi (mendekati tekanan atmosfir)
a. Fungsi manometer
Manometer adalah alat yang digunakan secara luas pada audit energi untuk mengukur perbedaan tekanan di dua titik yang
169
berlawanan. Jenis manometer tertua adalah manometer kolom cairan. Versi manometer sederhana kolom cairan adalah bentuk pipa U (lihat Gambar 4-4) yang diisi cairan setengahnya (biasanya berisi minyak, air atau air raksa) dimana pengukuran dilakukan pada satu sisi pipa, sementara tekanan (yang mungkin terjadi karena atmosfir) diterapkan pada tabung yang lainnya. Perbedaan ketinggian cairan memperlihatkan tekanan yang diterapkan.
a b c
Gambar 3.15. Ilustrasi skema manometer kolom cairan
b. Prinsip kerja manometer adalah sebagai berikut:
Gambar a. Merupakan gambaran sederhana manometer tabung U yang diisi cairan setengahnya, dengan kedua ujung tabung terbuka berisi cairan sama tinggi.
Gambar b. Bila tekanan positif diterapkan pada salah satu sisi kaki tabung, cairan ditekan kebawah pada kaki tabung tersebut dan naik pada sisi tabung yang lainnya. Perbedaan pada ketinggian, “h”, merupakan penjumlahan hasil pembacaan diatas dan dibawah angka nol yang menunjukkan adanya tekanan.
Gambar c. Bila keadaan vakum diterapkan pada satu sisi kaki tabung, cairan akan meningkat pada sisi tersebut
170
dan cairan akan turun pada sisi lainnya. Perbedaan ketinggian “h” merupakan hasil penjumlahan pembacaan diatas dan dibawah nol yang menunjukkan jumlah tekanan vakum.
c. Tipe manometer
Terdapat tiga tipe utama manometer: 1) Manometer satu sisi kolom yang mempunyai tempat cairan
besar dari tabung U dan mempunyai skala di sisi kolom sempit. Kolom ini dapat menjelaskan perpindahan cairan lebih jelas. Kolom cairan manometer dapat digunakan untuk mengukur perbedaan yang kecil diantara tekanan tinggi.
2) Jenis membran fleksibel: jenis ini menggunakan defleksi (tolakan) membran fleksibel yang menutup volum dengan tekanan tertentu. Besarnya defleksi dari membran sesuai dengan tekanan spesifik. Ada tabel keterangan untuk menentukan tekanan perbedaan defleksi.
3) Jenis Pipa koil: Sepertiga bagian dari manometer ini menggunakan pipa koil yang akan mengembang dengan kenaikan tekanan. Hal ini disebabkan perputaran dari sisi lengan yang disambung ke pipa.
d. Dimana manometer digunakan
Selama pelaksanaan audit energi, manometer digunakan untuk menentukan perbedaan tekanan diantara dua titik di saluran pembuangan gas atau udara. Perbedaan tekanan kemudian digunakan untuk menghitung kecepatan aliran di saluran dengan menggunakan persamaan Bernoulli (Perbedaan tekanan = v2/2g). Rincian lebih lanjut penggunaan manometer diberikan pada bagian tentang bagaimana mengoperasikan manometer. Manometer harus sesuai untuk aliran cairan.
Kecepatan aliran cairan diberikan oleh perbedaan tekanan = f LV2/2gD dimana f adalah factor gesekan dari bahan pipa, L adalah jarak antara dua titik berlawanan dimana perbedaan tekanan diambil, D adalah diameter pipa dan g adalah konstanta gravitasi.
171
e. Pengoperasian manometer
Tidak mudah untuk menjelaskan pengoperasian manometer dengan satu cara, sebab terdapat banyak macam manometer yang membutuhkan cara penanganan yang berbeda. Tetapi, beberapa tahapan operasinya sama. Selama audit energi, kecepatan aliran udara di saluran dapat diukur dengan menggunakan tabung pitot dan aliran dihitung dengan menggunakan manometer. Sebuah lubang pengambil contoh dibuat di saluran (tabung pembawa gas buang) dan tabung pitot dimasukkan kedalam saluran. Kedua ujung tabung pitot terbuka disambungkan ke dua manometer yang terbuka. Perbedaan tingkat pada manometer menghasilkan total kecepatan tekanan. Sebagai contoh, dalam kasus manometer digital pembacaan ditampilkan dalam mm dari kolom air.
Gambar 3.16. Pengukuran Menggunakan Tabung Pitot dan Manometer
f. Pencegahan dan keselamatan pengukuran
1) Manometer tidak dapat digunakan pada tekanan yang sangat tinggi. Pada kasus tekanan tinggi, digunakan inclined tune manometer.
172
2) Periksa panduan manual operasi dari peralatan pemantauan untuk instruksi yang lebih rinci untuk keselamatan dan pencegahan sebelum menggunakan peralatan.
g. Pengukur Tekanan Gauge
Pada alat ukur ini sebagai medium pengukur tekanan tidak menggunakan zat cair. Bagian utama dari alat ini adalah bahan elastis yang terbuat dari logam, plastik maupun kulit yang tipis.
Tekanan akan mengakibatkan perubahan bentuk elastis yang besarnya sebanding dengan tekanan yang diukur. Karena perubahan bentuk elastis sangat kecil, maka perlu diperbesar sehingga dapat dilihat dengan jelas pada skala jarum.
2. Tabung Bourdon (Bourdon Tube) Tabung Bourdon merupakan alat ukur yang banyak
digunakan karena mempunyai daerah pengukuran cukup besar (0 sampai 700 atmosfir) dan harganya cukup murah.
Gambar 3.17. Tabung Bourdon
Tabung Bourdon terbuat dari paduan logam yang dipasang
melengkung membentuk huruf C. Tabung yang berpenampang tipis tersebut oleh pengaruh tekanan akan mengembang dan bergerak ke arah luar. Untuk tekanan sampai 600 psi bahan tabung terbuat dari
173
perunggu (bronze), tekanan sampai dengan 10.000 psi terbuat dari paduan berilyum-tembaga sedangkan untuk pengukuran tekanan 10.000 psi atau lebih digunakan baja tak berkarat (stainless-steel) maupun paduannya.
C. Pengukuran Aliran
1. Fungsi pengukur aliran Pengukur aliran adalah alat yang digunakan untuk mengukur
linier, non linier, laju alir volum atau masa dari cairan atau gas. Bagian ini secara spesifik menerangkan tentang pengukur aliran air. Pemilihan metode atau jenis pengukur aliran air tergantung pada kondisi tempat dan kebutuhan pengukuran yang akurat. Sebagian dari pengukur aliran air, ada beberapa metoda yang dapat mengukur aliran air selama audit. Dua metoda umum untuk mendapatkan perkiraan akurat yang beralasan dari aliran air adalah:
a. Metoda waktu pengisian: Air diisikan pada bejana atau tangki
dengan volum yang telah diketahui (m3). Waktu yang dibutuhkan untuk mengisi volume sampai penuh dicatat menggunakan stop watch (detik). Volum dibagi dengan waktu menjadi aliran rata-rata dalam m3/detik.
b. Metoda melayang: Metoda ini umumnya digunakan untuk
mengukur aliran pada saluran terbuka. Jarak spesifik (misalnya 25 meter atau 50 meter) ditandai pada saluran. Bola pingpong diletakkan di air dan dicatat waktu yang diperlukan untuk bola melayang menuju jarak yang diberi tanda. Pembacaan diulang beberapa kali untuk menghasilkan waktu yang akurat. Kecepatan air dihitung oleh jarak yang ditempuh oleh bola dibagi rata-rata waktu yang diperlukan. Tergantung kepada kondisi aliran dan karakteristik tempat, perhitungan kecepatan lebih lanjut dibagi dengan faktor 0,8 sampai dengan 0,9 untuk menghasilkan kecepatan puncak pada saluran terbuka; kecepatan di permukaan dikurangi karena adanya tenaga pendorong angin dan lain lain.
174
2. Jenis-jenis Pengukuran Aliran Beberapa jenis pengukur aliran yang paling umum adalah sebagai berikut:
a. Rotameter atau pengukur aliran dengan variasi area untuk gas dan cairan Rotameter terdiri dari tabung runcing dan bagian alat yang mengambang. Alat ini sangat luas digunakan pada area yang bervariasi karena biayanya murah, sederhana, perbedaan tekanan rendah, rentang pengukurannya lebar dan hasil keluarannya linier.
Gambar 3.18. Rotameter (Omega Engineering Ltd)
b. Pengukur aliran variabel – pengukur aliran piston dan spring untuk gas dan cairan
Jenis pengukur aliran piston menggunakan orifis tabung yang dibentuk oleh piston dan sebuah kerucut runcing. Piston ditempatkan dibagian dasar kerucut (tidak pada posisi aliran) oleh kalibrasi spring. Skalanya berdasarkan pada berat jenis 0,84
175
untuk pengukur minyak dan 1,0 untuk pengukur air. Desainnya sederhana dan mudah yang dapat dilengkapi alat untuk mentransmisikan sinyal listrik yang membuatnya menjadi ekonomis untuk rotameter untuk mengukur laju alir dan kontrol.
Gambar 3.19. Pengukur Aliran Spring dan Piston
c. Pengukur aliran ultrasonik (Non-Intrusif atau Doppler) untuk
cairan Pengukur aliran ultrasonik Doppler biasanya digunakan
pada penggunaan cairan kotor seperti limbah cair dan cairan kotor lainnya dan lumpur yang biasanya menyebabkan kerusakan pada sensor konvensional. Prinsip dasar operasi memakai pergantian frekuensi (Efek Doppler) dari sinyal ultrasonik ketika direfleksikan oleh partikel yang mengambang atau gelembung gas (tidak sinambung) dalam pergerakan.
d. Pengukur aliran turbin
Pengukur aliran turbin merupakan pengukur yang sangat teliti (0,5% pembacaan) dan dapat digunakan untuk cairan bersih dan cairan kental hingga mencapai 100 centistokes. Sebuah pipa lurus berdiameter 10 diperlukan pada saluran masuk. Keluaran yang paling umum adalah frekuensi gelombang sinus atau gelombang kuadrat, namun pengkondisi sinyal dapat disimpan di puncak meteran untuk keluaran analog dan pengklasifikasian anti ledakan. Meterannya terdiri dari sebuah rotor multi-bladed yang dipasang pada sudut yang tepat terhadap aliran dan tersuspensi dalam aliran fluida pada bearing yang berjalan bebas.
Sensor roda pengayuh
Sensor roda pengayuh merupakan pengukur aliran terkenal yang efektif biayanya untuk air atau fluida seperti air. Beberapa alat ditawarkan dengan tambahan alat aliran atau gaya
176
sisipan. Meteran tersebut, seperti meteran turbin, memerlukan pipa lurus dengan diameter minimum 10 pada saluran masuk dan 5 pada saluran keluar. Bahan kimia yang cocok harus diperiksa bila tidak menggunakan air. Keluaran pulsa gelombangnya jenis gelombang sinus dan gelombang kuadratnya namun pengirim transmiternya tersedia untuk integral atau panel mounting. Rotor roda pengayuh tegak lurus terhadap aliran dan hanya berhubungan dengan penampang lintang aliran yang terbatas.
Pengukur aliran jenis positive displacement
Meteran ini digunakan untuk pengukur air jika tidak tersedia pipa lurus dan jika meteran turbin dan sensor pengayuh roda akan mengakibatkan terlalu banyak turbulensi. Pengukur aliran jenis positive displacement juga digunakan untuk mengukur aliran cairan kental.
Vortex meters
Keuntungan utama vortex meters adalah kepekaannya yang rendah terhadap berbagai kondisi proses dan rendahya pemakaian relatif terhadap pengukur orifis atau turbin. Juga, biaya awal dan perawatannya rendah. Karena alasan tersebut, alat ini banyak digunakan.
e. Pengukur aliran magnetik untuk cairan konduktif
Pengukur aliran ini tersedia dalam satu jalur atau dengan disisipkan. Pengukur aliran magnetik tidak memerlukan bagian yang bergerak dan ideal untuk pengukuran aliran air limbah atau cairan kotor yang konduktif. Hasil pengukurannya dalam bentuk integral atau analog, dapat digunakan untuk pemantauan jarak jauh atau pencatatan data harian.
1) Dimana pengukur aliran air digunakan
Pada audit energi, pengukuran aliran air merupakan hal yang penting. Umumnya pengukuran dilakukan untuk menentukan jumlah aliran cairan/air didalam sebuah pipa. Jika tidak terdapat alat pengukur aliran yang terpasang di jalur pemipaan, maka aliran dapat dihitung dengan
177
menggunakan pengukur aliran ultrasonik. Kasus khusus dimana pengukuran aliran air sangat penting adalah pada penentuan efisiensi pompa, efisiensi menara pendingin, chiller plant dan AC, penukar panas, dan kodensor.
2) Bagaimana mengoperasikan pengukur aliran air Terdapat banyak jenis pengukur aliran ultrasonik yang
tersedia di pasaran. Fungsi masing-masing model berbeda satu dengan yang lainnya. Namun demikian prinsip dasar seluruhnya adalah sama. Dua buah probes /sensor pengukur aliran ultrasonik ditempatkan pada permukaan pipa pada jarak yang terpisah sepanjang garis lurus. Diameter pipa menentukan jarak antara probes. Bila meterannya dinyalakan, alat ini akan menghasilkan gelombang suara yang akan ditransmisikan melalui salah satu probes/sensor dan diterima oleh yang lainnya. Meteran ditera/dikalibrasi untuk menampilkan kecepatan atau volum aliran cairan dibagian dalam pipa, berdasarkan waktu yang diperlukan oleh gelombang suara untuk menempuh perjalanan dari satu sensor ke yang lainnya.
D. Pengujian Peralatan Volumetrik
1. Kebutuhan Pada umumnya hanya beberapa peralatan volumetrik yang
digunakan, yang mempunyai ketegasan sudah disertifikasi atau yang dilengkapi dengan jaminan spesifikasi dari pabrik (seperti BRAND atau yang setingkat / sebanding). Deviasi hanya dijinkan jika peralatan volumetrik yang tersedia dipasaran tidak disertifikasi/ dijamin. Hanya beberapa peralatan volumetrik yang dapat digunakan dimana terbuat dari bahan yang tidak menyebabkan kontaminasi pada sampel. Pada analisa zat organik, hanya peralatan volumetrik yang terbuat dari bahan yang mempunyai ketahanan (resistan) terhadap pelarut (solven), yang dapat digunakan.
2. Petunjuk Operasional Setelah dicuci bersih dan dibilas dengan aquadest, peralatan
volumetrik dikeringkan tetapi jangan dikeringkan pada temperatur
178
diatas 100oC. pada umumnya peralatan volumetrik tidak harus
dikosongkan. - Pipet Gondok (vol Pipette)
Hanya pipet gondok yang terbuat dari gelas dan telah dikalibrasi (volumenya) yang digunakan sebelum menggunakan pipet, kita harus yakin bahwa ujung pipet tidak rusak/retak/patah. Untuk mengisi atau menarik cairan kedalam pipet, gunakan alat bantu yaitu “pipette filler” “jangan sekali-kali menghisap cairan kedalam pipet dengan mulut, demi keamanan”. Pada saat cairan dikeluarkan, posisi pipet harus berdiri tegak, untuk membiarkan cairan mengalir bebas. Ada durasi (lamanya) untuk mengalirkan cairan keluar pipet yang tercantum pada pipet, hal ini harus dilakukan setelah cairan keluar dari pipet. Cairan yang sangat kental jangan diukur dengan pipet. Pada kasus ini volume harus ditentukan dengan ditimbang (gravimetri) dan dihitung dengan menggunakan densitas cairan yang akan diukur.
- Gelas Ukur Gelas ukur dikalibrasi berdasarkan cairan yang diisikan kedalam
gelas ukur. Oleh karena itu gelas ukur cocok untuk pengukuran secara kuantitatif, terutama gelas ukur dibawah 100 mL. Hanya gelas ukur yang terbuat dari gelas yang digunakan didalam laboratorium analisa organik. Pengukuran volume gelas ukur dapat dilakukan dengan cara penimbangan dan dihitung dengan menggunakan densitas cairan yang diisikan kedalamnya.
- Labu Ukur Hanya labu ukur yang terbuat dari gelas atau plastik / PVC yang mempunyai ketegasan sudah disertifikasi.
- Alat Pembagi (dispenser) Dispenser digunakan apabila ada persetujuan dari kepala fasilitas pengujian / kepala laboratorium dibawah pengawasan yang ketat dari petunjuk operasional, bilamana penambahan dibatasi/kuantitas yang tepat dari solvent. Biasanya alat ini tidak digunakan untuk pengukuran kuantitatif.
3. Uji Peralatan Volumetrik - Jenis/tipe peralatan volumetrik yang akan diuji
179
Peralatan volumetrik yang digunakan untuk mengukur volume yang tepat, tetapi tidak memiliki sertifikat pengukuhan / penegasan atau spesifikasi yang dijinkan yang disediakan oleh pabrik (seperti BRAND) atau yang setingkat), harus diuji untuk penegasan.
- Frekuensi Alat-alat tersebut diatas harus diuji untuk penegasan, dilakukan oleh petugas laboratorium sebelum alat tersebut digunakan untuk pertama kalinya.
- Cara Kerja Dalam melakukan uji penegasan gunakan air bebas mineral /
aquadest dengan temperatur 20 + 20C , yang diisikan kedalam
alat yang akan diuji dan telah ditimbang sampai volume sesuai dengan yang ditinjukkan atau mencapai tanda “tentukan berat alat yang sudah terisi dengan neraca analitik dan hitung berat air / aquadest yang diisikan cari densitas air yang sesuai dengan
temperatur ( 1 g/ml untuk 20 0C). Cara kerja ini dapat dimodifikasi
dengan menggunakan pelarut organik, (seperti etanol, sikloheksan) sebagai pengganti air / aquadest, untuk kalibrasi dengan mempertimbangkan densitas masing-masing pelarut. Pada setiap pengujian, lakukan minimum 5 kali pengujian secara individu, untuk menentukan nilai rata-rata atau penyimpangan baku (standard deviation).
3.7.2. Alat Pengukur Sifat Kimiawi
A. Pengukuran pH Salah satu pengukuran yang sangat penting dalam berbagai
cairan proses (industri, farmasi, manufaktur, produksi makanan dan sebagainya) adalah pH, yaitu pengukuran ion hidrogen dalam suatu larutan. Larutan dengan harga pH rendah dinamakan ”asam” sedangkan yang harga pH-nya tinggi dinamakan ”basa”. Skala pH terentang dari 0 (asam kuat) sampai 14 (basa kuat) dengan 7 adalah harga tengah mewakili air murni (netral)
180
Gambar 3.20. Skala pH
pH larutan dapat diukur dengan beberapa cara. Secara kualitatif
pH dapat diperkirakan dengan kertas Lakmus (Litmus) atau suatu indikator (kertas indikator pH). Seraca kuantitatif pengukuran pH dapat digunakan elektroda potensiometrik. Elektroda ini memonitor perubahan voltase yang disebabkan oleh perubahan aktifitas ion hidrogen (H+) dalam larutan. Elektroda potensiometrik sederhana untuk tipe ini seperti gambar 4-10.
Gambar 3.21. Elektroda Potensiometrik
181
Gambar 3.22. Pengukuran pH dengan pH Meter Elektroda pH yang paling modern terdiri dari kombinasi tunggal
elektroda referensi (reference electrode) dan elektroda sensor (sensing electrode) yang lebih mudah dan lebih murah daripada elektroda tepisah seperti gambar 4-10. Elektroda kombinasi ini mempunyai fungsi yang sama dengan elektroda pasangan.
B. Pengukuran BOD dan COD BOD (Biochemical Oxygen Demand) atau KOB (kebutuhan
oksigen biokimiawi) adalah suatu pernyataan untuk menyatakan jumlah oksigen yang diperlukan untuk degradasi biologis dari senyawa organik dalam suatu sampel. Pengukuran BOD dengan sendirinya digunakan sebagai dasar untuk mendeteksi kemampuan senyawa organik dapat didegradasi (diurai) secara biologis dalam air. Perbedaan antara BOD dan COD (Chemical Oxygen Demand) adalah bahwa COD menunjukkan senyawa organik yang tidak dapat didegradasi secara biologis.
Secara analitis BOD (biochemical oxygen demand) adalah jumlah mg oksigen yang dibutuhkan untuk menguraikan zat organik secara biokimiawi dalam 1 liter air selama pengeraman 5 x 24 jam pada suhu 20o C. Sedangkan COD (chemical oxygen demand) atau KOK (kebutuhan oksigen kimiawi) adalah jumlah (mg) oksigen yang dibutuhkan untuk mengoksidasikan zat organik dalam 1 liter air dengan menggunakan oksidator kalium dikromat selama 2 jam pada suhu 150 oC.
182
Pengukuran BOD dan COD merupakan pengukuran yang penting untuk memantau kualitas buangan limbah cair dari industri dan rumah tangga.
Gambar 3.23. Reaktor COD
3.8. KLASIFIKASI INSTRUMENTASI
Instrumentasi adalah alat-alat dan piranti (device) yang dipakai untuk pengukuran dan pengendalian dalam suatu sistem yang lebih besar dan lebih kompleks. Secara umum instrumentasi mempunyai 3 fungsi utama:
• sebagai alat pengukuran • sebagai alat analisa • sebagai alat kendali
Instrumentasi sebagai alat pengukuran meliputi instrumentasi survey/ statistik, instrumentasi pengukuran suhu dan lain-lain. Instrumentasi sebagai alat analisa banyak dijumpai di bidang kimia dan kedokteran. Sedangkan instrumentasi sebagai alat kendali banyak ditemukan dalam bidang elektronika, industri dan pabrik-pabrik. Sistem pengukuran, analisa dan kendali dalam instrumentasi ini bisa dilakukan secara manual (hasilnya dibaca dan ditulis tangan), tetapi bisa juga dilakukan secara otomatis dengan mengunakan komputer (sirkuit elektronik). Untuk jenis yang kedua ini, instrumentasi tidak bisa dipisahkan dengan bidang elektronika dan instrumentasi itu sendiri.
Instrumentasi sebagai alat pengukur sering kali merupakan bagian awal dari bagian-bagian selanjutnya (bagian kendalinya), dan bisa berupa pengukur dari semua jenis besaran fisis, kimia, mekanis, maupun besaran listrik. Beberapa contoh di antaranya adalah pengukur: massa, waktu, panjang, luas, sudut, suhu, kelembaban, tekanan, aliran, pH (keasaman),
183
level, radiasi, suara, cahaya, kecepatan, torque, sifat listrik (arus listrik, tegangan listrik, tahanan listrik), viskositas, densiti, dll.
3.9. ALAT KENDALI KETINGGIAN
Terdapat dua macam dasar dalam pengukuran tinggi permukaan yaitu : pertama, pengukuran head. Dalam hal ini tinggi permukaan dapat diketahui langsung. Kedua, pengukuran tekanan. Melalui pengukuran tekanan, tinggi permukaan dapat ditentukan dengan hubungan sebagai berikut:
SG p p h
wρ=
ρ=
Dimana: h : tekanan p : densiti cairan p w : densiti air ( pada 60 oF) SG : spesific gravity (berat jenis) 3.9.1. Pengukuran Langsung Tinggi Permukaan
A. Tabung Gelas Pengukuran tinggi permukaan yang sederhana dan secara
langsung ialah dengan gelas penduga yang berbentuk tabung gelas. Cara ini sangat baik untuk pengukuran cairan jernih serta tidak dipersyaratkan pengukuran dari jarak jauh.
Alat ini mempunyai batas ukur 1 meter dan kekurangannya adalah jika gelas penduga pecah maka cairan akan tumpah. Untuk mengatasi kekurangan tersebut kemudian digunakan konstruksi ekstrom gauge.
B. Ekstrom Gauge Pada tabung yang dihubungkan ke tangki, di dalamnya berisi
pelampung yang bersifat magnetik (dimagnetisasikan). Oleh pengaruh permukaan cairan pelampung akan naik turun. Di bagian luar terdapat tabung gelas yang berisi bola besi berongga yang akan selalu menyesuaikan dengan kedudukan pelampung magnetik. Jadi,
184
seandainya tabung gelasnya pecah maka cairannya tidak tumpah. Batas ukur alat ekstrom berkisar antara 0,3 m sampai 6,6, m. Kebaikan lainnya adalah tahan terhadap tekanan tinggi (± 35 atm)
3.9.2. Pengukuran dengan Pelampung
Alat ini hanya digunakan untuk pengukuran pada tangki terbuka. Selaiun konstruksinya sederhana juga harganya relatif murah. Pelampung dibuat dari bola tembaga berlapis nikel, plastik atau karet. Bola pelampung akan mengikuti tinggi permukaan cairan. Agar kedudukan pelampung stabil dan tidak cepat kotor maka posisinya tenggelam separuh.
3.9.3. Pengukuran Tidak Langsung Tinggi Permukaan
Dengan mengetahui sifat fisik cairan maka dapat diketahui tinggi permukaan cairan tersebut.
Pengukuran secara tidak langsung terdiri dari: pengukuran dengan metoda listrik, dengan memakai isotop, dengan ultrasonik, dengan metoda hidrostatik dan pengukuran dengan gelembung udara.
Gambar 3.24. Pengukuran ketinggian (Level Measurement) menentukan posisi
ketinggian cairan relatif terhadap permukaan atas atau dasar dari sebuah tangki penyimpan ciaran proses
185
RANGKUMAN :
1. Instrumentasi merupakan salah satu ukur teknik yang makin terasa keperluannya dalam kehidupan sehari-hari untuk mendapatkan nilai pengukuran yang lebih akurat.
2. Instrumen atau alat ukur merupakan piranti untuk mengukur sesuatu besaran selama pengamatan.
3. Sekon atau detik adalah jangka waktu 9192631770 periode radiasi atom cesium 133 yang mengalami transisi diantara dua tingkat yang sangat kecil pada keadaan dasar.
4. Satuan massa adalah kilogram yang didefinisikan oleh massa The International Prototype kilogram terbuat dari platinum Irridium dan disimpan oleh Biro International untuk Berat dan ukuran di dekat Paris.
5. Meter adalah jarak yang ditempatkan oleh cahaya di ruang hampa dalam 1/299792458 sekon.
6. Angka penting adalah semua angka yang diperoleh dari hasil pengukuran, yang terdiri dari angka eksak dan satu angka terakhir yang ditaksir (atau diragukan).
7. Ada banyak alat ukur yang digunakan, namun yang banyak digunakan dalam industri dapat diklasifikasikan: a. Alat pengukur suhu b. Alat pengukur tekanan c. Alat pengukur aliran d. Pengujian Peralatan Volumetrik e. Alat pengukur sifat kimiawi: pH atau keasaman, COD, BOD
8. Termometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur suhu (temperatur), ataupun perubahan suhu.
9. Termometer diklasifikasikan sebagai termometer kontak dan termometer non kontak atau termometer inframerah dan diterangkan dibawah ini.
10. Jenis – jenis Alat Pengukur Tekanan a. Manometer b. Tabung Bourdon (Bourdon Tube)
11. Manometer adalah alat yang digunakan secara luas pada audit energi untuk mengukur perbedaan tekanan di dua titik yang berlawanan. Jenis manometer tertua adalah manometer kolom cairan.
12. Pengukur aliran adalah alat yang digunakan untuk mengukur linier, non linier, laju alir volum atau masa dari cairan atau gas.
186
13. Jenis pengukur aliran yang paling umum adalah sebagai berikut: a. Rotameter atau pengukur aliran dengan variasi area untuk gas dan
cairan. b. Pengukur aliran variabel – pengukur aliran piston dan spring untuk
gas dan cairan. c. Pengukur aliran ultrasonik (Non-Intrusif atau Doppler) untuk cairan
pengukur aliran turbin d. Pengukur aliran magnetik untuk cairan konduktif
14. Jenis-jenis Peralatan Volumetrik : - Pipet Gondok (vol Pipette) - Gelas Ukur - Labu Ukur
15. Alat Pengukur Sifat Kimiawi - Pengukuran pH - Pengukuran BOD dan COD
16. Skala adalah susunan garis yang beraturan dengan jarak antara dua garis yang berdekatan dibuat tetap dan mempunyai arti tertentu.
17. Pembacaan angka pada skala nonius adalah pembacaan yang menyatakan sepersepuluh hanya skala utama, atau dalam menit kalau kalau utama dalam derajat.
18. Pencatatan skala ukur instrumen diperlukan alat pencatat yang dapat membuat suatu grafik pengukuran pada kertas berskala.
19. Sumber kesalahan pengukuran meliputi kebisingan (noise), waktu tanggap (respon time), keterbatasan rancangan (design limitation), pertambahan atau kehilangan energi karena interaksi, transmisi, keausan atau kerusakan sistem pengukuran, pengaruh regangan terhadap sistem, kesalahan penafsiran oleh pengamat.
CONTOH SOAL :
1. Termokopel digunakan untuk mengukur suhu api, misalnya 1200°C dengan ketepatan ± 6°C, maka persentase kesalahannya adalah :
± 1200
6 x 100% = ± 0,5%
187
Namun bila kesalahan ± 6°C terjadi pada pengukuran suhu air mendidih pada 100°C, maka persentase kesalahannya adalah :
± 100
6 x 100% = ± 6%
Kesalahannya lebih besar
2. Kaliper Vernir (Vernier Caliper)
Pada gambar 3.25 digunakan kaliper vernir, yang dapat digunakan untuk mengukur bagian dalam dan luas suatu benda. Vernir terdiri dari bilah utama atau bilah yang dibagi dalam milimeter dan suatu bilah pembantu yang dibagi 100. Seratus garis pada bilah pembantu sama dengan 49 milimeter pada bilah utama sehingga setiap garis =
49100
mm. Bila suatu garis bilah pembantu berimpit dengan suatu tanda
pada skala utama, maka harga ukurnya adalah jumlah skala dihitung dari angka 0 x 0,02 mm.
Pada pengukuran, mula-mula kita baca skala pada bilah utama. Harga vermir diperoleh dengan memperhatikan garis yang berimpit dengan garis pada skala utama. Andaikan merupakan garis keempat, maka ditambahkan 4 x 0,02 pada pembacaan skala utama.
Pada Gambar 3.25. tampak cara pengukuran dalam dan luar.
Ukuran dalam :
Skala utama = 70 + 8 = 78,00 mm
Vernir = 4 garis x 0,02 = 0,08 mm
Ukuran dalam = 78,08 mm
Ukuran luar :
Skala utama = 70 + 0 = 70,00 mm
Vernir = 4 garis x 0,02 = 0,08 mm
Ukuran luar = 70,08 mm
188
Gambar 3.25. Kaliper vernir
Cara pengukurannya tidak secepat mikrometer akan tetapi mempunyai keuntungan bahwa dapat digunakan untuk jarak yang lebih besar dengan ketelitian yang sama. Selain itu dapat pula digunakan pada protraktor untuk pengukuran sudut.
3. Mikrometer, lihat Gambar 3.26. digunakan untuk mengukur dengan cepat dan dengan ketelitian 0,002 mm. Pada mikrometer terdapat sekrup dengan ulir yang teliti. Sekrup ini dihubungkan ke spindel dan diputar pada pemutar atau kenop di ujungnya. Ulir sekrup dibuat dengan teliti dan mempunyai pit sebesar 0,05 mm. Sekrup bergerak sebanyak 0,05 mm setiap putaran. Pada barrel terdapat garis-garis yang diberi tanda skala milimeter, dan garis diatasnya menunjukkan setengah milimeter. Skala lingkaran berjumlah 50 (pembagian yang sama) diberi nilai 0, 5, 10 dan seterusnya sampai 50. Oleh karena itu setiap skala adalah 1/50 dan ½ mm, 1/100 atau 0,01 mm.
Sebagai contoh, perhatikanlah Gambar 5.3. Pertama-tama perhatikanlah bilangan bulat pada skala utama
barrel, lalu perhatikanlah apakah terbaca skala setengah milimeter di atas (ada kalanya di bawah) skala utama dan akhirnya bacalah skala perseratusan pada lingkaran.
Nilai pada Gambar 5.3. harus dibaca sebagai berikut : Skala utama = 10 x 1,00 mm = 10,00 mm Skala minor = 1 x 0,50 mm = 0,50 mm
189
Skala pemutar = 16 x 0,01 mm = 0,16 mm Nilai = 10,66 mm
Karena daya ukur mikrometer umumnya adalah 25 mm, dibuat beberapa ukuran mikrometer untuk berbagai jumlah. Prinsip mikrometer juga diterapkan untuk pengukur diameter dalam, ukuran kedalaman dan untuk mengukur ulir.
Gambar 3.26. Mikrometer dengan kemampuan ukur dari 0 sampai 25 mm
Untuk memperhalus pembacaan mikrometer hingga 0,002 mm, barrel dilengkapi dengan vernir. Vernir, lihat Gambar 3.26, kanan bawah. Setiap garis vernir mewakili dua perseribuan milimeter (0,002 mm) dan setiap garis diberi tanda 0, 2, 4, 5, 8 dan 0. Untuk membaca mikrometer vernir perlu diperhatikan skala utama, skala minor dan skala pemutar. Kemudian perhatikan garis vernir mana yang berimpit dengan garis skala pemutar.
Gambar 3.27. harus dibaca sebagai berikut : Skala utama = 10 x 1,00 mm = 10,00 mm Skala minor = 1 x 0,50 mm = 0,50 mm Skala pemutar = 16 x 0,01 mm = 0,16 mm Skala vernir = 3 x 0,0002 mm = 0,006 mm Nilai = 10,666 mm
Bila garis vernir berimpit dengan nilai 8, tidak perlu ditambahkan perseribuan milimeter.
190
Untuk pengukuran di bengkel sampai ketelitian 0,001 mm, digunakan mikrometer bangku. Mesin ini disetel dengan menggunakan blok ukur presisi dan nilai dibaca langsung pada kepala diam. Tekanan pada benda yang akan diukur diusahakan sama dan dapat dicapai ketelitian hingga 0,0005 mm. Mesin pengukur presisi menggunakan kombinasi antara prinsip pengukuran elektronika dan mekanik dan dapat mencapai ketelitian hingga 0,000001 m.
4. Termometer air-raksa mempunyai tabung kapiler berdiameter 0, 3 mm.
Kalau bola termometer dibuat dari bahan dengan pemuaian-nol, berapa volumenya kalau diperlukan kepekaan 4 mm/°C? Kalau bolanya bulat (sferis) dan terendam dalam udara pada 20°C, diperkirakan konstanta waktu (Gambar 3.27).
Koefisien perpindahan panas = 0,8 kal/det. cm2. °C Koefisien pemuaian panas = 0,18 x 10–3
Panas jenis = 0,4 kal/kg°C Diketahui : h = 0,8 Kal/det. cm2 °C
X = 0,18 x 10–3 C = 0,4 Kal/kg°C
Kepekaan = 4 mm/°C = 0,4 cm/°C
Diameter tabung kapiler = 0,3 mm = 0,03 cm Karena At x Xo = Vb . . Tb di mana,, At = luas penampang tabung
Xo = pemuaian dari fluida termometer Vb = Volume bola termometer = koefisien pemuaian panas Tb = beda temperatur sehubungan dengan Xo .
atau Vb = b
bt
TaXA
.
.
GAMBAR 3.27
191
= ( )b
o
Ta
Xd
×
×4
2π
= )11018,0(
4,003,04
3
2
××
××
−
π
= 6,28 cm3
Konstanta waktu, = b
b
AhVC
...ρ
=
4
62
3
d
d
hC
π
πρ
= dhC
32ρ
di mana, = rapat fluida = 0,136 kg/cm3
dan Vb = 61
d3 (volume rata-rata)
d = 3 π
bV6
= 3 π
28,66 ×
= 2,27 cm Dengan memasukkan harga-harga d dan
= 27,264
8,04,0136,0 ×××
= 0,103 s
192
5. Perkiraan perubahan tangga (step) terbesar yang akan memberikan sifat linear dalam manometer air dengan L = 70 cm dan R = 2 cm. Beberapa dan n untuk manometer ini ? Kalau suatu step berubah lima kali nilai yang didapatkan di atas digunakan, diperkirakan dan n untuk keadaan ini.
Gambar 3.28.
Dinamika manometer. Perhatikan seluruh badan cairan sebagai benda bebas dan ambil massa efektif, yang didasarkan pada energi kinetic dari aliran laminer yang mantap, kita gunakan hukum Newton dan tuliskan gerakan dalam arah 'X' (Gambar).
R2 (P1-P2) - 2 R2 x - 2 RL RXμ4
= 34
XgLR γπ 2
yang merupakan bentuk dari
PX
(D) = 122
2
++nn
DDK
ωξ
ω
di mana, K = γ21
n = Lg
23
193
dan = 2,45 μ γ2R
gL
Catatan bahwa instrumen kurang peredam yang mempunyai gerakan order kedua dan rumus Reynold untuk aliran pipa mantap atau aliran kritis untuk transisi dari aliran laminer ke turbulen sama dengan 2100.
Karena itu, fungsi step maksimum Xm diberikan oleh
2100 = μ
γ ω
gXR mn2
Diketahui: L = 70 cm R = 2 cm
Misalkan: μ = 0,007Pa s = 0.018x 108 kg/m3
= 2,45 x 0,007 63 10018,002,070,081,9××
×
= 0,0623
n = Lg
23
= 7,02
81,93××
= 4,64 cps
jadi, Xm = nR
g
ωγμ
22100
= 64,402,010018,02
007,081,921006 ××××
××
= 0,0434 m atau Xm = 4,34 cm Sekarang kalau Xm = 5 x 4,34 = 21,70 cm = Y (kurang dan sama dengan kondisi NR=2100)
Angka Reynold NR= 34,470,21
x 2100 = 10,500
Yang berada kurang dari arus turbulen dalam pipa halus (3000 < NR < 10.500).
Hasil ini mensubstitusi gaya akibat tekanan geser ke dalam Hukum Newton yang menghasilkan persamaan tak-linear.
194
Sekarang, kalau sistem dengan redaman tak-linear melakukan osilasi dengan amplitudo tetap selama satu siklus, gaya peredaman akan mengeluarkan sejumlah energi tertentu.
Perbandingan redaman e dapat dihitung dengan
e = ( )
251
750251
184,0
•
••
Rg
L ωγγμ
di mana, n = Lg2
= 7,081,92×
= 5,3 Hz
Jadi e = 25,1
75,025,06
02,0)217,03,5)81,910018,0/007,0(70,0184,0 ××××
x 5,3 x 0,217)0,75
= 0,0128
(Catatan : 1. telah diambil sama dengan n ) 2. Nilai n telah dihitung untuk aliran turbulen dengan
mengabaikan sama sekali faktor redaman). LATIHAN SOAL : 1. Apa beda pengertian Instrumentasi dan Instrumen? Jelaskan, berikan
contoh ! 2. Jelaskan mengapa alat ukur timbangan analitik yang sudah dipakai
beberapa lama perlu dikalibrasi? 3. Bagaimana menyiapkan pembacaan skala ukur instrumen? 4. Jelaskan tentang ketelitian ketepatan, kepekaan suatu alat ukur?
Berikan contohnya! 5. Jelaskan sumber-sumber kesalahan pengukuran? 6. Penunjuk dibedakan penunjuk berskala dan penunjuk berangka (digital).
Apa kelebihan dan kekurangan alat pencatat tersebut? Bila ada kelainan skala ukur bagaimana cara melaporkannya?
7. Apa beda termometer kontrol dan non-kontrol? Jelaskan penggunaannya untuk masing-masing termometer?
195
8. Suatu tabung U sederhana (panjang total kolom air = 30 cm) digunakan disekitar penyempitan (orifice) untuk mengukur aliran udara keluar dari kompresor bolak-balik satu aksi. Pada saat mesin mempercepat putarannya, pengukur berlaku normal sampai air dalam manometer tiba-tiba mulai
9. Termometer air raksa mempunyai tabung kapiler 0,4 mm. Bila termometer dibuat dari bahan dengan pemuaian nol. Berapa volumenya kalau diperlukan kepekaan 5 mm/°C? Koefisien perpindahan panas = 0,10 kal/det.cm2.°C.
Koefisien pemuaian panas = 0,16 x 10-3
Panas jenis = 0,5 kal/kg°C.
10. Perkiraan perubahan tangga (step) terbesar yang akan memberikan sifat linear dalam manometer air dengan L = 90 cm dan R = 3 cm. Berapa perbandingan redaman (ξ) dan frekuensi natural (ωn) untuk manometer ini? Jika suatu step berubah empat kali.
196
BAB IV TEKNOLOGI PROSES
Kata teknologi mempunyai arti aplikasi dari ilmu pengetahuan (scientific) yang digunakan dalam rangka untuk mempermudah kehidupan manusia. Sebagaimana sebuah kalimat yang mengatakan “The scientist makes things known, the engineer makes things work” (ulrich, 1984), atau dalam terjemahan bebasnya dapat dikatakan bahwa ilmu pengetahuan membuat sesuatu menjadi dapat difahami (diketahui), sedangkan teknologi akan membuat sesuatu tersebut dapat lebih bermanfaat. Dengan teknologi, maka manusia akan dapat melakukan sesuatu menjadi lebih mudah. Sedangkan proses secara umum merupakan perubahan dari masukkan (input) dalam hal ini bahan baku setelah melalui proses maka akan menjadi keluaran (output) dalam bentuk produk. Ada tiga kata kunci dalam mengartikan proses, yaitu input, perubahan dan output, sebagaimana terlihat pada gambar 4.1.
Gambar 4.1 : Hubungan antara Bahan baku dan Produk Dengan demikian “teknologi proses” merupakan aplikasi dari ilmu pengetahuan untuk merubah bahan baku menjadi produk atau bahan yang mempunyai nilai lebih (added value), dimana perubahan dapat berupa perubahan yang bersifat fisik maupun perubahan yang bersifat kimia dalam skala besar atau disebut dengan skala industri. Perubahan yang bersifat fisik disebut dengan satuan operasi (unit operation), sedangkan yang bersifat perubahan kimia disebut dengan satuan proses (unit process), sebagaimana yang telah dijelaskan pada bab I. Dibagian awal akan dibahas mengenai bagaimana membaca suatu sistem proses yang merupakan gabungan dari elemen-elemen proses.
Bahan Baku
PROSES Produk
197
4.1. DIAGRAM ALIR PROSES
Untuk menghindari kerumitan dalam permasalah, maka suatu sistem kadang kala dibuat sederhana (simple). Hal ini sering dilakukan dalam bidang keteknikan, salah satunya merubah diskripsi dalam bentuk gambar atau diagram. Selain lebih mudah untuk difahami, bentuk diagram atau dalam bentuk simbol akan mempercepat seseorang dalam melihat suatu proses. Salah satu bentuk diagram yang sederhana adalah bentuk diagram kotak (block diagram), dimana dibagian dalam dari kotak-kotak terdapat keterangan yang menerangkan fungsi, jenis peralatan, ataupun kondisi operasi. Sebagai contoh proses pembuatan garam dapur dari air laut, sebagaimana yang ditampilkan pada gambar 4.8
Air Laut Sawah
Matahari
Peng
uapa
n
Garam kristalkotor
Pemurnian +IodiumCetakGaram
Dapur
Pompa
Gambar 4.2: Proses pembuatan garam dapur dari air laut Proses pembuatan garam dapur sebagaimana yang ditunjukkan pada gambar 4.1 diawali dengan memompa Air laut ke sawah yang miring pada musim kemarau. Pengaliran diatur sehingga terjadi proses penghabluran pada sudut petak tambak yang tinggi. Dari tambak ini hablur diagkut ke pabrik di mana hablur ini dikristalkan lagi, dimumikan, dicampur dengan iod (bila perlu) kemudian dicetak.
Tambak
198
Contoh lain bentuk diagram balok, sebagaimana yang ditunjukkan pada gambar 4.3, yaitu proses pembuatan gula dari tebu. Pada proses tersebut diawali dari bahan baku gula berupa tebu mempunyai komposisi gula 16%, air 25% dan pulp (bubur) 59% berat. Kemudian bahan baku tebu tersebut dimasukkan kedalam alat penggilingan dimana akan terpisahkan baggase dengan gula beserta air dan sebagian pulp. Dimana baggase merupakan ampas dari tebu, yang sudah tidak mengandung gula, dan baggase ini merupakan bahan baku untuk pabrik kertas atau dapat juga digunakan sebagai bahan bakar. Hasil keluaran dari mesin penggiling, berupa gula cair dan masih ada padatan pulpnya, dimasukkan kedalam alat penyaring, maka akan dipisahkan padatan pulp dengan campuran gula dan air yang disebut dengan sirup. Selanjutnya, sirup tersebut dikentalkan dengan menggunakan alat penguapan (evaporator) Dan keluaran dan mesin penguap, selanjutnya dimasukkan dalam alat pengkristal (kristaliser) dan akan didapat gula kristal.
Penggiling
Penyaring
Penguapan
Pengkritalisasi(Penghabluran)
TebuGula : 16%Air : 25%Pulp /bubur : 59%
Bagase
GulaPulp
Padatan :berisi Pulp
Sirup(Gula+Air)
Air
Gulakristal
Sirupkental
Gambar 4.3 : Diagram balok pembuatan Gula Kristal
199
Dua contoh mengenai diagram balok, sebagaimana terlihat pada gambar 4.2 maupun 4.3, setiap balok dapat mendeskripsikan proses (misalkan penguapan, penggilingan), ataupun dapat juga berupa alat (seperti pompa) dan juga material (garam dapur). Diagram balok lebih menonjolkan pada sekuense (urutan) dari proses. Selain bentuk diagram balok, yang lebih umum digunakan dalam pabrik disebut dengan diagram alir proses (process flow diagram, disingkat PFD). Pada diagram bentuk ini, menggambarkan sistem proses yang lebih detail dibandingkan bentuk diagram balok. Pada tabel 4.1 merupakan simbol untuk identifikasi dari aliran pada diagram aliran proses. Identifikasi dimulai dari awal dari proses, yang dapat berupa masuknya bahan baku atau bahan antara, dimana bahan tersebut dapat berupa produk dari unit (bagian) lain dari pabrik tersebut. Kemudian identifikasi dari setiap aliran ditandai dengan nomor arus, dimana setiap arus memuat kondisi operasi (suhu dan tekanan) dan juga neraca massa dari tiap komponen yang biasanya ditampilkan dalam bentuk tabel dibagian bawah dari diagram alir proses tersebut.
Tabel 4.1: Identifikasi Aliran pada diagram proses
Simbol Keterangan
Aliran proses dimulai
Bahan baku masuk
Bahan antara masuk
Aliran Proses berakhir
Produk keluar
Produk samping keluar
200
Tabel 4.1: Identifikasi Aliran pada diagram proses (lanjutan) Simbol Keterangan
Proses terputus, pindah ke halaman lain
9
Nomor arus 9 (misalnya), menunjukan neraca bahan
Suhu, 150oC (misalkan)
3
Tekanan, 3 atm
Aliran gas, 120 std m3/det; (misalkan) gas ideal pada 273 K, 1 atm
Aliran cairan, 300 liter/det
Selain aliran beserta identitasnya, pada diagram alir proses terdapat peralatan yang berupa simbol-simbol. Dengan simbol tersebut, maka dapat diketahui jenis dari peralatan beserta fungsinya. Dimana Ulrich (1984), telah mengelompokkan peralatan tersebut dan pemberian kode sebagaimana ditunjukkan paa tabel 4.2.
Tabel 4.2: Kode peralatan (Ulrich, 1984)
Kode Pada Alat
Jenis Alat
A Fasilitas alat bantu B Peralatan kontak gas-padat (Dryer, Kiln) C Crusher, Mill, Grinder
D Sistem Bejana (Process Vessel ): menara destilasi, kolom absorpsi, scrubber, stripper, spray tower.
E Penukar panas (cooler, condensor, heater, reboiler) F Bejana penyimpan (tangki, drum, receiver, bin, hopper, siol) G Gas mover (Fan, kompresor, pompa vakum, ejektor vakum H Separator (bag filter, rotary filter, cartri
201
Tabel 4.2: Kode peralatan (Ulrich, 1984) (lanjutan) Kode Pada Alat
Jenis Alat
J Konveyor
K Instrumentasi (katup kendali, tranmiter, indikator, recorder, analiser)
L Pompa M Agitator, Pencampur N Motor, turbin, penggerak (drive) P Unit paket (refrigerator, generator uap, menara pendingin) Q Tungku (furnace), process heater R Reaktor S Size enlargement equipment V Vaporizer dan evaporator X Lain-lain
Beberapa simbol dari peralatan satuan operasi dapat dilihat pada gambar berikut beserta pengelompokkannya berdasarkan tabel 4.2 Kelompok A: Fasilitas Alat Bantu: Peralatan pada kelompok A ini, merupakan peralatan yang banyak digunakan dalam unit alat bantu pabrik, atau pada bagian utilitas. Untuk satu satuan (unit) tidak berarti hanya terdiri dari satu alat, akan tetapi dapat terdiri dari beberapa alat.
Unit UdaraUdara keringbertekanan
Utilitas
Gambar 4.4: Unit Udara (Air plant)
udara
202
Gambar 4.5: Chimney or Stack
Unit PembangkitListrik
TenagaListrik
Utilitas
Bahan Bakar&
Udara
Gambar 4.6: Unit Pembangkit Tenaga Listrik
bersihgas
kotorgas
203
Gambar 4.7: Unit Pengolah Air Limbah
Gambar 4.8: Unit Pengolah Air Proses
sungaiair pendinginair
204
Umpan
Bahan bakar&
Udara
UmpanAir - Boiler
Kukus(Steam)
Gas buang(Flue gas)
Abu (ash)
Gambar 4.9: Insenerator
Gambar 4.10: Menara Pendingin (Cooling Tower)
umpan
205
basahbijianbiji ingbijianbiji ker
Kelompok B: Peralatan Gas - Padatan Peralatan pada kolompok B, merupakan peralatan yang melakukan satuan operasi yang berhubungan dengan bahan padat dan gas, seperti pengeringan padatan biji-bijian dengan menggunakan media udara pemanas kering, sebagaimana ditunjukkan pada gambar-gambar berikut.
MediaPengering
Keluaran(Vent)
Gambar 4.11: Tunnel
Gambar 4.12: Rotary
basahbijianbiji
ingbijianbiji ker
206
Keluaran
(Vent)
MediaPengering
Gambar 4.13: Menara vertikal (Vertical tower)
Kelompok C: Crusher, Mill, Grinder Peralatan pada kelompok ini, pada dasarnya merupakan peralatan yang digunakan untuk memperkecil ukuran dari bahan fase padat.
Gambar 4.14: Penggiling Bola (Ball Mill)
kotorair
besarukuranumpan
kecilukuranproduk
207
tanpadaBahan
remukanberbentukyangpadatBahan
Proses memperkecil ukuran dari bahan padatan dengan menggunakan bola dan tangki dalam keadaan berputar
Gambar 4.15: Penghancur Gulung (Roll Crusher) Bahan padatan yang akan dihancurkan, masuk diantara gulungan yang berputar
Gambar 4.16: Palu Penghancur (Hammer Crusher)
Bahan dihancurkan dengan menggunakan palu (hammer) yang berputar Kelompok D: Tangki Proses (Process Vessel) Peralatan pada kelompok ini, merupakan peralatan untuk memisahkan atau proses pemurnian yang banyak digunakan dalam industri kimia.
besarukuranumpan
kecilukuranumpan
208
Gambar 4.17: Menara Piringan (Tray Column)
Gambar 4.18: Menara Isian (Packed Tower)
bersihgas
umpan
kotorair
bersihgas
umpan
kotorair
209
Gambar 4.19: Menara Semprot (Spray Tower)
Gambar 4.20: Menara Gelembung (Bubble Tower)
bersihgas
air
kotorgas
kotorair
bersihgas
kotorgas
air
kotorair
210
Gambar 4.21: Destilasi Kilat (Flash Distillation) atau KO (Knockout) drum
Kelompok E: Alat Penukar Panas
Fluida proses pada sisi tabung Fluida proses pada sisi selongsong
(shell)
Gambar 4.22: Simbol Alat Penukar Panas Tabung – Selongsong Aliran lawan arah (Shell-Tube Heat Exchanger- Counter Current)
uap
umpan
cairan
umpanumpan
umpan
umpan
211
umpan
umpan
umpan
umpan
kalorAliran
fluidaAliranfluidaAliran
kalorAliran
dinginfluidaAliran
panasfluidaAliran
Fluida proses pada sisi tabung Fluida proses pada sisi selongsong
(shell)
Gambar 4.23: Simbol Alat Penukar Panas Tabung – Selongsong Aliran searah – Aliran paralel
(Shell-Tube Heat Exchanger- Co Current – parralel flow)
a.
b.
Gambar 4.24: Alat Penukar Panas Tipe Tabung Selongsong, dengan:
a. aliran 1,1 (shell, tube); b.aliran 1,2 (shell,tube)
212
Gambar 4.25: Pendidih ulang (Reboiler) - Ketel (kettle) Kelompok F: Alat Penyimpan
Gambar 4.26: Penampung Gas (Gas Holder) `
Gambar 4.27: Tangki penyimpan dengan atap tetap (fixed roof) berbentuk konikal
tetapatap
output
213
Gambar 4.28: Tangki penyimpan dengan atap mengapung (floating roof)
Gambar 4.29: Penyimpanan pada lapangan (daerah) terbuka (open yard)
outputinput
input
output
input
output
214
Gambar 4.30: Tangki silinder tegak - bertekanan
Gambar 4.31: Tangki silinder datar – bertekanan Kelompok G: Pemindah Gas (Gas mover)
Gambar 4.32: Blower jenis sentrifugal (Centrifugal Fan)
Gambar 4.33: Fan jenis Aksial (Axial Fan)
Gambar 4.34: Kompresor
input
output
outputinput
outputinput
input
output
215
kotorgas
bersihgas
debu
kotorgas
debudebu
kotorgasbersihgas
debu
Kelompok H: Pemisah (Separator)
Gambar 4.35: Siklon
Gambar 4.36: Sentrifuge
Gambar 4.37: Dekanter
216
Filtrat
Umpan Gumpalan(Cake)
Pencuci
Gambar 4.38: Proses Penyaringan Kontinyu
Gambar 4.39: Proses Penyaringan tak kontinyu (Plate & Frame)
Gambar 4.40: Penyaring
cairan
tersaringyangbagian
saringanhasil
217
Kelompok J: Konveyor
Gambar 4.41: Bucket elevator
Gambar 4.42: Konveyor jenis Sabuk (Belt conveyor)
Gambar 4.43: Konveyor Ulir (Screw conveyor) Kelompok L : Pompa
Gambar 4.4: Unit Udara (Air plant)
produkumpan
umpan
produk
umpan
produk
218
Gambar 4.45: Rotary Pump (Positive displacement)
Gambar 4.46: Reciprocating pump
Gambar 4.47: Pompa Aliran Aksial (Axial Flow Pump)
outletinlet
inlet outlet
outlet
inlet
219
Kelompok R: Reaktor
Gambar 4.48: Reaktor Tangki Alir Berpengaduk (Continous Stirred Tank Reactor)
Gambar 4.49: Reaktor Berpengaduk Tumpak (Batch Reactor)
PFR
Gambar 4.50: Reaktor Alir Pipa (Plug Flow Reactor)
inlet
outlet
outputinput
220
inlet
Gambar 4.51: Reaktor Isian Tetap (Fixed Bed Reactor)
Gambar 4.52: Reaktor Isian Fluidisasi (Fluidized Bed Reactor).
outlet
inlet
outlet
221
Gambar 4.53: Diagram Alir Proses Unit Pembangkit Uap.
222
Aturan dalam sistem pemberian nomor pada diagram alir proses, dengan menggunakan contoh seperti pada gambar 4.53, yang merupakan diagram alir proses dari unit pembangkit tenaga uap:
1. Tiap alat dimulai dari huruf yang merupakan kode kelompok dari peralatan seperti yang disajikan pada tabel 4.2, misalkan Q-110 (kelompok furnace dan proses pemanasan); H-118 (kelompok separator dalam hal ini peralatannya adalah bag filter sebagai alat penyaring udara)
2. Nomor pada setiap lokasi (area) proses dimulai dari 100, 200, 300 dan seterusnya. Artinya, digit pertama menunjukkan lokasi (area) dari alat proses tersebut. Jadi peralatan diatas Q-110 dan H-118 berada pada lokasi yang sama yaitu pada lokasi 1.
3. Nomor dari bagian peralatan proses utama dimulai dari angka satu pada digit kedua, jadi 110, 120, 130 dan seterusnya. Jadi pada unit boiler (yang berada didalam garis putus-putus) yaitu dengan kode P-101 di dalamnya terdiri dari peralatan F-114; L-115; Q-110; G-117 dan seterusnya
4. Nomor bagian pendukung dari suatu alat dibedakan pada digit ke tiga, sebagaimana pada peralatan Q-110 didalam bagian dari alat tersebut terdapat dua alat pendukung yaitu E-111 dan E-112, yang keduanya berada didalam alat Q-110 sebagai pemanas.
5. Pada bagian bawah dari diagram alir proses, biasanya memuat tabel neraca bahan dari sistem tersebut sebagaimana pada tabel 4.3
Tabel 4.3 Neraca Bahan (g/detik)
Komponen (BM)
……
Udara
Air umpan boiler
Produk steam
…….
N2 (28) …… 1271 - - …… O2 (32) …… 386 - - ……
H2O (18) …… 22 1390 1390 …… …… ….. - - …… Total ….. 1679 1390 1390 …..
765
223
4.2. IDENTIFIKASI SATUAN PROSES DAN OPERASI PADA KIMIA INDUSTRI
Satuan Proses dan Satuan Operasi merupakan inti dari Kimia Industri, karena satuan proses maupun operasi pada pengolahan ini sangat menentukan ekonomis atau tidaknya suatu proses. Sebagaimana telah dijelaskan pada bab I, Satuan Operasi merupakan dari bagian dari sistem proses, dimana pada bagian ini lebih menekankan pada perubahan yang lebih bersifat fisis, sedangkan Satuan Proses penekanannya pada perubahan yang bersifat kimiawi. Tentunya dari kedua satuan tersebut memerlukan alat (equipment) untuk melakukan perubahan. Peralatan untuk satuan operasi cukup banyak, dimana sebagian simbol dari peralatan tersebut telah dibahas pada sub-bab sebelumnya. Salah satu yang perlu diperhatikan dalam sistem proses adalah proses kontinyu dan proses tidak kontinyu. Proses tidak kontinyu (batch) atau disebut dengan tumpak merupakan suatu sistem proses dimana selama proses berlangsung tidak ada masukkan (input) maupun keluaran (output). Sedangkan proses dengan sistem kontinyu atau sinambung merupakan suatu sistem proses dimana selama proses berlangsung terdapat masukkan dan keluaran. Apabila hanya ada masukkan saja atau hanya ada keluaran saja atau kadang-kadang ada yang dikeluarkan atau ditambahkan selama proses, maka proses disebut dengan semi tumpak (semi-batch). Pada sistem kontinyu (sinambung) setelah beberapa saat akan terjadi keadaan tunak (steady state), hal ini disebabkan pada sistem tersebut tidak terjadi akumulasi atau akumulasi = 0, dimana secara umum rumus dalam suatu sistem dapat dinyatakan sebagai: [akumulasi = input – output]. Akumulasi merupakan perubahan dari variabel yang diamati pada sistem tersebut (misalkan konsentrasi, suhu) sebagai fungsi waktu. Jadi pada sistem kontinyu pada suatu kondisi dimana input = output, akibatnya akumulasi = 0, atau dengan kata lain sistem dengan keadaan tunak merupakan suatu sistem dimana variabel yang diamati (misalkan konsentrasi atau kualitas dari produk) tidak berubah dengan waktu atau bukan fungsi waktu. Sebaliknya, pada sistem tumpak, variabel yang diamati akan berubah selama waktu pengamatan.
224
Berdasarkan kondisi tersebut, maka suatu industri kimia dimana produk yang dihasilkan dalam jumlah yang besar, pada umumnya dilakukan dengan sistem kontinyu atau sinambung. Hal ini dengan pertimbangan produk kualitas yand dihasilkan akan lebih seragam. Disisi lain untuk suatu industri apabila jumlah produksinya relatif sedikit (misalkan industri farmasi) maka industri tersebut menggunakan sistem batch atau tak kontinyu. Hal yang sama dilakukan untuk suatu industri, dimana produksi yang bersifat musiman atau tergantung dari permintaan konsumen (misalkan industri pakaian, tekstil, makanan), maka industri tersebut akan menggunakan sistem tumpak. Peralatan yang digunakan untuk sistem kontinyu pada umumnya lebih kecil dibanding sistem tumpak akan tetapi pada sistem kontinyu diperlukan alat pengendalian yang lebih ketat dibanding sistem tumpak. Perbedaan dari kedua sistem tersebut dapat dilihat pada tabel 4.4.
Tabel 4.4: Perbedaan sistem Sinambung dan Tumpak
Kontinyu - Sinambung Tak kontinyu – Tumpak (Batch) Ada masukkan dan keluaran Tidak ada masukkan dan keluaran Keadaan tunak Keadaan tak-tunak Tidak fungsi waktu Fungsi waktu Produksi besar Produksi kecil atau musiman Produksi seragam Produksi bervariasi Alat lebih kecil Alat lebih besar Pengendalian Proses lebih baik Pengendalian proses sederhana Pada sub bab selanjutnya akan dibahas mengenai beberapa macam satuan operasi yang kemudian dilanjutkan satuan proses.
4.3. PROSES MENGUBAH UKURAN BAHAN PADAT Hampir kebanyakan bahan padat mempunyai ukuran yang masih cukup besar untuk dilakukan suatu proses baik fisik maupun kimia. Bahan padat dengan ukuran kecil akan lebih mudah untuk ditangani. Selain itu, pada proses yang bersifat heterogen (dua fase), misalkan padat-cair atau padat-gas tergantung dari kontak antara padatan tersebut dengan gas atau cairan. Dimana kontak tersebut akan tergantung oleh luas permukaan padatan. Oleh karenanya semakin besar luas permukaan dari padatan,
225
maka proses baik fisis maupun kimia akan semakin baik. Untuk memperbesar luas permukaan dari padatan, maka bahan padat tersebut perlu diubah ukurannya menjadi lebih kecil (size reduction). Secara umum digunakan kata penghancuran (crushing) dan penggiling, penggerusan (grinding) untuk mengubah partikel padatan dari ukuran besar menjadi kecil.
4.3.1. Peralatan Pemecah dan penghalus Peralatan penghancur zat padat dibagi atas mesin pemecah (crusher), mesin giling (grinder), dan mesin potong (cutting machine). Mesin pemecah bertugas melakukan kerja berat memecah bongkah-bongkah besar menjadi kepingan-kepingan kecil. Mesin giling bertugas memperkecil lagi umpan hasil pecahan menjadi serbuk. Mesin potong menghasilkan partikel yang ukuran dan bentuknya tertentu. Berikut beberapa macam mesin pengubah ukuran dari bahan padat yang banyak dijumpai di pasaran.
Gambar 4.54. Mesin perajang Gambar 4.55. Mesin pemarut
Gambar 4.56. Mesin pemipih Gambar 4.57. Mesin penepung
4.4. PROSES PENCAMPURAN BAHAN
226
4.4.1. Pendahuluan Pencampuran bahan merupakan salah satu proses penting dalam industri kimia. Pencampuran adalah peristiwa menyebarnya bahan-bahan secara acak, dimana bahan yang satu menyebar ke dalam bahan yang lain demikian pula sebaliknya, sedang bahan-bahan itu sebelumnya terpisah dalam keadaan dua fase atau lebih yang akhirnya membentuk hasil yang lebih seragam (homogen). Pada proses pencampuran diperlukan gaya mekanik untuk menggerakkan bahan-bahan sehingga didapat hasil yang homogen. Gaya mekanik diperoleh sebagai akibat adanya aliran bahan ataupun dihasilkan oleh alat pencampur. Beberapa peralatan yang biasa digunakan untuk mencampur zat cair dapat juga digunakan untuk mencampur zat padat atau pasta, dan demikian juga sebaliknya.
4.4.2. Tujuan Pencampuran Bahan
Beberapa tujuan yang perlu diperhatikan pada proses pencampuran antara lain: • Menghasilkan campuran bahan dengan komposisi tertentu dan
homogen. • Mempertahankan kondisi campuran selama proses kimia dan fisika agar
tetap homogen • Mempunyai luas permukaan kontak antar komponen yang besar • Menghilangkan perbedaan konsentrasi dan perbedaan suhu,
mempertukarkan panas • Mengeluarkan secara merata gas-gas dan uap-uap yang timbul. • Menghasilkan bahan setengah jadi agar mudah diolah pada proses
selanjutnya, atau menghasilkan produk akhir (produk komersial) yang baik.
4.4.3. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Pencampuran Bahan
Faktor-faktor yang mempengaruhi proses pencampuran, waktu pencampuran dan energi yang diperlukan untuk pencampuran adalah : • Aliran
227
Aliran yang turbulen dan laju alir bahan yang tinggi biasanya menguntungkan proses pencampuran. Sebaliknya, aliran yang laminar dapat menggagalkan pencampuran.
• Ukuran partikel/luas permukaan Semakin luas permukaan kontak bahan-bahan yang harus dicampur,
yang berarti semakin kecil partikel dan semakin mudah gerakannya di dalam campuran, maka proses pencampuran semakin baik.
• Kelarutan Semakin besar kelarutan bahan-bahan yang akan dicampur satu
terhadap lainnya, semakin baik pencampurannya.
4.4.4. Pemilihan Alat Pencampur
Pemilihan alat pencampur dan juga metode pencampuran terutama didasarkan pada: • Jenis-jenis bahan yang akan dicampur • Jenis campuran yang akan dibuat • Jumlah campuran yang akan dibuat • Derajat pencampuran yang ingin dicapai • Maksud pembuatan campuran • Sistem operasi (kontinu, terputus-putus) Selain hal-hal tersebut diatas, salah satu hal yang perlu diperhatikan dalam menentukan peralatan yang harus digunakan dalam pencampuran adalah fase dari bahan yang akan dicampur. Berikut akan dibahas pencampuran berdasarkan fase dari bahan yang dicampur. A. Pencampuran Bahan Cair-Cair
Pencampuran cairan dengan cairan digunakan untuk mempersiapkan atau melangsungkan proses-proses kimia dan fisika serta juga untuk membuat produk akhir yang komersial. Alat yang digunakan untuk pencampuran bahan cair-cair dapat berupa tangki atau bejana yang dilengkapi dengan pengaduk. Tangki atau bejana biasanya berbentuk silinder dengan sumbu terpasang vertikal, bagian atas bejana itu bias terbuka saja ke udara atau dapat pula tertutup. Ujung bawah tangki itu biasanya agak membulat, jadi tidak datar saja, maksudnya agar tidak terdapat terlalu banyak sudut-sudut tajam atau daerah yang sulit
228
ditembus arus zat cair. Kedalaman zat cair biasanya hampir sama dengan diameter tangki. Di dalam tangki itu dipasang pengaduk (impeller) pada ujung poros menggantung, artinya poros itu ditumpu dari atas. Poros itu digerakkan oleh motor, yang kadang-kadang dihubungkan langsung dengan poros itu, namun biasanya dihubungkan melalui peti roda gigi untuk menurunkan kecepatannya.
Gambar 4.58. Alat pencampuran cair-cair
B. Pencampuran Bahan Padat-Cair
Pada proses pembuatan produk industri kimia yang siap untuk diperdagangkan dan pada pengolahan produk setengah jadi, seringkali bahan-bahan padat harus dicampurkan dengan sejumlah kecil cairan. Di sini dapat terbentuk bahan padat yang lembab atau campuran yang sangat viskos seperti pasta atau adonan. Seringkali cairan harus juga ditambahkan ke dalam pasta, adonan atau massa yang plastis tersebut.
Contoh : • Mencampur serbuk dengan cairan untuk membuat butiran-butiran
(granulat) • Mencampur pasta pada industri farmasi dan kosmetik dengan bahan-
bahan aktif. • Mencampur masa sintetik yang plastis dengan bahan-bahan
penolong (misalnya bahan pelunak, stabilisator, bahan pewarna).
229
Alat yang digunakan dapat berupa tangki atau bejana vertikal yang berbentuk silinder, bahan digilas dan diuli oleh satu atau dua perkakas campur yang mirip pengaduk.
Gambar 4.59. Alat pencampur padat-cair
C. Pencampuran Bahan Padat-Padat Pencampuran dua atau lebih dari bahan padat banyak dijumpai yang akan menghasilkan produk komersial industri kimia.
Contoh : • Pencampuran bahan pewarna dengan bahan pewarna lainnya atau
dengan bahan penolong untuk menghasilkan nuansa warna tertentu atau warna yang cemerlang.
Alat yang digunakan untuk pencampuran bahan padat dengan padat dapat berupa bejana-bejana yang berputar, atau bejana-bejana berkedudukan tetap tapi mempunyai perlengkapan pencampur yang berputar, ataupun pneumatik.
230
D. Pencampuran Bahan Cair-Gas Untuk proses kimia dan fisika tertentu gas harus dimasukkan ke dalam cairan, artinya cairan dicampur secara sempurna dengan bahan-bahan berbentuk gas.
Contoh : - Proses hidrogenasi, khorinasi dan fosfogensi - Oksidasi cairan oleh udara (fermentasi, memasukkan udara kedalam
lumpur dalam instalasi penjernih biologis) - Meningkatkan kadar (melarutkan) gas dalam cairan (misalnya HCL
dalam air, oksigen dalam cairan-cairan) - Membangkitkan basa (misalnya busa pemadam api).
4.4.5. Merawat Alat Pencampur
Untuk mendapatkan kerja yang efisien, bukan hanya kebutuhan daya yang merupakan hal terpenting tetapi juga laju pencapaian derajat pencampuran yang diinginkan serta perawatan yang terjadwal. Telah dibuktikan bahwa sangat sukar untuk mendapatkan derajat pencampuran yang diingikan pada suatu waktu, dan keputusan untuk menentukan kapan material tersebut sudah tercampur masih tergantung kepada perkiraan, pengalaman dan keputusan operator serta kegiatan perawatan yang terus menreus dilakukan.
Beberapa metode perawatan perlu diperhatikan agar pengadukan efektif adalah berdasarkan : 1. Laju dispersi pada suatu elektrolitnya 2. Laju distribusi pada campuran pasir dalam air, dan 3. Laju dissolusi padatan dalam zat pelarut yang berbeda. Perawatan dilakukan sebagai berikut : − Pengaduk dikondisikan dapat berputar sesuai dengan kondisi operasi
yang diinginkan yaitu dengan jalan memberikan pelumas pada tangki pengaduk
− Semua peralatan dijaga jangan cepat berkarat terutama yang terbuat dari logam besi dengan jalan membersihkan dari karat dengan mengamplas dan memoles.
231
− Pengoperasian alat dehumidifier untuk mengurangi kelembaban udara dalam ruangan yang di dalamnya menyimpan peralatan pencampuran yang rentan terhadap serangan korosi. Peralatan-peralatan pencampuran yang rawan terhadap pengaruh korosi perlu disimpan di ruang tertutup, jauh dari kemungkinan pencemaran udara akibat terlepasnya bahan-bahan korosif ke lingkungan.
− Menutup alat sewaktu tidak dipergunakan untuk menghindari masuknya debu-debu ke dalam alat. Perlu diketahui bahwa debu dapat tertempeli polutan korosif yang apabila terbang terbawa udara dapat masuk ke dalam alat dan menempelkan dirinya ke permukaan komponen-komponen elektronik di dalam alat tersebut.
4.5. PENYULINGAN (Distillation)
4.5.1. Pendahuluan Distilasi (penyulingan) adalah proses pemisahan komponen dari suatu campuran yang berupa larutan cair-cair dimana karakteristik dari campuran tersebut adalah mampu-campur dan mudah menguap, selain itu komponen-komponen tersebut mempunyai perbedaan tekanan uap dan hasil dari pemisahannya menjadi komponen-komponennya atau kelompok-kelompok komponen. Karena adanya perbedaan tekanan uap, maka dapat dikatakan pula proses penyulingan merupakan proses pemisahan komponen-komponennya berdasarkan perbedaan titik didihnya. Sebagai contoh, proses penyulingan dari larutan garam yang dilakukan di laboratorium, sebagaimana ditunjukkan pada gambar 4.60. Pada gambar tersebut, terlihat, larutan garam (NaCl) dimasukkan pada labu, dimana pada bagian atas dari labu tersebut dipasang alat pengukur suhu atau thermometer. Larutan garam di dalam labu dipanasi dengan menggunakan pembakar Bunsen. Setelah beberapa saat, larutan garam tersebut akan mendidih dan sebagian akan menguap. Uap tersebut dilewatkan kondensor, dan akan terkondensasi yang ditampung pada erlemeyer. Cairan pada erlemeyer merupakan destilat sebagai air murni.
232
Gambar 4.60: Penyulingan larutan garam skala laboratorium
Pada operasi distilasi, terjadinya pemisahan didasarkan pada gejala bahwa bila campuran cair ada dalam keadaan setimbang dengan uapnya, komposisi uap dan cairan berbeda. Uap akan mengandung lebih banyak komponen yang lebih mudah menguap, sedangkan cairan akan mengandung lebih sedikit komponen yang mudah menguap. Bila uap dipisahkan dari cairan, maka uap tersebut dikondensasikan, selanjutnya akan didapatkan cairan yang berbeda dari cairan yang pertama, dengan lebih banyak komponen yang mudah menguap dibandingkan dengan cairan yang tidak teruapkan. Bila kemudian cairan dari kondensasi uap tersebut diuapkan lagi sebagian, akan didapatkan uap dengan kadar komponen yang lebih mudah menguap lebih tinggi. Untuk menunjukkan lebih jelas uraian tersebut, berikut digambarkan secara skematis:
1) Keadaan awal Mula-mula, pada cairan terdapat campuran A dan B, dimana karakteristik dari komponen-komponen tersebut adalah komponen A lebih mudah menguap (volatil) dibanding komponen B. Komposisi dari kedua komponen tersebut dinyatakan dengan fraksi mol. Untuk fase cair komponen A dinyatakan dengan xA, sedangkan komponen B dinyatakan dengan xB.
233
xA,1 : fraksi mol A, fase cair xB,1 : fraksi mol B, fase cair xA,1 + xB,1 = 1
2) Campuran diuapkan sebagian, uap dan cairannya dibiarkan dalam
keadaan setimbang.
xA,1 = fraksi A di fasa cair (setimbang) xB,1 = fraksi B di fasa cair (setimbang) xA +xB =1 yA,1= fraksi A di fasa uap (setimbang) yB,1= fraksi B di fasa uap (setimbang)
yA +yB =1 Pada keadaan ini maka: yA,1 > xA,1 dan yB,1< xB,1 Bila dibandingkan dengan keadaan mula:
yA,1 > xA,1> xA,2 dan yB,1< xB,1 < xB,2 3) Uap dipisahkan dari cairannya dan dikondensasi; maka didapat dua
cairan, cairan I dan cairan II. Cairan I mengandung lebih sedikit komponen A (lebih mudah menguap) dibandingkan cairan II
Gambar 4.61: Skema proses perpindahan massa pada peristiwa distilasi
Pada kondisi diatas, dari campuran dua komponen cairan (campuran biner) akan didapat dua cairan yang relatif murni. Hal ini dapat terlaksana, apabila beda titik didih dari kedua komponen tersebu relatif besar. Apabila perbedaan titik didih dari kedua komponen tersebut tidak terlalu jauh, maka perlu dilakukan proses penyulingan sebagaimana ditunjukkan pada gambar 4.62.
234
Pada gambar 4.62 merupakan contoh alat penyuling (distillation) kontinyu (sinambung). Pada gambar tersebut terlihat pendidih ulang (reboiler) yang mendapat umpan berupa zat cair secara kontinyu yang merupakan komponen yang akan dipisahkan. Karena adanya panas yang masuk (pemanasan) pada pendidih-ulang, maka zat cair masuk akan diubah sebagian menjadi uap, dalam hal ini uap akan kaya dengan komponen yang volatil (mudah menguap). Apabila perbedaan titik didih dari komponen tersebut relatif tinggi, maka uapnya hampir merupakan komponen murni. Akan tetapi apabila perbedaan titik didih dari komponen tersebut, tidak terlalu besar, maka uap merupakan campuran dari beberapa komponen. Kemudian uap campura tersebut dikondensasikan, kemudian zat cair hasil kondensasi, sebagian dikembalikan kedalam kolom, yang disebut dengan refluks. Cairan yang dikembalikan tersebut (refluks) diusahakan agar dapat kontak secara lawan arah dengan uap, sehingga diharapkan hasil atas (over head) akan meningkat kemurniannya. Untuk mendapatkan kondisi tersebut (kemurnian meningkat), diperlukan uap yang banyak agar dapat digunakan sebagai refluks dan hasil atas. Kondisi tersebut harus diimbangi dengan panas yang masuk pada reboiler harus besar (ditingkatkan). Hal ini perlu dipertimbangkan, khususnya dalam rangka penghematan energi.
UA
P
REF
LUK
S
KO
ND
EN
SOR
Pana
sm
asuk
Gambar 4.62: Kolom fraksinasi dengan Reboiler
235
Gambar 4.63. Rangkaian alat distilasi fraksinasi di laboratorium
Dalam distilasi, fase uap yang terbentuk setelah larutan dipanasi, dibiarkan kontak dengan fase cairannya sehingga transfer massa terjadi baik dari fase uap ke fase cair maupun dari fase cair ke fase uap sampai terjadi keseimbangan antara kedua fase. Setelah keseimbangan tercapai, kedua fase kemudian dipisahkan. Fase uap setelah dikondensasikan dalam kondensor disebut sebagai distilat sedangkan sisa cairannya disebut residu. Distilat mengandung lebih banyak komponen yang volatil (mudah menguap) dan residu mengandung lebih banyak komponen yang kurang volatil.
Aliran Gas
Permukaan zat cair Tanggul
A
Aliran Zat Cair
D
C
B
Gambar 4.64: Piring satu tahap pada destilasi bertingkat
236
Keterangan gambar: A : Piring (plate) B : Lubang-lubang pada piring (perforasi) C : Saluran limpahan menuju piring berikutnya D : Saluran limpahan dari piring sebelumnya Distilasi adalah sistem perpindahan yang memanfaatkan perpindahan massa. Masalah perpindahan massa dapat diselesaikan dengan dua cara yang berbeda. Pertama dengan menggunakan konsep tahapan kesetimbangan dan kedua atas dasar proses laju difusi. Distilasi dilaksanakan dengan rangkaian alat berupa kolom/menara yang terdiri dari piring (plate/tray tower) sehingga dengan pemanasan komponen dapat menguap, terkondensasi, dan dipisahkan secara bertahap berdasarkan tekanan uap/titik didihnya. Proses ini memerlukan perhitungan tahap kesetimbangan. Untuk menentukan jumlah variabel bebas dalam suatu sistem digunakan kaidah derajat kebebasan: DK = C – P + 2 Dimana: DK = Derajat kebebasan C = Jumlah komponen P = Jumlah fase Sebagai contoh, campuran antara CO2-udara-air pada kesetimbangan gas-cair, maka berdasarkan rumus diatas terdapat tiga derajat kebebasan (DK = 3), dimana C = 3 dan P = 2. Jadi apabila tekanan total dan suhu sudah ditentukan, maka tinggal satu variabel yang bisa diatur. Jadi pada distilasi satu tahapannya yang memisahkan dua komponen (C=2), misalkan campuran amonia-air, dengan sistem uap-cair (2 fasa, P=2), maka pada sistem tersebut, mempunyai dua derajat kebebasan. Pada sistem tersebut, terdapat empat variabel yaitu tekanan, suhu, dan fraksi komposisi komponen A (NH3) pada fasa cair, xA dan fraksi komposisi komponen A (NH3) fasa uap, yA. Dimana fraksi komposisi komponen B sama dengan 1 dikurangi fraksi komposisi komponen A dapat diketahui, berdasarkan: xA + xB = 1 dan yA + yB = 1. Jika telah ditetapkan temperatur, hanya ada satu variabel saja yang dapat diubah secara bebas, sedangkan
237
temperatur dan konsentrasi fasa uap didapatkan sebagai hasil perhitungan sesuai sifat-sifat fisik pada tahap kesetimbangan. Batas perpindahan fase tercapai apabila kedua fasa mencapai kesetimbangan dan perpindahan makroskopik terhenti. Pada proses komersial yang dituntut memiliki laju produksi besar, terjadinya kesetimbangan harus dihindari. 4.5.2. Dasar Kesetimbangan Uap-Cair
Keberhasilan suatu operasi penyulingan tergantung pda keadaan setimbang yang terjadi antar fasa uap dan fasa cairan dari suatu campuran. Dalam hal ini akan ditinjau campuran biner yang terdiri dari kompoenen A (yang lebih mudah menguap) dan komponen B (yang kurang mudah menguap). Pada gambar 4.65 merupakan hubungan antara komponen A dan komponen B dengan suhu kesetimbangan uap-cair. Campuran dua komponen disebut juga dengan campuran biner. Pada sumbu horisontal, menunjukkan fraksi dari komponen A. Diujung sebelah kiri ditandai dengan angka nol, artinya fraksi komponen A, xA dan yA = 0, atau pada titik tersebut merupakan komponen B murni. Disisi lain, pada ujung sebelah kanan, ditandai dengan angka 1, merupakan komponen A murni. Garis vertikal menunjukkan suhu, baik suhu A, B maupun campuran A dan B. Pada grafik tersebut terlihat bahwa titik didih (boiling point) dari komponen A murni lebih rendah dibanding komponen B, TA < TB. Hal ini menunjukkan bahwa, komponen A lebih mudah menguap dibanding komponen B. Kurva bagian atas pada grafik tersebut, menunjukkan kurva untuk titik embun (dew point), sedangkan kurva dibagian bawah, merupakan kurva titik gelembung (bubble point). Ruang diatas kurva titik embun, bahan berada pada fase uap, sedangkan ruang dibawah kurva titik gelembung, bahan berada pada fase cair. Diantara kedua kurva tersebut, bahan berada pada fase campuran.
238
Gambar 4.65: Grafik hubungan antara komposisi dan suhu untuk campuran biner
Pada titik 1 (dalam lingkaran), apabila ditarik lurus kekanan, maka garis yang memotong kurva titik gelembung dan ditarik kebawah akan didapat komposisi, xA1 (komposisi A pada fase cair pada suhu T1). Sedangkan apabila garis tersebut memotong kurva titik embun, kemudian ditarik kebawah, akan didapat komposisi, yA1 (komposisi A pada fase uap pada suhu T1). Selanjutnya, pada titik 2 dimana bahan mempunyai komposisi tertentu, maka untuk mendapatkan titik gelembung dan titik embunnya dengan cara menarik garis keatas, sehingga didapat TB2 dan TD2. Sedangkan gambar 4.65, menunjukkan hubungan komposisi uap-cairan pada kesetimbangannya pada suhu tertentu. Dalam banyak campuran biner, terlihat bahwa pada suhu tertentu, harga yA selalu lebih besar daripada harga xA, sebagaimana ditampilkan pada gambar 4.66.
239
1
1
0Fraksi cair, XA
XA1
YA1
Gambar 4.66: Komposisi uap-cairan pada kesetimbangan
Ada beberapa campuran biner yang titik didihnya di atas atau di bawah titik didih kedua komponennya. Campuran pertama disebut azeotrop minimum seperti dapat dilihat pada Gambar 4.67-a sedangkan campuran kedua disebut azeotrop maksimum pada Gambar 4.67-b. Dalam kedua hal, yA tidak selalu lebih besar daripada harga xA, ada kesetimbangan uap cairan dengan yA selalu lebih kecil daripada xA. Pada titik azeotrop, yA sama dengan xA dan campuran cairan dengan komposisi sama dengan titik azeotrop tidak dapat dipisahkan dengan cara distilasi biasa.
a b Gambar 4.67 Titik azeotrop minimum dan maksimum
240
4.5.3. Dasar Peralatan Penyulingan Kolom distilasi adalah kolom fraksionasi kontinu yang dilengkapi berbagai perlengkapan yang diperlukan. Umpan dimasukkan di sekitar pertengahan kolom dengan laju tertentu. Tray tempat masuk umpan dinamakan feed plate. Semua tray yang terletak di atas tray umpan adalah bagian rektifikasi (enriching section) dan semua tray di bawahnya, termasuk feed plate sendiri, adalah bagian stripping. Umpan mengalir ke bawah pada stripping section ini, sampai di dasar kolom di mana permukaan cairan ditetapkan pada ketinggian tertentu. Cairan itu lalu mengalir dengan gaya gravitasi ke dalam reboiler. Dimana reboiler adalah alat penukar panas jenis penguap (vaporizer) dengan menggunakan pemanasan uap (steam) yang dapat menghasilkan komponen uap (vapor) dan mengembalikannya ke dasar kolom. Komponen uap tersebut lalu mengalir ke atas sepanjang kolom. Pada ujung reboiler terdapat suatu tanggul. Produk bawah dikeluarkan dari kolam zat cair itu pada bagian ujung tanggul dan mengalir melalui pendingin. Pendinginan ini juga memberikan pemanasan awal pada umpan melalui pertukaran kalor dengan hasil bawah yang panas. Uap yang mengalir naik melalui bagian rektifikasi dikondensasi seluruhnya oleh kondensor dan kondensatnya dikumpulkan dalam akumulator (pengumpul D), di mana permukaan zat cair dijaga pada ketinggian tertentu. Cairan tersebut kemudian dipompa oleh pompa refluks dari akumulator ke tray teratas. Arus ini menjadi cairan yang mengalir ke bawah di bagian rektifikasi, yang diperlukan untuk berinteraksi dengan uap yang mengalir ke atas. Tanpa refluks tidak akan ada rektifikasi yang dapat berlangsung dan kondensasi produk atas tidak akan lebih besar dari konsentrasi uap yang mngalir naik dari feed plate. Kondensat yang tidak terbawa pompa refluks didinginkan dalam penukar kalor, yang disebut product cooler dan dikeluarkan sebagai produk atas. Karena tidak terjadi azeotrop, produk atas dan produk bawah dapat terus dimurnikan sampai tercapai kemurnian yang diinginkan dengan mengatur jumlah tray dan refluks ratio. Distilasi kontinu dengan refluks efektif memisahkan komponen-komponen yang volatilitasnya sebanding. Dengan melakukan redistilasi berulang-ulang dapat diperoleh komponen yang hampir murni karena jumlah komponen pengotor lain sedikit. Metoda ini dimodifikasi menjadi lebih modern untuk
241
diterapkan pada skala industri dengan dihasilkannya distilasi metoda rektifikasi.
Kolom distilasi terdiri dari banyak tray yang diasumsikan ideal. Jika diperhatikan tray ke-n dari puncak kolom, maka tray yang langsung berada di atasnya adalah tray ke-n-1 dan tray yang langsung berada di bawahnya adalah tray ke-n+1. Ada 2 aliran fluida yang masuk ke dalam dan 2 arus keluar dari tray n. Aliran zat cair L n-1 (mol/jam) dari tray n-1 dan aliran uap Vn+1 dari tray n+1 (mol/jam) mengalami kontak di tray n. Aliran uap Vn naik ke tray n-1 dan aliran cairan Ln turun ke tray n+1. Jika konsentrasi aliran uap dalam fasa V ditandai dengan y, dan konsentrasi aliran cairan ditandai dengan x, maka konsentrasi aliran yang masuk dan yang keluar tray n adalah: uap keluar dari tray (yn), cairan keluar dari tray (xn), uap masuk ke tray (yn+1), dan cairan masuk ke tray (xn-1).
Sesuai definisi tray ideal, uap dan cairan yang keluar piring n berada dalam kesetimbangan, sehingga xn dan yn merupakan konsentrasi kesetimbangan. Oleh karena konsentrasi dalam fas uap dan cair berada dalam kesetimbangan, aliran masuk dan ke luar tidak sama. Bila uap yang keluar dari tray n+1 dan cairan dari tray n-1 dikontakkan, konsentrasinya akan bergerak ke arah kesetimbangan. Sebagian komponen yang lebih volatil akan menguap dari fasa cair sehingga konsentrasi zat cair pada xn-1
turun menjadi xn, sedangkan komponen yang kurang volatil akan terkondensasi dari uap sehingga konsentrasi uap naik dari yn+1 menjadi yn. Aliran zat cair berada pada bubble point sedangkan aliran uap berada pada dew point, sehingga kalor yang dibutuhkan untuk penguapan didapatkan dari kalor yang dibebaskan selama kondensasi. Setiap tray berfungsi sebagai media pertukaran dimana komponen volatil pindah ke fasa uap, sedangkan komponen yang kurang volatil pindah ke fasa cair. Karena konsentrasi komponen volatil di dalam cairan dan uap meningkat dengan bertambahnya tinggi kolom, suhu akan berkurang dari n+1, n, ke n-1.
Distilasi satu tahap tidak efektif menghasilkan bottom product yang mendekati murni karena zat cair dalam umpan tidak mengalami rektifikasi. Keterbatasan ini diatasi dengan memasukkan umpan ke tray yang berada di bagian tengah kolom. Cairan itu mengalir ke bawah kolom menuju reboiler dan mengalami rektifikasi dengan uap yang mengalir naik dari reboiler. Karena komponen volatil yang berada di reboiler telah
242
diambil dari cairan maka produk bawahnya adalah komponen kurang volatil yang hampir murni dari komponen volatil.
Faktor-faktor penting dalam merancang dan mengoperasikan kolom distilasi
- Jumlah tray yang diperlukan untuk mendapatkan pemisahan yang dikehendaki.
- Diameter kolom, kalor yang dikonsumsi dalam pendidih. - Konstruksi tray.
4.5.4. Neraca Massa Pada Kolom Distilasi
Kolom mendapat umpan sebesar F (mol/jam) umpan yang berkonsentrasi xf, dan menghasilkan D (mol/jam) distilat yang berkonsentrasi xd dan produk bawah yang berkonsentrasi xb. Ada 2 neraca massa yang penting: Neraca massa total:
F = D + B [4.1]
Neraca komponen:
F.xf = D.xd + B.xb [4.2]
Jumlah D adalah selisih antara laju aliran arus yang masuk dan yang keluar atas kolom. Neraca massa pada konsensor dan akumulator adalah:
D = Va – La [4.3]
Selisih antara laju aliran uap dan laju aliran cairan di manapun pada bagian atas kolom adalah D, yang jelas terlihat bila diperhatikan bagian dari instalasi itu yang dikurung permukaan kendali I. Permukaan ini meliputi kondensor dan semua piring di n+1. Neraca massa total pada permukaan tersebut adalah:
243
D = Vn+1 – Ln [4.4]
Jumlah D adalah laju aliran netto bahan ke atas pada bagian atas kolom. Berapapun pertukaran konsentrasi komponen pada V dan L selisihnya selalu D. Neraca massa untuk komponen a sesuai dengan persamaan:
D. xd = Va.ya – La.xa = Vn+1.yn+1 – Ln.xn. [4.5]
Jumlah D.xd adalah laju aliran netto komponen A ke atas pada bagian ata kolom. Jumlah ini konstan pada seluruh bagian atas kolom. Pada bagian bawah kolom, laju alir netto juga konstan, tetapi arahnya ke bawah. Laju aliran netto total adalah B, untuk komponen A adalah B.xb, sesuai persamaan:
B = Lb – Vb = Lm – Vm+1 [4.6]
B.xb = Lb.xb – Vb.yb = Lm.xm – Vm+1.ym+1 [4.7]
Karena kolom distilasi terdiri dari bagian atas dan bagian bawah, maka ada 2 garis operasi, satu untuk bagian rektifikasi dan satu untuk bagian pelucutan. Persamaan garis operasi untuk bagian pelucutan adalah:
1n
aaaan
1n
n1n y
xL - yV xVL y
+++ == [4.8]
Substitusi Va.ya – La.xa menghasilkan
1n
dn
1n
n1n V
xD. xVL y
+++ += [4.9]
Gradien garis operasi adalah ratio antara aliran cairan dan uap. Jika Vn+1 dieliminasi:
DLx.Dx
DLLy
n
dn
n
n1n +
++
=+ [4.10]
244
Untuk bagian bawah kolom, neraca massanya adalah: Vm+1.ym+1 = Lm.xm - B.xb [4.11]
Dalam bentuk lain, persamaan tersebut menjadi
1m
bm
1m
m1m V
xD. x
VL y
+++ += [4.12]
Persamaan ini adalah persamaan garis operasi bagian pelucutan. Di sini pun gradien garis adalah ratio antara aliran zat cair dan aliran uap. Eliminasi Vm+1 akan menghasilkan:
BLx.B
xBL
Lym
bm
m
m1m −
+−
=+ [4.13]
Bila garis operasi bagian atas dan bagian bawah tersebut digambarkan bersama kurva kesetimbangan pada diagram x-y, dapat digunakan konstruksi bertahap McCabe-Thille untuk menghitung berapa banyaknya tray ideal yang diperlukan untuk mendapatkan suatu perbedaan konsentrasi tertentu, baik pada bagian rektifikasi maupun pada bagian pelucutan. Jika dilihat persamaan garis operasi, terlihat bahwa garis operasi akan merupakan garis lengkung, kecuali jika Ln dan Lm konstan. Garis operasipun hanya dapat digambarkan jika perubahan konsentrasi pada aliran dalam diketahui. Untuk menentukan garis operasi yang berbentuk kurva diperlukan neraca entalpi. Pada distilasi, laju aliran molar uap dan zat cair pada masing-masing bagian kolom itu hampir mendekati konstan, dan garis operasinya mendekati garis lurus. Hal ini akibat kalor penguapan molar yang hampir sama, sehingga setiap mol komponen yang titik didihnya tinggi yang terkondensasi pada waktu uapnya mengalir ke atas akan membebaskan energi sebanyak yang diperlukan untuk menguapkan 1 mol komponen yang titik didihnya rendah. Perubahan entalpi aliran cairan dan uap dan kehilangan kalor dari kolom biasanya mengakibatkan perlunya pembentukan uap yang agak lebih banyak pada bagian bawah kolom, sehingga ratio molar aliran uap pada bagian bawah akan lebih mendekati 1. Karena itu, dalam merancang kolom distilasi biasanya digunakan konsep constant molal overflow, sehingga
245
dalam persamaan garis operasi tanda tray n, n-1, n+1, m, m-1, dan m+1 pada L dan V dapat dianggap sama. Dalam model ini, persamaan-persamaan neraca massa adalah linear dan garis operasinya berupa garis lurus. Garis operasi dapat digambar bila diketahui dua titik. Akibatnya, metoda McCabe-Thiele dapat digunkan tanpa memerlukan neraca entalpi. 4.5.5. Analisis Kolom Fraksinasi Analisis kolom fraksionasi dimudahkan lagi dengan menggunakan besaran refluks ratio. Ada 2 macam refluks ratio yang biasa digunakan, yaitu refluks ratio terhadap hasil atas Rd dan refluks ratio terhadap uap (aliran uap komponen) Rv. Persamaan kedua refluks ratio tersebut adalah:
DD - L
DL Rd == [4.14]
DLL
VLRv +
== [4.15]
Karena itu persamaa garis operasi untuk bagian rektifikasi yang mengikuti constant molal overflow dapat disederhanakan:
1d
dd
1d
d1n R
xx
RR
y++
+ += [4.16]
Titik potong y dari garis ini adalah xd / (Rd+1). Konsentrasi xd ditentukan kondisi rancangan, dan Rd merupakan variabel operasi yang dapat dikendalikan dengan mengatur pembagian antara refluks dan hasil atas, atau dengan mengubah banyaknya uap yang terbentuk dalam reboiler untuk suatu laju distilat tertentu. Karena kemiringan garis rektifikasi adalah Rd / (Rd+1).), kemiringan dapat bertambah bila refluks ratio ditingkatkan sampai V=L saat Rd tak berhingga, bergradien1, sehingga garis operasi menjadi berimpitan dengan diagonal, yang disebut refluks total. Pada refluks total jumlah tray minimum,
246
tetapi produk atas dan bawah adalah 0 pada setiap umpan dengan laju alir tertentu.
Jika
b
b
a
a
ab
xy
xy
=α [4.17]
Jumlah tray minimum dapat dihitung dengan persamaan:
[ ]ab
dbbdmin log
)x1(x/)x1(xlogN
α−−
= [4.18]
Persamaan tersebut adalah persamaan Fenske. Jika perubahan nilai
ab bagian dasar dan puncak kolam tidak signifikan nilai ab yang digunakan adalah rata-rata geometriknya. Jika refluks kurang dari refluks total, jumlah tray yang dibutuhkan untuk mendapatkan pemisahan tertentu akan lebih besar daripada yang dibutuhkan untuk refluks total. Pada refluks ratio yang kecil, jumlah tray akan besar, dan pada refluks ratio minimum jumlah tray menjadi tak berhingga. Semua kolom distilasi yang menghasilkan produk atas dan produk bawah dalam jumlah tertentu harus beroperasi pada refluks ratio yang besarnya antara Rd minimum (saat jumlah tray tak berhingga) dan saat Rd tak berhingga (saat jumlah tray minimum). Refluks ratio minimum dapat diperoleh dengan menggerakkan garis operasi sambil menurunkan refluks ratio. Pada refluks total dari operasi berimpitan dengan diagonal. Jika refluks diturunkan perpotongan garis operasi atas dan bawah akan bergerak di sepanjang garis umpan ke arah kurva kesetimbangan, luas diagram yang dapat digunakan untuk konstruksi tahap makin kecil, dan jumlah tahap meningkat. Jika salah satu garis operasi tersebut menyentuh kurva kesetimbangan jumlah tahap yang diperlukan sebelum melintas titik singgung ini menjadi tak berhingga. Pada kondisi ini refluks ratio disebut minimum. Jika x’ dan y’ adalah koordinat perpotongan antara garis operasi dengan kurva kesetimbangan, refluks ratio minimum (Rdm) dapat dihitung dengan persamaan:
247
'x'y'yxR d
dm −−
= [4.19]
Bila refluks ratio ditingkatkan mulai minimum, jumlah tray akan bertambah, mula-mula dengan cepat , kemudian berangsur makin perlahan, hingga jumlah tray minimum pada refluks total. Luas penampang kolom biasanya sebanding dengan laju aliran uap. Bila refluks ratio meningkat sampai pada tingkat keluaran distilat dan bottom tertentu, V dan L akan meningkat sampai dicapai suatu titik dimana peningkatan diameter kolom jauh lebih cepat dari pada berkurangnya jumlah piring. Biaya instalasi sebanding dengan luas permukaan piring dan jumlah piring kali luas penampang kolom. 4.5.6. Volatilitas Relatif
Hubungan komposisi uap dan cairan dalam keadaan setimbang dapat dinyatakan dengan volatilitas relatif yang didefinisikan sebagai berikut:
A
A
A
A
B
B
A
A
x1y1
xy
xy
xy
−−
==α [4.20]
Persamaan di atas dapat disusun menjadi
A
AA x)1(1
xy−α+
α= [4.21]
Bila diketahui harga-harga sebagai fungsi temperatur, maka pada tekanan tetap, hubungan yA dan xA pada berbagai suhu pada keadaan setimbang dapat ditentukan. Bila konstan, dan diketahui harganya, maka harga-harga yA pada setiap harga x1 dan sebaliknya (kurva yA terhadap (xA) dapat langsung ditentukan.
4.5.7. Larutan Ideal
Untuk larutan ideal (biner) berlaku hukum Raoult:
PA = PA. xA [4.22] PB = PB. xB = PB. (1-xA) [4.23]
248
dimana: PA = tekanan parsial komponen A di fasa uap PB = tekanan parsial komponen B di fasa uap PA
o = tekanan uap komponen A PB
o = tekanan uap komponen B Untuk sistem biner: PA + PB = P dimana P adalah tekanan total. Bila persamaan penghubung xA dan yA tersebut digabungkan, didapat:
PxP
PPy A
oAA
A == [4.24]
P
)x1(PP
P)y1( AoBB
A−
==− [4.25]
B
A
A
A
A
A
PP
)x1()y1(
xy
=
−−
=α [4.26]
Bila harga yA = xA maka harga =1, dan campuran biner pada komposisi tersebut tidak dapat dipisahkan menjadi komponen-komponennya dengan cara distilasi. 4.5.8. Tipe Distilasi
Karena karakter campuran yang berbeda maka distilasi dilakukan dengan cara berbeda pula. Oleh karena itu distilasi meliputi beberapa tipe yaitu: distilasi azeotropik, distilasi kering, distilasi ekstraktif, distilasi beku (freeze distillation), distilasi fraksinasi, distilasi uap (steam distillation) dan distilasi vakum. Berdasarkan prosesnya, distilasi juga dapat dibedakan menjadi distilasi batch (batch distillation) dan distilasi kontinyu (continuous distillation). Disebut distilasi batch jika dilakukan satu kali proses, yakni bahan dimasukkan dalam peralatan, diproses kemudian diambil hasilnya (distilat dan residu). Disebut distilasi kontinyu jika prosesnya berlangsung terus-menerus. Ada aliran bahan masuk sekaligus aliran bahan keluar.
Rangkaian alat distilasi yang banyak digunakan di industri adalah jenis tray tower dan packed tower.
249
Gambar 4.68:. Rangkaian alat distilasi di industri
Gambar 4.69: Distilasi tipe Tray (Tray Tower)
250
Gambar 4.70: Distilasi tipe Isian (Packed Tower)
251
Gambar 4.71. Foto rangkaian alat distilasi di sebuah pabrik
4.5.9. Perawatan peralatan distilasi
Kolom distilasi harus dirawat agar kebersihan dan penggunaannya dapat seoptimal mungkin, dilakukan sebagai berikut : • Pengaruh panas kolom pada unit kolom distilasi terbatas pada
kondensor dan pendidih ulang (reboiler), karena, pada umumnya, kolom tersebut diisolasi, sehingga kehilangan kalor sepanjang kolom relatif kecil.
• Untuk umpan yang berupa zat cair pada titik gelembungnya (q = 1) yaitu cairan jenuh, kalor yang diberikan pada pendidih ulang sama dengan yang dikeluarkan pada kondensor. Untuk umpan yang berwujud selain cairan jenuh kebutuhan kukus, pemanas dihitung dengan neraca panas (neraca entalpi).
252
4.6. ADSORPSI
4.6.1. Pendahuluan Adsorpsi atau penjerapan adalah proses pemisahan bahan dari campuran gas atau cair, bahan yang akan dipisahkan ditarik oleh permukaan zat padat yang menyerap (adsorben). Biasanya partikel-partikel kecil zat penyerap ditempatkan ke suatu hamparan tetap dan fluida kemudian dialirkan melalui hamparan tetap tersebut sampai zat padat itu mendekati jenuh dan pemisahan yang dikehendaki tidak dapat berlangsung lagi. Kebanyakan zat pengadsorpsi adalah adsorben. Bahan-bahan yang berpori, dan adsorpsi berlangsung terutama pada dinding-dinding pori. Pemisahan terjadi karena perbedaan bibit molekul atau karena perbedaan polaritas menyebabkan sebagian molekul melekat pada permukaan itu lebih erat daripada molekul-molekul lainnya. Misalnya, limbah industri pencucian kain batik diadsorpsi zat warnanya dengan menggunakan arang tempurung kelapa yang sudah diaktifkan. Limbah elektroplating yang mengandung nikel, logam berat nikel diadsorpsi dengan zeolit yang diaktifkan.
4.6.2. Pemeriksaan Pendahuluan Peralatan Adsorpsi a. Persiapan media karbon aktif
Karbon aktif yang digunakan dalam peralatan ini adalah produk komersil yang dijual di pasaran. Karbon aktif yang digunakan terbuat dari bahan baku kayu. Langkah pertama dalam tahap ini adalah mengayak karbon aktif menggunakan penyaring elektrik untuk mendapatkan karbon aktif dengan kisaran ukuran I 16-30 MESH, ukuran II 30-50 MESH dan ukuran III 50-100 MESH yang seragam. Karbon aktif dihilangkan kandungan airnya dengan cara dipanaskan pada kondisi vakum dalam vacum furnace pada temperatur 105 oC dan tekanan 50 mbar selama 12 jam. Demikian diharapkan dengan perlakuan ini selain untuk menghilangkan kadar air, juga untuk mensterilkan karbon aktif.
b. Persiapan larutan yang akan mendapat perlakuan diadsorpsi c. Pembuatan kurva kalibrasi
- Pembuatan kurva kalibrasi dari pembacaan alat spektrofotometer model 390 dengan panjang gelombang minimum yang bisa digunakan 420 nm dan panjang gelombang maksimumnya 980 nm.
- Sebelum alat tersebut digunakan, dipanaskan selama 30 menit. Kemudian larutan contoh dimasukkan dalam cuvet dengan terlebih dahulu dibuat posisi skala nol untuk pembacaan absorbansi dengan menggunakan blangko aquades, panjang gelombang dicari diantara kisaran 500-570 nm.
d. Menyiapkan peralatan percobaan batch Disiapkan peralatan jar test yang dilengkapi dengan peralatan :
253
1). Blade jenis two blade, 2) Gelas beaker, 3) Pengatur kecepatan putaran 4) Jarum pengukur kecepatan putaran (tachometer)
4.6.3. Pengoperasian peralatan kolom adsorpsi
Kolom adsorpsi dilengkapi dengan peralatan : - Bak penampung umpan sekaligus berfungsi sebagai bak penampung
overflow, bak pengatur debit, bak penampung efluen, pompa air, flowmeter
4
7
8
9
1
3 6
a
c
b
5
2
h
d
e
f
g
Gambar 4.7.2. Peralatan adsorpsi secara kontinyu
Keterangan gambar : 1. Pompa air a. Kran pengatur 1 2. Bak umpan / bak penampung overflow b. Kran pengatur 2 3. Pipa influen c. Kran pengatur 3 4. Bak pengatur debit d. Outlet sampel h1 =20 cm 5. Pipa overflow e. Outlet sampel h2 = 40 cm 6. Pipa menuju ke kolom f. Outlet sampel h3 = 60 cm 7. Flowmeter g. Outlet sampel h4 = 80 cm 8. Kolom adsorpsi h. Outlet sampel h5 = 100 cm 9. Bak penampung efluen
Adapun langkah-langkah pengoperasian dilakukan sebagai berikut :
1. Sebelum alat dioperasikan terlebih dahulu kolom diisi dengan aquades sampai sedikit di atas lapisan adsorben. Hal ini dimaksudkan untuk menghindari udara yang terjebak di dalam kolom yang dapat mengganggu laju aliran.
254
2. Alat dioperasikan dengan mengalirkan sampel air baku secara grafitasi (downflow) secara terus menerus dari bak penampung umpan dengan menggunakan pompa menuju ke bak pengatur laju limpasan. Bak pengatur laju limpasan digunakan untuk mendapatkan tekanan dan laju limpasan yang konstan.
3. Setelah dari bak pengatur laju limpasan aliran umpan dilewatkan flowmeter untuk mendapatkan hasil pembacaan laju limpasan secar visual. Flowmeter ini dilengkapi dengan 3 buah kran pengatur. Sesuai dengan Gambar kran a digunakan untuk mengatur besar kecilnya laju limpasan, kran b berfungsi sebagai pintu masuk aliran umpan menuju ke kolom adsorpsi. Kran b akan ditutup pada saat kalibrasi flowmeter dengan kondisi kran c terbuka. Setelah laju limpasan aliran stabil, kran c ditutup ddan kran b dibuka. Kemudian umpan akan mengalir menuju ke kolom adsorpsi.
4. Setelah operasional alat dengan waktu dan laju limpasan tertentu dilakukan pengambilan sampel air baku pada masing-masing outlet yang selanjutnya dilaksanakan analisis
5. Diulangi untuk kondisi operasi yang berbeda dengan variasi laju limpasan, variasi konsentrasi influen, dan variasi ukuran media.
4.7. ABSORBSI 4.7.1. Pendahuluan Absorpsi adalah proses pemisahan bahan dari suatu campuran gas dengan cara pengikatan bahan tersebut pada permukaan absorben cair yang diikuti dengan pelarutan. Kelarutan gas yang akan diserap dapat disebabkan hanya oleh gaya-gaya fisik (pada absorpsi fisik) atau selain gaya tersebut juga oleh ikatan kimia (pada absorpsi kimia). Komponen gas yang dapat mengadakan ikatan kimia akan dilarutkan lebih dahulu dan juga dengan kecepatan yang lebih tinggi. Karena itu absorpsi kimia mengungguli absorpsi fisik. . 4.7.2. Fungsi Absorbsi dalam industri Meningkatkan nilai guna dari suatu zat dengan cara merubah fasenya Contoh : • Formalin yang berfase cair berasal dari formaldehid yang berfase gas
dapat dihasilkan melalui proses absorbsi. Teknologi proses pembuatan formalin Formaldehid sebagai gas input dimasukkan ke dalam reaktor. Output dari reaktor yang berupa gas yang mempunyai suhu 1820C didinginkan pada kondensor hingga suhu 55 0C,dimasukkan ke dalam absorber. Keluaran dari absorber pada tingkat I mengandung larutan formalin dengan kadar formaldehid sekitar 37 – 40%. Bagian terbesar dari
255
metanol, air,dan formaldehid dikondensasi di bawah air pendingin bagian dari menara, dan hampir semua removal dari sisa metanol dan formaldehid dari gas terjadi dibagian atas absorber dengan counter current contact dengan air proses.
• Pembuatan asam nitrat (absorpsi NO dan NO2). Proses pembuatan asam nitrat Tahap akhir dari proses pembuatan asam nitrat berlangsung dalam kolom absorpsi. Pada setiap tingkat kolom terjadi reaksi oksidasi NO menjadi NO2 dan reaksi absorpsi NO2 oleh air menjadi asam nitrat. Kolom absorpsi mempunyai empat fluks masuk dan dua fluks keluar. Empat fluks masuk yaitu air umpan absorber, udara pemutih, gas proses, dan asam lemah. Dua fluks keluar yaitu asam nitrat produk dan gas buang. Kolom absorpsi dirancang untuk menghasilkan asam nitrat dengan konsentrasi 60 % berat dan kandungan NOx gas buang tidak lebih dari 200 ppm.
4.7.3. Absorben Absorben adalah cairan yang dapat melarutkan bahan yang akan diabsorpsi pada permukaannya, baik secara fisik maupun secara reaksi kimia. Absorben sering juga disebut sebagai cairan pencuci. Persyaratan absorben : - Memiliki daya melarutkan bahan yang akan diabsorpsi yang sebesar
mungkin (kebutuhan akan cairan lebih sedikit, volume alat lebih kecil). - Selektif. - Memiliki tekanan uap yang rendah. - Tidak korosif. - Mempunyai viskositas yang rendah. - Stabil secara termis. - Murah Jenis-jenis bahan yang dapat digunakan sebagai absorben adalah air (untuk gas-gas yang dapat larut, atau untuk pemisahan partikel debu dan tetesan cairan), natrium hidroksida (untuk gas-gas yang dapat bereaksi seperti asam) dan asam sulfat (untuk gas-gas yang dapat bereaksi seperti basa). 4.7.4. Kolom Absorpsi Adalah suatu kolom atau tabung tempat terjadinya proses pengabsorbsi (penyerapan/penggumpalan) dari zat yang dilewatkan di kolom/tabung tersebut. Proses ini dilakukan dengan melewatkan zat yang terkontaminasi oleh komponen lain dan zat tersebut dilewatkan ke kolom ini dimana terdapat fase cair dari komponen tersebut.
256
Gambar 4.73: Kolom absorbsi
Gambar 4.74. Alat absorbsi
Struktur dalam absorber • Bagian atas: Spray untuk megubah gas input menjadi fase cair. • Bagian tengah: Packed tower untuk memperluas permukaan sentuh
sehingga mudah untuk diabsorbsi • Bagian bawah: Input gas sebagai tempat masuknya gas ke dalam reaktor.
Gambar 4.75. Alat absorbsi secara skematis
257
Keterangan : • (a) input gas • (b) gas keluaran • (c) pelarut • (d) hasil absorbsi • (e) disperser • (f) packed column
Menara Isian (Packed Tower ) • Packed towers hampir selalu memiliki tekanan yang rendah
dibandingkan tower yang lain. • Isian (Packing) terdiri dari keping-keping yang jumlahnya banyak untuk
meningkatkan kapasitas absorbsinya. • Aliran gasnya sekitar 500 ft3/min (14.2 m3/min) digunakan di1 in (2.5 cm)
packing, untuk aliran gasnya atau 2000 ft3/min (56.6 m3/min) or more, use 2 in (5 cm) packing
Perbandingan Bahan Pembuat Menara Isian (Packed Tower) • Bahan plastik :
– Harganya murah – Daya tahannya lemah
• Bahan keramik – Harganya mahal – Daya tahannya lebih lama
4.7.5. Prinsip Kerja Kolom Absorbsi • Kolom absorbsi adalah sebuah kolom, dimana ada zat yang berbeda
fase mengalir berlawanan arah yang dapat menyebabkan komponen kimia ditransfer dari satu fase cairan ke fase lainnya, terjadi hampir pada setiap reaktor kimia. Proses ini dapat berupa absorpsi gas, destilasi, pelarutan yang terjadi pada semua reaksi kimia.
• Campuran gas yang merupakan keluaran dari reaktor diumpankan kebawah menara absorber. Didalam absorber terjadi kontak antar dua fasa yaitu fasa gas dan fasa cair mengakibatkan perpindahan massa difusional dalam umpan gas dari bawah menara ke dalam pelarut air sprayer yang diumpankan dari bagian atas menara. Peristiwa absorbsi ini terjadi pada sebuah kolom yang berisi packing dengan dua tingkat. Keluaran dari absorber pada tingkat I mengandung larutan dari gas yang dimasukkan tadi.
258
Gambar 4.76. prinsip kerja kolom absorbsi
Keterangan: • (a) gas keluaran (b) gas input (c) pelarut (d) gas output Proses Pengolahan Kembali Pelarut Dalam Proses Kolom Absorber • Konfigurasi reaktor akan berbeda dan disesuaikan dengan sifat alami
dari pelarut yang digunakan • Aspek Thermodynamic (suhu dekomposisi dari pelarut), Volalitas
pelarut, dan aspek kimia/fisika seperti korosivitas, viskositas, toxisitas, juga termasuk biaya, semuanya akan diperhitungkan ketika memilih pelarut untuk spesifik sesuai dengan proses yang akan dilakukan.
• Ketika volalitas pelarut sangat rendah, contohnya pelarut tidak muncul pada aliran gas, proses untuk meregenerasinya cukup sederhana yakni dengan memanaskannya .
• Berikut akan dijelaskan beberapa contoh dari proses diatas:
Contoh pertama • Cairan absorber yang akan didaur ulang masuk kedalam kolom
pengolahan dari bagian atasnya dan akan dicampur /dikontakan dengan stripping vapor. Gas ini bisa uap atau gas mulia, dengan kondisi termodinamika yang telah disesuaikan.dengan pelarut yang terpolusi. Absorber yang bersih lalu digunakan kembali di absorpsi kolom.
259
Contoh kedua • Absorber yang akan didaur ulang masuk ke kolom pemanasan stripping
column. The stripping vapor dibuat dari cairan pelarut itu sendiri. Bagian yang telah didaur ulang lalu digunakan lagi untuk menjadi absorber.
Contoh ketiga • Sebuah kolom destilasi juga dapat digunakan untuk mendaur ulang.
Absorber yang terpolusi dilewatkan kedalam destilasi kolom. Dibawahnya, pelarut dikumpulkan dan dikirim kembali ke absorber.
260
4.8 EKSTRAKSI
4.8.1. Pendahuluan
Ekstraksi adalah pemisahan suatu zat dari campurannya dengan pembagian sebuah zat terlarut antara dua pelarut yang tidak dapat tercampur untuk mengambil zat terlarut tersebut dari satu pelarut ke pelarut yang lain. Seringkali campuran bahan padat dan cair (misalnyabahan alami) tidak dapat atau sukar sekali dipisahkan dengan metode pemisahan mekanis atau termis yang telah dibicarakan. Misalnya saja, karena komponennya saling bercampur secara sangat erat, peka terhadap panas, beda sifat-sifat fisiknya terlalu kecil, atau tersedia dalam konsentrasi yang terlalu rendah. Dalam hal semacam. itu, seringkali ekstraksi adalah satu-satunya proses yang dapat digunakan atau yang mungkin paling ekonomis. Sebagai contoh pembuatan ester (essence) untuk bau-bauan dalam pembuatan sirup atau minyak wangi, pengambilan kafein dari daun teh, biji kopi atau biji coklat dan yang dapat dilihat sehari-hari ialah pelarutan komponen-komponen kopi dengan menggunakan air panas dari biji kopi yang telah dibakar atau digiling. 4.8.2. Peralatan ekstraksi
Gambar 4.77: Peralatan ekstraksi skala laboratorium sederhana
261
Gambar 4.78: Peralatan ekstraksi skala laboratorium bentuk kolom
Gambar 4.79: Peralatan ekstraksi skala industri kecil
262
Istilah-istilah berikut ini umumnya digunakan dalam teknik ekstraksi: Bahan ekstraksi : Campuran bahan yang akan diekstraksi Pelarut (media ekstraksi) : Cairan yang digunakan untuk
melangsungkan ekstraksi Ekstrak : Bahan yang dipisahkan dari bahan
ekstraksi Larutan ekstrak : Pelarut setelah proses pengambilan
ekstrak Rafinat (residu ekstraksi) : Bahan ekstraksi setelah diambil ekstraknya Ekstraktor : Alat ekstraksi Ekstraksi padat-cair : Ekstraksi, dari bahan yang padat Ekstraksi cair-cair (ekstraksi dengan pelarut = Solvent extraction)
: Ekstraksi dari bahan ekstraksi yang cair
Berlawanan misalnya dengan proses rektifikasi, pada ekstraksi tidak terjadi pemisahan segera dari bahan-bahan yang akan diperoleh, (ekstrak), melainkan mula-mula hanya terjadi pengumpulan ekstrak (dalam pelarut). Suatu proses ekstraksi biasanya melibatkan tahap-tahap berikut ini:
• Mencampur bahan ekstraksi dengan pelarut dan membiarkannya saling berkontak. Dalam hal ini terjadi perpindahan massa dengan cara difusi pada bidang antarmuka bahan ekstraksi dan pelarut. Dengan demikian tejadi ekstraksi yang sebenarnya, yaitu pelarutan ekstrak.
• Memisahkan larutan ekstrak dari rafinat, kebanyakan dengan cara penjernihan atau filtrasi.
• Mengisolasi ekstrak dari laratan ekstrak dan mendapatkan kembali pelarut, umumnya dilakukan dengan menguapkan pelarut. Dalam hal-hal tertentu, larutan ekstrak dapat langsung diolah lebit lanjut atau diolah setelah dipekatkan,
Seringkali juga diperlukan tahap-tahap lainnya. Pada ekstraksi padat-cair misaInya, dapat dilakukan pra-pengolahan (pengecilan) bahan ekstraksi atau pengolahan lanjut dari ratmat (dengan tujuan mendapatkan kembali sisa-sisa pelarut).
263
4.8.3. Penyiapan bahan yang akan diekstrak dan plarut • Selektivitas
Pelarat hanya boleh melarutkan ekstrak yang diinginkan, bukan komponen-komponen lain dari bahan ekstraksi. Dalam praktek, terutama pada ekstraksi bahan-bahan alami, sering juga bahan lain (misalnya lemak, resin) ikut dibebaskan bersama-sama dengan ekstrak yang diinginkan. Dalam hal itu larutan ekstrak tercemar yang diperoleh harus dibersihkan, yaitu misalnya diekstraksi lagi dengan menggunakan pelarut kedua.
• Kelarutan Pelarut sedapat mungkin memiliki kemampuan melarutkan ekstrak yang besar (kebutuhan pelarut lebih sedikit).
• Kemampuan tidak saling bercampur Pada ekstraksi cair-cair, pelarut tidak boleh (atau hanya secara terbatas) larut dalam bahan ekstraksi.
• Kerapatan Terutama pada ekstraksi cair-cair, sedapat mungkin terdapat perbedaan kerapatan yang besar antara pelarut dan bahan ekstraksi. Hal ini dimaksudkan agar kedua fasa dapat dengan mudah dipisahkan kembali setelah pencampuran (pemisahan dengan gaya berat). Bila beda kerapatannya kecil, seringkali pemisahan harus dilakukan dengan menggunakan gaya sentrifugal (misalnya dalam ekstraktor sentrifugal).
• Reaktivitas Pada umumnya pelarut tidak boleh menyebabkan perubahan secara kimia pada komponenkornponen bahan ekstarksi. Sebaliknya, dalam hal-hal tertentu diperlukan adanya reaksi kimia (misalnya pembentukan garam) untuk mendapatkan selektivitas yang tinggi. Seringkali Ekstraksi juga disertai dengan reaksi kimia. Dalam hal ini bahan yang akan dipisahkan mutlak harus berada dalam bentuk larutan.
264
• Titik didih Karena ekstrak dan pelarut biasanya harus dipisahkan dengan cara penguapan, destilasi atau rektifikasi, maka titik didit kedua bahan itu tidak boleh terlalu dekat, dan keduanya tidak membentuk ascotrop. Ditinjau dari segi ekonomi, akan menguntungkan jika pada proses ekstraksi titik didih pelarut tidak terlalu tinggi (seperti juga halnya dengan panas penguapan yang rendah).
• Kriteria yang lain Pelarut sedapat mungkin harus o Murah o Tersedia dalam jumlah besar - tidak beracun o Tidak dapat terbakar o Tidak eksplosif bila bercampur dengan udara - tidak korosif o Tidak menyebabkan terbentuknya emulsi - memiliki viskositas yang
rendah o Stabil secara kimia dan termis.
Karena hampir tidak ada pelarut yang memenuhi semua syarat di atas, maka untuk setiap proses ekstraksi harus dicari pelarut yang paling sesuai. Beberapa pelarut yang terpenting adalah: air, asam-asam. organik dan anorganik, hidrokarbon jenuh, toluen, karbon disulfit, eter, aseton, hidrokarbon yang mengandung chlor, isopropanol, etanol. Dengan sangat menyederhanakan proses yang berlangsung pada ekstraksi, performansi ekstraksi (atau kecepatan ekstraksi) dapat dinyatakan dengan:
TahananPermukaanLuasPendorongGaya
WaktuKuantitas .=
Gaya pendorong pada ekstraksi adalah perbedaan,konsentrasi ekstrak di dalam bahan ekstraksi dan pelarut. Gaya ini sedapat mungkin besar. Untuk mencapainya, yang paling baik adalah dengan menggunakan pelanit segar yaitu yang tidak mengandung ekstrak, atau dengan segera mengeluarkan larutan ekstrak dari permukaan perpindahan.
265
Dengan satu tahap ekstraksi tunggal, yaitu mencampur bahan ekstraksi dengan pelarut satu kali, umumnya tidak mungkin seluruh ekstrak terlarutkan. Hal ini disebabkan adanya kesetimbangan antara ekstrak yang terlarutkan dan ekstrak yang masih tertinggal dalam bahan ekstraksi (hukum distribusi). Pelarutan lebih lanjut hanya mungkin dengan cara memisahkan larutan ekstrak dari bahan ekstraksi dan mencampurkan bahan ekstraksi tersebut dengan pelarut yang baru. Proses ini harus dilakukan berulang-ulang, hingga derajat ekstraksi yang diharapkan (atau konsentrasi ekstrak dalam rafinat yang diizinkan) tercapai. Ekstraksi akan lebih menguntungkan jika dilaksanakan dalam jumlah tahap yang banyak. Setiap tahap menggunakan pelarut yang sedikit. Kerugiannya adalah: konsentrasi larutan ekstrak makin lama makin rendah, dan jurnlah total pelarut yang dibutuhkan menjadi besar, sehingga untuk mendapatIcan pelarut kembali biayanya menjadi mahal. Yang lebih ekonomis adalah menggunakan proses dengan aliran yang berlawanan. Dalam hal ini bahan ekstraksi mula-mula dikontakkan dengan pelarut yang sudah mengandung ekstrak (larutan ekstrak), dan baru pada tahap akhir proses dikontakkan dengan pelarut yang segar. Operasi dapat dilakukan baik secara tak kontinu ataupun kontinu. Dengan metode ini pelarut dapat dihemat dan konsentrasi larutan ekstrak yang lebih tinggi dapat diperoleh. Meskipun demikian, perbedaan konsentrasi yang cukup besar yang merupakan gaya pendorong untuk unjuk keda ekstraksi yang tinggi masih dapat dipertahankan. Permukaan, yaitu bidang antarmuka untuk perpindahan massa antara bahan ekstraksi dan pelarut, harus sebesar mungkin. Pada ekstraksi padat-cair hal tersebut dapat dicapai dengan memperkecil ukuran bahan ekstraksi, dan pada ekstraksi cair-cair dengan mencerai-beraikan. salah satu cairan menjadi tetes-tetes (dengan bantuan perkakas pengaduk). Tahanan yang menghambat pelarutan ekstrak sedapat mungkin bernilai kecil. Tahanan tersebut terutama tergantung pada ukuran dan sifat partikel dari bahan ekstraksi. Semakin kecil partikel ini, semakin pendek jalan yang harus ditempuh pada perpindahan massa dengan caradifusi, sehingga sernakin rendah tahanannya. Pada ekstraksi bahan padat, tahanan semakin besar jika kapiler-kapiler bahan padat semakin halus dan jika ekstrak semakin terbungkus didalam sel (misalnyapada bahan-bahan alami). Di samping faktor-faktor di atas, suhu juga seringkali memainkan peranan penting dalam unjuk keda ekstraksi. Semakin tinggi suhu, semakin
266
kecil viskositas fasa cair dan semakin besar kelarutan ekstrak dalam pelarut. Selain itu kecenderungan, pembentukan emulsi berkurang pada suhu yang tinggi. 4.8.4. Pelaksanaan Proses Ekstrasksi A. Ekstraksi padat-cair
Pada ekstraksi padat-cair, satu atau beberapa kornponen yang dapat larut dipisalikan dari bahan padat dengan bantuan pelarut. Proses ini digunakan secara teknis dalam skala besar terutama di bidang industri bahan alami dan makanan, misalnyauntuk memperoleh :
• Bahan-bahan aktif dari tumbuhan atau organ – organ binatang untuk
keperluan farmasi • Gula dari umbi • Minyak dari biji-bijian • Kopi dari biji kopi
Pengambilan garam-garam logam dari pasir besi adalah juga ekstraksi padat-cair (disebut leaching). Proses ini merupakan ekstraksi yang digabungkan dengan reaksi kimia. Dalam hal ini ekstrak, dengan bantuan suatu asam anorganik misaInya, dikonversikan terlebih dahulu ke dalam bentuk yang larut. Pembilasan filter dan pelarutan pada proses rekristalisasi bahan padat juga dianggap sebagai ekstraksi padat-cair dalam arti yang luas. Ekstrak yang akan dipisahkan, berbentuk padat diuapkan atau cair, dapat terkurung dalam bahan ekstraksi atau berada dalam sel-sel (khususnya pada bahan-bahari nabati dan hewani). Dalam keadaan-keadaan tersebut bahan ekstraksi bukan merupakan substansi yang homogen, melainkan berpori dan berkapiler banyak.
Pada ekstraksi, yaitu ketika bahan ekstraksi dicampur dengan pelarut, maka pelartit menembus kapiler-kapiler dalam bahan padat dan melarutkan ekstrak. Larutan ekstrak dengan konsentrasi yang tinggi terbentuk di bagian dalam bahan ekstraksi. Dengan cara difusi akan tedadi kesetimbangan konsentrasi antara larutan tersebut dengan larutan di luar bahan padat.
Karena adanya gaya adhesi setelah pemisahan larutan ekstrak, akan selalu tertinggal larutan ektrak dalam kuantitas tertentu di dalam
267
bahan ekstraksi. Untuk memperoleh efisiensi yang tinggi pada tiap tahap ekstraksi, perlu diusahakan agar kuantitas cairan yang tertinggal sekecil mungkin. Biasanya hal ini dapat dilakukan dengan membiarkannya menetes keluar arang dengan cara penekanan atau sentrifugasi). Ka-rena alasan ekonomi dan pelestarian lingkungan, seringkali sisa pelarut yang tertinggal dalam rafinat dipisahkan (misalnya dengan pemanasan langsung menggunakan kukus) dan diambil kembali pada akhir proses ekstraksi. Untuk mencapai unjuk keda ekstraksi atau kecepatan ekstraksi yang tinggi pada ekstraksi padat-cair, syarat-syarat berikut harus dipenuhi: o Karena perpindahan massa berlangsung pada bidang kontak antara
fasa padat dan fasa cair, maka bahan itu perlu sekali memiliki per-mukaan yang seluas mungkin. Ini dapat dicapai dengan rnemperkecil ukuran bahan ekstraksi. Dalam hal itu lintasan-lintasan kapiler, yang harus dilewati dengan cara difusi, menjadi lebih pendek sehingga mengurangi tahanannya. Pada ekstrak terkurung dalarn sel-sel seringkali perlu dibentuk kontak langsung dengan pelarut melalui dinding sel yang dipecahkan. Pemecahan dapat dilakukan misalnya dengan menekan atau menggerus bahan ekstraksi.Untuk alat-alat ekstraksi tertentu harus dijaga agar pada pengecilan bahan ekstraksi, ukuran partikel yang diperoleh tidak menjadi terlalu kecil. Bila hal itu terjadi, tidak dapat dipastikan bahwa bahan ekstraksi cukup permeabel untuk pelarut.
o Kecepatan alir pelarut, sedapat mungkin besar dibandingkan dengan laju alir bahan ekstraksi, agar ekstrak yang terlarut dapat segera diangkut keluar dari permukaan bahan padat. Tergantung pada jenis ekstraktor yang digunakan, hal tersebut dapat dicapai baik dengan pengadukan secara turbulen, atau dengan pemberian laju alir pelarut yang tinggi
Suhu yang lebih tinggi (viskositas pelarut lebih rendah, kelarutan ekstrak lebih besar) pada umumnya menguntungkan untuk kerja ekstraksi.
Alat-alat ekstraksi tak kontinu dan kontinu berikut ini biasanya merupakan bagian dari suatu instalasi lengkap, yang misalnya terdiri atas. o Alat untuk pengolahan awal (pengecilan ukuran, pengeringan) bahan
ekstraksi
268
o Ekstraktor yang sebenamya o Perlengkapan untuk memisahkan (dengan penjernihan atau
penyaringan) larutan ekstrak dari rafinat (seringkali menyatu dengan ekstraktor)
o Peralatan untuk mengisolasi ekstrak atau meningkatkan konsentrasi larutan ekstrak dan memperoleh kembali pelarut (dengan cara penguapan).
B. Ekstraksi padat-cair tak kontinu
Dalam hal yang paling sederhana bahan ekstraksi padat dicampur beberapa kali dengan pelarut segar di dalam sebuah tangki pengaduk. Larutan ekstrak yang terbentuk setiap kali dipisahkan dengan cara penjernihan (pengaruh gaya berat) atau penyaringan (dalam sebuag alat yang dihubungkan dengan ekstraktor). Proses ini tidak begitu ekonomis, digunakan misalnya di tempat yang tidak tersedia ekstraktor khusus atau bahan ekstraksi tersedia dalam bentuk serbuk sangat halus, sehingga karena bahaya penyumbatan, ekstraktor lain tidak mungkin digunakan.
Ekstraktor yang sebenamya adalah tangki-tangki dengan pelat ayak yang dipasang di dalamnya. Pada alat ini bahan ekstraksi diletakkan diatas pelat ayak horisontal. Dengan bantuan suatu distributor, pelarut dialirkan dari atas ke bawah. Dengan perkakas pengaduk (di atas pelat ayak) yang dapat dinaikturunkan, pencampuran seringkali dapat disempurnakan, atau rafinat dapat dikeluarkan dari tangki setelah berakhirnya ekstraksi. Ekstraktor semacarn ini hanya sesuai untuk bahan padat dengan partikel yang tidak terlalu halus.
Yang lebih ekonomis lagi adalah penggabungan beberapa ekstraktor yang dipasang seri dan aliran bahan ekstraksi berlawanan dengan aliran pelarut. Dalam hal ini pelarut dimasukkan kedalam ekstraktor yang berisi campuran yang telah mengalami proses ekstraksi paling banyak. Pada setiap ekstraktor yang dilewati, pelarut semakin diperkaya oleh ekstrak. Pelarut akan dikeluarkan dalam konsentrasi tinggi dari ekstraktor yang berisi campuran yang mengalami proses ekstraksi paling sedikit. Dengan operasi ini pemakaian pelarut lebih sedikit dan konsentrasi akhir dari larutan ekstrak lebih tinggi.
269
Cara lain ialah dengan mengalirkan larutan ekstrak yang keluar dari pelat ayak ke sebuah ketel destilasi, menguapkan pelarut di situ, menggabungkannya dalam sebuah kondenser dan segera mengalirkannya kembali ke ekstraktor untuk dicampur dengan bahan ekstraksi. Dalam ketel destilasi konsentrasi larutan ekstrak terus menerus meningkat. Dengan metode ini jumlah total pelarut yang diperlukan relatif kecil. Meskipun demikian, selalu terdapat perbedaan konsentrasi ekstrak yang maksimal antara bahan ekstraksi dan pelarut. Kerugiannya, adalah pemakaian banyak energi karena pelarut harus di-uapkan secara terus menerus. Pada ekstraksi bahan-bahan yang peka terhadap suhu terdapat sebuah bak penampung sebagai pengganti ketel destilasi. Dari bak tersebut la-rutan ekstrak dialirkan ke dalam alat penguap vakum (misalnya alat penguap pipa atau film). Uap pelarut yang terbentuk kemudian dikonden-sasikan, pelarut didinginkan dan dialirkan kembali ke dalam ekstraktor dalam keadaan dingin.
C. Ekstraksi padat-cair kontinyu
Cara kedua ekstraktor ini serupa dengan ekstraktor-ekstraktor yang dipasang seri, tetapi pengisian, pengumpanan pelarut dan juga pengosongan berlangsung secara otomatik penuh dan terjadi dalam sebuah alat yang sama. Oleh Pengumpanan karena itu dapat diperoleh output yang lebih besar dengan jumlah kerepotan yang lebih sedikit. Tetapi karena biaya untuk peralatannya besar, ekstraktor semacam itu kebanyakan hanya digunakan untuk bahan ekstraksi yang tersedia dalam kuantitas besar (misalnya biji-bijian minyak, tumbuhan). Dari beraneka ragarn konstruksi alat ini, berikut akan di bahas ekstraktor keranjang (bucket-wheel extractor) dan ekstraktor sabuk (belt extractor).
Ekstraktor keranjang Pada ekstraktor keranjang (keranjang putar rotary extractor), bahan ekstraksi terus menerus dimasukkan ke dalam sel-sel yang berbentuk juring (sektor) dari sebuah rotor yang berputar lambat mengelilingi poros. Bagian bawah sel-sel ditutup oleh sebuah pelat ayak. Selama satu putaran, bahan padat dibasahi dari arah berlawanan oleh pelarut atau larutan ekstrak yang konsentrasinya meningkat. Pelarut atau larutan
270
tersebut dipompa dari sel ke sel dan disiramkan ke atas bahan padat. Akhirnya, bahan dikeluarkan dan keseluruhan proses ini berlangsung secara otomatik.
Ekstraktor sabuk Pada ekstraktor ini, bahan ekstraksi diumpankan secara kontinu di atas sabuk ayak yang melingkar. Di sepanjang sabuk bahan dibasahi oleh pelarut atau larutan ekstrak dengan konsentrasi yang meningkat dan arah aliran berlawanan. Setelah itu bahan dikeluarkan dari ekstrakor.
D. Ekstraksi cair-cair
Pada ekstraksi cair-cair, satu komponen bahan atau lebih dari suatu campuran dipisahkan dengan bantuan pelarut. Proses ini digunakan secara teknis dalam skala besar misalnya untuk memperoleh vitamin, antibiotika, bahan-bahan penyedap, produk- produk minyak bumi dan garam-garam. logam. Proses inipun digunakan untuk membersihkan air limbah dan larutan ekstrak hasil ekstraksi padat cair. Ekstraksi cair-cair terutama digunakan, bila pemisahan campuran dengan cara destilasi tidak mungkin dilakukan (misalnya karena pem-bentukan aseotrop atau karena kepekaannya terhadap panas) atau tidak ekonomis. Seperti ekstraksi padat-cair, ekstraksi cair-cair selalu terdiri atas sedikitnya dua tahap, yaltu pencampuran secara intensif bahan ekstraksi dengan pelarut, dan pemisahan kedua fasa cair itu sesempurna mungkin. Pada saat pencampuran terjadi perpindahan massa, yaitu ekstrak meninggalkan pelarut yang pertarna (media pembawa) dan masuk ke dalam pelarut kedua (media ekstraksi). Sebagai syarat ekstraksi ini, bahan ekstraksi dan pelarut tidak. saling melarut (atau hanya dalam daerah yang sempit). Agar terjadi perpindahan masa yang baik yang berarti performansi ekstraksi yang besar haruslah diusahakan agar terjadi bidang kontak yang seluas mungkin di antara kedua cairan tersebut. Untuk itu salah satu cairan distribusikan menjadi tetes-tetes kecil (misalnya dengan bantuan perkakas pengaduk). Tentu saja pendistribusian ini tidak boleh terlalu jauh, karena akan menyebabkan terbentuknya emulsi (lihat 5150) yang tidak dapat lagi atau sukar sekali
271
dipisah. Turbulensi pada saat mencampur tidak perlu terlalu besar. Yang penting perbedaan konsentrasi sebagai gaya penggerak pada bidang batas tetap ada. Hal ini berarti bahwa bahan yang telah terlarutkan sedapat mungkin segera disingkirkan dari bidang batas. Pada saat pemisahan, cairan yang telah terdistribusi menjadi tetes-tetes hanis menyatu kembali menjadi sebuah fasa homogen dan berdasarkan perbedaan kerapatan yang cukup besar dapat dipisahkan dari cairan yang lain. Kecepatan Pembentukan fasa homogen ikut menentukan output sebuah ekstraktor cair-cair. Kuantitas pemisahan persatuan waktu dalam hal ini semakin besar jika permukaan lapisan antar fasa di dalam alat semakin luas. Sama haInya seperti pada ekstraksi padat-cair, alat ekstraksi tak kontinu dan kontinu yang akan dibahas berikut ini seringkali merupakan bagian dari suatu instalasi lengkap. Instalasi tersebut biasanya terdiri atas ekstraktor yang sebenarnya (dengan zone-zone pencampuran dan pemi-sahan) dan sebuah peralatan yang dihubungkan di belakangnya (misalnya alat penguap, kolom rektifikasi) untuk mengisolasi ekstrak atau memekatkan larutan ekstrak dan mengambil kembali pelarut
E Ekstraktor cair-cair tak kontinu
- Dalam hal yang paling sederhana, bahan ekstraksi. Yang cair dicampur berulangkali dengan pelarut segar dalam sebuah tangki pengaduk (sebaiknya dengan saluran keluar di bagian bawah). Larutan ekstrak yang dihasilkan setiap kali dipisahkan dengan cara penjernihan (pengaruh gaya berat).
- Yang konstruksinya lebih menguntungkan bagi proses pencampuran dan pernisahan adalah tangki yang bagian bawalmya runcing (yang dilengkapi dengan perkakas pengaduk, penyalur bawah, maupun kaca Intip yang tersebar pada seluruh ketinggiannya).
Alat tak kontinu yang sederhana seperti itu digunakan misalnya untuk mengolah bahan dalam jurnlah kecil, atau bila hanya sekali-sekali dilakukan ekstraksi. Untuk Pemisahan Yang dapat dipercaya antara fasa berat dan fasa ringan, sedikit-sedikitnya djperlukan sebuah kaca intip pada saluran keluar di bagian bawah tangki ekstraksi. Selain itu penurunan lapisan antar fasa seringkali dikontrol secara elektronik (dengan perantaraart alat ukur konduktivitas), secara optik (dengan bantuan detektor cahaya
272
hatas) atau secara mckanik (dengan pelampung atau benda apung). Peralatan ini mudah digabungkan dengan komponen pemblokir dan perlengkapan alarm, yang akan menghentikan aliran keluar dan/atau memberikan alarm, segera setelah lapisan tersebut melampaui kedudukan tertentu. Agar fasa ringan (yang kebanyakan terdiri atas pelarut organik) tidak masuk ke dalam saluran pembuangan air, pencegahan yang lebih baik dapat dilakukan dengan memasang bak penampung (bak penyangga) dibelakang ekstraktor.
F. Ekstraktor cair-cair kontinu
Operasi kontinu pada ekstraksi cair-cair dapat dilaksanakan dengan sederhana, karena tidak saja pelarut, melainkan juga bahan ekstraksi cair secara mudah dapat dialirkan dengan bantuan pompa. Dalam hal ini bahan ekstraksi berulang kali dicampur dengan pelarut atau larutan ekstrak dalam arah berlawanan yang konsentrasinya senantiasa meningkat. Setiap kali kedua.fasa dipisalikan dengan cara penjernihan. Bahan ekstraksi dan pelarut terus menerus diumpankan ke dalam alat, sedangkan rafinat dan larutan ekstrak dikeluarkan secara kontinu. Ekstraktor yang paling sering digunakan adalah kolom-kolom ekstraksi, di samping itu juga digunakan perangkat pencampur-pemisah (mixer settler). Alat-alat ini terutama digunakan bila bahan ekstraksi yang harus dipisahkan berada dalam kuantitas yang besar, atau bila bahan tersebut diperoleh dari proses-proses sebelumnya secara terus menerus.
4.8.5. Kolom ekstraksi
Serupa seperti yang telah dikenal pada kolom rektifikasi atau sorpsi, dalam sebuah kolom ekstraksi vertikal bahan ekstraksi cair dan pelarut saling dikontakkan dengan arah aliran yang berlawanan. Dengan bantuan pompa, cairan yang lebih ringan dimasukkan dari bagian bawah, dan cairan yang lebih berat dari bagian atas kolom secara terus menerus. Di dalam kolom berulangkali terjadi proses yang sarna, yaitu pencampuran yang intensif antara. kedua cairan agar tejadi perpindahan massa. Peristiwa itu sedapat mungkin diikuti dengan pemisahan yang sempurna dari kedua fasa. Namun di dalam kolom, proses ini dan tahap ekstraksi seringkah tidak lagi dapat dibedakan.
273
Bidang batas antara fasa berat dan fasa ringan terdapat pada ujung atas atau ujung bawah kolorn (diketahui melalui percobaan). Kedudukannya dipertahankan konstan oleh sebuah pengatur tinggi permukaan, yang mengendalikan pembuangan fasa berat. Beberapa cara dapat dilakukan untuk mengintensifkan perpindahan massa antara bahan ekstraksi dan pelarut (atau larutan ekstrak dengan konsentrasi yang meningkat). Pada dasamya dapat dibedakan antara kolom dengan perlengkapan dalam yang tak bergerak dan kolom dengan perlengkapan dalarn yang dapat digerakkan. Dalam kolom dengan, perlengkapan dalam yang tak bergerak (misalnya kolorn semprot, kolom pelat ayak dan kolom benda pengisi), perpindahan massa berlangsung relatif lambat. Sebaliknya dalam kolom dengan perlengkapan dalam yang berdenyut atau berputar, perpindahan massa berlangsung lebih cepat, karena sarana pembantu mekanik yang ditempatkan di dalam kolom selalu menciptakan bidang antar muka yang baru lagi untuk perpindahan massa. Biasanya perbandingan optimal antara intensitas pencampuran dan laju alir atau juga performansi ekstraksi hanya dapat ditentukan melalui percobaan-percobaan. Berlawanan misalnyadengan perangkat pencampuran-pemisah, pada kolom. ekstraksi seringkali terdapat bahaya pencampuran balik (back mixing), yaitu ikut terbawanya partikel-partikel fasa berat ke atas atau partikel-partikel fasa ringan ke bawah. Hal ini terutama terjadi jika proses pencampuran dilaksanakan secara terlalu intensif Dalam hal-hal tertentu kolom ekstraksi juga diapit dengan dua jenis pelarut, yaitu untuk memisahkan dua komponen yang berbeda dari suatu bahan ekstraksi. Secara kontinu pelarut yang satu dimasukkan di ujung atas kolom. 4.8.6. Pengeluaran Ekstraksi Proses ekstraksi biasanya menyangkut : a) ekstraksi cair-cair, b) mendapatkan pelarut kembali), c) raffinate desolventizing (penghilangan/ pengambilan pelarut pada rafinat), d) pengeluaran ekstraksi. Sebuah contoh proses ekstraksi cair-cair dengan biaya yang ekonomis adalah mendapatkan asam asetat dari air dengan menggunakan etil eter atau etill asetat. Pelarut didapatkan kembali dengan distilasi dan rafinat dimurnikan dari pelarutnya dengan distilasi uap. Dalam beberapa hal pelarut yang dipakai mempunyai titik didih yang lebih tinggi daripada larutan.
274
Contoh lain : 1. Pemisahan aromatik dari minyak kerosen untuk meningkatkan daya
bakarnya dan pemisahan aromatik dari parafin dan zat naphthenic untuk meningkatkan karakteristik suhu-viskositas pada sifat gesekan minyak.
2. Untuk mendapatkan zat yang sangat murni seperti benzen, toluen, dan xylen dari sifat katalitik yang didapatkan dari industri minyak.
3. Produksi asam asetat arhidorus. 4. Pada pemurnian penicillin.
Hal yang baru dan sangat canggih adalah proses ekstraksi cair pada proses metalurgi. Contohnya adalah pemurnian bahan bakar uranium dan untuk mendapatkan kembali bahan bakar sisa pada industri tenaga nuklir dengan metode ekstraksi. Pada praktiknya, ekstraksi mengangkut operasi fisik, seperti yang dijelaskan di atas, atau operasi kimia. Operasi kimia dapat dikelompokkan oleh Hanson, sebagai berikut : 1. yang menyangkut perpindahan kation, misalnya ekstraksi logam dengan
asam karboksilat akan mendapat ekstrak logam. 2. yang menyangkut perpindahan anion, misalnya ekstraksi anion yang
menyangkut metal dengan amin akan mendapat ekstraksi metal. 3. yang menyangkut pembentukan zat additif, misalnya ekstraksi pada zat
neutral organo-phosphorus. Proses yang terkenal pada tipe ini adalah pemurnian uranium dari nitrat dengan tri-n-butil fosfat akan didapat ekstrak uranium
Umpan pada proses ekstraksi cair-cair adalah larutan yang berisi komponenkomponen yang akan dipisahkan. Komponen yang lebih banyak jumlahnya di dalam umpan disebut sebagai larutan umpan. Komponen yang lebih sedikit jumlahnya dinamakan zat terlarut. Pelarut pengekstrak atau hanya pelarut saja, adalah cairan yang tidak mudah larut yang ditambahkan ke dalam proses untuk mengekstrak larutan umpan. Fasa campuran yang meninggalkan pengontakan antar cairan adalah ekstrak. Ekstrak ini dapat dikeluarkan dari kolom ekstrasksi. Rafinat adalah fasa cair yang tertinggal dari umpan sesudah dikontakkan dengan fasa kedua. Larutan pencuci adalah cairan yang ditambahkan pada proses pemisahan untuk mencuci atau memurnikan larutan pada fasa ekstrak.
275
4.8.7. Merawat Peralatan Ekstraksi
Perawatan peralatan untuk proses ekstraksi akan dipengaruhi oleh beberapa faktor yang berhubungan dengan laju ekstraksi. Jika difusi dari cairan yang akan diambil (solute) pada partikel padat adalah faktor yang mengendalikan, partikel seharusnya kecil, sehingga jarak zat terlarut untuk berdifusi menjadi kecil.
Hal yang perlu diperhatikan ada 4 faktor. 1. Ukuran partikel
Ukuran partikel mempengaruhi laju ekstraksi dalam beberapa hal. Semakin kecil ukurannya, semakin besar luas permukaan antara padat & cair; sehingga laju perpindahannya menjadi semakin besar. Dengan kata lain, jarak untuk berdifusi yang dialami oleh zat terlarut dalam padatan adalah kecil.
2. Zat pelarut Larutan yang akan dipakai sebagai zat pelarut seharusnya merupakan pelarut pilihan yang terbaik dan viskositasnya harus cukup rendah agar dapat bersirkulasi dengan mudah. Biasanya, zat pelarut murni akan dipakai pada awalnya, tetapi setelah proses ekstraksi berakhir, konsentrasi zat terlarut akan naik dan laju ekstraksinya turun, pertama karena gradien konsentrasi akan berkurang dan kedua karena zat terlarutnya menjadi lebih kental.
3. Temperatur Dalam banyak hal, kelarutan zat terlarut (pada partikel yang diekstraksi) di dalam pelarut akan naik bersamaan dengan kenaikan temperatur untuk memberikan laju ekstraksi yang lebih tinggi.
4. Pengadukan fluida Pengadukan pada zat pelarut adaiah panting karena akan menaikkan proses difusi, sehingga menaikkan perpindahan material dari permukaan partikel ke zat pelarut.
Perawatan peralatan untuk "leaching" Ada tiga proses yang perlu diperhatikan pada saat perawatan peralatan leaching terjadi, yaitu: 1. Pelarutan antara zat pelarut dengan zat terlarut 2. Pemisahan zat terlarut dari padatannya
276
3. Pencucian padatan untuk memisahkan zat-zat yang tidak diinginkan atau untuk memperoleh hasil sebanyak mungkin
Dahulu proses batch (perhatian) sering dilakukan, tetapi sekarang proses secara kontinyu mulai banyak dikembangkan. Tipe peralatan akan sangat bergantung kepada sifat dari padatan, apakah granular atau cellular dan apakah partikel kasar atau halus. Beda antara padatan kasar dan halus adalah padatan kasar mempunyai laju pengendapan yang besar, sehingga cepat dipisahkan dad cairannya, sedangkan yang halus hanya dapat dilakukan dengan bantuan pengadukan.
Contoh ekstraksi dengan padatan berbentuk cellular adalah ekstraksi pada biji kacang. Biji kacang berisi sekitar 15% minyak dan sebagai pelarut sering dipakai fraksi petroleum ringan. Trikloroetilen dan aseton atau eter juga sering digunakan sebagai pelarut jika padatan sangat basah Contoh peralatan yang dipakai adalah Bollmann ekstraktor.
Untuk leaching dengan padatan yang kasar serubg digunakan peralatan Dorr classifier. Padatan dimasukkan dekat pada dasar tangki yang miring dan secara perlahan bergerak ke atas. Zat pelarut dituangkan dari atas dan mengalir berlawanan arah dengan padatan dan melewati bafle sebelum keluar. Jika padatan kasar dapat di-leaching dengan mengalirkan pelarut ke materialnya, maka padatan halus akan menemui kesulitan pada saat menggerakkan padatan ke atas. Partikel yang kurang dari 200 mesh (0,075 mm) akan bersuspensi jika ada pengadukan dan karena luas permukaan totainya besar, maka ekstraksi yang seperti ini akan memakan waktu yang lama.
Karena laju pengendapan dari partikel adalah rendah dan permukaannya luas, pemisahan dan operasi pencucian menjadi lebih sukar pada padatan halus daripada padatan kasar. Pengadukan dapat dipakai dengan menggunakan pengaduk mekanis atau dengan udara tekan. Pengaduk biasanya diletakkan di tengah tabung dan dikelilingi oleh lempengan besi, sehingga cairan dapat terangkat naik kemudian turun setelah keluar dari lempeng besi.
Contoh peralatan yang menggunakan udara tekan untuk pengadukan adalah Pachuca Tank. Ini adalah tangki silinder dengan dasar berbentuk
277
kerucut dilengkapi dengan pipa di tengah untuk udara tekan. Sirkulasi secara kontinyu akan didapat dengan pipa tersebut berlaku sebagai udara pengangkat. Penambahan jet udara dilakukan untuk mencegah adanya material yang mengendap. 4.9. FILTRASI 4.9.1. Pendahuluan Filtrasi adalah pembersihan partikel padat dari suatu fluida dengan melewatkannya pada medium penyaringan, atau septum, dimana zat padat itu tertahan. Pada industri, filtrasi ini meliputi ragam operasi mulai dari penyaringan sederhana hingga pemisahan yang kompleks. Fluida yang difiltrasi dapat berupa cairan atau gas; aliran yang lolos dari saringan mungkin saja cairan, padatan, atau keduanya. Suatu saat justru limbah padatnyalah yang harus dipisahkan dari limbah cair sebelum dibuang. Seringkali umpan dimodifikasi melalui beberapa pengolahan awal untuk meningkatkan laju filtrasi, misal dengan pemanasan, kristalisasi, atau memasang peralatan tambahan pada penyaring seperti selulosa atau tanah diatomae. Oleh karena varietas dari material yang harus disaring beragam dan kondisi proses yang berbeda, banyak jenis penyaring telah dikembangkan. 4.9.2. Filtrasi skala laboratorium Filtrasi digunakan untuk memisahkan campuran heterogen zat padat yang tidak larut dalam cairan. Penyaringan menggunakan kertas saring, hasil saringan disebut filtrat.
Gambar 4.80: Penyaringan dengan kertas saring
Filtrat
Corong pemisah
Kertas saring
Staty
278
4.9.3. Pemeriksaan Filtrasi skala pilot plan/industri sebelum pengoperasian
Sebelum peralatan filtrasi digunakan harus diperiksa dahulu supaya
tidak terjadi hal-hal yang tidak diinginkan pada waktu beroperasi, misalnya
penyaring tidak berfungsi secara optimum. Fluida mengalir melalui media
penyaring karena adanya perbedaan tekanan yang melalui media tersebut.
Pemeriksaan penyaring dilakukan agar dapat beroperasi pada:
− Tekanan di atas atmosfer pada bagian atas media penyaring, − Tekanan operasi pada bagian atas media penyaring, − Dan vakum pada bagian bawah. Tekanan di atas atmosfer dapat dilaksanakan dengan gaya gravitasi pada cairan dalam suatu kolom, dengan menggunakan pompa atau blower, atau dengan gaya sentrifugal. Dalam suatu penyaring gravitasi media penyaring bisa jadi tidak lebih baik daripada saringan (screen) kasar atau dengan unggun partikel kasar seperti pasir. Penyaring gravitasi dibatasi penggunaannya dalam industri untuk suatu aliran cairan kristal kasar, penjernihan air minum, dan pengolahan limbah cair. Kebanyakan penyaring industri adalah penyaring tekan, penyaring vakum, atau pemisah sentrifugal. Penyaring tersebut beroperasi secara kontinyu atau diskontinyu, tergantung apakah buangan dari padatan tersaring tunak (steady) atau sebentar-sebentar. Sebagian besar siklus operasi dari penyaring diskontinyu, aliran fluida melalui peralatan secara kontinu, tetapi harus dihentikan secara periodik untuk membuang padatan terakumulasi. Dalam saringan kontinyu buangan padat atau fluida tidak dihentikan selama peralatan beroperasi.
4.9.4. Pengoperasian Peralatan Filtrasi A. Filter ampas (cake filter)
Penyaring ampas memisahkan padatan dengan jumlah relatif besar sebagai suatu kue kristal atau lumpur. Seringkali penyaring ini dilengkapi peralatan untuk membersihkan cairan dari padatan sebelum dibuang. Proses pengoperasiannya sebagai berikut : • Pada permulaan filtrasi pada penyaring kue beberapa partikel padat
memasuki medium pori dan ditahan, tetapi dengan segera mulai berkumpul di permukaan septum.
279
• Setelah periode awal ini padatan mulai terfiltrasi; padatan tersebut mulai menebal di permukaan dan harus dibersihkan secara periodik. Kecuali dilengkapi kantong penyaring untuk pembersih gas, penyaring umumnya hanya digunakan untuk pemisahan padat-cair.
• Penyaring dapat dioperasikan dengan tekanan di atas atmosfer pada aliran atas medium penyaring atau tekanan vakum pada aliran bawah.
B. Mesin Pres Bersaringan (Filter Press)
Suatu mesin pres bersaringan berisi satu set plat yang didesain untuk menyediakan serangkaian ruang atau kompartemen yang didalamnya padatan dikumpulkan. Plat-plat tersebut dilingkupi medium penyaring seperti kanvas. Lumpur dapat mencapai tiap-tiap kompartemen dengan tekanan tertentu; cairan melalui kanvas dan keluar ke pipa pembuangan, meninggalkan padatan kue basah dibelakangnya. Plat dari suatu mesin pres bersaringan dapat berbentuk persegi atau lingkaran, vertikal atau horizontal. Kebanyakan kompartemen padatan dibentuk dengan penyelia plat polipropelina cetakan. Dalam desain lain, kompertemen tersebut dibentuk di dalam cetakan plat berbingkai (plate-and-frame press), yang didalamnya terdapat plat persegi panjang yang pada satu sisi dapat diubah-ubah. Pengoperasiannya sebagai berikut : • Plat dan bingkai dipasang pada posisi vertikal dalam rak logam,
dengan kain melingkupi permukaan setiap plat, dan ditekan dengan keras bersama dengan memutar skrup hidraulik.
• Lumpur memasuki suatu sisi akhir dari rangkaian plat dan bingkai. • Lumpur mengalir sepanjang jalur pada satu sudut rangkaian
tersebut. • Jalur tambahan mengalirkan lumpur dan jalur utama ke dalam setiap
bingkai. • Padatan akan terendapkan di atas kain yang menutupi permukaan
plat. • Cairan menembus kain, menuruni jalur pada permukaan plat
(corrugation), dan keluar dari mesin press. • Setelah merangkai mesin pres, lumpur dimasukkan dengan pompa
atau tangki bertekanan pada tekanan 3 s.d. 10 atm.
280
• Filtrasi dilanjutkan sampai cairan tidak lagi muncul pada keluaran atau tekanan filtrasi secara tiba-tiba meningkat.
• Hal ini terjadi ketika bingkai penuh padatan atau tidak ada lumpur lagi yang dapat masuk.
• Jika hal demikian terjadi, mesin pres dapat dikatakan mengalami kemacetan (jammed). Cairan pencuci mungkin dapat digunakan untuk membersihkan pengotor yang larut dari padatan., setelah itu kue dapat ditiup dengan kukus (steam) atau udara untuk membersihkan cairan yang tersisa.
• Mesin pres kemudian dibuka, dan padatan kue dihilangkan dari medium penyaring dan dipindahkan ke konveyor atau tempat penampungan.
• Dalam banyak mesin pres, operasi tersebut dilakukan secara otomatis.
Gambar 4.81: Mesin Pres Bersaringan (Filter Press)
C. Filter Drum Berputar (Rotary Drum Filter)
Jenis yang paling umum dari penyaring vakum kontinyu adalah penyarin drum berputar. Pengoperasiannya sebagai berikut : • Drum berputar dengan arah horizontal pada kecepatan 0.1 s.d. 2
r/min mengaduk lumpur yang melaluinya. • Medium penyaring, seperti kanvas, melingkupi permukaan dari drum,
sebagian dibenamkan dalam cairan. Di bawah drum utama yang berputar, terdapat drum yang lebih kecil permukaan padat.
281
• Di antara dua drum tersebut ada ruang tipis berbentuk radial membagi ruang anular kedalam kompartemen-kompartemen, setiap kompartemen tersambung dengan pipa internal ke suatu lubang dalam plat berputar pada rotary valve.
• Vakum dan udara secara bergantian dimasukkan pada tiap-tiap kompartemen dalam drum berputar.
• Penyaring bergaris-garis menutupi permukaan yang tampak pada tiap-tiap ruang membentuk suatu pergantian panel.
• Filtrat dan cairan pencuci dialirkan bersama melalui suatu pipa tercelup; padatan dibuang dengan mengalirkan udara melalui kain dari tapal diam di dalam drum, menyentuh kain penyaring.
• Perubahan arah secara tajam pada roller mengakibatkan padatan jatuh terbuang. Kain dicuci dari roller pada bagian bawah drum.
• Cairan pencuci dipercikkan secara langsung pada permukaan ampas. Jumlah drum yang terendam merupakan suatu variabel.
• Penyaring umpan diposisikan dari dasar beroperasi sekitar 30% dari daerah penyaringan yang terendam di dalam lumpur.
• Tebal ampas yang terbentuk pada penyaring vakum berputar di industri adalah 3 s.d.40 mm (1/8 s.d. 1.5 in.).
• Ukuran drum standard bervariasi dari diameter 0.3 m (1 ft) dengan diameter permukaan 0.3 m, s.d. diameter 3 m (10 ft) dengan diameter permukaan 4.3 m (14 ft).
Gambar 4.82: Filter Drum Berputar (Rotary Drum Filter)
282
4.9.5. Merawat Peralatan Filtrasi Perawatan filtrasi harus dirawat secara kontinu agar umur pakai
peralatan menjadi lebih panjang. Langkah-langkah perawatan sebagai berikut : - Media penyaring dibersihkan dengan diblower menggunakan udara
sehingga partikel-partikel yang ada di pori-pori penyaring tidak menempel lagi.
- Kantong penyaring untuk pembersih gas juga dibersihkan adri media padatan atau partikel.
- Penyaring bercangkang dan berdaun juga dibersihkan dari debu dan karat sehingga media penyaringan tersebut akan bekerja secara optimum.
4.10. SUBLIMASI
Sublimasi adalah peristiwa penguapan secara langsung padatan kristalin ke dalam fasa uap. Contoh klasik sublimasi adalah penguapan kamfer (kapus barus). Sublimasi dapat digunakan sebagai metode pemurnian padatan kristalin. Beberapa senyawa kimia dapat menyublim pada temperatur dan tekanan kamar, namun banyak yang beru dapat menyublim apabila tekanan diturunkan. Untuk mendapatkan bahan murni, fasa uap bahan tersublim didinginkan secara perlahan-lahan sehingga terbentuk kristal.
4.10.1. Pemeriksaan Kondisi Sublimator
Sublimator pada proses sublimasi ini terdiri dari : - Cawan porselin - Gelas arloji - Gelas piala - Pembakar bunsen
Peralatan tersebut diatas dibersihkan dari kotoran dan zat-zat lain
yang menempel pada gelas arloji dan cawan porselin. - Pastikan tidak ada air yang menempel pada peralatan tersebut akan
kinerja perubahan tingkat wujud alotropi menjadi maksimum.
283
4.10.2. Proses Sublimasi Pada umumnya perubahan tingkat wujud berlangsung menurut pola
padat - cair - gas - atau kebalikannya. Ada beberapa zat yang dapat berubah Iangsung dari keadaan uap ke keadaan padat yang disebut menyublim. Sifat demikian dimiliki oleh unsur yodium, kamfer, naftalen, belerang. Zat padat pada umumnya mempunyai bentuk kristal tertentu: Kubus, heksagonal, rombik, monoklin dan sebagainya. Unsur belerang dalam suhu biasa berwarna kuning dengan bentuk kristal rombik. Jika belerang rombik dipanaskan sampai 96° bentuk kristalnya berubah menjadi monoklin. Jika belerang cair didinginkan tiba-tiba pada 119° terjadi pula bentuk kristal monoklin (seperti bentuk jarum). Pada pendinginan lebih lanjut sampai 96° terjadi bentuk rombik. Suhu 96° adalah suhu peralihan.
Peristiwa ini disebut alotropi ialah satu macam zat dalam keadaan berlainan mempunyai sifat fisik yang berbeda.
Peralatan dan bahan yang dipakai untuk proses sublimasi yodium:
a. Alat-alat yang dipakai 1. cawan porselin 2. gelas arloji 3. tabung reaksi 4. pipet 5. gelas piala 6. kayu kecil/lidi 7. pembakar bunsen 8. kaki tiga dengan kasa asbes.
b. Bahan-bahan yang dipakai : 1. yodium kristal 2. belerang 3. kanji 4. air suling 5. alkohol.
284
Prosedur Proses Sublimasi
Gambar 4.83 : Penyubliman Yodium
• Ambil 1 spatula yodium, letakkan dalam cawan porselin, tutuplah
cawan itu dengan gelas arloji, beri air di atas gelas arloji. Panaskan dengan api kecil pada pembakar bunsen. Terjadi perubahan warna uap yodium, uap ini akan menyublim pada bagian bawah gelas arloji.
• Sebagian dari kristal yodium ini masukkan dalam tabung reaksi, kemudian tuangi air suling.
• Sebagian yang lain masukkan juga pada tabung reaksi dan tuangi alkohol.
• Pada dinding luar gelas arloji terdapat hablur-hablur kristal Iodium. 4.10.3. Menangani produk sublimasi
Hasil sublimasi yang telah diperoleh dikumpulkan menggunakan sendok untuk dibandingkan keuntungan dengan kristal aslinya. Kemudian dibandingkan, apakah massa Iodium yang tersublimasi massanya sama dengan produk sublimasi yang dihasilkan. Kemudian dapat dianalisis apakah semua zat yang menguap tersebut, uapnya dapat menyublim keseluruhan menjadi kristal-kristal kembali.
285
4.11. EVAPORASI 4.11.1. Operasi Evaporasi
Operasi evaporasi atau penguapan pada dasarnya merupakan operasi pendidihan khusus, dimana terjadi peristiwa perpindahan panas dalam cairan mendidih. Tujuan operasi evaporasi adalah untuk memperoleh larutan pekat dari larutan encer dengan jalan pendidihan dan penguapan. Yang dimaksud dengan larutan adalah terdiri dari zat terlarut yang tidak mudah menguap dan pelarut yang mudah menguap. Pelarutnya dalam kebanyakan hal adalah air, tetapi dapat juga cairan lain. Memeriksa kondisi evaporator sebelum dioperasikan : a. Evaporator sebelum dioperasikan harus diperiksa bagian-bagiannya
agar kinerjanya menjadi optimum. b. Kondensor diperiksa fungsi kerjanya dengan cara membersihkan ruang
kondensasi. c. Injeksi uap juga diperiksa apakah pengukur tekanan berfungsi dengan
baik atau tidak. d. Perangkap uap juga diperiksa jika terjadi kebocoran-keborocan e. Perangkap tetap dibersihkan dari debu dan kotoran. 4.11.2. Pelaksanaan Proses Evaporasi
Evaporasi dilaksanakan dengan cara menguapkan sebagian dari pelarut pada titik didihnya, sehingga diperoleh larutan zat cair pekat yang konsentrasinya lebih tinggi. Uap yang terbentuk pada evaporasi biasanya hanya terdiri dari satu komponen, dan jika uapnya berupa campuran umumnya tidak diadakan usaha untuk memisahkan komponen-komponennya. Dalam evaporasi zat cair pekat merupakan produk yang dipentingkan, sedangkan uapnya biasanya dikondensasikan dan dibuang. Disinilah letak perbedaan antara evaporasi dan distilasi. 4.11.3. Pelaporan Proses Evaporasi
Proses evaporasi dengan skala komersial di dalam industri kimia dilakukan dengan peralatan yang namanya evaporator. Perlengkapan peralatan : Evaporator, kondensor, Injeksi uap, perangkap uap, perangkap tetes Proses evaporasi didokumentasikan dalam lembar pelaporan sesuai data : - Kerja kondensor - Kerja injeksi uap - Kerja perangkap uap - Kerja perangkap tetes
286
Contoh-contoh Operasi Evaporasi dalam Industri Kimia - Pemekatan larutan NaOH - Pemekatan larutan KNO3 - Pemekatan larutan NaCL - Pemekatan larutan nira dan lain-lain.
Gambar 4.84. Evaporator sederhana
4.12. PENUKAR PANAS 4.12.1. Pendahuluan Penukar panas atau dalam industri kimia populer dengan istilah bahasa Inggrisnya, heat exchanger (HE), adalah suatu alat yang memungkinkan perpindahan panas dan bisa berfungsi sebagai pemanas maupun sebagai pendingin. Biasanya, medium pemanas dipakai uap lewat panas (super heated steam) dan air biasa sebagai air pendingin (cooling water). Penukar panas dirancang sebisa mungkin agar perpindahan panas antar fluida dapat berlangsung secara efisien. Pertukaran panas terjadi karena adanya kontak, baik antara fluida terdapat dinding yang memisahkannya maupun keduanya bercampur langsung begitu saja. Penukar panas sangat luas dipakai dalam industri seperti kilang minyak, pabrik kimia maupun petrokimia, industri gas alam, refrigerasi, pembangkit listrik. Salah satu contoh sederhana dari alat penukar panas adalah radiator mobil di mana cairan pendingin memindahkan panas mesin ke udara sekitar.
287
4.12.2. Tabung dan Selongsong (Shell and Tube) Jenis umum dari penukar panas, biasanya digunakan dalam kondisi tekanan relatif tinggi, yang terdiri dari sebuah selongsong yang didalamnya disusun suatu anulus dengan rangkaian tertentu (untuk mendapatkan luas permukaan yang optimal). Fluida mengalir di selongsong maupun di anulus sehingga terjadi perpindahan panas antar fluida dengan dinding anulus sebagai perantara. Beberapa jenis rangkaian anulus misalnya; triangular, segiempat, dll.
Gambar 4.85. Aliran pada alat penukar panas tabung dan selongsong
4.12.3. Jenis Plat Contoh lainnya adalah penukar panas jenis plat. Alat jenis ini terdiri dari beberapa plat yang disusun dengan rangkaian tertentu, dan fluida yang mengalir diantaranya. 4.12.4. Dasar Teori 1. Pengertian Perpindahan Panas
Alat penukar kalor merupakan suatu alat yang menghasilkan perpindahan panas dari suatu fluida yang temperaturnya lebih tinggi ke fluida yang temperaturnya lebih rendah. Proses perpindahan panas tersebut dapat dilakukan secara langsung dan tidak langsung. Maksudnya ialah :
288
a. Alat penukar kalor kontak langsung Pada alat ini fluida yang panas akan bercampur secara langsung dengan fluida dingin (tanpa adanya pemisah) dalam suatu bejana atau ruangan. Misalnya ejector, daerator dan lain-lain.
b. Alat penukar kalor kontak tak langsung Pada alat ini fluida panas tidak berhubungan langsung (indirect contact) dengan fluida dingin. Jadi proses perpindahan panasnya itu mempunyai media perantara, seperti pipa, plat, atau peralatan jenis lainnya. Misalnya kondensor, ekonomiser air preheater dan lain-lain.
2. Cara-cara Perpindahan Panas Perpindahan panas dapat didefinisikan sebagai berpindahnya energi
dari satu tempat ke tempatnya sebagai akibat dari perbedaan temperatur antara tempat-tempat tersebut. Pada umumnya perpindahan panas dapat berlangsung melalui 3 cara yaitu secara konduksi, konveksi, radiasi. Untuk alat penukar kalor tipe spiral ini lebih ditekankan pada perpindahan panas secara konveksi sehingga pembahasannya tidak menjelaskan tentang perpindahan panas secara konduksi dan radiasi.
Konveksi adalah proses transport energy dengan kerja gabungan dari konduksi panas, penyimpanan energy dan gerakan mencampur fluida. Perpindahan panas konveksi menurut cara menggerakkan alirannya diklasifikasikan dalam konveksi bebas dan konveksi paksa. Dikatakan sebagai konveksi bebas (free/ natural convection) apabila gerakan mencampur diakibatkan oleh perbedaan kerapatan massa jenis yang disebabkan oleh gradien suhu, contohnya gerakan yang terlihat pada air yang sedang dipanaskan. Sedangkan apabila gerakan fluida disebabkan kerena adanya energi dari luar seperti pokpa atau kipas maka disebut sebagai konveksi paksa (forced convection), misalnya pendinginan radiator dengan udara yang dihembuskan oleh kipas.
Laju perpindahan panas konveksi antara suatu permukaan dan suatu fluida dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut
Qc = hc.A.dT Dimana Qc = Laju perpindahan panas dengan cara konveksi (Watt) Hc = Koefisien perpindahan panas konveksi (W/m2K) A = Luas penampang aliran permukaan dan fluida (m2) dT = Perbedaan suhu antara permukaan dan fluida (K)
289
Keefektifan perpindahan panas dengan cara konveksi tergantung sebagian besarnya gerakan mencampur fluida. Sehingga studi perpindahan konveksi didasarkan pada pengetahuan tentang ciri-ciri aliran fluida.
4.12.5. Pemeriksaan Peralatan Penukar Panas
Pada alat penukar kalor ini, kedua fluida mengalir pada dua jalur yang berbeda dan kedua jalur dipisahkan oleh satu plat. Plat yang digunakan adalah dari bahan tembaga. Hal ini dengan pertimbangan bahan plat dan bahan tembaga mempunyai harga konduktivitas (thermal) yang tinggi sehingga mempunyai kemampuan menghantarkan panas yang baik.
Pemeriksaan dilakukan sebagai berikut : • Melakukan pemeriksaan pada sekat aliran fluida yang terbuat dari
tembaga, untuk pemeriksaan kebocoran. • Melakukan pengecekan pada saluran fluida panas dan fluida dingin, jika
ada kotoran yang menyumbat harus dibersihkan terlebih dahulu, sehingga aliran fluida dapat lancar.
• Kedua jalur plat ini juga harus diperiksa agar terjadi pertukaran panas antara kedua fluida tersebut agar fluida panas secara optimum akan mengalami penurunan temperatur sedangkan fluida dingin akan mengalami kenaikan temperatur.
• Pemeriksaan pendahuluan sangat penting dikarenakan perbedaan temperatur fluida pada saat masuk dan keluar alat untuk pengambilan data menghitung q (laju aliran panas) yang terjadi pada alat penukar kalor, sehingga pemeriksaan pendahuluan sangat penting.
4.12.6. Perawatan Peralatan Penukar Panas
Peralatan penukar panas sederhana terdiri dari : a. 1 unit Heat Exchanger 1 unit b. Thermometer Digital 1 buah c. Stop Watch 1 buah d. Selang air Langkah-langkah perawatan sebagai berikut : a. Buka penuh katup-katup b. Kemudian tutup penuh katup-katup c. Dicoba mengalirkan fluida dingin dengan menggunakan katup dan atur
debitnya dengan mengatur katup
290
d. Dicoba mengalirkan fluida panas dengan menggunakan pompa dan atur debitnya dengan mengatur katup
e. Perawatan pada aliran searah, apabila bukaan katup semakin dipersempit maka kecepatan pada aliran fluida panas dan fluida dingin akan semakin lambat, sehingga kinerja peralatan dapat optimum.
4.13. SATUAN PROSES KIMIA (REAKSI KIMIA DAN KATALIS)
Persiapan deskripsi bahan olahan sebelum pelaksanaan proses
Reaksi kimia merupakan suatu proses dimana bahan sebelum diproses disebut dengan reaktan dan hasilnya produk. Lambang dari reaksi kimia sebelum dan sesudah proses menggunakan tanda panah.
A + B P + Q
Pada reaksi diatas, A dan B merupakan reaktan sedangkan P dan Q merupakan produk. Dalam hal ini antara reaktan dan produk terjadi perubahan identitas kimia yang dapat berupa perubahan struktur, unsur ataupun molekul kimia Reaksi kimia adalah suatu reaksi antar senyawa kimia atau unsur kimia yang melibatkan perubahan struktur dari molekul, yang umumnya berkaitan dengan pembentukan dan pemutusan ikatan kimia. Berlangsungnya proses tersebut mempunyai dua kemungkinan yaitu memerlukan energi (disebut dengan reaksi endotermal) atau melepaskan energi (reaksi eksotermal). Selain itu beberapa ciri fisik antara lain:
- Terbentuknya endapan - Terbentuknya gas - Terjadinya perubahan warna - Terjadinya perubahan suhu atau temperatur
Semua reaksi kimia menyangkut perubahan energi yang diwujudkan dalam bentuk panas. Kebanyakan reaksi kimia disertai dengan pelepasan panas (reaksi eksotermis), meskipun adapula beberapa reaksi kimia yang menyerap panas (reaksi endotermis). Bahaya dari suatu reaksi kimia terutama adalah karena proses pelepasan energi (panas) yang demikian banyak dan dalam kecepatan yang sangat tinggi, sehingga tidak terkendalikan dan bersifat destruktif (merusak) terhadap lingkungan, termasuk operator/orang yang melakukannya.
291
Banyak kejadian dan kecelakaan di dalam laboratorium sebagai akibat reaksi kimia yang hebat atau eksplosif (bersifat ledakan). Namun kecelakaan tersebut pada hakikatnya disebabkan oleh kurangnya pengertian atau apresiasi terhadap faktor-faktor kimia-fisika yang mempengaruhi kecepatan reaksi kimia. Beberapa faktor yang dapat mempengaruhi kecepatan suatu reaksi kimia adalah konsentrasi pereaksi, kenaikan suhu reaksi, dan adanya katalis. Sesuai dengan hukum aksi masa, kecepatan reaksi bergantung pada konsentrasi zat pereaksi. Oleh karena itu, untuk percobaan-percobaan yang belum dikenal bahayanya, tidak dilakukan dengan konsetrasi pekat, melainkan konsentrasi pereaksi kira-kira 10% saja. Kalau reaksi telah dikenal bahayanya, maka konsetrasi pereaksi cukup 2 – 5 % saja sudah memadahi. Suatu contoh, apabila amonia pekat direaksikan dengan dimetil sulfat, maka reaksi akan bersifat eksplosif, akan tetapi tidak demikian apabila digunakan amonia encer. Pengaruh suhu terhadap kecepatan reaksi kimia dapat diperkirakan dengan persamaan Arhenius, dimana kecepatan reaksi bertambah secara kesponensial dengan bertambahnya suhu. Secara kasar apabila suhu naik sebesar 10 oC, maka kecepatan reaksi akan naik menjadi dua kali. Atau apabila suhu reaksi mendadak naik 100 oC, ini berarti bahwa kecepatan reaksi mendadak naik berlipat 210 = 1024 kali. Di sinilah pentingnya untuk mengadakan kendali terhadap suhu reaksi, misalnya dengan pendinginan apabila reaksi bersifat eksotermis. Suatu contoh asam meta-nitrobenzensulfonat pada suhu sekitar 150 oC akan meledak akibat reaksi penguraian eksotermis. Campuran kalium klorat, karbon, dan belerang menjadi eksplosif pada suhu tinggi atau jika kena tumbukan, pengadukan, atau gesekan (pemanasan pelarut). Dengan mengetahui pengarauh kedua faktor di atas maka secara umum dapatlah dilakukan pencegahan dan pengendalian terhadap reaksi-reaksi kimia yang mungkin bersifat eksplosif. 4.13.2. Proses Kimia
a. Asam, basa dan garam Dalam kehidupan sehari-hari kita sering menemukan rasa pahit,
getir, asam asin dan manis pada makanan atau minuman yang kita cicipi, bukan? Pada dasarnya rasa makanan, minuman atau zat tertentu yang
292
terasa asam, pahit, getir, asin dan manis disebabkan karena sifat zat tersebut, yaitu sifat yang berkaitan dengan asam, basa dan garam. Rasa asam terkait dengan suatu zat yang dalam ilmu kimia digolongkan sebagai asam. Rasa pahit terkait dengan bahan lain yang digolongkan sebagai basa. Namun, tidak semua yang mempunyai rasa pahit merupakan basa. Basa dapat dikatakan sebagai lawan dari asam. Jika asam dicampur dengan basa, maka kedua zat itu saling menetralkan, sehingga sifat asam dan basa dihilangkan. Hasil reaksi antara asam dengan basa kita sebut garam. Adapun rasa manis terkait dengan kehadiran sifat asam dan basa secara bersama-sama.Untuk memperoleh pengetahuan tentang sifat asam, basa dan garam suatu zat lebih jauh lagi, silahkan baca artikel-artiikel kami pada tombol di samping kiri Anda. b. Asam
Sekitar tahun 1800, banyak kimiawan Prancis, termasuk Antoine Lavoisier, secara keliru berkeyakinan bahwa semua asam mengandung oksigen. Lavoisier mendefinisikan asam sebagai zat mengandung oksigen karena pengetahuannya akan asam kuat hanya terbatas pada asam-asam okso dan karena is tidak mengetahui komposisi sesungguhnya dari asam-asam halida, HCI, HBr, dan HI. Lavoisier-lah yang memberi nama oksigen dari kata bahasa Yunani yang berarti "pembentuk asam". Setelah unsur klorin, bromin, dan iodin teridentifikasi dan ketiadaan oksigen dalam asam-asam halida ditemukan oleh Sir Humphry Davy pada tahun 1810, definisi oleh Lavoisier tersebut hares ditinggalkan.
Kimiawan Inggris pada waktu itu, termasuk Humphry Davy, berkeyakinan bahwa semua asam mengandung hidrogen. Setelah itu pada tahun 1884, ahli kimia Swedia yang bernama Svante August Arrhenius dengan menggunakan landasan ini, mengemukakan teori ion dan kemudian merumuskan pengertian asam. c. Basa
Basa adalah zat-zat yang dapat menetralkan asam. Secara kimia, asam dan basa saling berlawanan. Basa yang larut dalam air disebut alkali. Jika zat asam menghasilkan ion hidrogen (H+) yang bermuatan positif, maka dalam hal ini basa mempunyai arti sebagai berikut.
Basa adalah zat yang jika di larutkan dalam air akan menghasilkan ion hidroksida (OH-)
293
Berdasarkan pengertian basa di atas, maka ketika suatu senyawa basa di larutkan ke dalam air, maka akan terbentuk ion hidroksida (OH-) dan ion positif menurut reaksi sebagai berikut. Ion hidroksida (OH-) terbentuk karena senyawa hidroksida (OH) mengikat satu elektron saat dimasukkan ke dalam air.
Basa = Ion positif + OH-
d. Indikator asam basa
Telah disebutkan bahwa asam mempunyai rasa asam, sedangkan basa mempunyai rasa pahit. Namun begitu, tidak dianjurkan untuk mengenali asam dan basa dengan, cara mencicipinya, sebab banyak diantaranya yang dapat merusak kulit (korosif) atau bahkan bersifat racun.
Asam dan basa dapat diken.ali dengan menggunakan zat indikator, yaitu zat yang meniberi warna berbeda dahlia) lingkungan asam dan lingkungan basa (zat yang warnanya dapat berubah saat berinteraksi atau bereaksi dengan senyawa asam maupun senyawa basa).
Dalam laboratorium kimia, indikator asam--basa yang biasa di gunakan adalah indikator buatan dan indikator alami, Berikut ini penjelasan tentang indikator asam-basa buatan dan indikator asam-basa alami. e. Derajat keasaman (pH) Indikator Tingkat Keasaman
Suatu zat asam yang di masukkan ke dalam air akan mengakibatkan bertambahnya ion hidrogen (H+) dalam air dan berkurangnya ion hidroksida (OH-). Sedangkan pada basa, akan terjadi sebaliknya. Zat basa yang dimasukkan ke dalam air akan mengakibatkan bertambahnya ion hidroksida (OH-) dan berkurangnya ion hidrogen (H+).
Jumlah ion H+ dan OH- di dalam air dapat di gunakan untuk menentukan derajat keasaman atau kebasaan suatu zat. Semakin asam suatu zat, semakin banyak ion H+ dan semakin sedikit jumlah ion OH- di dalam air. Sebaliknya semakin basa suatu zat, semakin sedikit jumlah ion H+ dan semakin banyak ion OH- di dalam air. 4.13.3. Proses netralisasi
Apabila suatu larutan asam dengan larutan basa dicampurkan dalam suatu bejana, maka ion H+ (dari asam) akan bereaksi dengan ion OH- (dari
294
basa) membentuk air. Reaksi antara ion H+ dengan OH- tersebut dapat di tuliskan sebagai berikut.
H+ + OH- air Reaksi antara asam dan basa disebut reaksi penetral (netralisasi).
Hal ini karena selain air, basil reaksi antara asam dan basa adalah suatu zat yang bersifat netral, yaitu zat yang tidak bersifat asam maupun basa. Zat netral yang di maksudkan di sini adalah garam. Mengingat reaksi netralisasi dapat menghasilkan garam, maka reaksi ini juga di kenal dengan istilah reaksi penggaraman. Secara sederhana, reaksi netralisasi atau reaksi penggaraman dapat di tuliskan sebagai berikut.
Asam + basa = garam + air Sifat asam Sifat basa
Asam klorida encer dalam lambung yang berlebihan dapat menyebabkan gangguan pencernaan (penyakit maag)
Digunakan obat yang mengandung basa magnesium hidroksida atau aluminium hidroksida untuk menetralisir kelebihan asam lambung
Sengatan lebah dapat mengakibatkan iritasi pada kulit
Digunakan baking soda (natrium bikarbonat) untuk mengurangi iritasi kulit akibat sengatan lebah
Mulut kita mengandung zat yang dapat merusak gigi dan menimbulkan bau mulut
Pasta gigi sebagai penetral
Contoh sederhana dari reaksi penggaraman adalah reaksi antara
asam klorida (HC1) dengan natrium hidroksida (NaOH), yang akan membentuk natrium klorida NaCl (garam dapur) dan air.
Pada dasarnya, reaksi penggaraman (netralisasi) sangat berguna bagi kehidupan manusia. Reaksi netralisasi tidak hanya terbatas pada pembentukkan garam dan air. Dalam kehidupan sehari-hari banyak dijumpai prinsip atau reaksi netralisasi, termasuk dalam bidang kesehatan dan pertanian. Perhatikan contoh berikut ini : gas-gas sisa, baik yang berasal dari kendaraan bermotor atau pabrik, mengandung gas belerang dioksida dan nitrogen oksida. Gas-gas ini dilepas ke udara sehingga menimbulkan polusi. Gas-gas tersebut juga larut dalam titik-titik air di awan sehingga membentuk larutan asam sulfat dan asam nitrat. Ketika terjadi hujan,
295
larutan-larutan ini bercampur dan turun bersama hujan. Inilah yang dinamakan dengan hujan asam.
Hujan asam merugikan manusia dan lingkungan. Berikut adalah dampak yang ditimbulkan oleh hujan asam: 1. Hujan asam dapat menyebabkan matinya tumbuhan dan ikan. Asam
yang terdapat dalam air hujan dapat bereaksi dengan mineral dalam tanah. Tumbuhan menjadi kekurangan mineral sehingga mati atau tidak tumbuh dengan baik. Hujan asam juga dapat melarutkan aluminium dari mineral dalam tanah dan bebatuan, kemudian menghanyutkannya ke sungai sehingga dapat meracuni ikan dan mahluk air lainnya.
2. Hujan asam yang bereaksi dengan logam dapat merusak jembatan, mobil, kapal laut, dan rangka bangunan. Hujan asam dapat merusak bangunan (gedung/ rumah) yang terbuat dari batu kapur.
4.13.4. Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan reaksi
1. Kecepatan Reaksi dipengaruhi oleh ukuran partikel/zat Semakin luas permukaan maka semakin banyak tempat bersentuhan untuk berlangsungnya reaksi. Luas permukaan zat dapat dicapai dengan cara memperkecil ukuran zat tersebut
2. Kecepatan Reaksi dipengaruhi oleh suhu Semakin tinggi suhu reaksi, kecepatan reaksi juga akan makin meningkat sesuai dengan teori Arhenius. Persamaan Arhenius:
296
3. Kecepatan Reaksi dipengaruhi oleh katalis Adanya katalisator dalam reaksi dapat mempercepat jalannya suatu reaksi. Kereakifan dari katalis bergantung dari jenis dan konsentrasi yang digunakan.
4.13.5. Katalis
Katalis adalah suatu zat yang mempercepat suatu laju reaksi, namun ia sendiri, secara kimiawi, tidak berubah pada akhir reaksi. Ketika reaksi selesai, maka akan didapatkan kembali massa katalasis yang sama seperti pada awal ditambahkan.
Katalis dapat dibagi berdasarkan dua tipe dasar, yaitu reaksi heterogen dan reaksi homogen. Didalam reaksi heterogen, katalis berada dalam fase yang berbeda dengan reaktan. Sedangkan pada dalam reaksi homogen, katalis berada dalam fase yang sama dengan reaktan. Jika kita melihat suatu campuran dan dapat melihat suatu batas antara dua komponen, dua komponen itu berada dalam fase yang berbeda. Campuran antara padat dan cair terdiri dari dua fase. Campuran antara beberapa senyawa kimia dalam satu larutan terdiri hanya dari satu fase, karena kita tidak dapat melihat batas antara senyawa-senyawa kimia tersebut.
Fase berbeda denga istilah keadaan fisik (padat, cair dan gas). Fase dapat juga meliputi padat, cair dan gas, akan tetapi lebih sedikit luas. Fase
297
juga dapat diterapkan dalam dua zat cair dimana keduanya tidak saling melarutkan (contoh, minyak dan air). Kita dapat melihat batas diantara kedua zat cair tersebut.
Jika dilihat lebih cermat, sebenarnya diagram diatas menggambarkan lebih dari fase yang diterakan. Masing-masing, sebagai contoh, beaker kaca merupakan fase zat padat. Sebagian besar gas yang berada diatas zat cair juga merupakan salah satu fase lainnya. Kita tidak perlu memperhitungkan fase-fase tambahan ini karena mereka tidak mengambil bagian dalam proses reaksi. Energi Aktivasi
Tumbukan-tumbukan akan menghasilkan reaksi jika partikel-partikel bertumbukan dengan energi yang cukup untuk memulai suatu reaksi. Energi minimum yang diperlukan disebut dengan reaksi aktivasi energi. Kita dapat menggambarkan keadaan dari energi aktivasi pada distribusi Maxwell-Boltzmann seperti ini:
298
Hanya partikel-partikel yang berada pada area di sebelah kanan dari aktivasi energi yang akan bereaksi ketika mereka bertumbukan. Sebagian besar dari partikel tidak memiliki energi yang cukup dan tidak menghasilkan reaksi. Katalis dan Energi Aktivasi Untuk meningkatkan laju reaksi kita perlu untuk meningkatkan jumlah tumbukan-tumbukan yang berhasil. Salah satu cara alternatif untuk mewujudkannya adalah dengan menurunkan energi aktivasi. Menambahkan katalis memberikan perubahaan yang berarti pada energi aktivasi. Katalis menyediakan satu rute alternatif bagi reaksi. Rute alternatif ini memiliki energi aktivasi yang rendah. Diagram dibawah ini merupakan gambaran keadaan energi.
299
Katalis hanya mempengaruhi laju pencapaian kesetimbangan, bukan posisi keseimbangan (misalnya: membalikkan reaksi). Katalis tidak menggangu gugat hasil suatu reaksi kesetimbangan dan konsentrasi atau massanya setelah reaksi selesai sama dengan konsentrasi atau massa reaksi sebelum reaksi dilangsungkan. 4.14. CONTOH PROSES KIMIA DENGAN REAKSI KATALITIK PADA INDUSTRI KECIL – MENENGAH :
4.14.1. Industri Biodiesel
A. Biodiesel
Biodiesel merupakan senyawa kimia sederhana dengan kandungan enam sampai tujuh macam ester asam lemak. Biodiesel didefinisikan sebagai metil ester dengan panjang rantai karbon antara 12 sampai 20 dari asam lemak turunan dari lipid contohnya minyak nabati atau lemak hewani. Minyak nabati atau lemak hewani dapat dibuat biodiesel dengan reaksi transesterifikasi dengan menggunakan alkohol. Komposisi dan sifat kimia dari biodiesel tergantung pada kemurnian, panjang pendek, derajat kejenuhan, dan struktur rantai alkil asam lemak penyusunnya. Biodiesel merupakan bahan bakar alternatif dari sumber terbarukan (renewable), dengan komposisi ester asam lemak dari minyak nabati antara lain: minyak kelapa sawit, minyak kelapa, minyak jarak pagar,
300
minyak biji kapuk, dan masih ada lebih dari 30 macam tumbuhan Indonesia yang potensial untuk dijadikan biodiesel.
B. Proses pembuatan Biodiesel
1. Reaksi Transesterifikasi dengan Katalis
Biodiesel dibuat melalui suatu proses kimia yang disebut transesterifikasi. Proses ini menghasilkan dua produk yaitu metil esters (biodiesel)/mono-alkyl esters dan gliserin yang merupakan produk samping. Bahan baku utama untuk pembuatan biodiesel antara lain minyak nabati, lemak hewani, lemak bekas/lemak daur ulang. Sedangkan sebagai bahan baku penunjang yaitu alkohol. Pada pembuatan biodiesel dibutuhkan katalis untuk proses esterifikasi. Produk biodiesel tergantung pada minyak nabati yang digunakan sebagai bahan baku serta pengolahan pendahuluan dari bahan baku tersebut. Alkohol yang digunakan sebagai pereaksi untuk minyak nabati adalah methanol, namun dapat pula digunakan ethanol, isopropanol atau butyl, tetapi perlu diperhatikan juga kandungan air dalam alcohol tersebut. Bila kandungan air tinggi akan mempengaruhi hasil biodiesel kualitasnya rendah, karena kandungan sabun, ALB dan trigiserida tinggi. Disamping itu hasil biodiesel juga dipengaruhi oleh tingginya suhu operasi proses produksi, lamanya waktu pencampuran atau kecepatan pencampuran alkohol.
Katalisator dibutuhkan pula guna meningkatkan daya larut pada saat reaksi berlangsung, umumnya katalis yang digunakan bersifat basa kuat yaitu NaOH atau KOH atau natrium metoksida. Katalis yang akan dipilih tergantung minyak nabati yang digunakan, apabila digunakan minyak mentah dengan kandungan ALB kurang dari 2 %, disamping terbentuk sabun dan juga gliserin. Katalis tersebut pada umumnya sangat higroskopis dan bereaksi membentuk larutan kimia yang akan dihancurkan oleh reaktan alkohol. Jika banyak air yang diserap oleh katalis maka kerja katalis kurang baik sehingga produk biodiesel kurang baik. Setelah reaksi selesai, katalis harus di netralkan dengan penambahan asam mineral kuat. Setelah biodiesel dicuci proses netralisasi juga dapat dilakukan dengan penambahan air pencuci, HCl juga dapat dipakai untuk
301
proses netralisasi katalis basa, bila digunakan asam phosphate akan menghasil pupuk phosphat (K3PO4)
Reaksi Transesterifikasi
C
H
OH C
O
R1
O
C R2H OC
C OH C R3
O
H
C OCH3R1
O
O
R2 OCH3C
O
R3 OCH3C H
H O HC
C O HH
H
H
C HO
+
Trigliserida Biodiesel Gliserin
NaOH (Aq)
CH3OH
Gambar 4.85: Diagram alir pembuatan biodiesel dengan reaksi transesterifikasi
2. Pembuatan Biodiesel dengan Katalis Biologis
Teknik katalisasi biologis (biocatalysis) untuk memproduksi biodiesel, oleic acid alkyl ester (dalam hal ini butil oleat), dari triolein dengan beberapa macam katalis biologis, yakni Candida Antarctica B, Rizhomucor Miehei, dan Pseudomonas Cepacia. Karena mahalnya harga katalis biologis dibandingkan katalis kimiawi, maka penggunaan katalis biologis tersebut dilakukan dengan cara immobilisasi pada katalis. Teknik ini sekaligus memungkinkan dilakukannya proses kontinyu dalam produksi biodiesel. Temperatur
302
optimum reaksi ini adalah 40oC. Selain itu juga dapat digunakan katalis padat (solid catalyst) dari gula dengan cara melakukan pirolisis terhadap senyawa gula (D-glucose dan sucrose) pada temperatur di atas 300oC. Proses ini menyebabkan karbonisasi tak sempurna terhadap senyawa gula dan terbentuknya lembar-lembar karbon aromatik polisiklis (polycyclic aromatic carbon sheets). Asam sulfat (sulphuric acid) kemudian digunakan untuk mensulfonasi cincin aromatik tersebut sehingga menghasilkan katalis. Katalis padat yang dihasilkan dengan cara ini disebutkan memiliki kemampuan mengkonversi minyak tumbuhan menjadi biodiesel lebih tinggi dibandingkan katalis asam sulfat cair ataupun katalis asam padat lain yang telah ada sebelumnya.
Gambar 4.86: Peralatan proses pembuatan biodiesel
Gambar 4.87: Larutan Biodiesel
KW 1 KW 2 KW 3
303
4.14.2. Industri Minyak Jagung
Jagung dapat diolah menjadi berbagai macam hasil, agar dapat memberi manfaat yang lebih banyak, dengan memperhatikan selera dan permintaan konsumen. A. Proses Pengolahan Jagung
Proses pengolahan terhadap jagung untuk memperoleh minyaknya terdiri dari : 1. Bagian karbohydrat, diproses menjadi hasil hasil produksi antara lain:
beras jagung, tepung jagung, semolina (bahan baku pembuatan bier) dan lain lain.
2. Bagian Germ ( lembaga ), diproses menjadi minyak jagung, dipakai untuk minyak goreng.
Gambar 4.88: Jagung sebagai bahan baku
Butir jagung mempunyai kadar minyak rata rata 3 %, tetapi jika diambil lembaganya saja, maka kadar minyak dalam lembaga itu rata rata antara 22 – 28%. Minyak jagung adalah ester dari glyserol dengan asam lemak, dimana semua radikal ( OH ) dari glyserol sudah di esterifikasi, karenanya disebut : Tri Glyserida Ester. Struktur molekulnya : Asam oleat : C17H33COOH merupakan Komponen yang paling
banyak terdapat Dalam minyak jagung sekitar 20 – 70%. Dan asam linoleat : c17h31cooh sekitar 16 – 67%, yang keduanya merupakan Asam-asam lemak yang tidak jenuh.
Minyak jagung merupakan minyak yang kaya akan poly unsaturated fat, yaitu lemak tak jenuh yang justru aktif menurunkan kadar cholesterol
304
dalam darah. Cholesterol adalah sterol yang terdapat dalam fat, dan bersifat dapat membuat kerak dalam pembuluh darah, sehingga akan terjadi penyempitan dalam pembuluh darah tersebut akibatnya orang yang terkena akan menderita penyakit “ tekanan darah tinggi “. Rumus molekul Cholesterol : C27 H46 O yang umumnya banyak terdapat dalam Lemak hewan.
B. Proses Pembuatan Minyak Jagung Dalam Industri
Prinsip operasi dalam industri ini adalah : Ekstraksi minyak jagung dengan solvent organik dan hasilnya didestilasi atas dasar perbedaan titik didih untuk memisahkan minyak jagung dengan solventnya.
Bahan Baku : Bahan baku dan bahan bahan pembantu lainnya yang dipakai dalam memproduksi minyak jagung adalah : Bahan utamanya adalah jagung dari segala macam jenis jagung kuning dengan kualitas baik dan mengandung 14% air (optimal moisture content).
Bahan bahan pembantu : 1. n – Hexane ( C6H14 ): Berfungsi sebagai solvent organik yang dapat
melarutkan minyak jagung. 2. Garam NaCl dan NaOH : Berfungsi untuk menghilangkan Free Fatty
Acid dan impurities dari crude oil. 3. Bleaching earth dan Carbon Active: berfungsi menyerap warna dari
crude oil melalui proses bleaching. 4. Ascorbyl Palmitat : Berfungsi sebagai penyerap bau melalui
Deodorizer process. Tetapi pada kondisi tekanan vacuum 10 kg / cm2 dan suhu 200 oC, bau dan rasa yang tidak diinginkan dalam minyak bisa hilang.
C. Proses Pengolahan Minyak Jagung
Proses operasi pengolahan ini dilaksanakan melalui 2 unit pengolahan yaitu :
305
1. Unit Corn Mill Mengolah bagian karbohydrat dari jagung, sehingga menghasilkan bermacam macam hasil : beras jagung, lembaga jagung, tepung jagung, dan dedak jagung. Unit Corn Mill ini meliputi 3 tingkat proses, yaitu : a. Proses Pengeringan ( drying process ).
Unit ini bertugas untuk menurunkan kadar air dalam jagung apabila lebih dari 14%, pada suhu 70 – 90 C dengan sistim udara panas yang mengadakan kontak langsung dengan jagung yang dikeringkan.
b. Proses Pemecahan ( Degerminating Process ) Butir butir jagung yang kadar airnya telah dipenuhi dan bersih, dikenakan proses pemecahan dalam degerminator, yaitu sebuah alat yang terdiri dari lempengan plat berbentuk silinder, bagian pinggirnya diberi potongan plat yang dilekatkan miring dan berfungsi sebagai penghancur dan bagian luarnya diselubungi dengan plat lebar yang berlubang lubang dan berfungsi sebagai screen. Dari proses ini butir butir jagung yang halus diangkut ke Roller Mill (penggiling), sedang yang masih kasar direcycle ke degerminator. Butir butir jagung halus berukuran maksimum 5.000 micron.
c. Proses Penggilingan ( milling ). Roller Mill merupakan alat untuk menggiling campuran butir butir kasar dan medium supaya memperoleh butir butir jagung yang lebih halus, kemudian dipisahkan melalui screen yang bergerak secara longitudinal. Partikel partikel yang tidak tersaring dikembalikan ke Roller Mill untuk penggilingan ulang, sedang partikel partikel yang menembus saringan berukuran maksimum 2.400 micron merupakan finished product dari proses Corn Mill.
2. Unit Oil Mill
Mengolah lembaga jagung untuk menghasilkan minyak jagung yang bersih dari segala impurities sampai siap untuk dikonsumsi. Unit ini mengolah product yang diperoleh dari Unit Corn Mill sampai diperoleh minyak jagung (Corn Oil), disamping hasil sampingnya: Soap Stock dan Maize Cake Meal.
306
Proses pengolahan pada Unit Oil Mill ini meliputi 3 tingkatan proses, yaitu : a. Unit Persiapan dan Ekstraksi b. Unit Refinery c. Canning
Lembaga jagung berkadar minyak 24%, dan karena lembaga jagung ini termasuk biji-bijian yang kandungan minyaknya rendah, maka pengambilan minyaknya ini akan lebih efficient melalui proses extractie dengan solvent organik. Kecuali kadar airnya 14%, maka penyimpanan lembaga jagung jangan terlalu lama, sebab bisa terjadi proses fermentasi yang bisa menyebabkan kadar Free Fatty Acid akan naik. Asam lemak sebagai free fatty acid yang tergolong paling banyak dalam minyak jagung adalah asam oleat : C17H33COOH dan juga asam Linoleat : C17H31COOH.
a. Unit Persiapan dan Ekstraksi
(1) Unit Persiapan: Lembaga jagung dikenakan proses pemasakan dalam cooker pada suhu 90oC dan proses penghalusan dalam alat penggumpal sehingga dicapai kehalusan 0,2 mm. Tujuan dari flaker process (proses penggumpalan) adalah untuk memperluas permukaan lembaga, sehingga kontak antara solvent dan sel sel minyak akan lebih besar, sehingga proses ekstraksi mencapai hasil yang maksimal. Hasilnya disebut Flaker Germ. Cooker berpengaduk untuk memasak lembaga, pemanasannya dapat dengan indirect atau direct steam, dan suhu yang diperlukan adalah 80 – 90 C. Kadar air maksimum harus 11% agar prose ekstraksi berjalan baik, jika kadar air kurang dari 11% perlu ditambah air secara imbibisi.
Tujuan dari proses pemasakan (cooking process) ini, adalah : - Untuk mempermudah pecahnya sel sel minyak, sehingga
minyak cepat keluar dari bahannya, apabila dikenakan process ekstraksi nanti.
307
- Melunakan dan mengatur kadar air serta memperbesar pori-pori.
(2) Unit Extraction :
Proses extractie dilakukan dalam extractor dengan solvent organik, yaitu : n – hexane ( C6H14 ). Extractor extractor terdiri dari buckets ( ember ) sebanyak 55 buah yang disusun 4 tingkat secara paralel, dan setiap buckets berkapasitas 25 kg dan bergerak melingkari roda yang berputar, yang digerakkan oleh “Piston Pump“ yang kecepatannya diatur oleh electric timer. Susunan buckets pada rantai diletakkan dalam ruangan tertutup untuk menghindari hilangnya solvent karena menguap. Atas dasar kapasitas masing masing buckets, jumlah buckets dan pengaturan waktu dengan electric timer, maka dapat ditentukan kapasitas produksi setiap harinya.
b. Unit Refinery
Unit refinery melakukan proses refining terhadap crude oil hasil extractie terutama untuk membersihkan asam lemak bebas ( Free Fatty Acid ) disamping kotoran kotoran lain. Free Fatty Acid ini sangat besar pengaruhnya terhadap minyak, disebabkan karena asam asam lemak ini adalah asam-asam yang tidak jenuh sehingga karena proses oksidasi dengan O2 dari udara, akan pecah menjadi senyawa senyawa lain yang diantaranya juga aldehyda dan keton, yang menyebabkan minyak berbau tengik/lekak. Salah satu usaha untuk menghilangkan FFA ini adalah dengan proses Neutralisasi. Unit refinery dibagi menjadi 3 tingkatan proses, yaitu :
1. Proses Neutralisasi 2. Proses Pemucatan (Bleaching) 3. Proses Deodorisasi
Hasil yang diperoleh dari refinery ini antara lain :
− Corn Oil ( minyak jagung ) = minyak goreng − Soap Stock : bahan pembuat sabun kasar (waste
product ).
308
(1) Proses Neutralisasi Proses ini dilakukan untuk menghilangkan/menetralkan Free Fatty Acid (FFA) dan impurities lainnya pada Crude Corn Oil dengan reaksi penyabunan (saponifikasi). Crude Oil dipompa ke tangki netralisasi, kemudian dipanaskan pada suhu 60 C, selanjutnya ditambah larutan NaCl 20 Be sambil diaduk dan disemprotkan air melalui sprayer dari atas. Settling dikenakan selama 4 jam sampai membentuk lapisan antara minyak hasil netralisasi dibagian bawah dan soap stock dibagian atas. Soap Stock dipisahkan dari minyaknya dipompa kedalam tangki penampung, yaitu Neutralized oil tank. Dalam proses neutralisasi terjadi reaksi penyabunan : Sabun yang terbentuk dapat mengabsorbsi lendir, sebagian zat zat warna serta kotoran kotoran lain yang terdapat dalam minyak jagung. Dari proses dengan NaOH Ini dapat mengurangi FFA sampai 0,03%.
(2) Proses Pemucatan
Proses ini bertujuan untuk menghilangkan zat warna , karena diantara zat warna memiliki daya larut yang tinggi sehingga sukar dihilangkan selama proses netralisasi, maka zat warna ini perlu diserap dengan absorbence. Warna kuning dan warna merah pada minyak jagung ini disebabkan adanya pigment pigment dan pigment pigment ini hanya dapat dihilangkan dengan cara diserap. Bleaching earth dapat menyerap warna merah sedang karbon aktif menyerap warna kuning. Proses ini dilakukan dalam bleacher yang bekerja dalam suasana vacum ( 60 cm Hg ), pada suhu 110 C sambil diaduk selama 30 menit. Kemudian didinginkan pada suhu 70oC dan dipompa ke filter press dan filtrat yang keluar adalah bleached oil dan dikenakan proses deodorisasi.
(3) Proses Deodorisasi
Tujuan dari proses ini adalah untuk menghilangkan bau dan rasa yang tidak diinginkan yang terdapat dalam minyak jagung, dan proses ini dilakukan dalam tangki deodorizer yang bekerja pada tekanan vacuum 74 cm Hg, suhu 200 C.
309
Pada suhu 200 C dan tekananrendah, maka komponen komponen bau dan rasa yang tidak diinginkan (volatile matter), akan keluar bersama sama uap panas. Proses ini berlangsung selama 3 – 6 jam dan ini masih tergantung keadaan FFA-nya. Minyak dari hasil proses deodorisasi dibawa ke refined oil tank dan siap diangkut ke canning department.
Gambar 4.89: Diagram Balok Pengolahan Minyak Jagung
310
RANGKUMAN : 1. Angka penting adalah semua angka yang diperoleh dari hasil
pengukuran, yang terdiri dari angka eksak dan satu angka terakhir yang ditaksir (atau diragukan).
2. Ada banyak alat ukur yang digunakan, namun yang banyak digunakan dalam industri dapat diklasifikasikan: a. Alat pengukur suhu b. Alat pengukur tekanan c. Alat pengukur aliran d. Pengujian Peralatan Volumetrik e. Alat pengukur sifat kimiawi: pH atau keasaman, COD, BOD
3. Termometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur suhu (temperatur), ataupun perubahan suhu.
4. Termometer diklasifikasikan sebagai termometer kontak dan termometer non kontak atau termometer inframerah.
5. Sensor temperatur harus dibersihkan dengan solvent (pelarut) dan dibersihkan dengan air bebas mineral/aquadest, setelah digunakan.
6. Jenis – jenis Alat Pengukur Tekanan a. Manometer b. Tabung Bourdon (Bourdon Tube)
7. Manometer adalah alat yang digunakan secara luas pada audit energi untuk mengukur perbedaan tekanan di dua titik yang berlawanan. Jenis manometer tertua adalah manometer kolom cairan.
8. Selama pelaksanaan audit energi, manometer digunakan untuk menentukan perbedaan tekanan diantara dua titik di saluran pembuangan gas atau udara. Perbedaan tekanan kemudian digunakan untuk menghitung kecepatan aliran di saluran dengan menggunakan persamaan Bernoulli (Perbedaan tekanan = v2/2g).
9. Pengukur aliran adalah alat yang digunakan untuk mengukur linier, non linier, laju alir volum atau masa dari cairan atau gas.
10. Jenis pengukur aliran yang paling umum adalah sebagai berikut: a. Rotameter atau pengukur aliran dengan variasi area untuk gas dan
cairan. b. Pengukur aliran variabel – pengukur aliran piston dan spring untuk
gas dan cairan. c. Pengukur aliran ultrasonik (Non-Intrusif atau Doppler) untuk cairan
311
d. Pengukur aliran turbin e. Pengukur aliran magnetik untuk cairan konduktif
11. Jenis-jenis Peralatan Volumetrik : - Pipet Gondok (vol Pipette) - Gelas Ukur - Labu Ukur
12. Alat Pengukur Sifat Kimiawi - Pengukuran pH - Pengukuran BOD dan COD
13. Instrumentasi adalah alat-alat dan piranti (device) yang dipakai untuk pengukuran dan pengendalian dalam suatu sistem yang lebih besar dan lebih kompleks. Secara umum instrumentasi mempunyai 3 fungsi utama: - sebagai alat pengukuran - sebagai alat analisa - sebagai alat kendali
CONTOH SOAL : Tentukan temperatur titik gelembung dan titik embun (kondensasi), serta komposisi uap dan komposisi cairan dari campuran yang terdiri atas :
33% mol n - heksana 37 % mol n - heptana 30 % mol n - oktana pada tekanan total 1,2 atm
Penyelesaian : Kita plot/buat pada kerta semilog P°VST, untuk komponen-komponen tersebut (data Po dari Perry). 1. Titik gelembung :
Mis = T ± 105 °C
No. Komponen Xi Pi, atm
(pada 105 oC) tot
ii P
PK = Yi = Ki Xi
1. n-heksana 2. n-heptana 3. n-oktana
0,33 0,37 0,30
2,68 1,21
0,554
2,23 1,01
0,462
0,7359 0,3737 0,1386
Yi = 1,248
312
Oleh karena Yi coba lagi dengan temperatur yang lebih rendah. Komposisi uap terbesar adalah n-heksana, maka ambil Ki menjadi lebih
rendah dengan faktor 1/1,24 Pilih T \ 96oC dengan atm2,6P1i =
No. Komponen Xi Pi pada 90 oC atm tot
ii P
PK = Yi = Ki Xi
1. n-heksana 2. n-heptana 3. n-oktana
0,33 0,37 0,30
2,16 0,93 0,41
1,8 0,775 0,342
0,5940 0,2868 0,1025
Yi = 0,9833 Ternyata Yi lebih rendah dari 1 (< 1). Jadi harus dilakukan interpolasi, dari kedua kondisi tersebut, maka didapat : pada T = 97oC Komposisi adalah sebagai berikut :
Komponen Y
n-heksana n-heptana n-oktana
0,604 0,292 0,104
1,000 Jadi titik gelembung = 97oC dan komposisi uap dalam keseimbangan adalah = n-heksana 60,4% mol ; n-heptana 29,2% mol dan n-oktana 10,4% mol.
2. Titik embun (dew point) Karena titik embun lebih tinggi dari titik gelembung, sehingga sebagai awal diambil Td = 105oC.
No. Komponen Xi Pi pada 90 oC atm tot
ii P
PK = Yi = Ki Xi
1. n-heksana 2. n-heptana 3. n-oktana
0,33 0,37 0,30
2,68 1,21 0,462
2,28 0,01
0,458
0,1480 0,37 0,655
Yi = 1,173 Karena Xi > 1, maka temperatur harus lebih tinggi, ambil T = 120oC.
313
No. Komponen Xi Pi pada 90 oC atm tot
ii P
PK = Yi = Ki Xi
1. n-heksana 2. n-heptana 3. n-oktana
0,33 0,37 0,30
3,8 1,8 0,85
3,167 1,500 0,708
0,1042 0,2467 0,4237
Xi = 0,7746 Buat interpolasi supaya didapat Xi = 1,00 coba ; t = 114oC
n-heksana X1 = 0,1042 + )1042,01480,0(105120105114 −
−−
= 0,1305
n-heptana X2 = 0,2467 + )2467,037,0(105120105114 −
−−
= 0,5625
n-oktana X3 = 0,4237 + )4237,0655,0(105120105114 −
−−
= 0,5625 Xi = 0,1305 + 0,3207 + 0,5625 = 1,024 ≈ 1 Jika air digunakan sebagai medium pendingin dalam kondensor dan kondensatnya tidak dingin lanjut, maka kebutuhan air pendingin adalah :
1212 TTTTMc
−∇=
−∇−−= λλ
Mc = massa air yang dibutuhkan T2 – T1 = kenaikan temperatur air
3. Soda kaustik diproduksi dengan proses lime-soda dari pencampuran larutan natrium karbonat dalam air (0,25 kg/s Na2CO3) dengan sejumlah lime, soda batu secukupnya, dan setelah reaksinya selesai endapan CaCO3, yang terdiri atas 1 bagian berat dari CaCO3 per sembilan bagian berat dari air, diumpankan secara kontinyu ke tiga buah thickener secara seri dan countercurrent (gambar di bawah). Hitung laju yang dibutuhkan air umpan ke thickener sehingga kalsium karbonat, pada
314
pengeringan, terdiri dari satu persen natrium hidroksida. Padatan yang dikeluarkan dari setiap thickener terdiri dari atas satu bagian berat kalsium karbonat dan 3 bagian berat air. Konsentrasi larutan pencuci bercampur dengan isi pengaduk sebelum diumpankan ke thickener pertama.
Gambar 4.90 Jawab
Na2CO3 + Ca(OH)2 = 2NaOH + CaCO3 106 kg = 80 kg 100 kg 4. Anggap bahwa x’
1, x’2, x’
3 adalah nisbah antara zat terlarut dan pelarut pada thickener 1, 2 dan 3. Jumlah CaCO3, NaOH dan air pada setiap aliran akan dihitung untuk setiap 100 kg kalsium karbonat.
Neraca keseluruhan CaCO3 NaOH Air
Umpan dari reaktor 100 80 900
Umpan sebagai pencuci - - Wf (misal)
Hasil-keluaran bawah 100 300 x'3 300
Hasil-keluaran atas - 80-300 x'3 600 + Wf
Thickener 1
Umpan dari reaktor
Umpan dari reaktor 100 80 900
Umpan-keluaran atas - 300(x'1-x'
3) Wf
Hasil-keluaran bawah 100 300 x'1 300
Hasil-keluaran atas - 80-300 x'3 600 + Wf
Thickener 2
Umpan–keluaran bawah 100 300 x'1 300
315
Umpan-keluaran atas - 300(x'2-x'
3) Wf
Hasil-keluaran bawah 100 300 x'2 300
Hasil-keluaran atas - 300(x'1-x'
3) Wf
Thickener 3
Umpan–keluaran bawah 100 300 x'2 300
Umpan-air - - Wf
Hasil-keluaran bawah 100 300 x'3 300
Hasil-keluaran atas - 300(x'2-x'
3) Wf
Karena keluaran bawah akhir harus terdiri atas 1 persen NaOH, maka:
100
'300 3x = 0,01
5. Jika keseimbangan telah dicapai untuk setiap thickener, nisbah NaOH
terhadap air akan sama antara keluaran bawah dan keluaran atas. Jadi:
Wf
xx )''(300 32 − = x’3
Wf
xx )''(300 31 − = x’2
Wf
x+
−600
)'30080(300 3 = x’1
Hasil perhitungan di atas adalah sebagai berikut : X’3 = 0,0033 x’2 = 0,0142 x’1 = 0,05 Wf = 980 Sehingga jumlah air yang dibutuhkan untuk pencucian 100 kg/s CaCO3 adalah 980 kg/s. Larutan yang diumpankan ke reaktor terdiri atas 25 kg/s Na2CO3. Ini sama dengan 23,6 kg/s CaCO3. Jadi, air umpan yang dibutuhkan = (980 x 23,6/100) = 230 kg/s.
316
Gambar 4.91
Waktu yang dibutuhkan untuk mendapatkan pemisahan yang sempurna dan dalam kondisi kesetimbangan dapat dicari dengan menggunakan proses pengadukan secara partaian (batch). Zat terlarut yang tidak ikut larut yang di-plot lawan waktu, adalah informasi yang sangat dibutuhkan untuk menghitung rentang waktu. Misalnya, ekstraksi antara butiran kacang dengan zat pelarutnya (heksana), Othmer dan Agarwal mendapatkan bahwa ketebalan butiran C yang di-plot lawan adalah linear pada kertas skala log-log. Secara analitik:
C = m -0,4 (4.8)
dengan C adalah minyak yang tidak terekstrak, (lb minyak/Ib padatan inert), dan adalah waktu dalam menit. Intercept m pada sumbu C pada
= 1 adalah fungsi dari ketebalan butiran x; yaitu m = 51,5 x1,47 (4.9)
dengan x dalam inchi.
6. Berapa waktu yang dibutuhkan untuk melarutkan (untuk mengekstrak, tidak termasuk pencucian) 95 persen minyak dari butiran biji kedelai dengan ketebalan 0,0185 inchi? Biji kacang terdiri atas 20,3 persen minyak berbasis kedelai bebas-minyak. Zat pelarutnya adalah heksana. a. Berapa waktu yang dihemat jika menggunakan butiran dengan
ketebalan 0,0061 inchi? b. Berapa laju ekstraksi pada suatu saat jika 95 persen minyak
terekstraksi, dengan menggunakan butiran setebal 0,0061 inchi?
317
Jawab a. C = 0,203 (0,05) = 0,0102 lb minyak tersisa per lb inert m = 51,5
(0,0185)1'47 = 0,146
b. m = 51,5 (0,0061)1.47 = 0,0286
Waktu yang dihemat = 814,5 — 13,8 = 800,7 menit c. Laju ekstraksi adalah sama dengan laju perubahan isi residu minyak;
laju = -dc/d . Laju ekstraksi dapat dicari dengan grafik dengan slope kurva C- pada = 13,8 menit. Atau :
dengan laju ekstraksi per menit dan per pound inert setelah 13,8 menit, saat konsentrasi residu adalah 0,01 lb minyak/Ib inert.
7. Tentukan temperatur titik gelembung dan titik embun (kondensasi), serta
komposisi uap dan komposisi cairan dari campuran yang terdiri atas : 33% mol n - heksana 37 % mol n - heptana 30 % mol n - oktana pada tekanan total 1,2 atm
Penyelesaian : Kita plot/buat pada kerta semilog P°VST, untuk komponen-komponen tersebut (data Po dari Perry). a. Titik gelembung :
Mis = T ± 105 °C
No. Komponen Xi Pi, atm
(pada 105 oC) tot
ii P
PK = Yi = Ki Xi
4. n-heksana 5. n-heptana 6. n-oktana
0,33 0,37 0,30
2,68 1,21
0,554
2,23 1,01
0,462
0,7359 0,3737 0,1386
Yi = 1,248
318
Oleh karena Yi coba lagi dengan temperatur yang lebih rendah. Komposisi uap terbesar adalah n-heksana, maka ambil Ki menjadi lebih
rendah dengan faktor 1/1,24 Pilih T \ 96oC dengan atm2,6P1i =
No. Komponen Xi Pi pada 90 oC atm tot
ii P
PK = Yi = Ki Xi
1. n-heksana 2. n-heptana 3. n-oktana
0,33 0,37 0,30
2,16 0,93 0,41
1,8 0,775 0,342
0,5940 0,2868 0,1025
Yi = 0,9833 Ternyata Yi lebih rendah dari 1 (< 1). Jadi harus dilakukan interpolasi, dari kedua kondisi tersebut, maka didapat : pada T = 97oC Komposisi adalah sebagai berikut :
Komponen Y
n-heksana n-heptana n-oktana
0,604 0,292 0,104
1,000 Jadi titik gelembung = 97oC dan komposisi uap dalam keseimbangan adalah = n-heksana 60,4% mol ; n-heptana 29,2% mol dan n-oktana 10,4% mol.
b. Titik embun (dew point) Karena titik embun lebih tinggi dari titik gelembung, sehingga sebagai awal diambil Td = 105oC.
No. Komponen Xi Pi pada 90 oC atm tot
ii P
PK = Yi = Ki Xi
1. n-heksana 2. n-heptana 3. n-oktana
0,33 0,37 0,30
2,68 1,21 0,462
2,23 0,01
0,458
0,1480 0,37 0,655
Yi = 1,173
Karena Yi > 1, maka temperatur harus lebih tinggi, ambil T = 120oC
319
No. Komponen Xi Pi pada 90 oC atm tot
ii P
PK = Yi = Ki Xi
1. n-heksana 2. n-heptana 3. n-oktana
0,33 0,37 0,30
3,8 1,8 0,85
3,167 1,500 0,708
0,1042 0,2467 0,4237
Xi = 0,7746
Buat interpolasi supaya didapat Xi = 1,00 coba ; t = 114oC
n-heksana X1 = 0,1042 + )1042,01480,0(105120105114 −
−−
= 0,1305
n-heptana X2 = 0,2467 + )2467,037,0(105120105114 −
−−
= 0,5625
n-oktana X3 = 0,4237 + )4237,0655,0(105120105114 −
−−
= 0,5625 Xi = 0,1305 + 0,3207 + 0,5625 = 1,024 ≈ 1
8. Temperatur fraksionasi kontinu dirancang untuk memisahkan 30.000 lb/ jam campuran yang terdiri atas 40% benzena (% berat) dan 60 % toluena menjadi suatu hasil atas (distilat) yang mengandung 97 % benzena dan hasil bawah (bottom) yang mengandung 98 % toluena. Nisbah refluks adalah 3,5 mol refluks untuk setiap mol hasil. Panas laten molal benzena = 7360 kal/g. mol Panas laten molal toluena = 7960 kal/g. mol Benzena dan toluena membentuk sistem ideal dengan volatilitas relatif (a) = 2,5. Titik didih umpan ialah 95°C pada 1 atm Data kesetimbangan : benzena dan toluena (berdasarkan fraksi mol cairan benzena).
Cairan X 1 0,823 0,659 0,508 0,376 0,256 0,155 0,058 0
Uap (Y) 1 0,922 0,830 0.720 0,596 0,453 0,304 0,128 0
320
a. Hitunglah berapa mol hasil atas (D) dan hasil bawah (B) b. Tentukan banyaknya piring ideal dan letak piring umpan bila umpan
berupa cairan jenuh. c. Jika uap pada tekanan 20 Ibf/in2 digunakan sebagai pemanas,
berapa uap pemanas yang diperlukan per jam pada kasus b. d. Jika air pendingin masuk kondensor pada suhu 80 F (26,7°C) dan
keluar pada 150°F (65,5°C), berapa banyak air pendingin yang diperlukan dalam lb/jam.
Penyelesaian : a. B.M benzena = 78
B.M toluena = 78 Konsentrasi umpan XF ; konsentrasi destilat XD dan konsentrasi hasil bawah = XB adalah sebagai berikut :
974,092/378/97
98/97;44,092/6078/40
78/40 =+
=×=+
= DFX
0235,092/9878/2
78/2 =+
=BX
B.M rata-rata umpan ialah : 8,8592/6078/40
100 =+
Laju umpan F = 3508,85
000.30 = lb mol/j
Neraca massa F = D + B B = F – D = (350 – D) lb/mol/j F.XF = D.XD + B.XB 350 x 0,44 = D 0,974 + (350 – D . 0,0235) D = 1534 lb mol/j B = (350 – 153,4) = 196,6 lb mol/j
b. R = 35
Intercept = 1+D
D
RX
= 15,3
974,0+
= 0,216
321
Jumlah piring ideal = 11 buah + 1 reboiler Feed masuk pada piring ke 5.
c. Aliran uap V di dalam bagian rektifikasi yang harus dikondensasikan
pada kondensor adalah : 4,5 mol per mol distilat, yaitu: V = 4,5 x 153,4 = 690 lb mol/jam
Laju aliran total uap di bagian rektifikasi adalah : V = V + (1 - q) F ∇ = V - (1 - q) F ∇ = 690 -350 (1 -q)
= 690 - 350 (1 -1) = 690 lb mol/j
Kalor penguapan campuran dari umpan λ = 0,44 (7360) + 0,56 (7960) = 7696 kal/g. mol
= 7696 x 1,8 Btu/lb.mol = 13852,8 Btu/lb mol
Dari tabel diatas kalor (panas) dari 1 lb uap pemanas pada tekanan 20 Ibf/in2, didapat 958,8 Btu/lb.
Kebutuhan pemanas :
MS = ∇Sλ
λ
322
= Btu/Lb958,8
mol.Btu/lb13852,8
= 9969,2 lb/j
d. Kebutuhan air pendingin yang diperfukan :
MC = 12 TT
V.−
= 80-150
135852,8x690
= 70
9558432 = 136549,03 lb/jam
LATIHAN SOAL : 1. Koefisien distribusi I2 antara CCI4 dan H2O adalah 85. Hitung jumlah I2
yang tertinggal pada 100 cm3 suatu larutan yang asalnya 1 x 10-3 M, sesudah ekstraksi dengan 2 kali 50 cm CCI4. Berapa jumlah I2 yang tertinggal jika larutan yang sama diekstraksi dengan 100 cm3 CCI4 ?
2. Temperatur fraksionasi kontinu dirancang untuk memisahkan 30.000
lb/jam campuran yang terdiri atas 40% benzena (% berat) dan 60 % toluena menjadi suatu hasil atas (distilat) yang mengandung 97 % benzena dan hasil bawah (bottom) yang mengandung 98 % toluena. Nisbah refluks adalah 3,5 mol refluks untuk setiap mol hasil. Panas laten molal benzena = 7360 kal/g. mol Panas laten molal toluena = 7960 kal/g. mol Benzena dan toluena membentuk sistem ideal dengan volatilitas relatif (a) = 2,5.
Titik didih umpan ialah 95°C pada 1 atm Data kesetimbangan : benzena dan toluena (berdasarkan fraksi mol cairan benzena).
Cairan X 1 0,823 0,659 0,508 0,376 0,256 0,155 0,058 0
Uap (Y) 1 0,922 0,830 0.720 0,596 0,453 0,304 0,128 0
323
a. Hitunglah berapa mol hasil atas (D) dan hasil bawah (B) b. Tentukan banyaknya piring ideal dan letak piring umpan bila umpan
berupa cairan jenuh. c. Jika uap pada tekanan 20 lbf/in2 digunakan sebagai pemanas,
berapa uap pemanas yang diperlukan per jam pada kasus b. d. Jika air pendingin masuk kondensor pada suhu 80 F (26,7°C) dan
keluar pada 150°F (65,5°C), berapa banyak air pendingin yang diperlukan dalam lb/jam.
3. Menentukan ky, kG, NA dan laju penguapan
Tekanan parsial zat A pada permukaan adalah tekanan uap komponen A pada temperatur 298 K adalah 0.20 atm. Koefisien perpindahan massa, ky diperkirakan sebesar 6.78x10-5 kgmol/det.m2. Tentukan konstanta perpindahan massa ky dan k9, fluksi massa dan laju penguapan bila tekanan gas murni adalah 2 atm.
4. Absorpsi gas dengan cairan
Gas sulfur dioksida akan dihilangkan dari campuran gas yang memiliki kelakuan seperti udara dengan cara pencucian (scrubbing) dengan menggunakan larutan garam amonium sulfat di dalam sebuah kolom dengan bahan pengisi Intaloz Saddles keramik yang berukuran 25 mm. Gas masuk kolom dengan laju 0.80 m3/det. Pada temperatur 30°C dan tekanan 1 bar. Campuran gas mengandung 7,0 % SO2 yang hampir keseluruhannya dapat dihilangkan. Larutan pencuci memasuki kolom dengan laju alir 3,8 kg/detik dan mempunyai rapat massa 1235 kg/m3, viskositas 0,0025 kg/m. det. Pertanyaan : a. Tentukan diameter kolom jika penurunan tekanan yang dialami gas
adalah 400 (N/m2)/m b. Bila tinggi irrigated packing adalah 8,0 meter, penurunan tekanan
sekitar 400 (N/m2)/m dan tinggi dan diameter Intalox Saddles keramik masing-masing 1 m dan 25 mm digunakan di atas titik masuk cairan sebagai entrainment separator. Pertanyaan : perkiraan daya yang dibutuhkan untuk mengatasi penurunan tekanan bila efisiensi motor fan yang digunakan adalah 60%.
324
BAB V UTILITAS PABRIK
Sebuah pabrik mempunyai dua sistem proses utama, yaitu sistem
pereaksian dan sistem proses pemisahan & pemurnian. Kedua sistem tersebut membutuhkan kondisi operasi pada suhu dan tekanan tertentu. Dalam pabrik, panas biasanya ‘disimpan’ dalam fluida yang dijaga pada suhu dan tekanan tertentu. Fluida yang paling umum digunakan adalah air panas dan uap air karena alasan murah dan memiliki kapasitas panas tinggi. Fluida lain biasanya digunakan untuk kondisi pertukaran panas pada suhu di atas 100 oC pada tekanan atmosfer. Air atau uap air bertekanan (dinamakan kukus atau steam) mendapatkan panas dari ketel uap (boiler.).
Sistem pemindahan panas bertugas memberikan panas dan menyerap panas. Misalnya, menyerap panas dari sistem proses yang menghasilkan energi seperti sistem proses yang melibatkan reaksi eksotermik atau menyerap panas agar kondisi sistem di bawah suhu ruang atau suhu sekitar. Untuk penyerap panas agar suhu di bawah suhu ruang biasanya pabrik menggunakan refrigerant, bahan yang sama dengan yang bekerja pada lemari es. Penggunaan air sebagai media pendingin juga dibatasi sifat fisiknya, yaitu titik didih dan titik beku. Suhu air pendingin perlu dikembalikan ke suhu sekitar atau suhu ruang agar bisa difungsikan kembali sebagi pendingin. Sistem pemroses yang melakukan ini adalah cooling tower.
Cooling tower, boiler dan tungku pembakaran merupakan sistem-sistem pemroses untuk sistem penyedia panas dan sistem pembuang panas. Kedua sistem proses ini bersama-sama dengan sistem penyedia udara bertekanan, sistem penyedia listrik dan air bersih untuk kebutuhan produksi merupakan sistem penunjang berlangsungnya sistem proses utama yang dinamakan sistem utilitas. Kebutuhan sistem utilitas dan kinerjanya tergantung pada seberapa baik sistem utilitas tersebut mampu ‘melayani’ kebutuhan sistem proses utama dan tergantung pada efisiensi penggunaan bahan baku dan bahan bakar. Pabrik tidak harus mempunyai sistem pemroses utilitas sendiri. Listrik misalnya, pabrik bisa membelinya dari PLN jika kapasitas PLN setempat mencukupi atau membeli dari pabrik tetangga. Demikian pula untuk unit pengolahan limbah, unit penyedia uap air & air pendingin dan unit penyedia udara bertekanan.
325
5.1. UNIT PENYEDIAAN LISTRIK
Dalam masyarakat modern yang industri dan perekonomiannya maju, tenaga listrik memegang peranan yang sangat menentukan. Sulit dibayangkan, sebuah pabrik tanpa pemakaian tenaga listrik. Karena untuk menggerakkan beberapa alat misalnya, dibutuhkan motor listrik. Dan motor-motor listrik yang dipakai pada berbagai alat semuanya membutuhkan listrik sebagai tenaga penggerak.
Selain untuk menggerakkan motor, listrik di industri juga dubutuhkan untuk pemanasan tanur dan proses elektrokimia. Sedangkan di luar kebutuhan untuk industri, tenaga listrik dipakai untuk kebutuhan kantor, pemanasan atau pendinginan udara, lampu penerangan, lemari es, dapur dan keperluan kerumahtanggaan lainnya.
Berkaitan dengan penggunaan motor listrik, pada instalasi pabrik yang agak tua dan sederhana sering menggunakan motor secara bersamaan, yaitu satu motor untuk menggerakkan beberapa alat produksi sekaligus dengan menggunakan gigi transmisi atau sabuk transmisi. Hal ini dilakukan dengan pertimbangan biaya investasi. Namun penggunaan motor secara bersamaan ini kurang baik karena bisa berakibat mudah terjadi kecelakaan. Lagi pula sering terjadi motor tersebut menggerakkan hanya satu alat produksi, sedangkan alat produksi yang lain tidak dipakai sehingga motor dimanfaatkan di bawah kapasitas.
Pada instalasi pabrik yang lebih modern umumnya dipakai motor tersendiri untuk setiap alat produksi, meskipun menggunakan motor kecil saja. Konstruksi motor yang lebih kecil dirancang dengan bentuk yang kompak dan tertutup agar motor tidak mudah rusak karena pengotoran. Hal ini mengingat pada motor yang lebih kecil membutuhkan pendinginan yang lebih baik karena bagian untuk pendinginan berukuran lebih kecil yaitu dengan membuat lubang-lubang pada rumah stator. Akibatnya motor akan lebih mudah menjadi kotor terutama tempat kerja yang banyak menghasilkan debu dan pengotor seperti pabrik semen atau tekstil.
326
Gambar 5-1. Motor Listrik
5.2. UNIT PENYEDIAAN AIR
Kebutuhan air pada umumnya dan air pengisi ketel pada khususnya pada industri-industri yang menggunakan tenaga uap adalah suatu hal yang amat perlu mendapat perhatian. Pada pabrik-pabrik dimana uap (steam) merupakan sumber tenaga (sebagai tenaga penggerak) dan sekaligus juga merupakan sumber panas (dipakai dalam pemanasan, penguapan dan pengkristalan).
5.2.1. Air Pengisi Ketel
A. Sumber-sumber air pengisi ketel Macam-macam air yang dapat digunakan sebagai air pengisi
ketel adalah air sumur dan air kondensat. Air kondensat sudah murni sehingga tidak perlu mengalami pengolahan yang khusus, sedangkan untuk air yang berasal dari sumur perlu mendapat pengolahan-pengolahan lebih dahulu.
B. Syarat Air Pengisi Ketel
Pada dasamya air yang akan digunakan, terutama yang digunakan sebagai air pengisi ketel, harus memenuhi syarat. Air yang berasal dari alam (sungai dan tanah) tidak ada yang dalam keadaan mumi, biasanya terdapat pengotor-pengotor, antara lain : 1. Zat tersuspensi, seperti lumpur dan tanah liat. Biasanya dihilangkan
dengan penyaringan.
327
2. Zat terlarut, seperti garam-garam mineral (garam magnesium, kalsium dan lain-lain).
Tabel 5-1. Syarat air pengisi ketel dan air ketel Spesifikasi Air pengisi ketel Air ketelKesadahan < 0,1 OD <0,1 OD
pH 7,5-8,0 10,0-10,8 TDS Tidak nyata max 1500
PAlkali 50 ppm 300 ppm M Alkali 100 ppM 500 ppm Chlorine Tidak nyata max 70 ppm
Sulfit 30 ppm max 60 ppm Oksigen Tidak nyata - Silikat Tidak nyata
Fe Tidak nyata P205 Max 30 ppm
Pada dasamya air yang akan digunakan, terutama yang digunakan sebagai air pengisi ketel, harus memenuhi syarat. Air yang berasal dari alam (sungai dan tanah) tidak ada yang dalam keadaan murni, biasanya terdapat pengotor-pengotor, antara lain : 1. Zat tersuspensi, seperti lumpur dan tanah liat. Biasanya
dihilangkan dengan penyaringan. 2. Zat terlarut, seperti garam-garam mineral (garam magnesium,
kalsium dan lain-lain). 5.2.2. Pengolahan air
Pemurnian dan pelunakan air dapat dilakukan dengan berbagai cara, tergantung pada rencana penggunaan air itu sendiri. Istilah pelunakan (softening) digunakan untuk proses untuk menyingkirkan atau mengurangi kesadahan air. Sedangkan pemurnian (purification) berbeda dari pelunakan, yaitu menyingkirkan atau menghilangkan bahan-bahan organik dan mikroorganisme dari air. Klasifikasi (clasification) kadang-kadang amat penting dan digunakan bersamaan dengan pengendapan (precipitation) dalam proses pelunakan air dingin.
328
A. Penukar Ion
Air sungai dan air tanah mula-mula ditampung di bak tarik yang dilengkapi pompa untuk dialirkan ke bak pencampur dan diberi tawas sebagai flokulan. Air yang telah diberi tawas dialirkan ke bak penggumpal untuk memberi waktu flokulasi pengotor dalam air. Air dengan flok-flok pengotor dialirkan ke bak pengendap agar flok-flok yang terbentuk turun dan terpisah dari air. Air yang keluar dari bak pengendap sudah jernih tapi masih ada pengotor yang melayang, oleh karena itu air kemudian disaring dengan saringan untuk memisahkan partikel ini.
Air yang telah disaring masih mengandung zat-zat terlarut yang menimbulkan kesadahan. Untuk menghilangkan pengotor yang terlarut ini digunakan zat yang dapat menyerap ion-ion dalam larutan tersebut. Dengan ion exchanger, diharapkan air yang akan digunakan pada proses memiliki kesadahan sesedikit mungkin bahkan 0 agar tidak menimbulkan kerak. 1. Kondisi Peralatan Penukar Ion
Proses penghilangan ion-ion yang terlarut dalam air dapat melibatkan penukar kation (cation exchanger) yang berupa resin Na (R-Na). Proses-pertukaran-ion natrium merupakan proses yang paling banyak digunakan untuk melunakkan air. Dalam proses pelunakan ini, ion-ion kalsium dan magnesium disingkirkan dari air berkesadahan tinggi dengan jalan pertukaran kation dengan natrium. Bila resin penukar itu sudah selesai menyingkirkan sebagian besar ion kalsium dan magnesium sampai batas kapasitasnya, resin itu di kemudian diregenerasi kembali ke dalam bentuk natriumnya dengan menggunakan larutan garam dengan pH antara 6 sampai 8. Kapasitas pertukaran resin polistirena besarnya 650 kg/m3 bila diregenerasikan dengan 250 g garam per kilogram kesadahan yang dibuang.
329
Gambar 5-2. Ion Exchanger
Untuk penukar kation siklus natirum atau hidrogen biasanya digunakan resin sintetik jenis sulfonat stirena-divinilbenzena. Resin ini sangat stabil pada suhu tinggi (sampai 150 oC) dan dalam pH antara 0 sampai 14. Di samping itu, bahan ini sangat tahan terhadap oksidasi. Kapasitas total penukar kation bisa mencapai 925 kg CaCO3 per meter kubik penukar ion dengan siklus hidrogen dan sampai 810 kg CaCO3 per meter kubik dengan siklus natrium. Namun dalam praktiknya kapasitas operasi tidak setinggi itu.
Dalam reaksi pelunakan air di bawah ini, lambang R menunjukkan radikal penukar kation. Resin tersebut menghilangkan ion Ca 2+ dan Mg 2+ penyebab kesadahan. Reaksinya sebagai berikut:
CaCO3 + 2 R-Na R2-Ca + Na2C03 MgCO3 + 2 R-Na R2-Mg + Na2C03
Bila tanur penukar kation sudah habis kemampuannya untuk
menghasilkan air lunak, unit pelunak itu dihentikan; lalu dicuci balik
330
(backwash) untuk membersihkannya dan mengklasifikasikan partikel resin di dalam tanur itu kembali; kemudian diregenerasi dengan larutan garam biasa (natrium klorida) yang menyingkirkan kalsium dan magnesium dalam bentuk klorida yang dapat larut dan sekaligus mengembalikan penukar kation itu ke dalam bentuk natriumnya. Tanur itu dicuci lagi untuk membersihkannya dari hasil samping yang dapat larut dan dari kelebihan garam; kemudian dikembalikan ke operasi untuk selanjutnya melunakkan air. Reaksi regenerasi menggunakan air gararn (NaCI) dapat dilukiskan sebagai berikut:
R2-Ca + 2 NaCI 2 R-Na + CaCl2 R2-Mg + 2 NaCI R-Na + MgCl2
Sedangkan kandungan anion tidak dihilangkan lewat penukar
anion (anion exchanger). Jika kandungan anion sudah tinggi, biasanya dilakukan blowdown yaitu membuang sebagian besar air dan diganti dengan air kondensat.
Selain pengotor-pengotor diatas, terdapat pula berbagai macam gas yang terlarut dalam air (C02, CF4, 02, H2S). Gas tersebut dihilangkan dengan deaerator sebelum memasuki ketel. Deaerator bekerja dengan cara memanaskan air ketel sehingga gas-gas tersebut dapat keluar.
2. Mengoperasikan Alat Penukar Ion
Pada proses kolom ganda, air mentah mula-mula masuk ke dalam kolom penulcar kation. Di sini sernua kation yang terkandung dalam air (terutama ion kalsium, magnesium dan natrium) ditukar dengan ion hidrogen. Dalarn kolom berikutnya yang berisi penukar anion, maka anion (terutama ion khlorida, sulfat dan bikarbonat) ditukar dengan ion hidroksil. Ion hidrogen yang berasal dari penukar kation dan ion hidroksil dari penukar anion akan membentuk ikatan dan menghasilkan air. Setelah air terbentuk maka resin penukar ion harus diregenerasi. Pelaksanaan regenerasi pada proses kolorn ganda sangat sederhana. Ke dalam kolom penukar kation dialirkan asarn khlorida encer dan ke dalam kolom penukar anion dialirkan larutan natrium hidroksida encer. Regeneran yang berlebihan selanjutnya dibilas dengan air.
331
Pada proses unggun campuran - kolom tunggal, resin penukar kation dan penukar anion dicampur menjadi satu dalam sebuah kolom tunggal. Dengan proses unggun campuran dapat dicapai tingkat kemurnian air yang jauh lebih tinggi daripada dengan proses kolom ganda. Sebaliknya, pada proses unggun campuran regenerasi resin penukar lebih kompleks.
Gambar 5.1. Pengopeasian alat penukar ion
Langkah-langkah kerja pada regenerasi unggun campuran: Pernisahan resin penukar kation dan penukar anion dengan cara klasifikasi menggunakan air (pencucian kembali dari bawah ke atas). Dalam hal ini resin penukar anion yang lebih ringan (kebanyakan berwarna lebih terang) akan berada di atas resin penukar kation yang lebih berat (kebanyakan berwarna lebih gelap). Pencucian kembali harus dilangsungkan terus sampai di antara kedua resin terlihat suatu lapisan pemisah yang tajam. - Untuk regenerasi, regeneran bersama dengan air dialirkan melewati
kedua lapisan resin Asam khlorida encer dialirkan dari bawah ke atas melewati resin penukar kation, dan dikeluarkan dari kolom pada ketinggian lapisan pernisah. Larutan natrium hidroksida encer dialirkan dari atas ke bawah melewati resin penukar anion, juga dikeluarkan pada ketinggian lapisan pemisah.
- Kelebihan kedua regeneran kemudian dicuci dengan air. - Ketinggian permukaan air dalam kolom diturunkan dan kedua resin
penukar dicampur dengan cara memasukkan udara tekan dari ujung bawah kolom.
332
- Peneucian ulang unggun campuran dengan air dari atas ke bawah, sampai alat ukur konduktivitas menunjukkan kondisi kemurnian air yang diinginkan.
Gambar 5.2. Alat penukar ion di industri
Sekarang instalasi siap untuk dioperasikan lagi. Baik pada instalasi pclunakan maupun pada instalasi demineralisasi air, maka pengalihan dari kondisi operasi ke proses regenerasi, pelaksanaan regenerasinya sendiri, dan pengalilian kembah ke kondisi operasi dapat dilakukan baik secara manual maupun secara otomatik. Untuk mencapai kualitas air atau performansi yang optimal dan untuk mencegah terjadinya kerusakan pada resin penukar, maka petunjuk kerja yang diberikan oleh pabrik pembuat instalasi (misalnya mengenai urutan pelaksanaan operasi, kuantitas dan konsentrasi regeneran, waktu regenerasi dan waktu pencucian) harus diikuti dengan seksama. Perhatian: Pada saat bekerja dengan asam dain basa yang diperlukan untuk regenerasi, perlengkapan keselamatan perorangan yang sesuai harus digunakan. Air buangan yang keluar pada regenerasi dapat bersifat asam, basa atau mengandung garam. dan karena itu dalam hubungannya dengan pelestarian lingkungan harus ditangani seperti air limbah kimia. Ukuran performansi sebuah instalasi penukar ion adalah kuantitas cairan yang diproduksi per jam (atau selang waktu di antara dua regenerasi). Performansi tergantung pada besarnya alat atau kuantitas penukar, pada kuantitas ion yang akan dipisahkan (dengan syarat kemurnian air
333
yang diinginkan telah tertentu) dan pada tingkat kemurnian yang diminta. Untuk operasi yang semi kontinu (bila pengolahan air tidak bolch berhenti di tengah-tengah) diperlukan dua buah unit yang dihubungkan secara paralel. Karena proses pertukaran dan proses regenerasi tidak dapat berlangsung pada saat yang bersamaan, kedua unit tersebut bekerja secara bergantian, yang satu sebagai penukar ketika yang lain sedang regenerasi.
Gambar 5.3. Performansi Instalasi Penukar Ion
Beberapa jenis proses pertukaran sering juga digabungkan bersama. Misalnya untuk meringankan beban kolorn utama dari instalasi unggun campuran (untuk meningkatkan perforinansinya) dapat dipasang sebuah kolom pelunak air di depannya. Untuk tujuan penggunaan tertentu dari air yang telah diolah (misalnya untuk mengurangi bahaya korosi pada pernbangkitan nap) scringkali diperlukan pengeluaran gas (penghilangan O2 dan CO2). Penghilangan gas dapat dilakukan secara termis atau dengan penambahan bahan-bahan kimia. Di samping itu juga acapkali diinginkan agar
334
sebelum pertukaran ion berlangsung. pencemar organik yang terlarut dalam kuantitas besar dihilangkan supaya resin penukar tida-kmenjadi rusak. Penghilangan pencemar dapat dilakukan dengan bantuan adsorben.
Di samping instalasi-instalasi penukar ion yang tak kontinu dan yang semi kontinu, terdapat pula instalasi yang kontinu. Prinsip kerjanya misaInya adalah bahwa resin penukar juga digerakkan. Dengan irama kerja tertentu resin penukar dialirkan dalam suatu sirkulasi yang terdiri atas daerah pertukaran, daerah regenerasi dan daerah pencucian.
3. Mengganti Resin Penukar Ion
Penukar ion kebanyakan berupa bahan organik, yang umumnya dibuat secara sintetik. Bahan ini terdiri atas rnakromolekul-makromolekul dan memiliki susunan yang serupa dengan resin sintetik. Oleh karena itu bahan tersebut sering juga disebut resin penukar ion. Namun berlawanan dengan resin sintetik biasa yang secara kimia umumnya, netral, penukar ion mengandung bagian-bagian aktif dengan ion yang dapat dipertukarkan. Bagian aktif semacam itu misaInya adalah pada penukar kation: - Kelompok-kelompok asam sulfo – SO-
3 H+ (dengan sebuah ion H+ yang dapat ditukar)
pada penukar anion: - Kelompok-kelompok amonium kuartener -N- (CH3)3+OH- (dengan
sebuah ion OH- yang dapat ditukar) Jenis penukar Tipe Suhu tertinggi
yang diizinkan (oC)
Rentang pH Penerapan terutama di bidang
Kation
Asam kuat Asam lemah
120
120
1 – 14
4 - 14
Pengolahan air pemisahan limbah Katalisasi Pengolahan limbah laurtan farmasi dan antibiotika
Anion Basa kuat Basa kuat
60 – 75
40
11 – 12
11 - 12
Demineralisasi Air produksi, katalisa Penghilangan garam dari air pencuci yang mengandung khromat. Demineralisasidan menghilangkan asam
Resin pencampur
Asam kuat dan basa kuat
60 0 – 14 Air bekas garam
335
Penukar ion dapat digunakan baik dalam bentuk granulat atau bola- bola kecil (Ø 0,3 - 1,5 mm). Bahan ini tidak larut dalam air, tetapi akan mengernbung bila dimasukkan ke dalam air (pengambilan air sampai 50%). Agar bahan tersebut selalu dalarn keadaan siap pakai, pe-nyimpanannya harus dalarn keadaan lembab (dalam kondisi mengembung). Sifat-sifat penting yang diharapkan dari penukar ion adalah daya pengambilan (kapasitas) yang besar, selektivitas yang besar, kecepatan pertukaran yang besar. ketahanan terhadap suhu, ketahanan terhadap pengaruh kimia maupun ketahanan terhadap pengikisan. Regenerasi dari penukar ion yang telah terbebani dapat dilakukan dengan mudah, karena pertukaran ion merupakan suatu proses yang sangat reversibel. Yang perlu diusahakan hanyalah agar pada regenerasi berlangsung reaksi dalam arah yang berkebalikan dari pertukaran ion. Untuk itu pertukar kation dicampur dengan larutan yang mengandung ion-ion H+ (inisalnya asam khlorida encer), dan penukar anion dengan larutan yang mengandung ion-ion OH- (misalnya larutan natrium hidroksida encer). Reaksi-reaksi proses, regenerasi secara sederhana dapat dirumuskan sebagai berikut.. - Regenerasi penukar kation
R- - Na+ + H+ R- - H+ + Na+ - Regenerasi penukar anion
R+ - Cl- + OH- R+ - OH- + Cl-
Gambar 5.4. Regenerasi penukar kation dan anion
336
4. Merawat Alat-alat penukar Ion Di bidang teknik, terutama pada pengolahan air, umumnya digunakan proses kolom. Alat-alat penukar ion ini harus dirawat agar umur pakainya dapat lama. Dalam hal ini air yang akan dibersihkan mengalir dengan tekanan ledeng dari atas ke bawah kolom melewati lapisan yang diam (unggun diam). Unggun ini adalah unggun penukar ion yang berada dalam suatu tangki silinder vertikal (kolom). Tangki dapat terbuat dari kaca, bahan sintetik atau logam. Seiring dengan naiknya pembebanan, tempat pertukaran bergeser dari atas ke bawah. Dengan perkataan lain, daerah pertukaran yang sesung-gulmya bergerak melalui seluruh unggun diam hingga mencapai ujung bawah lapisan resin. Setelah itu aliran terjadi penerobosan (break-through) ion dalam air yang mengalir keluar (konduktivitas listrik naik dengan cepat). Bila hal ini terjadi, pemasukan cairan harus dihentikan dan resin harus diregenerasi.
Gambar 5.5. Proses perawatan mesin pada alat penukar ion
Jika pengolahan air hanya menyangkut pelunakan (penukaran ion-ion kalsium dan magnesium dengan ion-ion natrium dari penukar ion), maka hal ini dapat dicapai dengan mengalirkan air melalui sebuah kolom tunggal yang diisi dengan resin yang bersangkutan (proses kolom
337
tunggal). Regenerasi resin yang telah terbebani kebanyakan dilakukan dengan menggunakan larutan garam dapur. Pada Proses demineralisasi garam (semua kation dan anion ditukar), aliran air harus melewati resin penukar kation maupun resin penulcar anion. Hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan dua kolom yang dihubungkan secara seri (proses kolom ganda), atau dengan kolom tunggal (proses unggun campuran - kolom tunggal). Dalam kedua hal ini kemurnian air yang rnengalir keluar dan kondisi pembebanan pada resin diawasi dengan bantuan alat ukur konduktivitas (konduktivitas listrik atau tahanan listrik merupakan ukuran untuk konsentrasi ion, berarti juga untuk derajat atau tingkat kemurnian air). Alat ukur konduktivitas semacam itu memiliki skala yang ditera dalam satuan konduktivitas (misalnya μS cm) atau dalam satuan tahanan (misalnya M cm), dan selain itu sering dibagi dalam dua warna (hijau = cukup murni, merah = belum murni). Alat ukur konduktivitas dapat dihubungkan dengan perlengkapan alarm, maupun dengan organ pemblokir yang akan menghentikan aliran air masuk secara otomatik apabila konduktivitas yang diizinkan terlampaui atau tahanan yang diinginkan tidak tercapai.
B. Pengolahan Internal
Pengolahan air dalam ketel bertujuan mengontrol korosi, kerak dan buih yang timbul dengan penambahan bahan kimia. Korosi dapat dicegah dengan penghilangan oksigen dan mengatur pH bersifat alkalis. Kerak (scaling) dikendalikan dengan mengikat kesadahan dalam air. Untuk mengendalikan kerak dan korosi digunakan WQ yang berisi natrium bisulfit dan natrium trifosfat. Natrium, bisulfit akan mengikat oksigen sehingga korosi bisa terhindar. Sedang natritum fosfat akan bereaksi dengan senyawa penyebab kesadahan membentuk Ca3(PO4)2 yang berbentuk lumpur dan cenderung mengendap pada pH alkali. Lumpur tersebut akan berkumpul di dasar ketel dan dikeluarkan bersama blowdown.
2 NaHS03 + O2 2 NaHSO4
2 Na3PO4.12 H2O + 3 CaCO3 Ca3(PO4)2 + 3 Na2CO3 + 4 H2O 2 Na3PO4.12 H2O + 3 CaSO4 C43(PO4)2 + 3 Na2SO4 + 2 H2O
338
Gambar 5-6. Instalasi Pengolahan Air
5.2.3. Menara Pendingin (Cooling tower)
Cooling tower digunakan untuk mendinginkan air kondensat sebelum masuk ke dalam ketel. Air dilewatkan pada kisi - kisi sehingga terbentuk tirai air dan diberi blower di bagian atas untuk menghisap keluar udara panas dan dalam kisi.
Sebagian cooling tower dibuat dari red wood, yaitu sejenis kayu yang sangat tahan (awet) apabila secara terus-menerus kontak dengan air. Bahan Isian (internal packing) biasanya merupakan susunan kayu yang dipasang horisontal. Ruang kosong menara sangat besar, biasanya lebih dari 90% supaya penurunan tekanan (pressure drop) udara bisa serendah mungkin. Luas permukaan kontak antara udara dan air tidak hanya pada film cairan pada permukaan packing, tetapi juga pada permukaan tetesan air yang jatuh dan menyerupai hujan. Aliran udara dan air di dalam cooling tower bisa secara silang atau lawan arah (counter current) atau kombinasi dari keduanya.
339
Gambar 5-7. Cooling Tower
5.3. UNIT PENGADAAN UAP
Uap (Steam) sangat berperan penting dalam proses untuk menggerakkan mesin-mesin bertenaga uap dan pemanas awal. Sebuah ketel uap (boiler) digunakan untuk mengubah air menjadi uap dengan pertolongan panas. Ditinjau dari tenaga termis (panas) yang didapat dengan pembakaran bahan bakar, ketel uap termasuk External Combustion Engine, yaitu pesawat tenaga dimana pembakaran bahan bakar dilakukan di luar pesawat (mesin uap) itu sendiri.
Uap yang dihasilkan mempunyai tenaga termis, tenaga potensial dan tenaga kinetis yang dimanfaatkan sebagai berikut:
a. Tenaga termis yang dikandung uap dapat langsung digunakan sebagai bahan pemanas pada proses industri.
340
b. Tenaga potensial dari uap diubah menjadi tenaga mekanik dengan mesin uap untuk selanjutnya diperoleh tenaga mekanik
c. Tenaga kinetis dari uap diubah menjadi tenaga putar dengan suatu turbin uap. Selanjutnya dapat digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik.
A. Ketel Uap
Seperti sudah disebutkan di atas bahwa ketel uap adalah suatu pesawat yang digunakan untuk mengubah air yang ada di dalamnya menjadi uap dengan cara dipanaskan. Dengan adanya bahan perantara iar tersebut, maka di dalam ketel uap harus ada ruang atau tempat air.
Bentuk ruang atau tempat air tergantung dari jenis ketel. Sebagai contoh, untuk ketel pipa air, air berada di dalam pipa-pipa, sedangkan pemanasannya dari bagian luar (sekeliling) pipa tersebut. Sebaliknya untuk ketel pipa api, airnya berada di sekeliling pipa-pipa api. Cara menempatkan pipa api atau pipa air dibuat sedemikian rupa sehingga mendapatkan peredaran air dan pembentukan uap yang baik. Dengan adanya panas yang dibutuhkan untuk pembentukan uap, pada ketel perlu dilengkapi dengan dapur. Macam konstruksi dapur juga harus ditempatkan sedemikian rupa sehingga peredaran air dalam ketel sempurna. Dalam pembakaran suatu bahan bakar perlu juga adanya udara pembakaran. Peredaran udara dibuat sedemikian rupa agar pembakaran bahan bakar dapat berlangsung dengan baik.
Uap yang dibentuk di dalam ketel mempunyai tekanan yang lebih besar dari pada tekanan udara luar, maka ketel harus mampu menahan tekanan uap tersebut. Kekuatan ketel uap tergantung dari bentuk dan bahannya. Bentuk yang lebih kuat untuk menahan tekanan yang lebih besar dari dalam adalah bentuk bulat cembung dan silinder sebab dengan bentuk semacam itu sukar berubah bentuknya yang disebabkan oleh tekanan dari dalam. Tetapi bentuk bulat cembung ini tidak digunakan untuk ketel uap karena konstruksinya yang sulit unruk dikerjakan. Oleh karena itu pada umumnya ketel uap dibuat dalam bentuk silinder.
Bahan untuk ketel uap harus baik karena disamping harus menahan tekanan yang tinggi juga harus tahan pada suhu yang tinggi.
341
Biasanya digunakan baja Siemens-Martin yang liat dan mudah dikerjakan.
Gambar 5-8. Skema proses pada Ketel Uap (Boiler)
B. Pemeriksaan Ketel
Perusahaan yang menggunakan ketel bertekanan, tiap saat harus melakukan pemeriksaan. Dalam memeriksa ketel termasuk di dalamnya adalah perhitungan konstruksi, bahan, cara menggunakan atau mengoperasikan.
Ketel yang akan diperiksa, harus dipersiapkan: 1. Ketel dibersihkan bagian luar dan dalam, bersih dari batu ketel,
lumpur dan kotoran lainnya 2. Semua lubang uap/air/ peralatan keteldisumbat dengan baik 3. Semua bagian ketel yang dipandang dapat menghambat
pemeriksaan, dilepas. Pemeriksaan ketel dibagi menjadi dua macam yaitu pemeriksaan
dalam dan pemeriksaan luar. Periode pemeriksaan, untuk ketel kapal dilakukan 1 tahun sekali, sedangkan ketel darat: pemeriksaan dalam 3 – 4 tahun sekali dan pemeriksaan luar 2 tahun sekali.
Hal yang penting dalam pemeriksaan dalam adalah: 1. keadaan bahannya 2. apakah bahannya tidak rusak setempat 3. apakah tidak terdapat rengat-rengat pada tempat-tempat tikungan 4. apakah penguat-penguat masih cukup kuat Cara memeriksanya : 1. dengan pancaindra 2. dengan pukulan-pukulan palu, dan suaranya didengar
342
3. dengan alat magnet 4. dengan sinar rontgent Pemeriksaan luar, yang dipentingkan: 1. menyelidiki sambungan-sambungan ketel bila terjadi kebocoran 2. menyelidiki perubahan bentuk (pada bagian datar) Cara memeriksanya: 1. ketel diisi dengan air sampai penuh (air dingin atau hangat, tidak
boleh dengan uap) 2. setelah semua lubang tertutup rapat kemudian dipres dengan pres
tangan (pompa tangan) 3. kemudian dilihat kemungkinan adanya kebocoran 4. tekanan ketel waktu dicoba dibuat lebih tinggi dibanding waktu kerja
(waktu paling lama 15 menit) Hal lain yang perlu diperhatikan: 1. pada waktu mencoba, manometer pada ketel harus diperiksa dengan
manometer pengontrol 2. jika diperoleh hasil kurang memuaskan, maka harus diperbaiki
misalnya masih ada bagian yang bocor atau perubahan bentuk yang terlalu besar
3. jika keadaan ketel sudah baik, pada lempeng stempel diberi tanda.
Gambar 5-9. Ketel Uap (Boiler)
343
C. Perawatan Boiler dan Pemanas Fluida Termis
Tugas dan pemeriksaan berkala pada bagian luar boiler. Seluruh pintu akses dan bidang kerja harus dirawat kedap udara dengan menggunakan paking yang efektif. Sistem cerobong asap harus memiliki sambungan yang tertutup secara efektif dan bila perlu diisolasi.
Shell boiler dan bagiannya harus terisolasi dengan baik dan harus dipastikan bahwa isolasinya sudah cukup. Jika isolasi yang digunakan pada boiler, pipa dan silinder air panas dipasang beberapa tahun yang lalu, hampir dipastikan isolasinya sudah tipis walaupun tampaknya dalam kondisi baik. Perlu diingat bahwa isolasi tersebut terpasang ketika biaya bahan bakar sangat rendah. Penambahan ketebalan akan lebih baik.
Di akhir waktu pemanasan/pemakaian, selama musim panas, boiler harus di tutup sepenuhnya dan permukaan dalam ditutup sepenuhnya dengan plat dengan sisipan dessicant. (Hanya diterapkan untuk boiler yang tidak dioperasikan diantara waktu pemanasan/ pemakaian).
D. Meningkatkan steam dan air panas boiler
Kotoran dalam air boiler yang terkumpul dalam boiler, memiliki batasan konsentrasinya yang bergantung pada jenis dan beban boiler. Blow down boiler harus diminimalkan, tetapi ketentuan densitas air harus dijaga. Panas dari air blow down sebaiknya dimanfaatkan. Dalam steam boiler, apakah pengolahan air cukup untuk mencegah pembentukan foaming (pembentukan busa/buih) atau priming dan konsekuensinya membawa kelebihan air dan bahan kimia kedalam sistem steam? Untuk steam boiler, apakah pengendalian otomatis permukaan air bekerja? Adanya pipa interkoneksi dapat menjadi sangat berbahaya. Apakah pengecekkan telah dilakukan secara berkala terhadap kebocoran udara di sekitar boiler, pintu atau antara boiler dan cerobong asap? Yang disebutkan pertama akan mengurangi efisiensi, yang disebutkan kemudian dapat menurunkan kualitas kekeringan steam dan mendorong terjadinya kondensasi, korosi, dan Smutting.
Kondisi pembakaran harus dicek dengan menggunakan alat analisis gas buang paling sedikit dua kali setiap musim dan jika diperlukan perbandingan bahan bakar/udara disetel. Detektor dan alat
344
kontrol yang ada sebaiknya diberi label dan diperiksa secara berkala. Tampilan kunci pengaman harus memiliki penyetel manual dan alarm. Harus dilakukan pengujian, atau pemasangan indikator permanen pada burner untuk memantau kondisi kondisi tekanan/suhu operasi.
Dalam boiler yang berbahan bakar minyak atau gas, kabel-kabel sistim fussible link untuk mematikan/shutdown jika ada kebakaran atau pemanasan berlebih yang melintasi jalan yang dilewati karyawan, harus ditempatkan pada posisi di atas kepala. Fasilitas emergency shutdown diletakkan pada pintu keluar ruang boiler.
Gambar 5-10. Penukar Panas (Heat Exchanger)
5.4. SISTEM UTILITAS UDARA TEKAN
Plant industri menggunakan udara tekan untuk seluruh operasi produksinya, yang dihasilkan oleh unit udara tekan yang berkisar dari 5 horsepower (hp) sampai lebih 50.000 hp. DepartemenEnergi Amerika Serikat (2003) melaporkan bahwa 70 sampai 90 persen udara tekan hilang dalam bentuk panas yang tidak dapat digunakan, gesekan, salah
345
penggunaan dan kebisingan. Sehingga, kompresor dan sistim udara tekan menjadi area penting untuk meningkatkan efisiensi energi pada plant industri. Merupakan catatan yang berharga bahwa biaya untuk menjalankan sistim udara tekan jauh lebih tinggi daripada harga kompresor itu sendiri (lihat Gambar 5-11). Penghematan energi dari perbaikan sistim dapat berkisar dari 20 sampai 50 persen atau lebih dari pemakaian listrik, menghasilkan ribuan bahkan ratusan ribu dolar. Sistim udara tekan yang dikelola dengan benar dapat menghemat energi, mengurangi perawatan, menurunkan waktu penghentian operasi, meningkatkan produksi, dan meningkatkan kualitas.
Gambar 5-11. Prosentase biaya sistem udara tekan
Sistim udara tekan terdiri dari bagian pemasokan, yang terdiri dari
kompesor dan perlakuan udara, dan bagian permintaan, yang terdiri dari sistim distribusi & penyimpanan dan peralatan pemakai akhir. Bagian pemasokan yang dikelola dengan benar akan menghasilkan udara bersih, kering, stabil yang dikirimkan pada tekanan yang dibutuhkan dengan biaya yang efektif. Bagian permintaan yang dikelola dengan benar akan meminimalkan udara terbuang dan penggunaan udara tekan untuk penerapan yang tepat. Perbaikan dan pencapaian puncak kinerja sistim udara tekan memerlukan bagian sistim pemasokan dan permintaan dan interaksi diantara keduanya.
346
5.4.1 Komponen Utama Sistim Udara Tekan Sistim udara tekan terdiri dari komponen utama berikut: Penyaring
udara masuk, pendingin antar tahap, after-coolers, pengering udara, traps pengeluaran kadar air, penerima, jaringan pemipaan, penyaring, pengatur dan pelumasan (lihat Gambar 5-12).
1. Filter Udara Masuk: Mencegah debu masuk kompresor; Debu menyebabkan lengketnya katup/ kran, merusak silinder dan pemakaian yang berlebihan.
2. Pendingin antar tahap: Menurunan suhu udara sebelum masuk ke tahap berikutnya untuk mengurangi kerja kompresi dan meningkatkan efisiensi. Biasanya digunakan pendingin air.
3. After-Coolers: Tujuannya adalah membuang kadar air dalam udara dengan penurunan suhu dalam penukar panas berpendingin air.
4. Pengering Udara: Sisa-sisa kadar air setelah after-cooler dihilangkan dengan menggunakan pengering udara, karena udara tekan untuk keperluan instrumen dan peralatan pneumatik harus bebas dari kadar air. Kadar air dihilangkan dengan menggunakan adsorben seperti gel silika/karbon aktif, atau pengering refrigeran, atau panas dari pengering kompresor itu sendiri.
5. Traps Pengeluaran Kadar Air: Trap pengeluaran kadar air diguakan untuk membuang kadar air dalam udara tekan. Trap tersebut menyerupai steam traps. Berbagai jenis trap yang digunakan adalah kran pengeluaran manual, klep pengeluaran otomatis atau yang berdasarkan waktu dan lainnya.
6. Penerima: Penerima udara disediakan sebagai penyimpan dan penghalus denyut keluaran udara – mengurangi variasi tekanan dari kompresor
347
Gambar 5-12. Jenis Komponen Kompresor (US DOE, 2003)
5.4.2. Jenis Kompresor
Seperti terlihat pada Gambar 5-13, terdapat dua jenis dasar : positive-displacement and dinamik. Pada jenis positive-displacement, sejumlah udara atau gas di- trap dalam ruang kompresi dan volumnya secara mekanik menurun, menyebabkan peningkatan tekanan tertentu kemudian dialirkan keluar. Pada kecepatan konstan, aliran udara tetap konstan dengan variasi pada tekanan pengeluaran.
Kompresor dinamik memberikan enegi kecepatan untuk aliran udara atau gas yang kontinyu menggunakan impeller yang berputar pada kecepatan yang sangat tinggi. Energi kecepatan berubah menjadi energi tekanan karena pengaruh impeller dan volute pengeluaran atau diffusers. Pada kompresor jenis dinamik sentrifugal, bentuk dari sudu-sudu impeller menentukan hubungan antara aliran udara dan tekanan (atau head) yang dibangkitkan.
348
Gambar 5-13. Jenis Kompresor (US DOE, 2003)
A. Kompresor Positive Displacement
Kompresor ini tersedia dalam dua jenis: reciprocating dan putar/ rotary.
1. Kompresor reciprocating
Di dalam industri, kompresor reciprocating paling banyak digunakan untuk mengkompresi baik udara maupun refrigerant. Prinsip kerjanya seperti pompa sepeda dengan karakteristik dimana aliran keluar tetap hampir konstan pada kisaran tekanan pengeluaran tertentu. Juga, kapasitas kompresor proporsional langsung terhadap kecepatan. Keluarannya, seperti denyutan.
Gambar 5-14. Penampang melintang kompresor reciprocating
349
Kompresor reciprocating tersedia dalam berbagai konfigurasi; terdapat empat jenis yang paling banyak digunakan yaitu horizontal, vertical, horizontal balance-opposed, dan tandem. Jenis kompresor reciprocating vertical digunakan untuk kapasitas antara 50 – 150 cfm. Kompresor horisontal balance opposed digunakan pada kapasitas antara 200 – 5000 cfm untuk desain multitahap dan sampai 10,000 cfm untuk desain satu tahap (Dewan Produktivitas Nasional, 1993).
Kompresor udara reciprocating biasanya merupakan aksi tunggal dimana penekanan dilakukan hanya menggunakan satu sisi dari piston. Kompresor yang bekerja menggunakan dua sisi piston disebut sebagai aksi ganda. Sebuah kompresor dianggap sebagai kompresor satu tahap jika keseluruhan penekanan dilakukan menggunakan satu silinder atau beberapa silinder yang parallel. Beberapa penerapan dilakukan pada kondisi kompresi satu tahap. Rasio kompresi yang terlalu besar (tekanan keluar absolut/tekanan masuk absolut) dapat menyebabkan suhu pengeluaran yang berlebihan atau masalah desain lainnya. Mesin dua tahap yang digunakan untuk tekanan tinggi biasanya mempunyai suhu pengeluaran yang lebih rendah (140 to 160oC), sedangkan pada mesin satu tahap suhu lebih tinggi (205 to 240oC).
2. Kompresor Putar/ Rotary Kompresor rotary mempunyai rotor dalam satu tempat
dengan piston dan memberikan pengeluaran kontinyu bebas denyutan. Kompresor beroperasi pada kecepatan tinggi dan umumnya menghasilkan hasil keluaran yang lebih tinggi dibandingkankompresor reciprocating. Biaya investasinya rendah, bentuknya kompak, ringan dan mudah perawatannya, sehingga kompresor ini sangatpopular di industri. Biasanya digunakan dengan ukuran 30 sampai 200 hp atau 22 sampai 150 kW.
350
Gambar 5-15. Gambaran kompresor ulir (Referensi tidak diketahui)
Jenis dari kompresor putar adalah: 1. Kompresor lobe (roots blower) 2. Kompresor ulir (ulir putar helical-lobe, dimana rotor putar jantan
dan betina bergerak berlawanan arah dan menangkap udara sambil mengkompresi dan bergerak kedepan (lihat Gambar 5-15)
3. Jenis baling-baling putar/ baling-baling luncur, ring cairan dan jenis gulungan.
Kompresor ulir putar menggunakan pendingin air. Jika pendinginan sudah dilakukan pada bagian dalam kompresor, tidak akan terjadi suhu operasi yang ekstrim pada bagian-bagian yang bekerja. Kompresor putar merupakan kompresor kontinyu, dengan paket yang sudah termasuk pendingin udara atau pendingin air.
Karena desainnya yang sederhana dan hanya sedikit bagian-bagian yang bekerja, kompresor udara ulir putar mudah perawatannya, mudah operasinya dan fleksibel dalam pemasangannya. Kompresor udara putar dapat dipasa ng pada permukaan apapun yang dapat menyangga berat statiknya.
B. Kompresor Dinamis
Kompresor udara sentrifugal (lihat Gambar 5-16) merupakan kompresor dinamis, yang tergantung pada transfer energi dari impeller berputar ke udara. Rotor melakukan pekerjaan ini dengan mengubah
351
momen dan tekanan udara. Momen ini dirubah menjadi tekanan tertentu dengan penurunan udara secara perlahan dalam difuser statis. Kompresor udara sentrifugal adalah kompresor yang dirancang bebas minyak pelumas. Gir yang dilumasi minyak pelumas terletak terpisah dari udara dengan pemisah yang menggunakan sil pada poros dan ventilasi atmosferis.
Sentrifugal merupakan kompresor yang bekerja kontinyu, dengan sedikit bagian yang bergerak; lebih sesuai digunakan pada volum yang besar dimana dibutuhkan bebas minyak pada udaranya.
Kompresor udara sentrifugal menggunakan pendingin air dan dapat berbentuk paket; khususnya paket yang termasuk after-cooler dan semua control. Kompresor ini dikenal berbeda karakteristiknya jika dibandingkan dengan mesin reciprocating. Perubahan kecil pada rasio kompresi menghasilkan perubahan besar pada hasil kompresi dan efisiensinya. Mesin sentrifugal lebih sesuai diterapkan untuk kapasitas besar diatas 12,000 cfm.
Gambar 5-16. Gambaran kompresor sentrifugal
5.5. BAHAN BAKAR
Bahan bakar diartikan sebagai bahan yang apabila dibakar dapat meneruskan proses pembakaran tersebut dengan sendirinya, disertai dengan pengeluaran kalor. Bahan bakar dapat berbentuk bahan padat, cair, atau gas yang dapat bereaksi dengan oksigen (udara) secara eksoterm.
352
Panas dari reaksi eksoterm tersebut dapat langsung digunakan untuk pemanasan atau sering juga diubah dulu menjadi bentuk energi lain (biasanya menjadi uap). Besaran yang penting pada bahan bakar ialah panas rendah" (lower calorific value), yang menyatakan banyaknya panas yang umumnya diperoleh pada pembakaran dalam keadaan normal. Besaran ini dinyatakan dalarn satuan kkal/kg, kJ/kg, kkal/ml atau kJ/mI. Makin halus ukuran bahan bakar, makin cepat bahan tersebut terbakar dan makin mudah penakaran dan pengaturan dilakukan. Di samping itu, kelebihan udara yang diperlukan untuk pembakaran lebih kecil. ini berarti temperatur menjadi lebih tinggi. Sebagai contoh penggunan kalor dari proses pembakaran secara langsung adalah : untuk memasak di dapur-dapur rumah tangga, instalasi pemanas, sedang contoh penggunaan kalor secara tidak langsung adalah : kalor diubah menjadi nergi mekanik, misalnya pada motor bakar ; kalor diubah menjadi energi listrik, misalnya pada pembangkit listrik tenaga diesel ; tenaga gas dan tenaga uap.
5.5.1. Macam-macam Bahan Bakar
Beberapa macam bahan bakar yang dikenal adalah: a. Bahan bakar fosil, seperti: batubara, minyak bumi, dan gas bumi. b. Bahan bakar nuklir, seperti: uranium dan plutonium. Pada bahan
bakar nuklir, kalor diperoleh dari hasil reaksi rantai penguraian atom-atom melalui peristiwa radioaktif.
c. Bahan bakar lain, seperti: sisa tumbuh-tumbuhan, minyak nabati, minyak hewani.
Bahan bakar konvensional, ditinjau dari keadaannmya dan wujudnya adalah : a. Padat b. Cair c. Gas
Bahan bakar ditinjau dari cara terjadinya dapat alamiah dan non-alamiah atau buatan : a. Termasuk bahan bakar padat alamiah ialah: antrasit, batubara
bitumen, lignit, kayu api, sisa tumbuhan.
353
b. Termasuk bahan bakar padat nonalamiah antara lain: kokas, semi-kokas, arang, briket, bris, serta bahan bakar nuklir.
c. Bahan bakar cair non-alamiah antara lain: bensin atau gasolin, kerosin atau minyak tanah, minyak solar, minyak residu, dan juga bahan bakar padat yang diproses menjadi bahan bakar cair seperti minyak resin dan bahan bakar sintetis.
d. Bahan bakar gas alamiah misalnya: gas alam dan gas petroleum. e. Bahan bakar gas non-alamiah misalnya gas rengkah (atau
cracking gas) dan “producer gas”. 5.5.2. Pembakaran
Pembakaran adalah reaksi kimia yang cepat antara oksigen dan bahan yang dapat terbakar, disertai timbulnya cahaya dan menghasilkan kalor. Pembakaran spontan adalah pembakaran dimana bahan mengalami oksidasi perlahanlahan sehingga kalor yang dihasilkan tidak dilepaskan, akan tetapi dipakai untuk menaikkan suhu bahan secara pelan-pelan sampai mencapai suhu nyala. Pembakaran sempurna adalah pembakaran dimana semua konstituen yang dapat terbakar di dalam bahan bakar membentuk gas CO2, air (= H2O), dan gas SO2, sehingga tak ada lagi bahan yang dapat terbakar tersisa.
5.5.3. Komposisi dan Spesifikasi Bahan Bakar
A. Komposisi Bahan bakar fosil dan bahan bakar organik lainnya umumnya
tersusun dari unsur-unsur C (karbon), H (hidrogen), O (oksigen), N (nitrogen), S (belerang), P (fosfor) dan unsur-unsur lainnya dalam jumlah kecil, namun unsur-unsur kimia yang penting adalah C, H dan S, yaitu unsur-unsur yang jika terbakar menghasilkan kalor, dan disebut sebagai “bahan yang dapat terbakar” atau “combustible matter”, disingkat dengan BDT. Unsur-unsur lain yang terkandung dalam bahan bakar namun tidak dapat terbakar adalah O, N, bahan mineral atau abu dan air. Komponen-komponen ini disebut sebagai “bahan yang dapat terbakar” atau “combustible matter”, disingkat dengan BDT. Unsur-unsur lain yang terkandung dalam bahan bakar namun tidak dapat terbakar adalah O, N, bahan mineral atau abu dan air. Komponen-komponen ini disebut
354
sebagai “bahan yang tidak dapat terbakar” atau “non-combustible matter”, disingkat dengan non-BDT.
B. Spesifikasi Bahan Bakar
1. Nilai Kalor atau “Heating Value” atau “Calorific Value” atau Kalor Pembakaran.
Nilai kalor adalah kalor yang dihasilkan oleh pembakaran sempurna 1 kilogram atau satu satuan berat bahan bakar padat atau cair atau 1 meter kubik atu 1 satuan volume bahan bakar gas, pada keadaan baku. Nilai kalor atas atau “gross heating value” atau “higher heating value” adalah kalor yang dihasilkan oleh pembakaran sempurna satu satuan berat bahan bakar padat atau cair, atau satu satuan volume bahan bakar gas, pada tekanan tetap, suhu 250C, apabila semua air yang mula-mula berwujud cair setelah pembakaran mengembun menjadi cair kembali. Nilai kalor bawah atau “net heating value” atau “lower heating value” adalah kalor yang besarnya sama dengan nilai kalor atas dikurangi kalor yang diperlukan oleh air yang terkandung dalam bahan bakar dan air yang terbentuk dari pembakaran bahan bakar untuk menguap pada 250C dan tekanan tetap. Air dalam sistem, setelah pembakaran berwujud uap air pada 250C.
2. Kandungan Air di dalam Bahan Bakar
Air yang terkandung dalam bahan bakar padat terdiri dari: - kandungan air internal atau air kristal, yaitu air yang terikat
secara kimiawi. - kandungan air eksternal atau air mekanikal, yaitu air yang
menempel pada permukaan bahan dan terikat secara fisis atau mekanis.
Air yang terkandung dalam bahan bakar menyebabkan penurunan mutu bahan bakar karena: - menurunkan nilai kalor dan memerlukan sejumlah kalor untuk
penguapan, menurunkan titik nyala, - memperlambat proses pembakaran, dan menambah volume gas
buang.
355
Keadaan tersebut mengakibatkan: - pengurangan efisiensi ketel uap ataupun efisiensi motor bakar,
penambahan biaya perawatan ketel, - menambah biaya transportasi, merusak saluran bahan bakar
cair (“fuel line”) dan ruang bakar.
3. Kandungan Abu Abu yang terkandung dalam bahan bakar padat adalah
mineral yang tak dapat terbakar (non-BDT) yang tertinggal setelah proses pembakaran dan perubahan perubahan atau reaksi-reaksi yang menyertainya selesai. Abu berperan menurunkan mutu bahan bakar karena menurunkan nilai kalor. Di dalam dapur atau dalam generator gas, abu dapat meleleh pada suhu tinggi, menghasilkan massa yang disebut “slag”. Sifat kandungan abu dapat ditandai oleh perubahan-perubahan yang terjadi bila suhunya naik.
- Kalau abu meleleh pada suhu t3 < 13000C, maka abu bertitik leleh rendah.
- Kalau abu meleleh pada suhu 13000C < t3 < 14250 C; abu bertitik leleh sedang.
- Kalau abu meleleh pada suhu t3 > 14250 C; abu bertitik leleh tinggi.
Slag dapat menutup aliran udara yang masuk di antara batang-batang rooster (kisikisi) dalam ruang pembakaran, menutupi timbunan bahan bakar dan merusak dapur, serta abu yang terbawa oleh gas asap mengikis bidang pemanasan ketel.
4. Kandungan Belerang Apabila bahan bakar yang mengandung belerang dibakar,
belerang akan terbakar membentuk gas belerang dioksida (SO2) dan belerang trioksida (SO3). Gas-gas ini bersifat sangat korosif terhadap logam dan meracuni udara sekeliling.
5. Berat Jenis Banyak hubungan antara berat jenis/spesific gravity dengan
sifat-sifat penting bahan bakar minyak, yaitu: a. Untuk pembakaran pada volume tetap;
Nilai kalor atas, Btu/lb = 22 320 – [3 780 ´ (sg)2]
356
b. Untuk pembakaran pada tekanan tetap; Nilai kalor bawah, Btu/lb = 19 960 – [3 780 ´ (sg)2] + (1 362 ´ sg)
c. Persen hidrogen, % = 26 – (15 ´ sg)
6. Viskositas atau Kekentalan Viskositas adalah kebalikan fluiditas atau daya alir. Makin
tinggi viskositas makin sukar mengalir. Mengingat kecepatan mengalir juga tergantung pada berat jenis, maka pengukuran viskositas demikian dinyatakan sebagai “viskositas kinematik”. Viskositas absolut = viskositas kinematik x berat jenis cairan. Satuan viskositas antara lain: poise, gram/cm detik, atau dengan skala Saybolt Universal diukur dalam detik. Pengaruh viskositas pada pengabutan sangat menentukan dalam mencapai pembakaran sempurna dan bersih. Jika pengabutan berlangsung dengan viskositas > 100 detik SU dan tekanan udara < 1 psi, maka butiran-butiran kabut minyak terlalu besar hingga susah bercampur dengan udara sekunder. Akibatnya akan terbentuk gumpalan karbon yang mengganggu burner dan dapur. Bagi minyakminyak berat, pemanasan pendahuluan harus dilakukan sebelum pengabutan. Pemanasan pendahuluan ini gunanya untuk menurunkan viskositas sampai di bawah 100 detik SU.
7. Flash Point Flash point adalah suhu dimana bahan bakar terbakar
dengan sendirinya oleh udara sekelilingnya disertai kilatan cahaya. Untuk menentukan kapan minyak terbakar sendiri, Pensky-Martens memakai sistem “closed cup”, sedang Cleveland memakai “open cup”. Uji dengan open cup menunjukkan angka 20-300F lebih tinggi daripada dengan closed cup.
8. Titik Bakar atau “Ignition Point” Titik bakar adalah suhu dimana bahan bakar cair yang
dipanaskan pada keadaan baku dapat terbakar selama waktu sekurang-kurangnya 5 detik.
357
9. Bau Bau tak enak yang khas biasanya ditimbulkan oleh senyawa
belerang dalam bahan bakar cair. Senyawa itu adalah belerang hidrokarbon atau merkaptan yang bersifat korosif.
10. Titik Anilin
Titik anilin adalah suhu dimana sejumlah volume yang sama dari bahan bakar cair dan anilin tepat bercampur. Atau, suhu terendah dimana terjadi awan yang disebabkan karena batas pemisahan fase cair dari campurannya yang homogeny sejumlah volume anilin yang sama dengan volume sampel menjadi hilang.
11. Faktor Karakterisasi dan Titik Didih Faktor karakterisasi ini memberi petunjuk tentang watak dan
sifat-sifat termal fraksi minyak bumi. Di samping itu, juga menyatakan perbedaan sifat parafinitas.
5.5.3 Bahan Bakar Padat
Tabel 5-1. Nilai Panas Bahan Bakar Padat
Baban bakar : nilai panas dan sifat pembakaran
Bahan bakar padat yang penting ialah batu bara dan kokas.
Batu bara : merupakan campuran karbon, hidrokarbon, dan sedikit bahan mineral. Makin tua batu bara, makin tinggi kadar karbonnya (batu bara mineral, antrasit). Sebaliknya batu bara muda (batu bara coklat) mengandung lebih banyak hidrokarbon. Hidrokarbon ini akan
358
terbuang pada waktu pemanasan. Batu bara diperoleh dari tambang batu bara di bawah tanah atau tambang batu bara terbuka. Pengolahan batu bara agar siap pakai hanya terbatas pada proses pengecilan ukuran dan klasifikasi menurut besar dan mutunya. Batu bara dipakai terutama untuk tujuan-tujuan pembangkitan panas (membuat kukus, memanaskan ruangan dll). Pembakarannya dilakukan dalam bentuk potongan atau dalam bentuk serbuk halus. Alat pembakar batu bara yang masih dalam bentuk potongan ialah kisi berjalan (chain grate) yang dihembus dengan udara, sedangkan serbuk batu bara menggunakan pembakar yang disertai penginjeksian udara.
5.5.4. Bahan Bakar Cair
Bahan baku terpenting dari bahan bakar cair adalah minyak bumi. Minyak bumi merupakan campuran hidrokarbon dengan berbagai ukuran molekul (mencapai 20 atom C atau lebih). Minyak bumi diambil dari sumur-sumur minyak pada pennukaan bumi dan dipompa melalui pipa-pipa ke kilang. Melalui cara rektifikasi, rafinasi (pemurnian), pemecahan (penguraian) dan cara-cara lainnya, dari minyak mentah atau minyak kasar dapat dibuat bahan dasar untuk industri petrokimia. Selain itu dihasilkan juga pelumas, aspal dan bahan bakar cair sebagai berikut:
- Minyak fraksi berat dan minyak fraksi ringan. Minyak ini digunakan untuk menghasilkan panas dengan jalan membuat kabut pada aliran udara bertekanan (pembakar minyak)
- Minyak diesel, bensin, dan avtur. Bahan bakar ini digunakan untuk menghasilkan energi mekanik pada motor bakar dan motor turbo.
A. Pengelolaan Bahan Bakar Minyak
Di dalam penanganan bahan bakar minyak, terdapat berbagai prosedur dimana pemakai harus mengetahui dan mengikutinya dengan maksud menjaga kualitas/mutu bahan bakar minyak yang akan digunakan sekaligus mempertimbangkan faktor keselamatan kerja bagi penggunanya. Prosedur tersebut terbagi atas 3 kelompok penanganan, yaitu:
(1). Penerimaan (2). Penimbunan
359
(3). Penyaluran Adapun penyerahan bahan bakar minyak dari Pertamina
kepada konsumen terdapat beberapa macam cara, antara lain: (1). Melalui SPBU untuk kendaraan umum, (2). Melalui kapal/tongkang untuk industri-industri besar, (3). Melalui mobil tangki untuk industri- industri sedang, (4). Melalui pipa untuk PLN, (5). Melalui container/drum untuk daerah-daerah terpencil
1. Penerimaan Di dalam proses penerimaan bahan bakar minyak oleh industri, hal-hal yang perlu diketahui dan dilaksanakan adalah: - Rencana nominasi penerimaan bahan bakar minyak harus sesuai
atau tersedia ruang kosong pada tangki penimbun di lokasi penerimaan.
- Untuk persiapan penerimaan, lakukan pemeriksaan dokumen yang berkaitan dengan jumlah dan mutu bahan bakar minyak.
- Memeriksa segel-segelnya, apabila ada yang rusak buatkan berita acara atas kejadian tersebut serta segera menghubungi bagian penjualan Pertamina terdekat.
- Memeriksa mutu bahan bakar minyak tersebut secara visual (warna, bau, spesific grafity), apabila terjadi kecurigaan atas mutunya segera konsultasi dengan wira penjualan atau sales engineer Pertamina setempat.
- Memasang Bonding Cable yang ada pada mobil tangki ke tanah. - Memeriksa tangki timbun, meyakinkan masih ada volume yang
cukup untuk menerima serta mencatat volume bahan bakar minyak sebelum penimbunan.
- Menyiapkan selalu Fire and Safety (pemadam kebakaran dan keselamatan kerja) guna pencegahan apabila terjadi kebakaran.
- Menyiapkan fasilitas pembongkaran (memasang slang pembong-karan, membuka valve, menghidupkan pompa inlet)
- Apabila proses pembongkaran bahan bakar minyak telah selesai, mencatat volume akhir dalam tangki timbun, mengurangi dengan volume awal sehingga didapat volume penerimaan, bila tidak sesuai lakukan pemeriksaan kalibrasi tangki.
360
- Khusus untuk penerimaan dalam drum milik konsumen, industri kecil dan untuk daerah terpencil tanggung jawab Pertamina hanya sampai ujung nozzle.
- Khusus penerimaan melalui pipa sebelum dimulai pemompaan pihak konsumen melakukan pengecekan kuantitas dan kualitas pada tangki yang akan dioperasikan di depot Pertamina.
- Menyelesaikan administrasi penerimaan. - Melakukan pendiaman minyak hingga stabil dengan maksud
memisahkan/mengendapkan air yang teremulsi di dalam bahan bakar minyak.
2. Penimbunan
Pelaksanaan penimbunan dapat dilakukan dengan beberapa cara/ tempat penimbunan, yaitu: a. Tangki Vertikal, b. Tangki Horizontal.
Untuk penimbunan bahan bakar minyak yang menggunakan tangki horizontal umumnya dibuat dengan kapasitas 15 m3 sampai dengan 100 m3, sedangkan untuk keperluan penimbunan bahan bakar minyak dengan jumlah yang lebih besar dapat dipergunakan tangki tegak/ vertikal.
Di dalam proses penimbunan bahan bakar minyak, untuk menjaga faktor kebakaran dan keselamatan kerja, perlu diperhatikan desain tangki timbun yang dipergunakan serta peralatan-peralatan yang harus dilengkapi. Sedangkan hal-hal yang harus diketahui dan dilakukan dalam penimbunan bahan bakar minyak adalah sebagai berikut: - Lakukan pemeriksaan dan pencatatan jumlah/volume bahan
bakar minyak dalam tangki timbun setiap hari dan setiap kali ada mutasi atau pergerakan.
- Periksalah secra periodik mutu bahan bakar minyak secra visual (contoh diambil dari bagian atas, tengah dan bawah), apabila terdapat kecurigaan atas mutu bahan bakar minyak tersebut, dapat dikonsultasikan dengan sales engineer/wira penjualan Pertamina setempat.
- Setiap 6 tahun sekali dilakukan pembersihan tangki timbun, hal ini dimaksudkan untuk membersihkan segala macam bentuk
361
kotoran dalam tangki yang dapat merusak mutu bahan bakar minyak dalam tangki timbun.
- Lakukan draining setiap pagi untuk membuang air yang mengendap.
- Fasilitas serta perlengakapan pendukung penimbunan diusahakan yang kedap terhadap percikan listrik (flame proof) guna mencegah kemungkinan kebakaran.
- Harus disediakan fasilitas serta sarana fire and safety di lokasi penimbunan bahan bakar minyak.
3. Penyaluran/Penggunaan Di dalam proses penyaluran/penggunaan bahan bakar
minyak, hal-hal yang perlu diperhatikan dan dilaksanakan adalah sebagai berikut: - Memeriksa selalu jalur-jalur perpipaan penyaluran dari kebocoran
dan memeriksa saringan/filter. - Fasilitas serta peralatan pendukung penyaluran diusahakan yang
kedap terhadap percikan listrik (flame proof) guna mencegah terjadinya kebakaran.
- Melakukan pencatatan terhadap pemakaian bahan bakar minyak setiap harinya sehingga dapat diperkirakan konsumsi setiap bulan serta waktu permintaan penyuplaian bahan bakar minyak.
- Menghindari penyaluran/pengeluaran pada saat yang sama dari tangki yang sama dengan tangki penerimaan. Hal ini untuk menghindari kesalahan perhitungan penerimaan/ penyaluran.
Gambar 5-17. Pemindahan Bahan Bakar Minyak
362
5.5.5. Bahan Bakar Gas
Yang termasuk ke dalam jenis bahan bakar gas adalah gas bumi, gas kota (yang dibuat dari batu bara), propana, butana, asetilina, hidrogen dsb. Bahan bakar tersebut sebagian besar digunakan untuk menghasilkan panas (memanaskan ruang, pengelasan, pelelehan logam). Pencampuran gas dengan udara (oksigen) berlangsung dalam pernbakar gas.
Gas bumi
Merupakan campuran gas yang sebagian besar terdiri dari metana. Gas bumi berada di bawah pemukaan bumi secara tersendiri ataupun bersama minyak bumi. Pengambilan dilakukan dengan membuat sumur gas atau sumur minyak. Dari sumur tersebut (di Eropa Barat, terutama Belanda) gas tersebut dialirkan melalui pipa-pipa kekonsumen. Gas bumi tidak beracun. Nilai panasnya lebih dari dua kali nilai panas gas kota.
5.6. OPERASI PEMBAKARAN
Kalor pembakaran yang diperoleh dari reaksi bahan bakar dengan udara, dipergunakan untuk:
- Menaikkan suhu bahan bakar yang dibakar dalam dapur. - Menaikkan suhu campuran bahan bakar dan udara. - Sebagian besar yang lain terbuang sebagai: - radiasi ke sekeliling, - terbawa keluar cerobong dalam gas asap, - konduksi dan konveksi ke peralatan dapur.
Temperatur dapur akan maksimum bila kehilangan-kehilangan di atas minimum.
Pada pengoperasian burner memperhatikan kecepatan nyala: - Pada nyala yang stabil, kecepatan nyala sama dengan
kecepatan campuran bahan bakar dan udara yang keluar dari burner.
- Bila kecepatan nyala lebih besar akan terjadi “flash back”. - Bila kecepatan nyala lebih kecil akan terjadi “blow off”.
Beberapa faktor yang mempengaruhi kecepatan nyala: - tekanan campuran bahan bakar dan udara, - suhu pembakaran,
363
- perbandingan udara primer dan bahan bakar, - efek pendinginan dari lingkungan.
Kecepatan nyala ini tidak dapat diperhitungkan lebih dahulu, kecuali pada keadaan yang sangat tertentu saja. Untuk memperoleh efisiensi yang tinggi dalam pengoperasian dapur, perlu alat-alat kontrol sebagai berikut:
- Kontrol Suhu Bahan bakar yang masuk ke dalam dapur banyaknya dikontrol oleh temperatur dalam dapur, antara lain pirometer radiasi dan temperatur atap dapur. Bila dibaca terlalu tinggi, maka jumlah bahan bakar harus dikurangi dan seterusnya.
- Kontrol Pembakaran Pengaturan bahan bakar/udara digunakan flow meter yang disambungkan dengan mekanisme servo pada katup kontrol otomatis.
- Kontrol Aliran Menjaga kesetimbangan aliran pemasukan udara/bahan bakar dan pengeluaran gas asap.
5.7. PETUNJUK UNTUK OPERATOR
Di bawah ini beberapa petunjuk yang akan membantu para Operator dalam menangani beberapa jenis oven.
A. Oven dengan bahan bakar batubara.
1. Kedalaman api = 15 inchi dari pintu. Pemasukan batubara = 1.5-2 sekop penuh tiap sqft luas pembakaran. Bila kebanyakan menghasilkan asap dan boros bahan bakar.
2. Kisi-kisi pembakaran harus selalu tertutup oleh bahan bakar, dijaga ketinggian nyala api, garukan digunakan bila perlu.
3. Bara api yang tertutup abu harus dicegah dengan membersihkan api secara hati-hati. Setelah pembersihan nyala api akan bersih kembali.
4. Jarak batangan penyangga api harus teratur dan bila bengkok harus segera diluruskan.
5. Pemasukan udara dijaga agar nyala api baik. 6. Kebocoran oven harus dicegah agar tidak ada udara luar masuk.
364
B. Oven dengan bahan bakar gas
1. Burner harus selalu bersih dan dipelihara secara rutin. Semua bagian pengatur harus mudah digerakkan. Pengontrol udara pada injektor seringkali macet oleh kotoran/korosi atau rusak.
2. Penutup oven harus bebas, bekerja baik dan rapat, agar udara luar tidak masuk.
3. Pengendalian udara yang tepat harus selalu dijaga agar nyala api baik. Untuk lebih tepat dilakukan analisa gas asap. Akan lebih membantu para Operator bila dilengkapi alat pencatat CO2.
4. Pada blast furnace yang umumn ya bekerja dengan nyala api non luminous, nyala api yang panjang dan lemah, menunjukkan terlalu banyak gas. Aliran gas harus dikecilkan, hingga nyala api lebih pendek dan berwarna kekuning-kuningan. Atau menambah suplai udara hingga terdengar nyala api terkuat. Nyala api kekuning-kuningan dan cerah adalah yang paling baik. Makin cerah makin baik.
5. Sekali burner disetel dengan menghasilkan nyala yang baik, jangan diubah-ubah lagi.
6. Klep pada cerobong harus disetel untuk memperoleh kesetimbangan aliran dalam dapur. Cara pengetesan: Hembuskan asap/dekatkan nyala api kecil pada lubang di dinding oven. Bila asap tidak terisap masuk atau lidah api nyala tidak menuju ke lubang, maka letak “damper” betul.
7. Bila oven tidak dipakai, saluran gas, udara dan damper harus ditutup.
C. Oven dengan bahan bakar minyak.
1. Viskositas minyak harus benar. 2. Minyak harus bebas air, karena dapat menunda pembakaran dan
membentuk asap tebal. 3. Burner harus dilengkapi dengan katup berskala yang menunjukkan
besar-kecilnya aliran minyak. 4. Burner harus dibuka dan dibersihkan secara teratur, sebaiknya tiap
penggantian shift.
365
5. Bila oven dimatikan, burner harus dipindahkan untuk melindungi dari panas radiasi.
6. Celah lubang burner harus dicek secara periodik.
D. Aturan umum untuk penghematan bahan bakar:
1. Dengan alat yang ada harus dibuat rencana agar beban oven selalu penuh.
2. Nyala api harus selalu dijaga berada dalam oven. Agar dicegah terjadinya pembakaran di luar oven atau pada aliran gas asap.
3. Pintu-pintu harus selalu dijaga dalam kondisi baik dan tertutup rapat/tidak bocor.
4. Penggunaan bahan bakar harus disesuaikan dengan kondisi pembakaran.
5. Jumlah bahan bakar harus selalu dicatat, demikian juga dengan berat bahan yang dipanaskan.
6. Kebocoran pada dinding oven adalah penyebab besarnya kehilangan panas. Dinding oven harus selalu disemir dengan bahan tertentu antara lain campuran tanah liat dan semen api untuk mencegah bocoran udara.
5.8. LABORATORIUM PENUNJANG INDUSTRI KIMIA
Laboratorium adalah suatu tempat untuk melakukan percobaan kimia. Pada waktu membuat rancang bentuk (desain) laboratorium, aspek keselamatan atau keamanan orang – orang yang akan bekerja didalam laboratorium tersebut sangat perlu diperhatikan. Berikut ini beberapa hal yang perlu diperhatikan. Berikut ini beberapa hal yang perlu diperhatikan oleh perancang agar laboratorium kimia menjadi tempat yang lebih aman bagi orang yang bekerja di dalamnya 1. Jika laboratorium kimia dilengkapi dengan meja demonstrasi, letak
meja demonstrasi berjarak tidak kurang dari 2 m dari meja demonstrasi ke peserta demonstrasi.
2. Lantai laboratorium kimia tidak boleh licin, harus mudah dibersihkan, dan tahan terhadap tumpahan bahan-bahan kimia yang biasa ada di laboratorium kimia.
3. Jenndela harus didesain sedemikian sehingga dalam keadaan jendela terbuka tirai (gorden) jendela dapat dibuka dan ditutup
366
tanpa terganggu oleh jendela. Jendela harus dapat dibuka dan ditutup, tanpa orang harus naik ke tempat duduk atau meja.
4. Setiap ruang laboratorium kimia dilengkapi dua pintu yang ukurannya cukup besar dan yang membuka ke luar, diposisikan dekat ujung-ujung ruang. Lebih baik lagi jika kedua pintu tersebut terletak menyilang ruang. Ini diperlukan untuk memudahkan orang yang jumlahnya banyak di dalam laboratorium keluar dari dalam ruang jika terjadi bencana. Keperluan akan pintu membuka keluar memudahkan orang-orang di dalam ruang laboratorium mendobrak pintu ke luar dalam keadaan darurat
5. Setiap ruang laboratorium kimia memerlukan ventilasi (sistem pertukaran udara) yang baik, lebih-lebih laboratorium yang kegiatan di dalamnya menghasilkan berbagai jenis gas. Laboratorium kimia yang banyak menghasilkan gas sebaiknya dilengkapi juga dengan "ventilasi paksa" (forced ventilation) menggunakan kipas angin listrik untuk membantu ventilasi alamiah, dan lemari asap.
6. Saluran listrik, gas, dan air ke laboratorium kimia harus memiliki saklar atau keran pusat yang mudah dicapai orang yang bekerja di laboratorium, sehingga aliran listrik, gas, atau air dapat segera dihentikan jika terjadi bahaya.
7. Setiap ruang laboratorium kimia harus dilengkapi dengan alat-alat pemadam, kebakaran yang sesuai, yang diletakkan di tempat yang mudah dijangkau.
8. Setiap ruang laboratorium kimia harus dilengkapi sekurang- kurangnya dengan satu kotak PPPK yang diletakkan di tempat yang mudah dijangkau pula.
367
Gambar 5-18. Ruang Laboratorium Kimia 5.8.1. Ruang Tempat Menyimpan Alat dan Bahan
Cara untuk menyimpan alat dan bahan untuk laboratorium, yaitu: 1. Semua alat dan bahan disimpan di dalam ruang khusus
menggunakan lemari dan/atau rak penyimpanan. Sebaiknya ruang alat terpisah dari ruang bahan-bahan kimia.
2. Alat dan bahan kimia sebaiknya ditempatkan di dalam ruang yang terpisah, kecuali jika alat-alat itu terbuat hanya dari gelas (kaca) dan tidak mengandung komponen dari logam. Ruang alat dan ruang bahan harus tersekat dengan baik sehingga uap bahan kimia tidak mudah pindah dari ruang yang satu ke ruang yang lain. Dalam hal ruang alat dan ruang bahan merupakan satu ruang, zat-zat kimia harus diletakkan di dalam lemari yang terpisah dengan pintu-pintu lemari menutup rapat.
3. Setiap ruang penyimpanan harus memiliki sistem ventilasi alamiah yang baik agar ruang tidak menjadi lembab dan dipenuhi uap/gas bahan-bahan kimia, terutama bahan-bahan korosif. Jika digunakan kipas, diperlukan pengaturan cara penggunaan kipas sedemikian sehingga tidak menyebabkan kipas terlewati oleh uap
368
korosif. Keadaan ini akan segera menyebabkan bagian-bagian kipas yang terbuat dari logam terkorosi.
5.8.2. Bengkel dan Ruang Teknisi Laboratorium Kimia
Banyak perbaikan alat-alat laboratorium yang dapat dilakukan sendiri oleh teknisi laboratorium. Laboratorium kimia sangat memerlukan ruang bengkel kecil. Di dalamnya terdapat perkakas perbengkelan esensial seperti gergaji besi, gergaji kayu, bor tangan, bor listrik, berbagai jenis tang, kikir, solder listrik, catok, dan lain-lain, termasuk meja bengkel.
5.8.3. Membersihkan Area Kerja di Laboratorium Kimia 1. Membersihkan area kerja
Ruang dan meja kerja di Laboratorium harus selalu dalam keadaan bersih. Apabila ruang dan perabot di Laboratorium terdapat debu maka harus segera dibersihkan dengan lap. Apabila terjadi tumpahan bahan kimia maka meja kerja harus selalu dibersihkan. Meja kerja harus segera dibersihkan setelah terjadi tumbahan zat / bahan kimia. Apabila bahan kimia yang tumpah tersebut cukup / sangat berbahaya, selain dibersihkan dengan lap, tangan harus dilindungi oleh sarung tangan. Sarung tangan sangat penting untuk melindungi tangan dari bahaya bahan kimia yang menempel / meresap pada lap pembersih. Untuk membersihkan laboratorium dari gas-gas dapat dipasang exhaust fan dan atau lemari asam. Lemari asam merupakan alat yang paling sering digunakan untuk menghilangkan gas, debu, kabut, uap dan asap dari kegiatan laboratorium untuk meminimalkan timbulnya racun dan konsentrasi bahan yang mudah terbakar.
2. Membersihkan Peralatan Laboratorium
Kebersihan peralatan laboratorium, baik yang berupa peralatan gelas atau non gelas seperti bejana polyethylene, polypropylene dan teflon, merupakan bagian yang sangat mendasar dalam kegiatan laboratorium dan merupakan elemen penting dalam program jaminan mutu. Perhatian kepada kebersihan barang-barang tersebut harus ditingkatkan dan harus proporsional dengan tingkat kepentingan pengujian, akurasi pengukuran yang diperlukan dan menurunnya konsentrasi analit yang akan ditentukan. Setiap laboratorium harus menetapkan prosedur yang memadai untuk membersihkan peralatan gelas dan non gelas yang digunakan dalam berbagai macam pengujian. Apabila metodologi pengujian tertentu
369
mensyaratkan prosedur membersihkan secara spesifik, maka prosedur tersebut harus diikuti.
a. Cara Membersihkan Peralatan Laboratorium Secara Umum :
Proses membersihkan harus dilakukan segera setelah peralatan digunakan. Membuang bahan berbahaya dan pembersihan bahan korosif sebelum peralatan tersebut dibersihkan. Peralatan cuci manual atau otomatis harus menggunakan deterjen yang sesuai dengan kegunaannya. Residu organik memerlukan perlakuan dengan larutan pembersih asam kromat. Peralatan harus dikeringkan dan disimpan dalam kondisi yang tidak memungkinkan terjadinya kontaminasi oleh debu atau bahan lain.
b. Cara Membersihkan Timbangan
Kebersihan timbangan harus dicek setiap kali selesai digunakan, bagian dan menimbang harus dibersihkan dengan menggunakan sikat, kain halus atau kertas (tissue) dan membersihkan timbangan secara keseluruhan timbangan harus dimatikan, kemudian piringan (pan) timbangan dapat diangkat dan seluruh timbangan dapat dibersihkan dengan menggunakan pembersih seperti deterjen yang lunak, campurkan air dan etanol/alkohol. Sesudah dibersihkan timbangan dihidupkan dan setelah dipanaskan, cek kembali dengan menggunakan anak timbangan.
c. Cara Membersihkan dan Merawat Penangas Air (Water Bath)
Thermostat Perawatan secara reguler oleh Jasa Layanan pelanggan tidak
diperlukan. Pembersihan yang dibutuhkan pada perawatan (seperti membersihkan sudu-sudu / baling-baling roda yang berputar) dilakukan oleh Operator laboratorium sesuai dengan petunjuk pabrik.
Media pemanas dan Alat Media pemanas (misal air) harus dapat diganti dalam kasus bila
terlihat adanya kontaminasi ( seperti partikel-partikel, kontaminasi dari reagen). Permukaan alat harus dibersihkan dengan menggunakan pembersih (sabun/ deterjen yang biasa digunakan). Kontaminasi lebih kuat ( adanya deposit kapur), dapat dihilangkan dengan pembersih yang khusus/cocok (misal asam asetat encer).
370
d. Cara Membersihan dan Merawat Thermometer Sensor temperatur harus dibersihkan dengan solvent (pelarut) dan
dibersihkan dengan air bebas mineral/ aquadest, setelah digunakan.
5.8.4. Aturan Kerja di Laboratorium 1. Persiapkanlah hal yang perlu sebelum masuk laboratorium
seperti buku kerja, cara percobaan, jenis bahan, jenis perlatan, dan cara membuang limbah sisa percobaan.
2. Dilarang makan, minum dan merokok di laboratorium. 3. Jagalah kebersihan meja praktikum, apabila meja praktiukm
basah segera keringkan dengan lap basah. 4. Pencatatan data hasil percobaan secara lengkap.
5.8.5. Persiapan Kerja di Laboratorium 1. Gunakan perlatan kerja seperti kacamata pengaman untuk
melindungi mata, jas laboratorium untuk melindungi pakaian dan sepatu tertutup untuk melindungi kaki.
2. Dilarang memakai perhiasan yang dapat rusak karena bahan Kimia.
3. Dilarang memakai sandal atau sepatu terbuka atau sepatu berhak tinggi.
4. Wanita/pria yang berambut panjang harus diikat. 5. Biasakanlah mencuci tangan dengan sabun dan air bersih
terutama setelah melakukan praktikum. 6. Bila kulit terkena bahan Kimia, janganlah digaruk agar tidak
tersebar.
5.8.6. Perabot untuk Laboratorium Yang dimaksud dengan "perabot" ialah alat-alat seperti meja, kursi,
lemari, rak, dll. yang biasa digunakan untuk melengkapi suatu ruang agar dapat berfungsi.
A. Meja Kerja
Kegiatan/percobaan kimia pada umumnya dilakukan dengan berdiri sehingga sebaiknya ukuran tinggi meja di sekitar 80 - 90 cm. Lebar meja dapat dibuat antara 60 - 80 cm. Panjang meja minimum 120cm. Seperti terlihat pada foto, meja untuk percobaan kimia dilengkapi
371
dengan lemari, laci-laci dan soket listrik. Meja kimia jenis ini tentulah sukar dipindah-pindahkan.
Meja untuk percobaan kimia yang tidak dipindah-pindah lengkap dengan penyediaan air dan bak air, gas, dan listrik. Perhatikan letak soket listrik yang berada di ujung-ujung meja, cukup jauh dari penyediaan air.
Gambar 5-19. Meja kerja laboratorium kimia
Sebaiknya penetapan ukuran meja disesuaikan juga dengan ukuran ruang laboratorium, sedemikian sehingga ruang dapat dimanfaatkan seoptimal-optimalnya dengan meninjau juga persyaratan keamanan, terutama cukupnya tersedia "ruang sirkulasi". Meja untuk percobaan/kegiatan kimia sebaiknya terbuat dari bahan yang tahan terhadap bahan-bahan kimia korosi Untuk itu sebaiknya permukaan meja dilapisi bahan yang tahan korosi, seperti vinil, resin. formika, HPL, atau bahan-bahan lain.
Gambar 5-20. Contoh meja kimia yang sukar dipindah-pindah
372
1. Lemari Alat dan Bahan Lemari alat/bahan sebaiknya memiliki rak-rak yang jarak antar
sesamanya dapat diubah-ubah sesuai dengan ukuran tinggi alat yang akan ditempatkan di sana. Ukuran tinggi lemari bergantung pada tempat meletakkannya. Jika tempat memungkinkan untuk meletakkan lemari yang tinggi, lemari dapat dibuat dengan ketinggian maksimum 180 cm. Pembuatan lemari lebih tinggi daripada itu menyusahkan pengambilan alat dari dalamnya. Pengambilan alat dari ketinggian seperti itu dapat menimbulkan kecelakaan. Jika lemari akan ditempatkan di dekat jendela, tentulah tingginya dibuat setinggi palang jendela yang paling bawah.
Ketebalan atau kedalaman lemari berkisar antara 30 - 40 cm. Ini pun bergantung pada ukuran alat yang akan ditempatkan di dalamnya. Akan tetapi, jika ada alat yang ukurannya lebih daripada 40 cm sehingga tidak dapat dimasukkan ke dalam lemari, sebaiknya alat seperti itu disimpan di luar lemari.
Lemari biasanya dibuat tidak terlalu lebar, misalnya di sekitar 100-120 cm. Ini untuk memudahkan pengaturan letaknya di dalam ruang, di samping tidak terlalu berat. Jika ruang sudah tersedia, dapat saja dibuat lemari yang lebarnya sama dengan lebar ruang yang akan menjadi tempamya. Akan tetapi, lemari seperti ini sukar mengatur letaknya, karena terlalu berat. Untuk menghemat ruang, pintu lemari sebaiknya jenis pintu geser, sehingga jika pintu dibuka, pintu tidak mengambil ruang. Biasanya pintu bagian atas lemari dibuat berkaca untuk memudahkan melihat alat yang disimpan di dalamnya. Pintu bagian bawah dibuat tidak berkaca untuk menghindari pecalmya kaca ka rena tersinggung kaki.Sebaiknya semua lemari berkunci. Ada lemari yang selalu harus terkunci, yaitu lemari yang berisikan bahan-bahan berbahaya, dan yang berisikan alat-alat yang harganya mahal.
373
Gambar 5-21. Contoh lemari alat
Gambar 5-22. Lemari bahan kimia
374
Gambar 5-23 . Lemari alat & bahan kimia
2. Lemari Asap
Lemari asap digunakan sebagai tempat melakukan percobaan yang menghasilkan uap atau gas yang berbahaya bagi tubuh. Tujuan pengadaannya ialah untuk menghindari ruang laboratorium dari pencemaran (kontaminasi) oleh zat-zat (biasanya berupa gas atau uap) berbahaya, yang dihasilkan oleh suatu. reaksi kimia. Lemari asapbertugas mengalirkan
Lemari asap harus terbuat dari bahan yang tahan api, tahan asam, dan tahan karat. Selain itu pintu geser lemari asap harus mudah dibuka dan ditutup. Apabila alat-alat di dalam lemari asap tersebut memerlukan saklar, keran gas, dan keran air, alat-alat tersebut harus berada di luar lemari agar dapat dioperasikan dari luar lemari ketika pintu lemari ada dalam keadaan tertutup.
Lemari asap harus mampu memindahkan segala jenis gas atau uap, termasuk uap yang kerapatannya besar (uap "berat") seperti uap brom. Untuk itu digunakan kipas angin listrik pengisap untuk menyaluTkan gas-gas hasil reaksi ke luar laboratorium. Agar pengaliran gas-gas berlangsung dengan baik, konstruksi ruang di dalam lemari harus sedemikian sehingga dapat terjadi aliran gas/udara yang bersifat "garis arus" (streamline), tidak aliran turbulens. Gambar tersebut memperlihatkan satu contoh bentuk bagan bagian dalam lemari yang dapat mengalirkan udara/gas dengan aliran udara/gas turbulensinya kecil.
375
Sebelum menggunakan lemari asap, sebaiknya keadaan lemari asap diperiksa lebih dahulu. Pertama periksa bekerja atau tidak bekerjanya motor penggerak kipas dengan menghidupannya. Setelah dipastikan kipas bekerja, Dengan selembar kertas tipis di dalam lemari asap ketika kipas lemari sedang berputar. Apabila kertas tertarik ke atas berarti lemari asap berfungsi dengan baik. Laju sirkulasi udara sebaiknya tidak kurang dari 0,3 - 0,5 meter per detik.
Gambar 5-24. Lemari asap
Gambar 5-25. Bagan konstruksi lemari asap
376
5.8.7. Sarana Pendukung Laboratorium Kimia
a. Pancuran Hujan (Shower)
Pancuran hujan (shower) digunakan untuk membilas orang yang badan atau pakaiannya terkena cipratan atau tumpahan bahan kimia, lebih-lebih jika bahan kimia itu bersifat korosif. Fasilitas pancuran hujan sebaiknya disediakan pada tempat yang cukup jauh dari meja untuk percobaan sedemikian sehingga semburan airnya tidak membasahi meja kerja siswa atau meja demonstrasi, tetapi mudah dicapai siswa. Gambar 18 memperlihat comoh pancuran hujan (shower) di suatu perguruan tinggi. Diperlukan tirai penutup dari plastik untuk menghindari menyemprotnya air ke mana – mana.
Gambar 5-26. Shower
b. Ventilasi Ciri khas laboratorium kimia ialah adanya bau beraneka ragam,
mulai dari bau yang mungkin menyenangkan sampai ke bau yang menyengat hidung dan bau tidak menyenangkan (busuk). Bau ini
377
tentulah akibat adanya berbagai jenis gas atau uap yang muncul sebagai hasil suatu reaksi kimia, lebih-lebih jika laboratorium tidak dilenigkapi dengan lemari asap. Oleh karena itu, sangatlah disarankan agar ruang laboratorium kimia dan ruang tempat penyimpanan bahan diberi ventilasi buatan ("ventilasi paksa"), di samping ventilasi alamiah yang terjadi karena konveksi.
Gambar 5-27. Kipas sirkulasi udara pada laboratorium kimia
Gambar diatas memperlihatkan jendela suatu laboratorium kimia yang dilengkapi ventilasi paksa. Ventilatornya berupa kipas angin listrik yang dipasang di atas jendela laboratorium. Ventilator yang tata letaknya seperti ini efektif bagi gas yang rapatannya (density) lebih Icecil atau tidak banyak berbeda dengan rapatan udara. Akan tetapi, jika rapatan gas atau uap itu secara signifikan lebih besar daripada rapatan udara, tata letak seperti ini tentulah kurang atau bahIcan tidak efektif. Dalam hal yang demikian, percobaan yang menghasilkan gas atau uap serti itu harus dilakukan di dalam lemari asap.
c. Wadah Limbah dan atau Wadah Sampah Laboratorium kimia termasuk laboratorium yang menghasilkan
limbah yang lumayan banyaknya. Oleh karena itu, laboratorium kimia memerlukan tempat mewadahi limbah dan/atau sampah, terutama limbah atau sampah yang membahayakan kesehatan dan/atau lingkungan. Limbah atau sampah seperti itu tidak boleh dibuang ke
378
dalam bak cuci, dihanyutkan ke dalam saluran limbah rumah tangga, atau dibuang di sebarang tempat, sebab dapat membahayakan lingkungan. Cara membuangnya memerlukan konsultasi dengan ahli lingkungan, misaInya ahli pada dinas lingkungan hidup setempat, atau universitas setempat. Yang dimaksud dengan "sarana lain" di sini adalah alat dan bahan yang keberadaannya sangat diperlukan, seperti air mengalir, listrik, dan gas. Tiap-tiap jenis laboratorium memerlukan jumlah yang berbeda-beda sesuai dengan keperluannya masing-masing.
d. Penerangan Ruang laboratorium memerlukan intensitas penerangan yang
lebih besar daripada ruang kantor. Ini disebabkan di dalam laboratorium banyak dilakukan kegiatan mengamati yang memerlukan kemampuan penglihatan yang lebih baik. Intensitas penerangan minimum yang dianggap mencukupi untuk keperluan laboratorium sekolah adalah 500 lux (lumen/M2). Sebagian daripada keperluan ini, pada siang hari yang cerah, dapat diperoleh dari cahaya matahari yang masuk ke dalam ruang laboratorium melalui jendela kaca. Jika luas jendela kaca tidak mencukupi, intensitas penerangan perlu dibantu dengan menggunakan lampu. Bahkan: pada percobaan- percobaan tertentu. diperlukan penerangan lebih besar berupa lampu "lokal", sejenis lampu meja. Sebagai sumber cahaya sebaiknya digunakan lampu fluoresensi (lampu neon"), sebab cahaya yang dihasilkannya lebih "kaya" akan cahaya putih.
5.8.8. Pengadministrasian Alat dan Bahan
Mengadministrasi alat dan bahan di sini maksudnya mencatat jumlah/banyaknya alat dan bahan yang ada. Adalah kewajiban petugas tertentu pada suatu laboratorium tersebut. Jenis/nama alat dan bahan laboratorium sangat banyak. Spesifikasi setiap jenis/ nama dapat bermacam-macam. Spesifikasi ini perlu diketahui. Jenis/nama, jumlah/banyak, dan spesifikasi alat/bahan, bahkan nama perusahan yang memproduksi atau menjual beserta alamatnya perlu dicatat. Sebaiknya pengadministrasian alat dan bahan laboratorium dilakukan oleh orang yang terlatih khusus untuk menjadi petugas laboratorium seperti teknisi laboratorium atau asisten laboratorium.
379
Hal-hal yang paling penting dicatat ialah nama alat, jumlahnya/ banyaknya, spesifikasinya dan tanggal pengadaan atau tanggal alat dikeluarkan dari catatan. Di samping itu, untuk memudahkan pengadaan kembali alat sejenis, dan permintaan bantuan jika ada masalah, perlu juga dicatat nama pabrik pembuat atau nama perusahan penjuaInya dan kode alat pabrik atau perusahan tersebut.
Pencatatan dapat dilakukan dengan cara tradisional menggunakan buku atau kartu. Bil digunakan kartu, sebaiknya kartu disusun menurut urutan abjad berdasarkan nama alat Dengan cara ini pencarian data mengenai suatu alat dengan nama tertentu dapat dilakukan lebih cepat.
Pada masa ini mungkin lebih baik pencatatan alat dan bahan dilakukan dengan bantuan komputer, menggunakan program yang disebut "basis data" (database). Dengan menggunakan program komputer pencatatan dan pencarian data dengan nama dan spesifikasi tertentu men-jadi lebih mudah dan cepat. Untuk pembuatan programnya dapat dilakukan oleh guru yang mempunyai keahlian dalam memrogram basis data, atau menggunakan jasa pemrogram profesional.
Pencatatan alat sebaiknya dipisahkan dari pencatatan bahan. Setiap nama alat atau bahan yang spesifikasinya tertentu dicatat pada satu satu kartu, terpisah dari halaman atau kartu alat atau bahan sejenis yang spesi-fikasinya berbeda. MisaInya, gelas kimia dengan spesifikasi 500 mI, kaca tahan panas, bermoncong, tidak berskala, dicatat pada halaman atau kartu terpisah dengan halaman atau kartu untuk gelas kimia sejenis, tetapi berskala.
Gambar 5-28. Contoh kartu/ buku pencatatan alat/ bahan
380
Catatan: Kolom "Uraian" diisi dengan uraian singkat tentang masuknya dan keluarnya alat/ bahan yang bersangkutan. MisaInya, jika ada alat masuk (alat bertambah) uraiannya dapat berbunyi pembelian atau pemberian, dsb. Jika alat dikeluarkan (alat berkurang), kolom "Uraian" diisi dengan uraian mengenai penyebab dikeluarkannya suatu alat, misaInya karena pecah atau rusak dan tidak dapat diperbaiki, atau hilang. Kolom "Sisa" diisi sisa alat yang masih perlu dibukukan. Alat yang ada dalam keadaan rusak, tetapi diharapkan masih akan bisa digunakan setelah mengalami perbaikan harus dibukukan. Selain itu juga diperlukan satu buku untuk mencatat alat-alat yang rusak dan yang sedang dalam perbaikan, satu buku untuk mencatat alat-alat atau bahan yang sedang dipesan, dan satu buku harian seperti yang sudah diuraikan di atas.
5.8.9. Pengadaan dan Peneriman Alat-alat dan Bahan
Pengadaan alat dan bahan dapat ditinjau dari dua keadaan yang berbeda, yaitu:
a. Pengadaan untuk laboratorium baru, yang alat-alat dan bahan-bahannya belum ada, dan
b. Melengkapi atau mengganti alat yang rusak atau bahan yang sudah habis terpakai, atau bahan yang sudah habis waktu pakainya (kadaluwarsa) pada laboratorium yang sudah ada.
Hal-hal yang perlu diperhatikan : a. Alat berkualitas baik, tidak mudah rusak sehingga dapat berfungsi
dalam waktu yang lama.Tidaklah mudah bagi guru menetapkan suatu alat itu berkualitas baik, kecuali alat-alat yang strukturnya sederhana dan bersifat statis seperti statif, mistar, klem, bosshead, dan sejenisnya, yang tidak bergerak. Alat-alat bergerak seperti kereta dinamika, pemusing (centrifuge), pewaktu ketik, dan pembangkit getaran, alat-alat ukur, dan alat-alat listrik/elektronik sejenis galvanometer, amperemeter, osiloskop, generator sinyal, dan lainlain, yang kualitasnya ditinjau dari segi ketahanannya, hanya dapat diketahui setelah digunakan dalam waktu yang lama. Kualitas alat ditinjau dari segi ketelitiannya dapat dinilai segera, jika ada "standar” yang dapat digunakan sebagai pembanding. Dengan
381
"standar" di sini dimaksud alat yang sudah diketahui berketelitian baik.
b. Dalam hal alat ukur, ketelitiannya memadai, yaitu di sekitar ±5%
atau lebih baik dari itu. Seperti disebut di butir a di atas, pemeriksaan ketelitian dapat dilakukan segera jika alat pembandingnya ada.
c. Semua alat perlu ada jaminan (garansi) dari pembuat atau
pemasoknya yang menyatakan bahwa kerusakan dijamin dalam keadaan bekerja selama waktu tertentu. Namun, agak sukar menentukan lama waktu garansi, karena ada alat yang penggunaannya mungkin hanya sekali atau beberapa kali dalam setahun.
e. Penerimaan Alat-alat Baru
Alat-alat yang baru diterima perlu diperiksa kesesuaiannya dengan spesifikasi dan jumlah pesanan, atau dengan daftar spesifikasi dan jumlah yang menyertai alat-alat itu.
Spesifikasi dapat menyangkut bahan yang digunakan, kinerja yang diharapkan, dan ukuran fisik yang disebut pada spesifikasi. Spesifikasi mengenai bahan misalnya besi, baja tahan karat, tembaga, kaca borosilikat.
Kinerja menyangkut kemampuan kerja, bekerja atau tidak bekerjanya alat-alat. Jika alat itu alat ukur, kinerja juga berarti ketelitian kemampuan mengukumya. Untuk mengetahui kemampuan mengukumya, perlu memiliki standar sebagai pembanding. Misainya, untuk menguji kinerja neraca atau massa batu timbangan, kinerja neraca yang diuji itu dibandingkan dengan neraca yang diketahui memiliki kinerja baik. Untuk menguji kinerja amperemeter, kinerjanya dibandingkan dengan kinerja amperemeter yang diketahui baik, misalnya dari merek yang sudah terkenal dan masih bekerja baik.
f. Pemeliharaan Umum Alat-alat
Pemeliharan alat bermaksud mencegah terjadinya kerusakan. Kerusakan dapat ditimbulkan oleh beberapa keadaan. Pada pembahasan mengenai penyimpanan sudah dikemukakan suatu
382
keadaan yang dapat menimbulkan kerusakan pada alat, terutama alat-alat yang terbuat dari logam. Keadaan itu adalah keberadaan zat korosif dan udara yang lembab dengan uap air. Itu sebabnya alat-alat yang terbuat dari logam, dan juga alat-alat elektronik, harus dipisahkan dari zat-zat kimia yang bersifat korosif.
Asas pertama dalam memelihara alat dan bahan ialah menjaga kebersihan alat atau kebersihan tempat menyimpan bahan. Kebersihan perlu dilakukan secara periodik, lebih baik lagi jika berjadwal. Asas berikutnya ialah menjaganya atau menghindarkannya dari zat-zat yang korosif terhadapnya, atau mudah bereaksi dengannya. Zat kimia yang termasuk korosif, yang selalu ada di sekitar kita adalah oksigen yang ada di udara. Dibantu oleh uap air, benda-benda yang terbuat dari besi sangat mudah mengalami korosi yang disebut perkaratan. Oleh karena itu, benda-benda yang berbahan besi harus dihindari dari persentuhan dengan udara dan air atau keadaan lembab. Untuk menghindari benda--benda dari keadaan seperti itu, benda-benda dilapisi dengan cat, atau lapisan logam lain yang lebih tahan terhadap oksigen, misalnya seng, kadmium, krom, dan nikel.
1. Alat-alat dari Kaca (Gelas) dan Bahan Tahan Korosi
Kaca (gelas) sering dianggap zat yang "mulia" karena tidak mudah mengalami korosi. Sifat "mulia" kaca hanyalah sampai suatu tingkat saja. Dengan zat-zat kimia tertentu kaca dapat terkorosi (terkikis) dengan relatif mudah. Asam fluorida dengan mudah dapat mengikis kaca. Banyak zat lain juga bersifat "reaktif' terhadap kaca, kuat atau lemah. Oleh karena itu, alat-alat dari kaca, terutama wadah, perlu dibersihkan dengan baik sehabis digunakan. Jika tidak, lama kelamaan benda-benda dari kaca akan tercemari bahan-bahan kimia yang tidak diinginkan sehingga tidak dapat dianggap bersih.
Pembersihan dapat dilakukan dengan menggunakan deterjen. Kaca yang sudah parah dikotori zat-zat kimia mungkin masih dapat dibersihkan dengan merendamnya di dalam asam format, yaitu 100g kalium bikromat dilarutkan ke dalam 100 g asam sulfat pekat, lalu dimasukkan ke dalam 1 liter air.
Alat-alat yang terbuat dari bahan tahan korosi, seperti baja tahan karat (stainless steel) cukup dijaga dengan menempatkannya di tempat yang tidak terlalu lembab, dan sekali-sekali dibersihkan
383
dari debu atau kotoran lain yang melekat padanya. Perlu diketahui, bahwa baja tahan karat pun tidak sepenuhnya tahan korosi. Hanya korosinya berlangsung jauh lebih lambat daripada baja biasa.
2. Alat-alat dari Logam
Banyak alat laboratorium yang sebagian atau seluruhnya terbuat dari logam, terutama besi dan baja bukan tahan karat. Logam-logam lain yang juga banyak digunakan ialah aluminium, kuningan, dan tembaga.
Di laboratorium kimia ada statif, pemusing (centrifuge), kasa, kaki tiga, neraca, dll. Meskipun pada pembuatannya alat-alat logam ini mungkin sudah diberi perlindungan agar tidak mudah mengalami korosi, keadaan pelindungnya perlu diperiksa secara periodik. Jika lapisan pelindung itu rusak, perlu ada upaya memperbaikinya, bila perbaikan itu dimungkinkan. Perbaikan, yang mungkin dila kukan ialah mengecat ulang, apabila pelindung itu berupa cat. Jika pelapisan dilakukan dengan logam, pelapisannya mungkin di luar kemampuan laboratorium sekolah melakukannya. Perlindungan sederhana dapat dilakukan dengan melapisi bagian yang rusak dengan mengoleskan minyak pelumas pada bagian yang rusak.
Alat-alat logam juga akan lebih aman jika diletakkan (disimpan) di tempat yang kering, tidak lembab, dan bebas dari uap yang korosif. Hal ini sudah dibahas juga pada pembahasan mengenai penyimpanan alat di atas.
3. Alat-alat Bergerak
Kerusakan lain dapat terjadi pada alat-alat yang memiliki bagian-bagian bergerak atau berputar. Bagian-bagian alat seperti ini dapat terbuat dari logam, dapat pula dari bahan bukan logam, misal-nya plastik. Ada bagian-bagian alat yang bergesekan satu sama lain, seperti roda dengan poros, ulir dengan ulir, dan gerigi dengan gerigi. Agar tidak mudah aus, bagian-bagian yang bergesekan ini secara periodik harus diberi pelumas. Lapisan minyak di antara bagian-bagian yang bergesekan mengurangi ausnya bagian-bagian itu, dengan demikian memperpanjang umur layanan alat-alat tersebut.
384
g. Kalibrasi Peralatan Alat Laboratorium 1. Kalibrasi Timbangan (Neraca)
a. Pengontrolan Timbangan Timbangan dikontrol dengan menggunakan anak timbangan yang sudah terpasang atau dengan dua anak timbangan eksternal, misal 10 gr dan 100 gr. Penyimpangan berat dicatat pada lembar/kartu kontrol, dimana pada lembar tersebut tercantum pula berapa kali timbangan harus dicek. Jika timbangan tidak dapat digunakan sama sekali maka timbangan harus diperbaiki oleh suatu agen (supplier).
b. Penanganan Timbangan Kedudukan timbangan harus diatur dengan sekrup dan harus tepat horizontal dengan “Spirit level (waterpass) sewaktu-waktu timbangan bergerak, oleh karena itu, harus dicek lagi. Jika menggunakan timbangan elektronik, harus menunggu 30 menit untuk mengatur temperatur. Jika menggunakan timbangan yang sangat sensitif, anda hanya dapat bekerja pada batas temperatur yang ditetapkan. Timbangan harus terhindar dari gerakan (angin) sebelum menimbang angka “nol” harus dicek dan jika perlu lakukan koreksi. Setiap orang yang menggunakan timbangan harus merawatnya, sehingga timbangan tetap bersih dan terawat dengan baik. Jika tidak, sipemakai harus melaporkan kepada manajer lab. timbangan harus dikunci jika anda meninggalkan ruang kerja.
RANGKUMAN :
1. Utilitas pabrik terdiri dari : - Unit penyedia listrik - Unit penyedia air - Unit pengadaan uap - Unit penyedia udara tekan
2. Sumber-sumber air pengisi ketel : - Air sumur - Air kondensat
3. Syarat air pengisi ketel dan air ketel :
385
Spesifikasi Air pengisi ketel Air ketelKesadahan < 0,1 OD <0,1 OD
pH 7,5-8,0 10,0-10,8 TDS Tidak nyata max 1500
PAlkali 50 ppm 300 ppm M Alkali 100 ppM 500 ppm Chlorine Tidak nyata max 70 ppm
Sulfit 30 ppm max 60 ppm Oksigen Tidak nyata - Silikat Tidak nyata
Fe Tidak nyata P205 Max 30 ppm
4. Pengolahan air dapat dilakukan dengan cara pemurnian dan
pelunakan. 5. Pelunakan air yaitu proses penghilangan ion-ion yang terlarut dalam
air dapat melibatkan penukar kation (cation exchanger) yang berupa resin Na (R-Na). Proses-pertukaran-ion natrium merupakan proses yang paling banyak digunakan untuk melunakkan air. Dalam proses pelunakan ini, ion-ion kalsium dan magnesium disingkirkan dari air berkesadahan tinggi dengan jalan pertukaran kation dengan natrium. Bila resin penukar itu sudah selesai menyingkirkan sebagian besar ion kalsium dan magnesium sampai batas kapasitasnya, resin itu di kemudian diregenerasi kembali ke dalam bentuk natriumnya
6. Dalam reaksi pelunakan air di bawah ini, lambang R menunjukkan radikal penukar kation. Resin tersebut menghilangkan ion Ca 2+ dan Mg 2+ penyebab kesadahan. Reaksinya sebagai berikut: CaCO3 + 2 R-Na R2-Ca + Na2C03 MgCO3 + 2 R-Na R2-Mg + Na2C03
7. Reaksi regenerasi menggunakan air gararn (NaCI) dapat dilukiskan sebagai berikut: R2-Ca + 2 NaCI 2 R-Na + CaCl2 R2-Mg + 2 NaCI R-Na + MgCl2
8. Korosi dapat dicegah dengan penghilangan oksigen dan mengatur pH bersifat alkalis. Kerak (scaling) dikendalikan dengan mengikat kesadahan dalam air. Untuk mengendalikan kerak dan korosi digunakan WQ yang berisi natrium bisulfit dan natrium trifosfat.
9. Cooling tower digunakan untuk mendinginkan air kondensat sebelum masuk ke dalam ketel.
386
10. Uap (Steam) sangat berperan penting dalam proses untuk menggerakkan mesin-mesin bertenaga uap dan pemanas awal. Sebuah ketel uap (boiler) digunakan untuk mengubah air menjadi uap dengan pertolongan panas.
11. Ketel yang akan diperiksa, harus dipersiapkan: - Ketel dibersihkan bagian luar dan dalam, bersih dari batu ketel,
lumpur dan kotoran lainnya - Semua lubang uap/air/ peralatan keteldisumbat dengan baik - Semua bagian ketel yang dipandang dapat menghambat
pemeriksaan, dilepas. 12. Pemeriksaan ketel dibagi menjadi dua macam yaitu pemeriksaan
dalam dan pemeriksaan luar. Periode pemeriksaan, untuk ketel kapal dilakukan 1 tahun sekali, sedangkan ketel darat: pemeriksaan dalam 3 – 4 tahun sekali dan pemeriksaan luar 2 tahun sekali.
13. Hal yang penting dalam pemeriksaan dalam adalah : - keadaan bahannya - apakah bahannya tidak rusak setempat - apakah tidak terdapat rengat-rengat pada tempat-tempat
tikungan - apakah penguat-penguat masih cukup kuat Cara memeriksanya : 5. dengan pancaindra 6. dengan pukulan-pukulan palu, dan suaranya didengar 7. dengan alat magnet 8. dengan sinar rontgent
14. Hal yang penting dalam pemeriksaan luar adalah : 3. menyelidiki sambungan-sambungan ketel bila terjadi kebocoran 4. menyelidiki perubahan bentuk (pada bagian datar) Cara memeriksanya: 5. ketel diisi dengan air sampai penuh (air dingin atau hangat, tidak boleh dengan uap) 6. setelah semua lubang tertutup rapat kemudian dipres dengan
pres tangan (pompa tangan) 7. kemudian dilihat kemungkinan adanya kebocoran 8. tekanan ketel waktu dicoba dibuat lebih tinggi dibanding waktu
kerja (waktu paling lama 15 menit) 15. Beberapa macam bahan bakar yang dikenal adalah:
387
Bahan bakar fosil, seperti: batubara, minyak bumi, dan gas bumi. Bahan bakar nuklir, seperti: uranium dan plutonium. Pada bahan bakar nuklir, kalor diperoleh dari hasil reaksi rantai penguraian atom-atom melalui peristiwa radioaktif. Bahan bakar lain, seperti: sisa tumbuh-tumbuhan, minyak nabati, minyak hewani.
16. Bahan bakar konvensional, ditinjau dari keadaannmya dan wujudnya adalah : - Padat - Cair - Gas
17. Cara untuk menyimpan alat dan bahan untuk laboratorium, yaitu: - Semua alat dan bahan disimpan di dalam ruang khusus
menggunakan lemari dan/atau rak penyimpanan. - Alat dan bahan kimia sebaiknya ditempatkan di dalam ruang
yang terpisah. - Setiap ruang penyimpanan harus memiliki sistem ventilasi
alamiah yang baik agar ruang tidak menjadi lembab dan dipenuhi uap/gas bahan-bahan kimia, terutama bahan-bahan korosif.
18. Membersihkan area kerja - Ruang dan meja kerja di Laboratorium harus selalu dalam
keadaan bersih. - Apabila terjadi tumpahan bahan kimia maka meja kerja harus
selalu dibersihkan. Meja kerja harus segera dibersihkan setelah terjadi tumbahan zat / bahan kimia.
- Apabila bahan kimia yang tumpah tersebut cukup / sangat berbahaya, selain dibersihkan dengan lap, tangan harus dilindungi oleh sarung tangan.
- Untuk membersihkan laboratorium dari gas-gas dapat dipasang exhaust fan dan atau lemari asam. Lemari asam merupakan alat yang paling sering digunakan untuk menghilangkan gas, debu, kabut, uap dan asap dari kegiatan laboratorium untuk meminimalkan timbulnya racun dan konsentrasi bahan yang mudah terbakar.
CONTOH SOAL :
388
1. Suatu resin sintetis penukar ion digunakan untuk mengurangi kadar ion Cu2+ dalam larutan buangan Iimbah industri. Umpan mengandung garam CuSO4 sebanyak 20 mg ekivalen (meq) Cu2+/liter larutan dan laju alir umpan 10000 galon/jam. Operasi dilakukan secara kontinu, dan regenerasi terhadap resin dilakukan secara berlawanan arah pada menara tegak (vertical column). Hasil pengolahan menunjukkan bahwa 99% ion Cu2+ dari larutan umpan dapat dikurangi. Proses regenerasi dilakukan dengan menggunakan larutan asam sulfat (H2SO) 2 N.
Perolehan ion Cu2+ Laju alir cairan adalah 2,2 liter/jam. cm2, kecepatan perpindahan massa 2.0 meq ion Cu2+/ (jam) (gr resin) (meq Cu2+/liter). Resin yang telah diregenerasi mengandung 0.30 meq ion Cu2+/Cu2+/gram serta 1,2 kali kecepatan perpindahan ion Cu2+ dalam resin minimum rasio larutan yang akan digunakan. Regenerasi resin Kecepatan aliran dan kecepatan perpindahan massa masing-masing adalah 0,17 liter/(jam)(cm2) dan 0,018 meq ion Cu2+/ (jam)(g resin) (meq ion Cu2+/liter). H2SO4 yang digunakan mempunyai kadar 70%. Hitunglah : a. kecepatan perpindahan ion Cu2+ (gr/jam) dalam resin b. hold-up resin (Ib) c. kebutuhan karbon (Ib) per 1000 lb larutan d. kebutuhan karbon (lb) per 100 lb larutan bila aliran berlangsung
secara berlawanan arah. Kesetimbangan untuk pertukaran ion Cu2+ - H+ telah disediakan oleh Selke dan Bliss yang mempunyai dua batas harga konsentrasi, yaitu antara 20 meq kation/liter dan 2000 meq kation/ liter. Hal ini ditunjukkan oleh Gambar 5.29 berikut.
389
Gambar 5.29. Kurva penyelesaian contoh 1
a. Pertukaran ion Cu2+ b. Regenerasi resin Perolehan ion Cu2+ Larutan umpan = 10000 gal/jam = (10000 gal/jam)(3,785 liter/gal) = 37850 liter/jam c1 = 20 meq ion Cu2+/liter c2 = 0,01 (20) = 0.2 meq ion Cu2+/liter Cu2+ yang diolah = (37850 liter/jam)(20-0.20) meq Cu2+/liter
= 750.000 jamCumeq +2
(jawab a)
X2 = 0,30 meq Cu2+/gram. Titik (c2,X2) dapat ditunjukkan di Gambar 6.3 di atas. Untuk resin minimum larutan dan garis operasi dalam kesetimbangan dengan konsentrasi c1.
Kecepatan resin minimum = gCumeq
jamCumeq/)30,09,4(
/75000002
2
+
+
−
390
= 163000 gr/jam. Untuk 1.2 kali kecepatan resin minimum :
= 1,2 (163000) gr/jam = 196000 gr/jam = 430 lb/jam.
Neraca massa untuk Cu : 750000 = 196000(X1 - 0.30) X1 = 4,12 meq Cu2+ gr resin
Kemudian dibuat garis operasi yang melalui titik (c1,X1) di Gambar-6.3a di atas. Bila diberikan data-data konsentrasi dalam kesetimbangan :
c 20 16 12 8 4 2 1 0.2
c* 2,4 1,9 0,5 0,25 0,10 0,05 0,02 0
*1cc −
0,057 0,071 0,087 0,13 0,26 0,51 1,00 5
Catatan :c = konsentrasi ion Cu2+ dalam mg/liter larutan Jumlah resin dalam kolom : Ls.dX = GS.dY = Ky . ap (Y-Y*) dz (1)
V.dC = s
pL aKρ.
(c_c*) d (SZ s) (2)
atau
SZ s = spL aK
Vρ.
−
1
2*)(
c
c ccdc
(3)
Dari data-data di atas, dapat dibuat kurva hubungan antara 1/(c- c*) sebagai ordinat dan c sebagai absis, sehingga harga integral dapat dihitung secara grafis, yaitu dengan menghitung luas daerah di bawah kurva. Luas daerah di bawah kurva = 5,72. Hold-up resin = 5,72 x 37850 liter/jam = 108,300 gram
= 239 lb. Regenerasi resin Ion Cu2+ yang ditukar = 750000 meq/jam ekivalen dengan sejumlah
391
meq ion H+/jam. Kadar asam sulfat sebesar 70 %, maka umpan yang diolah harus mengandung ion H+ sebesar :
Ion H+ = jammeq /70.0
750000
= 1.071.000 meq/jam = 536 liter/jam.
X1 = 0.30 meq Cu2+/gr mesin ; c1 = 0 X2 = 4.12 meq Cu2+/gr resin ; c2 = 750000/536
= 1400 meq Cu2+/liter Titik (c1, X1) dan (c2,X2) dapat ditarik garis operasi yang ditunjukkan oleh Gambar 3.3b di atas. Integrasi terhadap laju alir yaitu garis operasi dan garis kesetimbangan berbentuk linier ditulis sebagai berikut :
V(c*-c) = s
pL aKρ
(SZ s)(c*-c)m (4)
Dengan (c* - c)m = rata-rata logaritma (logarithmic average) gaya dorong di
kolom (c*1 – c1) = 120 - 0 = 120 meq ion Cu2+/liter (c*2
- c2) = 1700 - 1400 = 300 meq ion Cu2+/liter
(c* - c)m = ( ))*/()*(*
1122
22
ccccIncc
−−−
= )120/300(
120300In
−
= 196,5 meq ino Cu2+/liter Data-data yang diperoleh di atas disubstitusikan ke Persamaan (4), maka hold-up resin yang diregenerasi di dalam kolom adalah :
750.000 = 0.018 (SZps) (196.5) Jadi, SZ s = 212.000 gram = 476 lb. (jawab b)
Ls1 = 01
10 )(XXYYG
−−
= 0565
)3,36,9(1000−
− = 11,14 lb
392
Ls2 = 12
21 )(XXYYG
−−
= 0270
)96,03,3(1000−−
= 8,67 lb
Jadi, (Ls1 + Ls2) = 11,14 + 8,67
= 19,81 tan1000 larulb
karbonlb (jawab c)
Cara lain : Sebagai alternatif untuk perhitungan di atas, adalah memakai persamaan Freundlich, maka diperoleh : Untuk : Y2/Y0 = 0,96/9,6 = 0,10 ; n = 1,66 dari Gambar 5.20 diperoleh : Y1/Yo = 0.344
Y1 = 0,344 Yo = 0,344 (9,6) = 3,3
81
GLs = nmY
YY/1
1
10
)/(−
= 66,1/15 )]10.91,8/(3,3[(3,36,9−
−
= 0,01114 tanlarulb
karbonlb (di tahap – 1)
81
GLs = nmY
YY/1
2
10
)/(−
= 166,1/15 )]10.91,8/(6,0[(96,03,3−
−
= 0,00867 tanlarulb
karbonlb (di tahap – 2)
∴Total karbon yang diperlukan per 1000 lb larutan : = 1000 (0,01114 + 0,00867)
= 19,81 tan100 larulb
karbonlb
Yo = 9,6 ; Y1 = 0,96 ; XN+1 = 0 Agar diperoleh dua tahap operasi, maka Ietak garis operasi di Gambar 6.3 di atas dapat ditentukan secara coba-coba. Dari gambar tersebut diperoleh pada titik E, X1 = 675.
Ls = 11
20 )(
+−−
N
s
XXYYG
= 0675
)96,06,9(100−−
lb karbon
393
= 12,8 tan1000 larulb
karbonlb
Alternatif : Y2/Yo
= 0,96/0,96 = 0,10 ; n = 1,66 ; dari Gambar 5.24, maka diperoleh Y2/Y1 = 0,217 atau Y1 = Y2/0,217 = 0,96/0,217 = 4,42 Kebutuhan karbon per 1000 lb larutan :
∴Ls = 1000 (0,0218) = 12,8 tan1000 larulb
karbonlb
Komentar : Ternyata kebutuhan karbon (adsorben) untuk aliran berlawanan arah lebih kecil dari pada proses partaian untuk jumlah tahap sama.
LATIHAN SOAL: Suatu gas nitrogen-dioksida (NO2) dihasilkan dengan menggunakan proses panas yaitu adsorpsi udara pada silika gel yang berlangsung secara kontinu dengan aliran counter-current. Gas yang masuk mengandung 1,5 % volume gas N2 dan laju alirnya sebesar 1000 lb/jam. Operasi berlangsung secara isothermal, yang itu pada 25°C dan tekanan 1 atmosfer serta 90 % gas N2 yang masuk dapat diadsorpsi. Pada saat dimasukkan, silica gel babas gas N2. Data-data eksoterm kesetimbangan adsorpsi dapat diberikan sebagai berikut :
Tek. parsial N2
(mmHg) 0 2 4 6 8 10 12
gr N2 100 gr gel
0 0.4 0.9 1.65 2.60 3.65 4.85
Hitunglah : a. Jumlah berat minimum gel yang diperlukan/jam b. Bila kecepatan gel minimum diperbesar menjadi dua kali perkirakan
jumlah unit transfer yang diperlukan Suatu kolom adsorpsi diisi dengan resin sintetis penukar kation (asam sulfonat), sehingga membentuk unggun diam (fixed-bed) Larutan umpan
394
4mengandung 0,120 meq Na+ /cm3 dilewatkan unggun tersebut dengan kecepatan 0,31 cm/det. Dalam kondisi jenuh (saturation), resin mengandung 2.02 meq Na+/cm3 resin. Adsorptivitas relatif untuk Na+ terhadap H +, a = 1.20 (kontan). Konstanta perpindahan massa cairan, KL . p = 0.86 vL
0,5,
yaitu vL adalah kecepatan aliran cairan dalam cm/detik. a. Tetapkan konsentrasi breakpoint sebesar 5% dari konsenrasi larutan
umpan bila diasumsikan bahwa konsentrasi larutan efluen (keluaran) sebesar 95 % dari konsentrasi larutan umpan
b. Perkiraan volume efluen pada titik breakpoint dinyatakan dalam c3/cm2 luas penampang unggun
CATATAN : a. KL . p dalam meq Na+/(det) (cm3) (meq/cm3) b. Breakpoint - titik belok.g
395
BAB VI KESELAMATAN DAN KESEHATAN KERJA
6.1. PENDAHULUAN
Di dalam memasuki Era Globalisasi, maka upaya Keselamatan dan Kesehatan Kerja harus mendapatkan perhatian yang serius bagi dunia industri, hal ini dikarenakan dengan adanya kecelakaan kerja termasuk penyakit akibat kerja, peledakan dan kebakaran serta pencemaran lingkungan kerja, akan menurunkan kredibilitas dari suatu perusahaan tersebut di mata pembeli/pemakai produknya.
Adapun mengenai upaya Keselamatan dan Kesehatan Kerja yang dimaksudkan untuk memberikan jaminan Keselamatan dan meningkatkan derajat Kesehatan para pekerja/buruh dengan cara pencegahan kecelakaan dan penyakit akibat kerja, pengendalian bahaya di tempat kerja, promosi kesehatan, pengobatan dan rehabilitasi. Selanjutnya dengan perkembangan dunia industri maka dirasa perlu melaksanakan Keselamatan dan Kesehatan Kerja, yang pada dasarnya ialah bagaimana kita melaksanakan industri/berproduksi dengan aman, nyaman, tidak ada gangguan kecelakaan kerja termasuk peledakan, kebakaran, penyakit akibat kerja dan pencemaran lingkungan kerja.
Apa sebab dikatakan pencemaran lingkungan kerja, karena Undang-Undang kita tentang Keselamatan Kerja, ialah mengatur mengenai tempat kerja agar jangan sampai terjadi pencemaran di lingkungan kerja atau tempat kerja. Yang akibatnya apabila tidak mendapatkan perhatian yang serius dari perusahaan akan menjalar menjadi pencemaran lingkungan di luar tempat kerja, dan mengakibatkan penderitaan bagi masyarakat di lingkungan perusahaan, akhirnya perusahaan akan mendapatkan perlawanan dari masyarakat di sekitar lingkungan tersebut. Sehingga keberadaan perusahaan tersebut menjadikan tidak aman, nyaman dan sejahtera bagi tenaga kerja maupun masyarakat di lingkungannya. Selanjutnya dengan adanya pelaksanaan keselamatan dan kesehatan kerja ini maka diharapkan agar setiap tenaga kerja yang bekerja di tempat kerja mendapatkan rasa aman, nyaman dan sejahtera, tujuan keselamatan dan kesehatan kerja akan tercapai. Untuk mencapai tujuan keselamatan dan kesehatan kerja telah diupayakan adanya Sistem Manajemen Keselamatan dan Kesehatan Kerja, yang pada prinsipnya harus adanya Komitmen dari
396
Pengusaha dan ditulis menjadi KEBIJAKAN KESELAMATAN DAN KESEHATAN KERJA antara lain berisi apa yang diharapkan oleh Pengusaha dalam melaksanakan Keselamatan dan Kesehatan Kerja di perusahaan yang bersangkutan. 6.1.1. Pengertian K3
Untuk mempelajari keselamatan dan kesehatan kerja diperlukan pengertian mengenai istilah yang terdapat di dalam uraian yang akan kita pelajari, sehingga tidak akan terjadi kesalahan pengertian/maksud.
Keselamatan dan Kesehatan Kerja a. Secara Etimologis
Ialah memberikan upaya perlindungan yang ditujukan agar tenaga kerja dan orang lain di tempat kerja selalu dalam keadaan selamat dan sehat dan agar setiap sumber produksi perlu dipakai dan digunakan secara aman dan efisien.
b. Secara Filosofi Ialah suatu konsep berfikir dan upaya nyata untuk menjamin kelestarian tenaga kerja dan setiap insan pada umumnya beserta hasil karya dan budaya dalam upaya mencapai masyarakat adil, makmur dan sejahtera.
c. Secara Keilmuan Adalah suatu cabang ilmu pengetahuan dan penerapan yang mempelajari tentang cara penanggulangan kecelakaan di tempat kerja lainnya.
6.1.2. Fakta Tentang K3
Riset yang dilakukan badan dunia ILO menghasilkan kesimpulan, setiap hari rata-rata 6.000 orang meninggal, setara dengan satu orang setiap 15 detik, atau 2,2 juta orang per tahun akibat sakit atau kecelakaan yang berakibatkan dengan pekerjaan mereka. Jumlah pria yang meninggal dua kali lebih banyak ketimbang wanita, karena mereka lebih mungkin melakukan pekerjaan berbahaya. Secara keseluruhan, kecelakaan di tempat kerja telah menewaskan 350.000 orang. Sisanya meninggal karena sakit yang diderita dalam pekerjaan seperti membongkar zat kimia beracun (ILO, 2003).
397
Kecelakaan kerja tidak harus dilihat sebagai takdir, karena kecelakaan itu tidaklah terjadi begitu saja. Kecelakaan pasti ada penyebabnya. Kelalaian perusahaan yang semata-mata memusatkan diri pada keuntungan, dan kegagalan pemerintah untuk meratifikasi konvensi keselamatan internasional atau melalukan pemeriksaan buruh, merupakan dua penyebab besar kematian terhadap pekerja. Negara kaya sering mengekspor pekerjaan berbahaya ke negara miskin dengan upah buruh yang lebih murah dan standar keselamatan pekerjaan yang lebih rendah.
Selain itu, di negara-negara berkembang seperti Indonesia, undang-undang keselamatan kerja yang berlaku tidak secara otomatis meningkatkan kondisi di tempat kerja, disamping hukuman yang ringan bagi yang melanggar aturan. Padahal meningkatkan standar keselamatan kerja yang lebih baik akan menghasilkan keuangan yang baik. Pengeluaran biaya akibat kecelakaan dan sakit yang berkaitan dengan kerja merugikan ekonomi dunia lebih dari seribu miliar dolar (850 miliar euro) di seluruh dunia, atau 20 kali jumlah bantuan umum yang diberikan pada dunia berkembang. Di AS saja, kecelakaan kerja merugikan pekerja puluhan miliar dolar karena meningkatnya premi asuransi, kompensasi dan menggaji staf pengganti.
Angka keselamatan dan kesehatan kerja (K3) perusahaan di Indonesia secara umum ternyata masih rendah. Berdasarkan data organisasi buruh internasional di bawah PBB (ILO), Indonesia menduduki peringkat ke-26 dari 27 negara. Grafik di halaman berikut menunjukkan kondisi Indonesia di tahun 2002-2003.
398
Persentase perusahaan besar yang telah menerapkan K3 tahun 2003
Belum menerapkan;
14726 bh; 98%
Telah menerapkan; 317 bh; 2%
Gambar. 6.1. Persentase perusahaan besar yang telah menerapkan K 3 tahun 2003
Cacat Sebagian; 5400; 10%
Kematian; 1048; 2%
Kecelakaan Ringan;
45234; 87%
Cacat Total; 317; 1%
Gambar 6.2 Tabel kecelakaan kerja tahun 2002 – 2003
399
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
2002 2003
Gambar 6.3. Grafik kecelakaan di industri tahun 2002 – 2003
Gambar 6.3 tersebut menunjukkan, grafik kecelakaan di industri tahun 2002-2003, penerapan K3 di perusahaan-perusahaan Indonesia masih jauh dari yang diharapkan. Padahal kalau kita menyadari secara nyata bahwa volume kecelakaan kerja juga menjadi konaibasi untuk melihat kesiapan daya saing. Jika volume ini masih terus tinggi, Indonesia bisa kesulitan dalam menghadapi pasar global. JeIas ini akan merugikan semua pihak, termasuk perekonomian kita. Juga terjadi ketidakefisienan sehingga tidak bisa bersaing.
Jadi, berdasarkan fakta-fakta sebagaimana dikemukakan di depan dapat disimpulkan, perkembangan dan pertumbuhan suatu bangsa, baik sekarang maupun yang akan datang tentunya tidak bisa lepas dari peranan proses industrialisasi. Maju mundurnya suatu industri sangat ditunjang oleh peranan tenaga kerja (baca: buruh). Untuk dapat membangun tenaga kerja yang produktif, sehat, dan berkualitas perlu adanya manajemen yang baik, terutama yang terkait dengan masalah Keselamatan dan Kesehatan kerja (K3).
K3 yang termasuk dalam suatu wadah higiene perusahaan dan kesehatan kerja (hiperkes) terkadang terlupakan oleh para pengusaha. Padahal. K3 mempunyai tujuan pokok dalam upaya memajukan dan mengembangkan proses industrialisasi, terutama dalam mewujudkan
400
kesejahteraan para buruh.
Tujuan dari Sistem Manajemen K3 adalah: 1. Sebagai alat untuk mencapai derajat kesehatan tenaga kerja yang
setinggi-tingginya, baik buruh, petani, nelayan, pegawai negeri, atau pekerja-pekerja bebas.
2. Sebagai upaya untuk mencegah dan memberantas penyakit kecelakaan-kecelakaan akihat kerja, memelihara, dan meningkatkan kesehatan dan gizi para tenaga keija, merawat dan meningkatkan efisiensi dan daya produktivitas tenaga manusia, memberantas kelelahan kerja dan melipatgandakan gairah serta kenikmatan bekerja.
Lebih jauh sistem ini dapat memberikan perlindungan bagi masyarakat sekitar suatu perusahaan agar terhindar dari bahaya pengotoran bahan-bahan proses industrialisasi yang bersangkutan, dan perlindungan masyarakat luas dari bahaya-bahaya yang mungkin ditimbulkan oleh produk-produk industri.
Dalam konteks ini, kiranya tidak berlebihan jika K3 dikatakan merupakan modal utama kesejahteraan para buruh/tenaga kerja secara keseluruhan. Selain itu, dengan penerapan K3 yang baik dan terarah dalam suatu wadah industri tentunya akan memberikan dampak lain, salah satunya adalah sumber daya manusia (SDM) yang berkualitas. Di era pasar bebas tentu daya saing dan suatu proses industrialisasi semakin ketat dan sangat menentukan maju tidaknya pembangunan suatu bangsa.
Dalam pasar bebas tingkat ASEAN saja yang dikenal dengan istilah AFTA (ASEAN Free Trade Area) sangat dibutuhkan peningkatan produktivitas kerja untuk dapat bersaing dan mampu menghasilkan barang dan jasa yang bermutu tinggi. Untuk itu, penerapan peraturan perundang-undangan dan pengawasan serta perlindungan para buruh/ karyawan sangat memerlukan sistem manajemen industri yang baik dengan menerapkan K3 secara optimal. Sebab, faktor Keselamatan dan Kesehatan kerja sangat mempengaruhi terbentuknya SDM yang terampil, profesional, dan berkualitas dari tenaga kerja itu sendiri. Hingga kini masih banyak kasus kecelakaan kerja yang tejadi di negara kita. Itu bisa menjadi modal utama dalam upaya menjadikan sistem ini sebagai langkah awal. Dalam kaitan ini peranan pemerintah dan beberapa instansi terkait diharapkan bisa menekan tingkat kecelakaan dan memberikan perlindungan maksimal terhadap
401
tenaga kerja. Sebab, proses industrialisasi merupakan salah satu faktor yang dapat mempengaruhi kemajuan di sektor ekonomi. Inilah sebenarnya yang perlu mendapat perhatian khusus dari pemerintah dan para pengusaha di negeri ini. 6.1.3. Sistem Manajemen K3 dan Manfaat Penerapannya
A. Sejarah Sistem Manajemen K3
Dibandingkan dua kerabat dekatnya, Sistem Manajemen Mutu ISO 9001:2000 dan Sistem Manajemen Lingkungan ISO 14001 : 2004, Sistem Manajemen K3 memang belum begitu populer. Standar yang sekarang kita kenal seperti OHSAS 18001:1999 pun tidak diterbitkan oleh Lembaga Standardisasi Dunia (ISO), tapi melalui kesepakatan badan-badan sertifikasi yang ada di beberapa negara.
Sistem Manajemen K3 sebenarnya telah mulai diterapkan di Malaysia pada tahun 1994 dengan dikeluarkannya Undang-undang Keselamatan dan Kesehatan Kerja pada 1996. Lembaga ISO juga telah mulai merancang sebuah Sistem Manajemen K3 dengan melakukan pendekatan terhadap Sistem Manajemen Mutu ISO 9000 dan Sistem Manajemen Lingkungan ISO 14000. Hasil work-shop yang diadakan saat itu adalah didapatkan agar ISO menghentikan upayanya: membangun sebuah Sistem Manajemen K3 sejenis ISO 9000 dan ISO 14000. Alasannya kala itu adalah K3 merupakan struktur yang bersifat tiga pihak (tripartie) maka penyusunan sebuah ketentuan Standar Sistem Manajemen K3 diserahkan ke masing-masing negara.
Pada tahun 1998, The Occupational Safety and Health Branch (Sekarang: Safe Work) ILO bekerja lama dengan the International Occupational Hygiene Association (IOHA) melakukan identifikasi elemen-elemen kunci dari sebuah Sistem Manajemen K3.
Pada akhir tahun 1999, anggota Lembaga ISO yaitu British Standards Institution (BSI) meluncurkan sebuah proposal resmi (Ballot document ISO/TMBI TSP 190) untuk membuat sebuah Komite Teknik ISO yang bertugas membuat sebuah Standar Internasional Nonsertifikasi. Hal ini menimbulkan persaingan dengan ILO yang sedang mempopulerkan Sistem Manajemen K3. ILO sendiri didukung oleh International Organization of Employers (IOE) dan the International
402
Confederation of Free Trade Unions (ICFTIT) dan afiliasi-afiliasinya. Akibatnya proposal yang diusulkan oleh BSI pun ditolak. Draf final yang disusun ILO dihasilkan awal tahun 2001. Hasil pertemuan pada April tahun 2001 the ILO Guidelines on OSH Management System (THE ILO/OSH 2001).
THE ILO/OSH 2001 merupakan model yang unik. Selain dapat disesuaikan dengan sistem manajemen lainnya, ia tidak ditujukan untuk menggantikan undang-undang di negara bersangkutan tidak mengikat dan tidak mempersyaratkan sertifikasi. Akan tetapi pada tahun 1999 BSI dengan badan-badan sertifikasi dunia meluncurkan juga sebuah Standar Sistem Manajemen K3 yang diberi nama Occupational Health and Safety Management Systems (OHSAS 18001). Struktur yang dimiliki THE ILO/OSH 2001 pun memiliki kesamaan dengan OHSAS 18001.
B. Sistem Manajemen K3 Di Beberapa Negara
Sebuah kabar baik, beberapa negara di dunia sudah mengembangkan sendiri sebuah Sistem Manajemen K3. Berarti ini menunjukkan adanya perhatian yang kuat dari negara-negara tersebut. Kebanyakan sistem yang ditetapkan di negara bersangkutan dibuat dalam bentuk sebuah undang-undang atau ketetapan menteri. Di India dan Malaysia, Peraturan K3 yang dibuat dalam istilah umum hanya menyebutkan bahwa pengusaha bertanggung jawab dalam mengelola K3, dan tidak secara khusus menjelaskan suatu Sistem Manajemen K3. Di Australia, penerapan Sistem Manajemen K3 diatur di tingkat negara bagian. Pemerintah Australia dan Selandia Baru telah melakukan kesepakatan normal untuk membuat sebuah organisasi dunia yang dikenal dengan the Joint Accreditation System of Austalia and New Zealand (JAS-ANZ). Cina dan Thailand membuat sebuah Standar Sistem Manajemen K3 yang dikenal dengan OHSMS Trial Standard dan TIS 18000 Series. Jadi setiap negara melakukan pendekata yang berbeda termasuk pihak yang bertanggung jawab dalam menetapkan ketentuan tersebut, walau pada intinya memiliki tujuan yang lama. Dalam tabel di halaman sebelah akan kita lihat fungsi pemerintah dalam Sistem Manajemen K3.
403
Tabel 6.1 Fungsi pemerintah dalam sistem managemen K3
Negara Penanggung jawab Aturan Isi Sistem Sertifikasi
Australia – Selandia Baru
Komisi Nasional K3 Gubernur Negara Bagian, Agensi yang terkait pada JAS-ANZ
(the National OHS. Improvement Framework by NQHSC)
Pedoman bagi Negara-negara, dukungan untuk AS/NZS 480
Pengendali JAS-ANZ yang diakreditasi badan sertifikasi SMK3
China Komisi Nasional Ekonomi dan Perdagangan, Biro Nasional Pengawas Keamanan Produksi
OHSMS Trial Standar Materi Pedoman bagi biro dan komisi pedoman
Akreditasi Organisasi Sertifikasi dan Komisi Registrasi Auditor Komisi Pedoman
Hongkong Departemen Perburuhan Kerangka kerja Parlemen untuk SMK3*
Pedoman dewan K3
Rencana audit safety OSHC
India Menteri Perburuhan, Direktorat Jenderal Industri dan Inspektorat Propinsi
(Standar K3) NA Bukan pada tingkat nasional
Indonesia Menteri Tenaga Kerja dan Transmigrasi
Ketetapan Menteri tentang SMK3 dan ketetapan audit
Pedoman dan audit berdasarkan hasil audit
Tiga kategori sertifikasi
Jepang Menteri Kesehatan, Perburuhan dan Kesejahteraan
Peraturan tentang Pedoman SMK3
Pedoman bap kegiatan SMK
Tidak ada sertifikasi resmi
Korea Menteri Perburuhan, Korea Occupational Safety and Health Agency (KOSHA)
Pedoman SMK3 Kode KOSHA pada SMK3 dan Program KOSHA 2000
Sertifikasi Program KOSHA 2000
Malaysia Menteri Sumber Daya Manusia
(Undang-undang K3) OHSAS 1800 bagi standar organisasi
Sertifikasi OHSAS 18001oleh SIRIM QAS Sdn Bhd
Singapura Menteri Tenaga Kerja Regulasi Industri Kode praktis untuk SMK3
Tidak mempersyaratkan sertifikasi
Thailand Menteri Perburuhan dan Kesejahteraan Sosial dan Perindustrian
TIS 18000 Pedoman SMKS khususnya bagi perusahaan kecil dan menengah
Sertifikasi TIS 18000 oleh institusi sertifikasi sistem manajemen.
*SMK3: Sistem Manajemen K3
404
C. Hubungan OHSAS 18001 Dan Permenaker 05/Men/1996
Seperti telah dijelaskan sebelumnya, ISO 9000 dan ISO 14000 diterbitkan oleh lembaga ISO yang berkedudukan di Jenewa, Swiss, sedangkan OHSAS 18000 diterbitkan atas kerjasama organisasi-organisasi dunia, antara lain :
1. National Standards Authority of Ireland 2. South African Bureau of Standards 3. Japanese Standards Association 4. British Standards Institution 5. Bureaus Veritas Quality International 6. Det Norske Veritas 7. Lyoyds Register Quality Assurance 8. National Quality Assurance 9. SFS Certification 10. SGS Yarslev International Certification Services 11. Association Espanola de Normalization y Certification 12. Intenvitional Safety Management Organization Ltd 13. SIRIM QAS Sdn Bdn 14. International Certification Services 15. The High Pressure Gas Safety Intitute of Japan 16. The Engineering Employers Federation 17. Singapore Productivity and Standards Board 18. Institute Mexicano de Normalization Certificacion
OHSAS 18000 yang sekarang kita kenal memiliki struktur yang mirip dengan ISO 14001:1996. Dengan demikian OHSAS 18001 lebih mudah diintegrasikan dengan ISO 14000, walau dapat juga diintegrasikan dengan ISO 9000.
Indonesia sendiri juga telah mengembangkan Sistem Manajemen K3 sejenis yang dikenal Permenaker 05/Men/1996. Berbeda dengan OHSAS 18000 vang sistem auditnya hampir sama dengan ISO 14000 atau ISO 9000 yang diaudit oleh badan sertifikasi manapun, maka khusus untuk Permenaker 05/Men/1996 yang merupakan penilaian penilaian kinerja hanya bisa diaudit oleh Sucofindo. Perbedaan lain dari OHSAS 18001 dan Permenaker 05/Men/1996 adalah Permenaker 05/Men/1996 memiliki pembagian jumlah/jenis elemen untuk jenis
405
perusahaan yang tergantung pada besar kecil perusahaan yang bersangkutan. Sedang persyaratan untuk OHSAS 18001 berlaku untuk semua jenis organisasi tanpa memperhatikan besar kecilnya perusahaan itu.
Penerapan Permenaker 051Men/1996 dibagi menjadi tiga tingkatan: 1. Perusahaan kecil atau perusahaan dengan tingkat risiko rendah
harus menerapkan sebanyak 64 kriteria. 2. Perusahaan sedang atau perusahaan dengan tingkat resiko
menengah harus menerapkan sebanyak 122 kriteria. 3. Perusahaan besar atau perusahaan dengan tingkat risiko tinggi
harus menerapkan sebanyak 166 kriteria.
Keberhasilan penerapan Permenaker 05/Men/1996 di tempat kerja diukur sebagai berikut : 1. Untuk tingkat pencapaian penerapan 0-59% dan pelanggaran
peraturan perundangan (nonconformance) dikenai tindakan hukum. 2. Untuk tingkat pencapaian penerapan 60-84% diberikan sertifikat dan
bendera perak. 3. Untuk tingkat pencapaian penerapan 85-100% diberikan sertifikat
dan bendera emas.
D. Manfaat Penerapan Sistem Manajemen K3
1. Perlindungan Karyawan
Tujuan inti penerapan sistem manajemen keselamatan dan kesehatan kerja atau K3 adalah memberi perlindungan kepada pekerja. Bagaimanapun, pekerja adalah aset perusahaan yang harus dipelihara dan dijaga keselamatannya. Pengaruh positif terbesar yang dapat diraih adalah mengurangi angka kecelakaan kerja. Kita tentu menyadari, karyawan yang terjamin keselamatan dan kesehatannya akan bekerja lebih optimal dibandingkan karyawan yang terancam K3-nya. Dengan adanya jaminan keselamatan, keamanan, dan kesehatan selama bekerja, mereka tentu akan memberikan kepuasan dan meningkatkan loyalitas mereka terhadap perusahaan.
406
2. Merperlihatkan kepatuhan pada peraturan dan undang-undang
Banyak organisasi yang telah mematuhi peraturan menunjukkan eksistensinya dalam beberapa tahun. Kita bisa saksikan bagaimana pengaruh buruk yang didapat bagi perusahaan yang melakukan pembangkangan terhadap peraturan dan undang-undang, seperti citra yang buruk, tuntutan hukum dari badan pemerintah, seringnya menghadapi permasalahan dengan tenaga kerjanya semua itu tentunya akan mengakibatkan kebangkrutan. Dengan menerapkan Sistem Manajemen K3, setidaknya sebuah perusahaan telah menunjukkan itikad baiknya dalam mematuhi peraturan dan perundang-undangan sehingga mereka dapat beroperasi normal tanpa menghadapi kendala dari segi ketenagakerjaan.
3. Mengurangi biaya
Tidak berbeda dengan falsafah dasar sistem manajemen pada umumnya; Sistem Manajemen K3 juga melakukan pencegahan terhadap ketidaksesuaian. Dengan menerapkan sistem ini, kita dapat mencegah terjadinya kecelakaan, kerusakan atau sakit akibat kerja. Dengan demikian kita tidak perlu mengeluarkan biaya yang ditimbulkan akibat kejadian tersebut. Memang dalam jangka pendek kita akan mengeluarkan biaya yang cukup besar dalam menerapkan sebuah Sistem Manajemen K3. Apalagi jika kita juga melakukan proses sertifikasi di mana setiap enam bulannya akan dilakukan audit yang tentunya juga merupakan biaya yang harus dibayar. Akan tetapi jika penerapan Sistem Manajemen K3 dilaksanakan secara efektif dan penuh komitmen, nilai uang yang keluar tersebut jauh lebih kecil dibandingkan biaya yang ditimbulkan akibat kecelakaan kerja. Salah satu biaya yang dapat dikurangi dengan penerapan Sistem Manajemen K3 adalah biaya premi asuransi. Banyak perusahaan-perusahaan yang mengeluarkan biaya premi asuransi jauh lebih kecil dibandingkan sebelum menerapkan Sistem Manajemen K3.
4. Membuat sistem manajemen yang efektif
Tujuan perusahaan beroperasi adalah mendapatkan keuntungan yang sebesar-besarnya. Hal ini akan dapat dicapai dengan adanya sistem manajemen perusahaan yang efektif. Banyak variabel yang
407
ikut membantu pencapaian sebuah sistem manajemen yang efektif, di samping mutu, lingkungan, keuangan, teknologi informasi dan K3.
Salah satu bentuk nyata yang bisa kita lihat dari penerapan Sistem Manajemen K3 adalah adanya prosedur terdokumentasi. Dengan adanya prosedur, maka segala aktivitas dan kegiatan yang terjadi akan terorganisir, terarah dan berada dalam koridor yang teratur. Rekaman-rekaman sebagai bukti penerapan sistem disimpan untuk memudahkan pembuktian didentifikasi masalah ketidiaksesuaian. Persyaratan perencanaan, evaluasi dan tindak lanjut merupakan bentuk bagaimana sistem manajemen yang efektif. Pengendalian dan pemantauan aspek penting menjadi penekanan dan ikut memberi nilai tambah bagi organisasi. Penerapan Sistem Manajemen K3 yang efektif akan mengurangi rapat-rapat yang membahas ketidak-sesuaian. Dengan adanya sistem maka hal itu dapat dicegah sebelumnya di samping kompetensi personel yang semakin meningkat dalam mengetahui potensi ketidaksesuaian. Dengan demikian organisasi dapat berkonsentrasi melakukan meningkatan terhadap sistem manajemennya dibandingkan melakukan perbaikan terhadap permasalahan-permasalahan yang terjadi.
5. Meningkatkan kepercayaan dan kepuasan pelanggan
Karyawan yang terjamin keselamatan dan kesehatan kerjanya akan bekerja lebih optimal dan ini tentu akan berdampak pada produk yang dihasilkan. Pada gilirannya ini akan meningkatkan kualitas produk dan jasa yang dihasilkan ketimbang sebelum dilakukan penerapan. Di samping itu dengan adanya pengakuan penerapan Sistem Manajemen K3, citra organisasi terhadap kinerjanya akan semakin meningkat, dan tentu ini akan meningkatkan kepercayaan pelanggan.
E. Langkah-Langkah Penerapan Sistem Manajemen K3
Setiap jenis Sistem Manajemen K3 mempunyai elemen atau persyaratan tertentu yang harus dibangun dalam suatu organisasi. Sistem Manajemen K3 tersebut harus dipraktekkan dalam semua bidang/divisi dalam organisasi. Sistem Manajemen K3 harus dijaga
408
dalam operasinya untuk menjamin bahwa sistem itu punya peranan dan fungsi dalam manajemen perusahaan.
Dalam melakukan penerapan Sistem Manajemen, K3, kita dapat mengacu pada bagan halaman berikut. Untuk lebih memudahkan penerapan standar Sistem Manajemen K3, berikut ini dijelaskan mengenai tahapan-tahapan dan langkah-langkahnya. Tahapan dan langkah-langkah tersebut dibagi menjadi dua bagian besar:
1. Tahap Persiapan Merupakan tahapan atau langkah awal yang harus dilakukan suatu organisasi/ perusahaan. Langkah ini melibatkan lapisan manajemen dan sejumlah personel, mulai dari menyatakan komitmen sampai dengan menetapkan kebutuhan sumber daya yang diperlukan. Adapun, tahap persiapan ini, antara lain : • Komitmen manajemen puncak • Menentukan ruang lingkup • Menetapkan cara penerapan • Membentuk kelompok penerapan • Menetapkan sumber daya yang diperlukan
409
Link Informasi Link Kontrol
Gambar 6.4 Bagan Pedoman Penerapan Sistem Manajemen K3
2. Tahap pengembangan dan penerapan Sistem dalam tahapan ini berisi langkah-langkah yang harus dilakukan audit internal serta tindakan perbaikannya sampai dengan dilakukan sertifikasi.
Faktor Eksternal
Faktor Internal
Kaji awal
Kebijakan
Pengelolaan
Rencana dan penerapan
Pengukuran kinerja
Audit
410
Langkah 1. Menyatakan komitmen
Pernyataan komitmen dan penetapan kebijakan untuk menerapkan sebuah Sistem Manajemen K3 dalam organisasi/ manajemen harus dilakukan oleh manajemen puncak. Penerapan Sistem Manajemen K3 tidak akan berjalan tanpa adanya komitmen terhadap sistem manajemen tersebut. Manajemen harus benar-benar menyadari bahwa merekalah yang paling bertanggung jawab terhadap keberhasilan atau kegagalan penerapan Sistem Manajemen K3.
Komitmen manajemen puncak harus dinyatakan bukan hanya dalam kata-kata tetapi juga harus dengan tindakan nyata agar dapat diketahui, dipelajari, dihayati dan dilaksanakan oleh seluruh staf dan karyawan perusahaan. Seluruh staf dan karyawan perusahaan harus mengetahui bahwa tanggung jawab dalam penerapan Sistem Manajemen K3 bukan urusan bagian K3 saja, tetapi merupakan tanggung jawab seluruh personel dalam perusahaan mulai dari manajemen puncak sampai karyawan terendah. Karena itu ada baiknya bila secara khusus manajemen membuat cara untuk mengkomunikasikan komitmennya ke seluruh jajaran dalam perusahaannya. Untuk itu perlu dicari waktu yang tepat guna menyampaikan komitmen manajemen penerapan Sistem Manajemen K3. Langkah 2. Menetapkan cara penerapan
Perusahaan dapat menggunakan jasa konsultan untuk menerapkan Sistem Manajemen K3, berdasarkan pertimbangan berikut: • Konsultan yang baik tentu memiliki pengalaman yang banyak dan
bervariasi sehingga dapat menjadi agen pengalihan pengetahuan secara efektif, sehingga dapat memberikan rekomendasi yang tepat dalam proses penerapan Sistem Manajemen K3.
• Konsultan yang independen memungkinkan konsultan tersebut secara bebas dapat memberikan umpan balik kepada manajemen secara objektif tanpa terpengaruh oleh persaingan antar kelompok di dalam organisasi/perusahaan.
• Konsultan jelas memiliki waktu yang cukup. Berbeda dengan tenaga perusahaan yang meskipun mempunyai keahlian dalam Sistem Manajemen K3 namun karena desakan tugas-tugas lain di
411
perusahaan, akibatnya tidak punya cukup waktu. Sebenarnya perusahaan/organisasi dapat menerapkan Sistem Manajemen K3 tanpa menggunakan jasa konsultan, jika organisasi yang bersangkutan memiliki personel yang cukup mampu untuk mengorganisasikan dan mengarahkan orang. Selain itu organisasi tentunya sudah memahami dan berpengalaman dalam menerapkan standar Sistem Manajemen K3 ini dan mempunyai waktu yang cukup. Beberapa hal yang perlu diperhatikan untuk menggunakan jasa konsultan: • Pastikan bahwa konsultan yang dipilih adalah konsultan yang betul-
betul berkompeten di bidang standar Sistem Manajemen K3, bukan konsultan dokumen manajemen K3 biasa yang lebih memusatkan dirinya pada pembuatan dokumen saja.
• Teliti mengenai reputasi dari konsultan tersebut. Apakah mereka selalu menepati janji yang mereka berikan, mampu bekerja sama, dan yang tidak kalah penting adalah motivasi tim perusahaan. Kita dapat meminta informasi secara terus terang kepada calon konsultan untuk memberikan identitas klien mereka.
• Pastikan lebih dulu siapa yang akan diterjunkan sebagai konsultan dalam proyek ini. Hal ini penting sekali karena orang itulah yang akan berkunjung ke perusahaan dan akan menentukan keberhasilan, jadi bukan nama besar dari perusahaan konsultan tersebut. Mintalah waktu untuk bertemu dengan calon konsultan yang mereka ajukan dan perusahaan boleh bebas menilainya. Pertimbangkan apakah tim perusahaan mau menerima dan dapat bekerjasama dengannya.
• Teliti apakah konsultan tersebut telah berpengalaman membantu perusahaan sejenis sampai mendapat sertifikat. Meskipun hal ini bukan menjadi patokan mutlak akan tetapi menangani usaha sejenis akan lebih mempermudah konsultan tersebut dalam memahami proses organisasi perusahaan tersebut.
• Pastikan ketersediaan waktu dari konsultan terkait dengan kesibukannya menangani klien yang lain. Biasanya konsultan tidak akan berkunjung setiap hari melainkan 3-4 hari selama sebulan. Maka pastikan jumlah hari kunjungan konsultan tersebut sebelum memulai kontrak kerja sama.
412
Langkah 3. Membentuk kelompok kerja penerapan
Jika perusahaan akan membentuk kelompok kerja sebaiknya anggota kelompok kerja tersebut terdiri atas seorang wakil dari setiap unit kerja, biasanya manajer unit kerja. Hal ini penting karena merekalah yang tentunya paling bertanggung jawab terhadap unit kerja yang bersangkutan.
a) Peran anggota kelompok kerja
Dalam proses penerapan ini maka peran anggota kelompok kerja adalah: • Menjadi agen perubahan sekaligus facilitator dalam unit kerjanya.
Merekalah yang pertama-tama menerapkan Sistem Manajemen K3 ini di unit-unit kerjanya termasuk merombak cara dan kebiasaan kerja yang tidak menunjang penerapan sistem ini. Selain itu mereka juga akin melatih dan menjelaskan kepada staf unit kerjanya tentang standar ini termasuk manfaat dan konsekuensinya.
• Menjaga konsistensi dari penerapan Sistem Manajemen K3, baik melalui tinjauan sehari-hari maupun berkala.
• Menjadi penghubung antara manajemen dan unit kerjanya. b) Tanggung jawab dan tugas anggota kelompok kerja
Tanggung jawab dan tugas-tugas yang harus dilakukan oleh anggota kelompok kerja adalah: • Mengikuti pelatihan lengkap tentang standar Sistem Manajemen
K3. • Melatih staf dalam unit kerjanya sesuai kebutuhan. • Melakukan latihan terhadap sistem yang berlangsung dengan
sistem standar Sistem Manajemen K3. • Melakukan tinjauan terhadap sistem yang berlangsung
dibandingkan dengan sistem standar Sistem Manajemen K3. • Membuat bagan alir yang menjelaskan tentang keterlibatan unit
kerjanya dengan elemen yang ada dalam standar Sistem Manajemen K3.
• Bertanggung jawab untuk mengembangkan sistem sesuai dengan elemen yang terkait dalam unit kerjanya. Sebagai contoh, anggota
413
kelompok kerja wakil dari divisi sumber daya manusia bertanggung jawab untuk pelatihan dan seterusnya.
• Bertanggung jawab untuk mempersiapkan penulisan dokumen-dokumen sebagaimana dipersyaratkan dalam standar Sistem Manajemen K3 termasuk mempersiapkan penulisan panduan mutu, prosedur, instruksi kerja dan formulir-formulir.
• Melakukan apa yang telah ditulis dalam dokumen baik di unit kerjanya sendiri maupun di seluruh perusahaan.
• Ikut serta sebagai anggota tim audit internal. • Bertanggung jawab untuk mempromosikan standar Sistem
Manajemen K3 secara terus menerus baik di unit kerjanya sendiri maupun di unit kerja lain secara konsisten serta bersama-sama memelihara penerapan sistemnya.
c) Kualifikasi anggota kelompok kerja
Dalam menunjuk anggota kelompok kerja sebenarnya tidak ada ketentuan kualifikasi yang baku. Namun demikian untuk memudahkan dalam pemilihan anggota kelompok kerja, manajemen mempertimbangkan personel yang: • Memiliki taraf kecerdasan yang cukup sehingga mampu berpikir
secara konseptual dan berimajinasi. • Rajin dan suka bekerja keras. • Senang belajar termasuk suka membaca buku-buku tentang
standar Sistem Manajemen K3. • Mampu membuat bagan alir dan menulis. • Disiplin dan tepat waktu. • Berpengalaman keija cukup di unit kerjanya sehingga menguasai
dari segi operasional. • Mampu berkomunikasi dengan efektif dalam presentasi dan
pelatihan. • Mempunyai waktu cukup dalam membantu melaksanakan proyek
penerapan standar Sistem Manajemen K3 di luar tugas-tugas utamanya.
d) Jumlah anggota kelompok kerja
Mengenai jumlah anggota kelompok kerja dapat bervariasi
414
tergantung dari besar kecilnya lingkup penerapan biasanya jumlah anggota kelompok kerja sekitar delapan orang. Yang pasti jumlah anggota kelompok kerja ini harus dapat mencakup semua elemen sebagaimana disyaratkan dalam Sistem Manajemen K3. Pada dasarnya setiap anggota kelompok kerja dapat merangkap dalam beberapa working group, dan working group itu sendiri dapat saja hanya terdiri dari satu atau dua orang. Kelompok kerja akan diketuai dan dikoordinir oleh seorang ketua kelompok kerja, biasanya dirangkap oleh manajemen representatif yang telah ditunjuk oleh manajemen puncak. Tentang tanggung jawab dan kualifikasi dari manajemen representatif ini dapat dilihat dalam penjelasan berikutnya (Bab 6).
Di samping itu untuk mengawasi dan mengarahkan kelompok kerja maka sebaiknya dibentuk suatu Panitia Pengarah (Steering Committee), yang biasanya terdiri dari para anggota manajemen. Adapun tugas panitia ini adalah memberikan arahan, menetapkan kebijakan, sasaran dan lain-lain yang menyangkut kepentingan organisasi secara keseluruhan. Selama proses penerapan ini maka kelompok kerja penerapan akan bertanggung jawab dan melapor kepada Panitia Pengarah.
e) Kelompok kerja penunjang
Jika diperlukan, perusahaan yang berskala besar ada yang membentuk kelompok kerja penunjang dengan tugas membantu kelancaran kerja kelompok kerja penerapan, khususnya untuk pekerjaan yang bersifat teknis administratif. Misalnya mengumpulkan catatan-catatan K3 dan fungsi administratif yang lain seperti pengetikan, penggandaan dan lain-lain.
Langkah 4. Menetapkan sumber daya yang diperlukan
Sumber daya di sini mencakup orang/personel, perlengkapan waktu dan dana. Orang yang dimaksud adalah beberapa orang yang diangkat secara resmi di luar tugas-tugas pokoknya dan terlibat penuh dalam proses penerapan.
Perlengkapan adalah perlunya mempersiapkan kemungkinan ruangan tambahan untuk menyimpan dokumen atau komputer tambahan
415
untuk mengolah dan menyimpan data. Tidak kalah pentingnya adalah waktu. Waktu yang diperlukan tidaklah sedikit terutama bagi orang yang terlibat dalam penerapan, mulai mengikuti rapat, pelatihan, mempelajari bahan-bahan pustaka, menulis dokumen mutu sampai menghadapi kegiatan audit dan assessment.
Penerapan Sistem Manajemen K3 bukan sekedar kegiatan yang dapat berlangsung dalam satu atau dua bulan saja. Untuk itu selama kurang lebih satu tahun perusahaan harus siap menghadapi gangguan arus kas karena waktu yang seharusnya dikonsentrasikan untuk berproduksi atau beroperasi banyak terserap ke proses penerapan ini. Keadaan seperti ini sebetulnya dapat dihindari dengan perencanaan dan pengelolaan yang baik. Sementara dana yang diperlukan adalah untuk membayar konsultan (bila menggunakan konsultan), lembaga sertifikasi, dan biaya untuk pelatihan karyawan di luar perusahaan.
Di samping itu juga perlu dilihat apakah untuk penerapan Sistem Manajemen K3 ini perusahaan harus menyediakan peralatan khusus yang selama ini belum dimiliki. Sebagai contoh adalah perusahaan kompresor yang mengalami kebisingan di atas rata-rata, karena sesuai dengan persyaratan Sistem Manajemen K3 yang mengharuskan adanya pengendalian risiko dan bahaya yang ditimbulkan, perusahaan tentu harus menyediakan peralatan yang dapat menghilangkan/mengurangi tingkat kebisingan tersebut. Alat untuk mengukur tingkat kebisingan yang terjadi juga harus disediakan, dan alat ini harus dikalibrasi. Oleh karena itu besarnya dana yang dikeluarkan untuk peralatan ini tergantung pada masing-masing perusahaan. Langkah 5. Kegiatan penyuluhan
Penerapan Sistem Manajemen K3 adalah kegiatan dari dan untuk kebutuhan personel perusahaan. Oleh karena itu perlu dibangun rasa adanya keikutsertaan dari seluruh karyawan dalam perusahaan melalui program penyuluhan. Kegiatan penyuluhan ini harus diarahkan untuk mencapai tujuan, antara lain: • Menyamakan persepsi dan motivasi terhadap pentingnya penerapan
Sistem Manajemen K3 bagi kinerja perusahaan.
416
• Membangun komitmen menyeluruh mulai dari direksi, manajer, staf dan seluruh jajaran dalam perusahaan untuk bekerja bersama-sama dalam menerapkan standar sistem ini.
Kegiatan penyuluhan ini dapat dilakukan melalui beberapa cara, misalnya dengan pernyataan komitmen manajemen, melalui ceramah, surat edaran atau pembagian buku-buku yang terkait dengan Sistem Manajemen K3. a) Pernyataan komitmen manajemen
Dalam kegiatan ini, manajemen mengumpulkan seluruh karyawan dalam acara khusus. Kemudian manajemen menyampaikan sambutan yang isinya, antara lain: • Pentingnya jaminan keselamatan dan kesehatan kerja bagi
kelangsungan dan kemajuan perusahaan. • Bahwa Sistem Manajemen K3 sudah banyak diterapkan di
berbagai negara dan sudah menjadi kewajiban bagi perusahaan-perusahaan di Indonesia.
• Bahwa manajemen telah memutuskan untuk menerapkan Sistem Manajemen K3 di perusahaan.
• Bahwa manajemen mengharapkan keikutsertaan dan komitmen setiap orang dalam perusahaan sesuai tugas dan jabatan masing-masing.
• Bahwa manajemen akan segera membentuk tim kerja yang dipilih dari setiap bidang di dalam perusahaan.
Perlu juga dijelaskan oleh manajemen puncak tentang Batas waktu kapan sertifikasi sistem manajemen K3 harus diraih, misalnya pada waktu ulang tahun perusahaan yang akan datang. Tentu saja pernyataan seperti ini harus memperhitungkan konsekuensi bahwa sertifikat diharapkan dapat diperoleh dalam batas waktu tersebut. Hal ini penting karena menyangkut kredibilitas manajemen dan kelompok.
b) Pelatihan Awareness Sistem Manajemen K3
Pelatihan singkat mengenai apa itu Sistem Manajemen K3 perlu dilakukan guna memberikan dan menyamakan persepsi dan menghindarkan kesimpangsiuran informasi yang dapat memberikan
417
kesan keliru dan menyesatkan.
Peserta pelatihan adalah seluruh karyawan yang dikumpulkan di suatu tempat dan kemudian pembicara diundang untuk menjelaskan Sistem Manajemen K3 secara ringkas dan dalam bahasa yang sederhana, sehingga mampu menggugah semangat karyawan untuk menerapkan standar Sistem Manajemen K3. Kegiatan awareness ini bila mungkin dapat dilakukan secara bersamaan untuk seluruh karyawan dan disampaikan secara singkat dan tidak terlalu lama.
Dalam awareness ini dapat disampaikan materi tentang : • Latar belakang dan jenis Sistem Manajemen K3 yang sesuai
dengan organisasi. • Alasan mengapa standar Sistem Manajemen K3 ini penting bagi
perusahaan dan manfaatnya. • Perihal elemen, dokumentasi dan sertifikasi secara singkat. • Bagaimana penerapannya dan peran setiap orang dalam
penerapan tersebut. • Diadakan hanya jawab.
c) Membagikan bahan bacaan
Jika pelatihan awareness hanya dilakukan sekali saja, namun bahan bacaan berupa buku atau selebaran dapat dibaca karyawan secara berulang-ulang. Untuk itu perlu dicari buku-buku yang baik dalam arti ringkas sebagai tambahan dan bersifat memberikan pemahaman yang terarah, sehingga setiap karyawan akan senang untuk membacanya.
Apabila memungkinkan buatlah selebaran atau buletin yang bisa diedarkan berkala selama masa penerapan berlangsung. Lebih baik lagi jika selebaran tersebut ditujukan kepada perorangan dengan menulis nama mereka satu persatu, agar setiap orang merasa dirinya dianggap berperan dalam kegiatan ini
Dengan semakin banyak informasi yang diberikan kepada karyawan tentunya itu akan lebih baik-biasanya masalah akan muncul karena kurangnya informasi. Informasi ini penting sekali karena pada saat dilakukan assessment. Auditor tidak hanya
418
bertanya pada manajemen raja, tetapi juga kepada semua orang. Untuk itu sebaiknya setiap orang benar-benar paham dan tahu hubungan standar Sistem Manajemen K3 ini dengan pekerjaan sehari-hari.
Langkah 6. Peninjauan sistem
Kelompok kerja penerapan yang telah dibentuk kemudian mulai bekerja mtuk meninjau sistem yang sedang berlangsung dan kemudian dibandingkan lengan persyaratan yang ada dalam Sistem Manajemen K3. Peninjauan ini dapat dilakukan melalui dua cara yaitu dengan meninjau dokumen prosedur lan meninjau pelaksanaannya.
Tinjauan sistem ini akan menghasilkan beberapa hal di antaranya: • Apakah perusahaan sudah mengikuti dan melaksanakan secara
konsisten prosedur atau instruksi kerja dari OHSAS 18001 atau Permenaker 05/Men/1996.
• Perusahaan belum memiliki dokumen, tetapi sudah menerapkan sebagian atau seluruh persyaratan dalam standar Sistem Manajemen K3.
• Perusahaan helum memiliki dokumen dan belum menerapkan persyaratan standar Sistem Manajemen K3 yang dipilih.
Langkah 7. Penyusunan Jadwal Kegiatan
Setelah melakukan peninjauan sistem maka kelompok kerja dapat menyusun suatu jadwal kegiatan. Jadwal kegiatan dapat disusun dengan mempertimbangkan hal-hal berikut:
a) Ruang lingkup pekerjaan
Dari hasil tinjauan sistem akan menunjukkan beberapa banyak yang harus disiapkan dan beberapa lama setiap prosedur itu akan diperiksa, disempurnakan, disetujui dan diaudit. Semakin panjang daftar prosedur yang harus disiapkan, semakin lama waktu penerapan yang diperlukan.
b) Kemampuan wakil manajemen dan kelompok kerja penerapan
Kemampuan di sini dalam hal membagi dan menyediakan waktu. Seperti diketahui bahwa tugas penerapan bukanlah satu-
419
satunya pekerjaan para anggota kelompok kerja dan manajemen representatif. Mereka masih mempunyai tugas dan tanggung jawab lain di luar penerapan standar Sistem Manajemen K3 yang kadang-kadang juga sama pentingnya dengan penerapan standar ini. Hal ini karena menyangkut kelangsungan usaha perusahaan seperti pencapaian sasaran penjualan, memenuhi jadwal dan target produksi.
c) Keberadaan proyek
Khusus bagi perusahaan yang kegiatannya berdasarkan proyek (misalnya kontraktor dan pengembang), maka ketika menyusun jadwal kedatangan asesor badan sertifikasi, pastikan bahwa pada saat asesor datang ada proyek yang sedang dikerjakan.
Langkah 8. Pengembangan Sistem Manajemen K3
Beberapa kegiatan yang perlu dilakukan dalam tahap pengembangan Sistem Manajemen K3 antara lain mencakup dokumentasi, pembagian kelompok penyusunan bagan alir, penulisan manual Sistem Manajemen K3, prosedur dan instruksi kerja. Langkah 9. Penerapan sistem
Setelah semua dokumen selesai dibuat, maka setiap anggota kelompok kerja kembali ke masing-masing untuk menerapkan sistem yang telah ditulis. Adapun cara penerapannya adalah : • Anggota kelompok kerja mengumpulkan seluruh stafnya dan
menjelaskan mengenai isi dokumen tersebut. Kesempatan ini dapat juga digunakan untuk mendapatkan masukan-masukan dari lapangan yang bersifat teknis operasional.
• Anggota kelompok kerja bersama sama staf unit kerjanya mulai mencoba menerapkan hal-hal yang telah ditulis. Setiap kekurangan atau hambatan yang dijumpai harus dicatat sebagai masukan untuk penyempurnaan sistem.
• Mengumpulkan semua catatan K3 dan rekaman tercatat yang merupakan bukti pelaksanaan hal-hal yang telah ditulis. Rentang waktu untuk menerapkan sistem ini sebaiknya tidak kurang dari tiga bulan sehingga cukup memadai untuk menilai efektif tidaknya sistem
420
yang telah dikembangkan tadi. Tiga bulan ini sudah termasuk waktu yang digunakan untuk menyempurnakan sistem dan memodifikasi dokumen.
Dalam praktek pelaksanaannya maka kelompok kerja tidak harus menunggu seluruh dokumen selesai. Begitu satu dokumen selesai dan sudah mencakup salah satu elemen standar maka penerapan sudah dapat mulai dikerjakan. Sementara proses penerapan sistem berlangsung, kelompok kerja dapat tetap melakukan pertemuan berskala untuk memantau kelancaran proses penerapan sistem ini.
Apabila langkah-langkah yang terdahulu telah dapat dijalankan dengan baik maka proses penerapan sistem ini relatif lebih mudah dilaksanakan. Penerapan sistem ini harus dilaksanakan sedikitnya tiga bulan sebelum pelaksanaan audit internal. Waktu tiga bulan ini diperlukan untuk mengumpulkan bukti-bukti (dalam bentuk rekaman tercatat) secara memadai dan untuk melaksanakan penyempurnaan sistem serta modifikasi dokumen. Langkah 10. Proses sertifikasi
Ada sejumlah lembaga sertifikasi Sistem Manajemen K3. Misalnya Sucofindo melakukan sertifikasi terhadap Permenaker 05/Men/1996. Namun untuk OHSAS 18001:1999 organisasi bebas menentukan lembaga sertifikasi manapun yang diinginkan. Untuk itu organisasi disarankan untuk memilih lembaga sertifikasi OHSAS 18001 yang paling tepat.
6.1.4. Mengenal Alat Pelindung Diri (APD)
A. Pengertian APD
Adalah suatu alat yang mempunyai kemampuan untuk melindungi seseorang dalam pekerjaan yang fungsinya mengisolasi tubuh tenaga kerja dari bahaya di tempat kerja. APD dipakai setelah usaha rekayasa (engineering) dan cara kerja yang aman (work praktices) telah maximum. Kelemahan penggunaan APD : (1) Kemampuan perlindungan yang tidak sempurna (2) Sering APD tidak dipakai karena kurang nyaman
421
B. Jenis-jenis APD 1. Alat pelindung kepala
Berdasarkan fungsinya dapat dibagi 3 bagian : Topi pengaman (safety helmet), untuk melindungi kepala dari
benturan atau pukulan bonda-benda Topi/tudung untuk melindungi kepala dari api, uap-uap korosif,
debu, kondisi iklim yang buruk Tutup kepala, untuk menjaga kebersihan kepala dan rambut atau
mencegah lilitan rambut dari mesin.
Gambar 6.5. Alat pelindung kepala
Alat pelindung kepala dapat dilengkapi dengan alat pelindung diri yang lain, yaitu :
Kacamata/gogles Penutup muka Penutup telinga Respirator, dll
2. Alat pelindung telinga Ada dua jenis :
Sumbat telinga (ear plug) Tutup telinga (ear muff)
a) Sumbat Telinga Sumbat telinga yang baik adaiah menahan frekwensi tertentu saja, sedangkan frekwensi untuk bicara biasanya tak terganggu. Kemampuan attenuasi (daya lindung) : 25-30 DB. Bila ada kebocoran sedikit saja, dapat mengurangi attenuasi kurang lebih 15 DB.
422
Sumbat telinga yang terbuat dari kapas mempunyai daya attenuasi paling kecil antara 2-12 DB.
b) Tutup telinga Jenisnya sangat beragam. Tutup telinga mempunyai daya lindung (attenuasi) berkisar antara 25-30 DB. Untuk keadaan khusus dapat dikombinasikan antara tutup telinga dengan sumbat telinga, sehingga dapat mempunyai daya lindung (attenuasi) yang lebih besar.
Gambar 6.6. Alat pelindung telinga
3. Alat pelindung muka dan mata (face shield) Fungsi : melindungi
muka dan mata dari : Lemparan benda-benda kecil Lemparan benda-benda panas Pengaruh cahaya Pengaruh radiasi tertentu Perlindungan mata dan muka
Syarat-syarat alat pelindung muka dan mata : a) Ketahanan terhadap api b) Ketahanan terhadap lemparan benda-benda c) Syarai optis tertentu d) Alat pelindung mata terhadap radiasi
Alat pelindung mata Ada beberapa jenis diantaranya : (a) Kaca mata biasa (spectacle gogles)
423
Kaca mats terutama pelindung mata dapat dengan mudah atau tanpa pelindung samping. Kacamata dengan pelindung samping lebih banyak memberikan perlindungan.
(b) Goglles Mirip kacamata, tetapi lebih protektif dan lebih kuat terikat karena memakai ikat kepala. Dipakai untuk pekerjaan yang amat mebahayakan bagi mata.
Gambar 6.7. Kacamata gerinda
4. Alat pelindung pernapasan
Ada 3 jenis alat pelindung pernapasan (a) Respirator yang sifatnya memurnikan udara
(i) Repirator yang mengandung bahan kimia Toneng gas dengan kanister Respirator dengan cartridge
(ii) Repirator dengan filter mekanik Bentuk hampir sama dengan respirator cartridge kimia,
tapi pemurni udara berupa saringan/filter Biasanya digunakan pada pencegahan debu
(iii) Respirator yang mempunyai filter mekanik dan bahan kimia
(b) Respirator yang dihubungkan dengan supply udara bersih Supply udara berasal dari : (i) Saluran udara bersih atau kompresor (ii) Alat pernapasan yang mengandung udara (SCBA) Biasanya berupa tabung gas yang berisi Udara yang dimampatkan Oksigen yang dimampatkan Oksigen yang dicairkan
424
(c) Respirator dengan supply oksigen Biasanya berupa "self conbtained Breathing Apparatus" Yang harus diperhatikan pada respirator jenis tersebut diatas : Pemilihan yang tepat sesuai dengan jenis bahaya Pemakaian yang tepat Pemeliharaan dan pencegahan terhadap penularan penyakit
Gambar 6.8. Alat pelindung pernapasan
5. Pakaian Kerja Pakaian kerja harus dianggap sebagai alat pelindui g diri. Pakaian kerja khusus untuk pekerjaan dengan sumber-sumber bahaya tertentu seperti : Terhadap radiasi panas
Pakaian kerja untuk radiasi panas, radiasi harus dilapisi bahan yang bisa merefleksikan panas, biasanya aluminium dan berkilau. Bahan-bahan pakain lain yang bersifat isolasi terhadap panas adalah : wool, katun, asbes (tahan sampai 500 derajat celsius), kaca tahan sampai 450 derajat celsius, Terhadap radiasi mengion. Pakain kerja harus dilapisi dengan timbal, biasanya berupa apron.
Terhadap cairan dan bahan-bahan kimia Biasanya terbuat dari bahan plastik atau karet
425
Gambar 6.9. Jaket pelindung anti api
6) Sarung Tangan
Fungsinya melindungi tangan dan jari-jari dari api, panas, dingin, radiasi elektromagnetik dan radiasi mengion, listrik, bahan kimia, benturan dan pukulan, luka, lecet dan infeksi. Bahan-bahan yang digunakan dapat berupa Asbes, katun, wool untuk panas dan api Kulit untuk panas, listrik, Iuka, lecet Karet clam atau sintetik, untuk kelembaban air, bahan kimia, dll Poli viniyl chloride (PVC), untuk zat kimia, asam kuat, oksidator,
dl
Gambar 6.10. Sarung tangan
426
7) Tali/sabuk Pengaman Ada 3 jenis yang berbeda : (a) Jaring angkat (b) Sabuk penunjang (c) Sabuk pengikat
a) Jaring Angkat
Digunakan pada pekerjaan dalam wadah sempit yang terbuka seperti sumur. Pada saat kerja dilaksanakan tali harus kuat dikaitkan setiap saat dengan pengaman. Jaring angkat terdiri dari sabuk yang melingkari pinggang dan badan dibungkus oleh jaring.
b) Sabuk Penunjang Digunakan pada pekerjaan diatas tiang kayu dan kemudian dikombinasikan dengan penggunaan tiang penyangga. Sabuk penunjang terdiri dari sabuk untuk pinggang dengan penunjang belakang dan dua alat untuk pengikat tali.
c) Sabuk Pengikat Digunakan dalam kaitannya dengan kerja ditempat dimana ada resiko jatuh seperti diatas atap atau konstruksi perancah atau didalam tambang dan penggalian batu.
Ada 2 macam yaitu : (i) Sabuk pengikat dengan tali penahan yang terbukti dari serat
sintetis yang berentang jika dibentangkan. (ii) Sabuk ikat pengaman, sabuk ini dirancang untuk mencegah
pemakaiannya jatuh atau mengikat dia dalam keadaan mau jatuh.
8) Pelindung Kaki
Fungsinya untuk melindungi kaki dari tertimpa benda-benda berat, terbakar karena logam cair, bahan kimia korosif, dermatitis karena bahan-bahan kimia, kemungkinan tersandung atau tergelincir. Fungsinya untuk melindungi kaki dari tertimpa benda-benda berat, terbakar karena logam cair, bahan kimia korosif, dermatitis karena bahan-bahan kimia, kemungkinan tersandung atau tergelincir.
427
Gambar 6.11. Alat pelindung kaki
C. Syarat-syarat APD Enak dipakai Tidak mengganggu kerja Memberikan perlindungan yang efektif sesuai dengan jenis bahaya di
tempat kerja
D. Perlakuan setelah alat pelindung diri digunakan
Semua alat pelindung diri harus dirawat sedemikian rupa sehingga alat itu tetap memberikan perlindungan yang berhasil guna terhadap faktor-faktor yang berbahaya bagi kesehatan dan keselamatan pekerja. Hal ini berarti, bahwa prosedur yang cocok untuk melaporkan kerusakan pemeriksaan rutin, pembangunan perbaikan dan pembersihan harus dilaksanakan.
Alat pelindung diri harus di lokasi dimana alat-alat itu kemungkinan besar akan dipakai, dan disimpan baik-baik agar tidak memburuk dan rusak. Perawatan dan kontrol terhadap alat pelindung diri penting agar fungsi alat pelindung diri tetap baik, misalnya alat pelindung diri yang mempunyai masa kerja tertentu seperti kanister, filter dan penyerap (contridge), alat pelindung diri dapat menularkan penyakit bila dipakai bergantian.
Alat pelindung diri harus tetap dipelihara agar selalu dalam kondisi yang baik, tetap bersih dan terawat. Alat pelindung diri pada saat tidak dipakai harus disimpan dengan baik untuk mencegah kerusakan dan hilang.
Alat pelindung pernapasan harus dibersihkan dan di cek secara teratur. Kedua hal ini perlu dilaksanakan terhadap pelindung yang
428
digunakan secara periodik dan disediakan sebagai peralatan darurat. Harus ditetapkan secara jelas jadwal penggantian filter-filternya. Alat pelindung pernapasan yang telah digunakan dapat digunakan lagi oleh orang lain asalkan alat itu dibersihkan secara seksama dan dibasmi hamanya.
Sarung tangan pelindung harus dijaga kebersihannya, jika sarung tangan itu tidak bersih pada bagian dalamnya, akan lebih berbahaya. Sarung tangan karet dapat menyebabkan eksim, oleh karena itu digunakan bila benar-benar sangat diperlukan.
Suatu kemungkinan untuk terjadi suatu resiko yang timbul dari pencucian pakaian pelindung, pakaian itu tidak boleh dibawa pulang untuk dibersihkan. Setiap pencucian pakaian pelindung yang tercemar harus diberitahukan akan bahaya-bahaya yang mungkin timbul dari pencemaran itu. Tempat pakaian harus diberikan dan fasilitas ganti pakaian harus disediakan untuk mencegah pencemaran dari pakaian pelindung kepada pakaian pribadi dan fasilitas lainnya.
Segala macam sabuk pengaman diharuskan diuji oleh ahli sebelum digunakan dan paling sedikit 6 (enam) bulan sekali diuji kembali. Beban dapat mencapai 250 Kp (Kilo pond = 240 kg) dan harus digunakan sesuai dengan ketentuan-ketentuan perundangan. Sebelum digunakan kedua sabuk dan tali harus diperiksa, tidak boleh ada yang putus benangnya dalam kelim, tali tidak ada sobekan, karatan. Pembersihan harus dilaksanakan sesuai dengan petunjuk. Sabuk pengaman harus disimpan dalam keadaan tergantung pada tempat kering, gelap dan ventilasi yang baik. Tali harus disimpan dalam keadaan terbuka dan harus digulung padat.
Alat pelindung telinga, jika digunakan agar selalu dalam keadaan bersih dan disimpan pada tempat yang aman, memasukkan sumbat telinga harus dengan tangan bersih. Bila ear muff sudah Ionggar atau sumbat telinga menjadi keras dan rusak, mintalah segera penggantinya.
Alat pelindung diri yang disupply oleh perusahaan, harus ada sertifikat dari distributornya. Untuk menjamin bahwa perawatan alat pelindung diri telah dilakukan sesuai dengan rencana, diperlukan adanya catatan. Catatan tersebut harus memberikan informasi seperti :
Kapan dan perawatan apa yang telah dilaksanakan; Bila dilakukan tes, apa dan bagaimana hasilnya;
429
Bila ada kerusakan, kerusakan apa dan perbaikan apa yang dilakukan
Informasi tersebut harus dengan mudah didapat dan dimengerti oleh yang memerlukan.
Upaya perlindungan tenaga kerja merupakan upaya untuk mencapai suatu tingkat produktivitas yang tinggi dimana salah satu aspek adalah upaya keselamatan kerja termasuk Iingkungan kerja. Potensi bahaya yang berasal dari Iingkungan kerja yang dapat menimbulkan kecelakaan dan penyakit akibat kerja adalah faktor fisik kimia biologi, psikologi dan fisiologi. Faktor Iingkungan kerja yang berasal dari bahan-bahan kimia seperti adanya kebocoran-kebocoran cairan, tumpahan atau dampak bahan kimia dalam berbagai bentuk seperti debu, gas, cairan, asap dan fume dapat mencemari udara Iingkungan kerja maupun mencemari Iingkungan masyarakat. Berdasarkan pasal 3 ayat 1 UU No. 1/1970 bahwa syarat-syarat keselamatan kerja termasuk pengawasan terhadap Iingkungan kerja harus dilaksanakan di tempat kerja. Untuk mengurangi resiko ataupun potensi bahaya dari Iingkungan kerja perlu adanya upaya pengendalian Iingkungan kerja yang sesuai dengan peraturan perundangan yang berlaku.
6.1.5. Faktor-faktor Bahaya Lingkungan Kerja
Terdapat lima faktor penyebab kecelakaan dan penyakit akibat kerja yaitu:
A. Faktor Fisik 1. Faktor Kebisingan
a) Pengertian dan Batasan Kebisingan adalah bunyi yang didengar sebagai suatu rangsangan pada telinga, dan manakala bunyi-bunyi tersebut tidak dikehendaki maka dinyatakan sebagai suatu kebisingan. Kwalitas bunyi ditentukan oleh frekwensi dan intensitasnya, intensitas bunyi adalah besarnya tekanan yang dipindahkan oleh bunyi yang dinyatakan dalam satuan desibel (DB). Frekwensi dinyatakan dengan jumlah getaran perdetik atau herz, yaitu jumlah gelombang yang diterima oleh telinga setiap
430
detiknya Telinga manusia dapat mendengar bunyi mulai frekwensi 20 ski 20.000 Herz. Bunyi dengan frekwensi 250 ski 3.000 Herz sangat penting, karena frekwensi tersebut manusia dapat mengadakan komunikasi dengan normal. Berdasarkan sifatnya bunyi yang menyebabkan kebisingan dapat dibagi :
Kebisingan kontinue Kebisingan impulsif Kebisingan terputus-putus Kebisingan impaktif
b) Pengaruh kebisingan terhadap tenaga kerja dan lingkungan kerja dapat dibagi yaitu : 1) Pengaruh terhadap alat pendengaran
Tuli konduktif terjadi karena gangguan hantaran suara dari daun telinga ke foramen ovate. Tuli perseptif disebut juga dengan istilah tuli sensori Neural, hal ini diakibatkan karena kerusakan pada cochlea dan syaraf pendengaran atau otak.
2) Efek kebisingan kepada daya kerja Kebisingan mempunyai efek merugikan pada daya kerja, pengaruh-pengaruh negatif demikian adalah sebagai berikut; Gangguan kebisingan adalah suara yang tidak dikehendaki, maka dari kebisingan itu sering mengganggu walaupun terdapat variasi besarnya gangguan atas jenis dan kekerasannya. Komunkasi dalam pembicaraan.
Gangguan Komunikasi dalam pembicaraan akan didapat pembicaraan harus dilakukan dengan berteriak, hal ini menyebabkan terganggunya pekerjaan, bahkan menimbulkan terjadi kesalah-pahaman dalam komunikasi.
Efek pada pekerjaan Kebisingan mengganggu perhatian, maka tenaga kerja yang melakukan pengamatan dan pengawasan proses produksi dapat membuat kesalahan, akibat terganggunya konsentrasi.
431
Reaksi Masyarakat Kebisingan dari mesin produksi yang telah demikian hebat akan muncul protes oleh karena kegiatan tersebut.
3) Pengukuran intensitas kebisingan Alat pengukur intensitas kebisingan "Sound Level meter"
4) Pengendalian Kebisingan Di tempat kerja pengendalian terhadap bahaya kebisingan pada prinsipnya adalah mengurangi tingkat intensiftas kebisingan atau mengurangi lamanya pemaparan selama jam kerja. Usaha-usaha yang dapat ditempuh dengan cara : Menurunkan tingkat intensitas kebisingan pada
sumbernya; hal ini dapat dilakukan dengan menempatkan alat peredam pada sumber getaran;
Penempatan penghalang pada jalan transmisi hal ini dilakukan secara baik dengan cara mengisolasi mesin atau tenaga kerja;
Penggunaan alat pelindung telinga; Alat ini pada umumnya dapat dibedakan menjadi dua jenis yaitu : Sumber telinga (ear plug) dan tutup telinga (ear muff);
Pengaturan waktu kerja; Bila hal-hal tersebut diatas masih sulit untuk diterapkan masih ada usaha perlindungan yang meminta perhatian khusus terutama pihak pengusaha dengan jalan mengatur waktu kerja sesuai dengan intensitas bising yang diterima tenaga kerja.
2. lklim Kerja
a) Pengertian dan Batasan Iklim kerja adalah suatu kombinasi dari suhu kerja, kelembaban udara, kecepatan gerakan udara dan suhu radiasi pada suatu tempat kerja. Cuaca kerja yang tidak nyaman, tidak sesuai dengan syarat yang ditentukan dapat menurunkan kapasitas kerja yang berakibat menurunnya efisiensi dan produktivitas kerja. Suhu udara dianggap nikmat bagi orang Indonesia ialah sekitar 24°C sampai 26°C dan selisih suhu didalam dan diluar
432
tidak boleh lebih dari 5°C. Batas kecepatan angin secara kasar yaitu 0,25 sampai 0,5m/dt.
b) Keseimbangan Panas Suhu tubuh manusia selalu dipertahankan hampir konstan/ menetap oleh suatu pengatur suhu pada tubuh manusia. Suhu menetap ini adalah akibat keseimbangan antara panas yang dihasilkan didalam tubuh sebagai akibat metabolisme dan pertukaran panas diantara tubuh dan lingkungan sekitarnya. Dalam hal ini darah sangat berperan dalam membawa panas dari tubuh dalam ke kulit sehingga panas dihamburkan ke sekitarnya.
c) Faktor-faktor yang menyebabkan pertukaran panas diantara tubuh dengan sekitarnya dalah ; Konduksi; adalah pertukaran panas diantara tubuh dengan benda atau lingkungan sekitarnya melalui kontak langsung, perpindahan panas seperti ini dari tubuh melalui udara yang diam sangatlah kecil sehingga panas konduksi tersebut dapat diabaikan.
Konveksi; yaitu gerakan molekul-molekul gas/cairan dengan suhu yang rendah, perpindahan melaiui media udara sangat dipengaruhi oleh suhu udaradan kecepatarr gerakan udara.
Radiasi; adalah energi gelombang dari kedua benda akan saling berpengaruh sehingga energi gelombang panas yang lebih tinggi akan memancarkan panas radiasi dan panas radiasi yang lebih rendah akan menerima panas radiasi.
Evaporasi/penguapan; adalah keringat yang dihasilkan pada permukaan kulit melalui pelepasan uap air, terjadi apabila tekanan uap air lingkungan kerja, sehingga keseimbangan panas dari tubuh dan lingkungan harus dijaga.
d) Pengaruh Lingkungan Kerja Panas Terhadap Tubuh Untuk individu yang selalu berhadapan dengan faktor panas agar tidak merasa terganggu, maka beberapa hal yang harus diperhatikan yaitu faktor yang mempengaruhi toleransi tubuh terhadap panas:
Aklimatimasi Ukuran badan Umur Jenis kelamin
433
Kesegaran jasmani Suku bangsa
Suhu yang tinggi biasanya bertalian dengan berbagai penyakit antara lain heat cramps, heat exchaustion, heat stroke dan milliaria, dalam pengalaman penyakit-penyakit tersebut jarang ditemukan di Indonesia.
e) Pencegahan Iklim Kerja Panas Untuk pencegahan yang sebaik-baiknya harus terkoordinasi ilmu teknis dan ilmu kedokteran. Teknis untuk menurunkan suhu di tempat kerja dan kedokteran untuk mengevaluasi efek suhu kepada tenaga kerja. Cara pencegahan tekanan panas dapat dilakukan dengan berbagai cara antara lain :
Memperbaiki aliran udara atau sistem ventilasi yang lebih sempurna;
Mereduksi tekanan panas di lingkungan kerja yang ada sumber panasnya, sehingga diperoleh efisiensi kerja yang baik;
Penerapan teknologi pengendalian untuk menurunkan suhu basah dibawah nilai ambang batas;
Penggunaan teknis perlindungan agar tenaga kerja tidak terpapar terhadap tekanan panas dan pemeliharaan kesegaran jasmani tenaga kerja;
Penyediaan air minum yang cukup untuk keseimbangan cairan tubuh;
Penyesuaian berat ringan pekerjaan.
3. Pencahayaan
a) Pengertian dan Batasan Penerangan/pencahayaan merupakan salah satu komponen agar pekerja dapat bekerja/mengamati benda yang sedang dikerjakan secara jelas, cepat, nyaman dan aman. Lebih dari itu penerangan yang memadai akan memberikan kesan pemandangan yang Iebih baik dan keadaan lingkungan yang menyegarkan. Sebuah benda akan terlihat bila benda tersebut memantulkan cahaya, baik yang berasal dari benda itu sendiri maupun berupa pantulan
434
yang datang dari sumber cahaya lain, dengan demikian maksud dari pencahayaan dalam lingkungan kerja agar benda akan jelas terlihat. Pencahayaan tersebut dapat diatur sedemikian rupa yang disesuaikan dengan kecermatan atau jenis pekerjaan sehingga memelihara kesehatan mata dan kegairahan kerja.
b) Faktor Yang Mempengaruhi Intensitas Penerangan Sumber Cahaya; berbagai jenis sumber cahaya yang dapat
dipakai dan pada saat ini dipergunakan antara lain; lampu pijar/bolam do lampu neon/penerangan darurat (flourscent tube);
Daya Pantul (Reflektivitas); bila cahaya mengenai suatu permukaan yang kasar dan hitam maka semua cahaya akan diserap, tetapi bila permukaan halus dan mengkilap maka cahaya akan dipantulkan sejajar, sedangkan bila permukaan tidak rata maka pantulan cahaya akan diffus. Pada pantulan cahaya sejajar mata tersebut akan melihat gambar dari sumber cahaya, pada cahaya diffus mata melihat pada permukaan, sebagian dari pada permukaan biasanya mempunyai sifat kombinasi sejajar dan diffus.
Ketajaman penglihatan; kemampuan mata untuk melihat sesuatu benda dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu; Ukuran objek/benda Cahaya pantul benda (Brightness) Kontras – waktu pengamatan
c) Penerangan Ruangan Penerangan yang baik adalah penerangan yang memungkinkan seseorang tenaga kerja melihat pekerjaan dengan teliti, cepat, jelas, serta membantu menciptakan lingkungan kerja yang nikmat dan menyenangkan. Sifat-sifat penerangan yang baik ditentukan oleh beberapa faktor seperti pembagian luminensi dalam lapangan penglihatan, pencegahan kesilauan, arah sinar, warna dan panas penerangan terhadap keadaan lingkungan. Untuk mengatur penerangan ruangan yang baik maka lima pedoman berikut perlu diperhatikan.
Permukaan dari semua bidang dan objek yang besar pada bidang fisual mempunyai kecerahan yang merata;
435
Bagian pusat dan tengah bidang fisual, kontras dari kecerahan permukaan tidak boleh melampaui rasio 1 : 3;
Bagian pusat dan Pelatarannya atau didalam bagian luar dari bidang visual, kontrasnya tidak boleh melebihi rasio 1:10;
Permukaan Yang Cerah Harus Berada Di Pusat bidang visual dan menggelap kearah pinggiran;
Kontras yang melampaui dibagian bawah atau samping dari bidang visual akan lebih mengganggu dari pada bagian atas.
Dalam praktek perlu dihindari hal-hal berikut ini : Jendela yang terang sekali
Papan hitam menempel pada dinding putih : Benda-benda yang memantulkan/mengkilap
Untuk menanggulangi kecerahan yang berganti-ganti dapat dilaksanakan dengan; Menutupi bagian mesin yang bergerak Menetralkan kecerahan dengan membuat pelatarannya
berwarna yang cocok serta penerangan yang diperhitungkan Memakai cahaya kontinue
d) Kesilauan Silau merupakan gangguan utama terhadap penyesuaian dari retina dan dapat dibedakan atas :
Silau relatif; kontras terlalu kuat didalam bidang visual; Silau mutlak; penerangan yang begitu tinggi sehingga
adaptasi tidak dimungkinkan; Silau adaptif; adaptif pada tingkat terang tertentu tetapi yang
belum tercapai. Pencegahan Kesilauan dilakukan dengan :
Pemilihan lampu secara tepat, yang tidak menjadi pelambang kedudukan seseorang, melainkan dimaksud-kan untuk penerangan yang baik;
Penempatan sumber sumber cahaya terhadap meja dan mesin, juga diperhitungkan Ietak jendela;
Penggunaan alat alat pelapis yang tidak atau mengkilat (untuk dinding, lantai, meja, dll);
Penyaringan sinar matahari langsung.
436
e) Pengaruh Pencahayaan Terhadap Kesehatan Penglihatan yang jelas maka tenaga kerja akan melaksanakan pekerjaannya lebih mudah dan cepat sehingga produktivitas diharapkan naik sedangkan penerangan buruk akan berakibat:
Kelelahan mata dan berkurangnya daya dan efisiensi kerja Kelelahan mental Keluhan pegal didaerah mata dan sakit kepala di sekitar
mata; Kerusakan indera mata; Meningkatnya terjadinya kecelakaan
f) Pengukuran Intensitas Penerangan Penerangan diukur dengan alat Lux Meter, alat ini bekerja berdasar pengubahan energi cahaya menjadi tenaga listrik oleh foto electric cell, 1 Lux = 1 lumen/m2. Tingkat penerangan yang dibutuhkan oleh pekerja untuk pekerjaan yang tidak memerlukan pengamatan cermat maka intensitas penerangan dapat lebih rendah dari pada intensitas pekerjaan yang memeriukan pengamatan teliti. Hal ini dapat dilihat pada peraturan pemerintah dalam PMP No. 7/1964 tentang syarat-syarat kesehatan, kebersihan serta penerangan ditempat kerja.
4. Radiasi Tidak Mangion (Non Ionizing Radiation)
Radiasi gelombang elektromagnetik terdiri dari radiasi yang mengion dan radiasi yang tidak mengion, seperti gelombanggelombang mikro, sinar laser, sinar tampak (termasuk sinar dari layar monitor), sinar infra merah, sinar ultra violet.
a) Gelombang Mikro Panjang gelombang mikro adalah 1 mm - 300 cm. Frekweinsinya antara 0,1 GHz - 300 GHz. Kegunaan gelombang mikro antara lain untuk gelombang radio, televisi, radar, telepon. Efek radiasi gelombang mikro terhadap manusia : Radiasi gelombang mikro yang pendek (< 1 cm) akan diabsorbsi oleh permukaan kulit sehingga kulit menjadi seperti terbakar, gelombang mikro yang lebih panjang (> 1 cm) dapat menembus jariangan yang lebih dalam. Frekwensi-frekwensi tertentu ada
437
penelitian yang mengatakan bahwa berefek pada sistem syarat-syaraf. Untuk mengetahui intensitas gelombang mikro disuatu tempat/ lokasi harus dilakukan pengukuran dengan memakai peralatan microwave hazard monitoring equepment. Alat tersebut biasanya terdiri dari detektor dan meter, dengan satuan mw/cm2 atau uw/cm2.
b) Radiasi Sinar Ultra Violet Panjang gelombang spektrum sinar ultra violet adalah 1 nm - 40 nm sumber sinar ultra violet selain sinar matahari adalah las listrik, laboratorium yang menggunakan lampu untuk menghasilkan sinar ultra violet seperti spektrofotometer, atomic absorbtion spektrofotometer. Efek dari pada sinar ultra violet pada manusla adalah pada kulit dan mata. Efek pada kulit adalah erythema yaitu bercak merah abnormal pada kulit. Pengaruh radiasi sinar ini pada mata adalah lensa mata mengabsorbsi dengan kuat sinar ultra violet dengan panjang gelombang < 400 nm. Sinar ultra violet pada panjang gelombang 200nm – 300nm diabsorbsi kuat di cornea mata dan conjungtiova, sehingga mengakibatkan kerato conjungtivitis. Intensitas sinar ultra violet dapat diketahui memakai peralatan ultra violet detector.
c) Sinar Infra Merah Panjang gelombang spektrum sinar infra merah adalah diantara 700 nm - 1 nm (1.000.000 nm). Berdasarkan efek biologisnya terhadap manusia biasanya impared catarak pada mata, flash burus pada kulit maupun pada kornea mata. Alat untuk mengetahui intensitas sinar infra merah adalah infra red detector. Alat ini terdiri dari detector dan meter atau monitor display. Pengendalian dan pencegahan efek dari pada radiasi sinar tidak mengion adalah :
Sumber radiasi harus tertutup Berupaya menghindari atau berada pada jarak yang sejauh
mungkin dari sumber-sumber radiasi tersebut. Berupaya agar tidak terus menerus kontak dengan benda-
benda yang dapat menghasilkan radiasi sinar tersebut.
438
Memakai alat-alat pelindung diri seperti pakaian anti radiasi, kaca mata pelindung apabila terpaksa harus dekat dengan sumber-sumber radiasi;
Secara rutin melakukan pemantauan kebocoran instalasi. 5. Tekanan Udara Tinggi dan Rendah
Penyakit akibat tekanan udara rendah ini sangat penting bagi mereka yang bekerja ditempat-tempat tinggi diatas permukaan air laut, pendaki gunung dan penerbang, gejala penyakit ini sangat berkaitan terutama atas kekurangan oksigen dalam udara pernafasan. Tekanan udara tinggi banyak dihadapi oleh para penggali tambang, penyelam mutiara, gejala ini didasarkan atas besarnya tekanan udara, sedangkan dekompresi didasarkan bebasnya Nitrogen dalam tubuh. Gas tersebut dalam tubuh dapat menimbulkan penutupan pembuluh darah. Pencegahannya dengan cara menaikkan pekerja didalam secara perlahanlahan/ bertahap agar cukup kesempatan untuk pencapaian keseimbangan gas nitrogen dengan larutan dalam tubuh sehingga tidak terjadi emboli-emboli.
6. Getaran Mekanis
Timbulnya getaran biasanya bersamaan dengan timbulnya kebisingan yang berasal dari sumber yang sama. Sejauh ini banyak dicurahkan perhatian terhadap masalah kebisingan, yang sudah lama diketahui dapat menyebabkan gangguan pendengaran, sedangkan masalah getaran, hubungan antara pemaparan dan akibat terhadap kesehatan, apalagi penetapan standard aman hingga saat ini belum ditentukan. Secara praktis dapat digolongkan kedalam dua jenis yaitu :
a) Getaran Seluruh Badan (Whole Body Vibration) Sifat fisik getaran seluruh badan terutama terjadi pada penerangan buruk akan berakibat kelelahan mata dan berkurangnya daya dan efisien alat pengangkut misalnya proses bongkar muat pada penggunaan crane, fork lift, truktruk pengangkut bahkan geladak kapal jika mesin waktu hidup. Getaran dari alat-alat berat dapat pula dipindahkan keseluruh
439
badan melewati getaran lantai melalui kaki. Sebenarnya hanya getaran dari tempat duduk dan topangan kaki yang penting, karena diteruskan kebadan. Badan manusia merupakan suatu susunan elastis yang komplek dengan tulang sebagai penyokong dari alat-alat dan landasan kekuatan dari kerja otot. Untuk getaran susunan demikian meupakan masa peredaran dan penghantar sekaligus. Fungsi kaki berbeda-beda tergantung dari bengkokan pada sendi lutut, tungkai lurus menghantar menghantarkan 100% getaran badan, sedangkan dalam posisi bengkok akan berlaku sebagai peredam.
b) Efek terhadap Tubuh Sistem peredaran darah dipengaruhi hanya oleh getarangetaran dengan intensitas tinggi, tekanan darah, denyut jantung, pemakaian 02 dan volume perdenyut berubah sedikit pada intensitas 0,6 g berubah banyak pada 1,2 g dengan frekwensi 6-10 Hz. Dari semua organ badan mata paling banyak dipengaruhi oleh getaran mekanis. Pada frekwensi sampai 4 Hz mata masih dapat mengikuti getaran-getaran antara kepala dan sasaran. Pada frekwensi tinggi penglihatan juga terganggu manakala amplitudo lebih besar dari jarak dua kali dari retina.
c) Pencegahan Isolasi sumber getaran Isolasi pekerja atau operator Mengurangi pemaparan terhadap getaran, diselingi dengan
waktu istirahat yang cukup Melengkapi peralatan mekanis dengan menahan atau
menyerap getaran, Pemeriksaan kesehatan awal dan berkala
d) Getaran Terhadap Lengan (Tool hand vibration) Alat-alat yang pada waktu bekerjanya bergetar dan mengakibatkan getaran-getaran pada lengan atau tangan terdapat pada peralatan yang menggunakan mesin, seperti kendali crane, kemudi fork lift. kemudi truk, selama bekerja dengan alat tersebut kadang-kadang sifat getarannya tidak serupa.
440
e) Getaran terhadap Kesehatan Pada pekerjaan yang menggunakan alat-alat bergetar secara terus menerus terdapat dua gejala utama sehubungan dengan gataran mekanis tersebut :
Kelainan peredaran darah dan syaraf Kerusakan pada persendian dan tulang
f) Upaya Pencegahan Pemeirksaan kesehatan awal bagi pekerja Peralatan tangan bergetar harus dirawat sebaik-baiknya
sesuai petunjuk Pekerja dianjurkan : Memakai pakaian yang cukup untuk mempertahankan suhu
badan; Memakai sarung tangan Sebelum bekerja harus diadakan pemanasan Jangan memegang peralatan yang bergetar terlalu erat/
kencang Sedapat mungkin pengoperasian alat tidak sampai kapasitas
penuh Bila timbul tanda-tanda kesemutan, kaku, jari-jari memutih
atau membiru harus segera memeriksa ke dokter. B. Faktor Kimia
Dengan semakin banyaknya pemakaian bahan kimia di dalam industri, maka semakin sering pula terlihat pengaruh-pengaruhnya terhadap tenaga kerja dan industri sendiri, yang selalu akan menimbulkan kerugian bagi perusahaan, sehingga akan sangat mempengaruhi produktivitas kerja dan produktivitas perusahaan bersangkutan.
Penanganan bahan kimia dalam industri memerlukan perhatian khusus agar dapat memberika perlindungan yang optimal bagi tenaga kerja dan masyarakat umum, sejak dari pengadaan, penyimpanan, pemakaian sampai pengolahan sisa-sisa produksi yang dihasilkan. Penanganan yang salah atau tidak benar akan mengakibatkan berbagai hal yang bisa menyebabkan kerugian bagi tenaga kerja dan perusahaan
441
sendiri.
Berdasarkan sifat-sifat fisika dan kimia maka bahan berbahaya yang dipakai didalam industri, dapat dikelompokkan sebagai berikut : a) Bahan kimia yang mudah terbakar seperti benzena, aseton, eter,
hexsan b) Bahan kimia yang mudah meledak seperti ammonium nitrat,
nitrogliserin c) Bahan kimia beracun seperti asam chiorida d) Bahan kimia korosif seperti asam chlorida e) Bahan kimia yang bersifat oksidator, seperti perklorat, permanganat,
peroksida organik dll f) Bahan kimia yang peka (reaktif) terhadap air, seperti natrium hibrida,
karbit, nitrida dll g) Bahan kimia yang bersifat asam kuat h) Bahan kimia yang harus disimpan dalam tekanan tinggi seperti gas
nitrogen dioxide, hidrogen chlorida di dalam silinder penyimoan i) Bahan kimia yang bersifat radioaktif Efek Bahan Kimia di Lingkungan Kerja
Lingkungan kerja adalah tempat dimana tenaga kerja melakukan pekerjaan serta mendapat pemaparan berbagai potensi bahaya. Bagaimanapun sempurna dan efektifnya penanganan bahan kimia yang dilakukan didalam industri, maka tetap terjadi pelepasan bahan kimia berbahaya kedalam lingkungan kerja, sehingga tenaga kerja akan tetap terpapar.
Bahan kimia berbahaya dapat berpengaruh terhadap tenaga kerja apabila bahan tersebut "masuk" kedalam tubuh tenaga kerja. Masuknya bahan ini kedalam tubuh sangat tergantung dari bentuk fisik bahan tersebut.
Dikenal beberapa bentuk fisik bahan kimia didalam lingkungan kerja, yaitu :
Padat seperti debu, serat atau partikel, yang dapat berasal dari debu rokok, debu logam berat, debu mineral (asbes dan silika), debu padi dan tumbuhan lain, serat kapas dan kain, dll.
Cair seperti liquid, misalnya titik cairan semprotan pembasmi serangga, orang bersin dll;
442
Gas dan uap, seperti O2, N2, CO2, CO, SO2, NH3, NO2, H2S yang berbentuk gas, sedang yang dalam bentuk uap misalnya uap pelarut cat atau tinner yang mengandung benzena, toluena, xylena dan derivat-derivatnya, uap pelarut atau pembersih gemuk, uap pericuci dipercetakan, uap pelarut perekat dan sebagainya.
Secara atau berdasarkan sifat fisik dari bahan kimia di lingkungan
kerja, maka dapat dikelompokkan sebagai berikut Bahan bersifat Partikel (awan, asap, kawat dan fume) yang menurut sifatnya Oat digolongkan menjadi :
Perangsang (kapas, sabun dll) Toksik (partikel Pb, As, Mn dll) Penyebab Firosis (debu asbes, quartz dill Penyebab demam (fume nzo) Inert (Al, Kapur di!)
Bahan-bahan Non Partikel (gas dan uap) yang berdasarkan pengaruh fisiologiknya dapat dikelompokkan sebagai berikut :
Aspiksian (N2,CO2) Perangsang (HCI, H2S, dll) Racun organik dan an-organik (nikel, carbonyl dll) Bahan kimia yang mudah menguap Merusak alat-alat tubuh (CC14) Berfek anaesthesia Merusak susunan darah (benzena) Merusak syaraf (parathion) Rritan dan bahan-bahan korosif terhadap jaringan
C. Faktor Biologi
Faktor biologis penyakit akibat kerja banyak ragamnya, yaitu virus, bakteri protozoa, jamur, cacing, kutu pinjal, mungkin pula hewan atau tumbuhan. Pada saat sekarang ini persoalan utama di pedesaan adalah kesehatan lingkungan, seperti halnya yang dihadapi petani-petani pada umumnya. Pekerja di pertanian, perkebunan dan kehutanan juga menghadapi berbagai penyakit yang dikarenakan oleh pekerjanya antara lain racun hama dan penyakit disebabkan virus, bakteri ataupun hasil pertanian, misalnya tabakosis pada pekerja-pekerja yang mengerjakan
443
tembakau, bagassosis pada pekerja-pekerja di parbik gula. Penyakit paru oleh jamur sering terjadi pada pekerja yang menghirup debu-debu organik, misalnya pernah juga dil porkan dalam kepustakaan tentang Aspergluss paru pada pekerja gandum. Demikian juga alergi misalnya "grain asthma" Sporotrichosis adalah salah satu contoh penyakit akibat kerja yang disebabkan oleh jamur.
Penyakit jamur kuku sering diderita para pekerja yang tempat kerjanya lembab dan basah atau bila mereka terlalu bayak merendam tangan atau kaki di air seperti pencuci. Agak berbeda dari faktor-faktor penyebab penyakit akibat kerja lainnya, faktor biologis dapat menular dari seorang pekerja ke pekerja lainnya. Usaha yang lain harus pula ditempuh cara pencegahan penyakit menular, antara lain imunisasi dengan pemberian vaksinasi atau suntikan, mutlak dilakukan untuk pekerja-pekerja di Indonesia sebagai usaha kesehatan biasa, adalah imunisasi dengan vaksin cacar terhadap variola, dan dengan suntikan terhadap kolera, tipes, dan paratifes perut. Bila memungkinkan diadakan pula immunisasi terhadap TBC dengan BCG yang diberikan kepada pekerja-pekerja dan keluarganya yang reaksinya terhadap uji Mantoux negatif, immunisasi terhadap difteri, tetanus, batuk rejan dari keluarga--keluarga pekerja sesuai dengan usaha kesehatan anak-anak dan keluarganya, sedangkan dinegara yang maju diberikan pula immunisasi dengan virus influenza.
D. Faktor Fisiologi
Ilmu tentang faal yang dikhususkan manusia yang bekerja di sebut ilmu faal kerja. Secara faal, bekerja adalah hasil kerjasama dalam koordinasi yang sebaik-baiknya dari indera (mata, telinga, peraba, peraba, dll), otak dan susunan syaraf-syaraf dipusat dan diperifer, serta otot-otot. Mula-mula koordinasi indera, susunan syaraf, otot dan alat-alat lain berjalan secara sukar dan masih harus disertai upaya-upaya yang diperlukan kenyataan ini terlihat pada seorang tenaga kerja baru yang sedang menjalani latihan lambat laun gerakan menjadi suatu reflek sehingga bekerja menjadi automatis. Semakin cepat sifat reflek dan otomatis tersebut yang disertai semakin baik koordinasi hasil kerja, semakin tinggi pulalah ketrampilan seseorang.
444
Kerja terus menerus dari suatu otot sekalipun bersifat dinamik, selalu diikuti dengan kelelahan yang perlu istirahat untuk pemulihan. Atas dasar kenyataan itu, waktu istirahat dalam bekerja atau sesudah kerja sangat penting. Kelelahan otot secara fisik antara lain akibat zat-zat sisa metabolisme seperti asam laktat, CO2, dsb.
Otot dan tulang merupakan dua alat yang sangat penting dalam bekerja. Kerutan dan pelemasan otot dipindahkan kepada tulang menjadi gerakan refleksi, abduksi, supinasi dll. Demikian pentingnya kedua alat ini sebagai suatu satu kesatuan berkembanglah ilmu BIOMEKANIK, yaitu tentang .gerakan otot dan tulang yang dengan pengetrapannya diharapkan agar dengan tenaga sekecil-kecilnya dapat dicapai hasil sebesar-besarnya. Biomekanika memberikan pengetahuan-pengetahuan tentang gerakan-gerakan dan kekuatan-kekuatan pada penggunaan leher dan kepala, tulang belakang, lengan, tangan, kaki, jari-jari dan sebagainya.
Peralatan kerja dan mesin pedu serasi dengan ukuran-ukuran demikian untuk hasil kerja sebesar-besarnya. Maka berkembanglah ilmu yang disebut ANTROPOMETRI, yaitu ilmu tentang ukuran-ukuran tubuh, baik dalam keadaan statis maupun dinamis, yang sangat penting bagi pekerjaan adalah ukuran-ukuran Berdiri, tinggi badan berdiri, tinggi bahu, tinggi siku, tinggi pinggul,
depan dan panjang lengan. Duduk. tinggi duduk, panjang lengan atas, panjang lengan bawah
dan tangan, tinggi lutut, jarak tekuk lutut, garis punggung, jarak lekuk lutut, telapak kaki.
Semakin berat pekerjaan, semakin besar tenaga yang diperlukan. Dalam hubungan ini jumlah kalori merupakan juga petunjuk besarnya beban pekerjaan. Timbulnya panas dan tubuh sejalan dengan kenaikan suhu badan, terutama suhu rectal, dan usaha-usaha tubuh untuk mengeluarkan panas akibat metabolisme. Sebagai akibat terakhir ini, kecepatan penguapan lewat keringat juga merupakan indikator beban fisiologis dan badan. Namun indikator-indikator ini masih dipengaruhi pula oleh keadaan cuaca kerja. Beban kerja fisiologis dapat didekati dari banyaknya O2 yang digunakan tubuh, jumlah Kalori yang dibutuhkan, denyutan jantung suhu netral dari kecepatan penguapan lewat keringat.
Selain faktor beban kerja dan peralatan didalam tubuh, faktor waktu dan faktor-faktor lingkungan sangat berpengaruh kepada faal
445
kerja. Waktu mungkin dalam lamanya, tetapi juga dalam periodisitasnya. Lamanya bekerja tergantung dari kemampuan seorang tenaga kerja, beban kerja lingkungan.
E. Faktor Lingkungan
Tenaga kerja yang. sehat adalah tenaga kerja yang produktif, karena hanya tenaga kerja yang sehat yang sanggup dan siap untuk bekerja dengan baik dan maksimal produktivitas yang tinggi.
(1) Ciri-ciri jiwa yang sehat (mental) • Mampu melaksanakan pekerjaan dengan berbagai masalah yang
dihadapinya, • Mampu menjalin hubungan dengan orang lain (teman sekerja
dengan atasannya), • Mampu menyesuaikan diri dengan lingkungan dan pekerjaannya • Mampu menghadapi kesulitan secara realistik dan konstruktif Sedangkan menurut Expert Commite WHO (1959), arang sehat secara mental adalah : "Dapat menyesuaikan diri secara konstruktif pada kenyataan meskipun kenyataan itu mengandung tantangan memperoleh kepuasan kerja dari perjuangan". Merasa lebih puas memberi daripada menerima, Secara relatif bebas dari ketegangan dan rasa cemas Berhubungan dengan orang lain secara tolong menolong dan saling memuaskan. Menerima kepercayaan untuk dipakai sebagai pelajaran dihari depan, Menjuruskan rasa permusuhan pada penyelesaian yang konstruktif dan kreatif, Mempunyai daya kasih sayang yang besar
(2) Faktor-faktor yang mempengaruhi kesehatan jiwa dan produktivitas Yang berada dalam lingkungan kerja/tempat kerja : • Lingkungan kerja mekanik, fisik, kimiawi, biologis dan psikologis • Hubungan antar manusia ditempat kerja, baik vertikal maupun
horisontal • Sistem kerja baik yang menyangkut cara kerja maupun
pengaturan kerja
446
• Pekerja itu sendiri yang berkaitan dengan sifat jenisnya Yang berada diluar lingkungan kerja • Di dalam keluarga sendiri seperti situasi rumah tangga, kondisi
keluarga, hubungan antar anggota keluarga, sistem dan nilai dalam keluarga, jumlah keluarga, dll.
• Di dalam masyarakat, meliputi norma-norma masyarakat, posisi dalam masyarakat, hubungan dengan anggota masyarkat, kondisi lingkungan masyarakat, kondisi sosial ekonomi dan kultur masyarakat.
Masalah-masalah ketenagakerjaan Adanya pengangguran yang besar di pasar kerja yang dapat menghantui perasaan tenaga kerja untuk kehilangan pekerjaannya. Hal ini disebabkan pertumbuhan penduduk yang sangat besar dibandingkan penyediaan lapangan kerja. Masalah Kualitatif Tingkat ketrampilan yang rendah berakibat produktivitas rendah dan upah juga rendah. Hal ini menyebabkan tenaga kerja tidak tenang karena harus berupaya mencukupi kebutuhan hidupnya. Ketahanan pisik dan psikis juga kurang karena kekurangan gizi. Karena penawaran jauh lebih besar dari pada permintaan menyebabkan nilai kesempatan menjadi prioritas, sehingga mengakibatkan faktor ketepatan pekerjaan dengan kemampuan-nya (the right man in the right job).
(3) Pengaruh lingkungan kerja terhadap kesehatan jiwa Lingkungan kerja yang dapat mempengaruhi kesehatan jiwa adalah : a) lingkungan kerja mekanis b) lingkungan kerja fisik c) lingkungan kerja kimiawi d) lingkungan kerja biologis e) lingkungan kerja fisiologis f) lingkungan kerja psikologis
Lingkungan kerja mekanis, merupakan keadaan dan proses produksi daripada mesin-mesin dan peralatan di perusahaan yang digunakan dalam proses produksi. Lingkungan kerja mekanis dapat menjadi bahaya potensial bila keadaan dan proses daripada mesin-mesin tersebut menimbuikan perasaan tidak aman, mencekam,
447
menjemukan, menekan dan sebagainya. Untuk pencegahannya penting diterapkan unsur-unsur ergonomis dalam pekerjaan dan peralatan tersebut. Lingkungan kerja fisik, antara lain berupa kebisingan, tekanan panas, radiasi dan lain-lain.
Lingkungan kerja fisik secara konkrit akan mempengaruhi kesehatan fisik dan kesehatan jiwa tenaga kerja, apabila telah melampaui NAB. Misalnya, kebisingan yang melampaui NAB dapat mengganggu konsentrasi dan emosi tenaga kerja.
Lingkungan kerja bahan-bahan kimia. Banyak bahan-bahan kimia yang mempunyai sifat toksik sehingga sangat berbahaya bagi kehidupan manusia. Pengaruh bahan kimia yang toksik selain menyebabkan menurunnya beberapa fungsi fisik, juga dapat menimbulkan kelainan kejiwaan.
Zat-zat kimia dalam pekerjaan yang mempengaruhi syarat dan perilaku adalah : Pelarut-pelarut organik seperti pentan, iso pentan, 2 metil pentan, 3 metil pentan, 4 heksan, heptan, iso heptan, metil-etil keton, toluen, tri klor-etilen, klorida, karbon disulfide dan siren. Logam berat seperti : Timah hitam (PB), air raksa (Hg), Arsen, Cu, Mn, dll. Pestisida : golongan organo fosfat dan golongan klor-hidroknrbon, gas-gas berbahaya, Co, NOA, dll Zat-zat perangsang : akrilamid Bahan kimia baru : dimetil amino propionitril Interaksi obat-obat dan alkohol Lingkungan Kerja Biologis Apabila tenaga kerja mengetahui ditempat kerja ada bibit atau binatang lain yang dapat membahayakan, akan menimbulkan kecemasan dan reaksi emosional lainnya. Lingkungan kerja fisiologis Suatu pekerjaan yang terlalu berat, monoton dan tidak memenuhi syarat ergonomis, akan cepat menimbulkan kecelakaan fisik dan mental. Lingkungan kerja mental psikologis seperti : Lingkungan kerja : Poleksosbud, merupakan kondisi ciptaan sebagai pengaruh dari luar perusahaan. Aspek hubungan kerja : aspek kepemimpinan, sistem kerja, jenis
448
pekerjaan yang tidak sesuai, dll. Pengaruh lingkungan kerja terhadap kesehatan jiwa dapat berupa : Rasa tidak nyaman (disatisfaction) terhadap pekerjaan akan mengganggu konsentrasi dan cepat menimbulkan kelelahan, sehingga dapat mempertinggi angka kecelakaan. Penurunan produktivitas, akibat menurunnya produktivitas individu atau kelompok. Penurunan produktivitas merupakan indikator dini dan sangat membantu dalam upaya pencegahan. Angka Absensi yang meningkat Angka sakit atau ijin meningkat tanpa diketahui secara jelas sebab sakitnya. Tenaga kerja kurang nyaman bekerja, kurang bergairah, kadang-kadang merasa pusing dna lain-lain. Emosional stress yang dapat dilayani oleh tenaga kerja baik individual (subjektif) maupun kelompok (objektif) terhadap suatu faktor lingkungan kerja. Peningkatan penyakit-penyakit psikomatis, yaitu keluhan-keluhan fisik yang berhubungan dengan gangguan kejiwaan seperti penyakit tukak lambung (maag), oksin, tekanan darah tinggi/ rendah, dll. Gangguan kejiwaan atau perilaku, merupakan tingkat pengaruh yang serius, terhadap kesehatan jiwa, seperti neurosis dan anxietas. Cara-cara pencegahan terhadap stress. Dapat dibedakan dalam 3 (tiga) macam yaitu : Mengubah lingkungan yang dirasakan. Menimbulkan stress dengan manipulasi lingkungan. Memanipulasi lingkungan adalah : Perbaikan lingkungan kerja sehingga memenuhi syarat-syarat kesehatan dan keselamatan kerja, misalnya mengurangi kebisingan penerangan yang baik, menerapkan aspek-aspek ergonomik, dll. Merubah lingkungan yang dirasakan menimbulkan stress melalui perubahan persepsi. Dalam keadaan-keadaan tertentu stress yang dirasakan dapat dihilangkan dengan merubah persepsi kita terhadap keadaan yang menimbulkan stress tersebut. Suatu kejadian yang kita nilai negatif, kita usahakan untuk mengambil hikmahnya (segi-segi positifnya)
449
Persepsinya juga dapat diubah dengan mengubah nilai-nilai keyakinan dan pandangan yang dianut. Mengubah kita dengan jalan meningkatkan daya tahan terhadap stress.
F. Faktor Psikologi
Psikologi sebagai suatu ilmu jelas tidak dapat disangka! lagi dan dapat dilakukan pembuktian secara empiris, dengan systematik yang jelas, sebagai salah satu persyaratan ilmu. Secara umum dikatakan bahwa psikologi adalah ilmu yang mempelajari tingkah laku manusia, dalam arti yang Iuas. Tingkah laku disini tidak hanya tingkah laku yang nyata/tingkah laku secara fisik tetapi juga tingkah laku yang tidak nampak seperti berfikir. Secara sederhana psikologi dapat dibagi atas :
Psikologi teoritis yaitu yang berhubungan dengan filsafat; Psikologi empiris yang terbagi atas :
Psikologi umum yaitu yang mempelajari gejala-gejala kejiwaan dari orang dewasa yang normal misalnya berfikir, belajar dan emosi
Psikologi khusus yaitu mempelajari perbedaan-perbedaan individu ahtar manusia, misalnya psikologi hewan, psikologi perkembangan dan psikologi sosial;
Psikologi yang diamalkan (applied psychology) yaitu psikologi yang mengamalkan hasil-hasil punyelidikan psikologi untuk tujuan praktis, misalnya klinis, psikologi anak dan psikologi industri.
Dengan demikian dapatIah kita ketahui kedudukan dari psikologi industri dalam hubungannya dengan psikologi yang Iuas. Jadi dapat dikatakan bahwa psikolgi industri adalah psikologi yang mengamalkan fakta-fakta dan prinsip-prinsip psikologi dalam menyelesaikan masalah psikologi yang timbul dari aktivitas-aktivitas yang ada dalam suatu perusahaan.
Pengendalian Kecelakaan Kerja a) Pengendalian bahaya besar meliputi kecelakaan besar yang terjadi
karena bencana alam atau ulah manusia.
450
Pengendalian bahaya besar menyangkut soal pencegahan dan pengurangan akibat kecelakaan besar yaitu kecelakaan yang dapat membahayakan orang-orang dan harta benda tidak saja di perusahaan itu sendiri, tetapi juga di lingkungan sekeliling perusahaan tersebut. (1) Kecelakaan besar
Kecelakaan yang ,terjadi karena kekuatan alam adalah : gempa bumi, letusan gunung berapi, banjir, dan taufan;
Kecelakaan karena ulah manusia, adalah : kecelakaan kapal taut, tabrakan kereta api, jebolnya bendungan air, jatuhnya pesawat terbang;
Kecelakaan industri; meledaknya ketel uap, kebocoran bahan kimia, kebakaran besar dan peledakan
Akibat kecelakaan tersebut dapat berupa Banyak korban meninggal dunia Kerusakan hebat pada, instalasi dan bangunan Reaksi masyarakat yang emosional Konskwensi serius terhadap perusahaan bersangkutan,
seperti kehilangan produksi, tuntutan pidana, ganti rugi, penyelidikan dan bahkan penutupan selama-lamanya.
(2) Sebab-sebab Kecelakaan besar Kecelakaan besar di sebuah perusahaan tidak seperti gempa bumi atau letusan gunung berapi yang tidak dapat dihindari, akan tetapi kecelakaan di perusahaan tentunya disebabkan oleh satu rangkaian kejadian dan tidak oleh satu kejadian saja. Dimana apabila hal ini ditata, direncanakan, dibangun, dioperasikan, dirawat dan dikelola dengan baik maka tidak satu kesalahan, kekeliruan atau kegagalan dapat mengakibatkan suatu kecelakaan besar.
b) Kecelakaan Besar Akibat Bahan Kimia. (1) Kebakaran dan Peledakan
Contoh suatu kecelakaan besar, kebakaran dan peledakan adalah: Mexico City : penyimpanan dan pengisian LPG Ciubatao : pipa minyak melalui rawa-rawa di bawah
perkampungan
451
Flixborough : pabrik caprolactam (cyclohexan) Siberia : pipa LPG Los Alfaques : tanker isi propylene Pifer Alpha : anjungan lepas pantai produksi minyak Houston 1990 : pabrik petrokimia
(2) Awan Beracun Beberapa kecelakaan awan beracun adalah : Seveso : doixin Bhopal : Methyl Iso Cyanate (MIC)
Sistem Pengendalian Bahaya Besar harus mencakup beberapa unsur, yaitu :
Yakinkan bahwa manajemen bertanggung jawab atas keselamatan para karyawan dan penduduk di sekitar pabrik.
Temukan pabrik mana dapat terjadi kecelakaan besar Mengusahakan agar mereka yang bertanggung jawab atas
keselamatan dari pabrik, melaporkan kepada instansi yang berwenang
Agar laporan tersebut diperiksa dengan teliti oleh ahli keselamatan kerja yang terlatih
Mengadakan pemeriksaan secara teratur (a) Tanggung jawab Manajemen
Hendaknya jelas bahwa manajemen tetap bertanggung jawab penuh terhadap semua kegiatan pabrik, walaupun :
Pabrik telah disetujui Pabrik baru saja diperiksa oleh pihak berwenang Semua rekomendasi dan persyaratan yang diberikan
oleh yang berwenang, telah dilaksanakan.
(b) Identifikasi Pabrik dengan Bahaya Besar Kecelakaan besar biasanya disebabkan oleh pelepasan secara tidak sengaja sejumlah besar bahan berbahaya atau penyalaan sejumlah besar bahan yang mudah meledak. Untuk menentukan apakah suatu instansi tertentu adalah suatu perusahaan bahaya besar atau tidak, harus diketahui kpasitas total penyimpanan bahan berbahaya, bukan jumlah persediaan pada suatu saat, atau konsumsi pada jangka waktu tertentu.
452
(c) Laporan Keselamatan Kerja Mereka yang bertanggung jawab atas keselamatan dari suatu instalasi bahaya besar harus memberitahu instansi yang berwenang akan bahaya-bahaya terhadap pengoperasian instalasi dan cara-cara mengatasi bahaya-bahaya tersebut.
(d) Unit Pengawasan Sentral Bahaya Besar Unit pengawasan sentral bahaya besar haws terdiri dari para spesialis yang dapat :
Menyelidiki dengan teliti laporan yang dibuat oleh perusahaan dengan bahaya besar
Memberikan petunjuk tentang hal-hal teknis mengenai keselamatan
Membantu melaksanakan pemeriksaan terhadap perusahaan dengan bahaya besar
Mengadakan pelatihan mengenai keselamatan kerja kepada para pengawas keselamatan dari perusahaan
(e) Pengawas Pabrik yang Terlatih Terlepas dari tugas-tugas normal mereka, para pengawas yang telah dilatih dalam pemeriksaan bahaya besar harus mengecek di tempat kerja secara teratur.
(f) Syarat-syarat Perundangan
(3) Pengenalan Tanggap Darurat Tanggap darurat dilakukan untuk mengatasi resiko yang masih ada setelah semua tindakan pencegahan yang sesuai dilakukan. Tindakan tersebut harus sesuai dengan bahaya dan harus praktis dan realistis agar efektif. Rencana tanggap darurat tersebut dapat dibagi dalam rencana darurat di dalam perusahaan sendiri dan rencana darurat di luar lingkungan perusahaan.
(a) Rencana Darurat di dalam Perusahaan Rencana darurat di dalam perusahaan menyangkut soal tindakan yang harus dilakukan oleh personil perusahaan di dalam perusahaannya sewaktu terjadi suatu keadaan darurat. Rencana tersebut harus memuat uraian tindakan
453
yang harus dilakukan dalam keadaan darurat. Tujuan utama rencana darurat adalah untuk mengusahakan agar akibat dari keadaan darurat dapat ditekan sekecil mungkin. Oleh karena itu usaha dipusatkan kearah penampungan kebocoran dan pemadaman kebakaran.
Peringatan Kepada yang Bersangkutan Mereka yang harus melakukan suatu peranan di dalam rencana darurat harus diberi tahu jika terjadi suatu keadaan darurat. Pemberitahuan ini termasuk penempatan personil untuk pos-pos darurat harus dilatih secara teratur.
Tindakan yang harus dilakukan Tindakan pertama yang harus dilakukan adalah ditujukan untuk mengatasi keadaan darurat, menghentikan kebocoran-kebocoran, memadamkan api, mencegah hagian lain dari perusahaan terlibat dalam keadaan darurat. Orang-orang yang terancam bahaya harus diusahakan segera meninggalkan daerah berbahaya.
(b) Rencana Keadaan Darurat di luar Perusahaan Apabila bantuan dari luar untuk mengontrol kecelakaan atau jika akibat kecelakaan dapat membahayakan keselamatan dari orang-orang diluar perusahaan, maka harus disusun suatu rencana keadaan darurat di Iuar perusahaan. Tujuan dari rencana tersebut adalah :
Untuk memberi informasi kepada orang-orang yang akan dimintai bantuan
Untuk memberitahu mereka yang mungkin akan menjadi korban dari suatu kecelakaan besar
Jika pemadam kebakaran atau regu penolong dari Iuar perusahaan akan diminta bantuan, maka sudah semestinya mereka harus mendapat informasi yang berhubungan dengan perusahaan yang bersangkutan.
Pengendalian bahaya besar berarti mencegah terjadinya kecelakaan besar. Kecelakaan besar dapat dicegah dengan :
454
Design pengolahan Tata letak perusahaan Design instalasi Konstruksi Operasi Perawatan dan Manajemen yang baik
6.2. MANAJEMEN RESIKO
Resiko merupakan sesuatu yang sering melekat dalam aktivitas. Kegiatan apapun yang kita lakukan pasti memiliki potensi risiko. Orang yang bekerja memiliki resiko dipecat. Seorang pengusaha menghadapi kebangkrutan sebagai resiko terbesarnya. Hal terpenting yang harus kita lakukan adalah bukan lari dari resiko yang akan terjadi, tetapi bagaimana mengelola potensi resiko yang timbul sehingga peluang terjadi atau akibat yang ditimbulkannya tidak besar. Dengan kata lain, dengan mengetahui tingkat resiko yang akan terjadi maka kita akan tahu bagaimana mengurangi dampak yang ditimbulkannya. Dengan demikian kita dapat mengendalikan resiko tersebut, sehingga aktivitas kita dapat berjalan dengan lancar dan aman. Konsep seperti inilah yang kita namai dengan Manajemen Risiko.
Manajemen Resiko merupakan inti dari Sistem Manajemen K3. karena itu secara khusus OHS AS 18001 dan Permenaker 05/Men/1996 mempersyaratkan adanya pengelolaan risiko. Sebuah organisasi dapat menerapkan metode pengendalian resiko apapun sejauh metode tersebut mampu mengidentifikasi, mengevaluasi dan memilih prioritas resiko dan mengendalikan resiko dengan melakukan pendekatan jangka pendek dan jangka panjang.
6.2.1. Identifikasi dan Pengendalian Resiko Kecelakaan
Bagan Manajemen Risiko
PERENCANAAN Umpan balik dari pengukuran kinerja
Penerapan dan Operasi
Kebijakan
Audit
455
Gambar 6.12. Bagan manajemen resiko A. Persyaratan OHSAS 18001
Perencanaan untuk identifikasi bahaya, penilaian dan pengendalian risiko. Organisasi harus membuat dan memelihara prosedur untuk melakukan identifikasi bahaya, penilaian risiko, penerapan kendali pengukuran yang diperlukan, yang mencakup: Aktivitas rutin dan nonrutin. Aktivitas personel yang memiliki akses pada tempat kerja (mencakup
subkontraktor dan pengunjung). Fasilitas pada tempat kerja, yang disediakan oleh organisasi atau
pihak lainnya. rganisasi harus memastikan bahwa hasil dari pencapaian tersebut dan pengaruh pengendalian ini dipertimbangkan dalam membuat sasaran
Klasifikasi aktivitas kerja
Identifikasi bahaya
Menentukan resiko
Menyusun prioritas tindak lanjut
Memilih sasaran penting Sasaran yang tidak masuk kriteria penting disimpan untuk program berikutnya
Bagi sasaran yang dianggap penting diberi nilai pencapaian jika
memungkinkan
Membuat program
Menerapkan program
Tinjauan
456
K3. Organisasi harus mendokumentasikan dan memelihara informasi terbaru. Metodologi untuk mengidentifikasi bahaya dan penilaian resiko harus: Terdefinisi dengan memperhatikan lingkup organisasi, sifat dan
waktu untuk memastikan organisasi lebih proaktif ketimbang reaktif. Menyediakan klasifikasi resiko dan identifikasinya untuk dieliminasi
atau dikendalikan dengan pengukuran Konsisten dengan pengalaman operasi dan kemampuan kendali
pengukuran risiko. Menyediakan input pada ketentuan persyaratan fasilitas, identifikasi
kebutuhan pelatihan dan/atau pengembangan kendali operasional. Menyediakan tindakan yang dipersyaratkan untuk memastikan keefektifan dan jangka waktu penerapannya pada saat monitoring.
B. Persyaratan Permenaker 05/Men/1996
1. Perencanaan Perusahaan harus membuat perencanaan yang efektif guna mencapai keberhasilan penerapan sistem Manajemen K3 dengan sasaran yang jelas dan dapat diukur. Perencanaan harus memuat tujuan, sasaran dan indikator kinerja yang diterapkan dengan mempertimbangkan identifikasi sumber bahaya, penilaian dan pengendalian resiko sesuai dengan persyaratan perundangan yang berlaku serta hasil pelaksanaan tinjauan awal terhadap keselamatan dan kesehatan kerja.
2. Perencanaan identifikasi bahaya, penilaian dan pengendalian resiko Identifikasi bahaya, penilaian dan pengendalian resiko dari kegiatan, produk barang dan jasa harus dipertimbangkan pada saat merumuskan rencana untuk memenuhi kebijakan keselamatan dan kesehatan kerja. Untuk itu harus ditetapkan dan dipelihara prosedurnya.
Pengelolaan resiko merupakan dasar dati penerapan Sistem Manajemen K3, karena itu setiap organisasi harus memiliki apresiasi yang menyeluruh pada setiap kegiatan yang terkait dengan aspek-aspek K3.
Identifikasi bahaya, penilaian dan pengendalian resiko yang terkait dengan aktivitas harus dipastikan sesuai, cukup dan selalu tersedia.
457
Untuk itu sebuah organisasi harus mengidentifikasi, mengevaluasi dan mengedalikan resiko K3 disemua aktivitas-aktivitasnya, dan semua tahapan ini menjadi dasar dalam pengembangan dan penerapan Sistem Manajemen K3. Hal ini sangat penting, karena itu identifikasi bahaya dan pengendalian bahaya harus secara nyata ditetapkan. Setiap organisasi berbeda dalam bentuk identifikasi, pengukuran dan pengendalian bahayanya, tergantung pada ukuran, situasi lingkungan kerja organisasi serta ditentukan juga oleh sifat, kompleksitas dan signifikansi bahaya yang terjadi.
Identifikasi bahaya. penilaian dan pengendalian resiko harus dilakukan dalam perhitungan yang matang, termasuk juga biaya dan waktu pelaksanaannya. Data-data yang disajikan harus dipastikan akurat. Organisasi harus menentukan apakah aspek K3 ini terkait dengan aktivitas sekarang atau yang lampau.
Tapi bagi organisasi yang belum menerapkan Sistem Manajemen K3 dan belum memiliki data apapun yang terkait dengan aspek-aspek K3, sebaiknya melakukan tinjauan awal bahaya potensial berdasarkan kondisi sekarang.
Organisasi harus mempertimbangkan resiko yang dihadapinya sebagai dasar membuat Sistem Manajemen K3. Tinjauan awal harus mencakup empat hal berikut ini: a. Persyaratan peraturan dan perundang-undangan. b. Identifikasi resiko K3 yang dihadapi organisasi. c. Rekaman-rekaman dari semua proses dan prosedur. d. Evaluasi umpan balik dari investigasi insiden sebelumnya,
kecelakaan dan keadaan darurat.
Kondisi operasi normal, tidak normal dan kondisi darurat yang potensial juga harus mendapatkan perhatian. Serta yang tidak kalah penting yang harus kita ingat adalah ketika melakukan identifikasi bahaya potensial kita tidak saja melakukannya pada pekerjaan operasional saja, tapi juga pada segala aspek lainnya yang masih termasuk di dalam Iingkup penerapan Sistem Manajemen K3, seperti pemeliharaan, house keeping, dan lain sebagainya.
Sumber data yang dapat digunakan adalah: Persyaratan dan peraturan K3 Kebijakan K3
458
Rekaman insiden dan kecelakaan kerja Laporan ketidaksesuaian Hasil audit Komunikasi pada karyawan dan pihak terkait Informasi dari tinjauan aktivitas K3 karyawan. Infomasi dari perusahaan sejenis berupa insiden dan kecelakaan
kerja yang teriadi Infomasi pada fasilitas, proses dan kegiatan organisa mencakup
prosedur, data pemantauan, data lingkungan dan tempat kerja.
Dalam melakukan identifikasi bahaya, pengukuran dan pengendalian resiko yang tertuang dalam pengelolaan resiko sebuah organisasi dapat menggunakan lima langkah sebagai mana diilustrasikan dalam bagan berikut ini :
Gambar 6.13. Pengukuran dan pengendalian resiko 6.2.2. Langkah-langkah Pengukuran dan Pengendalian Resiko
Langkah 1. Identifikasi Bahaya Persyaratan Permenaker 05/Men/1996 Identifikasi Sumber Bahaya, Penilaian dan Pengendalian risiko Sumber bahaya yang teridentifikasi harus dinilai untuk menentukan tingkat resiko yang merupakan tolak ukur kemungkinan terjadinya kecelakaan dan penyakit akibat kerja. Selanjutnya dilakukan pengendalian untuk identifikasi sumber bahaya
Step 5 : Pemantauan dan Tinjauan
Step 4 : Menerapkan pengendalian
Step 3 : Menetapkan pengendalian
Step 1 : Identifikasi bahaya
Step 2 : Identifikasi bahaya
Sudah adakah peraturan, standar, kode industri atau materi panduan tentang bahaya yang harus
diidentifikasi
Mengikuti informasi dalam peraturan
standar kode atau buku panduan
ya Tidak
459
Identifikasi sumber bahaya dilakukan dengan mempertimbangkan: 1. Kondisi dan kejadian yang dapat menimbulkan potensi bahaya. 2. Jenis kecelakaan dan penyakit akibat kerja yang mungkin dapat
terjadi.
Langkah pertama dalam proses manajemen resiko adalah melakukan identitifikasi bahaya tempat kerja atau tempat yang berpeluang mengalami kerusakan. Hal yang harus diperhatikan adalah bahaya akibat pekerjaan tidak saja terjadi pada saat kejadian, tetapi bisa juga terjadi dalam kurun waktu yang lama. Misal seseorang yang bekerja dalam kondisi kerja yang bising, baru merasakan akibatnya berupa gangguan pendengaran setelah 10-20 tahun kemudian.
Secara umum, kita dapat membagi bahaya kerja atas enam bagian, seperti digambarkan dalam Tabel Panduan Daftar Potensial
Dalam prakteknya, suatu organisasi seringkali mengalami kesulitan dalam menentukan bahaya. Hal ini disebabkan begitu banyak kegiatan-kegiatan yang harus diidentifikasi. Cara sederhana untuk memulai menentukan bahaya dapat dilakukan dengan membagi area kerja berdasarkan kelompok, seperti: Kegiatan-kegiatannya (seperti pekerjaan pengelasan, pengolahan
data) Lokasi (kantor, gudang, lapangan) Aturan-aturan (pekerja kantor, atau bagian elektrik) Fungsi atau proses produksi (administrasi, pembakaran,
pembersihan, penerimaan, finishing) Aktivitas-aktivitas lainnya yang bisa digunakan dalam
mengidentifikasi bahaya, antara lain: Berkonsultasi dengan pekerja. Bertanya pada mereka tentang
berbagai masalah yang mereka temukan, keadaan yang nyaris kena bahaya dan kecelakaan kerja yang tidak terekam.
460
Tabel 6.2 Panduan Daftar Bahaya Potensial Lingkungan Kerja Energi Pekerjaan Manual
Akses Elektical Tegangan tubuh Mengacu pada akses yang
sesuai Tersetrum Tegang otot ketika
mangangkat, mangangkut atau menurunkan benda
Penyegar ruangan Gravitasi Udara yang kotor Jatuh Kejang otot ketika
manangani benda selain mengangkat, mengangkut atau menurunkan benda
Tersandung Tergelincir Tertimpa benda Temperatur yang ekstrim Energi kinetik Kontak dengan benda
yang panas atau dingin Menabrak benda Kejang otot ketika tidak
ada benda yang ditangani Terkena lingkungan yang
panas atau dingin Tertabrak benda Pergerakan yang berulang
Pencahayaan Radiasi Ergonomis Memacu pada
pencahayaan yang sesuai Radiasi ultra violet Kelelahan Radiasi infra merah Desain tempat kerja yang
mengakibatkan stres, kesalahan.
Gelombang mikro Laser Tekanan mental Getaran Gertakan/gangguan Getaran seluruh tubuh Kekerasan Getaran bagian tubuh Kerja shift
Kebisingan Bising tiba-tiba Bising dalam waktu yang lama
Biologi Plant Zat Kimia Bakteri Mekanik, Terkontaminasi dengan
zat kimia dalam waktu sebentar
Jamur Kendaraan bermotor Terkontaminasi zat kimia dalam waktu lama
Virus Peralatan mesin Tersengat hewan berbisa Parasit Peralatan manual Kebakaran dan ledakan
Udara keras Debu dari kayu, asbes,
silika Gas, seperti: CO, CO2 Asap dan uap Kabut seperti asam Kontak kulit Terserap, seperti pestisida Karatan seperti: asam,
alkali Alergi
461
Contoh hasil Identifikasi No. Kegiatan Bahaya potensial 1 Pengelasan Tarabsorpsi
Terhirup/pernafasan Terkena benda panas Terkena mata Tersengat listrik
2 Perakitan Kebisingan Suhu tingga Kelelahan Terpeleset Tersengat listrik Kejang otot Penerangan buruk Pernafasan
Berkonsultasi dengan tim K3 Mempertimbangkan:
Bagaimana personel menggunakan peralatan dan material. Bagaimana kesesuaian peralatan tersebut yang digunakan pada
aktivitas-aktivitas dan lokasinya. Bagaimana personel dapat terluka baik secara langsung maupun
tidak langsung oleh berbagai aspek tempat kerja. Melakukan safety audit. Pengujian, bagian dari perusahaan atau peralatan kerja dan
kebisingan. Evaluasi teknis dan keilmuan. Menganalisis rekaman dan data, seperti insiden dan nyaris kena
Bahaya, keluhan personel, tingkat penyakit dan turn-over karyawan. Informasi dari designer, konsumen, supplier, dan organisasi-
organisasi seperti serikat pekerja, KADIN, dan sebagainya. Pemantauan Iingkungan dan kesehatan. Survai yang dilakukan pada karyawan.
Setelah tnelengkapi Langkah 1 ini, kita perlu menilai resiko yang
terkait dengan bahaya-bahaya ini. Tapi sebelum melakukan penilaian resiko kita melakukan identifikasi resiko yang terkait dengan masing-masing bahaya dengan mempertimbangkan dua hal sebagai berikut:
462
• Resiko Minor Jika dalam organisasi Anda terdapat resiko yang relatif kecil atau bahaya yang dapat dengan mudah diselesaikan. kita mungkin tidak perlu melakukan penilaian menyeluruh sebagaimana yang dijelaskan dalam Langkah 2. Jadi cukup sebagian aktivitas saja Diatur dalam persyaratan perundang-undangan, standar, kode industri atau materi panduan. - Peraturan perundangan
Jika peraturan perundangan mengatur kegiatan yang terkait dengan aktivitas kegiatan Anda, maka mau tak mau Anda harus mentaati peraturan tersebut.
- Standar atan kode industri Jika terdapat standar atau kode industri terkait yang mengatur tentang bahaya di tempat kerja Anda, maka dapat dilakukan dua hal: Mengadopsi dan mengikuti ketentuannya. Membuat cara lain dengan tingkatan yang sama dalam
menanggulangi resiko. Beberapa daftar Standar Nasional Indonesia yang terkait K3 di area pertambangan.
No. Nomor SNI Judul SNI1 SNI 13-6350-2000 Demarkasi di Lorong, Jalan Lintas, Daerah Bebas
Rintangan, dan Tempat Penyimpanan Barang. 2 SNI 13-6351-2000 Rambu-Rambu Jalan di Area Pertambangan 3 SNI 19-4122-1996 Keselamatan Kerja pada Pengelasan Listrik secara Manual 4 SNI 13-4126-1996 Penyumbuan Detonator Biasa pada Kegiatan
Pertambangan Umum 5 SNI 19-4127-1996 Bahasa Isyarat Pengoperasian Pesawat Angkat (Crane) 6 SNI 19-4173-1996 Penentuan Kadar Raksa di Udara dengan Mercury
Analyzer 7 SNI 13-4181-1996 Pengolahan Limbah Cair dari Proses Sianidasi Bijih Emas
secara Kimiawi 8 SNI 13-4182-1996 Tata Pengukuran Derajat Keasaman Tanah 9 SNI 19-4183-1996 Tata Pengukuran Disesuaikan Kadar Sianida dalam Air
Limbah 10 SNI 13-4000-1995 Bekerja di Jalur Operasi Grader 11 SNI 13-3619-1994 Penanganan Tabung Bertekan 12 SNI 13-3620-1994 Cara Pemakaian Perkakas Tangan dengan Aman 13 SNI 13-3621-1994 Pengukuran Kuantitas Udara Cara trverse pada Tambang
Bawah Tanah dengan Alat Vane-Anemometer
463
• Materi pedoman Walaupun pedoman-pedoman ini bukan bagian dari peraturan yang harus dipatuhi, tapi membantu kita dalam menangani aspek K3. Mengikuti ketentuan-ketentuan yang dalam buku pedoman mungkin lebih mudah dan masuk akal, akan tetapi mungkin dalam buku panduan tersebut tidak mengatur semua resiko atau bahaya terkait. Dalam keadaan ini, kita perlu mengidentifikasi resiko lainnya yang tidak dijelaskan dalam sebuah buku panduan.
Timbul pertanyaan bagi kita, bagaimana menentukan dan mendapatkan peraturan perundangan, standar, kode industri atau buku panduan yang sesuai dengan aktivitas di organisasi kita. Tidak semua perusahaan mengetahuinya. Untuk mengatasi permasalahan tersebut, kami menyediakan daftar peraturan-peraturan yang ada di Indonesia. Sedangkan untuk tingkat daerah seperti Perda, standar, atau buku panduan, Anda dapat menghubungi kantor pemda setempat, kadin, asosiasi atau konsultan.
Langkah 2: Menilai Resiko dan Seleksi Prioritas Persyaratan Permenaker 05/Men/1996 Penilaian Risiko Peniiaian resiko adalah proses untuk menentukan prioritas pengendalian terhadap tingkat resiko kecelakaan atau penyakit akibat kerja.
Tujuan dari langkah ini adalah untuk menentukan prioritas untuk tindak lanjut, karena tidak semua aspek bahaya potensial yang dapat kita tindak lanjuti. Berbagai metode dapat kita gunakan dalam melakukan penilaian risiko. Salah satu metodenya adalah sebagaimana yang kita pelajari dalam bagian ini. Anda bisa raja mengembangkan metode sendiri dalam melakukan penilaian risiko.
Metode penilaian resiko, antara lain: Untuk setiap resiko:
Menghitung peluang insiden yang terjadi di tempat kerja Menghitung konsekuensi insiden yang terjadi Kombinasikan penghitungan peluang dan konsekuensi pada rate
risiko Menggunakan rating setiap risiko, mengembangkan daftar prioritas
resiko kerja.
464
Menentukan peluang Dalam menentukan peluang insiden yang terjadi di tempat kerja, kita
dapat menggunakan skala berdasarkan tingkat potensinya. Berikut ini faktor yang dapat mempengaruhi peluang terjadinya
sebuah insiden: • Berapa kali situasi terjadinya
Semakin besar frekuensi paparan semakin besar peluang insiden yang akan terjadi. Contoh: Pertimbangkan berapa kali seorang pekerja mengangkut semen setiap harinya.
• Berapa orang yang terpapar Semakin banyak orang yang terkena, maka semakin banyak pula insiden yang akan terjadi. Contoh: Pertimbangkan berapa banyak orang yang mengangkut semen.
• Keterampilan dan pengalaman orang yang terkena Pelatihan yang sesuai dan kompetensi yang memadai dalam aktivitas dapat mengurangi peluang terjadinya insiden.
• Berbagai karakteristik khusus personel yang terlibat Contoh: Seseorang yang biasa menggunakan tangan kanannya akan memiliki kecenderungan resiko lebih kecil dibandingkan ketika ia menggunakan tangan kirinya dalam melakukan aktivitas.
• Durasi paparan Semakin lama seseorang terkena maka semakin tinggi peluang insiden akan terjadi.
• Pengaruh posisi seseorang terhadap bahaya Semakin dekat seseorang dengan sumber bahaya maka akan semakin tinggi peluang terkena insiden. Contoh: Seseorang yang berada di dekat mesin kompresor akan lebih berpeluang mengalami gangguan pendengaran dibandingkan orang yang jauh dari mesin tersebut.
• Distraksi, tekanan waktu atau kondisi tempat kerja yang dapat mempengaruhi kehati-hatian dalarn melakukan aktivitas. Contoh: Suasana ribut di ruang gawat darurat rumah sakit dapat mempengaruhi peluang para medis melakukan kesalahan operasi.
• Jumlah material atau tingkat paparan Contoh: Sebuah insiden (seperti ledakan) lebih mudah terjadi dalam
465
kontainer/tabung dengan berisi gas yang memuai daripada kontainer tanpa ruangan untuk gas yang memuai.
• kondisi lingkungun • Kondisi peralatan • Efektifitas pengendalian yang ada
− Apakah paparan yang ada mengurangi resiko paparan? − Apakah pekerja mengetahui pengendalian yang ada? − Apakah terdapat prosedur atau sistem yang terkait dengan
pengendalian tersebut? − Apakah pelatihan dan pengawasan yang berhubungan dengan
pengendalian yang ada? − Apakah dilakukan pemeliharaan yang sesuai terhadap
pengendalian tersebut? − Sejauh mana kemudahan digunakan, cara kerjanya? Banyak cara yang dapat kita lakukan dalam melakukan penilaian
resiko, salah satunya adalah metode yang kami sajikan pada buku ini. Anda dapat saja mengembangkan metode yang berbeda sejauh metode tersebut dapat menyentuh segala aspek-aspek yang terdapat dalam faktor-faktor yang dibahas di atas.
Menentukan peluang
Peluang Sangat sering Dapat terjadi kapan saja Sering Dapat terjadi secara berkala Sedang Dapat terjadi pada kondisi tertentu Jarang Dapat terjadi, tapi jarang Sangat jarang Memungkinkan tidak pernah terjadi
Menentukan konsekuensi
Untuk menentukan konsekuensi, kita harus membuat ketetapan pada severity yang berpotensi terjadi. Kita harus meninjau informasi yang dikumpulkan sejak tahap identifikasi, mencakup statistik insiden, dan data manufaktur.
Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi konsekuensi harus juga kita pertimbangkan, yang mencakup antara lain: • Potensi pada reaksi berantai, di mana sebuah bahaya jika tidak
dihilangkan, akan mengakibatkan kondisi yang lebih berat.
466
• Konsentrasi substansi. Misalnya, bahan kimia yang memiliki konsentrasi lebih kecil memiliki konsekuensi bahaya lebih kecil dibandingkan bahan kimia yang memiliki konsentrasi lebih besar.
• Volume material. Misalnya potensi konsekuensi dari amoniak dalam jumlah yang kecil mungkin lebih kecil daripada amoniak dalam jumlah yang besar.
• Kecepatan proyektil dan pergerakan bagiannya. • Ketinggian, akibat yang dihasilkan dari benda yang jatuh ditentukan
dan ketinggian benda itu semula, semakin tinggi benda tensebut semakin besar pula akibat yang dihasilkan, begitu juga seseorang yang jatuh dari ketinggian.
• Jarak pekerja dari bahaya potensial. • Berat, contoh seseorang akan mengalami akibat yang lebih fatal
ketika ia kejatuhan benda dengan berat 60 kg dibandingkan 10 kg. • Tingkat gaya dan energi. Misalnya, semakin tinggi voltase listrik
semakin tinggi akibat yang dihasilkan jika tersetrum. Daftar konsekuensi/severity yang terjadi
Tidak Signifikan (TS)
Minor (M) Sedang Besar (B)
Besar (BB)
Iritasi mata Luka pada permukaan tubuh
Luka terkoyak
Terbakar Patah tulang berat
Ketidak yamanan
Tergores Patah tulang ringan
Gagar otak Amputasi
Pegal-pegal Terpotong/ tersayat kecil
Sakit radang kulit
Terkilir serius Luka fatal
Lelah Bising Asma Keracunan Luka kompleks
Sakit Cacat Minor permanen
Kanker
kepala/ pusing Penyakit mematikan
Memar Penyakit fatal akut
Kematian Tuli
467
Contoh penghitungan No. Aktivitas Bahaya potensial Konsekuensi
TS M S B BB 1 Pekerjaan
pengelasan Tersandung Terhirup/pernafasan Terpleset Terkena mata Tersandung Tersengat listrik
2 Pekerjaan House-keeping
Kebisingan Suhu tinggi Jatuh dari ketinggian Terpleset Tersengat Terabsorpsi kulit Penerangan buruk Pernafasan
Tingkat setiap risiko
Level atau tingkatan resiko ditentukan oleh hubungan antara nilai hasil identifikasi bahaya dan konsekuensi. Hubungan ini dapat kita gambarkan dalam matriks berikut ini:
Penilaian Resiko 2D model
Konsekuensi
Peluang 1
Tidak signifikan 2
Minor 3
Moderat 4
Major 5
Bencana besar A
Sering kali H H E E E
B Sering
M H H E E
C Sedang
L M H E E
D Jarang
L L M H E
E Sangat Jarang
L L M H H
Matriks Analisis Resiko – Tingkatan Resiko
468
Penilaian Resiko 3D model
Bahaya yang diidentifikasi
Penilaian resiko Nilai Resiko E x L x K
Tingkatan Resiko Paparan
(E) Peluang
(L) Konsekuensi
(K)
Definisi
Paparan Peluang Konsekuensi Nilai resiko Terus menerus 10 Sangar sering 1 Fatal 20 E > 20 Berkala 6 Sering 0,6 Major 10 H > 10 Tertentu 3 Sedang 0,3 Sedang 5 M3-10 Tidak teratur 2 Jarang 0,1 Minor 2 L < 3 Jarang 1 Sangat jarang 0,05 Tidak signifikan 1
Legenda: E : Ekstrim/Signifikan H : Resiko tinggi M : Resiko sedang L : Resiko rendah
Tujuan kita menggambarkan dalam matriks ranking ini adalah sebagai masukan bagi kita dalam menentukan prioritas. Hal yang harus diperhatikan adalah nilai resiko di atas bukanlah nilai yang absolut. Matriks ini hanya menyediakan ranking nilai saja. Berdasarkan matriks ranking tersebut kita dapat mengidentilikasi tindakan yang akan kita lakukan terhadap setiap risiko.
Ketentuan Tindak Lanjut TINGKAT RESIKO TINDAK LANJUT
RESIKO RENDAH Pengendalian tambahan tidak diperlukan. Hal yang Perlu diperhatikan adalah jalan keluar yang lebih menghemat biaya atau peningkatan yang tidak memerlukan biaya tambahan besar. Pemantauan diperlukan untuk memastikan bahwa pengendalian dipelihara dan diterapkan dengan baik dan benar.
RESIKO SEDANG Perlu tindakan untuk mengurangi resiko, tetapi biaya pencegahan yang diperlukan perlu diperhitungkan dengan teliti dan dibatasi. Pengukuran pengurangan resiko perlu diterapkan dengan baik dan benar.
Matriks Analisis Resiko – Tingkatan Resiko
469
RESIKO TINGGI Pekerjaan tidak dilaksanakan sampai resiko telah direduksi. Perlu dipertimbangkan sumber daya yang akan dialokasikan untuk mereduksi risiko. Bilamana resiko ada dalam pelaksanaan pekerjaan, maka tindakan segera dilakukan.
EKSTRIM Pekerjaan tidak dilaksanakan atau dilanjutkan sampai rsiko telah direduksi. Jika tidak memungkinkan untuk mereduksi resiko dengan sumber daya yang terbatas, maka pekerjaan tidak dapat dilaksanakan.
Langkah 3: menetapkan pengendalian Tindakan Pengendalian
Perusahaan harus merencanakan pengelolaan dan pengendalian kegiatankegiatan, produk barang dan jasa yang dapat menimbulkan resiko kecelakaan kerja yang tinggi. Hal ini dapat dicapai dengan mendokumentasikan dan menerapkan kebijakan standar bagi tempat kerja, perancangan pabrik dan bahan, prosedur dan instruksi kerja untuk mengatur dan mengendalikan kegiatan produk barang dan jasa. Pengendalian resiko kecelakaan dan penyakit akibat kerja dilakukan melalui metode: 1. Pengendalian teknis/rekayasa yang meliputi eliminasi, substitusi,
isolasi, ventilasi, higiene dan sanitasi. 2. Pendidikan dan pelatihan. 3. Pembangunan kesadaran dan motivasi yang meliputi sistem bonus
insentif, penghargaan dan motivasi diri. 4. Evaluasi melalui internal audit, penyelidikan insiden dan etiologi. 5. Penecakan hukum.
Langkah ketiga ini mencakup menentukan pengendalian untuk mengelola risiko. Berikut ini kita bahas mengenai memilih alat kendali yang diperlukan.
Prioritas pengendalian
Dalam melakukan pengendalian, hal yang harus kita lakukan adalah memulai dari tindakan yang terbesar. Jika tidak dapat dilakukan maka kita menurunkan tingkat pengendaliannya ke tingkat yang lebih rendah/mudah. Tahapan-tahapan yang kita sajikan dalam bagian ini didasarkan pada pertimbangan biaya. Semakin tinggi tingkat kendali yang dipliih semakin tinggi pula biaya yang dibutuhkan.
470
Secara detail dapat kita lihat dalam paparan berikut ini: Tahap pertama adalah menghilangkan penyebab bahaya. Jika
tidak memungkinkan dilakukan tindakan pencegahan atau mengurangi peluang terkena resiko, lakukan salah satu atau kombinasi dari tahap berikut: 1. Mengganti peralatan/peralatan tersebut (substitusi). 2. Melakukan desain ulang dari perangkat kerja (engineering). 3. Melakukan isolasi sumber bahaya.
Jika ketiga alternatif tersebut tidak dapat juga digunakan, maka dapat dilakukan dua alternatif berikut ini: 1. Pengendalian secara administrasi, seperti prosedur, instruksi kerja,
supervisi pekerjaan. 2. Penggunaan alat pelindung diri (APD).
Gambar 6.14. Hirarki Pengendalian Risiko
Dalam banyak kejadian, kita menemui penggunaan lebih dari satu alat kendali dalam mengatasi bahaya potensial. Sebagai contoh, untuk mengurangi terkena bahaya gas kimia, tidak hanya dengan mengganti zat kimia sejenis (substitusi) dengan tingkat bahaya yang lebih rendah, akan tetapi juga tetap menggunakan prosedur keamanan kerja (pengendalian administrasi) serta masker gas sebagai alat pelindung diri (APD)
Beberapa tindakan pengendalian dengan prioritas yang lebih rendah dapat digunakan sebagai penggati sementara sampai alat pengendali permanen tersedia. Misalnya, mengatasi bahaya disebuah
Menghilangkan
Penggantian
Engineering/rekayasa
Adminisrasi
Alat Pelindung diri
471
tempat produksi dengan mengganti mesin-mesin yang ada dengan mesin lain. Akan tetapi karena dibutuhkan biaya yang besar dan waktu yang lama dalam proses pengadaannya, maka untuk menghindari tingkat bahaya yang terjadi dilakukan penerapan prosedur keamanan kerja, serta supervisi terhadap pekerjaan.
Hal-hal yang harus diperhatikan dalam memilih atau menetapkan jenis tindakan pengendalian resiko adalah dengan memperhatikan hal-hal sebagai berikut: Tindakan itu merupakan alat pengendali yang tepat Tidak menimbulkan bahaya baru/lain Diikuti oleh semua pekerja tanpa adanya ketidaknyamanan dan stres
Menghilangkan bahaya
Menghilangkan bahaya adalah langkah ideal yang dapat dilakukan, dan harus menjadi pilihan pertama dalam melakukan pengendalian resiko, dan berarti menghentikan peralatan/prasarana yang dapat menimbulkan bahaya. Contohnya, menggunakan mesin untuk pekerjaan manual yang berulang atau menghilangkan asbes dari tempat kerja.
Mencegah atau mengurangi peluang terkena resiko
Jika bahaya tidak dapat dihilangkan, maka kita menggunakan alat kendali resiko yang lebih rendah tingkatannya. Alat kendali ini dapat digunakan salah satu saja atau hasil kombinasi. Alat-alat kendali itu adalah: • Substitusi / mengganti
Prinsip dari alat kendali ini adalah menggantikan sumber resiko dengan sarana/peralatan lain yang tingkat risikonya lebih kurang/ tidak ada. Contoh: o Penggunaan bahan kimia bergbahaya dengan yang lebih rendah
tingkatan bahayanya, seperti: menggati bahan kimia yang berbasis gas dengan berbasis cair, mengganti toxic solvent dengan deterjen.
o Mengganti kaca dengan plastik o Menggabti pedestal fan dengan ceiling fan dalam dapur o Enggineering/rekayasa
472
Langkah ini dilakukan dengan mengubah desain kerja, peralatan atau proses kerja dalam mengurangi tingkat risiko. Ciri khas dari tahap ini adalah melibatkan pemikiran yang lebih mendalam bagaimana membuat lokasi kerja yang lebih aman dengan melakukan pengaturan ulang lokasi kerja, memodifikasi peralatan, melakukan kombinasi kegiatan, perubahan prosedur, mengurangi frekuensi dalam melakukan kegiatan berbahaya. Contohnya: − Memindahkan area penyimpanan kertas fotokopi ke dekat mesin
untuk mengurangi resiko pengangkutannya. − Mengendalikan zat-zat kimia dengan melakukan perbaikan terhadap
ventilasinya. − Memasang lift barang untuk mengurangi pengangkutan melalui
tangga. − Memodifikasi sistem exhaust untuk mengurangi kebisingan. • Isolasi
Dalam tahab ini kita melakukan isolasi terhadap area bahaya dari pekerja atau dari orang yang ingin memasukinya. Contohnya: o Memasang pagar pengaman di sekitar lokasi bahaya o Menutup atau menjaga peralatan yang berbahaya o Melarang personel masuk area berbahaya.
Langkah 4: Penerapan Langkah Pengendalian
Tahap selanjutnya yang kita lakukan adalah menerapkan pengendali yang telah dipilih dan mematuhi semua ketentuan yang telah ditetapkan.
Dalam tahap keempat ini, yang akan kita lakukan adalah: Mengembangkan prosedur kerja
Prosedur bertujuan sebagai alat pengatur dan pengawas terhadap bentuk pengendalian bahaya dan resiko yang kita pilih agar penerapan pengendalian bahaya potensial dapat berjalan secara efektif. melalui koridor-koridor yang telah kita terapkan. Untuk itu tanggung jawab manajemen, supervisor, dan pekerja harus secara jelas dinyatakan dalam prosedur tersebut. Misalnya, tanggung jawab manajer dalam pemberian mesin gerinda, maka manajer harus memastikan mesin
473
gerinda tersebut dibeli sesuai dengan spesifikasi dan dipasang dengan benar. Supervisor bertanggung jawab dalam mengawasi penggunaan mesin gerinda tersebut sesuai dengan tempatnya, pekerja bertanggung jawab menggunakan mesin gerinda tersebut sesuai dengan buku petunjuk atau instruksi kerja, dan pekerja lain bertanggung jawab dalam pemeliharaannya. Komunikasi
Kita harus menginformasikan pada pekerja tentang penggunaan alat pengendali bahaya, dan juga penting untuk diinformasikan tetang alasan penggunaannya. Menyediakan pelatihan
Agar para pekerjaan dan personel lainnya lebih mengenal alat pengendali yang kita terapkan, mereka harus juga diberikan pelatihan atau penjelasan yang memadai. Pengawasan Kita pun harus melakukan pengawasan untuk memastikan alat pengedalian bahaya potensial digunakan secara benar.
Informasi aktivitas
Aktivitas: ……………………………………lokasi…………………………………………….. Diidentifikasi ……………………………….tanggal…………………………………………… Bahaya yang diidentifikasi ……………………………………………………………………..
Pengendalian resiko Pilihan pengendali yang memungkinkan : …………………………………………………
…………………………………………………. ………………………………………………….
Pengendalian yang dipilih (dan mengapa) : ………………………………………………… …………………………………………………. ………………………………………………….
Rencana tindak lanjut Pilih
pengendali Aktivitas terkait
Sumber daya
Penanggung jawab
Tanggal penerapan
Tanggal selesai
Tanggal tinjauan
Catatan : ………………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………….
474
Pemeliharaan Pemeiiharaan terhadap alat pengendali bahaya adalah bagian yang
penting dalam proses penerapan. Prosedur kerja harus mencantumkan persyaratan pemeliharaan untuk mamastikan keefektifan penggunaan alat kendali ini.
Langkah 5: Monitor dan Tinjauan
Langkah terakhir dalam proses ini adalah melakukan memonitor dan meninjau efektivitas pengendalian. Pemantauan dan tinjauan resiko harus dilakukan pada interval waktu sesuai dengan yang ditetapkan dalam organisasi.
Untuk menentukan periode monitoring dan tinjauan resiko sangat tergantung pada:
• Sifat dari bahaya • Magnitude risiko • Perubahan operasi • Perubahan dari metode kerja • Perubahan peraturan dan organisasi
Dalam tahap ini, kita dapat menggunakan daftar periksa pertanyaan untuk memastikan sejauh mana kesesuaiannya dengan perencanaan.
Dalam menjawab pertanyaan yang ada kita dapat melakukan: • Berkonsultasi dengan pekerja, supervisor, dan wakil manajemen. • Mengukur personel yang berpeluang terkena (misalnya
menghitung tingkat kebisingan setelah dipasang sarana baru dan efeknya terhadap pekerja).
• Memonitor laporan insiden.
475
Contoh Formulir Tinjauan Pengendalian Risiko Pertanyaan Temuan
Tdk Parsial Ya Memastikan sarana pengendali telah diterapkan sesuai
rencana
Apakah sarana pengendali terdapat di tempatnya? Apakah sarana pengendali telah digunakan? Apakah sarana pengendali digunakan secara benar?
Memastikan sarana pengendali bekerja Apakah sarana pengendali berhasil mengurangi /
menghilangkan dampak resiko yang ada?
Memastikan adanya masalah baru Apakah dengan penerapan sarana tersebut menimbulkan masalah baru? Apakah dengan penerapan sarana pengendali ini memperburuk keadaan.yang ada?
Komentar:
……………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………..
Pertimbangan Dokumentasi
Sesuai dengan persyaratan OHSAS 18001:1999 yang mempersyaratkan adanya prosedur, maka kita harus mencantumkan lima langkah yang telah kita bahas di atas. Di sini kita diminta untuk memelihara dokumentasi yang ada, serta data dan rekaman yang herhubungan dengan identifikasi bahaya, penilaian dan pengendalian risiko. Akan tetapi hal-hal yang harus juga kita pertimbangkan dalam pembuatan prosedur adalah: • Menentukan lingkup, waktu, sifat dan metodologi dari berbagai
bentuk identifikasi, penilaian dan pengendalian resiko. • Menentukan persyaratan kompetensi dan pelatihan yang dibutuhkan
dalam melakukan idenfikasi bahaya potensial, penilaian dan pengendalian risiko. Untuk beberapa organisasi, ini tergantung pada tipe proses yang digunakan. Bila kompetensi untuk melakukan kegiatan ini belum terpenuhi, kita sebaiknya menggunakan jasa pihak luar/konsultan untuk membantu melakukannya.
• Menentukan aturan serta wewenang personel yang bertanggung jawab dalam melakukan identifikasi bahaya potensial, penilaian dan pengendalian risiko.
• Mempertimbangkan informasi dari pekerja atas K3. • Memberikan umpan balik manajemen terhadap hasil identifikasi
476
bahaya penilaian dan pengendalian resiko, sebagai input dalam membuat sasaran K3 dan tinjauan manajemen.
• Organisasi harus juga mempertimbangkan bahaya dan resiko dari aktivitas kontraktor. atau visitor, dan dari penggunaan produk atau jasa.
• Mempertimbangkan human error sebagai bagian menyeluruh dari identifikasi bahaya, penilaian dan pengendalian risiko.
• Melakukan identifikasi bahaya potensial, penilaian dan pengendalian resiko sebagai langkah proaktif. Misalnya jika ada diperkenalkan aktivitas atau prosedur baru/revisi maka identifikasi pengendalian harus dilakukan sebelum perubahan tersebut diterapkan.
Atas dasar itu, dalam membuat prosedur kita harus menjelaskan hal-hal sebagai berikut: • Identifikasi dari bahaya potensial. • penentuan resiko yang terkait dengan bahaya yang telah
diidentifikasi. • penentuan level resiko yang terkait dengan masing-masing bahaya. • Penjelasan atau referensi, tindakan untuk memonitor dan
mengendalikan resiko dari bahaya tersebut, terutama untuk resiko yang tidak dapat ditoleransi.
• Bila memungkinkan, sasaran dan tindakan yang dilakukan adalah untuk mengurangi tingkat resiko dan kegiatan follow-up apapun yang dilakukan dalam memantau kemajuannya.
• Identifikasi kompetensi dan persyaratan pelatihan. • Langkah pengendalian yang diperlukan harus dijelaskan sebagai
bagian dari elemen pengendali operasi sistem. • Rekaman untuk setiap masing-masing aktivitas dalam prosedur.
477
Pertanyaan Temuan Tdk Parsial Ya
Apakah terdapat prosedur terdokumentasi dan terpelihara untuk menetapkan dan memperbarui bahaya, resiko dan penerapan pengendalian?
Apakah prosedur mencakup kegiatan rutin dan nonrutin? Apakah prosedur mencakup semua personel dan fasilitas? Mekanisme apa yang digunakan untuk melakukan tinjauan /
revisi bahaya jika terjadi perubahan operasi?
Apakah berbagai bahaya yang nyata dipertimbangkan? Jika tidak kenapa?
Apakah hasil penilaian dan efek pengendalian dipertimbangkan ketika membuat sasaran K3 yang kemudian didokumentasikan serta diperbarui?
Apakah metodologi: Menetapkan lingkup, sifat dan waktu? Memastikan penilaian dilakukan secara proaktif bukan
reaktif?
Menyediakan klasinkasi resiko yang ditoleransi? Mengidentifikasi bahaya untuk dihilangkan atau
dikendalikan?
Menjamin konsistensi dengan pengalaman operasi? Menjamin konsistensi dengan keefektifan pengendalian
risiko?
Apakah metodologi menyediakan masukan dalam penentuan persyaratan fasilitas, kebutuhan pelatihan dan pengendalian operasi?
Apakah metodologi menyediakan pemantauan tindakan yang dipersyaratkan untuk memastikan ketepatan waktu dan keefektifan penerapan?
6.3. BAHAYA BAHAN KIMIA
Saat ini terdapat ribuan senyawa kimia dan campuran yang kebanyakan berbahaya yang secara teknik dapat dikendalikan. Meskipun demikian, seiring dengan naiknya penggunaan bahan kimia di industri non-kimia, insiden yang dapat dikatakan sebagai chemical accident naik setiap tahunnya. Kebanyakan kecelakaan adalah akibat mengabaikan sifat-sifat bahan kimia yang terkait dengan proses.
Keluarnya bahan-bahan beracun, reaktif, cairan atau gas mudah terbakar yang tidak terbakar di proses yang terkait dengan bahan kimia yang sangat berbahaya telah dilaporkan selama beberapa tahun. Insiden demi insiden terjadi pada bermacam industri yang menggunakan bahan kimia yang sangat berbahaya yang mungkin berupa bahan yang beracun, reaktif, mudah terbakar, atau mudah meledak, atau gabungan dari sifat-sifat tersebut. Kelengahan industri yang menggunakan bahan kimia sangat berbahaya ini merupakan potensi terjadinya kecelakaan setiap saat bila
478
tidak dikendalikan dengan tepat. Hal ini dapat memicu terjadinya bencana. Bencana utama yang pernah terjadi termasuk tahun 1984 di Bhopal,
India, yang menyebabkan lebih dari 2.000 orang tewas; bulan Oktober 1989 di Philips Petroleum Company, Pasadena, Texas, terjadi insiden yang menyebabkan 23 orang tewas dan 132 orang mengalami cedera; bulan Juli 1990 di BASF, Cincinnati, Ohio, terjadi insiden yang menyebabkan 2 orang tewas; dan di bulan Mei 1991 di IMC, Sterlington, Los Angeles, terjadi insiden yang menyebabkan 8 orang tewas dan 128 orang cedera.
Pada industri kimia sendiri problem keselamatan yang terkait dengan penggunaan bahan kimia, dengan alasan ukuran dan kompleksitasnya, akan, berhubungan dengan evaluasi sistematik atas semua sifat-sifat bahan kimia yang dikenal, seperti toksisitas dan kemampuan terbakar.
Tingkat toksisitas berbagai bahan kimia tidak sama antara satu bahan dengan bahan lainnya, sehingga harus diketahui dengan pasti bahan kimia yang akan digunakan bila ingin melakukan penggantian penggunaan bahan kimia dari bahan kimia yang berbahaya menjadi yang kurang berbahaya. Untuk itu diperlukan suatu pengetahuan dasar tentang toksikologi.
Selain memiliki bahaya toksisitas atau tingkat keracunan, bahan kimia memiliki bahaya-bahaya lain.
Berdasar beberapa evaluasi, suatu pabrik dapat dengan tepat merancang, untuk menghilangkan atau mengendalikan bahaya, menghindari adanya limbah bahan kimia yang berharga atau yang berbahaya, dan melakukan pencegahan operasi. Karenanya, pada industri yang menggunakan bahan kimia dewasa ini, kuantitas bahan kimia yang besar dapat dimanipulasi tanpa risiko, reaksi yang menghasilkan energi yang besar dapat dikendalikan, dan tingkat kekerapan kecelakaan dapat ditekan di bawah industri lain. Meskipun demikian, manipulasi atau penanganan bahan kimia secara tepat hanya dapat dilakukan jika bahan kimia yang dipergunakan telah diketahui sifat-sifatnya. Untuk itu diperlukan identifikasi bahan kimia yang dibahas di Sub Bab 6.3.
Setelah dilakukan identifikasi bahan kimia yang dipergunakan, disimpan, atau didistribusikan, maka harus dilakukan pendokumentasian bahan kimia yang dikenal sebagai Material Safety Data Sheet (MSDS) atau Lembar Data Keselamatan Bahan (istilah baku dari Depnaker).
Selama beberapa tahun telah terjadi keyakinan pada manajemen yang baik di industri kimia bahwa perusahaan kimia yang aman tergantung dari
479
tiga esensi utama: Pengetahuan atas bahan kimia; Pengetahuan atas proses pabrik; Pengetahuan karyawan. Hal ini berlaku untuk semua industri yang menggunakan bahan kimia,
baik berupa industri kecil maupun besar. Industri yang menggunakan, menyimpan, atau mendistribusikan bahan
kimia berbahaya dalam jumlah besar, seperti industri perminyakan, akan lebih berhati-hati dalam menangani bahan kimia dibandingkan dengan industri yang menggunakan, menyimpan, atau mendistribusikan bahan kimia berbahaya dalam jumlah yang tidak terlalu besar, karena industri besar tersebut rawan terhadap terjadinya bahaya kebakaran atau peledakan yang dapat menimbulkan ‘lepasnya’ uap beracun ke udara (catasthropic release).
Semua industri yang menggunakan, menyimpan, ataupun mendistribusikan bahan kimia berbahaya pada dasarnya memiliki diagram alir sederhana yang sama sebagai berikut:
Pada kegiatan industri apapun akan ada suatu pembelian,
penerimaan, dan suplai bahan termasuk bahan kimia, sehingga halhal yang terkait dengan keselamatan manusia, fasilitas (facility) dan bahan kimia pada saat memasuki perusahaan harus tercakup di dalamnya. Setelah melalui tahap penerimaan, maka bahan kimia akan dipergunakan pada suatu proses, yang didalamnya termasuk adanya risiko kecelakaan kerja akibat bahan kimia, sehingga diperlukan suatu kondisi yang menyangkut keselamatan dan kesehatan kerja yang ada pada proses yang menggunakan bahan kimia.
PROSES
Penunjang
Output
Limbah
Input
480
Dalam upaya memenuhi keperluan di proses, diperlukan pula bahan material atau energi sebagai bahan penunjang terlaksananya proses produksi, tetapi bukan merupakan bagian dari proses produksi, termasuk di dalamnya boiler, forklift, dan peralatan untuk keadaan darurat.
Setelah bahan kimia mengalami suatu proses produksi, ada kemungkinan bahan baku berlebih dalam jangka waktu tertentu yang menyebabkan kadaluwarsa, bahan baku tidak memenuhi syarat, hasil antara (intermediate) tidak memenuhi syarat dan tidak dapat dilakukan daur-ulang (recycle), atau hasil akhir produksi tidak layak jual. Bahan-bahan kimia bekas tersebut, yang dikenal sebagai limbah, tidak mungkin dan tidak boleh disimpan dalam waktu lama. Adapun yang dimaksud dengan limbah adalah semua limbah yang dihasilkan di dalam perusahaan, baik cair, padat, maupun gas, dengan jenis limbah B3 maupun non-B3. Pengendalian limbah B3 merupakan bagian yang tidak terpisahkan dari kegiatan lingkungan, keselamatan dan kesehatan kerja.
Setelah melalui serangkaian proses produksi, maka akan dihasilkan suatu produk yang mungkin bahaya bahan kimianya berkurang atau mungkin pula bertambah, tergantung dari jenis bahan kimia yang dihasilkan. Sebagai contoh adalah penggunaan NaCl sebagai bahan baku yang relatif tidak berbahaya, selain sifat korosifnya, apabila telah dielektrolisis akan berubah menjadi gas Cl yang sangat beracun dan menghasilkan gas H2 yang mudah terbakar; yang dengan proses selanjutnya dengan mereaksikan gas Cl dan H2 akan menghasilkan HCl.
Bahan kimia yang dipergunakan, disimpan, atau dihasilkan mungkin tidak memiliki bahaya terhadap kesehatan yang langsung terlihat atau akut, tetapi mungkin akan berakibat kronis yang memerlukan waktu yang cukup panjang, yaitu setelah 6 bulan terpapar bahan kimia beracun. Contohnya adalah penyakit asbestosis, yakni penyakit paru pneumokoniosis yang spesifik diakibatkan karena menghirup serat asbes, yang baru akan terlihat penyakitnya setelah rentang waktu tertentu. Untuk itu, jika pengendalian secara teknis dan administrasi sudah tidak dapat dilakukan lagi.
Identifikasi bahan kimia sangat penting, tetapi manajemen bahan kimia jauh lebih penting karena selain berisi tentang identifkasi bahan kimia juga berisi program-program penting dalam penanganan dan pengendalian bahan kimia agar bahan kimia yang digunakan, disimpan, atau didistribusikan tertangani dengan cara yang aman sesuai dengan peraturan perundangan yang berlaku (compliance) maupun praktek kerja terbaik (good
481
management practices). Untuk mengetahui sejauhmana tingkat pengendalian bahan kimia yang telah dilakukan maka perlu dilakukan asesmen sendiri manajemen bahan kimia yang kemudian dibandingkan dengan audit manajemen keselamatan dan kesehatan kerja tentang bahan kimia.
Untuk mengantisipasi terjadinya kecelakaan akibat bahan kimia, maka perlu dilakukan rencana tanggap darurat. Lebih jauh, peraturan yang berlaku sekarang lebih menekankan pada pre-rekognisi bahaya, dan secara implisit menyatakan kebutuhan untuk memberikan informasi bahaya di tempat kerja kepada karyawan. Peran Pemerintah dalam menunjang pengetahuan tentang penanganan bahan kimia berbahaya dinyatakan dalam peraturan perundangan, yang salah satunya adalah Keputusan Menteri Tenaga Kerja RI No. 187/Men/1999 yang dapat dilihat pada lampiran.
6.3.1. Bahan Kimia Berbahaya
Berdasarkan Kepmen 187 tahun 1999 bahan kimia berbahaya adalah bahan kimia dalam bentuk tunggal atau campuran yang berdasarkan sifat kimia dan atau campuran yang berdasarkan sifat kimia dan atau fisika dan atau toksikologi berbahaya terhadap tenaga kerja, instalasi dan lingkungan.
Yang termasuk kategori bahan berbahaya adalah bahan-bahan yang mempunyai sifat :
Memancarkan radiasi Mudah meledak Mudah menyala atau terbakar Oksidator Racun Karsinogenik Iritasi Sensitisasi Teratogenik Mutagenik Korosif
A. Bahan kimia mudah terbakar
Bahan mudah terbakar adalah bahan yang mudah bereaksi dengan oksigen dan menimbulkan kebakaran. Reaksi kebakaran yang amat cepat juga dapat menghasilkan ledakan. Bahan cair dinyatakan
482
mudah terbakar bila titik nyala > 21 ºC dan < 55 ºC pada tekanan 1 atm. Bahan cair dinyatakan sangat mudah terbakar bila titik nyala < 21ºC dan titik didih < 20 ºC pada tekanan 1 atm. Gas dinyatakan mudah terbakar jika titik didih < 20 ºC pada tekanan 1 atm. Bahan mudah terbakar dapat diklasifikasikan menjadi: 1). Zat padat mudah terbakar
Zat padat mudah terbakar dalam industri adalah belerang (sulfur), fosfor, kertas/rayon, hidrida logam, dan kapas. Pada umumnya zat padat lebih. sukar terbakar daripada dalam bentuk cair. Meski demikian zat padat berbentuk serbuk halus sangat mudah terbakar.
2). Zat cair mudah terbakar Kelompok ini adalah yang paling banyak ditemui dalam industri yang dikenal sebagai pelarut organik. Contohnya adalah eter, alkohol, aseton, benzena, heksan, dan lain-lain. Pelarut-pelarut tersebut pada suhu kamar menghasilkan uap yang dalam perbandingan tertentu dapat terbakar oleh adanya api terbuka atau loncatan listrik. Pengalaman menunjukkan bahwa uap pelarut dapat berdifusi sejauh 3 meter menuju titik api atau seolah-olah kita melihat api menyambar pelarut organik pada jarak tersebut.
Kecenderungan suatu pelarut organik untuk mudah terbakar selain ditentukan oleh titik nyala, titik bakar, dan daerah konsentrasi mudah terbakar, juga ditentukan oleh titik didih. Suhu tersebut menentukan banyak sedikimya, uap dihasilkan pada suhu tertentu. Semakin rendah titik didih, berarti semakin mudah menguap atau semakin mudah terbakar. Contohnya adalah eter dengan titik didih 14 oC jauh lebih mudah terbakar daripada alkohol dengan titik didih 79 oC.
483
Selain itu berat jenis uap relatif terhadap udara juga penting, karena uap lebih berat dari udara akan menyebabkan uap akan merayap di atas tanah. Sedang uap yang lebih ringan dari udara akan cenderung naik ke atas, atau membentuk kantong gas di atap gedung. Berat jenis pelarut organik relatif terhadap air perlu pula diperhatikan. Pelarut organik yang lebih ringan dari air dan tidak larut dalam air, seperti benzena, bensin, dan heksan, bila terbakar akan amat berbahaya kalau disiram dengan air. Penggunaan pelarut organik dalam industri antara lain adalah: Industri cat: petroleum eter, alkohol, aseton, eter, heksan, MIBK (Metil Iso-Butil Keton). Industri kertas: karbon disulfida Pengolahan minyak: bensin, benzena, toluena, dan xilene
3). Gas mudah terbakar Gas mudah terbakar dalam industri misaInya adalah gas alam, hidrogen, asetilen, etilen oksida. Gas-gas tersebut amat cepat terbakar sehingga sering menimbulkan ledakan. Di bawah ini adalah karakter beberapa bahan organik mudah terbakar
No. Pelarut Daerah kons % mudah
terbakar
Titik didih oC
Titik nyala
OC
Titik bakar oC
W cairan
W uap
1 Aseton 3-13 56 -18 538 0.79 2.0 2 Benzena L4-8 80 -11 562 0.88 2.8 3 Bensin 14-7.6 38-204 -43 280-456 0.8 3.04
4 Etil alkohol 13-19 79 12 423 0.79 1.59
5 Etil eter 1.85-48 34 -45 180 0.71 2.55
6 Heksana LI-7.5 68 -22 261 0.66 2.97 7 Karbon
disulfida 1-44 46 -30 100 1.26 2.6
8 Metanol 6-36.5 65 12 464 0.79 1.1 9 Metil etil
keton 2-10 80 -7 515 01.81 2.5
10 Petroleuin 1-6 30-60 -57 288 0.6 2.5
484
B. Bahan kimia mudah meledak Bahan kimia mudah meledak adalah bila reaksi kimia bahan
tersebut menghasilkan gas dalam jumlah dan tekanan yang besar serta suhu yang tinggi, sehingga menimbulkan kerusakan di sekelilingnya.
Bahan kimia eksplosif ada yang dibuat sengaja untuk tujuan
peledakan atau bahan peledak seperti trinitrotoluena (TNT), nitrogliserin, dan amonium nitrat (NH4NO3). Bahan-bahan tersebut amat peka terhadap panas dan pengaruh mekanis (gesekan atau tumbukan). Di bawah ini adalah struktur kimia bahan yang bersifat explosif
Struktur Nama senyawa C – C Asetilen C – N2 Diazo C – NO Nitrozo C – NO2 Nitro C – (NO2)n Alkil polinitro C = N – O Oksim C – N = N Azo N – NO N-nitroso N - NO2 N-nitro N3 Azida C - N2
+ Diazonium N - logam N-logam berat N+OH Hidroksil amonium C – Cl – O3 Perkloril O – O Peroksida O3 Ozon
Selain itu ada jenis lain yang bersifat eksplosif, yaitu debu dan
campuran eksplosif Debu-debu seperti debu karbon dalam industri batubara, zat warna diazo
485
dalam pabrik zat wama, dan magnesium dalam pabrik baja adalah debu-debu yang sering menimbulkan ledakan. Eksplosif dapat pula terjadi akibat pencampuran beberapa bahan, terutama bahan oksidator dan reduktor dalam suatu reaktor maupun dalam penyimpanan. Di bawah ini adalah contoh campuran bahan yang dapat bersifat eksplosif.
Oksidator Reduktor KG03, NaN03 Karbon, belerang Asam nitrat etanol Kalium permanganat gliserol Krom trioksida hidrazin
C. Bahan kimia reaktif terhadap air
Bahan reaktif adalah bahan yang bila bereaksi dengan air akan mengeluarkan panas dan gas yang mudah terbakar. Hal ini disebabkan zat-zat tersebut bereaksi secara eksotermik, yaitu mengeluarkan panas, dan gas yang mudah terbakar. Adapun bahan-bahan kimia tersebut adalah : • Alkali (Na, K) dan alkali tanah (Ca) • Logam halida anhidrat (alumunium tribromida.) • Logam oksida anhidrat (CaO) • Oksida non-logam halida (sulfuril klorida)
Bahan-bahan tersebut harus dijauhkan dari air atau disimpan dalam ruang yang kering dan bebas dari kebocoran air hujan.
D. Bahan kimia rektif terhadap asam Bahan reaktif terhadap asam akan menghasilkan panas dan gas
yang mudah terbakar atau gas-gas yang beracun dan korosif. Bahan-bahan yang reaktif terhadap air di atas juga reaktif terhadap
486
asam. Selain itu ada bahan-bahan lain, yaitu: • Kalium klorat/perklorat (KClO3) • Kalium permanganat (KMnO4) • Asam kromat (Cr2O3)
E. Bahan kimia korosif Bahan korosif adalah bahan yang karena reaksi kimia dapat
merusak logam.
Bahan kimia korosif antara lain adalah asam sulfat (H2SO4), asam nitrat (HNO3), asam klorida, (HCI), natrium hidroksida (NaOH), kalsium hidroksida Ca(OH)2), dan gas belerang dioksida (SO2).
F. Bahan kimia irirtan Bahan iritan adalah bahan yang karena reaksi kimia dapat
menimbulkan kerusakan atau peradangan atau sensitisasi bila kontak dengan permukaan tubuh yang lembab seperti kulit, mata, dan saluran pernapasan. Bahan iritan pada umuninya adalah bahan korosif.
487
Bahan kimia korosif seperti asam trikloroasetat, asam sulfat, gas belerang dioksida dapat bereaksi dengan jaringan tubuh seperti kulit, mata, dan saluran pernapasan. Kerusakan yang terjadi dapat berupa luka, peradangan, iritasi (gatal-gatal), dan sensitisasi jaringan menjadi amat peka terhadap bahan kimia). Menurut bentuk zat, bahan iritan dapat dibagi dalam tiga kelompok dengan contoh-contoh sebagai berikut: 1) Bahan iritan padat
Bahaya akan timbul apabila kontak dengan kulit atau mata. Contoh senyawa: Anorganik Natrium hidroksida (NaOH) Natrium silikat (Na2OASiO2) Kalsium hidroksida (Ca(OH)2, CaO) Kalium hidroksida (KOH) Organik Asam tricloroasetat (M3COOH) Fenol (C6H5OH)
2) Bahan iritan cair Bahaya akan timbul apabila kontak dengan kulit atau mata, yang menyebabkan proses pelarutan atau denaturasi protein. Contoh senyawa: Anorganik : Asam sulfat, asam nitrat, asam klorida Organik : Asam format (asam semut) Asam asetat (cuka) Karbon disuffida Hidrokarbon terhalogenasi
3) Bahan iritan gas Bahaya terutama karena terhirup dan merusak saluran pernapasan. Tergantung pada sifat kelarutan dalam air dan akibatnya, gas iritan digolongkan menjadi tiga, yaitu: a) Gas amat larut dalam air, merusak saluran pernapasan bagian
atas. Contoh: amoniak, asam klorida, formaldehida, asam asetat, asam fluorida.
b) Gas dengan kelarutan sedang, merusak saluran pernapasan bagian atas dan bagian dalam. Contoh: sulfur dioksida, klor, krom
c) Gas dengan kelarutan kecil, merusak alat pemapasan bagian dalam. Contoh: ozon, fosgen, nitrogen dioksida
488
G. Bahan kimia beracun Bahan dinyatakan sebagai bahan beracun jika pemaparan melalui
mulut LD50 > 25 atau 200 mg/kg berat badan, atau pemaparan melalui kulit LD50 > 25 atau 400 mg/kg berat badan, atau melalui pernapasan LD50 > 0,5 mg/L atau 2 mg/L.
Bahan kimia beracun didefinisikan sebagai bahan kimia yang dalam jumlah kecil menimbulkan keracunan pada manusia atau mahluk hidup lainnya. Pada umumnya zat-zat toksik masuk lewat pernapasan dan kemudian beredar ke seluruh tubuh atau menuju organ-organ tubuh tertentu. Zat-zat tersebut dapat langsung mengganggu organ-organ tubuh tertentu seperti hati, paru-paru, dan lain-lain, tetapi dapat juga zat-zat tersebut berakumulasi dalam tulang, darah, hati, ginjal, atau cairan limfa dan menghasilkan efek kesehatan pada jangka panjang. Pengeluaran zat-zat beracun dari dalam tubuh dapat melewati urine, saluran pencemaan, sel epitel, dan keringat. Sifat toksik dari suatu zat, selain ditentukan oleh sifat alamiah suatu zat, juga ditentukan oleh jenis persenyawaan dan keadaan fisik tersebut. Bahan-bahan beracun dalam industri dapat digolongkan lam beberapa golongan, yakni
a.Senyawa logam dan metaloid b. Bahan pelarut c. Gas-gas beracun d. Bahan karsinogenik e. Pestisida
489
Contoh bahan kimia beracun adalah sebagai berikut: Jenis zat beracun Jenis bahan Akibat keracunan dan
gangguan 1. Logam/
metaloid • Pb (TEL, PbCO3) • Syaraf, ginjal, dan darah • Hg • Syaraf, ginjal • Cadmium (P) • Hati, ginjal, darah • Krom (Cr) • Kanker • Arsen (As) • Iritasi, kanker • Fosfor (P) • Metabolisme karbohidrat,
lemak, dan protein 2. Bahan pelarut • Hidrokarbon alifatik
(bensin, minyak tanah) • Hirokarbon terhalogenasi
(Khloroform CCl4) • Alkohol
• Pusing dan koma
• Hati dan ginjal
• Saraf pusat, leukeumia 3. Gas-gas
beracun • Aspiksian sederhana • Sesak napas, kekurangan • (N2, Argon, He) • oksigen • Aspiksian kimia: • Asam sianida • Pusing, sesak napas • (HCN) • • Asam sulfida (H2S) • Sesak napas, kejang,
hilang • Karbon monoksida (CO) • Nitrogen oksida(NOx)
• Sesak napas, otak, jantung, syaraf, hilang kesadaran
• Sesak napas, iritan, kematian
4. Karsinogen Benzena • Leukeumia Asbes • Paru-paru Bensidin • Kandung kencing Krom • Paru-paru Naftil amin • Paru-paru Vinil klorida • Hati, paru-paru, syaraf
pusat, darah 5. Pestisida Organoklorin • Pusing, kejang, hilang
kesadaran, kematian - Organofosfat
Zat-zat kimia berbahaya tersebut dapat dikelompokkan meniadi beberapa kelompok, yaitu:
H. Zat-zat karsinogen Zat-zat karsinogen ialah zat-zat yang diketahui dapat
menimbulkan kanker atau tumor. Beberapa jenis amina aromatik (aromatic amines) diketahui bersifat karsinogen. Beberapa hasil sampingan reaksi kimia yang sering dilakukan di sekolah juga diketahui bersifat karsinogen. Hasil sampingan seperti ini tidak boleh diabaikan. Conloh reaksi seperti itu di antaranya, formaldehida dan hidrogen klorida
490
di udara bereaksi cepat menghasilkan bischloromethyl ether dengan konsentrasi tidak terlalu tinggi. Zat ini diketahui dap menyebabkan tumor pada tikus percobggyang dibuat menghirup gas ini pada konsentrasi serendah 1 bpj (bagian per juta - 1 ppm (part per million)). Zat seperti itu juga dihasilkan pada reaksi-reaksi FriedelCraft menggunakan metanal dan berbagai jenis klorida logam.
Beberapa zat seperti metil yodida, karbon tetraklorida, kloroform,
dikloro metan, dan benzena (benzene) diketahui dapat menimbulkan kanker pada hewan percobaan. Zat-zat berikut ini tidak boleh digunakan di sekolah: I- dan 2- naftilamina; nitrosamina (nitrosamine); nitrosolenol (nitrosophenol); nitronaftalen (nitronaphthalene) beberapa difenil yang tersubstitusi (substituted diphenyls) seperti benzidin; o-dianisidin (o-dianisidine). Zat-zat korosif atau kaustik ialah zat-zat yang merusak zat yang dikenainya. Zat korosif sekaligus dapat beracun! Zat-zat jenis ini dapat digolong-golongkan menjadi 3 golongan, yaitu: 1) Asam, seperti asam-asam nitrat, asam-asam format, dan asam-asam
sulfat. 2) Basa, seperti natrium hidroksida, kalium hidroksida, dan 0,880
larutan amonia dengan air. 3) Zat-zat yang menghasilkan zat korosif dengan air, misalnya klorida
asam (acid chlorides), klorida aluminium, dan oksida diklorida sulfur (sulphur dichloride oxide). Ke dalam golongan ini dapat ditambahkan brom, fenol, fosfor, dan sulfurdioksida.
6.3.2. Penanganan Bahan kimia
Setiap bahan kimia itu berbahaya, namun tidak perlu merasa takut bekerja dengan bahan kimia bila tahu cara yang tepat untuk menanggulanginya. Yang dimaksud berbahaya ialah dapat menyebabkan terjadinya kebakaran, mengganggu kesehatan, menyebabkan sakit atau
491
luka, merusak, menyebabkan korosi dsb. Jenis bahan kimia berbahaya dapat diketahui dari label yang tertera pada kemasannya. Dari data tersebut, tingkat bahaya bahan kimia dapat diketahui dan upaya penanggulangannya harus dilakukan bagi mereka yang menggunakan bahan-bahan tersebut. Kadang-kadang terdapat dua atau tiga tanda bahaya pada satu jenis bahan kimia, itu berarti kewaspadaan orang yang bekerja dengan bahan tersebut harus lebih ditingkatkan. Contoh bahan kimia yang mudah meledak adalah kelompok bahan oksidator seperti perklorat, permanganat, nitrat dsb. Bahan-bahan ini bila bereaksi dengan bahan organik dapat menghasilkan ledakan. Logam alkali seperti natrium, mudah bereaksi dengan air menghasilkan reaksi yang disertai dengan api dan ledakan. Gas metana, pelarut organik seperti eter, dan padatan anorganik seperti belerang dan fosfor mudah terbakar, maka ketika menggunakan bahan-bahan tersebut, hendaknya dijauhkan dari api. Bahan kimia seperti senyawa sianida, mercuri dan arsen merupakan racun kuat, harap bahan-bahan tersebut tidak terisap atau tertelan ke dalam tubuh. Asam-asam anorganik bersifat oksidator dan menyebabkan peristiwa korosi, maka hindarilah jangan sampai asam tersebut tumpah ke permukaan dari besi atau kayu. Memang penggunaan bahan-bahan tersebut di laboratorium pendidikan Kima tidak berjumlah banyak, namun kewaspadaan menggunakan bahan tersebut perlu tetap dijaga.
A. Bekerja Aman dengan Bahan Kimia • Hindari kontak langsung dengan bahan Kimia. • Hindari mengisap langsung uap bahan Kimia. • Dilarang mencicipi atau mencium bahan Kimia kecuali ada perintah
khusus. • Bahan Kimia dapat bereaksi langsung dengan kulit menimbulkan
iritasi (pedih atau gatal).
B. Cara Menggunakan Bahan Kimia • Baca label bahan Kimia sekurang-kurangnya dua kali untuk
menghindari kesalahan. • Timbanglah sesuai dengan jumlah yang diperlukan. • Jangan menggunakan bahan kimia secara berlebihan. • Jangan mengembalikan bahan kimia ke dalam botol semula untuk
mencegah kontaminasi.
492
Gambar 6.15. Pemeriksaan label zat yang digunakan
Gambar 6.16. Penimbangan Bahan
C. Cara Memindahkan Bahan Kimia Cair
• Tutup botol dibuka dan dipegang dengan jari tangan sekaligus telapak tangan memegang botol tersebut.
• Tutup botol jangan diletakkan di atas meja karena isi botol dapat terkotori.
• Pindahkan cairan melalui batang pengaduk untuk mengalirkan agar tidak memercik.
493
D. Cara Memindahkan Bahan Kimia Padat • Gunakan tutup botol untuk mengatur pengeluaran bahan kimia. • Jangan mengeluarkan bahan kimia secara berlebihan. • Pindahkan sesuai keperluan tanpa menggunakan sesuatu yang
dapat mengotori bahan tersebut.
Gambar 6.17. Teknik memindahkan zat kimia padatan
E. Cara Memanaskan Larutan Menggunakan Tabung Reaksi
• Isi tabung reaksi maksimal sepertiganya. • Api pemanas hendaknya terletak pada bagian atas larutan. • Goyangkan tabung reaksi agar pemanasan merata. • Arahkan mulut tabung reaksi pada tempat yang aman agar
percikannya tidak melukai orang lain maupun diri sendiri.
F. Cara Memanaskan Larutan Kimia Menggunakan Gelas Kimia • Gunakan kaki tiga dan kawat kasa untuk menopang gelas kimia
tersebut. • Letakkan batang gelas atau batu didih dalam gelas kimia untuk
mencegah pemanasan mendadak. • Jika gelas kimia digunakan sebagai pemanas air, isilah dengan air,
maksimum seperempatnya.
494
6.3.3. Faktor-faktor yang mempengaruhi tingkat bahaya Faktor yang mendukung timbulnya situasi berbahaya/tingkat bahaya
dipengaruhi oleh : a. Daya racun
Dinyatakan dengan satuan LD50 atau LC50, dimana makin kecil nilai LD50 atau LC50 bahan kimia menunjukkan makin tinggi daya racunnya.
b. Cara bahan kimia masuk ke dalam tubuh (route of entry) Yaitu melalui saluran pernapasan, saluran pencernaan dan penyerapan melalui kulit. Diantara yang sangat berbahaya adalah melalui saluran pernapasan karena taut:a disadari bahan kimia akan masuk ke dalam tubuh bersama udara yang dihirup yang diperkirakan sekitar 8,3 M2 selama 8 jam kerja dan sulit dikeluarkan kembali dari tubuh.
c. Konsentrasi macam dan lama paparan bahan kimia Yaitu besar dosis yang berada di udara atau yang kontak dengan bagian tubuh, kemudian lamanya paparan terjadi apakah terus menerus atau terputus-putus menentukan jumlah dan dosis yang masuk ke dalam tubuh.
d. Efek kombinasi bahan kimia Yaitu paparan bermacam-macam bahan kimia dengan sifat dan daya racun yang berbeda, menyulitkan tindakan-tindakan pertolongan atau pengobatan;
e. Kerentanan calon korban paparan bahan kimia Masing-masing individu mempunyai daya tahan yang berbedabeda terhadap pengaruh bahan kimia. Semestinya individu terhadap pengaruh bahan kirnia tergantung kepada umur, jenis kelamin, kondisi umum kesehatan dan lain-lain.
6.3.4. Pengaruh Bahan Kimia terhadap Kesehatan
(1) Menyebabkan iritasi, yaitu terjadi Iuka bakar setempat akibat kontak bahan kimia dengan bagian-bagian tubuh tertentu, seperti kulit, mata atau saluran pernapasan;
(2) Menimbulkan alergi, nampak sebagai bintik-bintik merah kecil atau gelembung berisi cairan, atau gangguan pernapasan berupa batuk-batuk, napas tersumbat dan napas pendck terutama di malam hari.
(3) Menyebabkan sulit bernapas, seperti tercekik atau aspiksian karena kekurangan oksigen akibat diikat oleh gas inert seperti Nitrogen dan
495
Karbon dioksida. (4) Menimbulkan keracunan sistemik; bahan kimia yang dapat
mempengaruhi bagian-bagian tubuh, diantaranya merusak had, ginjal, susunan syaraf dan lain-lain
(5) Menyebabkan kanker, akibat paparan jangka panjang bahan kimia, sehingga merangsang pertumbuhan sel-sel yang tidak terkecil dalam bentuk tumor ganas
(6) Menyebabkan kerusakan/kelainan janin ditandai oleh kelahiran dalam keadaan cacat atau kemandulan
(7) Menyebabkan pnemokoniosis yaitu timbunan debu dalam paruparu sehingga kernampuan paru-paru untuk menyerap oksigen menjadi kurang, akibatnya penderita mengalami napas pendek
(8) Menyebabkan efek bias (narkotika) yaitu bahan kimia mengganggu sistem syaraf pusat menyebabkan orang tidak sadar, pingsan atau kematian.
6.3.5. MSDS (Material Safety Data Sheet) atau lembar data
keselamatan bahan
Lembar data keselamatan bahan secara garis besar harus memuat penjelasan-penjelasan antara lain :
• Identifikasi dari bahan tersebut misalnya perusahaan dan supplier secara mendetail, nama produk atau codenya, penggunaannya, klasifikasi dari bahan
• Komposisi dan ciri-ciri fisik khusus dari bahan misalnya bentuk, warna, bau, titik didih, titik uap, ph, LEL.
• Informasi tentang bahaya bahan tersebut terhadap kesehatan • Tata cara penanggulangan bahaya dan prosedur penggunaan
yang benar dari bahan • Tata cara penyimpanan bahan dan penggunaan yang aman dari
bahan,
6.3.6. Prinsip pengendalian bahan kimia berbahaya
(1) Identifikasi semua bahan kimia dan instalasi yang akan ditangani untuk mengenal ciri-ciri dan karakteristiknya
(2) Evaluasi, untuk menentukan langkah-langkah atau tindakan yang diperlukan sesuai sifat dan karakteristik dari bahan atau instalasi yang
496
ditangani sekaligus memprediksi resiko yang mungkin terjadi apabila kecelakaan terjadi.
(3) Pengendalian sebagai alternatif berdasarkan identifikasi dan evaluasi yang dilakukan meliputi : Pengendalian operasional, seperti eliminasi, substitusi, ventilasi,
penggunaan alat pelindung did yang sesuai dan menjaga hygiene perorangan
Pengendalian organisasi administrasi, seperti pemasangan label, penyediaan lembar data kesehatan bahan (MSDS), pembuatan prosedur kerja, pengaturan tata ruang, pemantauan rutin serta pendidikan dan latthan
Inspeksi dan pemeliharaan sarana, prosedur, dan proses kerja yang aman
Pembatasan keberadaan bahan kimia berbahaya ditempat kerja sesuai dengan jumlah arnbang batasnya.
6.4. PENANGGULANGAN KEBAKARAN 6.4.1. Latar Belakang
Kebakaran dapat terjadi kapan saja dan dimana saja. Tidak ada tempat kerja yang dapat dijamin bebas resiko (immune) dari bahaya kebakaran. Kebakaran ditempat kerja dapat membawa konsekwensi yang berdampak merugikan banyak pihak balk bagi pengusaha, tenaga kerja maupun masyarakat luas.
Akibat yang ditimbulkan dari peristiwa kebakaran ditempat kerja dapat mengakibatkan korban jiwa, kerugian material, hilangnya lapangan kerja dan kerugian lain yang tidak langsung, apalagi kalau kebakaran terjadi pada objek vital maka akan berdampak lebih luas lagi.
Data kasus kebakaran yang dikutip dari .pusat laboratorium fisika forensik Mabes Polri dari tahun 1990 sampai 2001 menunjukkan : Tahun 1990 – 1996 Jumlah kejadian : 2033 kasus
80 % kasus terjadi ditempat kerja 20 % kasus terjadi diluar tempat kerja
Tahun 1996 – 2001 Jumlah kejadian : 1121 kasus
497
76,1 % kasus terjadi ditempat kerja 23,9 % kasus terjadi diluar tempat kerja
Dari data tersebut ternyata tempat kerja lebih besar peluangnya untuk terjadi kebakaran, karena semua unsur yang dapat memicu kebakaran terdapat ditempat kerja. Dan ternyata teridentifikasi pula bahwa 20 % dari kejadian kebakaran berakibat habis total. Gambaran ini menunjukkan bahwa ditempat kejadian tersebut tidak tersedia sumber daya yang memadai untuk menghadapi kejadian kebakaran.
Informasi penting lainnya yang perlu diperhatikan adalah data faktor penyebab kebakaran :
• Api terbuka : 415 (37,19 %) • Listrik : 297 (26,6%) • Pembakaran : 80 (7,17 %) • Peralatari panas : 35 (3,14 %) • Mekanik : 24 (2,15 %) • Kimia : 15 (1,34 %) • Proses biologi : 5 (0,45 %) • Alam : 2 (0,18 %) • Tdk dpt ditentukan : 218 (19,53 %) • Lain-lain : 25 (0,24 %)
Data penyebab kebakaran diatas adalah fakta lapangan yang dapat dijadikan sebagai referensi bahwa ada 2 faktor penyebab yang menonjol, yaitu api terbuka dan listrik.
Garnbaran data diatas adalah sebagai pelajaran yang sangat berharga bagi pengawasan K3 khususnya dibidang penanggulangan kebakaran. Faktor-faktor penyebab kegagalan pemadaman kebakaran perlu pula dikaji secara baik agar dapat diambil langkah yang tepat.
Faktor-faktor kegagalan dan kendala dapat terjadi karena faktor peralatan proteksi kebakaran kurang memadai, sumber daya manusia yang tidak dipersiapkan atau hambatan dari manajemen.
Dari fakta lapangan yang ada maka kegiatan inspeksi harus diarahkan pada masalah yang menonjol. Dari sisi penyebab kebakaran ada 2 hal, yaitu api terbuka dan listrik harus selalu menjadi perhatian, disamping faktor khusus yang ada disetiap tempat kerja.
Penggunaan api terbuka pada umumnya terdapat dalam pelaksanaan pekerjaan yang bersifat sementara, seperti pekerjaan
498
perbaikan dengan mesin las. Dalam K3 setiap pekerjaan panas harus dikendalikan secara administratif denga penerapan ijin kerja panas (Hot Work Permit). Ijin ini diterbitkan oleh penanggung jawab K3 disetiap tempat kerja.
Hal kedua yang harus menjadi titik perhatian dalam penguasaan K3 penanggulangan kebakaran adalah masalah listrik. Banyak titik kelamahan pada instalasi listrik yang mendorong terjadinya kebakaran, yang secara awam disebut hubung singkat. Namun hubung singkat sendiri merupakan akibat dari banyak faktor yang mempengaruhi.
Dengan demikian norma K3 penanggulangan kebakaran adalah norma K3 yang ditujukan untuk mencegah atau mengurangi tingkat resiko seminimal mungkin. Karena itu seorang Ahli K3 harus memiliki pengetahuan teknis penanggulangan kebakaran sehingga mampu menilai kesesuaian sistem proteksi kebakaran pasrf, aktif, dan manajemen penanggulangan kebakaran. 6.4.2. Pengertian K3 Penanggulangan Kebakaran
Pengertian pengawasan dapat diartikan sebagai suatu aktifitas untuk menilai kesesuaian persyaratan yang telah ditentukan yang di dalam hal ini adalah persyaratan K3 penanggulangan kebakaran yang bertujuan untuk mencegah atau menekan resiko sampai pada level yang memadai.
Azas pengawasan K3 pada dasarnya adalah pembinaan, sebagaimana digambarkan pasal 4 UU No.1 Tabun 1970. Pengertian pembinaan disini mencakup pembentukan, penerapan, dan pengawasan yaitu norma yang belum ada dan norma yang telah ada terus disosialisasikan dengan diberi batas waktu kapan akan dilaksanakan.
Beberapa pengertaian dan istilah yang berkaitan dengan ruang lingkup pengawasan K3 bidang penanggulangan kebakaran antara lain: 1. Kebakaran, adalah api yang tidak dikehendaki. Boleh jadi api itu kecil
tetapi apabila tidak dikehendaki merupakan kebakaran, sehingga hampir terbakarpun dapat diartikan sebagai kebakaran. Mencegah Kebakaran, adalah segala upaya untuk menghindarkan terjadinya kebakaran. Seorang Ahli K3 harus mampu menetapkan rekomendasi syarat apa yang sesuai dengan keadaan yang ditemukan dilapangan sewaktu inspeksi.
2. Resiko Kebakaran, adalah perkiraan tingkat keparahan apabila terjadi kebakaran. Besaran yang mempengaruhi tingkat resiko kebakaran ada
499
3 faktor yaitu : a. Tingkat kemudahan terbakar (flamebility) dari bahan yang diolah atau
disimpan. b. Jumiah dan kondisi penyimpanan bahan mudah terbakar sehingga
dapat diperkirakan kecepatan laju pertumbuhan atau menjalarnya api.
c. Tingkat paparan, yaitu seberapa besar nilai material dan atau seberapa banyak orang yang terancam.
Mengurangi resiko kebakaran, adalah pertimbangan syarat K3 untuk dapat menekan resiko ketingkat level yang lebih rendah. Seorang Ahli K3 harus mampu menetapkan rekomendasi syarat dan strategi apa yang diperlukan untuk meminimalkan tingkat ancaman ke level yang lebih rendah.
3. Memadamkan Kebakaran, adalah suatu teknik menghentikan reaksi kebakaran/nyala api. Nyala api adalah suatu proses perubahan zat menjadi zat yang baru melalui reaksi kimia, oksidasi eksotermal. Nyala yang tampak adalah gejala zat yang sedang memijar. Pada nyala api yang sedang berlangsung terdapat 4 elemen yang berinteraksi, yaitu unsur pertama adalah bahan bakar/fuel bisa padat, cair, atau gas yang umumnya mengandung karbon (C) dan atau hidrogen (H); unsur yang kedua adalah bahan pengoksidan yaitu oksigen yang dapat berasal dari udara atau terikat pada bahan tertentu (bahan oksidator); sedang unsur ketiga adalah sumber panas yang berasal dari dalam sistem maupun dari luar sistem; unsur keempat adalah adalah rantai reaksi kimia. Memadamkan kebakaran, dapat dilakukam dengan prinsip menghilangkan salah satu atau beberapa unsur dalam proses nyala api, yaitu : pendinginan (cooling), penyelimutan (smothering), mengurangi bahan (stafation), memutuskan rantai reaksi api dan melemahkan (dulution). Teknik pemadaman dengan media pemadaman harus sesuai dengan prinsip-prinsip pemadaman.
4. Jalan menyelamatkan diri pada waktu kebakaran, atau disebut means of escape adalah sarana berbentuk konstruksi permanen pada bangunan gedung dan tempat kerja yang dirancang aman untuk waktu tertentu sebagai jalan atau rute penyelamatan penghuni apabila terjadi keadaan darurat kebakaran.
5. Panas, asap dan gas, adalah produk kebakaran yang pada hakikatnya merupakan jenis bahaya yang dapat mengancam keselamatan baik
500
material maupun jiwa sehingga harus dikendalikan. Penyebaran panas, dapat melalui radiasi, konveksi dan konduksi sebagaimana ilustrasi pada gambar 1
Perpindahan panas secara radiasi adalah, paparan langsung kearah tegak lurus melalui pancaran gelombang elektromagnetik. Contoh panas matahari sampai ke bumi melalui radiasi.
Perpindahan panas secara konveksi adalah perpindahan panas melalui gerakan udara. Contoh panas cerobong yang melewati lubang atau celah.
Perpindahan panas secara konduksi adalah perpindahan panas melalui media. Contoh dibalik ruangan yang terbakar dapat membakar material diruangan sebelahnya karena panasnya menembus melalui tembok. Penyebaran asap dan gas, berupa asap sisa pembakaran.
Contoh Karbondioksida (CO2) dan uap air (H20) serta gas ikutan Iainnya.
Dalam suatu kebakaran asap dan gas merupakan pembunuh utama. Boleh jadi korban mati dalarn kebakaran adalah karena menghisap asap atau gas.
Penyebaran asap dan gas cenderung akan naik ke atas melalui setiap celah (shaft) yang ada, karena itu pada bangunan gedung bertingkat lantai paling atas akan lebih dulu kena asap. Pada bangunan yang rnenggunakan sistem AC sentral asap dan gas, asap akan cenderung menyebar ke seluruh ruangan melalui sirkulasi udara AC.
Apabila ada bangunan yang terbakar menyimpan bahan-bahan yang dapat terurai menjadi gas racun, maka resiko akan bertambah besar karena adanya gas racun.
Dengan demikian seorang Ahli K3 harus mampu menganalisis kemungkianan adanya ikutan bahaya gas racun, sehingga diharapkan mampu menetapkan rekomendasi syarat untuk menghindarkan bahaya asap dan gas beracun. Dampak lain resiko kebakaran adalah ledakan dan bahan kimia atau tabung kontainer yang berisi gas yang mudah meledak. 6.4.3. Ruang Iingkup pengawasan K3 penanggulangan kebakaran
Lingkup pengawasaan K3 penanggulangan kebakaran sesuai pasal 4 UU No.1 tahun 1970 dimulai dari prakondisi sampai operasionalisasi yang
501
diharapkan mampu mengidentifikasi, menganalisis, supervisi dan memberikan rekomendasi.
• Identifikasi potensi bahaya (Fire Hazard Identification); sumber--sumber potensi bahaya yang dapat menyebabkan terjadinya kebakaran seperti setiap bentuk energi panas yang ditimbulkan listrik, petir, mekanik, kimia, dan bentuk energi lain yang dipakai dalam proses kegiatan harus teridentifikasi untuk dikendalikan sesuai dengan ketentuan peraturan dan standart yang berlaku.
• Analisa resiko (Fire Risk Assessment); berbagai potensi bahaya yang telah teridentifikasi dilakukan pembobotan tingkat resikonya, apakah masuk kategori ringan, sedang, berat, atau sangat serius dengan parameter kecepatan menjalamya api, tingkat paparan, konsekwensi kerugian dan jumlah jiwa yang terancam.
• Sarana proteksi kebakaran aktif; yaitu alat atau instalasi yang dipersiapkan untuk mendeteksi dan memadamkan kebakaran seperti sistim deteksi dan alarm, APAR, hydrant, sprinkler, hose rell, dll yang dirancang berdasarkan standart sesuai dengan tingkat bahayanya
• Sarana proteksi kebakaran pasif; yaitu alat, sarana atau metode mengendalikan penyebaran asap, panas, dan gas berbahaya bila terjadi kebakaran. Contoh sistim kompartemenisasi, treatment, atau clotting fire reterdant, sarana pengendalian asap (smoke controle system), sarana evakuasi, sistem pengendali asap dan api (smoke damper, fire damper, fire stopping), alat bantu evakuasi dan rescue, dll.
6.4.4. Pengetahuan dasar pemadaman api
Dari uraian dasar terjadinya kebakaran dapat ditarik tiga pemahaman penting yang terkait dengan pembahasan prinsip pemadaman api, yaitu : Pemahaman pertama
Berdasarkan teori segitiga api. Ada 3 elemen pokok untuk terjadinya nyala api yaitu :
• Bahan bakar • Oksigen • Panas / sumber penyala
Pemahaman kedua Dari ketiga elemen dalam segitiga api, menuntut adanya persyaratan
502
besarnya fisika tetentu yang menghubungkan sisi-sisi segitiga api, yaitu • Flash point • Flammable range • Fire point • Ignition point
Dari besaran angka diatas, maka tindakan pengendalian tgerhadap bahaya kebakaran dilakukan penerapan sistem pengendalian dengan peralatan deteksi. Pemahaman ketiga
Unsur-unsur terjadinya api seperti diterangkan dalam teori Tetra hedron of fire ada elemen keempat yaitu reaksi radikal atom-atom bebas yang ternyata mempunyai peranan besar dalam proses berlangsungnya nyala api.
Berdasarkan pemahaman teori diatas, maka teknik untuk memadamkan api dapat dilakukan dengan cara 4 prinsip yaitu:
• Prinsip mendinginkan (Cooling) misalnya dengan menyemprotkan air • Prinsip menutup bahan yang terbakar (Starvation), misalnya
menutup dengan busa • Prinsip mengurangi Oksigen (Dilution), misalnya menyemprotkan gas
CO2 • Prinsip memutus rantai rangkaian api (Mencekik) dengan media
kimia
Penerapan prinsip-prinsip pemadaman kebakaran diatas, tidak dapat disamaratakan, akan tetapi harus diperhatikan jenis bahan apa yang cocok diterapkan dan media jenis apa yang sesuai. Klasifikasi kebakaran
Setiap jenis bahan yang terbakar memiliki karakteristik yang berbeda, karena itu harus dibuat prosedur yang tepat dalam melakukan tindakan pemadaman, dan jenis media yang diterapkan harus sesuai dengan karakteristiknya dan mengacu pada standar.
Klasifikasi jenis kebakaran terdapat dua versi standar yang sedikit agak berbeda. Menurut standar Inggris yaitu LPC (Loss Prevention Comittee) yang sebelumnya adalah FOC ( Fire Office Cornitee) menetapkan klasifikasi kebakaran dibagi klas A, B, C, D, E. Sedangkan standar Amerika
503
NFPA ( National Fire Prevention Association ) menetapkan klasifikasi menjadi klas A, B, C, D.
Klasifikasi kebakaran di Indonesia mengacu standar di NFPA, yang dimuat dalam Peraturan Menteri Tenaga Kerja dan Transmigrasi No.Per.04/Men/1980.
Sifat dari masing-masing klasifikasi kebakaran di atas adalah : • Klas A, terbakar sampai bagian dalam atau terdapat bara • Klas B (cair), terbakar pada permukaan • Klas B (gas), terbakar pada titik sumber gas mengalir • Klas C atau Klas E menurut British, adalah ditinjau dari aspek bahaya
terkena aliran listrik bagi petugas pemadam yang sesuai. Sistem peralatan pemadam kebakaran yang dapat dirancang dalam
bentuk peralatan tabung bertekanan (portable), atau dalam bentuk sistem instalasi yang dipasang permanen (fixed system) antara lain sistem hydrant, sistem sprinkler, dan instalasi khusus lainnya dengan media busa, seruk kimia, CO2, dan sebagainya yang dapat dirancang secara manual, semi otomatik, fully automatic integrated system.
Tipe rancangan instalasi sistem pemadam, kebakaran permanen dapat dirancang otomatik terintegrasi dengan sistem perlindungan lokal (local application) atau sistem perlindungan total dengan pancaran serentak (total flooding).
Dari data analisis media pemadam kebakaran untuk ruangan khusus yang menyimpan bahan dan material berharga yang paling sesuai adalah jenis Clean Agent.
Media pemadam kebakaran kategori jenis cleant agent sesuai persyaratan standar harus memenuhi beberapa kriteria antara lain :
• Bersih tidak meninggalkan berkas / noda • Tidak konduktif • Tidak korosif
6.4.5. Pengenalan sistem proteksi kebakaran A. Konsep sistem proteksi kebakaran
Penerapan sistem proteksi kebakaran atas sumber daya harus direncanakan untuk dapat mengantisipasi bahaya kebakaran sesuai dengan tingkat resiko bahaya pada hunian yang bersangkutan. Pada bagian diatas
504
telah difahami pengertian klasifikasi tingkat resiko bahaya kebakaran. Perencanaan proteksi kebakaran harus meliputi 3 sistem strategi
yaitu : • Sarana proteksi kebakaran aktif, yaitu alat bantu atau instalasi yang
dipersiapkan untuk mendeteksi dan memadamkan kebakaran seperti sistem deteksi dah alarm, APAR, hydrant, sprinkler, hose rell, dll.
• Sarana proteksi kebakaran pasif yaitu alat, sarana, atau metoda mengendalikan penyebaran asap, panas dan gas berbahaya bila terjadi kebakaran antara lain sistem kompartemenisasi, treatment atau clotting fire rettardant, sarana pengendalian asap (smoke control system), sarana evakuasi, sistem pengendali asap dan api (smoke damper, fire damper, fire stopping), alat bantu evakuasi dan rescue dll.
• Fire safety management
B. Sistem deteksi dan alarm kebakaran Strategi yang pertama dalam mengahadapi bahaya kebakaran
adalah berpacu dengan waktu. Api yang masih awal lebih mudah dipadamkan dibandingkan yang telah lama terbakar, karena itu perlu adanya sistem pengendalian dini dengan sistem tanda bahaya serta sistem komunikasi darurat.
Ketentuan yang mewajibkan adaya sistem deteksi dan alarm antara lain disebutkan dalam peraturan khusus EE, peraturan khusus K dan Kepmenaker No. 186/Men/1999.
Dengan perkembangan teknologi, peran penjagaan tempat kerja dapat digantikan dengan memasang sistem instalasi deteksi dan alarm kebakaran otomatik. Apabila instalasi alarm kebakaran otomatik mengambil alih peran tersebut, maka untuk menjamin kehandalan sistem tersebut diharuskan mengikuti ketentuan yang diatur dalam Peraturan Menteri Tenaga Kerja No. 02/Men/1983.
Klasifikasi sistem alarm (menurut sistem operasionalnya, sistem alarm kebakaran dibagi 3 kelompok) : • Manual • Otomatik (semi addressable, atau fully addressable) • Otomatik interegrated system, (deteksi, alarm, dan pemadaman)
505
Komponen sistem alarm kebakaran otomatik terdiri dari : • Detektor dan tombol manual (input signal) • Panel indikator kebakaran (System control) • Alarm audible atau visible (Signal output)
Detektor, adalah alat untuk mendeteksi kebakaran secara otomatik, yang diharapkan dapat mendeteksi secara cepat akurat dan tidak memberikan informasi palsu. Tipe detektor harus sesuai dengan karakter ruangan.
Jenis jenis detektor berdasarkan cara kerjanya antara lain • Detektor panas, (tipe suhu tetap dan tipe kenaikan suhu) • Detektor asap, (tipe foto elektrik dan onisasi) • Detektor nyala, (tipe ultraviolet dan infra rnerah)
Detektor dipasang ditempat yang tepat sehingga harus memiliki jarak jangkauan peginderaan yang efektif sesuai dengan spesifikasinya.
Tombol manual, adalah alat yang dapat dioperasikan secara manual yang dilindungi dengan kaca, yang dapat diaktifkan secara manual dengan memecahkan kaca terlebih dahulu, apabila ada yang melihat kebakaran tetapi detektor otomatik belum bekerja.
Panel kendali, adalah pusat pengendali sistem deteksi dan alarm, yang dapat mengindikasi signal input dari detektor maupun tombol manual dan mengaktifkan alarm tanda kebakaran. Panel pengendali harus dapat memberi informasi alamat atau lokasi datangnya panggilan detektor yang aktif atau tombol manual yang diaktifkan.
Signal alarm, adalah indikasi adanya bahaya kebakaran yang dapat didengar (audible alarm) berupa bell berdering, sirine; atau yang dapat dilihat (visible alarm) berupa lampu.
Sistem instalasi alarrn kebakaran otomatik, dapat diintegrasikan dengan peralatan yang ada didalam bangunan yang bersangkutan antara lain dengan lift, AC, pressured fan, indikator aliran sistem sprinkler, dIl.
Pemasangan dan pengoperasian alarm kebakaran otomatis • Harus selalu dilakukan pemeriksaan dan pengujian secara teratur • Setiap kejadian harus dicatat dalam log book; • Sistem deteksi, alarm dan pemahaman integrated, harus memiliki ijin
506
C. Pengoperasian APAR (Alat Pemadam Api Ringan) Syarat pemasangan alat pemadam api ringan sesuai Referensi
Peraturan Menteri Tenaga Kerja dan Transmigrasi No. Per 04/Men/1930 Alat pemadaman api ringan, direncanakan untuk memadamkan api pada awal kebakaran sehingga konstruksinya dapat dijinjing dan mudah dioperasikan oleh satu orang.
Ditempatkan yang mudah dilihat dan mudah dijangkau, mudah diambil (tidak diikat mati atau digembok)
Jarak jangkauan tabung APAR maksimum 15 m Tinggi pemasangan maksimum 125 cm Jenis media dan ukurannya harus sesuai dengan klasifikasi kebakaran
dan beban api serta kemampuan orang yang akan mengoperasikan Secara berkala harus diperiksa Media pemadam harus diisi ulang sesuai batas waktu yang ditentukan Kekuatan konstruksi tabung harus diuji padat dengan air sesuai
ketentuan D. Hydrant
Hydrant adalah instalasi pemadam kebakaran yang dipasang permanen berupa jaringan perpipaan berisi air bertekanan terus menerus yang siap untuk memadamkan kebakaran. Komponen utama sistem hydrant terdiri dari :
Persediaan air yang cukup Sistem pompa yang handal, pada umumnya terdiri dari 3 macam
pompa yaitu : Pompa jockey, Pompa utama dan Pompa cadangan Jaringan pipa yang cukup Nozle dan slang yang cukup panjang untuk mengamankan seluruh
bangunan Perencanaan instalasi Hydrant harus memenuhi ketentuan standar
yang berlaku dan perhitungan hydrolik kebutuhan debit air serta tekanan ideal sesuai klasifikasi bahaya pada bangunan atau obyek yang dilindungi. E. Sprinkler
Pengertian sprinkler adalah instalasi pemadam kebakaran yang dipasang secara permanen untuk melindungi bangunan dari bahaya kebakaran yang akan bekerja secara otomatik memancarkan air, apabila
507
(nosel/pemancar/kepala sprinkler) terkena panas pada temperatur tertentu. Dasar perencanaan sistem sprinkler akan didasarkan jumlah dan kemampuan air yang dipancarkan oleh kepala sprinkler menyerap kalor yang dihasilkan dari bahan yang terbakar, dengan mengacu pada : Klasifikasi hunian : Ringan
Sedang I, II, III Berat Khusus
Variabel : Peruntukan bangunan Jumlah dan sifat penghuni Konstruksi bangunan Flammability dan Quantity material (Fire Loads) Standar desain : Ukuran kepala sprinkler kepadatan pancaran Komponen utama sistem sprinkler seperti gambar 10 terdiri dari :
Persediaan air Pompa Siamese pipa Kepala sprinkler
Syarat teknis perencanaan instalasi sprinkler berpedoman pada
perhitungan hydrolik kebutuhan dan debit air (kepadatan pancaran) sesuai klasifikasi bahaya pada bangunan atau obyek yang dilindungi.
Tekanan kerja pada kepala sprinkler max 10 kg/cm2 dan minimal 0,9 – 2,2 kg/cm2.
F. Sarana Evakuasi
Evakuasi adalah usaha menyelamatkan diri sendiri dari tempat berbahaya menuu ke tempat yang aman.
Sarana evakuasi adalah sarana dalam bentuk kontruksi dari bagian bangunan yang dirancang aman sementara ( minimal I jam ) untuk jalan menyelamatkan diri bila terjadi kebakaran bagi seluruh penghuni di dalamnya tanpa dibantu orang lain.
Setiap tempat kerja selain harus tersedia jalan khusus selain pintu keluar masuk utama untuk menyelamatkan diri bila terjadi kebakaran. Pintu tersebut harus membuka keluar dan tidak boleh dikunci, juga harus tersedia jalan ke evakuasi, antara lain :
508
• Petunjuk arah evakuasi harus terlihat jelas pada waktu keadaan gelap
• Perhitungan teknis sarana evakuasi Percobaan rate of flow 40 orang/menit Standar waktu evakuasi 2, 2 ½ , 3 menit sesuai klasifikasi
bahaya ringan, sedang, berat Lebar Unit Exit 21 inchi
• Untuk menjamin keamanan bangunan minimal 1 jam maka kontruksi harus dirancang tahan api dan dilengkapi sarana pengendalian asap dan tekanan udara positif (pressurized fan).
G. Kompartementasi
Kompartemensi adalah metoda pengaturan tata ruang untuk menghambat penjalaran kebakaran ke bagian lain. Metoda ini dapat menerapkan jarak tertentu atau dengan dinding pembatas dan mengatur posisi bukaan tidak saling berhadapan.
Peraturan khusus EE dan K menetapkan - Tempat kerja harus dibagi menurut jenis dan sifat pekerjaannya - Daerah untuk menyimpan atau mengolah bahan yang dapat meledak
atau terbakar harus terpisah dengan ruangan yang menggunakan alat yang dapat menimbulkan sumber panas.
- Jarak aman harus diperhitungkan agar apabila terjadi kebakaran tidak mudah merambat ke tempat lain.
- Bukaan antar bangunan agar tidak saling berhadapan. - Tempat kerja dibuat juga dengan cara dibatasi denga tembok tahan api. H. Sistem pengendalian asap dan panas
Asap dan gas pada waktu kejadian kebakaran merupakan salah satu produk kebakaran yang sangat membahayakan bagi manusia. Kecenderungan asap dan gas akan menyebar ke atas, karena itu pada gedung bertingkat harus direncanakan suatu jalur atau bukaan vertikal menyerupai cerobong, karena itu harus ada sistem mekanik yang dapat mengendalikan asap dan gas.
Bagunan gedung dengan sistem AC central, apabila terjadi kebakaran akan menyebarkan asap ke seluruh ruangan. Karena itu harus ada sistem deteksi asap yang dapat mengontrol secara mekanis penutupan asap (smoke damper) dan atau mematikan asap sentral.
509
I. Pressurized fan Pada ruangan atau pada bagian proses yang terdapat emisi gas atau
uap yang dapat terbakar maka perlu adanya sistem mekanik pressurized fan untuk memecah konsentrasi uap berada di bawah flammable range, sehingga terhindar dari resiko penyalaan.
Tempat penimbunan bahan cair atau gas mudah terbakar. Tempat (tanki) penimbunan bahan cair yang mudah terbakar harus ditempatkan diluar bangunan dengan jarak tertentu dari bangunan di sekitarnya. Tangki penimbunan di atas tanah harus dilindungi dengan tanggul di sekelilingnya untuk membatasi meluasnya cairan bahan mudah terbakar tersebut apabila terjadi kebocoran.
Persyaratan kapasitas pelindung untuk melindungi 1 tangki minimal mampu menampung 80 % dari kapasitas tangki, apabila 2 tangki minimal 60% dan bila lebih dari 3 tangki minimal 40 %.
Persediaan bahan bakar cadangan di dalam ruangan harus dibatasi maksimal 20 liter dengan tempat yang tidak mudah terbakar dan ditutup. Tempat (tangki) penimbunan bahan gas yang mudah menyala harus ditempatkan diluar bangunan dengan jarak tertentu dari bangunan di sekitarnya. Tangki penimbunan di atas tanah harus dilindungi dengan water spray sistem yang dapat bekerja otornatik untuk membatasi meningkatnya suhu yang dapat menimbulkan tangki meledak.
Water spray system bukan ditujukan untuk memadarnkan api, tetapi untuk mendinginkan tangki agar tidak meledak karena peningkatan tekanan akibat paparan panas dari luar. 6.4.6. Sistem tanggap darurat
Keadaan darurat adalah situasi/kondisi/kejadian yang tidak normal dan mengancam keselamatan jiwa manusia serta harta benda. Beberapa cirinya adalah : − Terjadi tiba-tiba − Mengnggu kegiatan/organisasi/komunitas − Perlu segera ditanggulangi karena dapat berubah menjadi bencana
(disaster) yang mengakibatkan banyak korban atau kerusakan. Jenis-jenis keadaan darurat Natural hazard (Bencana Alamiah) − Banjir
510
− Kekeringan − Angin topan − Gempa − Petir
Technological Hazart (Kegagalan teknis)
− Pemadaman listrik − Bendungan bobol − Kebocoran nuklir − Peristiwa kebakaran / ledakan Kecelakaan kerja / lalu lintas − Huru hara − Perang − Kerusahan Keadaan darurat kebakaran
Situasi kejadian kebakaran pada suatu bangunan akan melibatkan semua orang yang ada didalam bangunan yang terbakar karena semua merasa terancam dalam bahaya dan ingin menyelamatkan diri. Dalam kejadian kebakaran ada kalanya orang yang sudah keluar ditempat yang aman masuk kembali ke ruangan yang terbakar, apalagi bila terdapat orang-orang asing (tamu/ pengunjung) karena mereka lebih tidak familier dan mengenal lingkungan setempat.
Dalam kejadian kebakaran dipastikan terjadi kepanikan yang tidak terkendali.
Guna mengantisipasi situasi kepanikan yang sering tidak terkendali, seyogyanya dilselenggarakan program latihan yang teratur dengan melibatkan semua unsur di perusahaan.
Dalam setiap pelaksanaan latihan tersebut harus ada suatu skenario yang baku dan dilakukan berulang-ulang.
Sistem tanggap darurat penanggulangan kebakaran harus tertuang dalam buku panduan Fire Emergency Prosedure ( FEP ) yang berisikan siapa berbuat apa dan dengan apa serta bagaimana dilakukan.
Penyusunan FEP harus dikerjakan oleh tim yang melibatkan semua unsur manajemen tetapi tidak perlu banyak orang, dan muatan FEP harus berisi uraian lengkap yang terintegrasi dalam manajemen secara
511
menyeluruh. Tahapan perencanaan keadaan darurat kebakaran dilaksanakan
sbb: 1. Identifikasi bahaya dan penaksiran resiko 2. Penakaran sumber daya yang dimiliki 3. Tinjau ulang rencana yang telah ada 4. Tentukan tujuan clan lingkup 5. Pilih tipe perencanaan yang akan dibuat 6. Tentukan tugas-tugas dan tanggung jawab 7. Tentukan konsep operasi 8. Tulis dan perbaiki 6.4.7. Pemeriksaan Berkala Sistem Proteksi Proteksi Kebakaran
Instalasi proteksi kebakaran yang telah terpasang agar dapat beroperasi dengan baik harus terus dijaga keandalan operasinya, hingga mampu memberikan perlindungan sesuai fungsinya bila sewaktu-waktu terjadi suatu kebakaran.
Kondisi keandalan yang tinggi tersebut tercapai bila sistem proteksi yang terpasang dilakukan pemeriksaan dan pengujian berkala secara rutin dengan menggunakan standart K3 yang berlaku.
Dengan penyelenggaraan program pemeriksaan dan pengujian
berkala kerusakan maupun penyimpangan-penyimpangan prosedur operasi dapat segera diketahui dan dilakukan langkah perbaikannya. 6.4.8. Pemeriksaaan berkala instalasi alarm kebakaran
Pemeriksaan berkala ini dilakukan sekurang-kurangnya sekali dalam 5 ( lima ) tahun, dengan materi pemeriksaan meliputi : • Pemeriksaan fisik instalasi dan pembersihan komponen-komponen
alarm kebakaran. - Panel kontrol dan announciator - Detektor dan tombol manual - Alarm kebakaran - Pengkabelan instalasi
• Pengujian operasional fungsi komponen-komponen alarm kebakaran o Fungsi kerja panel kontrol
- Tegangan catu daya listrik
512
- Peralatan pengendali operasional - Penunjukan indikator-indikator power supply, gangguan, kondisi
zone - Penunjukan kerja fire alarm dan power alarm
o Fungsi kerja detektor api dan tombol manual
- Mengaktifkan tombol-tombol manual dan membuat simulasi api pada detektor-detektor
- Mengukur keras dering lokal fire alarm dan general alarm, serta mengamati nyala lampu lokal fire alarm
- Memonitor operasional dan penunjukan indikator-indikator panel kontrol
6.4.9. Pemeriksaan berkala Instalasi hydrant
Pemeriksaan berkala dilakukan sekurang-kurangnya sekali dalam 1 (satu) tahun meliputi pemeriksaan : • Pemeriksaan kondisi fisik, letak, dan kebersihan komponen-komponen
hydrant o Kondisi kebocoran pada jaringan pemipaan dan assesoriesnya o Letak dan kodisi hydrant pilar, hydrant box, slang dan nozzle o Kondisi pompa air beserta switch pengoperasionalnya o Kondisi resrvoar pompa intake
• Pengujian operasional fungsi komponen-komponen hydrant o Pengujian simulasi pemompaan air o Pengujian simulasi pancaran air nozzle
• Pengujian gangguan operasional o Pengujian simulasi gangguan power supply o Pengujian emergency diesel pump
6.4.10. Pemeriksaan berkala Instalasi sprinkler
Pemeriksaan ini dilakukan sekurang-kurangnya sekali dalam 1 (satu) tahun, meliputi pemeriksaan. fisik dan pengujian operasional dengan materi sama sebagaimana dilakukan pada instalasi hydrant hanya berbeda dalam cara pengujian pancaran air pada kepala sprinkler.
Pada instalasi sprinkler pengujian berkala tidak dilakukan dengan Membakar kepala-kepala sprinkler melainkan dilakukan dengan cara mengamati pancaran tekanan air yang terdapat pada ujung pipa cabang
513
yang terakhir. 6.4.11. Pemeriksaan berkala tabung APAR
Pemeriksaan berkala ini, dilakukan sekurang-kurangnya 2 ( dua ) kali dalam 1 ( satu ) tahun, meliputi pemeriksaan dalam jangka 6 ( enam ) bulan dan 12 ( dua belas ) bulan.
Pemeriksaan jangka 6 ( enam ) bulan dilakukan hanya bersifat fisik melihat kondisi luar tabung serta letak penempatan tabung. Pemeriksaan jangka 12 ( dua belas ) bulan selain bersifat fisik sebagaimana pemeriksaan 6 ( enam ) bulan, secara lebih detail dilakukan pula pemeriksaan terhadap komponen pada bagian luar dan dalam tabung, antara lain :
o Isi media pemadam api o Pipa pelepasan yang terdapat didalam dan diluar tabung serta
nozzle o Ulir dan gelang tutup tabung o Gerakan katup o Fisik tabung luar dan dalam terhadap karat o Lapisan pelindung tabung
6.4.12. Pemadaman dan pengendalian bahaya kebakaran
Kebakaran yang umum terjadi sebagaimana fenomena alam selalu diawali dengan api yang relatif kecil, kemudian membesar dan menjalar melalui media yang ada disekitarnya.
Bila api yang relatif kecil gagal dipadamkan, maka kebakaran menjadi lebih sulit dikendalikan dan timbul dampak-dampak lain yang membahayakan yaitu timbulnya bahaya ikutan seperti asap, panas, gas serta kepanikan.
Panas yang tinggi akibat radiasi kebakaran dapat menyebabkan manusia kekurangan cairan tubuh, kehabisan tenaga, luka bakar, berhenti detak jantuhgnya, karena daya tahan tubuh manusia terpapar dengan panas hanya ± 300 °F.
Asap yang dihasilkan oleh kebakaran bahan-bahan tertentu dapat berwarna pekat, dan bila mendapat pengaruh panas suhunya akan naik sehingga dapat mengganggu penglihatan serta pernafasan manusia.
Produk lain yang sangat berbahaya dari kebakaran adalah gas racun yang munculnya tidak disadari manusia, seperti gas karbon monoksida yang keberadaannya sulit dideteksi dsengan kemampuan individu manusia
514
karena gas tersebut tidak berwarna, berbau, dan tidak dirasa. Dampak lain pada kejadian kebakaran adalah perasaan panik dan ketakutan hunian yang berada di dalam tempat kebakaran karena dapat dipastikan akan menambah komplek permasalahan penanggulangan kebakaran.
Untuk memadamkan kebakaran secepatnya tanpa disertai dengan korban manusia maupun kerugian materiil, maka di sekitar tempat kerja tersedia tabung-tabung APAR yang sesuai dengan jenis kebakaran yang paling dominan kemungkinan kejadiannya di tempat kerja bahkan bilamana perlu dipasang fasilitas-fasilitas pernadam kebakaran kebakaran tetap, seperti hydrant atau sprinkler. A. Pemadaman Kebakaran
Pemadaman kebakaran harus diupayakan secepatnya ketika api masih relatif kecil karena bila sudah terlanjur besar, maka api akan lebih sulit dikendalikan apalagi bila hanya dengan pemakaian tabung APAR. Pemadaman ini hanya dapat dilakukan oleh orang-orang terdekat atau orang-orang yang melihat awal kebakaran.
Oleh karena itu pada setiap perusahaan / tempat kerja minimal harus ada petugas peran kebakaran, yaitu karyawan perusahaaan yang diberikan tugas sampingan selain tugas pokoknya yakni melakukan pemadaman api sesegera mungkin dan mengamankan barang-barang penting perusahaan bila di tempat kerja mengalami kebakaran serta membantu upaya pemadaman lanjut yang dilakukan regu pemadam kebakaran bila awal kebakaran gagal dipadamkan.
Mengingat pentingnya petugas peran kebakaran, maka pada setiap bagian / departemen, atau setiap lantai bangunan bertingkat di suatu perusahaan harus ditunjuk 3 — 4 orang petugas peran kebakaran, masing-masing dengan peran tugas B. Penyelamatan hunian yang terjebak kebakaran
Penyelamatan terhadap hunian khususnya orang-orang yang terjebak didalam ruangan yang terkurung oleh kebakaran harus dilakukan oleh tim penyelamat yang dipersiapakan dengan peralatan khusus.
Kegiatan operasi penyelamatan ini harus dilakukan hati-hati karena terdapat kemungkinan orang-orang yang terjebak kebakaran sudah lemas atau pingsan serta kemungkinan putus asa, sehingga mereka harus dipandu atau ditandu.
515
Untuk menuju keluar-masuk ke dan dari ruangan tempat orang-orang terjebak, Tim Penyelamat sedapat mungkin agar memilih rute yang aman tetapi bila tidak mungkin boleh menempuh cara darurat dengan membuat rute baru, atau menerobos api. Oleh karena itu untuk melakukan tugas penyelamatan dengan aman dan lancar, maka Tim Penyelamat harus dilengkapi : − Fire suits dan breathing apparatus − Kunci-kunci pembuka − Peralatan pemukul untuk merusak guna membuat celah jalan darurat − Peralatan tandu
Dilokasi yang aman, person lain dari Tim Penyelamat harus segera memberi pertolohgan darurat kepada korban-korban yang telah diselamatkan, dan bilamana. diperlukan pertolongan yang lebih intensif, maka harus segera dirujuk ke rumah sakit terdekat. 6.5. PEMBUATAN LAPORAN INVENTARISASI BAHAN KIMIA
Dalam tata Kelola yang baik sudah dikenal bagaimana serangkaian kegiatan praktis dilakukan guna mendukung peningkatan kinerja dan kemajuan kegiatan penyimpanan maupun penggunaan bahan kimia. Rangkaian dalam kegiatan yang dilakukan dalam tata kelola yang baik perlu didukung dengan tata administrasi yang balk agar hasil kegiatan lebih optimal. Misalnya, dalam penyimpanan bahan perlu mempunyai lembar data jenis bahan kimia, tanggal kadaluarsa, lokasi penyimpanan, dan lain-lain. Lembar data tersebut akan sangat berguna apabila terjadi sesuatu hal yang tidak diinginkan misalnya kecelakaan kerja, atau akan melakukan pemeriksaan bahan kadaluarsa dan menyampaikan hal tersebut sebagai laporan. Tata administrasi yang baik juga dapat membantu untuk mencatat kemajuan kegiatan pengelolaan bahan kimia dan menunjukkannya kepada pihak-pihak yang terkait. Dengan demikian tata administrasi bagi suatu kegiatan usaha merupakan bagian yang tidak dapat dipisahkan dari upaya-upaya praktis lainnya dalam memajukan usaha.
Banyak cara yang dapat dilakukan untuk membuat suatu tata administrasi yang baik, diantaranya dengan melakukan : Pelaporan meliputi pengumpulan dan penataan dokumen-dokumen penting yang terkait dengan kegiatan penyimpanan maupun penggunaanbahan
516
kimia. Maksud dari melakukan pelaporan adalah untuk memberikan informasi yang diperlukan kepada para pihak yang berkepentingan. Ada beberapa keuntungan yang dapat peroleh dengan melakukan sistem yang baik, diantaranya : Ada beberapa keuntungan yang dapat diperoleh dengan melakukan sistem pelaporan yang baik, diantaranya : − Memiliki catatan yang lengkap mengenai temuan, observasi dan
rencana tindakan yang menjadi dasar praktek inventarisasi bahan kimia. − Memudahkan dalam melakukan penelusuran kembali jika terjadi sesuatu
penyimpangan dari rencana semula − Memudahkan untuk menganalisa kemungkinan langkah-langkah
perbaikan yang dapat diambil berdasarkan data-data yang dimiliki. − Dapat mencatat hasil-hasil/kemajuan pelaksanaan inventarisasi bahan
kimia. Pelaporan yang dimaksud dapat mencakup dokumen yang terkait dengan hal berikut diantaranya: − Informasi umum mengenai kegiatan inventarisasi bahan kimia − Informasi mengenai penggunaan bahan kimia − Lembar periksa penggunaan bahan kimia yang telah diisi − Kegiatan komunikasi internal dan eksternal yang berhubungan dengan
program pengelolaan bahan kimia. − Lembar data keselamatan bahan atau "material safety data sheet'
(MSDS) − Rencana tindakan / program pengelolaanbahan kimia Dalam melakukan pelaporan ada beberapa hal yang perlu Anda perhatikan diantaranya : − Dokumen yang diperlukan oleh suatu unit kegiatan disimpan di tempat
yang mudah dijangkau − Dokumen seharusnya selalu dipantau ketepatan isinya dan diperbaharui
sesuai dengan keperluan − Dokumen yang kadaluarsa harus dikeluarkan atau dimusnahkan − Format dan isi dokumen mudah dipahami dan dikomunikasikan
517
Tata dokumentasi yang baik dapat dilaksanakan dengan berbagai cara, namun dapat memilih sendiri atau menyesuaikan sistem dokumentasi yang balk, efektif, dan tidak remit sesuai dengan kebutuhan kegiatan inventarisasi bahan kimia. Salah satu contoh dalam melakukan dokumentasi adalah dengan melakukan pengelompokan jenis dokumen untuk memudahkan dalam melakukan dokumentasi. Adapun pengelompokan jenis dokumen tersebut dapat dilakukan sebagai berikut : Dokumen Pelaksanaan Kerja Dokumen ini dapat berupa informasi mengenai proses kegiatan kerja. Kelompok dokumen ini dapat mencakup beberapa dokumen, diantaranya : − Lembar catatan kerja − Lembar catatan kinerja ini dapat berupa catatan kemajuan baik yang
harian, bulanan atau tahunan mengenai kinerja dari suatu kegiatan dan lembar catatan hasil kerja.
− Catatan komunikasi internal dan eksternal Manfaat melakukan inventarisasi bahan kimia : − Mengidentifikasi secara sistematis seluruh bahan kimia yang disimpan
dan digunakan. − Membentuk sebuah informasi yang tersttuktur − Mengidentifikasi seluruh bahan kimia yang ada di dalam pabrik − Mengidentifikasi bahan yang tidak dikenal; apakah akan digunakan atau
dibuang − Menghindari terjadinya kadaluwarsa terhadap bahan yang disimpan − Menyelidiki sifat bahan; meningkatkan mutu produk Menganalisis bahan kimia dalam Tabel Inventarisasi Beberapa pertanyaan yang perlu dipertimbangkan: − Berapa banyak jumlah bahan yang diperluakan untuk proses produksi − Berapa jumlah aktual yang dipergunakan? − Apakah bahan kimia ini benar-benar diperlukan untuk digunakan? − Mengapa ada sejumlah tertentu bahan kimia yang terbuang atau hilang? − Dapatkah kita menyimpan sediaan dalam jumlah yang lebih sedikit? − Dapatkah kita meggunakan bahan lain sebagai pengganti yang
bahayanya lebih rendah atau menggunakan wujud/bentuk yang
518
berbeda? − Apakah bahan ini termasuk terlarang atau terbatas penggunaannya?
(kriteria ekologi) Inventarisasi seluruh bahan kimia Area Nama
bahan kimia
MSDS tersedia
Frasa – R
Kelompok Bahaya
Jumlah per batch/kegiatan
Keberdebuan/ penguapan
Pendekatan pengendalian
6.6. PEDOMAN KESELAMATAN KERJA YANG BERHUBUNGAN
DENGAN PERALATAN Pedoman keselamatan kerja menyangkut tenaga kerja, organisasi
dan cara kerja, bahan dan peralatan, dan pedoman pertolongan terhadap kecelakaan. Para pekerja harus memiliki jasmani yang baik, rohani yang baik, trampil dan bekerja sesuai dengan cara yang semestinya.
Pakaian kerja bagi para tenaga kerja yang bertalian dengan kelistrikan harus memiliki sifat-sifat sebagai berikut: 1. Cukup kuat dan tahan gesekan. 2. Baju kemeja berlengan panjang dan berkancing pada ujung lengan. 3. Celana panjang. 4. Ujung kaki celana dapat dilipat dan dikancing. 5. Sepatu bersol karet, tidak berpaku dan memiliki sifat isolator. 6. Topi helm terbuat dari plastik, kuat, dan memiliki sifat isolator yang
sesuai dengan tegangan yang bersangkutan. 7. Sarung tangan panjang, lemas, kuat, dan memiliki daya isolator yang
sesuai. 8. Sarung tangan untuk bekerja dan penghantar adalah lemas, kuat, dan
tahan gesekan terhadap kawat penghantar.
Dalam organisasi kerja, dan penting untuk keselamatan kerja, tiap pelaksanaan suatu pekerjaan yang bukan rutin harus didasarkan surat perintah kerja. Surat ini penting pula untuk pencaharian orang yang
519
bertanggung jawab, jika terdapat kesalahan. Adapun pekerjaannya, hal itu dilaksanakan oleh kontraktor. Salah satu syarat menyatakan, bahwa perusahaan yang memberikan pekerjaan kepada kontraktor harus memberikan tenaga.atau ahli yang tugasnya mendampingi dan mengawasi pekerjaan kontraktor. 6.7. PEMERIKSAAN KEAMANAN SEBELUM MENGHIDUPKAN
PERALATAN
6.7.1. Peralatan listrik. Langkah ini diperlukan guna memenuhi syarat-syarat K3 melalui
pemriksaan dan pengujian, seluruh obyek mekanik di tempat kerja. Sifat pemeriksaan dan pengujian yang dilakukan dapat berupa : o Pemeriksaan awal o Pemeriksaan periodik o Pemeriksaan khusus
Langkah-langkah pemeriksaan sebagai berikut : - Pemasangan transformator-transformator, panel-panel, sakelar-sakelar,
motor-motor dan alat-alat listrik lainnya di tempat kerja harus dilaksanakan sedemikian sehingga tidak terdapat bahaya kontak dengan bagian-bagian yang bertegangan.
- Manakala ruangan dan persyaratan pelayanan memungkinkan, alat-alat dan pesawat-pesawat listrik harus ditempatkan dalam ruangan terpisah yang ukurannya memadai dan hanya orang-orang yang kompeten boleh masuk ke dalam ruangan tersebut.
- Jika alat-alat atau pesawat listrik terpaksa ditempatkan di tempat kerja dalam ruangan produksi, pagar pengaman untuk melindungi bagian-bagian atau penghantar yang bertegangan harus dibuat. Pagar pengaman berfungsi pencegahan kecelakaan. Rangka pagar dapat terbuat dari kayu, besi pipa, besi siku, kawat baja, besi pelat berlobang atau plastik. Dalam hal ini, kayu kering atau plastik memiliki sifat yang lebih baik, oleh karena zat-zat tersebut tidak menghantar listrik. Namun begitu, kayu memiliki kerugian oleh karena mudah terbakar. Rangka besi harus disertai hubungan ke tanah secara tepat.
- Perlu dipasang papan tanda larangan masuk bagi mereka yang tidak berkepentingan dan disertai peringatan "Awas bahaya listrik!". Tanda peringatan dipasang pada tempat masuk ke ruangan, sedangkan huruf
520
jelas dan mudah dibaca. - Terdapat kesesuaian dalam banyak hal mengenai norma-norma bagi
pagar pengaman untuk mesin dan pesawat listrik. - Petugas-petugas perawatan peralatan listrik harus tahu benar bahaya-
bahaya yang bertalian dengan suatu instalasi listrik dan peralatan lain-lainnya.
- Bahaya-bahaya akibat listrik harus dipertimbangkan pada perencanaan pembuatan tutup pengaman bagi panel listrik.
- Pemasangan instalasi listrik hams memenuhi persyaratan yang ditetapkan dalam Peraturan Instalasi Listrik (PUIL) dan peraturan-peraturan lain tentang keselamatan kerja listrik.
- Macam pemasangan instalasi listrik di perusahaan-perusahaan dan tempattempat kerja tergantung dari konstruksi bangunan ukuran dan pembagian beban, penempatan mesin-mesin, pesawat dan alat-alat listrik, keadaan ruang kerja seperti berdebu, panas, lembab, dan lain-lain.
- Isolasi dari kawat hantaran listrik harus disesuaikan dengan keperluannya, namun tidak dapat dianggap sebagai pengaman terhadap shok listrik, terutama bagi jaringan tegangan tinggi.
- Pemeriksaan berkala terhadap tahanan isolasi kawat hantaran, alat-alat dan pesawat listrik, harus dilakukan oleh pejabat yang berwenang.
- Laporan hasil pemeriksaan perlu untuk pelaksanaan program keselamatan kerja listrik.
- Penempatan dan pemasangan motor-motor listrik tidak boleh mengganggu lalu lintas para pekerja.
- Motor-motor yang tidak tertutup tidak boleh ditempatkan di ruangan lem-bab, menggigit, berdebu atau ruangan yang mudah terbakar.
- Bagian-bagian telanjang yang bertegangan harus dipasang di tempat yang tidak mudah dicapai lengan dengan penempatannya pada ketinggian sekurang-kurangnya 2,6 meter di atas ruangan kerja atau bagian tersebut harus diperlengkapi dengan tutup, pagar atau pengaman yang memenuhi syarat bagi pencegahan terhadap kemungkinan menyentuhnya.
- Petugas perawatan listrik harus lebih dahulu mengetahui bahaya-bahaya yang mungkin timbul dan melakukan pencegahan sebaik-baiknya.
521
6.7.2. Pemeriksaan Sakelar. a. Apapun tipe sakelar, yaitu tombol tekan, tuas, putar atau otomatis
harus memenuhi syarat keselamatan. b. Sakelar-sakelar untuk keperluan motor-motor, pesawat-pesawat
listrik, instalasi cahaya dan tenaga, harus ditutup. c. i. Tidak boleh dipakai sakelar tuas yang terbuka, oleh karena
bagian-bagian terbuka yang bertegangan akan menimbulkan bahaya tekanan arus listrik dan dapat mengakibatkan loncatan api, bila sakelar diputuskan arusnya.
ii. Sakelar tuas harus tertutup dan tutup serta poros pegangan (handel) harus dihubungkan ke tanah.
iii. Sakelar-sakelar tuas harus dipasang sedemikian sehingga bagian-bagiannya yang dapat digerakkan dalam keadaan tidak ada hubungan tidak bertegangan.
d. i. Bila dipakai sakelar pemisah untuk tegangan tinggi, sakelar harus dipasang di luar batas capai tangan dan pelayanannya dilakukan dengan menggunakan tongkat pengaman.
ii. Bila pemasangan seperti tersebut pada i tak dimungkinkan, sakelar tersebut harus tertutup atau dipagar secara tepat agar tidak membahayakan, sedangkan pelayanannya tetap dilakukan dengan memakai tongkat pengaman.
e. Untuk keperluan pemakaian secara umum, dianjurkan agar dipakai sakelar putar dan tombol tekan, oleh karena bagian yang bertegangan berada di tempat tertutup.
f. Sakelar-sakelar yang dapat menimbulkan loncatan api harus dipasang daIam peta penghubung.
g. Setiap sakelar harus disertai suatu petunjuk untuk posisi tertutup atau terbuka.
6.7.3. Pengoperasian peralatan dan sumber bahaya Secara khusus sumber bahaya yang terdapat pada pesawat tenaga dan produksi antara lain pada pengoperasian peralatan untuk bagian-bagian: a. Peralatan yang berputar
Poros, as Roda, roda gigi
522
Roda, ban Puli-puli
b. Peralatan yang bergerak Gerak horizontal Gerak vertikal Gerak maju/mundur
c. Yang menanggung beban Pondasi Kolom-kolom Kerangka/ chasis Dudukan mesin Alat penumpu Landasan
d. Tenaga penggerak Peledakan Suhu tinggi Kebakaran Kebisingan Getaran Lingkungan
e. Jenis kecelakaan pada pengoperasian peralatan Terbakar Terbelit Terjepit Tersengat listrik Teriris Tergores Terkena cairan panas Radiasi panas, dll
RANGKUMAN : 1. Keselamatan dan kesehatan kerja secara etimologis ialah memberikan
upaya perlindungan yang ditujukan agar tenaga kerja dan orang lain di tempat kerja selalu dalam keadaan selamat dan sehat dan agar setiap sumber produksi perlu dipakai dan digunakan secara aman dan efisien.
523
2. Keselamatan dan kesehatan kerja secara filosofi ialah suatu konsep berfikir dan upaya nyata untuk menjamin kelestarian tenaga kerja dan setiap insan pada umumnya beserta hasil karya dan budaya dalam upaya mencapai masyarakat adil, makmur dan sejahtera.
3. Keselamatan dan kesehatan kerja secara keilmuan adalah suatu cabang ilmu pengetahuan dan penerapan yang mempelajari tentang cara penanggulangan kecelakaan di tempat kerja lainnya.
4. Tujuan dari Sistem Manajemen K3 adalah sebagai alat untuk mencapai derajat kesehatan tenaga kerja yang setinggi-tingginya, baik buruh, petani, nelayan, pegawai negeri, atau pekerja-pekerja bebas.
5. APD adalah suatu alat yang mempunyai kemampuan untuk melindungi seseorang dalam pekerjaan yang fungsinya mengisolasi tubuh tenaga kerja dari bahaya di tempat kerja. APD dipakai setelah usaha rekayasa (engineering) dan cara kerja yang aman (work praktices) telah maximum.
6. Syarat-syarat APD : Enak dipakai Tidak mengganggu kerja Memberikan perlindungan yang efektif sesuai dengan jenis bahaya di
tempat kerja 7. Pada pekerjaan yang menggunakan alat-alat bergetar secara terus
menerus terdapat dua gejala utama sehubungan dengan gataran mekanis tersebut :
Kelainan peredaran darah dan syaraf Kerusakan pada persendian dan tulang
8. Bahan mudah terbakar adalah bahan yang mudah bereaksi dengan oksigen dan menimbulkan kebakaran.
9. Zat padat mudah terbakar dalam industri adalah belerang (sulfur), fosfor, kertas/rayon, hidrida logam, dan kapas.
10. Gas mudah terbakar dalam industri misaInya adalah gas alam, hidrogen, asetilen, etilen oksida.
11. Bahan kimia mudah meledak adalah bila reaksi kimia bahan tersebut menghasilkan gas dalam jumlah dan tekanan yang besar serta suhu yang tinggi, sehingga menimbulkan kerusakan di sekelilingnya.
12. Bahan iritan adalah bahan yang karena reaksi kimia dapat menimbulkan kerusakan atau peradangan atau sensitisasi bila kontak dengan
524
permukaan tubuh yang lembab seperti kulit, mata, dan saluran pernapasan.
13. Konsentrasi macam dan lama paparan bahan kimia yaitu besar dosis yang berada di udara atau yang kontak dengan bagian tubuh, kemudian lamanya paparan terjadi apakah terus menerus atau terputus-putus menentukan jumlah dan dosis yang masuk ke dalam tubuh.
14. Efek kombinasi bahan kimia yaitu paparan bermacam-macam bahan kimia dengan sifat dan daya racun yang berbeda, menyulitkan tindakan-tindakan pertolongan atau pengobatan.
CONTOH SOAL 1. Jelaskan tentang tujuan utama rencana tanggap darurat di perusahaan?
Jawab : Tujuan utama rencana darurat adalah untuk mengusahakan agar akibat dari keadaan darurat dapat ditekan sekecil mungkin.
2. Jelaskan tujuan dari Sistem Manajemen K-3? Jawab : Sebagai upaya untuk mencegah dan memberantas penyakit akibat kerja, kecelakaan akibat kerja, meningkatkan kesehatan dan gizi para tenaga kerja.
LATIHAN SOAL 1. Faktor-faktor apa yang mempengaruhi kesehatan jiwa dan produktivitas? 2. Jelaskan apa yang dimaksud dengan manajemen resiko? Jelaskan
dengan bagan alir! 3. Apa yang dimaksud dengan MSDS?
525
BAB VII
LIMBAH INDUSTRI
Limbah adalah buangan yang kehadirannya pada suatu saat dan
tempat tertentu tidak dikehendaki lingkungannya karena tidak mempunyai nilai ekonomi. Limbah mengandung bahan pencemar yang bersifat racun dan bahaya. Limbah ini dikenal dengan limbah B3 (bahan beracun dan berbahaya). Bahan ini dirumuskan sebagai bahan dalam jumlah relatif sedikit tapi mempunyai potensi mencemarkan/merusakkan lingkungan kehidupan dan sumber daya. Bahan beracun dan berbahaya banyak dijumpai sehari-hari, baik sebagai keperluan rumah tangga maupun industri yang tersimpan, diproses, diperdagangkan, diangkut dan lain-lain. Insektisida, herbisida, zat pelarut, cairan atau bubuk pembersih deterjen, amoniak, sodium nitrit, gas dalam tabung, zat pewarna, bahan pengawet dan masih banyak lagi untuk menyebutnya satu per satu. Bila ditinjau secara kimia bahan-bahan ini terdiri dari bahan kimia organik dan anorganik. Terdapat lima juta jenis bahan kimia telah dikenal dan di antaranya 60.000 jenis sudah dipergunakan dan ribuan jenis lagi bahan kimia baru setiap tahun diperdagangkan.
Sebagai limbah, kehadirannya cukup mengkhawatirkan terutama
yang bersumber dari pabrik industriy Bahan beracun dan berbahaya banyak digunakan sebagai bahan baku industri maupun sebagai penolong. Beracun dan berbahaya dari limbah ditunjukkan oleh sifat fisik dan kimia bahan itu sendiri, baik dari jumlah maupun kualitasnya. Beberapa kriteria berbahaya dan beracun telah ditetapkan antara lain mudah terbakar, mudah meledak, korosif, oksidator dan reduktor, iritasi bukan radioaktif, mutagenik, patogenik, mudah membusuk dan lain-lain. Dalam jumlah tertentu dengan kadar tertentu, kehadirannya dapat merusakkan kesehatan bahkan mematikan manusia atau kehidupan lainnya sehingga perlu ditetapkan batas-batas yang diperkenankan dalam lingkungan pada waktu tertentu.
Adanya batasan kadar dan jumlah bahan beracun danberbahaya pada suatu ruang dan waktu tertentu dikenal dengan istilah nilai ambang batas, yang artinya dalam jumlah demikian masih dapat ditoleransi oleh
526
lingkungan sehingga tidak membahayakan lingkungan ataupun pemakai. Karena itu untuk tiap jenis bahan beracun dan berbahaya telah ditetapkan nilai ambang batasnya.
Tingkat bahaya keracunan yang disebabkan limbah tergantung pada jenis dan karakteristiknya baik dalam jangka pendek maupun jangka panjang. Dalam jangka waktu relatif singkat tidak memberikan pengaruh yang berarti, tapi dalam jangka panjang cukup fatal bagi lingkungan. Oleh sebab itu pencegahan dan penanggulangan haruslah merumuskan akibat-akibat pada suatu jangka waktu yang cukup jauh.
Melihat pada sifat-sifat limbah, karakteristik dan akibat yang ditimbulkan pada masa sekarang maupun pada masa yang akan datang diperlukan langkah pencegahan, penanggulangan dan pengelolaan. 7.1. Pencemaran dan Lingkungan
Pembangunan industri di Indonesia berdasarkan konsepsi Wilayah Pusat Pertumbuhan Industri yang mencerminkan keterpaduan dan keterkaitan serta bertumpu pada potensi sumberdaya alam dan energi. Atas dasar ini dilakukan dua macam pendekatakan yaitu pendekatan sektoral dan pendekatan regional. Pendekatan sektoral dilakukan melalui pembangunan industri dasar sedangkan pendekatan regional dilakukan melalui pengembangan wilayah industri, meliputi wilayah pusat pertumbuhan industri, zona industri, kawasan industri, pemukiman industri kecil dan sentra-sentra industri kecil.
Pada dasarnya pengembangan wilayah adalah usaha pembangunan daerah yang memperhitungkan keterpaduan program sek-
toral seperti pertanian, pertambangan, aspirasi masyarakat dan potensi loin dengan memperhatikan kondisi lingkungan.
Pembangunan industri dasar berorientasi pada lokasi tersedianya sumber pembangunan lain. Pada umumnya lokasi industri dasar belum tersentuh pembangunan, baik dalam arti kualitatif maupun kuantitatif bahkan masih bersifat alami. Adanya pembangunan industri ini akan mengakibatkan perubahan lingkungan seperti berkembangnya jaringan infra struktur dan akan menumbuhkan kegiatan lain untuk menunjang kegiatan yang ada.
Pembangunan di satu pihak menunjukkan dampak positif terhadap lingkungan dan masyarakat seperti tersedianya jaringan jalan,
527
telekomunikasi, listrik, air, kesempatan kerja serta produknya sendiri memberi manfaat bagi masyarakat luas dan juga meningkatkan pendapatan bagi daerah yang bersangkutan. Masyarakat sekitar pabrik langsung atau tidak langsung dapat menikmati sebagian dari hasil pembangunannya. Di pihak lain apabila pembangunan ini tidak diarahkan akan menimbulkan berbagai masalah seperti konflik kepentingan, pencemaran lingkungan, kerusakan, pengurasan sumberdaya alam, masyarakat konsumtif serta dampak sosial lainnya yang pada dasarnya merugikan masyarakat.
Pembangunan industri pada gilirannya membentuk suatu lingkungan kehidupan zona industri. Dalam zona industri kehidupan masyarakat makin berkembang; zona industri secara bertahap dilengkapi pembangunan sektor ekonomi lain seperti peternakan, perikanan, home industry, dan pertanian sehingga diperlukan rencana pembangunan wilayah berdasarkan konsep tata ruang. Tujuan rencana tata ruang ini untuk meningkatkan asas manfaat berbagai sumberdaya yang ada dalam lingkungan seperti meningkatkan fungsi perlindungan terhadap tanah, hutan, air, flora, fungsi industri, fungsi pertanian, fungsi pemukiman dan fungsi lain. Peningkatan fungsi setiap unsur dalam lingkungan artinya meningkatkan dampak positif semaksimum mungkin sedangkan dampak negatif harus ditekan sekecil mungkin. Konsepsi pembangunan wilayah dengan dasar tata ruang sangat dibutuhkan dalam upaya pembangunan industri berwawasan lingkungan.
7.1.1 Industri dan Klasifikasinya Industri diklasifikasi menjadi 3 bagian, yaitu (1) Industri dasar atau
hulu, (2)-Industri hilir dan (3)-Industri kecil. Sesuai dengan program Pemerintah untuk lebih memudahkan dalam pembinaannya, industri dasar dirinci menjadi Industri Kimia Dasar dan Industri Mesin dan Logam. Dasar, sedangkan industri hilir sering juga disebutkan dengan Aneka Industri.
Selain penggolongan tersebut industri juga diklasifikasikan menjadi 3, yaitu: industri primer, industri yang mengubah bahan mentah menjadi setengah jadi; industri sekunder, adalah industri yang merubah barang setengah jadi menjadi barang jadi; industri tertier, sebagian besar meliputi industri jasa ataupun industri lanjutan yang mengolah bahan industri sekunder.
528
Ciri masing-masing industri adalah sebagai berikut: Industri hulu mempunyai ciri-ciri padat modal, berskala besar,
menggunakan teknologi maju dan teruji. Lokasinya selalu dipilih dekat dengan bahan baku yang mempunyai sumber energi sendiri, dan pada umumnya lokasi ini belum tersentuh pembangunan. Karena itu diperlukan perencanaan yang matang beserta tahapan pembangunan, mulai dari perencanaan sampai operasional.
Gambar 7.18. Sistem input-output industri dan kemungkinan limbah
Dari sudut lain diperlukan pengaturan tata ruang, rencana pemukiman, pengembangan kehidupan perekonomian, pencegahan kerusakan lingkungan dan lain-lain. Pembangunan industri ini akan mengakibatkan perubahan lingkungan baik dari aspek sosial ekonomi dan budaya dan pencemaran. Terjadi perubahan tatanan sosial, pola konsumsi, bentang alam, tingkah laku, habitat binatang, permukaan tanah, sumber air, kemunduran kualitas udara, pengurangan sumberdaya alam lainnya.
− Industri hilir. Industri ini sebagai perpanjangan proses dari industri hulu. Pada umumnya industri ini mengolah bahan setengah jadi menjadi barang jadi. Lokasinya selalu diupayakan dekat pasar. Menggunakan teknologi madya dan teruji. Banyak menyerap tenaga kerja.
− Industri kecil. Industri ini banyak berkembang di pedesaan maupun di kota. Industri kecil peralatannya sederhana. Walaupun hakekat produksi sama dengan industri hilir, tapi sistem pengolahannya lebih sederhana. Sistem tata letak pabrik, pengolahan limbah belum mendapat perhatian. Industri ini banyak menyerap tenaga kerja.
7.1.2 Industri sebagai Sumber Pencemaran
Pada dasarnya fungsi industri mengolah input menjadi output.
INPUT PROSES OUTPUT LIMBAH
- Bahan baku - Tenaga kerja - Mesin &
peralatan - Limbah
- Industri primair - Industri
sekundair - Industri tertier
- Produk utama - Produk
sampingan - Limbah
- Nilai ekonomis - Tidak bernilai
ekonomis
529
Sebagai input meliputi bahan baku, bahan penolong, tenaga kerja mesin dan tenaga ahli dan lain-lain.
Pilihan klasifikasi industri tergantung pada jenis bahan baku sehingga pengelompokannya dapat dilakukan dengan mudah apakah suatu industri itu termasuk dalam kelompok industri primair, sekunder ataupun tertier. Untuk beberapa hal industri primer dapat diidentifikasi sebagai industri hulu karena pada dasarnya industri itu mengolah bahan baku menjadi bahan setengah jadi, seperti pengolahan hasil pertanian, perkebunan, pertambangan dan obatobatan.
Sebagai output industri diklasifikasikan produk utama, sampingan dan limbah yang dapat diuraikan menjadi limbah bernilai ekonomis dan nonekonomis.
Penyelidikan sumber pencemaran dapat dilaksanakan pada input, proses maupun pada output-nya dengan melihat jenis dan spesifikasi limbah yang diproduksi.
Bagan 1 menggambarkan hubungan antara subkegiatan dengan kegiatan lain yang terdapat kemungkinan limbah diproduksi.
Pencemaran yang ditimbulkan industri karena ada limbah keluar pabrik mengandung bahan beracun dan berbahaya. Bahan pencemar keluar bersama bahan buangan melalui media udara, air dan bahan padatan. Bahan buangan yang keluar dari pabrik masuk dalam lingkungan dapat diidentifikasi sebagai sumber pencemar. Sebagai sumber pencemar perlu diketahui jenis bahan pencemar yang keluar, jumlah dan jangkauannya. Antara pabrik satu dengan yang lain berbeda jenis, dan jumlahnya tergantung pada penggunaan bahan baku, sistem proses, dan cara kerja karyawan dalam pabrik.
Untuk mengidentifikasi industri sebagai pencemar maka perlu diketahui jenis industrinya, bahan baku, sistem proses dan pengolahan akhir.
7.1.3 Industri Versus Lingkungan
Pencemaran terjadi akibat bahan beracun dan berbahaya dalam limbah lepas masuk lingkungan hingga terjadi perubahan kualitas lingkungan. Sumber bahan beracun dan berbahaya dapat diklasifikasikan: (1) industri kimia organik maupun anorganik, (2) penggunaan bahan beracun dan berbahaya sebagai bahan baku atau bahan penolong dan (3) peristiwa kimia-fisika, biologi dalam pabrik.
530
Lingkungan sebagai badan penerima akan menyerap bahan tersebut sesuai dengan kemampuan. Sebagai badan penerima adalah udara, permukaan tanah, air sungai, danau dan lautan yang masing-masing mempunyai karakteristik berbeda. Air di suatu waktu dan tempat tertentu berbeda karakteristiknya dengan air pada tempat yang sama dengan waktu yang berbeda. Air berbeda karakteristiknya akibat peristiwa alami serta pengaruh faktor lain.
Kemampuan lingkungan untuk memulihkan diri sendiri karena interaksi pengaruh luar disebut daya dukung lingkungan. Daya dukung lingkungan antara tempat satu dengan tempat yang lain berbeda. Komponen lingkungan dan faktor yang mempengaruhinya turut menetapkan nilai daya dukung.
Bahan pencemar yang masuk ke dalam lingkungan akan bereaksi dengan satu atau lebih komponen lingkungan. Perubahan komponen lingkungan secara fisika, kimia dan biologis sebagai akibat dari bahan pencemar, membawa perubahan nilai lingkungan yangdisebut perobahan kualitas.
Limbah yang mengandung bahan pencemar akan merubah kualitas lingkungan bila lingkungan tersebut tidak mampu memulihkan kondisinya sesuai dengan daya dukung yang ada padanya. Oleh karena itu penting diketahui sifat limbah dan komponen bahan pencemar yang terkandung.
Pada beberapa daerah di Indonesia sudah ditetapkan nilai kuali-tas limbah air dan udara. Namun baru sebagian kecil. Sedangkan kualitas lingkungan belum ditetapkan. Perlunya penetapan kualitas lingkungan mengingat program industrialisasi sebagai salah satu sektor yang memerankan andil besar terhadap perekonomlan dan kemakmuran bagi suatu bangsa.
Penggunaan air yang berlebihan, sistem pembuangan yang belum memenuhi syarat, karyawan yang tidak terampil, adalah faktor yang harus dipertimbangkan dalam mengidentifikasikan sumber pencemar. Produk akhir, seperti pembungkusan, pengamanan tabung dan kotak, sistem pengangkutan, penyimpanan, pemakaian dengan aturan dan persyaratan yang tidak memenuhi ketentuan merupakan sumber pencemar juga.
Bagan berikut menunjukkan sistimatika identifikasi pencemar pada pabrik.
531
Pengadaan: Bahan baku diangkut dari sumbemya menuju pabrik. Untuk hal tersebut perlu diketahui sifat bahan baku, bagaimana cara pengambilannya, di mana diambil, melalui apa diangkut dan bagaimana cara mengangkut terbuka atau tertutup merupakan keadaan yang perlu dikaji secara mendalam. Misalnya sumber pengambilan bahan baku berdekatan dengan sumber mata air yang mengakibatkan konflik kepentingan. Kemudian pepyimpanan bahan baku di mana dilakukan dan selama penyimpanan berlangsung harus diketahui sifat-sifatnya: mudah busuk, mudah berkarat dan lain-lain. Praproses: Di antara bahan baku memerlukan proses pendahuluan sebelum dilakukan pengolahan. Bahan baku kayu untuk plywood perlu dipotong-potong dahulu, lalu dicuci. Pencucian memerlukan banyak air dan menimbulkan Lumpur. Bahan baku ubi kayu mendapat perlakuan pendahuluan. Banyak bahan baku yang membutuhkan pencucian, pencampuran dengan bahan baku kimia, kemudian disimpan beberapa lama sampai pada waktunya diproses. Proses: Pada waktu proses berlangsung perlu diteliti bagian yang banyak menggunakan air, menghasilkan bahan buangan antara bocoran dan jenis mesin yang dipergunakan. Dalam hal ini perlu dilihat bagian mana yang potensial menciptakan limbah dan penghasil limbah. Kemudian limbah ini memerlukan daur ulang. Kalau masih bernilai ekonomis maka limbah tadi dikembalikan untuk memperoleh bahan yang masih bernilai ekonomi. Limbah yang tidak mempunyai nilai ekonomis, diolah sampai memenuhi syarat buangan, baru selanjutnya dibuang. Produk: Produk suatu pabrik secara rinci dapat diklasifikasikan
menjadi produk utama, produk sampingan, produk antara dan buangan. Produk sampingan dan antara memerlukan pengolahan lanjut, sedangkan buangan harus segera ditangani. Buangan akhir ini juga perlu diteliti apakah mempunyai nilai ekonomi atau tidak. Bila masih terdapat nilai ekonomis maka limbah didaur ulang, sedangkan bila tidak mempunyai nilai ekonomis, limbah tersebut dibuang setelah memenuhi syarat buangan.
Perlu pula diteliti tingkat ketrampilan dan kesadaran pimpinan perusahaan dan karyawan dalam menjaga kelestarian lingkungan.
532
Terjadinya penggunaan air yang berlebihan, tercecernya bahan dalam pabrik, timbulnya limpahan air yang seharusnya dapat dihindari, terdapatnya bocoran air yang seharusnya tidak perlu dan masalah lain yang serupa, menunjukkan bahwa perusahaan kurang tanggap terhadap lingkungan atau keterampilan mereka terbatas dalam menjalankan teknik produksi.
Gambar 7.19. Proses pengolahan limbah Kualitas lingkungan pada suatu periode dan lokasi tertentu perlu
diketahui dalam kaitannya dengan perencanaan proyek industri. Setiap industri yang akan berdiri pada lokasi tersebut harus mengetahui kondisi lingkungan sehingga kehadiran pabrik tidak menyebabkan rusaknya lingkungan. Monitoring terhadap pengaruh limbah pabrik dapat dilakukan setiap saat sampai kualitas lingkungan mengalami perubahan dan langkah yang dilaksanakan untuk menjaga kelestarian lingkungan.
Daya dukung lingkungan juga belum ditetapkan. Hal ini perlu dibuat dalam rangka menetapkan standar kualitas buangan. Kualitas yang ditetapkan seharusnya merupakan indikasi bahwa dalam kondisi tersebut lingkungan masih mampu menerima. Artinya dengan kualitas limbah tersebut kualitas lingkungan tidak mengalami perubahan.
Hubungan antara kualitas dan daya dukung lingkungan serta kualitas limbah merupakan hubungan yang saling ketergantungan dan perlu distandarkan.
Pengadan - Penyimpanan - Pengangkutan - Perlakuan
Bahan baku Bahan penolong Air Bahan bakar
Pra porses - Pencucian - Pencampuran - Pengolahan - Penyimpanan
Limbah
- Produk utama
- Sampingan - Produk
antara - Waste
Daur ulang
Daur ulang
PROSES
Limbah
- Bocoran - Tumpahan - Kecerobohan - Tidak dapat
dihindari
Tidak bernilai ekonomis
533
A. Daya Dukung Lingkungan
Lingkungan secara alami memiliki kemampuan untuk memulihkan keadaannya. Pemulihan keadaan ini merupakan suatu prinsip bahwa sesungguhnya lingkungan itu senantiasa arif menjaga keseimbangannya. Sepanjang belum ada gangguan "paksa" maka apapun yang terjadi, lingkungan itu sendiri tetap bereaksi secara seimbang. Perlu ditetapkan daya dukung lingkungan untuk mengetahui kemampuan lingkungan menetralisasi parameter pencemar dalam rangka pemulihan kondisi lingkungan seperti semula.
Apabila bahan pencemar berakumulasi terus menerus dalam suatu lingkungan, sehingga lingkungan tidak punya kemampuan alami untuk menetralisasinya yang mengakibatkan perubahan kualitas. Pokok permasalahannya adalah sejauh mana perubahan ini diperkenankan.
Tanaman tertentu menjadi rusak dengan adanya asap dari suatu pabrik, tapi tidak untuk sebahagian tanaman lainnya. Contoh lain: dengan buangan air pada suatu sungai mengakibatkan peternakan ikan mas tidak baik pertumbuhannya, tapi cukup baik untuk ikan lele dan ikan gabus. Berarti daya dukung lingkungan untuk kondisi kehidupan ikan emas berbeda dengan daya dukung lingkungan untuk kondisi kehidupan ikan lelelgabus. Kenapa demikian, tidak lain karena parameter yang terdapat dalam air tidak dapat dinetralisasi lingkungan untuk kehidupan ikan emas.
Ada saatnya makhluk tertentu dalam lingkungan punya kemampuan yang luar biasa beradaptasi dengan lingkungan lain, tapi ada kalanya menjadi pasif terhadap faktor luar. Jadi faktor daya dukung tergantung pada parameter pencemar dan makhluk yang ada dalam lingkungan.
B. Kualitas Lingkungan
Pengaruh pencemar lingkungan diukur dengan perubahan kualitas lingkungan. Kualitas lingkungan ditetapkan pada suatu periode dan tempat tertentu. Kualitas adalah suatu numerik yang ditetapkan berdasarkan situasi dan kondisi tertentu dengan mempertimbangkan berbagai faktoryang mempengaruhi lingkungan. Kualitas lingkungan mengalami perubahan pada suatu periode tertentu sesuai dengan interaksi komponen lingkungan.
534
Dengan adanya kegiatan baru dalam lingkungan timbul interaksi baru antara satu kegiatan atau lebih dengan satu atau lebih komponen lingkungan. Interaksi tersebut menyebabkan saling pengaruh mempengaruhi dan pada gilirannya akan menimbulkan dampak positip maupun negatip.
Masuknya limbah pada lingkungan, katakanlah air buangan pabrik kelapa sawit, masuk pada badan air tentu akan menimbulkan perubahan sekecil apa sekalipun. Perubahan ini dapat membuat air menjadi keruh, berwarna, berbau dan sebagainya atau sebaliknya tidak menimbulkan pengaruh yang berarti. Bila limbah tidak memberikan perubahan kondisi air, berarti badan air masih mampu menetralisasinya. Artinya kualitas air belum mengalami perubahan yang berarti dan dengan demikian makhluk-makhluk dan tanam-tanaman dalam air hidup "tenteram" biasa.
Perlunya penetapan kualitas lingkungan adalah salah satu upaya untuk memantau kondisi lingkungan dan perubahannya akibat suatu kegiatan baru. Nilai kualitas ini berkaitan erat dengan kualitas limbah. Kualitas lingkungan diukur dari berbagai komponen yang ada dalam lingkungan, termasuk toleransinya.
C. Kualitas Limbah
Kualitas limbah menunjukkan spesifikasi limbah yang diukur dari kandungan pencemar dalam limbah. Kandungan pencemar dalam limbah terdiri dari berbagai parameter. Semakin sedikit parameter dan semakin kecil konsentrasi, menunjukkan peluang pencemar terhadap lingkungan semakin kecil. Limbah yang diproduksi pabrik berbeda satu dengan yang lain, masing-masing memiliki karakteristik tersendiri pula. Karakteristik ini diketahui berdasarkan parameternya.
Apabila limbah masuk ke dalam lingkungan, ada beberapa kemungkinan yang diciptakan. Kemungkinan pertama, lingkungan tidak mendapat pengaruh yang berarti; kedua, ada pengaruh perubahan tapi tidak menyebabkan pencemaran; ketiga, memberi perubahan dan menimbulkan pencemaran. Ada berbagai alasan untuk mengatakan demikian. Tidak memberi pengaruh terhadap lingkungan karena volume limbah kecil dan parameter pencemar yang terdapat di dalamnya sedikit dengan konsentrasi kecil. Karena itu andaikata masuk pun dalam lingkungan ternyata lingkungan mamp,u menetralisasinya. Kandungan bahan yang terdapat dalam limbah konsentrasinya barangkali dapat
535
diabaikan karena kecilnya. Ada berbagai parameter pencemar yang menimbulkan perubahan kualitas lingkungan namun tidak menimbulkan pencemaran. Artinya lingkungan itu memberikan toleransi terhadap perubahan serta tidak menimbulkan dampak negatip.
Kualitas limbah dipengaruhi berbagai faktor. Yaitu volume air limbah, kandungan bahan pencemar, frekuensi pembuangan limbah? Penetapan standar kualitas limbah harus dihubungkan dengan kualitas lingkungan.
Kualitas lingkungan dipengaruhi berbagai komponen yang ada dalam lingkungan itu seperti kualitas air, kepadatan penduduk, flora dan fauna, kesuburan tanah, tumbuh-tumbuhan dan lain-lain. Adanya perubahan konsentrasi limbah menyebabkan terjadinya perubahan keadaan badan penerima. Semakin lama badan penerima dituangi air limbah, semakin tinggi pula konsentrasi bahan pencemar di dalamnya. Pada suatu saat badan penerima tidak mampu lagi. memulihkan keadaannya. Zat-zat pencemar yang masuk sudah terlalu banyak dan mengakibatkan tidak ada lagi kemampuannya menetralisasinya.
Atas dasar ini perlu ditetapkan batas konsentrasi air limbah yang masuk dalam lingkungan badan penerima. Dengan demikian walau dalam jangka waktu seberapa pun lingkungan tetap mampu mento-lerirnya. Toleransi ini menunjukkan kemampuan lingkungan untuk menetralisasi ataupun mengeliminasi bahan pencemaran sehingga perubahan kualitas negatif dapat dicegah. Dalam hal inilah perlunya batasan-batasan konsentrasi yang disebut dengan standar kualitas limbah.
Pada jangka waktu yang cukup jauh akan timbul kesulitan menetapkan perubahan kualitas karena periode waktu yang demikian jauh. Dengan konsentrasi limbah tertentu, tidak terjadi perubahan kualitas lingkungan. Artinya perubahan kualitas lingki.ngan tidak muncul dalam waktu relatif pendek bila hanya berdasarkan standar kualitas limbah. Perubahan hanya dapat dipantau pada masa-masa 20 atau 25 tahun yang akan datang. Dengan demikian maka standar kualitas lingkungan perlu ditetapkan sebagai bagian dari penetapan kualitas limbah. Sebagai air limbah diukur dengan parameter standar kualitas limbah dan sebagai badan penerima diukur dengan standar kualitas lingkungan.
Di bawah ini diuraikan faktor-faktor yang mempengaruhi kualitas limbah.
536
• Volume Air Kualitas limbah ditentukan dari banyaknya parameter dalam limbah dan konsentrasi setiap parameter. Semakin banyak volume air yang bercampur dengan limbah semakin kecil konsentrasi pencemar. Badan penerima yang menerima limbah sering tidak mendapat pengaruh.
• Kualitas Air Kualitas air badan penerima mengandung bahan/senyawa tertentu sebelum menerima buangan. Kualitas tersebut menetapkan arah penggunaan air. Adanya bahan pencemar yang sama, tidak akan mempengaruhi konsentrasi bahan dalam air penerima. Tetapi bila konsentrasi bahan pencemar dalam limbah lebih besar dari konsentrasi bahan pencemar dalam badan penerima (kemungkinan juga tidak ada), maka konsentrasi bahan pencemar setelah bercampur akan menjadi lebih kecil. Sejauh mana konsentrasi tersebut dapat ditoleransi sesuai dengan standar kualitas lingkungan agar kualitas lingkungan tidak mengalami perubahan sebagai yang telah distandarkan.
• Kegunaan Air Air dibutuhkan untuk bermacam-macam keperluan. Kualitas air untuk keperluan minum berbeda dengan untuk keperluan industri.
• Kepadatan Penduduk Kepadatan penduduk dalam suatu lokasi tertentu turut mempengaruhi tingkat pencemaran lingkungan. Hal ini dikaitkan dengan tingkat kesadaran penduduk dalam memelihara lingkungan yang sehat dan bersih. Buangan air rumah tangga, padatan berupa sampah yang dibuang ke sungai, air cucian kamar mandi maupun buangan tinja akan mempengaruhi tingkatkandungan BOD, COD dan bakteri coli dalam air sungai. Semakin padat penduduk suatu lingkungan semakin banyak limbah yang harus dikendalikan.
• Lingkungan Lingkungan seperti hutan, perkebunan, peternakan, alam yang
537
luas mempengaruhi kondisi badan penerima. Dalam keadaan tertentu badan-badan pencemar akan ternetralisasi secara alamiah. Lintasan air sungai yang panjang dengan turbulensi yang keras akan mempengaruhi tingkat penyerapan oksigen ke dalam air. Adanya sinar matahari yang langsung masuk dalam badan penerima terjadi fotosintesa hingga sejumlah bakteri tertentu akan terancam. Adanya tumbuhan tertentu dalam badan penerima akan menetralisasi senyawa pencemar sebab sesuai dengan kondisi pertumbuhan. Phosphat dalam air buangan menyuburkan tumbuh-tumbuhan tertentu, tapi tumbuhan itu sendiri akan merusak lingkungan.
• Volume Air Limbah Seluruh air dalam pabrik pada umumnya ditampung dalam saluran-saluran untuk kemudian disatukan dalam saluran yang lebih besar. Banyak saluran dan volume saluran disesuaikan dengan keadaan pabrik dan jumlah air yang akan dibuang. Volume air limbah akan menentukan konsentrasi bahan pencemar. Bahan pencemar dari suatu pabrik tergantung kepada banyaknya bahan-bahan yang terbuang. Dengan asumsi bahwa semua terkendali dengan baik. Pengendalian hanya terbatas pada bahan pencemar yang tidak dapat dihindari, maka konsentrasi bahan pencemaran telah dapat diperkirakan jumlahnya. Penambahan volume air hanya menyebabkan konsentrasi turun. Dengan perkataan lain bahwa akibat pengenceran otomatis menyebabkan konsentrasi turun.
• Frekuensi Pembuangan Limbah Limbah dari suatu pabrik ada kalanya tidak tetap volumenya. Untuk beberapa pabrik tertentu limbah airnya mengalir dalam jumlah yang sama setiap hari, tetapi ada lain yang mengalirkan limbah pada jam-jam (waktu) tertentu bahkan pada satu minggu atau satu bulan. Bercampurnya limbah air pada jumlah yang berbeda-beda mengakibatkan konsentrasi bahan pencemar pada badan penerima bervariasi. Kondisi ini menunjukkan bahwa standar kualitas lingkungan juga mengalami perubahan sesuai dengan limbah yang diterima.
538
Dari uraian di atas, kualitas limbah dapat diukur pada dua tempat yaitu, pada titik sebelum dan sesudah bercampur dengan badan penerima. Penetapan kualitas limbah ini perlu mendapat penegasan karena beberapa hal yang mendasari yaitu: bila limbah tidak dibuang ke tempat umum dibuatkan tempat tersendiri dan tidak bercampur dengan badan penerima. Biasanya hal seperti ini terjadi untuk limbah air.
Gambar 7.20. Hubungan ketergantungan standar kualitas lingkungan, limbah dan daya dukung.
7.2. Jenis Limbah Industri
Limbah berdasarkan nilai ekonominya dirinci menjadi limbah yang mempunyai nilai ekonomis dan limbah nonekonomis. Limbah yang mempunyai nilai ekonomis yaitu limbah dengan proses lanjut akan memberikan nilai tambah. Misalnya: tetes merupakan limbah pabrik gula. Tetes menjadi bahan baku untuk pabrik alkohol. Ampas tebu dapat dijadikan bahan baku untuk pabrik kertas, sebab ampas tebu melalui proses sulfinasi dapat menghasilkan bubur pulp. Banyak lagi limbah pabrik tertentu yang dapat diolah untuk menghasilkan produk baru dan menciptakan nilai tambah.
Limbah nonekonomis adalah limbah yang diolah dalam proses bentuk apapun tidak akan memberikan nilai tambah, kecuali mempermudah sistem pembuangan. Limbah jenis ini yang sering menjadi persoalan pencemaran dan merusakkan lingkungan; Dilihat dari sumber limbah dapat merupakan hasil sampingan dan juga dapat merupakan semacam "katalisator". Karena sesuatu bahan membutuhkan air pada permulaan proses, sedangkan pada akhir proses air ini harus dibuang
Standar kualitas lingkungan
Standar kualitas limbah
Daya dukung lingkungan
539
lagi yang ternyata telah mengandung sejumlah zat berbahaya dan beracun. Di samping itu ada pula sejumlah air terkandung dalam bahan baku harus dikeluarkan bersama buangan lain. Ada limbah yang terkandung dalam bahan dan harus dibuang setelah proses produksi. Tapi ada pula pabrik menghasilkan limbah karena penambahan bahan penolong.
Sesuai dengan sifatnya, limbah digolongkan menjadi 3 bagian, yaitu: limbah cair, limbah gas/asap dan limbah padat. Ada industri tertentu menghasilkan limbah cair dan limbah padat yang sukar dibedakan. Ada beberapa hal yang sering keliru mengidentifikasi limbah cair, yaitu buangan air yang berasal dari pendinginan. Sebuah pabrik membutuhkan air untuk pendinginan mesin, lalu memanfaatkan air sungai yang sudah tercemar disebabkan oleh sektor lain. Karena kebutuhan air hanya untuk pendinginan dan tidak untuk lain-lain, tidaklah tepat bila air yang sudah tercemar itu dikatakan bersumber dari pabrik tersebut. Pabrik hanya menggunakan air yang sudah air yang sudah tercemar pabrik harus selalu dilakukan pada berbagai tempat dengan waktu berbeda agar sampel yang diteliti benar-benar menunjukkan keadaan sebenarnya.
Limbah gas/asap adalah limbah yang memanfaatkan udara sebagai media. Pabrik mengeluarkan gas, asap, partikel, debu melalui udara, dibantu angin memberikan jangkauan pencemaran yang cukup luas. Gas, asap dan lain-lain berakumulasi/bercampur dengan udara basah mengakibatkan partikel tambah berat dan malam hari turun bersama embun.
Limbah padat adalah limbah yang sesuai dengan sifat benda padat merupakan sampingan hasil proses produksi. Pada beberapa industri tertentu limbah ini sering menjadi masalah baru sebab untuk proses pembuangannya membutuhkan satu pabrik pula. Limbah penduduk kota menjadikan kota menghadapi problema kebersihan. Kadang-kadang bukan hanya sistem pengolahannya menjadi persoalan tapi bermakna, dibuang setelah diolah.
Menurut sifat dan bawaan limbah mempunyai karakteristik baik fisika, kimia maupun biologi. Limbah air memiliki ketiga karakteristik ini, sedangkan limbah gas yang sering dinilai berdasarkan satu karakteristik saja seperti halnya limbah padat. Berbeda dengan limbah padat yang menjadi penilaian adalah karakteristik fisikanya, sedangkan karakteristik
540
kimia dan biologi mendapat penilaian dari sudut akibat. Limbah padat dilihat dari akibat kualitatif sedangkan limbah air dan limbah gas dilihat dari sudut kualitatif maupun kuantitatif.
Sifat setiap jenis limbah tergandung dari sumber limbah. Uraian di bawah ini menjelaskan karakteristik masing-masing limbah.
7.2.1. Limbah Cair
Limbah cair bersumber dari pabrik yang biasanya banyak menggunakan air dalam sistem prosesnya. Di samping itu ada pula bahan baku mengandung air sehingga dalam proses pengolahannya air harus dibuang. Air terikut dalam proses pengolahan kemudian dibuang misalnya ketika dipergunakan untuk pencuci suatu bahan sebelum diproses lanjut. Air ditambah bahan kimia tertentu kemudian di-proses dan setelah itu dibuang. Semua jenis perlakuan ini mengakibatkan buangan air.
Pada beberapa.pabrik tertentu - misalnya pabrik pengolahan kawat, seng, besi baja - sebagian besar air dipergunakan untuk pendinginan mesin ataupun dapur pengecoran. Air ini dipompa dari sumbernya lalu dilewatkan pada bagian-bagian yang membutuhkan pendinginan, kemudian dibuang. Oleh sebab itu pada saluran pabrik terlihat air mengalir dalam volume yang cukup besar.
Air ketel akan dibuang pada waktu-waktu tertentu setelah melalui pemeriksaan laboratorium, sebab air ini tidak memenuhi syarat lagi sebagai air ketel dan karenanya harus dibuang. Bersamaan dengan itu dibutuhkan pula sejumlah air untuk mencuci bagian dalam ketel. Air pencuci ini juga harus dibuang.
Pencucian lantai pabrik setiap hari untuk beberapa pabrik tertentu membutuhkan air dalam jumlah banyak. Pabrik pengalengan ikan membutuhkan air pencuci dalam jumlah yang relatif harus banyak. Jumlah air terus menerus diperlukan mencuci peralatan, lantai dan lain-lain. Karat perlu dicuci sebelum masuk pencincangan dan pada saat dicincang air terus-menerus mengalir untuk menghilangkan pasir abu yang terbawa.
Air dari pabrik membawa sejumlah padatan dan partikel baik yang larut maupun mengendap. Bahan ini ada yangkasar dan halus. Kerap kali air dari pabrik berwarna keruh dan temperaturnya tinggi.
Air yang mengandung senyawa kimia beracun dan berbahaya mempunyai sifat tersendiri. Air limbah yang telah tercemar memberikan
541
ciri yang dapat diidentifikasi secara visual dapat diketahui dari kekeruhan, warna air, rasa, bau yang ditimbulkan dan indikasi lainnya. Sedangkan identifikasi secara laboratorium, ditandai dengan perubahan sifat kimia air di mana air telah mengandung bahan kimia yang beracun dan berbahaya dalam konsentrasi yang melebihi batas dianjurkan.
Jenis industri menghasilkan limbah cair di antaranya adalah industri-industri pulp dan rayon, pengolahan crumb rubber, minyak kelapa sawit, baja dan besi, minyak goreng, kertas, tekstil, kaustiksoda, elektro plating, plywood, tepung tapioka, pengalengan, pencelupan dan pewarnaan, daging dan lain-lain. Jumlah limbah yang dikeluarkan masing-masing industri ini tergantung pada banyak produksi yang dihasilkan, serta jenis produksi. Industri pulp dan rayon menghasilkan limbah air sebanyak 30 m3 setiap ton pulp yang diproduksi. Untuk industri ikan dan makanan laut limbah air berkisar antara 79 m3 sampai dengan 500 m3 per hari; industri pengolahan crumb rubber limbah air antara 100 m3 s/d 2000 m3 per hari, industri pengolahan kelapa sawit mempunyai limbah air: rata-rata 120 m3 per hari skala menengah.
A. Sifat Air
Untuk memperoleh air dalam keadaan murni, sangat sulit kecuali setelah melalui proses pengolahan. Sebagaimana sudah dijelaskan di depan, air dikelompokkan menjadi 5 bagian dan yang kita bahas di sini adalah air dalam kaitannya dengan limbah industri.
Lingkungan penerima dikelompokkan menjadi berbagai kelompok sesuai dengan fungsi dan peranan air. Fungsi dan peranannya sebagai sarana pembuangan limbah keadaannya tidak menjadi sulit bila limbah dapat langsung dibuang. Tetapi lain halnya bila air digunakan untuk pengairan sawah atau ternak udang, maka limbah air itu harus memenuhi persyaratan untuk ikan, udang dan tanaman padi.
Dalam air buangan ditemukan senyawa yang dapat diidenti-fikasi melalui visual maupun laboratorium. Warna air, rasa, bau, kekeruhan dapat dikenal melalui cara umum dengan mata dan indera biasa, sedangkan senyawa kimia seperti kandungan fenol, kandungan oksigen, besi dan lain-lain harus dilakukan melalui penelitian laboratorium.
542
Pada umumnya persenyawaan yang sering dijumpai dalam air antarif lain: padatan terlarut, padatan tersuspensi, padatan tidak larut, mikroorganisme dan kimia organik.
Berdasarkan persenyawaan yang ditemukan dalam air buangan maka sifat air dirinci menjadi karakteristik fisika, kimia dan biologi. Padatan terlarut yang banyak dijumpai dalam air adalah golongan senyawaan alkalinitas seperti karbonat, bikarbonatdan hidroksida. Di samping itu terdapat pula unsur kimia anorganik ditemukan dalam air yang mempengaruhi kualitas air.
Pengamatan unsur fisika, kimia dan biologi terhadap air sangat penting untuk menetapkan jenis parameter pencemar yang terdapat di dalamnya. Kondisi alkalinitas ini menghasilkan dua macam sifat air yaitu sifat basa dan sifat asam. Air cenderung menjadi asam bila pH lebih kecil 7 sedangkan pH lebih besar 7 menunjukkan air cenderung bersifat basa.
Dalam pengolahan air bahan alkalinitas akan bereaksi dengan koagulan yang memungkinkan lumpur cepat mengendap. Selain itu ada sifat air yang lain, yaitu kesadahan. Penyebab kesadahan adalah karena air mengandung magnesium, kalium, strontium dan barium. Garam-garam ini terdapat dalam bentuk karbonat, sulfat, chlorida, nitrat, fospat, dan lain-lain. Air yang mempunyai kesadahan tinggi membuat air sukar berbuih dan sulit dipergunakan untuk pencucian.
Gas yang larut dalam air seperti CO2, oksigen, nitrogen, hidrogen dan methane, sering dijumpai menyebabkan bersifat asam, berbau dan korosif. Sulfida menyebabkan air berwarna hitam dan berbau.
Padatan tidak larut adalah senyawa kimia yang terdapat dalam air baik dalam keadaan melayang, terapung maupun mengendap. Senyawa-senyawa ini dijumpai dalam bentuk organik maupun anorganik.
Padatan tidak larut menyebabkan air berwarna keruh. Sebagaimana padatan dan gas yang larut, mikroorganisme juga banyak dijumpai dalam air. Mikroorganisme sangat membahayakan bagi pemakai air. Air minum harus bebas dari bakteri pathogen. Air untuk pendingin harus bebas dari besi dan
543
mangan. Tabel 2 menggambarkan hubungan antara karakteristik dan sumber-sumber.
Sifat kimia dan fisika masing-masing parameter
menunjukkan akibat yang ditimbulkan terhadap lingkungan? Ditinjau dari sifat air maka karakteristik air yang tercemar dapat dirinci menjadi: Sifat perubahan secara fisik, kimia dan biologi.
B. Karakteristik Fisika
Perubahan yang ditimbulkan parameter fisika dalam air limbah yaitu: padatan, kekeruhan, bau, temperatur, daya hantar listrik dan warna.
Padatan terdiri dari bahan padat organik maupun anorganik yang larut, mengendap maupun suspensi. Bahan ini akan mengendap pada dasar air yang lama kelamaan menimbulkan pendangkalan pada dasar badan penerima. Akibat lain dari padatan ini menimbulkan tumbuhnya tanaman air tertentu dan dapat menjadi racun bagi makhluk lain. Banyak padatan menunjukkan banyaknya lumpur terkandung dalam air.
Kekeruhan menunjukkan sifat optis air yang menyebabkan pembiasan cahaya ke dalam air. Kekeruhan membatasi pencahayaan ke dalam air. Sekalipun ada pengaruh padatan terlarut atau partikel yang melayang dalam air namun penyerapan cahaya ini dipengaruhi juga bentuk dan ukurannya. Kekeruhan ini terjadi karena adanya bahan yang terapung dan terurainya zat tertentu seperti bahan organik, jasad renik, lumpur tanah liat dan benda lain yang melayang ataupun terapung dan sangat halus sekali.
Nilai kekeruhan air dikonversikan ke dalam ukuran SiO2 dalam satuan mg/1. Semakin keruh air semakin tinggi daya hantar listrik dan semakin banyak pula padatannya.
544
Tabel 7.5. Hubungan antara sumber limbah dan karakteristik
Karakteristik Sumber limbahFisika: Warna Bahan organik buangan industri dan domestik. B a u Penguraian limbah dan buangan industri. Padatan Sumber air, buangan industri dan domestik. Temperatur Buangan domestik dan industri. Kimia: Organik Karbohidrat Buangan industri, perdagangan dan domestik. Minyak dan lemak Buangan industri, perdagangan dan domestik. Pestisida Buangan hasil pertanian. Fenol Buangan industri. Anorganik Alkali Sumber air, buangan domestik, infiltrasi air tanah, buangan air ketel. Cholorida Sumber air, buangan domestik, pelemakan air. Logam berat Buangan industri. Nitrogen Limbah pertanian dan domestik. pH Limbah industri. Phospor Limbah industri, domestik dan alamiah. Sulfur Limbah industri, domestik. Bahan beracun Perdagangan, limbah industri. Biologi : Virus Limbah domestik.
Bau timbul karena adanya kegiatan mikroorganik yang menguraikan zat organik menghasilkan gas tertentu. Di samping itu bau juga timbul karena terjadinya reaksi kimia yang menimbulkan gas. Kuat tidaknya bau yang dihasilkan limbah tergantung pada jenis dan banyak gas yang ditimbulkan.
Temperatur air limbah mempengaruhi badan penerima bila terdapat perbedaan suhu yang cukup besar. Temperatur air limbah akan mempengaruhi kecepatan reaksi kimia serta tata kehidupan dalam air. Perubahan suhu memperlihatkan aktivitas kimiawi biologis pada benda padat dan gas dalam air. Pembusukan terjadi pada suhu yang tinggi dan tingkatan oksidasi zat organik jauh lebih besar pada suhu yang tinggi.
545
Daya hantar listrik adalah kemampuan air untuk mengalirkan arus listrik dan kemampuan tercermin dari kadar padatan total dalam air dan suhu pada saat pengukuran. Konduktivitas arus listrik mengalirkan arusnya tergantung pada mobilitas ion dan kadar yang terlarut. Senyawa anorganik merupakan konduktor kuat dibandingkan dengan senyawa organik. Pengukuran daya hantar listrik ini untuk melihat keseimbangan kimiawi dalam air dan pengaruhnya terhadap kehidupan biota.
Warna timbul akibat suatu bahan terlarut atau tersuspensi dalam air, di samping adanya bahan pewarna tertentu yang kemungkinan mengandung logam berat. Bau disebabkan karena adanya campuran dari nitrogen, fospor, protein, sulfur, amoniak, hidrogen sulfida, carbon disulfida dan zat organik lain. Kecuali bau yang disebabkan bahan beracun, jarang merusak kecepatan manusia tapi mengganggu ketenangan bekerja.
C. Karakteristik Kimia
Bahan kimia yang terdapat dalam air akan menentukan sifatairbaik dalam tingkat keracunan maupun bahaya yang ditimbulkan. Semakin besar konsentrasi bahan pencemar dalam air semakin terbatas penggunaan air. Karakteristik kimia terdiri dari kimia anorganik dan kimia organik. Secara umum sifat air ini dipengaruhi oleh kedua macam kandungan bahan kimia tersebut.
• Keasaman Air Keasaman air diukur dengan pll meter. Keasaman ditetapkan berdasarkan tinggi rendahnya konsentrasi ion hidrogen dalam air. Air buangan yang mempunyai pH tinggi atau rendah menjadikan air steril dan sebagai akibatnya membunuh mikroorganisme air yang diperlukan. Demikian juga makhluk lain, misalnya ikan tidak dapat hidup. Air yang mempunyai pH rendah membuat air menjadi korosif terhadap bahan konstruksi seperti besi. Buangan yang bersifat alkalis (basa) bersumber dari buangan mengandung bahan anorganik seperti senyawa karbonat, bikarbonat dan hidroksida. Buangan asam berasal dari bahan kimia yang bersifat asam, misalnya buangan mengandung
546
asam khlorida, asam sulfat dan lain-lain.
• Alkalinitas Tinggi rendahnya alkalinitas air ditentukan senyawa karbonat, bikarbonat, garam hidroksida, kalium, magnesium dan natrium dalam air. Semakin tinggi kesadahan suatu air semakin sulit air membuih. Penggunaan air untuk ketel selalu diupayakan air yang mempunyai kesadahan rendah karena zat tersebut dalam konsentrasi tinggi menimbulkan terjadinya kerak pada dinding dalam ketel maupun pada pipa pendingin. Oleh sebab itu untuk menurunkan kesadahan air dilakukan pelunakan air. Pengukuran alkalinitas air adalah pengukuran kandungan ion CaCO3, ion Ca, ion Mg, bikarbonat, karbonat dan lain-lain.
• Besi dan Mangan Besi dan mangan yang teroksida dalam air berwarna kecoklatan dan tidak larut, menyebabkan penggunaan air menjadi terbatas. Air tidak dapat dipergunakan untuk keperluan rumah tangga dan industri. Kedua macam bahan ini berasal dari larutan batu-batuan yang mengandung senyawa Fe atau Mn seperti pyrit, kematit, mangan dan lain-lain. Dalam limbah industri, besi berasal dari korosi pipa-pipa air, material logam sebagai hasil reaksi elektro kimia yang terjadi pada permukaan. Air yang mengandung padatan larut mempunyai sifat mengantarkan listrik dan ini mempercepat terjadinya korosi.
• Chlorida Chlorida banyak dijumpai dalam pabrik industri kaustik soda. Bahan ini berasal dari proses elektrolisa, penjernihan garam dan lain-lain. Chlorida merupakan zat terlarut dan tidak menyerap. Sebagai Chlor bebas berfungsi desinfektans, tapi dalam bentuk ion yang bersenyawa dengan ion natrium menyebabkan air menjadi asin dan merusak pipa-pipa instalasi.
• Phosphat Kandungan phosphat yang tinggi menyebabkan suburnya
547
algae dan organisme lainnya. Phosphat kebanyakan berasal dari bahan pembersih yang mengandung senyawa phosphat. Dalam industri kegunaan phosphat terdapat pada ketel uap untuk mencegah kesadahan. Maka pada saat penggantian air ketel, buangan ketel ini menjadi sumber phosphat. Pengukuran kandungan phosphat dalam air limbah berfungsi untuk mencegah tingginya kadar phosphat sehingga tidak merangsang pertumbuhan tumbuh-tumbuhan dalam air. Sebab pertumbuhan subur akan menghalangi kelancaran arus air. Pada danau suburnya tumbuh-tumbuhan airakan mengakibatkan berkurangnya oksigen terlarut dan kesuburan tanaman lainnya.
• Sulfur Sulfat dalam jumlah besar akan menaikkan keasaman air. Ion sulfat dapat terjadi secara proses alamiah. Sulfur dioxida dibutuhkan pada sintesa. Pada industri kaustik soda ion sulfat terdapat sewaktu pemurnian garam. Ion sulfat oleh bakteri direduksi menjadi sulfida pada kondisi anaerob dan selanjutnya sulfida diubah menjadi hidrogen sulfida. Dalam suasana aerob hidrogen sulfida teroksidasi secara bakteriologis menjadi sulfat. Dalam bentuk H2S bersifat racun dan berbau busuk. Pada proses digester lumpur gas H2S yang bercampur dengan metan CH4 dan CO2 akan bersifat korosif. H2S akan menghitamkan air dan lumpur yang bila terikat dengan senyawa besi membentuk Fe2 S.
bakteri
2S + O2 + H2O S2O3 + 2H+ . SO4 + 2C + 2H2O 2HS + 2O2 S2O3 + H2O . 1 HCO3 + H2S. H2S + 2O2 H2SO4.
• Nitrogen Nitrogen dalam air limbah pada umumnya terdapat dalam bentuk organik dan oleh bakteri berubah menjadi amonia. Dalam kondisi aerobik dan dalam waktu tertentu bakteri dapat mengoksidasi amonia menjadi nitrit dan nitrat. Nitrat dapat digunakan oleh algae dan tumbuh-tumbuhan lain untuk
548
membentuk protein tanaman dan oleh hewan untuk membentuk protein hewan. Perusakan protein tanaman dan hewan oleh bakteri menghasilkan amonia. Nitrit menunjukkan jumlah zat nitrogen yang teroksidasi. Nitrit merupakan hasil reaksi dan menjadi amoniak ataudioksidasi menjadi nitrit. Kehadiran nitrogen ini sering sekali dijumpai sebagai nitrogen nitrit.
• Logam Berat dan Beracun Logam berat pada umumnya seperti cuprum (tembaga), perak, seng, cadmium, air raksa, timah, chromium, besi dan nikel. Metal lain yang juga termasuk metal berat adalah arsen, selenium, cobalt, mangan dan aluminium. Cadmium ditemukan dalam buangan industri tekstil, elektro plating, pabrik kimia. Chromium dijumpai dalam 2 bentuk yaitu chrom valensi enam dan chrom valensi tiga. Chrom valensi enam ditemukan pada buangan pabrik aluminium dan cat, sedang chrom trivalen ditemukan pada pabrik tekstil, industri gelas dan keramik. Plumbum terdapat dalam buangan pabrik baterai, pencelupan dolt cat. Logam ini dalam konsentrasi tertentu membahayakan bagi manusia.
• Fenol Istilah fenol dalam air limbah tidak hanya terbatas pada fenol (C6H5 - OH) tapi bermacam-macam campuran organik yang terdiri dari satu atau lebih gugusan hidroxil. Fenol yang dengan konsentrasi 0,005/liter dalam air minum menciptakan rasa dan bau apabila bereaksi dengan chlor membentuk chlorophenol. Sumber fenol terdapat pada industri pengolahan minyak, batu-bara, pabrik kimia, pabrik resin, pabrik kertas, tekstil.
• Biochemical Oxigen Demand (BOD) Dalam air buangan terdapat zat organik yang terdiri, dari unsur karbon, hidrogen dan oksigen dengan unsur tambahan yang lain seperti nitrogen, belerang dan lain-lain yang cenderung menyerap oksigen. Oksigen tersebut dipergunakan untuk menguraikan senyawa organik. Pada akhirnya kadar oksigen
549
dalam air buangan menjadi keruh dan kemungkinan berbau. Pengukuran terhadap nilai Biochemical Oxigen Demand (BOD) adalah kebutuhan oksigen yang terlarut dalam air buangan yang dipergunakan untuk menguraikan senyawa organik dengan bantuan mikroorganisme pada kondisi tertentu. Pada umumnya proses penguraian terjadi secara baik yaitu pada temperatur 20°C dan waktu 5 hari. Oleh karena itu satuannya biasanya dinyatakan dalam mg perliter atau kg.
• Chemical Oxigen Demand (COD) Bentuk lain untuk mengukur kebutuhan oksigen ini adalah COD. Pengukuran ini diperlukan untuk mengukur kebutuhan oksigen terhadap zat organik yang sukar dihancurkan secara oksidasi. Oleh karena itu dibutuhkan bantuan pereaksi oksidator yang kuat dalam suasana asam. Nilai BOD selalu lebih kecil daripada nilai COD diukur pada senyawa organik yang dapat diuraikan maupun senyawa organik yang tidak dapat berurai.
• Lemak dan Minyak Lemak dan minyak ditemukan mengapung di atas permukaan air meskipun sebagian terdapat di bawah permukaan air. Lemak dan minyak merupakan senyawa ester dari turunan alkohol yang tersusun dari unsur karbon, hidrogen dan oksigen. Lemak sukar diuraikan bakteri tapi dapat dihidrolisa oleh alkali sehingga membentuk senyawa sabun yang mudah larut. Minyak pelumas yang berasal dari minyak bumi dipakai dalam pabrik dan terbawa air cucian ketika dibersihkan. Sebagai alat pencuci Bering Pula digunakan minyak pelarut. Adanya minyak dan lemak di atas permukaan air merintangi proses biologi dalam air sehingga tidak terjadi fotosintesa.
• Karbohidrat dan Protein Karbohidrat dalam air buangan diperoleh dalam bentuk sellulosa, kanji, tepung dextrim yang terdiri dari senyawa karbon, hidrogen dan oksigen, baik terlarut maupun tidak larut. Pada protein yang berasal dari bulu binatang seperti sutra dengan unsur persenyawaan yang cukup kompleks
550
mengandung unsur nitrogen. Baik protein maupun karbohidrat mudah rusak oleh mikroorganisme dan bakteri.
• Zat Warna dan Surfaktan Timbulnya dalam air buangan adalah karena adanya senyawa organik yang larut dalam air. Zat aktif permukaan ini (surfaktan) sangat sukar berurai oleh aktivitas mikro-organisme. Demikian juga zat warna yang merupakan senyawa aromatik sukar berurai. Di antara zat warna ini ada yang mengandung logam berat seperti chrom atau tembaga.
7.3. Limbah Gas dan Partikel
Udara adalah media pencemar untuk limbah gas. Limbah gas atau asap yang diproduksi pabrik keluar bersamaan dengan udara. Secara alamiah udara mengandung unsur kimia seperti O2, N2, NO2, CO2, H2 dan Jain-lain. Penambahan gas ke dalam udara melampaui kandungan alami akibat kegiatan manusia akan menurunkan kualitas udara.
Zat pencemar melalui udara diklasifikasikan menjadi dua bagian yaitu partikel dan gas. Partikel adalah butiran halus dan masih rnungkin terlihat dengan mata telanjang seperti uap air, debu, asap, kabut dan fume-Sedangkan pencemaran berbentuk gas tanya aapat dirasakan melalui penciuman (untuk gas tertentu) ataupun akibat langsung. Gas-gas ini antara lain SO2, NOx, CO, CO2, hidrokarbon dan lain-lain.
Untuk beberapa bahan tertentu zat pencemar ini berbentuk padat dan cair. Karena suatu kondisi temperatur ataupun tekanan tertentu bahan padat/cair itu dapat berubah menjadi gas. Baik partikel maupun gas membawa akibat terutama bagi kesehatan, manusia seperti debu batubara, asbes, semen, belerang, asap pembakaran, uap air, gas sulfida, uap amoniak, dan lain-lain.
Pencemaran yang ditimbulkannya tergantung pada jenis limbah, volume yang lepas di udara bebas dan lamanya berada dalam udara. Jangkauan pencemaran melalui udara dapat berakibat luas karena faktor cuaca dan iklim turut mempengaruhi.
Pada malam hari zat yang berada dalam udara turun kembali ke bumi bersamaan dengan embun. Adanya partikel kecil secara
551
terus menerus jatuh di atap rumah, di permukaan daun pada pagi hari menunjukkan udara mengandung partikel. Kadang-kadang terjadi hujan masam.
Arah angin mempengaruhi daerah pencemaran karena sifat gas dan partikel yang ringan mudah terbawa. Kenaikan konsentrasi partikel dan gas dalam udara di beberapa kota besar dan daerah industri banyak menimbulkan pengaruh, misalnya gangguan jarak pandang oleh asap kendaraan bermotor, gangguan pernafasan dan timbulnya beberapa jenis penyakit tertentu.
Jenis industri yang menjadi sumber pencemaran melalui udara di antaranya: − industri besi dan baja − industri semen − industri kendaraan bermotor − industri pupuk − industri aluminium − industri pembangkit tenaga listrik − industri kertas − industri kilang minyak − industri pertambangan
Jenis industri semacam ini akumulasinya di udara dipengaruhi
arah angin, tetapi karena sumbernya bersifat stationer maka lingkungan sekitar menerima resiko yang sangat tinggi dampak pencemaran.
Berdasarkan ini maka konsentrasi bahan pencemar dalam udara perlu ditetapkan sehingga tidak menimbulkan gangguan terhadap manusia dan makhluk lain sekitarnya.
Jenis industri yang menghasilkan partikel dan gas adalah sebagai tertera dalam tabel 6..
552
Tabel 7.6. Jenis industri dan limbahnya
No Jenis Industri Jenis Limbah 1. Industri pupuk Uap asam, NH3, bau, partikel 2. Pabrik pangan (ikan, daging, Hidrokarbon, bau, minyak makan, bagase, bir partikel, CO, H2S dan uap asam.
3. Industri pertambangan (mineral) NOx, SOx,CO, HK, semen, aspal, kapur, batu bara, bau, partikel. karbida, serat gelas.
4. Industri metalurgi (tembaga, baja- Nox, SO, CO, HK, H2S, chlor, seng, timah hitam, aluminium) bau dan partikel.
5. Industri kimia (sulfat, serat rayon HK, CO, NH3, bau dan partikel. PVC, amonia, cat dan lain- lain
6. Industri pulp. SOx CO, NH3, H2S, bau.
7.3.1. Karakteristik Limbah Gas dan Partikel
Pada umumnya limbah gas dari pabrik bersumber dari penggunaan bahan baku, proses, dan hasil serta sisa pembakaran. Pada saat pengolahan pendahuluan, limbah gas maupun partikel timbul karena perlakuan bahan-bahan sebelum diproses lanjut. Limbah yang terjadi disebabkan berbagai hal antara lain; karena reaksi kimia, kebocoran gas, hancuran bahan-bahan dan lain-lain.
Pada waktu proses pengolahan, gas juga timbul sebagai akibat reaksi kimia maupun fisika. Adakalnya limbah yang terjadi sulit dihindari sehingga harus dilepaskan ke udara. Namun dengan adanya kemajuan teknologi, setiap gas yang timbul pada rangkaian proses telah dapat diupayakan pengendaliannya.
Sebagian besar gas maupun partikel terjadi pada ruang pembakaran, sebagai sisa yang tidak dapat dihindarkan dan karenanya harus dilepaskan melalui cerobong asap. Banyak jenis gas dan partikel gas lepas dari pabrik melalui cerobong asap ataupun penangkap debu harus ditekan sekecil mungkin dalam upaya mencegah kerusakan lingkungan.
Jenis gas yang bersifat racun antara lain SO2, CO, NO., timah hitam, amoniak, asam sulfida dan hidrokarbon. Pencemaran yang terjadi dalam udara dapat merupakan reaksi antara dua atau lebih zat pencemar. Misalnya reaksi fotokimia, yaitu reaksi yang terjadi karena bantuan sinar ultra violet dari sinar matahari.
553
Kemudian reaksi oksidasi gas dengan partikel logam dengan udara sebagai katalisator.
Konsentrasi bahan pencemar dalam udara dipengaruhi berbagai macam faktor antara lain: volume bahan pencemar, sifat bahan, kondisi iklim dan cuaca, topografi.
• Oksida Nitrogen Oksida nitrogen lazim dikenal dengan NO. bersumber dari instalasi pembakaran pabrik dan minyak bumi. Dalam udara, NO dioksidasi menjadi NO2 dan bila bereaksi dengan hidrokarbon yang terdapat dalam udara akan membentuk asap. NO2 akan berpengaruh terhadap tanam-tanaman dan sekaligus menghambat pertumbuhan. Pabrik yang menghasilkan NO di antaranya adalah pabrik pulp dan rayon, almunium, turbin gas, nitrat, bahan peledak, semen, galas, batubara, timah hitam, song dan peleburan magnesium.
• Fluorida Fluorida adalah racun bersifat kumulatif dan dapat berkembang d atmosfer karena amat reaktif. Dalam bentuk fluorine, zat ini tidak dihisap tanah tapi langsung masuk ke dalam daun-daun menyebabkan daun berwarna kuning-kecoklatan. Binatang yang memakan daunan tersebut bisa menderita penyakit gigi rontok. Pabrik yang menjadi sumber fluor antara lain pabrik pengecoran aluminium pabrik pupuk, pembakaran batubara, pengecoran baja dan lainnya
• Sulfurdioksida Gas SO2 dapat merusak tanaman, sehingga daunnya menjadi kuning kecoklatan atau merah kecoklatan dan berbintik-bintik. Gas ini juga menyebabkan hujan asam, korosi pada permukaan logam dan merusak bahan nilon dan lain-lain. Gas SO2 menyebabkan terjadinya kabut dan mengganggu reaks foto sintesa pada permukaan daun. Dengan air, gas SO2 membentuk asam sulfat dan dalam udara tidak stabil. Sumber gas SO2 adalal pabrik belerang, pengecoran biji logam, pabrik asam sulfat, pabrik semen, peleburan tembaga, timah hitam dan lain-lain. Dalam konsentrasi melebihi nilai ambang batas
554
dapat mematikan.
• Ozon Ozon dengan rumus molekul O3 disebut oksidan merpakan reaksi foto kimiawi antara NO2 dengan hidrokarbon karena pengaruh ultra violet sinar matahari. Sifat ozon merusak daun tumbuh-tumbuhan, tekstil dan melunturkan warna. Reaksi pembentukan ozon sebagai berikut:
ultra violet
NO2 NO + On O2 + On O3 NO + On NO2
Peroksil asetel nitrat merupakan reaksi NO2 dalam fotosintesa merusakkan tanaman.
• Amonia Gas amonia dihasilkan pabrik pencelupan, eksplorasi minyak dan pupuk. Gas ini berbahaya bagi pemanfaatan dan baunya sangat merangsang. Pada konsentrasi 25% mudah meledak.
• Partikel Partikel merupakan zat dispersi terdapat dalam atmosfer, berbagai larutan, mempunyai sifat fisis dan kimia. Partikel dalam udara terdiri dari: 1. Asap, merupakan hasil dari suatu pembakaran. 2. Debu, partikel kecil dengan diameter 1 mikron. 3. Kabut, partikel cairan dengan garis tengah tertentu. 4. Aerosol, merupakan inti dari kondensasi uap. 5. Fume, merupakan hasil penguapan.
7.3.2. Bahan Lain yang Berbahaya dalam Pabrik
Di samping pada bahan pencemar yang lepas ke udara terdapat pula bahan tertentu yang tersimpan ataupun masih dalam proses di pabrik. Bahan ini karena sifat fisis dan kimianya cukup berbahaya bagi lingkungan apabila terlepas dengan sengaja ataupun tidak sengaja. Sifat racun suatu bahan belum tentu sama dengan sifat bahaya. Bahan yang bersifat racun
555
belum tentu men imbulkan/merupakan bahaya apabila bahan tersebut digunakan secara tepat. Sifat racun menunjukkan efek biologis atau kemampuan untuk melukai tubuh, sedang sifat bahaya menunjukkan kemungkinan kerugian. Bahan semacam ini banyak digunakan sebagai bahan penolong ataupun bahan utama pabrik kimia. Juga banyak diperoleh sebagai hasil jadi atau sampingan.
Tingkat bahaya yang ditimbulkan sebagai racun sangat membahayakan bagi manusia karena menimbulkan bermacam-macam gangguan seperti: merusakkan kulit, menyulitkan pernafasan, akut maupun kronis, bahkan dapat mematikan. Di samping itu mempunyai daya ledak, mudah terbakar, mudah menyala, sehingga pengelolaannya harus dilakukan dengan sangat herhati-hati.
Bensena, siklo hexanol, asam sulfat, amonium hidroksida, amonium sulfat, amonium nitrat, hidrogen karbon dioksida, belerang dioksida dan lain-lain yang terdiri dari 90 macam bahan, telah diklasifikasikan sebagai bahan racun dan berbahaya.
Masalah yang sering dijumpai dalam kaitannya dengan bahan tersebut ialah tentang penyimpanan, pengolahan, pengemasan dan transportasi. Oleh sebab itu pengawasan dan pengamanan terhadap bahan ini harus ditingkatkan dari waktu ke waktu menyangkut sifat fisis dankimia. Besarnya resiko kerusakan lingkungan akibat bahan tersebut telah banyak terbukti seperti tragedi Chernobyl di Uni Soviet ataupun Bhopal di India. Kerusakan yang ditimbulkannya selain mengancam kehidupan manusia juga akan mengancam biota lainnya baik dalam jangka panjang maupun pendek.
Kehadiran bahan beracun dan berbahaya sebagai limbah seperti mata rantai yang tak berujung. Bila kita bertolak dari sudut pengadaan akan jelas bahwa kebutuhan bahan tersebut selalu harus terpenuhi. Pengadaan dilakukan dari pabrik (produksi) maupun import. Bahan ini dalam bentuknya sesuai dengan sifatnya harus tersimpan secara baik. Lokasi penyimpanan dan wadahnya juga harus memenuhi kriteria tertentu sesuai dengan klasifikasi yang ditetapkan.
556
Barang-barang tersebut bila hendak dipindahkan/diangkut untuk kebutuhan proses industri membutuhkan angkutan tersendiri, mungkin dibutuhkan desain khusus alat pengangkut sampai kepada proses, sehingga menjadi barang jadi atau setengah jadi untuk kemudian dikonsumsi oleh industri hilir atau konsumen langsung. Oleh pihak industri maupun konsumen untuk sebagian terbuang sebagai limbah. Sebagai limbah yang ekonomis dapat didaur ulang dan sebagai limbah nonekonomis akan dibuang melalui proses pangolahan.
Bila dilihat dalam mata rantai tersebut, setiap titik akan
menimbulkan peluang untuk mencemarkan dan atau merusakkan lingkungan. Kriteria beracun dan berbahaya akan memenuhi setiap mata rantai tersebut. Berbahaya dan beracun yang dimaksudkan karena dapat mematikan seketika atau pun beberapa lama, dapat secara biologis, dapat berakumulasi dalam lingkungan dan terakhir tidak bisa terdegradasi.
Ditinjau dari sudut pengawasan dan pengamanan bahan ini pengelolaannya harus dilaksanakan mulai dari pengadaan sampai kepada distribusi. Mengingat seringnya terjadi kecelakaan yang ditimbulkan bahan beracun dan berbahaya maka setiap pengusaha dianjurkan untuk membuat label setiap jenis bahan tersebut. Label itu menunjukkan jenis bahan, sifat kimia maupun
Pengadaan
anPengangkut
nPenyimpanaekonomisLimbah
ProsesProses
+
snonekonomiBuangan
KonsumenIndustri +
jadiSetengah
jadiHasilLimbah
557
fisikanya sehingga setiap orang dapat melihat dan membaca. Dari penjelasan. dalam label mungkin juga terdapat beberapa usaha pencegahan andaikata terjadi hal-hal yang tidak sesuai menurut prosedur.
7.4. Limbah Padat
Limbah padat adalah hasil buangan industri berupa padatan, lumpur, bubur yang berasal dari sisa proses pengolahan. Limbah ini dapat dikategorikan menjadi dua bagian, yaitu limbah padat yaitu dapat didaur ulang, seperti plastik, tekstil, potongan logam dan kedua limbah padat yang tidak punya nilai ekonomis.
Bagi limbah padat yang tidak punya nilai ekonomis dapat ditangani dengan berbagai cara antara lain ditimbun pada suatu tempat, diolah kembali kemudian dibuang dan dibakar. Perlakuan limbah padat yang tidak punya nilai ekonomis sebagian besar dilakukan sebagai berikut:
1. Ditumpuk pada Areal Tertentu
Penimbunan limbah padat pada areal tertentu membutuhkan areal yang luas dan merusakkan pemandangan di sekeliling penimbunan. Penimbunan. ini mengakibatkan pembusukan yang menimbulkan bau di sekitarnya, karena adanya reaksi kimia yang rnenghasilkan gas tertentu.
Dengan penimbunan, permukaan tanah menjadi rusak dan air yang meresap ke dalam tanah mengalami kontaminasi dengan bakteri tertentu yang mengakibatkan turunnya kualitas air tanah. Pada musim kemarau timbunan mengalami kekeringan dan ini mengundang bahaya kebakaran.
2. Pembakaran
Limbah padat yang dibakar menimbulkan asap, bau dan debu. Pembakaran ini menjadi sumber pencemaran melalui udara dengan timbulnya bahan pencemar baru seperti NOR, hidrokarbon, karbon monoksida, bau, partikel dan sulfur dioksida.
3. Pembuangan
Pembuangan tanpa rencana sangat membahayakan
558
lingkungan. Di antara beberapa pabrik membuang limbah padatnya ke sungai karena diperkirakan larut ataupun membusuk dalam air. Ini adalah perkiraan yang keliru, sebab setiap pembuangan bahan padatan apakah namanya lumpur atau buburan, akan menambah total solid dalam air sungai.
Sumber limbah padat di antaranya adalah pabrik gula, pulp dan rayon, plywood, pengawetan buah, ikan dan daging dan lain-lain. Secara garis besar limbah padat dapat diklasifikasikan sebagai berikut: 1. Limbah padat yang mudah terbakar 2. Limbah padat yang sukar terbakar 3. Limbah padat yang mudah membusuk 4. Limbah berupa debu 5. Lumpur 6. Limbah yang dapat didaurulang 7. Limbah radio aktip 8. Limbah yang menimbulkan penyakit 9. Bongkaran bangunan
Berdasarkan klasifikasi limbah padat serta akibat-akibat yang ditimbulkannya sistem pengelolaan dilakukan menurut: 1. Limbah padat yang dapat ditimbun tanpa membahayakan. 2. Limbah padat yang dapat ditimbun tetapi berbahaya. 3. Limbah padat yang tidak dapat ditimbun.
Di dalam pengolahannya dilakukan melalui tiga cara yaitu
pemisahan, penyusutan ukuran dan pengomposan. Dimaksud dengan pemisahan adalah pengambilan bahan tertentu kemudian diolah kembali sehingga mempunyai nilai ekonomis. Penyusutan ukuran bertujuan untuk memudahkan pengolahan limbah selanjutnya, misalnya pembakaran. Dengan ukuran lebih kecil akan lebih mudah membawa atau membakar pada tungku pembakaran. Jadi tujuannya adalah pengurangan volume maupun berat. Pengomposan adalah proses melalui biokimia yaitu zat organik dalam limbah dipecah sehingga menghasilkan humus yang berguna untuk memperbaiki struktur tanah. Banyak jenis limbah padat dari pabrik yang upaya pengelolaannya dilakukan menurut kriteria yang telah ditetapkan.
559
7.4.1. Dampak Pencemaran Terhadap Lingkungan
Pencemaran lingkungan berakibat terhadap kesehatan manusia, tata kehidupan, pertumbuhan flora dan fauna yang berada dalam jangkauan pencemaran. Gejala pencemaran dapat terlihat pada jangka waktu singkat maupun panjang, yaitu pada tingkah laku dan pertumbuhan. Pencemaran dalam waktu relatif singkat, terjadi seminggu sampai dengan setahun sedangkan pencemaran dalam jangka panjang terjadi setelah masa 20 tahun atau lebih. Gejala pencemaran yang terjadi dalam waktu singkat dapat diatasi dengan melihat sumber pencemaran lalu mengendalikannya.
Tanda-tanda pencemaran ini gampang terlihat pada komponen lingkungan yang terkena pencemaran. Berbeda halnya dengan pencemaran yang terjadi dalam waktu yang cukup lama. Bahan pencemar sedikit demi sedikit berakumulasi. Dampak pencemaran semula tidak begitu kelihatan. Namun setelah menjalani waktu yang relatif panjang dampak pencemaran kelihatan nyata dengan berbagai akibat yang ditimbulkan. Unsur-unsur lingkungan,mengalami perubahan kehidupan habitat. Tanaman yang semula hidup cukup subur menjadi gersang dan digantikan dengan tanaman lain. Jenis binatang tertentu yang semula berkembang secara wajar beberapa tahun kemudian menjadi langka, karena mati atau mencari tempat lain. Kondisi kesehatan manusia juga menunjukkan perubahan; misalnya, timbul penyakit baru yang sebelumnya tidak ada.
Kondisi air, mikroorganisme, unsur hara dan nilai estetika mengalami perubahan yang cukup menyedihkan. Bahan pencemar yang terdapat dalam limbah industri ternyata telah memberikan dampak serius mengancam satu atau lebih unsur lingkungan: Jangkauan pencemar dalam jangka pendek maupun panjang tergantung pada sifat limbah, jenis, volume limbah, frekuensinya dan lamanya limbah berperan.
A. Bahan Beracun dan Berbahaya sebagai Pencemar Lingkungan
Bahan pencemar yang terkandung dalam limbah terdiri dari bahan beracun dan atau berbahaya. Beracun artinya dapat membunuh manusia atau makhluk lain bila takarannya melebihi ukuran yang disyaratkan. Sedangkan berbahaya masuk tubuh belum tentu beracun tapi juga dapat merusakkan tubuh. Parameter limbah menunjukkan daya racun dan berbahaya bila salah satu atau lebih
560
dari sifat berikut ini dipenuhi, yaitu: 1. Bahannya sendiri bersifat racun 2. Mudah terbakar dan menyala 3. Oksidator dan reduktor 4. Mudah meledak 5. Bahan peledak 6. Korosif 7. Iritatif 8. Radio aktif 9. Gas bertekanan 10. Membahayakan ekosistem
Ada beberapa bahan kimia yang sangat besar manfaatnya dan dipergunakan sehari-hari tapi mempunyai daya racun yang cukup tinggi, misalnya racun yang dipergunakan untuk membunuh tikus, serangga, nyamuk, dan racun lainnya sejenis pestisida. Sebagai bahan organik yang siap pakai senantiasa diberikan tanda-tanda peringatan ataupun catatan pada pembungkus/paching sehingga merupakan petunjuk bagi si pemakai.
Bahan yang mudah menyala dan terbakar disebabkan bereaksi dengan oksigen bila dekat dengan sumber panas pada suhu atau tekanan tertentu akan menimbulkan ledakan maupun api.
Misalnya amonia (NH3) berbentuk gas tidak berwarna, baunya khas: Disimpan dalam keadaan cair pada tekanan 10 atmosfir. Titik leleh: - 77°C dan titik didih: -33°C. Akan menyala sendiri pada suhu 629°C. Gas ini mempengaruhi kulit, pencernaan dan pernafasan. Meledak dari wadahnya bila terkena nyala api.
Terjadinya pencemaran karena perlakuan yang tidak semestinya terhadap bahan tersebut, mulai dari penanganan awal sampai kepada distribusi. Kontak dengan hawa panas, wadah terbuka, kebocoran dan tercecer menyebabkan bahan ini terbuang dengan media pencemar udara ataupun air.
B. Jenis Pencemar
Berbagai jenis pencemar ditemukan dalam limbah ataupun bahan untuk keperluan rumah tangga. Bahan ini dapat ditemukan sebagai bahan kimia organik atau anorganik, di dalam limbah maupun
561
tidak. Daya pencemaran yang ditimbulkan selain dari sifat yang dimiliki juga tergantung pada volume. Tabel 6 adalah contoh bahan yang secara umum ditemukan baik sebagai bahan baku, penolong dan bahan jadi maupun juga ditemukan sebagai limbah.
C. Volume Limbah
Semakin besar volume limbah, pada umumnya, bahan pencemarnya semakin banyak. Hubungan ini biasanya terjadi secara linier. Oleh sebab itu dalam pengendalian limbah sering juga ditipayakan pengurangan volume limbah. Kaitan antara volume limbah dengan volume badan penerima juga sering digunakan sebagai indikasi pencemaran. Perbandingan yang mencolok jumlahnya antara volume limbah dan volume penerima limbah juga menjadi ukuran tingkat pencemaran yang ditimbulkan terhadap lingkungan. Misalnya limbah sebanyak 100 m3 air per 8 jam mempunyai konsentrasi plumbum 4 mg/hari dialirkan ke suatu sungai yang mempunyai debit 8.000 m3 per jam.
D. Frekuensi Pembuangan Limbah
Pabrik yang secara kontinu membuang limbah berbeda dengan pabrik yang membuang limbah secara periodik walau konsentrasi pencemar sama, dan jumlah buangannya pun sama. Pengaruh terhadap lingkungan mengalami perbedaan.
Dalam hal sering tidaknya suatu pabrik membuang limbah tergantung terhadap proses pengolahan dalam pabrik. Artinya volume air buangannya tergantung dari volume produksinya. Semakin tinggi produksi semakin tinggi volume limbahnya. Ada pabrik yang dalam periode tertentu jumlah airnya melebihi daripada kondisi sehari-hari. Setiap lima hari dalam sebulan volume limbahnya sangat berlebih, kecuali bila pabrik blow down. Atau ada pabrik yang hanya membuang limbah sekali dalam seminggu sedangkan pada hari-hari lainnya tidak. Semakin banyak frekuensi pembuangan limbah, semakin tinggi tingkat pencemaran yang ditimbulkan.
E. Dampak Pencemaran
Dampak pencemaran limbah terhadap lingkungan harus dilihat dari jenis parameter pencemar dan konsentrasinya dalam air limbah.
562
Dari satu sisi suatu limbah mempunyai parameter tunggal dengan konsentrasi yang relatif tinggi, misalnya Fe. Di sisi lain ada limbah dengan 10 parameter tapi dengan konsentrasi yang juga melewati ambang batas. Persoalannya bukan yang mana lebih baik daripada yang terburuk, melainkan yang manakah seharusnya lebih mendapat prioritas.
1. Pencemaran Limbah Cair
Parameter fisika, kimia dan biologis diukur melalui komponen bahan yang terdapat dalam air limbah. Tabel berikut menunjukkan jenis parameter umum yang diukur dari berbagai kepentingan dengan kegiatan pengendalian lingkungan. • Parameter Fisika
Yang dimaksud dengan parameter fisika adalah berbagai sifat air yang dapat ditetapkan dengan cara pengukuran secara fisis seperti kekeruhan, salinitas, daya hantar listrik, bau, suhu, lumpur dan lain-lain. Kekeruhan air menunjukkan bahwa dalam air banyak partikel yang larut, terendap, melayang dan terapung yang terdiri dari berbagai persenyawaan. Partikel ini berupa peruraian dari zat organik, jasad renik, lumpur dan tanah fiat. Adanya partikel tersebut membatasi cahaya sinar matahari masuk dalam air sehingga menghalangi reaksi foto sintesa. Di antara partikel ini ada yang bersifat membawa kesuburan bagi tanaman air tertentu. Berbeda halnya dengan kadar salinitas yang menunjukkan kadar garam dalam air. Semakin tinggi kadar garam air semakin asin dan penggunaannya pun terbatas. Tingkat konduktifitas air diukur dengan daya air untuk mengantarkan arus listrik. Tingginya konduktifitas air menyatakan bahwa terdapat ion yang cukup baik menghantarkan listrik terutama ion logam. Padatan yang terdapat dalam air limbah yaitu bahan yang tersisa apabila limbah disaring atau divapkan. Padatan ini terdiri padatan terlarut, mengendap dan tercampur. Jenis parameter pencemar secara fisis dalam kapasitas tertentu mengakibatkan perubahan badan penerima. Adanya perubahan itu maka fungsi penggunaan air tidak sesuai lagi
563
dengan peruntukannya. Keruh, berbau, berwarna, rasa asin dari lain-lain adalah indikasi yang menyatakan perubahan kualitas badan penerima. Apabila kondisi pencemaran ini tidak mengalami perubahan, berarti daya dukung lingkungan tidak mampu menetralisasi parameter pencemar tersebut.
• Parameter Kimia Sebagian besar senyawa kimia dalam air termasuk dalam kategori kimia organik maupun anorganik. Parameter kimia paling dominan dalam mengukur kondisi badan air akibat buangan industri. Barangkali parameter ini yang paling hanya menciptakan kecemaran dan bahaya terhadap lingkungan. Oksigen mempunyai peranan penting dalam air. Kekurangan oksigen dalam air mengakibatkan tumbuhnya mikroorganisme dan bakteri. Bakteri berfungsi untuk menguraikan zat organik dalam air. Dalam air terjadi reaksi oksigen dengan zat organik oleh adanya bakteri aerohik. Atas dasar reaksi ini dapat diperkirakan bahan pencemar oleh zat organik.
• Keasaman Air Nilai keasaman air (pH) ditentukan oleh banyaknya ion hidrogen yang terlarut dalam air. Keasaman mempunyai nilai antara 1-14. Kondisi air normal, bila tingkat keasaman berkisar antara 6,5 s/d 8,5. Air yang mempunyai tingkat keasaman tinggi mengakibatkan kehidupan makhluk dalam air menjadi terancam. Yang membuat air menjadi asam adalah buangan yang mengandung asam, seperti asam sulfat dan klorida. Keasaman air yang rendah membuat air sukar berbuih, karena mengandung zat seperti kalium, natrium. Keasaman tinggi maupun rendah membuat air menjadi steril yang mengakibatkan tidak dapat dipergunakan.
• Logam Berat Yang termasuk logam berat adalah besi, air raksa (merkuri), cadmium, chromium, nikel, plumbum dan lain-lain. Sebagian besar logam ini ditemukan dalam buangan berbentuk anorganik. Kandungan logam dalam buangan dan badan penerima mengurangi penggunaan air. Logam termasuk bahan beracun.
564
Tabel 6.7. Jenis parameter pencemar yang diukur dalam air limbah
No Parameter Satuan Keterangan I Yang termasuk parameter pencemaran
fisika :
1. Warna Pt Co 2. Kekeruhan mg/1 3. Salinitas 0/00 4. Konduktifitas M ohms 5. Padatan total mg/1 6. Suspensi solid mg/1 7. Padatan terlarut 8. Bau - 9. Temperatur oC
II Yang termasuk parameter kimia anorganik
1. Konsentrasi ion hidrogen - 2. Zat-zat organik mg/1 3. COD -“- 4. BOD 5. Kesadahan -“- 6. Kalsium 7. Magnesium -“- 8. P. alkalinitas 9. M. alkalinitas -“- 10. CO2 11. Garam-garam karbonat 12. Nitrit -“- 13. Nitrat ^_ 14. Chlorida 15. Sianida 16. Silika -“- 17. Phosphat 18. Amoniak 19. Besi -“- 20. Timbal 21. Natrium 22. Kalium -“- 23. Tembaga
565
No Parameter Satuan Keterangan 24. Seng mg/1 25. Arsen 26. Mangan -“- 27. Chrom 28. Air raksa 29. Nikel 30. Fluorida Organik : 1. Minyak dan lemak mg/1 2. Pestisida -“- 3. Hidrokarbon 4. Chloroforen 5. Protein mg/1 6. Fenol
III Yang termasuk parameter biologis 1. Bakteri dan jenis-jenisnya Banyak per 100 ml 2. Organisme phatogen. Banyak per 100 ml
IV Radioaktif 1. Radium 226 Pci / l 2. Strontium 90 Pci / l
Dalam konsentrasi tertentu bila termakan manusia
membahayakan kesehatan bahkan mengancam kehidupan. Plumbum dapat menyebabkan mabuk dan merupakan racun yang berakumulasi. Nikel dan chrom bersifat racun dan dapat menyebabkan kanker walaupun dalam jumlah kecil. Adanya logam tersebut mengakibatkan terganggunya kehidupan dalam air, penggunaan air sebagai air minum, air untuk pertanian, air untuk perikanan.
Plumbum sangatberacun. Dalam air minum hanya diizinkan 50 mg/liter. Plumbum dapat diendapkan dengan CaOH atau NaOH dalam bentuk Pb (OH)2; dengan NaCO3 dalam bentuk PbCO3.
Merkuri sangat beracun dan dalam air minum hanya diizinkan 2 mg/liter. Untuk menghilangkan merkuri dalam air
566
dilakukan penyesuaian pH : 5 – 6, dengan asam sulfur dan kemudian ditambahkan sodium sulfida. Diperoleh sulfida yang tidak larut yang selanjutnya dapat difiltrasi.
Minyak dan lemak dalam gugusan ester akan terdekomposisi menjadi unsur karbon, hidrogen dan oksigen pada suhu tinggi melalui reaksi bahan kimia lain. Sebagian dari minyak dan lemak mengapung dan menutup permukaan air sedangkan sebagian lagi mengendap berbentuk lumpur. Penghilangan minyak dan lemak dalam limbah cair dibahas pada bab selanjutnya.
Fenol menjadi racun bagi ikan pada konsentrasi 2 mg/liter, berbau dan terasa pada air minum pada konsentrasi 0,005 mg/liter. Pada umumnya konsentrasi fenol ditetapkan 0,1 mg/liter untuk Best Practical Control Technology Currently Available pada tahun 1977 dan 0,02 mg/liter untuk Best Available Control Technology Economically Achievable. Untuk mengurangi konsentrasi fenol dalam air buangan ada beberapa metode perlakuannya antara lain incineration, absorbtion, chemical oxidation, biological, daur ulang dan lain-lain. Proses daur ulang bila effluent ada sekitar 200 liter/menit dengan konsentrasi 2000 mg/liter. Ekstraksi menggunakan packed column influent 3000 mg/liter, efisiensi mencapai 93%.
2. Pencemaran Limbah Padat
Pencemaran lingkungan yang ditimbulkan limbah padat kemungkinan adalah timbulnya gas beracun, di antaranya asam sulfida, amoniak methan, CO2, CO. Limbah dari berbagai macam bentuk dan jenis bertumpuk pada satu tempat mengakibatkan terjadinya pembusukan dengan bantuan mikroorganisme. Adanya musim hujan dan kemarau ganti-berganti, proses pemecahan bahan organik oleh bakteri penghancur dalam suasana aerob maupun anerob menimbulkan gas. • Penurunan Kualitas Udara
Pengaruh terhadap kualitas udara akibat timbulnya gas hasil reaksi kimia dalam timbunan limbah. Gas seperti H2S, NH3, methane akan terkonsentrasi di udara dengan nilai tartentu. Dalam konsentrasi 50 ppm H2S membuat mabuk dan pusing.
567
Konsentrasi H2S yang diizinkan 30 mg per meter kubik udara. Karbon monoksida (CO) berasal dari sisa pembakaran yang tidak sempurna. Nilai ambang batas CO 100 ppm = 110 mg per meterkubik udara. Amoniak yang berupa gas pada suhu dan tekanan normal mempunyai nilai ambang batas 35 mg per meter kubik udara. Serat asbestos, hidrokarbon, fenol, natrium sulfida, oksida logam dari pembakaran, seng, oksida, SO2 yang berasal dari bahan padat merupakan racun bagi manusia.
• Penurunan Kualitas Air Buangan jenis padat berupa lumpur, buburan dengan tidak disadari dibuang bersama air limbah. Demikian juga bentuk padatan lain yang tidak ekonomis dibuang langsung ke perairan. Padatan tersebut dalam air dipecah dan berurai menjadi bahan pencemar lain seperti padatan larut, padatan mengendap dan zat organik lain. Kekeruhan air, warna dan rasa air berubah. Air menjadi beracun akibat limbah padat tersebut.
• Kerusakan Permukaan Tanah Timbunan sampah menghasilkan gas nitrogen, hidrogen, amoniak dan asam sulfida. Adanya zat merkuri, chrom dan arsen menimbulkan gangguan terhadap bio tanah, tumbuhan, merusak struktur permukaan dan tekstur tanah. Limbah lain seperti oksida logam, baik yang terlarut maupun dalam areal permukaan tanah, menjadi racun.
3. Pencemaran Limbah Gas
Gas tertentu yang lepas ke udara dalam konsentrasi tertentu akan membunuh manusia. Konsen trasi fluorida yang diperkenankan dalam udara 2,5 mg/meter kubik. Fluorida dan persenyawaannya adalah racun dan mengganggu metabolisme kalsium dan enzim. Sedangkan hidrogen fluorida sangat initatif terhadap jaringan kulit, merusak paru-paru dan menimbulkan penyakit pneumonia.
Asam sulfida, garam sulfida dan karbon disulfida adalah persenyawaan yang mengandung sulfur. Persenyawaan sulfida
568
dapat terurai dan lepas ke udara menyebabkan kerusakan pada sel susunan saraf. Dalam kadar rendah tidak berbau dan bila kadar bertambah menyebabkan bau yang tidak enak gejalanya cepat menghebat menimbulkan pusing, batuk dan mabuk.
Uap, yaitu bentuk gas dari zat tertentu tidak kelihatan dan dalam ruangan berdifusi mengisi seluruh ruang. Yang harus diketahui adalah jenis uap yang terdapat dalam ruangan karena untuk setiap zat berbeda.daya reaksinya. Zat-zat yang mudah menguap adalah amoniak, chlor, nitrit, nitrat dan lain-lain.
Debu yaitu partikel zat padat yang timbul pada proses industri sepeti pengolahan, penghancuran dan peledakan, baik berasal dari bahan organik maupun dad anorganik. Debu, karena ringan, akan melayang di udara dan turun karena gaya tarik bumi. Debu yang membahayakan adalah debu kapas, debu asbes, debu silicosis, debu stannosis pada pabrik timah putih, debu siderosis, debu yang mengandung Fe2O3.
Penimbunan debu dalam paru-paru akibat lingkungan mengandung debu yaitu pada manusia yang ada di sekitarnya bekerja atau bertempat tinggal. Kerusakan kesehatan akibat debu tergantung pada lamanya kontak, konsentrasi debu dalam udara, jenis debu itu sendiri dan lain-lain.
Asap adalah partikel dari zat karbon yang keluar dari cerobong asap industri karena pembakaran tidak sempurna dari bahan-bahan yang mengandung karbon. Asap bercampur dengan kabut/uap air pada malam hari akan turun ke bumi bergantungan pada daun-daunan ataupun berada di atas atap rumah.
Bahan yang bersifat partikel menurut sifatnya akan menimbulkan: − Ransangan saluran pernafasan − Kematian karena bersifat racun − Alergi − Fibrosis − Penyakit demam Bahan yang bersifat gas dan uap menurut sifat-sifatnya akar berakibat: 1. Merangsang penciuman seperti: HC1, H2S, NH3
569
2. Merusak alat-alat dalam tubuh, misalnya CaCI 3. Merusak susunan saraf: uap plumbum, fluorida 4. Merusak susunan darah: benzena
Untuk menghindari dampak yang diakibatk'an limbah melalui udara selain menghilangkan sumbernya juga dilakukan pengendalian dengan penetapan nilai ambang batas. Nilai ambang batas adalah kadar tertinggi suatu zat dalam udara yang diperkenankan, sehingga manusia dan makhluk lainnya tidak mengdlami gangguan penyakit atau menderita karena zat tersebut. Di samping itu masih ada rumusan lain yang diberikan khusus bagi para pekerja dalam lingkungan itu. Karena waktu kerja manusia pada umumnya 8 jam sehari, 40 jam seminggu, maka nilai ambang batas bagi mereka berbeda dengan nilai ambang batas pada umumnya. Suatu zat yang sama akan berbeda pengetrapannya terhadap kedua obyek yang berbeda, misalnya antara manusia dan hewan, antara manusia dengan manusia sendiri dalam dua lingkungan yang berbeda.
7.5. Nilai Ambang Batas
Daya racun suatu bahan tergantung pada kualitas dan kuantitas bahan tersebut. Dengan jumlah sedikit sudah membahayakan manusia ini tidak lain karena kualitasnya cukup memadai untuk membunuh. Oleh sebab itu pengetahuan akan sifat fisika dan kimia bahan beracun dan berbahaya sangat penting bagi karyawan yang bekerja dalam pabrik. Kegunaan bahan, akibatnya terhadap manusia dan lingkungan, tanaman dan hewan, walau sebagai pengetahuan umum sangat penting peranannya. Demikian juga sifat bahan terhadap pengaruh temperatur tinggi, terhadap air, terhadap benturan dan sebagainya perlu dipahami oleh para karyawan di pabrik.
Nilai ambang batas pada mulanya ditujukan pada karyawan yang bekerja di perusahaan industri yaitu untuk menjamin kesehatan dan keselamatan kerja selama mereka bekerja dalam pabrik. Sebagai karyawan yang bekerja untuk puluhan tahun harus terjamin kesehatannya akibat kondisi udara dan lingkungan kerjanya. Udara sekelilingnya haruslah memenuhi syarat kesehatan walaupun mengandung bahan tertentu.
570
Agar udara memenuhi syarat kesehatan maka konsentrasi bahan dalam udara ditetapkan batasannya. Artinya konsentrasi bahan tersebut tidak mengakibatkan penyakit atau kelainan selama delapan jam bekerja sehari atau 40 jam seminggu. Ini menunjukkan bahwa di tempat kerja tidak mungkin bebas polusi udara. Nilai ambangbatas adalah alternatif bahwa walau apapun yang terdapat dalam lingkungan kerjanya, manusia merasa aman. Dalam perkataan lain, nilai ambangbatas juga diidentikkan dengan kadar maksimum yang diperkenankan.
Kedua pengertian ini mempunyai tujuan sama. Daya tahan manusia atau reaksi fisiologi manusia berbeda terhadap bahan tertentu seperti misalnya reaksi suatu bangsa terhadap penyakit tertentu. Di samping itu efek cuaca dan dan musim turut mempengaruhi konsentrasi sehingga antara satu periode perlu mendapat perubahan. Untuk keadaan lain nilai ambang batas ini diambil secara rata-rata.
Pada umumnya satuan yang dipakai untuk nilai ambang batas adalah mg/m3 yaitu bagian dalam sejuta yang disingkat dengan bds atau ppm (part per million). Satuan mg/m3 biasanya dikonversikan kepada satuan mg/liter melalui:
PX
CtXX
Mlitermg
ppmo 760
273273400,22/ +
=
ppm = part per million (bagian dalam sejuta) M = berat molekul p = tekanan dalam mm. Hg. t = suhu dalam derajat Celcius mg/1 = satuan untuk ppm
Antara satu senyawa dengan senyawa lain berbeda nilai
ambang batasnya dan antara senyawa itu sendiri juga berbeda untuk waktu yang berbeda pula.
Tabel kualitas udara standar untuk gas dan debu di Amerika sebagai ppm.
571
Tabel 7.8. Konsentrasi zat tertentu yang diizinkan dalam lingkungan kerja
Senyawa Waktu
Wilayah 24 jam 1 jam P jam
Carbon monoksida - 120 ppm 30 ppm Kalifornia. - 60 15 New York Iluurida sebagai HP 0,001 - - New York Rural 0,002 - - New York - Urban 0,004 - - New York - Industrial Ilidrogen sulfida - - 0,05 Kalifornia (30 menit) Nitrogen dioksida - 0,25 - Kalifornia Sulfur dioksida 0,08 0,21 - Rural 0,15 0,32 - Industrial Plurnbum (debu) - - 0,005 Montana (30 hari) Sulfat sebagai H2SO4 - - 0,01 (suspended) (30 hari) Particulate - - 0,12 Kolorado (3 bulan) Matter
Tabel 7.9. Beberapa zat pencemar dan jenis gangguan yang ditimbulkan
No. Bahan pencemar Sumber Jenis gangguan
yang ditimbulkan 1 2 3 4 1. Aldehid - Pemanasan lemak,
minyak dan gliserol - gangguan pada rongga
saluran pernapasan 2. Amoniak - proses kimia dari
pembuatan celup, eksplosif dan pupuk
- radang saluran pernafasan
3. Arsen - pengolahan metal atau asam yang Mengandung arsen, pematrian
- merusak sel darah, ginjal dan menyebabkan penyakit kuning
4. Hidrogen - fumigasi: perapian tungku,industri kimia dan metal pialing
- mengganggu sel saraf, menyebabkan kekeningan kerongkongan, penglihatan kabur dan sakit perut
5. Chlorine - Pengelantangan tekstil dan pencucian fluor, serta proses kimia
- mengganggu sistern pernafasan dan selaput mato serta menyebabkan kerusakan paru-paru
572
No. Bahan pencemar Sumber Jenis gangguan
yang ditimbulkan 6. Natrium - Sisa pembakaran
kendaraan bermotor, soft-coal
- gangguan aktivitas "cilia” sehingga debu langsung masuk paru-paru
7. Phosgenes - industri kimia dan celup - batuk-batuk dan kadang- kadang gatal pada paru-paru
8. Suspendid partikel (abu, asap)
- pembakaran sampah atauindustri
- paru-paru bengkak, gangguan pada mata dan mungkin kanker
9. Karbon monoksida
- pembakaran tak sempurna bahan yang mengandung carbon
- kapasitas angkut O2 darah menurun gangguan janin dalam kandungan
- proses industri/pabrik asap rokok
- Kebakaran hutan
- gangguan pada pembuluh darah jantung, fungsi panca indera berkurang
10. Oksida foto kimiawi (kabut-asap, smog)
- pembusukan bahan organik
- polusi bersifat oksidasi (di perkotaan)
- akibat kombinasi uap HC yang bersenyawa dengan NO dan kena sinar matahari, menghasilkan ozon dan lain-lain
- knalpot mobil & kombinasi dengan zat lain
- kemampuan belajar/berpikir berkurang
- sakit pernafasan - penyakit nadi jantung - gangguan pada math - mengurangi fungsi ozon
menahan sinar infra me rah matahari sehingga menaikkan kematian
11. Sulfat - reaksi atmosfer SO, - mobil dengan alat untuk
mengurangi HC dan CO (mobil baru dengan catalytic converters)
- penyakit pernafasan (asthma, bronchitis kronis)
12. Timah hitam (Plumbum, Pb)
- Pabrik baterai/aki - asap mobil - radiator mobil - timah hitam di udara - dari pabrik pengecoran
metal bukan besi
- gangguan jiwa/perilaku - kekurangan darah - muntah, kejang-kejang - gangguan fungsi ginjal - gangguan sistem syaraf - gangguan otak - kelihatan lekas tua - berat badan berkurang - kelainan jenis dalam
kandungan 13. Oksida bale-
rang - hasil pembakaran (batu - bara, minyak bahan cellu-
- gangguan sensofik dan pernafasan serta gangguan
573
No. Bahan pencemar Sumber Jenis gangguan
yang ditimbulkan - losa), proses industri kesehatan lainnya
- kerusakan pabrik dan korosi
14. Benda bentuk butiran
- kebakaran hutan - gunung meletus - PLTB - proses dalam pabrik dan
lain-lain.
- asthma dan pernafasan terganggu
- batuk bertambah - menambah kematian
15. Sulfur diok- sida (SO2)
- pengecoran biji logam yang mengandung belerang
- pembakaran bahan bakar fosil yang mengandung belerang
- gangguan pernafasan - asthma, bronchitis - kronis, emfisema paru - mata terganggu (berair) - menambah kematian
16. Nitrogen oksi- da NO.
- pembakaran dalam mesin- pembakaran strasioner - pabrik bahan peledak
- penyakit paru (emfisema) - penyakit pembuluh darah
jantung - radang ginjal kronis
17. Fluorida hidrogen
- pemanasan dengan suhu tinggi danbijih2, tanah liat dan flux yang mengandung fluorine berasal dari pabrik keramik, pabrik reduksi aluminium, pabrik suprafosfat
- merusak tanaman jeruk dan hasil pertanian lain; kerusakan pada gigi dan tulang ternak yang makanannya mendapat kontaminasi (pencemaran) itu
18. Nikel (Ni) - industri stainless - industri baja, anode plat - listrik - pembakaran minyak bumi,
batu bara - racun dalam makanan
(gandum) dan minuman (air buah)
- dermavitis (perusak kulit) - nikel karbonal menyebabkan
kanker paru dan hidung - pusing, sakit dada dan
muntah-muntah
19. Vinilchlorida (VC)
- pabrik PVC (palyvinil chlorida)
- plastik pembungkus makanan
- kaleng aerosol - kosmetika, parfum - wall paper - alat-alat dapur
- bisa menggugurkan kandungan
- janin abnormal - kanker hati
574
No. Bahan pencemar Sumber Jenis gangguan
yang ditimbulkan 20. Policromi-
natphenyl - campuran termoplastik - plastik pada mesin tik,
mesin hitung, alat baca mikro film, radio, alat TV,
- termostat - alami (batu, tanah, sinar
kosmos) - pengetesan senjata nuklir
- reproduksi terganggu - kerusakan fungsi hati - gangguan fungsi syaraf - teratogenic agent - leukemia - kanker tulang - gangguan pada genetika
21. Strontium-90 dan lain-lain
- pusat tenaga nuklir - tambang uranium
22. Warangan (arsenoas)
- bahan pestisida - bahan herbisida - industri cat, - galas dan keramik - pengawet kayu - pembakaran batu - bara - pengecoran Pb
- peradangan pada usus - detak jantung tak teratur - kelemahan otot - kehilangan nafsu makan - susah buang air besar - Karcinogenik - Peradangan hidung dan
selaput lendir 23. Asbes - tambang/pabrik ashes
- bahan penolak kebakaran- gedung/bangunan yang
mengandung asbes
- asbestosis - karcinogenik, terutama
menyerang paru dan usus
24. Barium (Ba) - dicampur dengan bahan bakar di sel
- barium sulfat tak beracun
- baritosis - gangguan jantung dan
hipertensi - gangguan ginjal
25. Berilium - industri perunggu - industri pembuatan lampu
neon
- berilosis - peradangan seluruh sistern
pernafasan - lemah badan - berat badan berkurang
26. Hidrokarbon berchlori - DDT - Hexachlorida - Dieldrin - Aldrin - Endrin - Chlordan - dll.
Bahan racun jenis: - DDt - Hexachlorida - Dieldrin - Aldrin - Endrin - Chioridan
- keracunan, dengan gejala pening, nafsu makan berkurang, fungsi hati terganggu, hiperaktivitas
- bahan karcinogenik - perubahan genetika
27. Organofosfat - paratnion
Bahan racun jenis: - malathion - diazinon
- gejala keracunan: pening, muntah, kram perut, kejang-kejang, dan mati. Jika tak fatal,
575
No. Bahan pencemar Sumber Jenis gangguan
yang ditimbulkan - atrazin - simazin
dapat mengganggu fungsi hati, gangguan syaraf, kelainan waktu lahir.
28. Carbamat - baygon - carbaryl dll.
- gejala keracunan padaumumnya sama dengan organo fosfat.
29. Herbisida (pemusnah daunan)
- pemusnah rumput - turunan urea
- sebagai bahan karcinogenik
30. Fungisida - captan phatalimida - bahan karcinogenik - bahan teratogenik - bahan mutagenik (efek seperti
thalidomid) 31. Cadmium - industri plat
- listrik - baterai nikel - cadmium - pewarna plastik - pewarna cat - pipa galvanisasi - racun dalam makanan
kaleng
- melalui saluran dan pencernaan makanan
- lelah, gugup, mulut kering - pancaindera terganggu - radang tenggorokan - emphisema - cirhosis hepatitis - air kencing keruh - hipertensi
32. Chlorine (C.)
- pemrosesan chlotine dalam pabrik kertas
- edema paru-paru - bronchitis
33. Chromium (CT)
- industri stainless steel - penyamakan kulit - industri film - pembakaran batu-bara
dan sampah
- kanker saluran pernaasan - infeksi kulit (dermatitis)
34. Fluorida - pabrik pupuk fosfat - pembakaran batu bara - pabrik logam, aluminium,
baja, galas, ubin
- kekurangan fluor: caries gigi
- kelebihan fluor: - akumulasi protein pada otot,
tulang, resobsi tulang - kelahiran mongoloid
35. Air raksa - industri pemakai air raksa
- penggunaan pestisida air raksa "
- industri kertas - ikan dengan keracunan air
raksa dimakan manusia
- keracunan metil Hg: kelainan syaraf
- kesulitan menelan, - buta, tuli, lumpuh - kelainan fungsi ginjal - cacat lahir - membawa kematian
576
No. Bahan pencemar Sumber Jenis gangguan
yang ditimbulkan 36. Oksidan-
oksidan - reaksi fotokimia di
atmosfer oksida nitrogen, gas organik, uap-uap dan radiasi rnatahari
- gangguan sensorik dan pernafasan serta kesehatan lain
- pengurangan ketajaman penglihatan karena aerosol fotokimia
37. Monoksida karbon
- kendaraan yang memakai bahan bakar minyak,
- pembakaran minyak, proses industri
- penurunan dari daya tampung darah untuk oksigen
38. Hidrokarbon total berbentukgas
- pembakaran minyak, proses
- industri, penguapan hidrokarbon
- penurunan penglihatan, gangguan sensorik, gangguan kerusakan pabrik
39. Oksida nitrogen - pembakaran minyak, proses industri
- penurunan penglihatan, gangguan sensorik, gangguan k&sehatan lain
40. Aldehid alipatik total, formaldehida dan ecrolein fluorine
- pembakaran minyak, pembakaran limbah, reaksi fotokimia di atmosfer
- gangguan sensorik, pengurangan penglihatan, gangguan kesehatan lainnya
41 Bahan-bahan partikel
- pembakaran mesin, proses industri, proses alami
- pengurangan penglihatan, pengotoran permukaan
42 Sulfida - coke, destilasi ter, penyulingan minyak dan gas alam, pembuatan
- viscoserayon dan proses kimia tertentu
- gangguan bau dan dapat menyebabkan kematian dalam dosis yang tinggi
7.5.1. Pengolahan Limbah Industri
Bagi pengusaha yang belum sadar terhadap akibat buangan mencemarkan lingkungan, tidak punya program pengendalian dan pencegahan pencemaran. Oleh sebab itu bahan buangan yang keluar dari pabrik langsung dibuang ke alam bebas. Kalau limbah cair langsung mempergunakan sungai atau parit sebagai sarana pembuangan limbah. Kalau limbah padat memanfaatkan tanah kosong sebagai tempat pembuangan. Kalau limbah gas/asap cerobong dianggap sarana yang baik pembuangan limbah.
577
Limbah membutuhkan pengolahan bila ternyata mengandung senyawa pencemaran yangberakibat menciptakan kerusakan terhadap lingkungan atau paling tidak potensial menciptakan pencemaran. Suatu perkiraan harus dibuat lebih dahulu dengan jalan mengidentifikasi: sumber pencemaran, kegunaan jenis bahan, sistem pengolahan, banyaknya buangan dan jenisnya, kegunaan bahan beracun dan berbahaya yang terdapat dalam pabrik.
Dengan adanya perkiraan tersebut maka program pengendalian dan penanggulangan pencemaran perlu dibuat. Sebab limbah tersebut baik dalam jumlah besar atau sedikit dalam jangka panjang atau jangka pendek akan membuat perubahan terhadap lingkungan, maka diperlukan pengolahan agar limbah yang dihasilkan tidak sampai mengganggu struktur lingkungan. Namun demikian tidak selamanya harus diolah sebelum dibuang ke lingkungan. Ada limbah yang langsung dapat dibuang tanpa pengolahan, ada limbah yang setelah diolah dimanfaatkan kembali. Dimaksudkan tanpa pengolahan adalah limbah yang begitu keluar dari pabrik langsung diambil dan dibuang. Ada beberapa jenis limbah yang perlu diolah dahulu sebab mengandung pollutant yang dapat mengganggu kelestarian lingkungan Limbah diolah dengan tujuan untuk mengambil barang-barang berbahaya di dalamnya dan atau mengurangi/ menghilangkan senyawa-senyawa kimia atau nonkimia yang berbahaya dan beracun. Mekanisme pengolahan limbah dapat dilihat pada bagan 7.22.
578
Gambar 7.22. Mekanisme Pengolahan Limbah
Bahan baku Sumber Daya Lingkungan
Industri
Limbah
Produk
Beracun & Berbahaya
Konsumen
Pengolahan
Daur ulang Pembuangan
Produk
Konsumen Limbah
Limbah
Pengolahan
Pembuangan Memenuhi Syarat
579
Pengolahan limbah berkaitan dengan sistem pabrik. Ada pabrik yang telah mempergunakan peralatan dengan kadar buangan rendah sehingga buangan yang dihasilkannya tidak lagi perlu mengalami pengolahan. Bagi pabrik seperti ini memang telah dirancang dari awal pembangunan. Buangan dari pabrik berbeda satu dengan yang lain. Perbedaan ini menyangkut pula dengan perbedaan bahan baku, perbedaan proses. Suatu pabrik sama-sama mengeluarkan limbah air namun terdapat senyawa kimia yang berbeda pula.
Karena banyaknya variasi pencemar antara satu pabrik dengan pabrik lain maka banyak pula sistem pengolahan. Demikian banyak macam parameter pencemar dalam suatu buangan, akibatnya membutuhkan berbagai tingkatan proses pula. Limbah memerlukan penanganan awal. Kemudian pengolahan berikutnya. Pengolahan pendahuluan akan turut menentukan pengolahan kedua, ketiga dan seterusnya.
Kekeliruan penetapan pengolahan pendahuluan akan turut mempengaruhi pengolahan berikutnya. Di dalam penetapan pilihan metode keadaan limbah sudah seharusnya diketahui sebelumnya. Parameter limbah yang mempunyai peluang untuk mencemarkan lingkungan harus ditetapkan. Misalnya terdapat senyawa fenol dalam air sebesar 2 mg/liter, phosphat 30 mg/liter dan seterusnya.
Dengan mengetahui jenis-jenis parameter di dalam limbah maka dapat ditetapkan metode pengolahan dan pilihan jenis peralatan. Sekali sudah ditetapkan inetode dan jenis peralatan maka langkah berikutnya adalah sampai tingkat mana diinginkan menghilangkan/ pengurangan senyawa pencemarnya. Berapa persenkah kita inginkan pengurangan dan sampai di mana efisiensi peralatan harus dicapai pada tingkat maksimum.
Penetapan efisiensi peralatan, dan standar buangan yang diinginkan akan mempengaruhi ketelitian alat, volume air limbah, sistem pemipaan, pemasangan pipa, pilihan bahan kimia dan lain-lain.
Dalam mendesain peralatan, variabel tadi harus dapat dihitung secara tepat. Belum ada suatu jaminan hahwa satu unit peralatan dapat mengendalikan limbah sesuai dengan yang dikehendaki. Sebab di dalam satu unit peralatan terdiri dari berbagai macam kegiatan mulai dari kegiatan pendahuluan sampai kegiatan akhir.
580
Walaupun terdiri dari berbagai kegiatan namun tidak semua jeniskegiatan dipraktekkan, mungkin dengan kombinasi dari beberapa kegiatan saja limbah sudah bebas polusi.
Adapun jenis kegiatan dalam pengolahan air limbah dapat diuraikan dalam tabel 7.10.
Tabel 7.10 Jenis kegiatan dan tujuannya
No. Jenis kegiatan Peralatan Tujuan pengolahan
1. Penyaringan Barscreen dan Macks kasar
Untuk menyaring bahan kasar dan padat
2. Menangkap pasir Grit chamber Menghilangkan pasir dan }coral
3. Menangkap lemak dan buih
Skimmer & Greasetrap
Memisahkan bahan-bahan terapung
4. Perataan air Tangki ekualisasi Meratakan konsentrasi 5. Nctralisasi Bahan kimia Menetralkan air 6. Pengendapan Tangki pengendap Mengendapkan lumpur
dengan bahan kimia 7. Pengapungan. Tangki Pengapung Menghilangkan senyawa
terlarut dengan bantuan udara
8. Lumpur aktif Bak (kolam) Menghilangkan larutan organik biologis
9. Trickling filter Saringan Menghilangkan larutan organik biologis
10. Acrasi Tangki dan Scompresor Menghilangkan larutan organik
11. Karbon aktif Saringan dengan karbon aktif
Menghilangkan senyawa organik yang tidak dapat berurai
12. Pengendapan ki- min
Tangki pengendap dan bahan kimia
Mengendapkan bahan kimia
13. Nitrifikasi Menara Menghilangkan nitrat dan nitrit
14. Chlorinasi Bahan kimia Menghancurkan bakteri pathogen
Pengolahan limbah sexing harus menggunakan kombinasi dari berbagai metode, terutama limbah berat yang banyak mengandung jenis parameter/Jarang perusahaan mempergunakan satu proses dan hasilnya baik. Pilihan peralatan berkaitap dengan biaya, pemeliharaan, tenaga ahli dan kualitas lingkungan. Untuk beberapa jenis pencemar telah ditetapkan
581
metode treatment-nya. Pilihan ini didasarkan atas beberapa referensi dan pengalaman yang telah dicoba berulang kali sampai diperoleh hasil maksimum.
Di bawah ini disajikan jenis pencemar dengan metodenya.
Tabel 7.11. Beberapa parameter pencemar dan pilihan peralatan pengolahan
No. Parameter pencemar Pilihan metode peralatan 1. Suspensi solid Sedimentasi, clarification,
floatation, coagulation, flocculation, filtration, microscreening.
2. Minyak dan lemak Crauityseparation, skimming dissolved air flotation, autsorbtion filtration.
3. Bahan-bahan anorganik Aeration & sedimentation, coagulation & sedimentation, ion exchange, softening dan filtration.
4. Cuper (tembaga) Coagulation & precipitation, ion exchange. 5. Chromium Reduction dan precipitation, ion exchange,
electro chemical. 6. Phosphor Chemical precipitation, ion exchange, chemical
precipitation. 7. S e n g Chemical precipitation, ion exchange, chcmi
cal preciplalion. 8. Total dissolved solid Reverse osmosis, ion exchange, evaporation,
electrodalysis distalation. 9. Sludge Flotation, thickening, evaporation coagulation
& flocculation, centrifugation, land fill, anaerobic, incineration, kolam atabilisasi.
10. Keasaman dan Kebasan Netralisasi
Air limbah mungkin terdiri dari satu atau lebih parameter pencemar melampaui nilai yang ditetapkan. Kemungkinan di dalamnya terdapat minyak dan lemak, bahan anorganik seperti besi, aluminium, nikel, plumbum, barium, fenol dan lain-lain sehingga perlu kombinasi dari beberapa alat. Untuk menurunkan BOD dan COD dapat dilakukan dengan metode aerasi dan ternyata metode ini juga cukup baik untuk melakukan pengeridapan suspensi solid.
Ada beberapa proses yang dilalui air limbah agar limbah ini benar-benar bebas dari unsur pencemaran. Tingkatan proses dimaksudkan
582
adalah sesuai dengan tingkatan berat ringannya. Pada mulanya air limbah harut dibebaskan dari benda terapung atau padatan melayang. Untuk itu diperlukan treatment pendahuluan. Pengolahan selanjutnya adalah mengendapkan partikel-partikel halus kemudian lagi menetralisasinya. Demikian tingkatan ini dilaksanakan sampai seluruh parameter pencemar dalam air buangan dapat dihilangkan.
7.5.2. Pengolahan Limbah Cair
Pada bab ini akan dibahas aspek perencanaan dan perhitungan dari beberapa teknologi pengolahan limbah secara sederhana yang ditujukan bagi para praktisi yang ingin mengetahui lebih mendalam masalah teknologi pengolahan limbah, rumus-rumus yang dipakai dalam buku ini telah disederhanakan dan banyak menggunakan pengalaman emoiric dari para ahli yang telah menggeluti dan banyak melakukan percobaan dari teknologi tersebut.
Gambar 7.23. Pinsip dasar usaha kegiatan yang berwawasan lingkungan
Dalam perencanaan terdapat berbagai ragam istilah yang lazim digunakan dalam menentukan ukuran/dimensi atau tingkat beban dari limbah yang akan ciproses. Pengertian dasar dari berbagai ragam
PROSES
PERATURAN PER-UU-AN, PERSY, IZIN
PERUSH. (TERCIPTANYA
IKLIM SEJUK
PRODUK USAHA/ INDUSTRI
PENGELOLAAN
LINGK. AMAN
LIMBAH
MASY. AMAN
583
istilah tsb adalah sbb: a) Hydraulic Load : Artinya adalah jumlah volume limbah yang
perlu diolah dalam sehari, biasanya dalam bentuk m3/hari. Misalnya hydraulic load limbah dari suatu asrama adalah 40 m3/hari, maka artinya volume limbah yang dihasilkan dari penghuni dan kegiatan asrama tersebut setiap harinya adalah 40 m3.
b) Flow time : Artinya berapa lama seluruh volume limbah tersebut mengalir karena pada kenyataannya aktivitas manusia yang menghasilkan limbah tidak konstant sehari penuh. Misalnya flow time dari asrama tersebut diatas adalah 14 jam. Artinya limbah mengalir hanya dalam periode 14 jam (mis dari jam 6.00 s/d jam 20.00) dan seterusnya selama 10 jam aliran berhenti.
c) Flow rate : Artinya adalah volume aliran limbah per jam. Misalnya untuk kasus diatas maka Peak flow adalah 40 m3/14 jam = 2.86 m3/jam.
d) Peak Flow : Aca waktu waktu tertentu dimana aliran limbah lebih banyak dibanding waktu lainnya, misalnya kegiatan pada pagi hari dimana seluruh penghuni asrama pada mandi, cuci pakaian, dlsb. Tetapi sebaliknya juga ada waktu tertentu dimana aliran limbah hanya sedikit, sehingga biasanya untuk basis perhitungan diambil secara rata rata (Flow Rate)
e) Organic Load : Istilah yang mencerminkan jumlah beban organik yang ada didalam limbah yang akan diolah dan ini ditunjukkan oleh kandungan BOD dan COD. Ada beberapa satuan yang lazim dipakai ialah mg/Itr, kg/m3, kg,'hari, dlsb. Lepas dari apa satuan yang dipakai tetapi pada intinya sama saja. Misalnya limbah asrama tersabut diatas mempunyai BOD = 300 mg/Itr dan COD = 400
584
mg/Itr. Maka bisa juga disebut bahwa : BOD load limbah asrama = 12 kg/hari COD load limbah asrama = 16 kg/hari
f) Hydraulic Retention Time atau Detention time : Sering juga disingkat dengan istilah HRT yang artinya adalah berapa lama limbah akan menginap didalam sistem pengolahan. Lebih lama limbah menginap maka proses pengolahan lebih baik tetapi konstruksi menjadi besar. Sebaliknya bile terlampau cepat maka praktis hanya lewat saja hingga tidak terjadi proses pengolahan.
g) Ratio SS/COD terendap : Sering juga disebut sebagai settleable SS/COD ratio. SS (suspended solid) adalah jumlah banan padat yang melayang dalam air (mg/Itr). Sebagian dapat diendapkan dan jumlah yang mudah terendapkan dibanding dengan kandungan COD, disebut sebagai ratio SS/COD terendap. Untuk limbah domestik ratio ini biasanya berkisar antara 0.35 s/d 0.45.
h) Desludging interval : Artinya jangka waktu yang kita inginkan untuk menguras lumpur dalam sistem pengolahan limbah (misalnya sekali setahun, sekali tiap lima tahun, dlsb). Perlu diketahui bahwa sistem pengolahan limbah selalu menghasilkan lumpur. Banyak sedikitnya lumpur ini tergantung dari sistem/ teknologi yang dipakai. Lumpur tersebut secara periodik perlu dikuras dan bila kita inginkan interval yang lama (misalnya sekali dalam waktu lima tahun) maka konstruksi yang dibutuhkan menjadi besar. Sebaliknya bila intervalnya singkat (misalnya sekali tiap bulan) maka konstruksi bisa lebih kecil. Tetapi bila terlampau sering menguras jelas akan sangat merepotkan.
i) Strength : Arti harafiahnya adalah kekuatan tetapi dalam urusan limbah artinya adalah tingkat pencemaran-nya (yang ditunjukkan dengan COD atau BOD). Jadi
585
limbah dengan high strength artinya kadar BOD/COD nya tinggi. Sedangkan limbah low strength artinya kadar BOD/COD nya rendah.
Sebelum melangkah pada pemilihan teknologi, kita harus mengetahui dan menentukan beberapa hal pokok seperti :
• Asal / sumber limbah cair • Volume limbah yang akan diolah • Bahan pencemar yang terkandung dalam limbah • Kandungan apa saja yang akan dihilangkan • Effluentnya akan dibuang kemana • Regulasi yang berlaku • Aspirasi non teknis yang terkait dengan perencanaan dan
pemilihan sistim. Semua data tersebut berkaitan erat untuk perencanaan dan pemilihan sistim pengolahan yang akan dipakai.
Type of
Treatment Aerobic Treatment Anaerobic Treatment
Suspended Biomass
Activated Sludge Modified Activated
Sludge xtended, Carousscl)
• Aerated Lagoon • Oxydation Ponds
Septic Tank Imhoff Tank Anaerobic Lagoon Uplift Anaerobic Sludge Blanket (UASB)
Anaerobic contact. Baffled Septic Tank
Oxydation Ditch, Facultative Pond, Jokasso, SBR
Attached Biomass
Trickling Filter Rotating Biological
Contactor (RBC) Contact Aeration
Anaerobic Filter
A. PRETREATMENT
a. Screen / Saringan
Saringan biasanya dipasang pada awal pemasukan pada unit pengolahan limbah cair, gunanya untuk menyaring sampah padat yang terikut dalam aliran air limbah. Bentuk dan fungsinya sangat beragam tergantung dari padatan yang akan disaring. Type screen dibedakan dari
586
cara pembersihannya, ada yang pembersihannya dengan manual dan ada yang secara mekanik dengan motor listrik.
Gambar 7.24. Pengolahan Pretreatment
Type screen yang umum dijumpai adalah : Grease Trap & Grit Chamber (Perangkap Lemak Dan Penangkap Padatan)
Pemisahan grit pada instalasi pengolahan limbah cair adalah untuk menjaga/melindungi pompa dan peralatan mekanik lainnya dari kerusakan karena tergerus oleh padatan inorganik (grit) seperti pasir, kerikil, lumpur, pecahan kaca, logam, dlsb. Selain merusak peralatan mekanik, padatan inorganik yang tidak dapat diuraikan oleh bakteri/ microorganisme akan membentuk endapan yang akan membebani settling tank, unit aerasi dan digester, dimana pada unit tersebut memerlukan pengurasan berkala. Bangunan untuk memisahankan grit dari bahan organik lainnya disebut sebagai Grit chamber, dimana sistim pemisahan grit nya adalah dengan mengatur kecepatan aliran/velocity nya atau dengan aerasi, teknik baru yang lebih efisien adalah dengan sistim hydrocyclone. Bahan padat yang dapat terurai (biodegreable) seperti kotoran manusia tidak boleh mengendap disini. Karena itu retention time pada grit chamber relatif singkat hanya berkisar antara 3 ski 5
587
menit. Lemak pada limbah cair terdiri dari bermacam bentuk material antara lain lemak, malam/lilin, fatic-acid, sabun, mineral-oil dan material non-volatil lainnya. Lemak sebetulnya bisa diuraikan oleh bakteri/microorganisme, tetapi karena lemak ini mudah mengapung dan dipisahkan dari air limbah, maka dengan menangkap/menghilangkan lemak sebelum masuk pada unit pengolahan, akan mengurangi beban/load organik yang ada, sehingga berdampak pada desain dan besaran konstruksi. Bangunan penangkap lemak sering juga disebut sebaga; Grease Trap, Prinsip dari konstruksi ini adalah bahan yang ringan (minyak, lemak, dst) akan mengapung jika kondisi airnya tenang, sehingga biasanya konstruksi grease trap adalah bak dengan sekat sekat untuk menghilangkan turbulensi. Melihat dari kedua sifat yang ada tersebut yaitu bahan yang ringan (minyak, lemak, dlsb.) akan mengapung, sedangkan bahan yang berat (pasir, kerikil, pecahan kaca, logam, dlsb.) akan mengendap, maka akan lebih menghemat jika hisa menggabungkan konstruksi Grit Chamber dan Grease Trap dalam satu konstruksi. Untuk menghindari agar bahan yang biodegreable tidak mengendap disini dianjurkan agar dasar dari konstruksi ini dibuat tirus hingga kecepatan aliran pada bagian bawah lebih besar. Hal penting yang perlu dilakukan adalah pembersihan dari lemak dan bahan padat lainnya secara periodik, dengan kata lain sungguhpun konstruksi penangkap lemak. dan bahan padat telah dibuat, tetapi bila tidak dilakukan pembersihan secara periodik maka manfaatnya sama sekali tidak ada. Periode pembersihan ini sangat tergantung pada jumlah bahan padat dan lemak yang terikut. Tetapi rata rata sekali tiap minggu sampai maksimum sekali tiap bulan merupakan praktek yang lazim.
Contoh sketsa konstruksi gabungan Grit chamber dan Grease trap dapat dilihat pada gambar berikut ini:
588
Gambar 7.25. Grit chamber
Ukuran diatas hanya bersifat illustratif. Ukuran sebenarnya perlu dihitung dan disesuaikan dengan jumlah aliran limbah yang akan ditangani.
Gambar 7.26. Grit chamber dan Grease trap Contoh soal : Diketahui : Limbah dari asrama Perawat RS berjumlah 40 m3 per hari. Limbah tersebut dari WC penghuni asrama tersebut dan juga berbagai kegiatan yang dilakukan seperti dapur dan cusian Total produksi limbah per hari 40 m3, waktu produksi limbah rata rata 8 jam dalam satu hari Direncanakan untuk membangun suatu grease trap dan grit chamber sebelum limbah tersebut masuk ke unit pengoiahan. Berapa kira kira volume dari konstruksi tersebut ??
589
Perhitungan : Flow rate adalah = 40 m3 / 8 jam = 5 m3/jam = 500J liter / 60 menit = 83.33 liter / menit Retention time dalam konstruksi diambil 3 menit Maka volume konstruksi yang dibutuhkan = 83.33 It/menit x 3 menit = 250 liter atau 0.25 m3. Dimensi kita tentukan dulu lebarnya, misal dasar trapesium 20 cm an, lebar = 60 cm, dan panjang nya 2x lebar = 120 cm. Karena kemiringan 60° maka tinggi trapesium = 34,64 cm bulatkan jadi 35 cm.
Volume trapesium (A) = 3168.02.1)35.02
2.06.0( mxx =+
Volume chamber = Vol (A) + vol (B) Vol (B) = 0.25 m3 – 0.168 m3 (0.6 x 1.2 x T) = 0.082 m3 TB (tinggi B) = 0.114 m = 11.4 cm (+Freeboard ±20cm) = 30 cm Tinggi total (A) + (B) = 35 + 30 = 65 cm
590
b. Equalisasi
Equalisasi bukan merupakan suatu proses pengoiahan tetapi merupakan suatu cara / teknik untuk meningkatkan efektivitas dari proses pengolahan selanjutnya. Keluaran dari bak equalisasi adalah adalah parameter operasional bagi unit pengolahan sellanjutnya seperti flow, level/derajat kandungan polutant, temperatur, padatan, dsb.
Gambar 7.27. Bak equalisasi
Kegunaan dari equalisasi adalah : - Membagi dan meratakan volume pasokan (influent) untuk masuk
pada proses treatment. - Meratakan variabel & fluktuasi dari beban organik untuk
menghindari shock loading pada sistem pengolahan biologi - Meratakan pH untuk meminimalkan kebutuhan chemical pada
proses netralisasi. - Meratakan kandungan padatan (SS, koloidal, dlsb) untuk
meminimalkan kebutuhan chemical pada proses koagulasi dan flokulasi.
591
Sehingga dilihat dari fungsinya tersebut, unit bak equalisasi sebaiknya dilengkapi dengan mixer, atau secara sederhana konstruksi/peletakan dari pipa inlet dan outlet diatur sedemikian rupa sehingga menimbulkan efek turbulensi!mixing. Idealnya pengeluaran (discharge) dari equalisasi dijaga konstan selama periode 24 jam, biasanya dengan cara pemompaan maupun cara cara lain yang memungkinkan. Menghitung volume bak equalisasi. Untuk menentukan kebutuhan volume bagi bak equalisasi, perlu diketahui dahulu flow patern dari discharge limbah yang ada, seperti kita ketahui sangatlah jarang dan langka discharge limbah yang konstan dari waktu ke waktu, karena jika discharge dan bebannya sudah konstar maka tidaklah perlu dibuat bak equalisasi. Untuk mendapatkan data flow patern perlu dilakukan pengukuran debit limbah secara periodik (misalnya setiap 30 menit atau setiap jam) dalam kurun waktu tertentu, tergantung pada proses yang ada ( 24 jam, 1 minggu, 1 bulan. dlsb.) artinya adalah : ada siklus proses yang selesai dalam 1 hari dan diulang ulang lagi proses tersebut pada hari berikutnya, untuk kasus tersebut pengukuran debit limbah cukup dilakukan selama 24 jam, tetapi ada kasus lain dimana siklus prosesing memakan waktu sampai beberapa hari, artinya proses hari ini berbeda dengan proses esok harinya dan berbeda juga pada hari lusanya dar, seterusnya, sehingga pada kasus ini perlu diamati terus minimal selama 1 siklus.
Contoh soal. Dari pengukuran debit limbah yang dilakukan siswa SMK Kimia di pabrik kulit Mandala, didapat data seperti tertulis pada tabel dibawah ini, desainlah suatu bak equalisasi dimana limbah dari bak terseaut akan dialiran ke unit pengolahan biologi selanjutnya secara konstan (dipompa) dalam 24 jam.
592
Jam pengukuran
Pengukuran (Lt/menit)
m3 Akumulasi Σ (m3)
08.00 50 3 37,72 09.00 40 2,4 5,4 10.00 62 3,75 9,12 11.00 310 18,6 2,72 12.00 270 16,2 43,92 13.00 140 8,4 52,32 14.00 90 5,4 57,72 15.00 110 6,6 64,32 16.00 80 4,8 69,12 17.00 150 9 78,12 18.00 230 3,8 91,92 19.00 305 18,3 110,22 20.00 30 22,8 133,02 21.00 200 12 145,02 22.00 80 4,8 149,82 23.00 60 3,6 153,42 24.00 70 4,2 157,62 01.00 55 3,3 160,92 02.00 40 2,4 163,32 03.00 70 4,2 167,52 04.00 75 4,5 172,02 05.00 45 2,7 174,72 06.00 55 3,3 178,02 07.00 35 2,1 180,12
180,12 Vol. limbah per hari = 180,12 m3 Dibagi / dikeluarkan secara kontinyu dalam waktu 24 jam, Debit pengeluaran (pompa) = 180,12 : 24 = 7.5 m3/jam
593
Flow patern
Jam
Volume bak equalisasi = V1 + V2 = 4 0 m 3 + 1 3 r 1 3 = 53 m3 untuk keamanan tambah 10 % 53 m3 x 1,1 = 58.3 m3 Bentuk bak bisa dibuat persegi, bulat maupun oval dengan konstruksi pasangan batu atau beton bertulang. Misal bak berbentuk persegi dengan
Panjang = 5 m Lebar = 4,5 m Dalam = 2,6 m Maka, volume = 5 x 4,5 x 2,6 = 58,5 m3 (siip)
Untuk kedalaman ditambah free-board 30 cm, sehingga total kedalaman konstruksi bak menjadi 2,9 m
Gambar Sketsa dari perhitungan di atas dapat dilihat pada:
594
c. Netralisasi
Sebagian besar limbah cair dari industri mengandung bahan bahan yang bersifat asam (Acidic) ataupun Basa (alkaline) yang perlu dinetralkan sebelum dibuang kebadan air maupun sebelum limbah masuk pada proses pengolahan, baik pengolahan secara biologic maupun secara kimiawi, proses netralisasi tersebut bisa dilakukan sebelum atau sesudah proses equalisasi. Untuk mengoptimalkan pertumbuhan microorganisme pada pengolahan secara biologi, pH perlu dijaga pada kondisi antara pH 6,5 - 8,5, karena sebagian besar microb aktif atau hidup pada kondisi pH tersebut. Proses koagulasi dan flokulasi juga akan lebih efisien dan efektif jika dilakukan pada kondisi pH netral.
Gambar 7.28. Bak netralisasi
595
Netralisasi adalah penambahan Basa (alkali) pada limbah yang bersifat asam (pH < 7), atau penambahan Asam (acid) pada limbah yang bersifat Basa (pH>7). Pemilihan bahan/reagen untuk proses netralisasi banyak ditentukan oleh harga/biaya dan praktis-nya, Bahan (reagen) yang biasa digunakan tersebut adalah :
Asam : - Sulfuric acid ( H2SO4 ) - Hydrochloric acid ( HCI ) - Carbon dioxide ( CCG2 ) - Sulfur dioxide - Nitric acid Basa : - Caustic soda (NaOH) Ammonia
- Soda Ash (Na2CO3) Limestone (CaCO3)
d. Sedimentasi / Pengendapan Sedimentasi adalah proses pemisahan padatan yang terkandung dalam limbah cair oleh gaya gravitasi, pada umumnya proses Sedimentasi dilakukan setelah proses Koagulasi dan Flokulasi dimana tujuannya adalah untuk memperbesar partikel padatan sehingga menjadi lebih berat dan dapat tenggelam dalam waktu lebih singkat. Sedimentasi bisa dilakukan pada awal maupun pada akhir dari unit sistim pengolahan. Jika kekeruhan dari influent tinggi, sebaiknya dilakukan proses sedimentasi awal (primary sedimentation) didahului dengan koagulasi dan flokulasi, dengan demikian akan mengurangi beban pada treatment berikutnya. Sedangkan secondary sedimentation yang terletak pada akhir treatment gunanya untuk memisahkan dan mengumpulkan lumpur dari proses sebelumnya (activated sludge, OD, dlsb) dimana lumpur yang terkumpul tersebut dipompakan keunit pengolahan lumpur tersendiri.
596
Gambar 7.29. Bak sedimentasi
Sedimen dari limbah cair mengandung bahan bahan organik yang akan mengalami proses dekomposisi, pada proses tersebut akan timbul formasi gas seperti carbon dioxida, methane, dlsb. Gas tersebut terperangkap dalam partikel lumpur dimana sevvaktu gas naik keatas akan mengangkat pule partikel lumpur tersebut, proses ini selain menimbulkan efek turbulensi juga akan merusak sedimen yang telah terbentuk. Pada Septic-tank, Imhoff-tank dan Baffle-reactor, konstruksinya didesain sedemikian rupa guna menghindari efek dari timbulnya gas supaya tidak mengaduk/ merusak partikel padatan yang sudah mapan (settle) didasar tangki, sedangkan pada UASB (Uplift Anaerobic Sludge Blanket) justru menggunakan efek dari proses tersebut untuk mengaduk aduk partikel lumpur supaya terjadi kondisi seimbang antara gaya berat dan gaya angkat pada partikel lumpur, sehingga partikel lumpur tersebut melayang-layang/mubal mubal. Setelah proses dekomposisi dan pelepasan gas, kondisi lumpur tersebut disebut sudah stabil dan akan menetap secara permanen
597
pada dasar tangki, sehingga sering juga proses sedimentasi dalam waktu yang cukup lama disebut dengan proses Stabilisasi. Akumulasi lumpur (Volume) dalam periode waktu tertentu (desludging-interval) merupakan parameter penting dalam perencanaan pengolahan limbah dengan proses sedimentasi dan stabilisasi lumpur.
Tangki Pengendapan / Settling Tank Settling tank disebut juga Clarifier ataupun sedimentation tank, desain dasar dari settling tank adalah untuk memisahan phase solid dan liquid dari limbah, bentuk sederhananya seperti hopper, bisa berbentuk persegi maupun berbentuk bulat dengan dasar dibuat miring (konus/tirus) guna memudahkan pengumpulan dan penyedotan lumpurnya.
Secara umum bentuk konstruksi settling tank adalah : 1. Static settling tank.
1.a Tanpa sludge scrapers (serok lumpur), sludge suction (sedot lumpur)
1.b Dengan scapers atau dengan sludge suction.
598
Gambar 7.30. Static settling tank.
2. Plate and Tube Settlers
Efisiensi pemisahan lumpur berkaitan langsung dengan kecepatan pengendapannya, dan tidak ada hubungannya dengan kedalaman tangki. Dari kenyataan ini bisa disimpulkan bahwa tangki sedimentasi harusnya dibuat sedangkal mungkin untuk menaikan efisiensi pemisahan.
Dari hal tersebut dikembangkanlah pengendapan dengan bentuk plat yang disusun berlapis lapis dengan jarak tertentu, ataupun bent,ik pipa yang disusun bertumpuk tumpuk. Dengan sistim ini waktu pengendapan dapat direduksi secara drastis.
599
Gambar 7.31. Plate and Tube Settlers
Weir (celah luapan air) Umumnya weir berbentuk V dengan sudut 90°, dengan tinggi (dalam) 50 mm dan jarak center antara 150 mm – 300 mm
Parameter utara dalam perhitungan sedimentasi adalah : 1. Detention time.
Gunanya untuk memberikan waktu yang cukup bagi solid partikel untuk turun dan mengendap, secara empiris HRT diambil: > 3 jam
2. Surface Loading. Hubungan antara volume limbah yang masuk dalam 1 hari (m3) (yang berisi sejumlah partikel padatan yang akan diendapkan), berbading dengan luas permukaan tangki. Secara empiris Surface Loading diambil : < 10 m3/m2.hari Dimensi tangki sedimentasi dipengaruhi berbagai faktor seperti besarnya instalasi, kondisi lapangan yang ada, perhitungan ekonomis, dlsb. Sebagai gambaran misal untuk flow rate yang kecil bisa dipakai settling tank sederhana (tanpa scrapers) sudut kemiringannya antara 45°
600
– 60°, pada flow rate besar / konstruksi besar akan sulit membuat sudut kemiringan sebesar itu (konst. jadi dalam banget), sehingga dipakailah mechanical scrapers, pada kasus ini kemiringan hanya berkisar 1% (pada bentuk persegi panjang) dan 8% (pada bentuk silinder).
Contoh soal . Diketahui : Volume limbah su,itu pabrLk = 50 per hari, sebeluni masuk pada unit pengolahan biclogis, padatan pada lmbah tersebut akan diendapkan teriebih dahulu pada tangki sedimentasi berbentuk bujur sangkar dengan dasar trapesium. Hitunglah dimensi tangki tersebut.
Perhitungan : Kita ambil detention time > 3 jam, dan surface loadingnya < 10 m3/ m2.hari.
Surface area (A) = Vol. Limbah per hari : Surface loading = 50 m3/hari : 10m3/m2. hari
A = 5m2 panjang sisi belah ketupat a = A = 5
= 2.23m dibulatkan => 2,2 m Volume tangki = Vol Limbah per jam x Detention time
= (50 m3/hari : 24 jam/hari) x 3 jam = 6.25 m3
601
Karena sudut kemiringan 45o, maka H2 = a / 2 = 1,1 m
Volume efektif = A x H1 + ................. 6.25 = (A.H1) + { 7/24 (A.H2)} 6.25 = (5. H1)+7/24 (5 x 1,1) 4,64 = 5 H1 H1 = 0,93 m = 93 cm ; Freeboard = 20 cm
Gambar : Weir Loading max = 30 m3 / m.hari Check weir loadng = Vol. Limbah masuk : pajang weir = 50 m3 / hari : (2.2 m – 0,3) x 4 = 6,7 m3 / m.hari < 30 (okee) B. Anaerob ic Treatment
1 . Sept ic Tank
Septic tank adalah teknik pengolahan limbah yang amat lazim digunakan didunia untuk pengolahan limbah setempat dan skala kecil. Pada intinya proses yang terjadi pada septic tank adalah sedimentasi (pengendapan) dan dilanjutkan dengan stabilisasi dari bahan bahan yang diendapkan tersebut lewat proses anaerobic. Keuntungan dari septic tank adalah murah, konstruksinya scderhana dan dengan operasi yang baik umur teknis nya amat panjang. Tetapi kelemahan dari septic tank adalah treatment efficiency yang relutif rendah (15% - 40% BOD) dan effluent yang dihasilkan masih berbau karena mengandung bahan yang belum terdekomposisi sempurna. Konstruksi Septic tank terdiri dari minimum 2 ruang (chamber) dan bisa juga Iebih. Pada ruang pertama (treatment chamber 1) berkisar 70% (2/3) dari total volume desain, karena sebagian besar dari lumpur/sludge don scum akan terjadi di ruang ini, dan ruang kedua 30% (1/3) total volume untuk menangkap partikel padatan yang lobs dari ruang pertama.
602
Gambar 7.32. Septic tank
Pada ruang pertama ini limbah cair yang masuk akan menjadi 3 bagian ialah:
Lumpur/sludge yang mengendap pada bagian bawah dan untuk seterusnya lumpur ini akan terurai lewat proses anaerobik.
Supernatant, ialah cairan yang telah terkurangi unsur padatannya dan untuk seterusnya akan mengalir menuju ke chamber 2
Scum (buih atau langit-langit) yang merupakan bahan yang lebih ringan dari air seperti minyak, lemak, dan bahan ikutan lain. Scum ini bertambah lama bertambah tebal. Karena itu perlu dihilangkan secara periodik (biasanya sekali dalam 1 tahun). Scum ini sebenarnya tidak mengganggu reaksi yang terjadi selama proses pengolahan, tetapi bila terlampau tebal akan memakan tempat hingga kapasitas treatment akan berkurang.
603
Sedangkan pada ruang kedua (dan berikutnya) yang terjadi adalah: Endapan lumpur/sludge, khususnya partikel yang tidak
terendapkan pada ruang pertama. Supernatant yang seterusnya menjadi effluent untuk dibuang ke
alam atau diresapkan kedalam tanah. Design kriteria dan Iangkah perencanaan untuk Septic tank. Untuk mempermudah pemahaman didalam merencanakan maka uraian design criteria dan langkah perencanaan diuraikan dalam bentuk contoh kasus. Kasus 1. Data:
Jumlah limbah yang dihasilkan dari suatu asrama adalah 13 m3/hari
Setelah dilakukan pengamatan ternyata limbah tersebut mengalir selama 12 jam, ialah dari jam 7.00 pagi sampai jam 19.00 malam.
Limbah tersebut merupakan campuran dari limbah WC, kantin, dan kegiatan lain di asrama tersebut. Sample limbah telah di test di laboratoriw-n dan hasilnya adalah: BOD = 340 mg/Itr dan COD = 630 mg/Itr
Hydraulic retention time (HRT) ditentukan sebesar 18 jam. Sedangkan pimpinan asrama menetapkan interval pengurasan
(desludging interval) adalah sekali setiap tahun atau sekali setiap 12 bulan.
Data lain yang sebenarnya harus diteliti adalah ratio SS/COD terendap (settleable SS/COD ratio). Ratio ini sangat diperigaruhi dari jenis limbah yang akan diolah. Untuk berbagai ragam limbah domestik telah dilakukan banyak uji coba empiris di negera berkembang dan ratio SS/COD terendap tersebut lazimnya herkisar antara 0.35 - 0.45. Karena itu gunakan saja pengalaman empiris tersebut. untuk kasus ini misalnya ditetapkan 0.42.
Output yang diharapkan untuk anda kerjakan: • Berapa volume dan dimensi dari Septic tank yang diperlukan
604
untuk menangani limbah dari asrama tersebut ? • Skets konstruksi dari septic tank tersebut ? • Perkiraan kwalitas dari effluent ? Perhitungan : Pengolahan limbah akan melibatkan proses fisika (misalnya pengendapan, settlement, pemisahan) dan juga proses biologis serta kimiawi yang amat komplex. Dalam hal ini faktor yang mempengaruhi proses tersebut amat banyak dan tidak dapat dihitung secaia eksak seperti perhitungan aljabar. Karena itu dianjurkari untuk menggunakan kaidah dan pengalaman empiris yang telah dikembangkan oleh ahli ahli yang berkecimpung dalam masalah ini dengan tetap peka terhadap faktor faktor lain yang sifatnya site spesifik.
Dari data diatas maka Flow rate = 13/12 = 1.08 m3/jam
Seperti telah disinggung diatas proses utama yang terjadi dalam sistem septic tank adalah pengendapan (settling).
Selama pengendapan ini terjadi pengurangan (removal) dari organic load.
Dengan HRT 18 jam, dari grafik empiris diatas didapatkan faktor pengali kira kira 0.5. Maka COD removal rate dihitung = 0.42 (ratio SS/COD) dibagi
angka 0.6 dan dikalikan faktor pengali tsb. (angka 0.6 adalah faktor yang didapat dari pengalaman)
= (0.42/0.6) x 0.5 = 0.35 atau 35% Maka kadar COD dari effluent = (1-0.35) x 630 = 409.5 mg/lt
Pengurangan BOD selama pengolahan limbah pada septic tank tidak linear dengan pengurangan COD. Untuk limbah domestik hubungan empiris dapat dilihat pada grafik ini
605
Dari grafik terlihat bahwa COD removal 35% maka diperoleh faktor = 1.06. Maka pengurangan BOD (BOD removal) = 1.06 x COD removal = 1.06x35% = 37.1% Karena itu perkiraan kadar BOD effluent = (100% - 37.1%) x 330 = 207.5 mg/Itr Berikutnya adalah langkah untuk perhitungan volume dan dimensi septic tank. Yang harus diingat disini adalah volume yang dibutuhkan untuk menampung limbah selama hydraulic retention time yang kita inginkan dan juga volume yang dibutuhkan untuk menampung lumpur yang terjadi. Misalnya Limbah yang masuk mempunyai kadar BOD sebesar A sedangkan yang keluar BOD nya sudah berkurang menjadi B. Selisih (A-B) inilah yang yang diendapkan dalam septic tank dan menjadi lumpur/sludge. Pertanyaannya adalah setiap kg BOD tsb menjadi lumpur berapa liter ? Pertanyaan berikutnya adalah apakah lumpur tsb bila disimpan cukup lama tidak termampatkan hingga volumenya berkurang ? Lumpur bila disimpan dalam waktu yang cukup lama akan termampatkan dan berkurang volumenya dan percobaan empiris untuk limbah domestik menghasilkan grafik dibawah ini:
606
Dari grafik diatas maka untuk desludging interval 12 bulan (sekali setahun) akan diperoleh faktor 83%. Sebagai patokan tanpa effek pemampatan karena penyimpanan, volume dar sludge yang terjadi dari 1 gram BOD adalah 0.005 liter. Istilahnya adalah Sludge Itr/gram DOD removal = 0.005 Tetapi dalam kasus ini akan terjadi pengurangan volume karena periode pengurasan (desludging interval) adalah 12 bulan. Karena itu = 83% x 0.005 = 0.0042 Itr/gr BOD rem Patokan untuk perhitungan Volume Septic tank adalah: Selama periode pengurasan (desludging interval) yang dicanangkan Total akumulasi endapan sludge/lumpur jangan sampai lebih dari 50% (separo) dari volume konstruksi. Bila tidak maka proses tidak akan bedalan seperti yang diharapkan dan malahan bisa terjadi berbagai masalah yang akan sangat merepotkan
Marilah ditinjau satu demi satu: Volume sludge yang akan terjadi adalah:
= 0.042 x (330 - 207.5)/1000 x 12 bin x 30 hr x 13 = 2.4 m3
607
Ingat volume sludge ini tidak terjadi sekaligus tetapi tumpukan selama 12 bulan sesuai dengan desludging interval yang kita inginkan.
Karena hydraulic retention time (HRT) yang ditetapkan adalah 18 jam dan flow rate nya ada lah 1.08 m3/jam, maka volume yang dibutuhkan untuk menginapkan limbah selama 18 jam tersebut adalah:
= 18 x 1.08 = 19.44 m3
Bayangkan pada setelah hampir satu tahun maka kapasitas yang dibutuhkan agar sistem tetap bekerja dengan baik adalah:
= 2.4 + 19.44 = 21.84 m3 ...... untuk mudahnya disebut A
Sesuai data diatas jumlah limbah setiap hari nya adalah 13 m3 Karena HRT ditetapkan 18 jam (padahal satu hari adalah 24 jam) maka untuk menginapkan selama 18 jam dibutuhkan volume sebesar:
= 13 x 18/24 = 9.75 m3
Diatas telah disebut bahwa total akumulasi lumpur dan limbah jangan sampai lebih dari separo konstruksi. Maka = 2 x 9.75 m3 = 19.5 m3 untuk mudahnya disebut B
Bila A < B cukup dipakai volume B untuk desain
Tetapi bila A > B dianjurkan memakai volume A untuk desain
Dalam kasus ini A > B, maka volume desain septic tank adalah 21.84 m3.
Bagian atas tembok kira kira harus 15 a 20 cm lebih tinggi dari muka air, atau volume keseluruhannya ditambah kira kira 10% Karena itu volume keseluruhan kira-kira 23.5 m3. Untuk kasus ini lahan tidak menjadi masalah dan lebar bagian dalam dari septic tank tersebut ditetapkan 2.5 meter. Sedangkan kadalaman minimum (moncong outlet) ditetapkan 2 meter. Berdasarkan hal tsb maka: Panjang bak pertama (chamber 1) = 3.1 mtr Skets dari septic tank yang anda desain menjadi sbb:
608
2 . Imhof f Tank Prinsip kerja dan proses yang terjadi pada Imhoff tank mirip dengan yang terjadi pada Septic tank, ialah pengendapan dan dilaniutkan dengan stabilisasi lewat proses anaerobik. Pada intinya Imhoff tank dikembangkan untuk menanggulangi berbagai masalah yang timbul pada septic tank. Misalnya effluent dari septic tank masih bau karena kemungkinan terjadinya kontak antara limbah yang baru masuk dengan sludge/ lumpur. Pada Imhoff tank hal tersebut dihindari dengan memisahkan limbah yang masuk dan endapan lumpur yang terjadi. Pemisahan tersebut dilakukan dengan membuat konstruksi tirus (funnel type) seperti pada sketsa dibawah.
609
Gambar 7.33. Imhof tank
Tetapi disamping kelebihan yang telah diuraikan diatas, kelemahan dari Imhoff tank adalah konstruksinya yang lebih rumit. Akibatnya untuk konstruksi yang kecil (kurang dari 4 m3 per hari) tidak dimungkinkan karena ruang pemisah akan menjadi kecil dan sulit untuk pembersihan. Seperli pada septic tank, didalam Imhoff tank akan terjadi lapisan sludge/lumpur di bagian bawah, scum di bagian atas dan supernatant. Efficiency nya juga hampir sama dan berkisar antara 25% - 50% COD removal.
Kriteria desain dan Iangkah perencanaan untuk Imhoff Tank Terdapat beberapa patokan yang perlu diperhatikan dalam desain Imhoff tank, diantaranya adalah:
610
• Chamber2 Etau kompartemen2 yang terletak dibagian atas (bagian yang tirus) harus di desain untuk minimum 2 jam HRT pada Peak Flow.
• Sedangkan hydraulic load nya harus kurang dari 1.5 m3/jam per m2 luas area permukaan dari chamber2.
Untuk mempemiudah pemahaman didalam merencanakan maka uraian design criteria dan langkah perencanaan diuraikan dalam bentuk contoh kasus.
Kasus 1. Data:
JICA akan membantu untuk membuat pusat pelatihan dan asrama bagi pendidikan non formal. Para siswa akan tinggal di dalam asrama dan disamping itu juga akan ada kantin dan unit pelatihan untuk teknologi makanan dimana para siswa akan diajarkan membuat keju dan fondu. Setelah dihitung jumlah limbah yang akan dihasilkan adalah 25 m3 per hari. Setelah dilakukan pengamatan ternyata limbah tersebut mengalir selama rata rata 12 jam, ialah dari jam 7.00 pagi sampai jam 19.00 malam. Disamping peralatan untuk proyek Langit Biru, kebetulan Swiss contact mempunyai peralatan testing untuk air limbah. Dari hasil testing ternyata limbah tersebut mempunyai BOD = 340 mg/ltr dan COD = 630 mg/Itr Seperti telah disinggung diatas Hydraulic retention time (HRT) pada chamber 1 atau flow tank minimum adalah 1.5 jam. Sedangkan pimpinan proyek menetapkan interval pengurasan (desludging interval) adalah sekali setiap tahun atau sekali setiap 12 bulan. Karena interval pengurasan yang lebih sering dianggap merepotkun. Data lain yang sebenarnya harus diteliti adalah ratio SS/COD terendap (settleable SS/COD ratio). Ratio ini sangat dipengaruhi dari jenis limbah yang akan diolah. Untuk berbagai ragam limbah domestik telah dilakukan banyak uji coba empiris di negera berkembang dan ratio SS/COD terendap tersebut lazimnya berkisar antara 0.35 – 0.45. Karena itu untuk kasus ini perencana menetapkan ratio sebesar 0.42
611
Informasi lain adalah sistem pengolahnn yang diminta harus Imhoff Tank, berhubung si pimpro bernama tuan Bierhoff. Jadi agar mirip namanya maka dia menetapkan harus pakai Imhoff tank. Output yang diharapkan untuk anda kerjakan: • Berapa volume dan dimensi dari Imhoff tank yang diperlukan
untuk menangani limbah dari pusat pelatihan tersebut ? • Skets konstruksi dari Imhoff talk tersebut ? • Perkiraan kwalitas dari effluent ? Perhitungan : • O Flow rate = 25/12
= 2.08 m3/jam • HRT path flow tank = 1.5 jam
Mungkin timbul pertanyaan mengapa HRT hanya 1.5 jam ? Pada sistem Imhoff tank tujuan dari chamber 1 dibagian atas (yang dikenal dengan sebutan flow tank) hanyalah sekedar sebagai sarana agar bahan padat (suspended solid) mengendap untuk kemudian terperosok kedalam chamber 2 dan seterusnya di stabilisasi kan lewat proses anaerobik. Untuk sekedar fungsi tersebut maka HRT tidak perlu lama. Lihat Graf 1 : Dengan HRT sebesar 1.5 jam maka akan diperoleh
faktor pengali sebesar 0.32 Formula untuk menghitung COD removal rate =
(Ratio SS/COD terendap/0.5) x faktor pengali (0.42/0.5) x 0.32 0.27 atau 27% (Perbedaan dengan septic tank adalah pada angka pembagi, pada septic tank = 0.6 sedang pada Imhoff tank = 0.5)
Maka kadar COD dari effluent = (1-0.27) x 630 = 460 mg/It
• Seperti pada septic tank maka penurunan BOD (BOD removal) tidak sama dengan penurunan COD. Lihat Graf 2 : Untuk COD removal kurang dari 50% diperoleh
faktor pengali sebesar 1.06. Maka BO[) removal rate = 1.06 x 27% = 28.62%
612
Dengan demikian kadar BOD dari effluent = (1-0.2862) x 330 = 235.5 mg/Itr
• Volume dari flow tank (atau chamber1) adalah Peak flow rate dari limbah dikalikan HRT pada flow tank :
= 2.08 m3/jam x 1.5 jam = 3.13 m3
Dari sini anda sudah bisa mulai mereka-reka model dan ukuran flow tank. Misalnya anda tetapkan lebar flow tank = 1.3 meter dan ukuran lain lihat Dada skets dibawah ini.
Berikutnya adalah menghitung volume chamber 2. Pada intinya chamber 2 tidak lain hanyalah bak untuk menyimpan bahan padat tersuspensi (suspended solid) yang mengendap. Pendek kata anggap saja sebagai gudang untuk menyimpan. Karena itu voiumenya tergantung pada volume barang yang akan disimpan dalam periode tertentu (selama periode desludging interval). Seperti pada septic tank percent pemampatan sludge bila disimpan dapat dilihat pada Graf 3. Untuk desludging interval 12 bulan diperoleh faktor 83%. Maka volume sludge (dim liter) dibanding BOD removal setiap gram nya adalah = 0.005 x 83%
0.0042 Jumlah sludge selama periode pengurasan (desludging interval) dengan demikian menjadi =12 x 30 x 25 x 0.0042x(330 – 235.5)/1000 = 3.6 m3 Selanjutnya anda perlu menetapkan lebar dari bak chamber 2 Dalam hal ini patokannya adalah sedemikian hingga lebih lebar dari flow tank dan agar orang masih bisa bekerja dengan mudah (khususnya pada waktu desludging seperti memasukkan alat penyedot, dlsb). Jarak (gab) agar memungkinkan pekerjaan desludging masih dapat dilakukan dengan praktis adalah minimum 55 cm. Jarak (gab) tersebut bisa berbeda antara bagian kiri dan kanan, karena pada kenyataannya hanya dibutuhkan satu sisi saja untuk pekerjaan desludging dan operational pada umumnya. Dengan kata lain penempatan flow tank tidak harus ditengah tengah. Beberapa kombinasi dapat dilihat pada skets dibawah:
613
Untuk kasus ini misalnya kita memilih model yang kedua; dan jarak antara dinding flow tank ke satu bagian kita berikan 0.55 meter dan yang lainnya hanya 0.25 meter. Maka total lebar (bag dalam) dari konstruksi Imhoff tank ini adalah:
= 0.55 + 1.3 + 0.25 + 2 x 0.07 (7 cm adalah tebal dinding flow tank)
= 2.24 meter. Sungguhpun jumlah sludge yang akan terbentuk selama setahun (dengan kondisi seperti sesuai dengan karakteristik limbah yang akan diolah hanyalah 3.6 m3), tetapi tidak mungkin anda membuat ukuran chamber 2 persis seperti volume tersebut. Karena timbunan sludge tersebut harue terletak dibawah sedemikian hingga tidak menutup moncong dari flow tank. Maka langkah berikutnya adalah memperkirakan tinggi dari timbunan sludge tersebut. Tinggi dari timbunan sludge = Volume sludge/luas
= 3.6/(2.24 x 2.83) = 0.57 meter
Dengan kata lain selama 12 bulan (interval desluiging) timbunan lumpur yang akan terjadi tebalnya adalah 0.57 meter. Ketinggian Imhoff tank (sampai posisi pipa outlet) menjadi :
= 0.57 meter (tinggi sludge) + 1.1 meter + 0.3 meter + 0.3 meter (freeboard)
= 2.27 meter Dengan demikian skets teknis dari rencana Imhoff Tank untuk pusat pelatihan tsb adalah sbb:
614
3 . Baf f le Sept ic Tank Seperti telah disinggung didepan, septic tank biasanya terdiri dari 2 bagian (chamber). Tetapi bila anda inginkan bisa juga dibuat menjadi lebih banyak chamber (misalnya 3, 4 atau 5 chamber). Tetapi sungguhpun dibuat menjadi banyak ruang, proses yang terjadi tetap sama ialah sekedar pengendapan (settling). Tetapi yang dimaksud dengan sistem septic tank susun (juga dikenal dengan sebutan baffled septic tank atau baffled reactor) bukan sekedar septic tank yang ditambah kotak chambemya. Karena proses yang terjadi dalam sistem septic tank susun adalah berbagai ragam kombinasi proses anaerobik hingga hasil akhirnya lebih baik. Pada intinya bentuk septic tank susun atau baffled reactor adalah sbb:
G a m b a r 7 . 3 3 . B a f f l e S e p t i c T a n k
615
Di ruang pertama proses yang terjadi ialah proses settling (sama seperti yang terjadi pada septic tank). Pada ruang berikutnya proses penguraian karena kontak antara limbah dengan akumulasi microorganism dengan pola fluidized bed (hampir mirip dengan proses yang terjadi pada UASB). Baffled reactor yang baik mempunyai minimum chamber sebanyak 4 buah. Variabel yang penting dan harus benar benar diperhatikan dalam design adalah waktu kontak yang ditunjukkan dengan kecepatan aliran keatas (uplift atau upstream velocity) didalam chamber 2-5. Bila terlampau cepat maka proses penguraian tidak terjadi dengan semestinya dan malahan konstruksi yang anda buat percuma saja. Kecepatan aliran uplift ini jarrgan lebih dari 2 m/jam. Untuk HRT tertentu uplift velocity ini tergantung dari luas penampang (panjang dan lobar). Dalam hal ini faktor tinggi (kedalaman chamber) tidak berpengaruh atau tidak berfungsi sebagai variabel dalam design. Dengan kata lain mbok dalamnya dibuat berapa saja ..ndak ada pengaruhnya. Konsekwensinya model bak yang dibutuhkan adalah yang penampangnya luas tetapi dangkal. Karena itu sistem ini relatif membutuhkan lahan yang luas hingga kurang ekonomis untuk unit besar. Hal ini merupakan salah satu alasan mengapa penelitian mengenai sistem baffled reactor masih sediKit dibandingkan penelitian sistem lain. Tetapi untuk unit kecil atau menenegah baffled septic tank cukup ideal. Lebih lebih goncangan hydraulic dan organic load tidak begitu mempengaruhi unjuk kerja sistem ini. Variabel design berikutnya adalah hubungan antara panjang (L) dengan tinggi (h). Agar limbah yang masuk terdistribusi secara merata maka dianjurkan L antara 0.5 - 0.6 da r i h. Dengan demikian sungguhpun h tidak ada pengaruhnya terhadap uplift velocity (seperti telah disebut diatas), tetapi ratio antare h dan L perlu diperhatikan agar distribusi limbah bisa merata dan kontak dengan microorganism effisien. Variabel design yang lain adalah HRT (hydraulic retention time) pada bagian cair (diatas lumpur) pada baffle reactor minimum harus 8 jam.
616
Agar lebih jelas marilah disimak kasus dan perhitungan dibawah ini.
Kasus I
Limbah yang akan ditangani jumlahnya 25 m3 per hari. Mengalir dalam waktu 12 jam setiap harinya. COD nya sama dengan contoh lain ialah 633 mg/Itr. BOD nya adalah 333 mg/Itr. HRT pada septic tank (sebenarnya lebih cocok disebut settler atau chamber 1) adalah 1.5 jam. Sedangkan desludging period ditetapkan 1.5 tahun sekali (atau 18 bulan). Limbah yang ditangani adalah limbah domestik dan ditetapkan ratio SS terendapkan/COD adalah 0.42 mg/Itr / mg/Itr. Sistem yang akan dipakai adalah baffled reactor Hitunglah ukuran dari baffled reactor dan skets konstruksinya.
Perhitungan: • Flow rate = 25/12 = 2.08 m3/jam • Untuk mgnhitung pengurangan COD karena pengendapan lihat
Graf 1 Untuk HRT 1.5 jam diperoleh faktor = 0.325 COD removal pada settling = (0.42/0.6) x 0.325 = 0.23 atau 23%
• Selanjutnya lihat Graf 2 Dari grafik ini akan diperoleh faktor BOD/COD removal pada proses pengendapan sebesar 1.06 BOD removal pada settling = 1.06 x 23% = 24%
• Kandungan COD dan BOD yang masuk ke baffled reactor adalah sbb:
COD = (1-0.23) x 633 = 489 mg/Itr BOD = (1-0.24) x 333 = 253 mg/Itr
• Langkah berikutnya marilah kita hitung volume endapan dan ukuran yang dibutuhkan. Karena desludging interval ditetapkan = 18 bulan, maka dari graf 3 akan diperoleh faktor 72%. Angka ini merupakan faktor reduksi
617
dari volume sludge karena di tando selama 18 bulan. Sebagai patokan tanpa effek pemampatan karena penyimpanan, volume dari sludge yang terjadi dari 1 gram BOD adalah 0.005 liter. Istilah nya adalah Sludge Itr/gram BOD removal = 0.005 Karena itu = 72% x 0.005 = 0.0036 Itr/gr BOD rem
Volume sludge yang akan terjadi adalah: = 0,0036 x (333 – 2530 / 1000 X 18 bln x 30 hr x 25 = 3,88 m3
ingat volume sludge ini tidak terjadi sekaligus tetapi tumpukan selama 18 bulan sesuai dengan desludging interval yang kita inginkan.
Karena hydraulic retention time (HRT) yang ditetapkan adalah 1.5 jam dan flow rate nya (peak) adalah 2.08 m3/jam, maka volume yang dibutuhkan untuk menginapkan limbah selama 1.5 jam tersebut adalah:
= 1.5 x 2.08 = 3.12 m3
Bayangkan pada setelah hampir 1.5 tahun sesuai dengan desludging interval yang ditetapkan, maka kapasitas yang dibutuhkan agar sistem tetap bekerja dengan baik adalah:
= 3.88 + 3.12 = 7 m3 .................... untuk mudahnya disebut A
Sesuai data diatas jumlah limbah setiap hari nya adalah 25 m3 Karena HRT ditetapkan 1.5 jam (padahal satu hari adalah 24 jam) maka untuk menginapkan selama 1.5 jam dibutuhkan volume sebesar:
= 25 x 1.5/24 = 1.56 m3 Diatas telah disebut bahwa total akumulasi lumpur dan limbah jangan sampai lebih lebih dari separo konstruksi. Maka = 2 x 1.56 m3 = 3.12 m3 …. untuk mudahnya disebut B
Bila A < B cukup dipakai volume B untuk desaiin Tetapi bila A > B dianjurkan memakai volume A Dalam kasus ir i A > B, maka volume desain septic tank* adalah 7 m3. * = sebenarnya istilah ini agak salah kaprah karena
keseluruhan sistem ini disebut baffled septic tank. Dalam
618
hal ini yang dimaksud adalah chamber pertama atau settler atau pengendap.
Misalnya lebar dari settler ditetapkan 2 meter dan kedalamannya 1.5 meter. Maka panjang dari settler/ pengendap = 7/(2x1.5) = 2.33 m dibulatkan 2.4 m Berikutnya langkah langkah untuk menghitung baffled reactor. Seperti telah disebut diatas salah satu variable design dalam menghitung baffled reactor adalah uplift velocity yang dalam hal ini jangan lebih dari 2 m/jam. Bila lebih dari 2 m/jam maka percuma saja anda membuat baffled reactor karena proses yang terjadi hanya sekedar sebagai settling. Dalam kasus ini misalnya anda menetapkan uplift velocity = 1.8 m/jam Variabel design yang lain adalah minimum jumlah chamber untuk baffled reactor adalah 4 buah. Dalam kasus ini misalnya anda tetapkan 5 buah. Berikutnya yang perlu anda tetapkan adalah kedalaman air pada outlet dari baffled reactor. Biasanya penetapan ini dipengaruhi oleh situasi dari lokasi dimana anda membuat konstruksi ini. Dalam kasus ini misalnya ditetapkan bahwa kedalaman pada outlet = 1.5 meter. Variabel design yang berikutnya (lihat ulasan diatas) adalah panjang (L) adalah 0.5 — 0.6 dari dalam (h). Dalam kasus ini misalnya anda tetapkan 0.5; maka panjang = 0.75 meter Luas area untuk satu chamber = Flow rate/uplift velocity = 2.08/1.8 = 1.16 m2 Luas area = panjang x lebar Maka lebaT deri chamber baffled reactor = 1.16/0.75 = 1.54 meter Konsekwensinya luas area untuk satu chamber = 2 x 0,75 = 1,5 m2
Hingga uplift velocity menjadi = 2,08/1,5 = 1.39 m/jam (lebih baik) Lebar lorong (istilah menterengnya adalah downflow shaft) pada baffled reactor terserah dari perencana, tetapi jangan lebih kecil dari 25 cm. Bila lebih kecil dari itu akan sulit pada perawatan karena terlampau sempit. Dalam kasus ini misalnya anda tetapkan 25 cm Maka volume total dari baffled reactor (termasuk volume lorongnya)
619
adalah: = 5 x (2x(0.75 + 0.25) x 1.5) = 15 m3
Untuk volume 15 m3 maka limbah yang masuk ke baffled reactor akan ngendon selama = 15/(25/24)
= 14.4 jam Tetapi ingat bahwa sebagian ruang dalam baffled reactor akan ditempati oleh sludge dan pengalaman kira kira kan ada paling tidak 5°ro dari ruang tersebut yang ditempati oleh sludge Karena itu HRT setelah di operasi kan kira kira adalah = 14.4 - 5% nya = 13.8 jam atau dibulatkan menjadi = 14 jam Faktor faktor empiris untuk menghitung removal BOD pada baffled reactor adalah sbb:
Faktor akibat waste water strength. Seperti telah disinggung diatas yang diartikan strength adalah tingkat kandungan organiknya. Dalam hal ini pengertian sederhana adalah kenyataan bahwasanya persen pengurangan akan lebih tinggi untuk kandungan BOD yang tinggi. Bila kandungan BOD nya rendah maka persen pengurangan akan lebih rendah. Grafik empiris yang memberikan hubungan antara BOD removal dengan strength adalah sbb:
620
Faktor yang diakibatkan oleh temperatur. Untuk negara tropis seperti Indonesia faktor ini bisa diabaikan karena temperatur biasanya mencapai sekitar 25 s/d 30 C. Hingga faktor yang diakibatkan oleh temperatur = 1. Bila anda menjumpai situasi dengan temperatur yang tidak lazim maka hubungan empiris nya dapat dilihat pada grafik berikut:
Faktor yang diakibatkan oleh jumlah dari uplift chamber. Yang dimaksud dengan uplift chamber adalah bak baffled reactor. Bila jumlah bak ini lebih banyak akan diperoleh BOD removal yang lebih baik, karena intensitas kontak lebih tingyi hingga penguraian lebih baik. Seperti telah disinggung diatas jumlah bak baffled reactor minimum adalah 4 buah.
Dari grafik diatas untuk HRT 14 jam diperoleh faktor = 0.84
Faktor terakhir yang mempengaruhi BOD removal dalam sistem
baffled reactor adalah jumlah kg BOD untuk setiap m3 volume baffled reactor pada waktu keadaan peak flow rate. Istilah yang lazim dipakai untuk issue ini adalah BOD overloading. Mengapa kog hal ini dipermasalahkan ?? Jumlah limbah cair yang akan diolah setiap harinya bila mengalir dalam waktu singkat (misalnya hanya 1 jam) akan memberikan dampak yang berbeda dibandingkan bila dia mengalir selama 12 jam.
621
Bila diibaratkan seperti orang makan, maka orang yang "kelolotan" gara-gara dalam waktu singkat melalap jatah satu hari. Dalam hal ini angkanya adalah:
= Kadar BOD x peak flow rate x 24/1000/volume baffled reactor = 0.84 Kg BOD per m3 per hari.
= 0.84 Kg BOD/m3 hari Grafik empiris yang menunjukkan hubungan antara removal dengan BCD overloadina adalah:
Dari grafik tersebut akan diperoleh faktor = 1 Dari faktor faktor diatas maka theoritical BUD removal yang dari sistem yang anda desain adalah = 0.84 x 1 x 1.02 x 0.84 x 1
= 0.72 atau 72% Kadang kadang dari dimansi yang anda buat, perhitungan theoritis diatas memberikan angka yang cukup indah misalnya sampai mendekati 100%. Tetapi dalam prakteknya tidak demikian. Karena itu bila menghadapi kondisi seperti itu BOD removal diambil 90% saja. Menurut pengalaman angka 90% inilah yang maksimum dapat dicapai dalam realita praktek.
Dengan demikian BOD effluent adalah = (1 – 0.72) x 253 = 70 mg/Itr Hingga ditinjau secara keseluruhan sistem yang anda desain bisa diharapkan untuk mengurangi BOD sebanyak = (1 - 70/333) = 79% Dari perhitungan diatas skets konstruksi adalah sbb:
622
623
C. Anaerob ic F i l te r Pada sistem septic tank dan imhoff tank yang telah dibahas diatas proses yang terjadi adalah sedimentasi (pengendapan) dari bahan bahan yang dapat terendapkan dan seterusnya terjadi proses digestion/penguraian dari bahan terendapkan tersebut. Sedangkan kandungan yang masih terikut (tidak terendapkan) praktis tidak mengalami proses apapun. Anaerobic Filter (atau dikenal juga dengan sebutan Fixed Bed atau Fixed Film Reactor) mempunyai prinsip yang berbeda dengan septic tank & imhoff tank, karena sistem ini justru diharapkan untuk mem-oroses bahan bahan yang tidak terendapkan dan bahan padat terlarut (dissolved solid) dengan cara mengkontakkan dengan surplus mikro organisme. Mikro organisme tersebut akan menguraikan bahan organic terlarut (dissolved organic) dan bahan organic yg ter dispersi (dispersed organic) yang ada didalam limbah. Sebagian besar mikro organisme (untuk selanjutnya disebut sebagai bakteria) tersebut cenderung tidak mobil. Artinya mereka tidak seperti singa yang lari kesana kemari than aktif untuk mencari makan, tetapi cenderung diam dan menunggu makanan yang di dekat kan kepadanya. Bakteria ini cenderung menumpel pada dinding atau tempat lain yang permukaannya dapat digunakan untuk tempelan. Karena itu yang dimaksudkan sebagai filter disini adalah media dimana bakteria dapat menempel dan limbah dapat mengalir/Iewat diantaranya. Selama aliran ini kandungan organik akan diuraikan oleh berbagai bakteria dan hasilnya adalah pengurangan kandungan organik pada effluent. Media yang digunakan bermacam macam tetapi prinsipnya lebih luas permukaan akan lebih baik fungsinya. Misalnya koral, kerikil, plastik yang dibuat khusus sebagai media, ijuk, pasir, dlsb.
Media yang baik luas permukaannya (surface area) kira kira 100 – 300 m2 per m3 volume yang ditempatinya.
Dengan pola pikir itu maka kita cenderung untuk memilih media yang mempunyai surface area yang besar dengan harapan hasilnya akan baik sekali. Misalnya tepung arang, pasir, dlsb.
624
Tetapi biasanya media dengan butiran terlampau kecil akan memberikan performance yang baik beberapa hari saja. Seterusnya terjadi blocking diakibatkan oleh lapisan bakteria yang menempel dipermukaannya. Setelah terjadi blocking unjuk kerja nya malahan buruk sekali. Padahal bila terjadi blocking, urusan membongkar dan membersihkannya merupakan pekerjaan yang paling menjengkelkan. Karena itu media harus sedemikian agar surface areanya cukup luas tetapi tidak sampai tersumbat / blocking / clogging.
Istilah teknis nya adalah media yang mempunyai SSA (specific surface area) yang luas dan VR (void ratio) yang tinggi.
Urusan media inilah yang kemudian di kutak katik oleh para ahli teknis dengan mencari bahan serta bentuk yang memberikan surface area luas tetapi void ratio nya tinggi. Yang dihasilkan terus diberi nama perdagangan khusus untuk memukau pembeli. Misalnya ada bentuk seperti seng plastik yang di tekuk tekuk dengan model tertentu dan dibuat oleh perusahaan Jerman. Terus diberi nama Bioreactor made in Germany. Ada juga model lain yang diberi nama Multiple-reactor buatan Jepang, dlsb. Pendek kata urusan nama boleh macam macam tetaai prinsip dasarnya sama. Bagi anda yang senang kutak-katik petunjuk dibawah ini mungkin bermanfaat:
Cara menghitung void ratio. Misalnya anda akan menggunakan kerikil dari dan Gunung Bromo untuk media anaerobik filter, karena konon kata orang ...sip sekali. Berapa sih void ratio dari kerikil tsb ? Caranya adalah :
Ambil ember. Isi ember tersebut dengan air, misalnya sampai 10 liter dan
sampai 10 liter tsb beri tanda. Kosongkan ember. Masukkan kerikil Masukkan air dan sampai batas tanda tadi hitung berapa liter
air yar.g masuk; misalnya 4 liter. Maka void ratio adalah 4/10 = 40%.
625
Menghitung surface area.
Perhitungan surface area amat complex dan sangat terpengaruh oleh bentuk dari media. Disamping itu keteraturan (regularity) dari bentuk juga amat besar pengaruhnya. Faktor lain yang mempengaruhi surface area adalah porositas dari media tsb. Secara theoritis bahan yang porositas nya tinggi akan memberikan surface area yang lebih besar. Karena itu, untuk bentuk yang komplex dan irregular perhitungan surface area lebih baik diserahlcan kepada laboratorium material yang mempunyai sarana lengkap. Tetapi untuk bentuk sederhana dan relatif teratur (atau dianggap teratur) contoh perhitungan dibawah ini dapat anda gunakan: Misalnya: Kelereng dengan bentuk relatif teratur akan anda
gunakan sebagai media. Diameter kelereng in; adalah 3 cm Maka volume 1 kelereng adalah = 1/6 n d3
= 14.13 cm3 Luas permukaan kelereng = πdz
= 28.26 cm2. Seperti contoh diatas misalnya anda masukkan kelereng tersebut kedalam ember 10 liter dan setelah diisi air lagi hanya bisa masuk sebanyak 4 liter Maka void ratio adalah 40% dan volume sisanya merupakan volume dari media ialah 6 liter = 6,000 cm3 Jumlah kelereng = 6000/14.13 = 405 buah Surface area nya adalah = 405 x 28.26 = 11,445 cm2 per 10 liter atau = 1,144,500 cm2/m3 atau = 114.45 m2/m3
626
Bila didesain dan di operasi kan dengan baik maka pengurangan (removal) BOD dengan anaerobik filter dapat mencapai 70% - 90%. Sistem ini cocok untuk menangani limbah domastik dan industri yang mempunyai TSS (total suspended solid) rendah. Disisi lain limbah (baik domestik atau lebih lebih limbah industri) tidak dapat terjamin TSS nya selalu rendah. Karena itu sistem anaerobik filter biasanya digunakan setelah prises pengendapan. Misalnya setelah septic tank, imhoff tank, dlsb. Hindari penggunaan sistem anaerobik filter secara tersendiri (stand alone) karena resiko blocking/clogging tinggi sekali. Dengan kata lain anaerobik filter sering digunakan sebagai treatment lanjutan atau sering juga disebut sebagai secondary treatment.
G a m b a r 7 . 3 4 . An a e r o b i c f i l t e r
Seperti telah disinggung diatas, aktivitas penguraian pada anaerobik filter baru mulai terjadi setelah terbentuk surplus bakteria yang berkembang sebagai lapisan tipis (film) pada media. Untuk
627
mempercepat hal ini dapat mengambil bakteria dari septic tank dan mengumpankannya pada media anaerobik filter. Biar bagaimanapun unjuk kerja optimal dari anaerobik filter baru terjadi beberapa bulan setelah dioperasikan. Jadi jangan bahwasanya bermimpi begitu di operasi kan langsung memberikan hasil optimal. Design criteria dan Iangkah perencanaan untuk Anaerobik Filter. Seperti sistem yang telah diuraikan diatas, untuk mempermudah pemahaman didalam merencanakan maka uraian design criteria dan langkah perencanaan diuraikan dalam bentuk contoh kasus. Kasus Data: Anda diminta untuk membantu menanggulangi permasaiahan limbah disuatu industri yang memproduksi makanan seperti biscuit Setelah dilakukan pengamatan jumlah limbah dari kegiatan
tersebut adalah 25 m3/hari. Setiap harinya kegiatan tersebut praktis hanya beroperasi selama
12 jam hingga mayoritas limbah hanya mengalir selama 12 jam setiap harinya.
Sample limbah di teliti di laboratorium dan kadar BOD = 333 mg/IV dan kadar COD = 633 mg/Itr.
Di laboraturium juga dilakukan uji coba pengendapan. Setelah limbah diendapkan diambil bagian yang tidak terendapkan dan di test COD nya. Lewat test ini direkomendasikan ratio SS terendapkan dibanding pengurangan COD adalah 0.42.
Oleh pemerintah daerah limbah yang dihasilkan oleh para pengusaha kecil tersebut diharuskan untuk memenuhi standard yang telah ditetapkan. Untuk mencapai standard tersebut akan dipakai sistem anaerobik filter.
Dengan diskusi bersama rekan rekan anda, diputuskan hal-hal sbb: Resiko yang sangat mungkin terjadi pada Sistem anaerobik filter
adalah terjadinya clogging pada media. Karena itu sebelum masuk ke anaerobik filter harus ada sarana untuk mengendapkan suspended solid.
Sarana untuk mengendapkan suspended solid yang dipilih adalah sistem septic tank.
628
Karena tujuan pokok dari septic tank tersebut adalah untuk mengendapkan suspended solid maka hydraulic retention time (HRT) pada septic tank tidak perlu lama sekali. Maksudnya agar konstruksi menjadi lebih kecil dan hemat. Untuk ini ditetapkan HRT pada septic tank adalah 2 jam
Disamping itu rekan rekan anda yang lama berkecimpung dalam urusan pengolahan limbah menyarankan agar desludging interval (interval pengurasan) harus cukup lama. Alasannya adalah kenyataan bahwa pengusaha kecil biasanya merupakan orang yang selalu sibuk hingga biasanya sering enggan untuk melakukan pengurasan secara periodik. Dengan pertimbangan ini ditetapkan desludging period adalah sekali setiap 3 tahun (atau 36 bulan).
Output yang diharapkan untuk anda kerjakan: Berapa volume dan dimensi dari kombinasi Septic tank dan
Anaerobik Filter yang diperlukan. Perkiraan kwalitas dari effluent ? Skets konstruksi dari Imhoff tank tersebut ?
Perhitungan : Dari kondisi diatas perlu dilakukan perhitungan mengikuti alur proses treatment, dimulai dari primary treatment (ialah perhitungan septic tank) untuk kemudian dilanjutkan dengan secondary treatment (anaerobik filter). Peak flow = 25/12 = 2.08 m3/jam Langkah berikutnya adalah menghitung pengurangan COD pada
septic tank karena proses pengendapan. Untuk ini sekali lagi lihat Graf 1 HRT pada septic tank = 2 jam. Dengan HRT sebesar 2 jam maka dari graf 1 diperoleh faktor pengali sebesar = 0.36 Maka COD removal di S.T = (ratio SS terendap/
= (0.42/0.6) x 0.36 ) = 0.25 atau 25%
Angka empiris untuk septik tank = 0,6 Sedangkan untuk imhoff tank = 0.5
629
Dengan demikian kandungan COD yang keluar dari septik tank dan masuk ke anaerobik filter adalah = (1-0.25) x 633 = 475 mg/Itr
Seperti pada perhitungan septik tank diatas, pengurangan BOD karena pengendapan tidak identik dengan pengurangan COD. Untuk ini Iihat Graf 2. Untuk COD removal kurang dari 50% diperoleh faktor = 1.06. Maka BOD removal di ST = 1.06 x 25% = 26% Dengan demikian kandungan BOD yang keluar dari septik tank (artinya yang masuk ke anaerobik filter) = (1-0.26) x 333
= 247 mg/Itr Selanjutnya marilah kita hitung dimensi dari septik tank.
Karena desludging interval ditetapkan = 36 bulan, maka dari graf 3 akan diperoleh faktor 50%. Angka ini merupakan faktor reduksi dari volume sludge karena di tando selama 36 bulan. Sebagai patokan tanpa effek pemampatan karena penyimpanan, volume dar sludge yang terjadi dari 1 gram BOD adalah 0.00f, liter. Istilah nya adalah Sludge Itr/gram BOD removal = 0.005 Karena itu = 50% x 0.005 = 0.0025 Itr/gr BOD rem Selanjutnya lihat patokan untuk perhitungan septik tank yang telah diuraikan dibagian terdahulu.
Volume sludge yang akan terjadi adalah: = 0.0025 x (333 - 247)/1000 x 36 bin x 30 hr x 25 = 5.805 m3
Ingat volume sludge ini tidak terjadi sekaligus tetapi tumpukan selama 36 buian sesuai dengan desludging interval yang kita inginkan.
Karena hydraulic retention time (HRT) yang ditetapkan adalah 2 jam dan flow rate nya adalah 2.08 m3/jam, maka volume yang dibutuhkan untuk menginapkan limbah selama 2 jam tersebut adalah:
= 2 x 2.08 = 4.16 m3
Bayangkan pada setelah hampir 3 tahun sesuai dengan desludging interval yang ditetapkan, maka kapasitas yang dibutuhkan agar sistem tetap bekerja dengan baik adalah:
630
= 5.805 + 4.16 = 9.965 m3 …. untuk mudahnya disebut A
Sesuai data diatas jumlah limbah setiap hari nya adalah 25 m3 Karena HRT ditetapkan 2 jam (padahal satu hari adalah 24 jam) maka untuk menginapkan selama 2 jam dibutuhkan volume sebesar:
= 25 x 2/24 = 2.08 m3
Diatas telah disebut bahwa total akuinulasi lumpur dan limbah jangan sampai lebih lebih dari separo konstruksi. Maka = 2 x 2.08 m3 = 4.16 m3 ....... untuk mudahnya disebut B Bila A < B dipakai volume B untuk desain Tetapi bila A > B dianjurkan memakai volume A Dalam kasus ini A > B, maka volume desain septic tank adalah 9.965 m3 atau dibulatkan menjadi 10 m3. Sampai sini urusan perhitungan volume septik tank (primary treatment) selesai dan dibawah mulai menginjak urusan perhitungan anaerobik filter (secondary treatment).
Untuk anaerobik filter misalnya anda akan menggunakan media tertentu. Specific surface area dari media tsb adalah 100 m2/m3 Sedangkan void ratio = 35%
HRT (hydraulic retention time) pada anaerobik filter berkisar antara 1 – 2 hari (24 – 48 jam). Angka ini merupakan patokan umum mengingat proses degradasi pada proses anaerobik lebih lambat dibanding proses aerobik. Untuk kasus ini misalnya HRT ditetapkan selama 30 jam.
Faktor faktor empiris yang digunakan untuk memperhitungkan penguraian pada sistem anaerobik filter adalah sbb:
631
Dalam kasus yang sedang anda garap HRT nya adalah 30 jam, dan dari grafik diatas akan diperoleh faktor = 69%
Variabel lain yang diperoleh dari pengalaman konstruksi anaerobik filter adalah jumlah chamber (atau jumlah bak), jumlah bak yang lebih banyak (sungguhpun volume efektifnya sama) ternyata memberikan effisiensi penguraian yang lebih tinggi. Contohnya dapat dilihat pada skets dibawah:
Dibagi bagi menjadi beberapa chamber ternyata memberikan tambahan effisiensi kira-kira sebesar 4% per chamber nya. Tetapi kebalikannya jangan anda terlampau ambisius dengan membagi menjadi chamber yang banyak sekali. Bila terlampau banyak ukuran akan menjadi kecil sekali dan pengerjaannya akan sulit. Untuk kasus yang sedang anda kerja kan rencana akan dibagi menjadi 3 chamber.
Pengurangan COD (COD removal) dihitung sbb: = F temp x F strength x F sa x F HRT x (1+(3x0.04)) = 1 x 0.91 x 1 x 0.69 x (1+0.12) = 0.70
Bila hasil diatas < 0.9 maka gunakan hasil tsb untuk perhitungan anda. Tetapi bila > 0.9 maka gunakan angka 0.9 sebagai upper ceiling untuk COD removal factor dalam sistem anaerobik filter. Untuk kasus ini hasil diatas < 0.9
Dengan demikian kadar COD setelah lewat anaerobik filter (effluent) adalah: = (1-0.7) x 475
= 142 mg/Itr Berarti total pengurangan COD (septik tank/primary treatment dari
632
anaerobik filter/secondary treatment) = 78% Untuk memperkirakan hubungan BOD removal dengan COD
removal sekali lagi buka Graf.2 Untuk COD removal 70% akan diperoleh faktor 1.1 Dari sini dapat diperkirakan BOD removal untuk seluruh sistem (septik tank dan anaerobik filter) adalah = 1.1 x 78%
= 85% Kandungan BOD effluent dengan demikian adalah:
= (100%-85%)x333 = 50 mg/Itr
Ukuran volume anaerobik filter adalah: = HRT padaAF x Volume limbah per hari/24 = 30 x 25/24 = 31.25 m3
Berikutnya marilah kita hitung dimensi (panjang, lebar, tinggi, dlsb) dari konstruksi kebutuhan volumenya telah dihitung. Misalnya dari situasi lahan yang tersedia ditetapkan lebor nya adalah 1.75 m. Dan tinggi air dalam septic tank = 2.25 m. Septik tank (primary treatment): Volume Septik tank sebagai primary treatment = 10 in3 Maka panjang dari bak 1 septik tank adalah:
= (2/3 x 10) / (1.75 x 2.25) = 1.68m
dibulatkan = 1.7 m Sedangkan panjang dari bak 2 septik tank = 0.85 m Anaerobik filter (secondary treatment) Volume anaerobik filter yang dibutuhkan ialah = 31.25 m3 (ingat ada bagian yang terisi oleh media hingga harus diperhitungkan void ratio nya) Jumlah chamber telah ditetapkan sebanyak = 3 chamber Dalam (depth) dari anaerobik filter misalnya ditetapkan = 2.25 m (seperti septik tank) Agar terjadi aliran yang baik (khususnya bila anda menetapkan aerobik filter dengan multi chamber) dianjurkan agar maksimum panjang setiap chamber tidak lebih dari dalamnya.
633
Dalam kasus ini maka panjang chamber 1 = 2.25 m Panjang chamber 2 = 2.25 m Panjang chamber 3 = 2.25 m Total = 6.75 m
Tetapi ketebalan media jelas lebih kecil dari kedalaman (depth) dari anaerobik filter sendiri. Misalnya plat penahan media letaknya 60 cm dari dasar AF dan ketebalan plat (biasanya merupakan plat beton yang berlubang lubang) adalah 5 cm. Sedangkan bagian atas media 40 cm lebih rendah dibanding lubang effluent. Maka ketebalan media = 2.25 - 0.6 - 0.05 - 0.4 = 1.2 m Misalnya lebar diberi kode W, maka total volume dari 1 chamber adalah: 10.42 m3 = (2.25 x 0.25 x w) + (2.25
x 2.25 x w) – (2.25 x 1.2 x w) x 0.65 maka w = 2.69 meter atau dibulatkan menjadi 2.7 meter Untuk anaerobik filter setelah urusan menghitung dimensi selesai perlu dilakukan check kecepatan aliran pada media pada kondisi peak flow.
634
Kecepatan aliran pada media: V = peak flow / (penampang media x void ratio) = 2.08 / (2.25 x 2.69 x 0.35)
= 0.98 m/jam Kecepatan aliran pada media ini tidak boleh lebih dari 2 m/jam. Bila terlampau cepat maka proses penguraian tidak berjalan dengan effisien dan akibatnya sistem tidak berfungsi seperti yang diharapkan. Bila pada check ini ternyata kecepatan aliran terlampau tinggi maka anda perlu merubah dimensi panjang dan lebar, atau; memakai media dengar void ratio yang lebih tinggi. Sketsa dari hasil desain yang telah anda hitung dapat dilihat pada gambar dibawah ini :
635
Contoh media filter
bentuk dan model dal.; media (untuk proses anaerobik atau aerobik) sedemikian hingga disatu sisi
effisiensinya lebih tinggi tetapi disisi lain tidak terjadi clogging (tersumbat).
Model anyaman plastik berbentuk bola (mirip bola sepak takraw) banyak dipakai untuk pengolahan limbah deri industri tahu di China & Thailand. Bila mikroorganism cukup tebal maka bola tersebut akan bergulir hingga menghindari clogging.
Bentuk plastik sheet yang dibuat bergelombang (corrugated) dengan permukaan yang dibuat khusus dengan harapan surface area lebih besar hingga mening¼atkan effisiensi
Bentuk sarang tawon (honeycomb) dengan bahan porous hingga diharapkan paca media tersebut merupakan tempat yang ideal bagi pertumbuhan mikroorganism yang akhirnya dapat meningkatkan effisiensi pengolahan.
D. Aerobic Treatment
1. Proses Lumpur Aktif (Activated Sludge Process)
Sesudah dikembangkan pada 1910 an di Eropa dan Amerika Serikat, karena efisien dan ekonomis, proses Lumpur aktif mulai banyak digunakan dan menjadi proses aerobik yang paling popular. Istilah "lumpur aktif" sering diartikan sebagai nama proses itu sendiri dan juga sering diartikan sebagai padatan biologik yang merupakan motor di dalam proses pengolahan.
636
Prinsip Proses Lumpur Aktif
Gambar 7.35. Proses lumpur aktif Seperti pada gambar diatas, sesudah equalization tank di mana fluktuasi kwalitas/ kwantitas influen diratakan, limbah cair dimasukkan ke dalam tangki aerasi di mana terjadi pencampuran dengan mikroorganisme yang aktif (lumpur aktif). Mikroorganisme inilah yang melakukan penguraian dan menghilangkan kandungan organik dari limbah secara aerobik. Oksigen yang dibutuhkan untuk reaksi mikroorganisme tersebut diberikan dengan cara memasukkan udara ke dalam tangki aerasi dengan blower. Aerasi ini juga berfungsi untuk mencampur limbah cair dengan lumpur aktif, hingga terjadi kontak yang intensif. Sesudah tangki aerasi, campuran limbah cair yang sudah diolah dan lumpur aktif dimasukkan ke tangki sedimentasi di mana lumpur aktif diendapkan, sedangkan supernatant dikeluarkan sebagai effluen dari proses. Sebagian besar lumpur aktif yang diendapkan di tangki sedimentasi tersebut dikembalikan ke tangki aerasi sebagai return sludge supaya konsentrasi mikroorganisme dalam tangki aerasinya tetap sama dan sisanya dikeluarkan sebagai excess sludge.
637
Gambar 7.36. diagram proses lumpur aktif yang dilengkapi sarana pre treatment
Parameter Proses Lumpur Aktif Beberapa parameter yang digunakan didalam desain sistem pengolahan lumpur aktif adalah sebagai berikut : Organic Loading Organic Loading adalah parameter utama untuk mendesain proses lumpur aktif dan meng-operasikannya. Ada dua jenis parameter untuk organic loading, yaitu F/M (Food to Microorganism Ratio) dan Volumetric BOD Loading.
F/M = (Lf x Qi) / (V x S) ................... [kg BOD/kg MLSS/hari] Lf : BOD influen [kg/m3] Qi : debit influen [m3/hari] V : volume tangki aerasi [m3] S : MLSS [kg/m31
MLSS = Mixed Liquor Suspended Solids
Volumetric BOD Loading = (Li x Qi)N .... (kg BOD/m3/hari) Apabila organic loading tinggi, kwalitas efluen menjadi jelek dan excess sludge menjadi banyak. Sedangkan kalau organic loading rendah, kwalitas effluen menjadi baik dan excess sludgenya menjadi sedikit.
638
Akan tetapi, supaya menurunkan organic,oading, harus diadakan tangki aerasi Iebih hesar dan juga harus memakai lisrik Iebih banyak.
volumetric BOD Loading = (Lf x Qi) / V …… (kg BOD//hari)
HRT (Hydraulic Retention Time) Hydraulic Retention Time didefinisikan, rata-rata berapa lama limbah cair yang dimasukkan ke dalam tangki aerasi berada dalam tangki tersebut.
HRT = 24V / Qi [jam]
Apabila BOD influen, BOD Loading dan MLSS sudah tetap, dengar, sendirinya HRT akan ditetapkan. Misalnya, kalau debit influen 100 m3/hari, BOD influen 200 ppm dan BOD Loading = 0.3 kg BOD/kg MLSS/hari dan MLSS 3,000 ppm, maka mikro-organisme yang dibutuhkan dalam tangki (Wa kg) aerasi adalah
Wa = (0.2 x 100/0.3) = 67 kg Maka volume tangki aerasi (V m3)yang dibutuhkan adalah: V = 67/3 = 22 m3
639
Sehingga, HRT menjadi : HRT = 24 x 22/100 = 5,3 jam Oksigen dibutuhkan (Required Oxygen) Oksigen yang dibutuhkan untuk reaksi aerobik dalam tangki aerasi bisa dihitung sebagai berikut:
Or=axLr+bxLa
Or = Oksigen dibutuhkan [kg/hari] Lr = BOD yang dihilangkan [kg/hari] La = kwantitas lumpur aktif dalam tangki aerasi [kg] a, b = coefficient
Angka biasa a dan b adalah 0.31 – 0.77 dan 0.05 – 0.18 masing-masing. Coefficient a dan b dipengaruhi oleh SRT (contoh: gambar 5)
pH Biasanya pH yang optimal untuk reaksi !umpur aktif adalah 6 – 8. Nutrient Balance Pada umumnya perbandingan antara BOD, nitrogen dan phosphorous yang optimal untuk proses lumpur aktif adalah
BOD : N : P = 100 : 5 : 1
Kalau nutrient balancenya kurang baik, maka kita bisa memperbaiki
640
balance tersebut dengan cara menambah kimia yang mengandung nitrogen atau phosphorous.
Variasi Proses Lumpur Aktif
Pada gembar 6 dan gambar 7 bisa dilihat berbagai jenis variasi proses lumpur aktif. E. Oxidation Ditch
Oxidation ditch adalah salah satu proses lumpur aktif, akan tetapi bentuk tangki aerasinya oval seperti gambar 7 dan limbah cair dan lumpur aktif memutar dalam tangki tersebut dengan surface aerator atau mixer/ aerator yang lain. Dalamnya oxidation ditch 1 - 3 m dan lebar (satu jalur) nya 2 - 6 m. Seperti extended aeration proses, oxidation ditch juga dioperasikan dengan BOD loading yang rendah, maka menghasilkan excess sludge lebih sedikit dari proses lumpur aktif. Proses ini bisa dioperasikan dalam kondisi stabil dan bertahan fluktuasi loading dan juga fluktuasi temperatur. Karena tergantung pada posisi dalam ditch konsentrasi DO (Dissolved Oxygen, Oksigen terlarut) berbeda, sehingga bisa mengadakan tidak hanya reaksi aerobik, akan tetapi reaksi anaerobik, maka bisa menghilangkan nitrogen sampai derajat tertentu.
Gambar 7.37. Artificial Oxygenatin and Mixing Devices
641
F. Constructed Wet Land
Constructed Wet Land (arti harafiah nya adalah Lahan Basah yang Sergaja Dibuat) adalah salah satu sistem pengolahan limbah yang prinsipnya cenderung meniru proses purifikasi yang terjadi di alam. Sistem ini banyak digunakan untuk penanganan limbah domestik komunal dan limbah pertanian. Salah satu prasyarat yang diperlukan adalah tersedianya lahan. Untuk limbah industri sistem ini hanya dapat digunakan untuk Post Treatment atau proses akhir. Karena beban limbah industri lazimnya cukup tinggi hingga akan terjadi penyumbatan (clogging) bila sistem ini digunakan pada tahap awal. Sistem Pengolahan Terdapat beberapa tipe sistem pengolahan dasar (basic treatment system) yang masuk katagori "constructed wet land":
a) Treatment diatas permukaan tanah b) Filtrasi dergan aliran vertikal c) Filtrasi dengan aliran horizontal
Treatment diatas permukaan dilakukan dengan menyebarkan air limbah secara teratur diatas permukaan tanah dibentuk sedemikian hingga contour nya bertingkat-tingkat sesuai dengan desain. Penyebaran air limbah sendiri biasanya dilakukan dengan sprinkler. Tetapi pola demikian membutuhkan lahan yang cukup luas hingga kurang cocok untuk limbah industri. Karena lahan di kawasan industri biasanya terbatas dan mahal hingga penerapan pola ini tidak feasible. Filtrasi dengan aliran vertikal dilakukan dengan membagi limbah ke beberapa filter bed (2 atau 3 unit) secara bergantian. Pembagian limbah secara bergantian tersebut dilakukan dengan pengaturan klep (dosing) dan untuk itu perlu dilakukan oleh operator. Karena perlu dilakukan pembagian secara bergantian tersebut, pengoperasian sistem ini rumit hingga tidak praktis. Filtrasi dengan aliran horizontal dilakukan dengan mengalirkan limbah melewati media filter secara horizontal. Cara ini sederhana dan praktis tidak membutuhkan perawatan, khususnya bila di desain dan dibangun dengan baik.
642
Filtrasi dengan aliran vertikal dan horizontal mempunyai prinsip kerja yang berbeda. Filtrasi horizontal secara permanen terendam oleh air limbah dan proses yang terjadi adalah sebagian aerobik dan sebagian anaerobik. Sedangkan pada filtrasi vertikal, proses yang terjadi cenderung anaerobik. Prinsip kerja tersebut dapat dilihat pada sketsa dibawah:
Gambar 7.38. Proses fitrasi dengan aliran vertikal
Gambar 7.39. Proses filtrasi dengan aliran horisontal
Mengingat faktor pengelolaan maka untuk finalisasi pengolahan limbah industri filtrasi dengan aliran horizontal lebih sesuai, hingga dalam manual ini hanya sistem tersebut yang dibahas dengan lebih rinci.
643
Penyumbatan merupakan salah satu faktor yang perlu diperhatikan didalam filtrasi horizontal. Bila penyumbatan (clogging) ini terjadi maka konstruksi tersebut tidak akan berfungsi dengan semestinya dan perlu dilakukan pembongkaran serta penggantian media dan hal tersebut merupakan pekerjaan yang menyulitkan. Karena itu pemilihan media merupakan salah satu issue yang amat penting didalam men desain filtrasi horizontal. Sungguhpun pada tingkat finalisasi (post treatment), beban organis dan padatan pada air limbah lebih besar dibanding filtrasi untuk pengolahan air minum. Karena itu media yang lazim digunakan untuk filtrasi horizontal adalah gravel (kerikil). Konstruksi demikian sering juga disebut sebagai : "Constructed Wetland"; "Sub Surface Flow Wetland (SSF)", atau; "Root Zone Treatment Plant'. Beberapa syarat yang perlu diperhatikan untuk applikasi Filtrasi Horizontal adalah:
Sedimen didalam limbah cair harus cukup rendah. Dalam hal ini masukan limbah kedalam Imhoff cone dan setelah kira kira 1 jam sedimen nya harus kurang dari 1 ml/I.
Sedangkan Suspended Solid yang tidak terendapkan harus kurang dari 100 ml/I Hal lain yang perlu juga diperhatikan adalah bila COD dari settleable solid kurang dari 40% dari Total SS; ada kemungkinan bahwa padatan didalam-nya adalah lemak (fat) dalam bentuk kolloida. Formasi lemak tersebut dapat menghambat pengaliran didalam filtrasi horizontal (mengt. raagi hydraulic conductivity) dan konsekwensinya mengurangi umur dan kinerja konstruksi. Kasus seperti ini banyak dijumpai pada limbah industri makanan misalnya industri dairy, pemotongan hewan, dlsb.
COD dari limbah tidak lebih dari kira kira 400 mg/I. Konsekwensinya cara ini lebih baik digunakan untuk pengolahan lanjutan (post treatment) dan bukannya untuk primary treatment.
Proses treatment yang terjadi pada Filtrasi Horizontal amat komplex. Terdapat beberapa teori dan pendapat yang berusaha menjelaskan proses yang terjadi. Misalnya bagaimana proses physical filtration, terjadinya intake udara, pengaruh tanaman pada proses biologis, dlsb. Tetapi semua pendapat dan teori tersebut masih merupakan rekaan dan masih terdapat banyak kontroversi.
644
Andaikata proses yang terjadi pada tiap bagian dapat dijelaskan, masih terdapat pertanyaan besar untuk menjelaskan interaksi antar tiap proses yang terjadi didalam keseluruhan konstruksi ini. Karena itu terdapat banyak kontroversi mengenai cara perhitungan secara teoritis. Tetapi terdapat beberapa patokan logis yang perlu diperhatikan didalam desain dan pelaksanaan konstruksi filtrasi horizontal, diantaranya adalah: Filter bed yang luas dan tidak terlampau dalam lebih baik
dibanding konstruksi yang terlampau dalam tetapi sempit. Zona inlet yang lebih lugs lebih baik. Perlu diatur agar aliran terdistribusi secara merata pada seluruh
lebar zona inlet tersebut. Memakai gravel dengan bentuk yang relatif bulat dan ukuran yang
hampir sama untuk media. Bentuk gravel yang relatif bulat dan ukuran yang regular memberikan void ratio yang tinggi. Sebenarnya bentuk demikian akan mengurangi kinerja dari treatment, tetapi menghindari masalah penyumbatan. Padahal penyumbatan (clogging) merupakan salah satu masalah yang amat perlu diperhatikan didalam konstruksi filtrasi horizontal. Clogging tersebut lazim terjadi karena : a) Suspended Solid, dan b) sludge yang terbentuk akibat penguraian bahan organis didalam
limbah. Karena itu bagian muka (front part) dari media harus sedemikian hingga mempunyai void yang kecil hingga dapat menahan SS sebaik mungkin, tetapi juga harus luas agar dapat meratakan SS tsb agar tidak mengumpul di s i tu tempat saja. Berdasar pengalaman empiris, pada bagian ini, pemakaian gravel dengan bentuk bulat dan uniform dengan ukuran diameter antara 8 -15 mm adalah paling baik. Agar tidak terjadi percolasi air limbah karena kebocoran, maka konstruksi filter horizontal lazimnya dibuat dengan:
Lapisan tanah liat yang kedap air Plastik, atau Pasangan (beton atau pasangan batu). Umur
Seperti telah disinggung diatas penyumbatan (clogging) adalah masalah umum yang sering membuat konstruksi filter horizontal tidak
645
berfungsi. Bila didesain, dilaksanakan dan di operasi kan dengan baik maka filter horizontal dapat berfungsi secara optimum selama 15 – 20 tahun. Umur tersebut sangat dipengaruhi oleh ukuran butiran dari gravel dan strength dari limbah. Bila fungsinya sudah menurun (ditunjukkan dergan menurunnya hydraulic conductivity) ada beberapa langkah yang dapat dilakukan untuk memfungsikan sistem tersebut kembali, ialah: Mengistirahatkan dan men drain filter horizontal untuk beberapa waktu. Proses ini lazim disebut "resting". Untuk ini didalam desain lebih baik membagi seluruh filter bed menjadi beberapa bagian hingga bila bagian tertentu sedang "resting" bagian lain masih tetup dapat difungsikan.
Setelah itu dilakukan pengisian secara bergantian (alternate chaiging) dan setelah dianggap cukup dapat difungsikan kembali.
Selama proses resting dan drain lersebut berbagai elemen yang meengakibatkan penyumbangan dapat terdekomposisi hingga hydraulic conductivity dapat ditingkatkan kembali.
Tetapi bila turunnya hydraulic conductivity ini disebabkan oleh partikel padat yang tidak dapat terurai (misalnya tanah) maka tidak ada jalan lain selain membongkar media dan melakukan penggantian. Bila hal ini terpaksa dilakukan maka lebih baik dilakukan pada bagian inlet. Karena bagian ini lazimnya merupakan bagian yang paling sering mengalami masalah clogging
Tanaman digunakan untuk menutup filter media data disamping itu dengan adanya tanaman akan melahirkan suatu micro ecosystem yang menghasilkan sinergi yang positif terhadap proses pengolahan limbah. Banyak uji coba empiris yang dilakukan yang masing masing melaporkan kelebihan dan kekurangannya. Tetapi akhirnya jenis tanaman yang aipilih haruslah yang banyak tersedia (atau mudah untuk diadakan) di suatu lokasi. Patokan yang perlu diperhatikan dalam pemilihan jenis tanaman yang akan ditanam diatas horizontal filter adalah:
646
• Yang dapat hidup pada air limbah. Berbagai ragam perdu yang lazim tumbuh di wilayah rawa merupakan opsi yang dapat dipilih.
• Yang mempunyai pola perakaran yang dalam dan lugs hingga dapat menjalar & menembus seta seta filter media dan mencengkerana. BORDA (Brement Overseas Research & Development Association) melaporkan bahwa Phragmites Australis (Glagah, Parumpung, Kasongket) merupakan jenis tanaman yang amat baik digunakan pada konstruksi ini. Karena akarnya dalam dan menjalar ke berbagai arah hingga membentuk formasi yang baik. Disamping itu Typlaa Angustifolia (Tanaman Ekor Kucing) juga dilaporkan mempunyai performance yang baik untuk digunakan pada filter horizontal. Disamping melahirkan suatu micro ecosystem yang komplex yang berdampak positif terhadap proses pengolahan, sampai tingkat tertentu sistem perakaran juga dilaporkan dapat mereduksi berbagai substansi racun. Sketsa dan Contoh konstruksi Model 1
Model ini menggunakan batu kali dengan ukuran besar (15 — 20 cm) untuk bagian muka dari konstruksi. Susunan batu kali tersebut berfungsi sebagai distributor hingga aliran yang masuk ke media diharapkan merata . Antara batu kali dengan media digunakan batu pipih yang fungsinya untuk memudahkan pengaturan media dan sekaligus juga berfungsi untuk meratakan aliran. Bagian pertama (kira kim 2/3 panjang) biasanya digunakan gravel dengan ukuran yang lebih besar sedarigkan pada bagian akhir dengan
647
ukuran yang lebih kecil. Pada bagian akhir digunakan juga batu kali yang didalamnya diletakkan pipa melintang yang berlubang (perforated pipe). Untuk mengatur aliran digunakan pipa pengeluaran vertikal yang dapat diatur ketinggiannya (swivel pipe atau pipa goyang). Untuk menjamin pengaliran horizontal yang merata di seluruh tampang dari media, seringkali pada bagian tengah dibuat pasangan batu kali tambahan (Lihat skets dibawah)
Model 2
Pada model ini bagian depan dan belakang (inlet dan outlet) diberi tambahan tembok yang ber lubang lubang agar distribusi masukan limbah lebih merata. Kesemuanya membentuk gang (gallery) pada bagian pemasukan dan pengeluaran. Bentuk demikian sering digunakan bila jumlah debit harian limbah cukup besar.
Untuk menghemat biaya, konstruksi horizontai filter yang besar sering menggunakan tanah fiat dan lembaran plastik khusus. Pemasangan lembaran plastik tersebut dapat dilihat pada sketsa
648
dibawah. Khusus untuk Indonesia perlu diperhatikan jenis plastik yang digunakan. Beberapa uji coba (untuk stabilisasi jalan dan sawah plastik) terdapat beberapa jenis plastik yang justru amat digemari oleh cricket (sejenis belalang) dan dengan giginya yang bergerigi dapat merusak konstruksi tersebut dalam waktu singkat.
Bibit tanaman yang baru tidak dapat tumbuh diatas air limbah. Karena itu pada tahap awal dianjurkan untuk banyak menambah air dan muatan limbah bertambah seirama dengan pertumbuhan tanaman tsb. Setelah mencapai full load, ketinggian pipa goyang mulai diatur sesuai dengan debit yang direncanakan. Pada waktu hujan, maka air hujan akan jatuh diatasnya dan hal tersebut tidak dap dihindari. Tetapi harus dihindari agar air hujan yang jatuh disekitarnya tide mengalir menuju ke konstruksi ini; karena kandurigan partikel halus yang biasan) terdapat didalamnya akan menyumbat sistem filtrasi. Berikutnya adalah mencari HRT (hydraulic retention time) yang dibutuhkan untuk mencapai BOD removal sesuai dengan yang diharapkan. Sungguhpun hal tersebut dapat dihitung secara teoritis, tetapi pada kenyataannya akan cukup komplex. Karena hal tersebut sangat dipengaruhi oleh ukuran dan void ratio dab gravel yang digunakan. Lebih lebih gravel yang digunakan tidak mungkin bentuknya sama (regular). Ditambah lagi terdapat akar tanaman yang diharapkan menembus sela sela filter bed agar diperoleh micro ecosystem yang berpengaruh positif terhadap proses pengolahan limbah secara keseluruhari. Dengan kata lain terdapat berbagai variable dan interaksi nya yang cukup komplex hingga mau tidak mau diperlukan berbagai uji coba empiris dan hasil empiris tersebut kemudian digunakan sebagai pegangan
649
didalam perencanaan. Uji coba empiris yang banyak dilakukan adalah untuk limbah domestik dan limbah industri makaran dan hasilnya dapat digunakan sebagai pegangan awal. Kaitan empiris antara BOD removal dengan faktor pengali terhadap HRT dapat dilihat pada grafik berikut:
Dengan BOD removal 86% (yang diharapkan) maka Faktor pengali HRT sebesar kira kira 0.86 luga. Proses biologis yang terjadi dipengaruhi oleh temperatur. Temperatur yang lebih tinggi akan menghasilkan proses yang lebih aktif dibanding temperatur yang rendah. Dengan kata lain untuk mencapai BOD removal tertentu pada temperatur yang tinggi akan lebih cepat dibanding temperatur rendah. Hingga lama limbah harus menginap (HRT) pada temperatur tinggi lebih sedikit dibanding pada temperatur rendah.
Hubungan empiris HRT dengan temperatur pada konstruksi gravel filter horizontal dapat dilihat pada grafik berikut: Dengan suhu 25 °C maka akan diperoleh perkiraan HRT sebesar 11.2 hari.
650
Kemiringan dari clasar misalnya diberi 1% (kemiringan dasar jangan terlampau besar karena akan berpengaruh pada pekerjaan galian dan kesulitan dalam pengaturan pipa goyang). Sedangkan kedalaman media diambil 60 cm. Lazimnya kedalaman media tidak lebih dari 1 meter dan yang paling lazim berkisar antara 60 -- 80 cm. Karena dengan lebih dalam maka pengerjaan akan lebih sulit dan effisiensi juga menurun. Maka Iuas area penampang (cross section) ... (Darcy's Law) =
26 (200 x 0,01) = 13m2 (disebut A) Disisi lain terdapat pengalaman empiris dari horizontal gravel filter menunjukkan bahwa load BOD maksimum (pada penampang inlet) adalah 150 g/m2. Banyak pengalaman menunjukkan bahwa load yang lebih besar dari angka tersebut akan menimbulkan berbagai masalah, hingga umur dari konstruksi akan cepat menurun atau dibutuhkan penggantian media yang terlampau sering. Dalam hal ini perlu diperhatikan bahwa lebih baik membuat suatu konstruksi yang dapat berfungsi dan digunakan selama 15 -- 20 tahun daripada suatu konstruksi yang perlu diganti medianya setiap 2 a 3 tahun.
651
Load BOD per hari adalah 26 x 1000 x 215/1000 = 5.590 gr Dengan basis empiris diatas maka luas area penampang (cross section) yang dibutuhkan adalah :
5.590/150 = 37,27 m2 (disebut B)
Bila A > B maka gunakanlah angka A Tetapi bila A < B Lebih baik gunakan angka B untuk desain. Dalam hal ini A < B hingga luas area penampang (cross section) = 37,27 m2. • Karena ketinggian filter 0,6 mtr maka lebar dari konstruksi
adalah: 37,27/0.6 = 62.1 mtr • Langkah berikutnya adalah menghitung luas area (pandangan
atas) dari konstruksi horizontal filter. Diatas telah dihitung dan diperoleh perkiraan HRT adalah 11,2 hari. Perlu diingat bahwa HRT tersebut merupakan angka teoritis. Pada kenyataannya limbah hanya akan melewati celah celah (bagian kosong atau void) dari media. Karena void pada media yang dipilih adalah 35%, maka HRT real adalah kira kira 35% x 11.2 hari = 3,92 ≈ 4 hari. Dengan basis HRT tsb maka total luas (pandangan atas) dari media adalah:
26 x 11.2/0.6 - 485,3 m2 (disebut X)
Tetapi total luas tersebut juga dibatasi oleh beberapa pendekatan empiris. Bila load pada penampang inlet dianjurkan untuk tidak lebih dari 150 g/m2. Tetapi setelah diratakan dianjurkan agar load pada keseluruhan media tidak lebih dari 10 g BOD/m2 hari. Dengan basis ini maka total luas (pandangan atas) dari media adalah:
26 x 2.15/10 = 559 m2 (disebut Y)
Bila Y > X ....... Maka gunakan angka Y Bila Y < X .....maka lebih baik gunakan angka X
652
Dalam kasus ini Y > X ... maka total luas (pandangan atas) dari media untuk desain adalah 559 m2.
• Dengan lebar 62,1 meter dan total area 559 m2 maka panjang dari konstruksi adalah 559/62,1 = 9 meter.
Hingga Dimensi pokok dari desain adalah: • Media tinggi = 0,6 mtr
panjang = 9 mtr lebar = 62,1 ≈ 62,5 mtr
• Media menggunakan gravel dengan void ratio 35% dan hydraulic conductivity berkisar 200 m/d
• BOD removal yang dapat diharapkan dengan desain tersebut kira kira adalah 86%. Dengan demikian setelah melewati konstruksi ini diharapkan BOD effluent menjadi kira kira 30 mg/I
Keuntungan dan Kerugian • Dibutuhkan lahan yang cukup luas dan karena itu hanya cocok
untuk lokasi dimana lahan yang tersedia cukup luas. Untuk lokasi dimana lahan amat terbatas atau dimana harga tanah sudah amat mahal, maka konstruksi ini kurang tepat.
• Tidak dapat digunakan untuk pengolahan limbah dimana beban suspended solid amat tinggi (lebih dari 100 mg/I) atau limbah dengan kandungan sedimen yang tinggi. Disamping itu kandungan COD pada limbah yang akan diolah dianjurkan tidak lebih dari 400 mg/I. Karena itu untuk penanganan limbah industri hanya dianjurkan untuk tahap finalisasi (bukan untuk pengolahan tahap awal).
• Bila di desain dan dibuat konstruksi yang baik, operasi nya akan mudah dan prosesnya berjalan secara alamiah (micro ecosystem); dalam kurun waktu yang cukup lama (10 - 20 tahun). Dengan kata lain selama periode 10 - 20 tahun tersebut berfungsi dengan sendirinya. Dengan tambahan sentuhan estetika (misalnya sentuhan arsitek) konstruksi ini dapat digabungkan menjadi tempat yang indah dan dapat dimanfaatkan untuk fungsi lain seperti taman, dlsb (misalnya untuk perhotelan, rumah sakit, dlsb)
653
Gambar 7.40. Instalasi pengolah air limbah
B. Limbah Gas
1. Proses Pencemaran Udara
Semua spesies kimia yang dimasukkan atau masuk ke atmosfer yang "bersih" disebut kontaminan. Kontaminan pada konsentrasi yang cukup tinggi dapat mengakibatkan efek negatif terhadap penerima (receptor), bila ini terjadi, kontaminan disebat cemaran (pollutant). Cemaran udara diklasifihasikan menjadi 2 kategori menurut cara cemaran masuk atau dimasukkan ke atmosfer yaitu: cemaran primer dan cemaran sekunder. Cemaran primer adalah cemaran yang diemisikan secara langsung dari sumber cemaran. Cemaran sekunder adalah cemaran yang terbentuk oleh proses kimia di atmosfer.
654
Gambar 7.41. Pencemaran udara dari gas buang kendaraan bermotor.
Sumber cemaran dari aktivitas manusia (antropogenik) adalah setiap kendaraan bermotor, fasilitas, pabrik, instalasi atau aktivitas yang mengemisikan cemaran udara primer ke atmosfer. Ada 2 kategori sumber antropogenik yaitu: sumber tetap (stationery source) seperti: pembangkit energi listrik dengan bakar fosil, pabrik, rumah tangga, jasa, dan lain-lain dan sumber bergerak (mobile source) seperti: truk, bus, pesawat terbang, dan kereta api. Lima cemaran primer yang secara total memberikan sumbangan lebih dari 90% pencemaran udara global adalah:
a. Karbon monoksida (CO), b. Nitrogen oksida (Nox), c. Hidrokarbon (HC), d. Sulfur oksida (SOx) e. Partikulat.
Selain cemaran primer terdapat cemaran sekunder yaitu cemaran yang memberikan dampak sekunder terhadap komponen lingkungan ataupun cemaran yang dihasilkan akibat transformasi cemaran primer menjadi bentuk cemaran yang berbeda. Ada beberapa cemaran sekunder yang dapat mengakibatkan dampak penting baik lokal, regional maupun global yaitu:
a. CO2 (karbon monoksida), b. Cemaran asbut (asap kabut) atau smog (smoke fog), c. Hujan asam, d. CFC (Chloro-Fluoro-Carbon/Freon), e. CH4 (metana).
655
2. Unsur-unsur Pencemar Udara
a. Karbon monoksida (CO)
Pencemaran karbon monoksida berasal dari sumber alami seperti: kebakaran hutan, oksidasi dari terpene yang diemisikan hutan ke atmosfer, produksi CO oleh vegetasi dan kehidupan di laut. Sumber CO lainnya berasal dari sumber antropogenik yaitu hasil pembakaran bahan bakar fosil yang memberikan sumbangan 78,5% dari emisi total. Pencemaran dari sumber antropogenik 55,3% berasal dari pembakaran bensin pada otomotif.
Gambar 7.42. Gas buang kendaraan yang mengandung CO
Perkiraan emisi per satuan berat bahan bakar disajikan pada Tabel 12.
Tabel 12. Perkiraan emisi CO per satuan berat bahan bakar Sumber Bahan Bakar Faktor Emisi CO % Emisi CO Kg/Ton BB
Batu bara Pembangkit listrik 0,025 0,25 Industri 0,15 1,5
Bensin 51,0 510,0 Kayu dan BB non-komersial
Insinerasi 3,5 35,0 Kebakaran Hutan 5,0 50,0
b. Nitrogen oksida (NOx)
Cemaran nitrogen oksida yang penting berasal dari sumber antropogenik yaitu: NO dan NO2. Sumbangan sumber antropogenik terhadap emisi total ± 10,6%.
656
Gambar 7.43. Siklus Nitrongen Atmosfer-Tanah
Perkiraan emisi NOx per satuan berat bahan bakar disajikan pada Tabel berikut.
657
Tabel 7.13. Perkiraan emisi NOx per satuan berat bahan bakar
Sumber Bahan Bakar Faktor Emisi CO % Emisi NO2 kg.ton BB Batu bara
Pembangkit listrik 1 10 kg/ton Industri 1 10 kg/ton
Minyak Bumi Bensin 2 20 kg/ton Kerosen 1,3 13 kg/ton Solar (Fuel Oil ) 1,25 12,5 kg/ton Minyak residu 1,8 18 kg/ton
Gas alam Pembangkit listrik 0,6* 6 kg/m3 Industri 0,3* Kg/m3
Kebakaran hutan 0,25 2,5 kg/ton
c. Sulfur oksida (SOX)
Senyawa sulfur di atmosfer terdiri dari H2S, merkaptan, SO2, SO3, H2SO4 garam-garam sulfit, garam-garam sulfat, dan aerosol sulfur organik. Dari cemaran tersebut yang paling penting adalah SO2 yang memberikan sumbangan ± 50% dari emisi total. Cemaran garam sulfat dan sulfit dalam bentuk aerosol yang berasal dari percikan air laut memberikan sumbangan 15% dari emisi total.
Gambar 7.44. Gas buang industri yang mengandung Sox
Perkiraan emisi sulfur dioksida per satuan berat bahan bakar disajikan pada Tabel berikut.
658
Tabel 7.14. Perkiraan emisi SO2 per satuan berat bahan bakar
Sumber Bahan Bakar Faktor Emisi CO % Emisi SO2 kg.ton BB Batu bara
Pembangkit listrik 45 45 kg/ton Industri 40 40 kg/ton
Minyak Bumi Bensin - Kerosen - Solar (Fuel Oil ) - Minyak residu -
Gas alam Pembangkit listrik - Industri
d. Hidrokarbon (HC)
Cemaran hidrokarbon yang paling penting adalah CH4 (metana) + 860/ dari emisi total hidrokarbon, dimana yang berasal dari sawah 11%, dari rawa 34%, hutan tropis 36%, pertambangan dan lain-lain 5%. Cemaran hidrokarbon lain yang cukup penting adalah emisi terpene (a-pinene p-pinene, myrcene, d-Iimonene) dari tumbuhan ± 9,2 % emisi hidrokarbon total. Sumbangan emisi hidrokarbon dari sumber antrofogenik 5% lebih kecil daripada yang berasal dari pembakaran bensin 1,8%, dari insineratc dan penguapan solvent 1,9%.
Gambar 7.45. Emisi HC dari kegiatan industri
659
Tabel 7.15. Perkiraan emisi HC per satuan berat bahan bakar
Sumber Bahan Bakar Faktor Emisi CO % Emisi Hidrokarbon kg.ton BB
Batu bara Pembangkit listrik 0,016 0,16 Industri 0,051 0,51
Bensin Pembakaran 9,0 60,0 Evaporasi dan transfer 2,06 20,6
Kerosen < 0,1 < 1,0 Solar (Fuel Oil ) 0,035 0,35 Minyak residu 0,039 0,39 Kayu 0,15 1,5 Kebakaran hutan 0,37 3,7
e. Partikulat
Cemaran partikulat meliputi partikel dari ukuran molekul s/d > 10 μm. Partikel dengan ukuran > 10 μm akan diendapkan secara gravitasi dari atmosfer, dan ukuran yang lebih kecil dari 0,1 μm pada umumnya tidak menyebabkan masalah lingkungan. Oleh karena itu cemaran partikulat yang penting adalah dengan kisaran ukuran 0,1 - 10 μm. Sumber utama partikulat adalah pembakaran bahan bakar ± 13% - 59% dan insinerasi.
Tabel 16. Perkiraan Faktor Emisi Partikulat
Sumber Bahan Bakar Faktor Emisi Partikulat Gas Alam
Pembangkit listrik 0,24 kg/10 3 m3 Industri 0,29 kg/10 3 m3
Distilat minyak bumi Industri 1,8 kg/m3 Rumah tangga 1,0 kg/m3
Minyak residu Pembangkit listrik 1,20 kg/m3 Kayu 2,75 kg/m3
660
f. Karbondioksida (CO2)
Emisi cemaran CO2 berasal dari pembakaran bahan bakar dan sumber alami. Sumber cemaran antropogenik utama adalah pembakaran batubara 52%, gas alam 8,5%, dan kebakaran hutan 2,8%
Gambar 7.46. Emisi CO2 dari pembakaran bahan bakar Tabel 7.17. Perkiraan emisi CO2 per satuan berat bahan bakar
Sumber Bahan Bakar Faktor Emisi CO % Emisi CO2 kg.ton BB
Batu bara 248 2,48 Minyak bumi 317 3,17 Gas alam 275 2,75
Kayu 146 1,46 Kebakaran hutan 120 1,20
g. Metana (CH4)
Metana merupakan cemaran gas yang bersama-sama dengan CO2, CFC, dan N2O menyebabkan efek rumah kaca sehingga menyebabkan pemanasan global. Sumber cemaran CH4 adalah sawah (11%), rawa (34%), hutan tropis (36%), pertambangan dll (5%). Efek rumah kaca dapat dipahami dari Gambar 30. Sinar matahari yang masuk ke atmosfer sekitar 51% diserap oleh permukaan bumi dan sebagian disebarkan serta dipantulkan dalam
661
bentuk radiasi panjang gelombang pendek (30%) dan sebagian dalam bentuk radiasi inframerah (70%). Radiasi inframerah yang dipancarkan oleh permukaan bumi tertahan oleh awan. Gas-gas CH4, CFC, N2O, CO2 yang berada di atmosfer mengakibatkan radiasi inframerah yang tertahan akan meningkat yang pada gilirannya akan mengakibatkan pemanasan global.
Gambar 7.47. Penyerapn radiasi UV oleh Ozon h. Asap kabut fotokimia
Asap kabut merupakan cemaran hasil reaksi fotokimia antara O3, hidrokarbon dan NOX membentuk senyawa baru aldehida (RHCO) dan Peroxy Acil Nitrat (PAN) (RCNO5).
i. Hujan asam
Bila konsentrasi cemaran NOx dan SOX di atmosfer tinggi, maka akan diubah menjadi HNO3 dan H2SO4. Adanya hidrokarbon, NO2, oksida logam Mn (II), Fe (II), Ni (II), dan Cu (II) mempercepat reaksi SO2 menjadi H2SO4. HNO3 dan H2SO4 bersama-sama dengan HCI dari emisi HCI menyebabkan derajad keasaman (pH) hujan menjadi rendah < 5,7. pada umumnya kisaran pH hujan asam 4 - 5,5
662
3. Pencemaran Udara Ambien
Kualitas udara ambien merupakan tahap awal untuk memahami dampak negatif cemaran udara terhadap lingkungan. Kualitas udara ambien ditentukan oleh: (1) kuantitas emisi cemaran dari sumber cemaran; (2) proses transportasi, konversi dan penghilangan cemaran di atmosfer. Kualitas udara ambien akan menentukan dampak negatif cemaran udara terhadap kesehatan masyarakat dan kesejahteraan masyarakat (tumbuhan, hewan, material dan Iain-Iainnya)
Gambar 7.48. Skema Rantai Emisi - Dampak Cemaran Udara Informasi mengenai efek pencemaran udara terhadap kesehatan berasal dari data pemaparan pada binatang, kajian epidemiologi, dan pada kasus yang terbatas kajian pemaparan pada manusia. Penelitian secara terus menerus dilakukan dengan tujuan:
(1) Menetapkan secara lebih baik konsentrasi dimana efek negatif dapat dideteksi,
(2) Menentukan korelasi antara respon manusia dan hewan terhadap cemaran,
(3) Mendapatkan informasi epidemiologi lebih banyak, dan (4) Menjembatani gap informasi dan mengurangi ketidakpast'an
baku mutu yang sekarang diberlakukan.
Baku mutu kualitas udara lingkungan/ambien ditetapkan untuk cemaran yaitu: O3 (ozon), CO (karbon monoksida), NOX (nitrogen oksida), SO2 (sulfur oksida), hidrokarbon non-metana, dan partikulat. Baku Mutu Kualitas Udara Nasional Amerika (Tabel 13) yang telah dikaji oleh National Academics of Science and Environmental Protection Agency (NEPA) menetapkan baku mutu primer dan baku mutu sekunder.
Emesi Dari Sumber Cemaran
Proses Transportasi Konversi dan Penghilangan
Koncentrasi Cemaran Ambien
Efek Pencemaran Terhadap Kesehatan dan Kesejahteraan
Masyarakat
663
Tabel 7.18. Baku Mutu Kualitas Udara Ambien Nasional (USA)
Cemaran Waktu rata-rata
Buku mutu
primer
Buku mutu
sekunder Sasaran umum
Ozon 1 jam 240 μg/m3 240 μg/m3 Untuk mencegah iritasi mata dan kemungkinan gangguan fungsi paru pada orang dengan penyakit paru kronis, dan mencegah kerusakan tumbuhan.
(0,12 ppm) (0,12 ppm)
Karbon monoksida
8 jam 10 μg/m3 10 μg/m3 Untuk mencegah gangguan transportasi oksigen pada darah.
(9 ppm) (9 ppm) 1 jam 40 μg/m3 40 μg/m3 (35 ppm) (35 ppm)
Nitrogen dioksida
Rerata tahunan
100 μg/m3 100 μg/m' Untuk mencegah resiko pada kesehatan masyarakat dan pelunturan warna kain
(0,05 ppm) (0,05 ppm)
Sulfur dioksida
Rerata 80 μg/m3 - Untuk mencegah iritasi paru Untuk mencegah bau
tahunan (0,03ppm) - 24 jam 365 μg/m3 -
3 jam - 1300 g/m3 (0,05 ppm) Partikulat tersuspensi
Rata-rata geometrik
75 μg/m3 60 μg/m3 Untuk mencegah efek terhadap kesehatan akibat pemaparan terus menerus dan lama
24 jam 260 μg/m3 150 μg/m3
Hidrokarbon 3 jam 160 μg/m3 160 μg/m3 Untuk mencegah pembentukan oksidan. (0,24 ppm) (0,24 ppm)
Baku mutu primer ditetapkan untuk melindungi pada batas keamanan yang mencukupi (adequate margin safety) kesehatan masyarakat dimana secara umum ditetapkan untuk melindungi sebagian masyarakat (15-20%) yang rentan terhadap pencemaran udara. Baku mutu sekunder ditetapkan untuk melindungi kesejahteraan masyarakat (material, tumbuhan, hewan) dari setiap efek negatif pencemaran udara yang telah diketahui atau yang dapat diantisipasi. Baku Mutu Kualitas Udara Ambien Indonesia yang ditetapkan dengan mempertimbangkan dan mengacu baku mutu negara lain di antara Baku Mutu Kualitas Udara Ambien USA disajikan pada Tabel berikut.
664
Tabel 7.19. Baku Mutu Udara Ambien (Indonesia)
Parameter Waktu Pengukuran Baku Mutu Metoda Analisis
Sulfur dioksida 24 jam 260 μg/m (0,10 ppm)
Para-rosanilin
Karbon monoksida B jam 2260 μg/m3 (20 ppm)
Non Dispersive Infrarred (NDIR)
Oksida nitrogen 24 jam 92,5 μg/m3 (0,05 ppm)
Saltzman
Oksidan I jam 200 μg/m3 (0,10ppm)
Chemiluminescent
Debu 24 jam 0,26 μg/m3 Gravimetri Timah hitam 24 jam 0,06 μg/m3 Gravimetrik
Absorpsi atom
Berdasarkan baku mutu kualitas udara ambien ditentukan baku mutu emisi berdasarkan antisipasi bahwa dengan emisi cemaran dibawah baku mutu dan adanya proses transportasi, konversi, dan penghilangan cemaran maka kualitas udara ambien tidak akan melampaui baku mutunya. Salah satu contoh baku mutu emisi adalah untuk Pembangkit Daya Uap dengan Bahan Bakar Batubara disajikan pada Tabel 6.19.
Tabel 7.20. Baku Mutu Emisi untuk Pembangkit Daya dengan Bahan Bakar Batubara
Parameter Batas Maksimum (mg/m3)
1. Partikulat total 300 2. Sulfur dioksida 1500
3. Nitrogen oksida 1700
1. Prediksi Pencemaran Udara Pencemaran udara dapat disebabkan oleh sumber alami maupun sebagai hasil aktivitas manusia. Pada umumnya pencemaran yang diakibatkan oleb sumber alami sukar diketahui besarnya, walaupun demikian masih mungkin kita memperkirakan banyaknya polutan udara clan aktivitas ini. Polutan udara sebagai hasil aktivitas manusia, umumnya lebih mudah diperkirakan banyaknya, terlebih lagi jika diketahui jenis bahan, spesifikasi bahan, proses berlangsungnya aktivitas tersebut,
665
serta spesifikasi satuan operasi yang digunakan dalam proses maupun pasca prosesnya. Selain itu sebaran polutan ke atmosfir dapat pula diperkirakan dengan berbagai macam pendekatan. Bagaimana cara memperkirakan banyaknya polutan yang keluar dari sistem operasi tertentu, serta pendekatan yang digunakan untuk memprediksi sebaran polutan tersebut ke atmosfir akan diuraikan pada pembahasan berikut ini. 2. Faktor emisi Apabila sejumlah tertentu bahan bakar dibakar, maka akan keluar sejumlah tertentu gas hasil pembakarannya. Sebagai contoh misalnya batu bara yang umumnya . ditulis dalam rumus kimianya sebagai C (karbon), jika dibakar sempurna dengan 02 (oksigen) akan dihasilkan CO2 (karbon dioksida). Namun pada kenyataannya tidaklah demikian. Ternyata untuk setiap batubara yang dibakar dihasilkan pula produk lain selain CO2, yaitu CO2 (karbon monoksida), HCHO (aldehid), CH4 (metana), NO2 (nitrogen dioksida), SO2 (sulfur dioksida) maupun Abu. Produk hasil pembakaran selain CO2 tersebut, umumnya disebut sebagai polutan (zat pencemar).
Gambar 7.49. Asap dari kegiatan industri
Faktor emisi disini didefinisikan sebagai sejumlah berat tertentu polutan yang dihasilkan oleh terbakarnya sejumlah bahan bakar se/ama kurun waktu tertentu. Dari definisi ini dapat diketahui bahwa jika faktor emisi sesuatu polutan diketahui, maka banyaknya polutan yang lolos dari proses pembakarannya dapat diketahui jumlahnya persatuan waktu.
666
Contoh 1: Dirancang sebuah pembangkit listrik tenaga uap menggunakan batubara sebagai bahan bakarnya. Kadar abunya 8%, kadar sulfurnya 0,5%, nilai kalornya 11.000 Btu/lb. Daya yang akan dibangkitkan sebesar 2.250 MW dengan efisiensi thermal sebesar 38%. Perkiraan banyaknya partikulat, NO2 dan SO2 yang teremisikan dari sistem ini adalah sebagai berikut: Faktor emisi masing-masing polutan akibat terbakarnya batubara (dalam lb/ton batubara yang terbakar), adalah: partikulat = 16A, NO2 = 20; SO2 = 38 S dengan A dan S adalah prosen abu dan prosen sulfur dalam bahan bakar. (1 lb = 453,6 gram) Energi yang diperlukan untuk menghasilkan daya sebesar 2250 MW adalah: 2.250 MW / 0,38 = 5.930 x 106 Watt
= 20.200 x 106 Btu/Jam (Watt = 3,4114 Btu/jam).
Dari kebutuhan energi, maka kebutuhan bahan bakarnya adalah: (20.200 x 106 Btu/jam) /(11.000 Btu/lb) = 1.834 x 103 lb/jam
= 917 ton/jam. Besarnya emisi masing-masing polutan dapat diperkirakan sebesar: Partikulat : (16 x 8 lb/ton) x 917 ton/jam = 117.300 lb/jam NO2 : (20 lb/ton) x 917 ton/jam = 18.340 lb/jam SO2 : (38 x 0,5 Ibton) x 917 ton/jam = 17.400 lb/jam Jumlah emisi partikulat dapat dikurangi jika pada sistem tersebut dilengkapi dengan satuan operasi lain (alat pengendali emisi partikulat) seperti elektrostatik presipitator misalnya, Contoh 2: Perkiraan emisi partikulat dari sistem di atas, jika sistem dilengkapi dengan EP yang mempunyai spesifikasi:
Ukuran partikel, pm 0-5 5-10 10-20 20-44 >44
Efisiensi, % 75 94,5 97 99,5 100
667
Partikulat yang teremisikan ke udara mempunyai spesifikasi: Ukuran partikel, μm 0-5 5-10 10-20 20-44 >44
% berat 15 17 20 23 25
Emisi partikulat ke udara setelah menggunakan EP adalah: Ukuran partikel, μm Emisi partikel, lb/jam
0-5 = (100-75,0)% x 15% x 117.300 = 4.398,75
5-10 = (100-94,5)% x 17% x 117.300 = 1.096,76
10-20 = (100-97,0)% x 20% x 117.300 = 703,80
20-44 = (100-99,5)% x 23% x 117.300 = 134,90
> 44 = (100-100)% x 25% x 117.300 = 0,0
Jumlah =……………………………………………= 6.334,2
Atau sebanyak (6.334,21/117.300) x 100% = 5,4 % dari total partikulat.
Contoh 3:
Sebuah Tempat Penampungan Akhir (TPA) sampah dengan sistem pembakaran terbuka mengemisikan 7,71 kg partikulat per ton sampah yang dibakar. Jika jumlah penduduk Semarang 1.300.000 orang, setiap orang rata-rata membuang sampah sebanyak 2,7 kg per hari selama 7 hari per minggu, maka perkiraan jumlah sampah dan partikulat yang teremisikan per hari adalah sebagai berikut:
Jumlah sampah:
1.300.000 orang x 2,7 kg/hari/orang = 3.510.000 kg/hari = 3.510 ton/hari
Emisi partikulat: 7,71 kg/ton sampah x 3.510 ton sampah/hari = 27.062 kg/hari Faktor emisi dari berbagai jenis bahan bakar tersebut diperoleh atas hasil pengukuran berulang pada berbagai sumber emisi dengan tipe sistem
668
yang sama. Oleh karena itu walaupun bahan bakarnya sama, jika tipe sistemnya berbeda, maka emisi polutannya akan berbeda besarnya. Beberapa contoh Faktor Emisi (FE) berbagai bahan bakar maupun berbagai tipe sistem yang digunakan disajikan pada Tabel 7.21.
Tabel 7.21. Faktor Emisi Polutan pada pembakaran batubara, lb/ton coal
No Polutan Power Plant Industri Rumah tangga / Kantor
1. Aldehid, HCHO 0,005 0,005 0,005 2. Karbon Monoksida, CO 0,5 3 50 3. Hidrokarbon, CH4 0,2 1 10 4. Oksida Nitrogen, NO2 20 20 8 5. Sulfur Dioksida 38S 38S 38S 6. Partikulat 16A 16A 16A
S = sulfur dalam batubara ; A = % abu dalam batubara
Jika kadar abu dalam batubara 10%, kadar sulfurnya 0,8%, maka emisi masing-masing: Partikulat = 16A =16 x 10 lb/ton batubara SO2 = 38S =38 x 0,8 lb/ton batubara
Tabel 7.22. Faktor Emisi Polutan pada pembakaran Gas Alam, Ib/106 NG
No Polutan Power Plant Industri Rumah Tangga/ Kantor
1. Aldehid, HCHO 1 2 N 2. Karbon Monoksida, CO N 0,4 0,4 3. Hidrokarbon, CH4 N N N 4. Oksida Nitrogen, NO2 390 214 116 5. Sulfur Dioksida 0,4 0,4 0,4 6. Partikulat 15 18 19
669
Tabel 7.23. Faktor Emisi Polutan pada pembakaran Fuel Oil, lb/1000 gallon FO
No Polutan Power Rant Industri Rumah Tangga/Kantor
1. Aldehid, HCHO 0,6 2 2 2. Karbon Monoksida, CO 0,04 2 2 3. Hidrokarbon 3,2 2 3 4. Oksida Nitrogen, NO2 104 72 72 Sulfur Dioksida, SO2 157S 157S 157S
6. Sulfur Trioksida, SO3 2,4S 2S 2S 6. Partikulat 10 23 8
Beberapa contoh di atas baru menunjukkan banyaknya polutan yang teremisikan ke udara dalam satuan berat per satuan waktu, namun belum dalam satuan berat per satuan volume gas yang keluar dari sistem. Untuk mengkonversinya dapat dilakukan jika laju volumetris gas keluar sistem (m3/jam) diketahui. Pada umumnya baku mutu emisi dinyatakan dalam kondisi standar/normal (tekanan 1 atm, suhu 25° C), sedang polutan gas keluar sistem umumnya berada pada kondisi lain. Untuk mengkonversikan dapat digunakan rumusan praktis sebagai berikut:
=
n
n
TP
TP
cc 11
dengan: c1 ; cn = konsentrasi polutan pada kondisi 1 dan kondisi normal. (P,T)1 ; (P,T)n = tekanan dan suhu pada kondisi 1 dan kondisi normal
3. Sebaran polutan Polutan yang diemisikan dari sistem akan tersebar ke atmosfer. Konsentrasi polutan di udara sebagai hasil sebaran polutan dari sumber emisi dapat diperkirakan dengan berbagai pendekatan, diantaranya adalah dengan model kotak hitam (black box model), model distribusi normal Gaussian (Gaussian Model), dan model lainnya.
670
a. Model kotak hitam Polutan yang terdistribusi dianggap homogen dan mengalir keatas membentuk kolom udara, pada kecepatan angin (v). Pada keadaan ajeg, konsentrasi polutan dalam kolom udara di atas sumber emisi adalah:
Gambar 7.50. Model Kotak Hitam (Black Box) Standar dan Profil Konsentrasinya
Cj = (Qj)/(v.W.D) dengan: Cj = konsentrasi polutan j, mg/m3
v = kecepatan angin, dianggap konstan, m/det Q, = laju emisi polutan j, mg/det D = tinggi kolom udara, m W = lebar kolom udara, m
Selain model di atas dapat digunakan model kotak tertutup, terutama jika kecepatan angin sangat rendah (mendekati nol) sebagai berikut:
Gambar 7.51. Model Kotak Hitm Tertutup (Closed System) dan Profil Konsentrasinya
Cj = (Qj. t)/(x. . W. D) dengan: Cj = konsentrasi polutan j, mg/m3
x = panjang kolom udara, m Qj = laju emisi polutan j, mg/det D = tinggi kolom udara, m W = lebar kolom udara, m t = waktu emisi, detik
671
Model kotak hitam umumnya digunakan untuk sumber emisi diam yang berada di tanah, misalnya tempat parkir, pemukiman, tempat pembakaran
b. Model Gaussian
Pada kenyataannya dispersi polutan sesungguhnya tersebar ke segala arah dengan konsentrasi bervariasi, mengingat kondisi atmosfer yang sangat kompleks. Untuk mengakomodasikan berbagai variabel lain yang mempengaruhi sebaran polutan, dilakukan penyusunan model lain. The American Society of Mechanical Engineers (ASME) mempublikasikan Model Gaussian untuk kepentingan memprediksi dampak. Model tersebut dapat digunakan untuk memperkirakan besarnya konsentrasi polutan (gas) di suatu posisi dari sumber emisi diam (di tanah, dari cerobong asap), maupun dari sumber bergerak.
1. Pencemaran Udara dari Sumber Bergerak C(x,y,z) = [(2Q/L)]/[(2π)1/2 v.tz2)] [exp {-(z2/2.tz2)}]
2. Pencemaran Udara dari Sumber Tetap yang teremisikan Melalui Cerobong Asap C(x,y.z)
= (Q/2π.v.tz)[exp-(y2/2.tz2)][exp{-(z-H)2/2.tz}+ exp {-z+H)2/2. tz2}]
3. Pencemaran Udara dari Sumber Tetap di Tanah C(x,y,z) = (Q/π.v.ty.tz)exp [-y2/2.Ty2 - z2/2.T,2)]
Untuk polutan partikulat dapat digunakan pendekatan: C(x.y.z) = (Q/π.v.ty.tz)exp [-y2/2. ty 2] [exp -1/2(H-z-xVp/v)2]
Keterangan: Q, = Laju emisi, mg/det C(x,y,z) = Konsentrasi polutan pada koordinat x,y,z dari sumber
emisi, mg/m v = Kecepatan angin pada arah x, m/det ty.tz = Koefisien dispersi polutan ke arah y dan z, m H = Tinggi efektif cerobong asap (h + Hs), m h = Tinggi kepulan asap, m Hs = tinggi aktual cerobong asap, m L = panjang jalur jalan yang dilewati, m Vp = Kecepatan jatuh partikulat, m/det
672
Penggunaan Model Gaussian memerlukan informasi tentang koefisien dispersi dan variasinya yang tergantung pada stabilitas atmosfer, maupun jarak ke arah mengalirnya angin. Koefisien dispersi secara empiris telah diperkenalkan oleh Pasquil-Gifford, Tennese Valley Authority (TVA), maupun American Society of Mechanical Engineers (ASME). Kategori stabilitas atmosferik diberikan oleh tuner, 1970 seperti dilihat pada tabel 7.23.
Tabel 7.24. stabilitas atmosferik
Kec. Angin pada ketinggian 110
m, m/det
Siang Malam
Kuat Sedang Lemah Berawan Cerah hingga
berawan <2 A A-B B - - 2-3 A-B B C E F 3-5 B B-C C D E 5-6 C C-D D D D >6 C D D D D
c. Plume rise (kenaikan kepulan asap)
Gerakan ke atas dari kepulan gas dari ketinggian cerobong (stack), hingga asap mengalir secara horisontal dikenal sebagai "plume rise" atau kenaikan kepulan asap. Kenaikan ini disebabkan adanya momentum akibat kecepatan vertikal gas maupun perbedaan suhu "flue gas" dengan udara ambien. Karena adanya plume rise ini, tinggi stack secara fisik tidak dapat digunakan pada persamaan Gauss. Sebagai gantinya, tinggi stack perlu ditambah dengan tinggi kenaikan kepulan asap sehingga dikenal adanya tinggi stack efektif. Beberapa kemungkinan kenaikan kepulan asap, h dapat dihitung dengan rumus pendekatan sebagai berikut:
1. Beda suhu antara flue gas dengan udara ambien < 10 °C;
h = D, (Vgt)/vt)1,4
dengan: Dt = diameter bagian dalam stack (bagian atas), ml Vgt = kecepatan alir gas, m/det vt = kecepatan angin, m/det
2. Beda suhu lebih besar atau sama dengan 50 °C, volume flue gas kurang dari 50 m3/det. maka besarnya plume rise,
h = [Vgt. Dt/vt][1,5 + (36 x 10-4.Bt.Dt.(Tgt Tta)/Tgt],
673
dengan: Bt = Tekanan udara ambien, mm Hg T9t = suhu flue gas, °K Tat = suhu udar ambien, °K
Harga harus dikoreksi atas dasar stabilitas atmosferiknya.
Klas Stabilitas Faktor Koreksi Sangat tidak stabil, A-B 1,15 Tidak stabil, C 1,10 Netral, D 1,00 Stabil, E-F 0,85
3. Beda suhu lebih besar atau sama dengan 50 °C, volume flue
gas lebih dari atau sama dengan 50 m3/det. maka besarnya plume rise, Untuk kondisi stabil h = 3, 44 [Vgt. Dt
2/vt.Bt2/7][Tat/Tgt ][(Tgt-Tat)/(∂Tat/∂z)],
dengan: ∂Tat/∂z = ( Δ T,t/ Δ z) + 0,01, °C/m Untuk kondisi nefral dan tidak stabil h = [10/vt][Vgt.Dt
2.H2.(Tgt-Tat)/Tgt],
Contoh 4. Perkiraan konsentrasi SO2 pada sisi hilir dari sebuah PLTU 1.000 MIW pada jarak 1 km dan 5 km, yang menggunakan 10.000 ton batubara per hari sebagai bahan bakarnya, kadar sulfur 1%, tinggi stack efektif 250 m, angin bergerak dengan kecepatan 3m/det, diukur pada kondisi sedikit cerah, siang hari pada ketinggian 10 m.
x, km Ty, 117 Tz, m
1 140 125 5 540 500
Kondisi atmosferik tidak stabil, kecepatan angin pada ketinggian stack efektif adalah sebesar:
v = v1 (H/z1)n = 3(250/10)0,25 = 6,6 m/det.
674
Jumlah sulfur = 10.000 ton/hari x 1/100 = 100 ton/hari (27.777.700 mg/detik)
Emisi SO2 = (64/32)(27.777.700)mg/det = 55.555.400 mg/det.
Pada ground level concentration maximum (GLC), konsentrasi SO2 adalah:
C1km = [55.555.400/3,14.6,6x 140 x125] exp-[{2502/2(125)2}]
= 750 μg/m' C5km = [55.555.400 /3,14.6,6x540 x 500] exp-[{2502/2(500)2}]
= 315 μg/m2
Gambar 7.52. Koefisien dispersi ke arah z.
675
Gambar 7.53. Koefisien dispersi ke arah y.
Gambar 7.54. Simulasi sebaran polutan gas ke berbagai posisi
676
Gambar 7.55. Tinggi kepulan asap dan tinggi stack efektif
d. Korelasi Antara Pencemaran Udara dan Kesehatan
Pencemaran udara dapat menimbulkan gangguan kesehatan pada manusia melalui berbagai cara, antara lain dengan merangsang timbulnya atau sebagai faktor pencetus sejumlah penyakit. Kelompok yang terkena terutama bayi, orang tua dan golongan berpenghasilan rendah yang biasanya tinggal di kota-kota besar dengan kondisi perumahan dan lingkungan yang buruk. Menelaah korelasi antara pencemaran udara dan kesehatan, cukup sulit. Hal ini karena: 1. Jumlah dan jenis zat pencemar yang bermacam-macam. 2. Kesulitan dalam mendeteksi zat pencemar yang dapat menimbulkan
bahaya pada konsentrasi yang sangat rendah. 3. Interaksi sinergestik di antara zat-zat pencemar. 4. Kesulitan dalam mengisolasi faktor tunggal yang menjadi penyebab,
karena manusia terpapar terhadap sejumlah banyak zat-zat pencemar yang berbahaya untuk jangka waktu yang sudah cukup lama.
5. Catatan penyakit dan kematian yang tidak lengkap dan kurang dapat dipercaya.
6. Penyebab jamak dan masa inkubasi yang lama dari penyakit-penyakit (misalnya: emphysema, bronchitis kronik, kanker, penyakit
677
jantung). 7. Masalah dalam ekstrapolasi hasil percobaan laboratorium binatang
ke manusia. Terdapat korelasi yang kuat antara pencemaran udara dengan penyakit bronchitis kronik (menahun). Walaupun merokok hampir selalu menjadi urutan tertinggi sebagai penyebab dari penyakit pernafasan menahun akan tetapi sulfur oksida, asam sulfur, partikulat, dan nitrogen dioksida telah menunjukkan sebagai penyebab dan pencetusnya asthma brochiale, bronchitis menahun dan emphysema paru. Hasil-hasil penelitian di Amerika Serikat sekitar tahun 70-an menunjukkan bahwa bronchitis kronik menyerang 1 di antara 5 orang laki-laki Amerika umur antara 40-60 tahun dan keadaan ini berhubungan dengan merokok dan tinggal di daerah perkotaan yang udaranya tercemar. Hubungan yang sebenarnya antara pencemaran udara dan kesehatan ataupun timbulnya penyakit yang disebabkannya sebetulnya masih belum dapat diterangkan dengan jelas betul dan merupakan problema yang sangat komplek. Banyak faktor-faktor lain yang ikut menentukan hubungan sebab akibat ini. Namun dari data statistik dan epidemiologik hubungan ini dapat dilihat dengan nyata. Pada umumnya data morbiditas dapat dianggap lebih penting dan berguna daripada data mengenai mortalitas. Apalagi penemuan-penemuan kelainan fisiologik pada kehidupan manusia yang terjadi lebih dini sebelum tanda-tanda penyakit dapat dilihat atau pun dirasa, sebagai akibat dari pencemaran udara, jelas lebih penting lagi artinya. Tindakan pencegahan mestinya telah perlu dilaksanakan pada tingkat yang sedini mungkin. WHO Inter Regional Symposium on Criteria for Air Quality and Method of Measurement telah menetapkan beberapa tingkat konsentrasi pencemaran udara dalam hubungan dengan akibatnya terhadap kesehatan/ lingkungan sebagai berikut:
Tingkat I : Konsentrasi dan waktu expose di mana tidak ditemui akibat apa-apa, baik secara langsung maupun tidak langsung.
Tingkat II : Konsentrasi di mana mungkin dapat ditemui iritasi pada panca indera, akibat berbahaya pada tumbuh-tumbuhan, pembatasan penglihatan atau akibat-akibat lain yang merugikan pada lingkungan (adverse level).
678
Tingkat III : Konsentrasi di mana mungkin timbul hambatan pada fungsi-fungsi faali yang fital serta perubahan yang mungkin dapat menimbulkan penyakit menahun atau pemendekan umur (serious level).
Tingkat IV : Konsentrasi di mana mungkin terjadi penyakit akut atau kematian pada golongan populasi yang peka (emergency level).
Beberapa cara menghitung/memeriksa pengaruh pencemaran udara terhadap kesehatan adalah antara lain dengan mencatat: jumlah absensi pekerjaan/dinas, jumlah sertifikat/surat keterangan dokter, jumlah perawatan dalam rumah sakit, jumlah morbiditas pada anak-anak, jumlah morbiditas pada orang-orang usia lanjut, jumlah morbiditas anggota-anggota tentara penyelidikan pada penderita dengan penyakit tertentu misalnya penyakit jantung, paru dan sebagainya. Penyelidikan-penyelidikan ini harus dilakukan secara prospektif dan komparatif antara daerah-daerah dengan pencemaran udara hebat dan ringan, dengan juga memperhitungkan faktor-faktor lain yang mungkin berpengaruh (misalnya udara, kebiasaan makan, merokok, data meteorologik, dan sebagainya).
a. Beberapa data epidemiologik
Fairbairn & Reid menemukan bahwa incidence bronchitis, lebih banyak pada pengantar pos di daerah dengan pedut tebal. Juga di London incidence penyakit kanker paru terbesar di bagian timur taut kota, di mana angin membawa pencemaran udara dari pusat dan bagian selatan kota. Dalam penyelidikan di Cracow (Polandia) tahun 1965 prevalensi gejalagejala penyakit pernafasan lebih besar didapatkan pada orang-orang yang tinggal di daerah pencemaran udara berat. Juga penyelidikan di Rotterdam terhadap 1000 anak sekolah yang tinggal di pusat kota (pencemaran tinggi) dan daerah permukiman baru di pinggiran kota menunjukkan bahwa anak-anak di daerah pinggiran kota rata-rata lebih tinggi dan lebih berat badannya. Colley dan Reid (1970) juga menemukan angka bronkhitis terendah di daerah pedesaan dan angka tertinggi di daerah yang terkena pencemaran berat. Hal ini terutama dijumpai pada anak-anak dan pekerja-pekerja yang setengah terlatih dan tidak terlatih
679
Beberapa penulis lain menemukan angka kematian karena kanker paru 10 kali lebih tinggi di dalam kota daripada di daerah rural. Juga pada bukan perokok angka-angka di daerah perkotaan untuk kanker paru ini 120% lebih tinggi daripada di daerah pedesaan. Dengan sebab yang belum jelas juga angka kematian karena kanker lambung 2 kali lebih tinggi di daerah dengan pencemaran tinggi. b. Penyakit yang disebabkan oleh pencemaran udara
Penyakit-penyakit yang dapat disebabkan oleh pencemaran udara adalah: 1) Bronchitis kronika. Pengaruh pada wanita maupun pria kurang lebih
sama. Hal ini membuktikan bahwa prevalensinya tak dipengaruhi oleh macam pekerjaan sehari-hari. Dengan membersihkan udara dapat terjadi penurunan 40% dari angka mortalitas.
2) Emphysema pulmonum. 3) Bronchopneumonia. 4) Asthma bronchiale. 5) Cor pulmonale kronikum.
Di daerah industri di Republik Ceko umpamanya, dapat ditemukan prevalensi tinggi penyakit ini. Demikian juga di India bagian utara di mana penduduk tinggal di rumah-rumah tanah liat tanpa jendela dan menggunakan kayu api untuk pemanas rumah.
6) Kanker paru. Stocks & Campbell menemukan mortalitas pada non-smokers di daerah perkotaan 10 kali lebih besar daripada daerah pedesaan.
7) Penyakit jantung, juga ditemukan 2 kali lebih besar morbiditasnya di daerah dengan pencemaran udara tinggi. Karbon-monoksida ternyata dapat menyebabkan bahaya pada jantung, apalagi bila telah ada tanda-tanda penyakit jantung ischemik sebelumnya. Afinitas CO terhadap hemoglobin adalah 210 kali lebih besar daripada O2 sehingga bila kadar COI-Ib sama atau lebih besar dari 50%, akin dapat terjadi nekrosis otot jantung. Kadar lebih rendah dari itu pun telah dapat mengganggu faal jantung. Scharf dkk (1974) melaporkan suatu kasus dengan infark myocard transmural setelah terkena CO.
8) Kanker lambung, ditemukan 2 kali Iebih banyak pada daerah dengan pencemaran tinggi.
680
9) Penyakit-penyakit lain, umpamanya iritasi mata, kulit dan sebagainya banyak juga dihubungkan dengan pencemaran udara. Juga gangguan pertumbuhan anak dan kelainan hematologik pernah diumumkan. Di Rusia pernah ditemukan hambatan pembentukan antibodi terhadap influenza vaccin di daerah kota dengan tingkat pencemaran tinggi, sedangkan di daerah lain pembentukannya normal.
Di Jepang sekarang secara resmi telah diakui oleh pemerintah pusat maupun daerah, sejumlah 7 macam penyakit yang berhubungan dengan pencemaran (pollution related diseases). yaitu: • Bronchitis kronika • Asthma bronchiale • Asthrnatik bronchitis • Emphysema pulmonum dan komplikasinya • Minamata disease (karena pencemaran air dengan methyl-Hg) • Itai-itai disease (karena keracunan cadmium khronik) • Chronic arsenik poisoning (pencemaran air dan udara di tambang-
tambang AS). Orang-orang dengan keterangan sah menderita penyakit ini, yang dianggap disebabkan oleh salah satu macam bahaya pencemaran, akan mendapat kompensasi akibat kerugian dan biaya perawatan dari penyakitnya oleh polluters. 4. Pengendalian Pencemaran Udara
a. Sumber dan Jenis Pencemaran Udara Pencemaran udara ditinjau dari asalnya dapat dibagi menjadi dua. Pertama, yaitu pencemaran udara yang diakibatkan oleh aktivitas alam seperti hembusan angin yang membuat debu beterbangan, letusan gunung berapi yang mengeluarkan gas dan debu ke udara, aroma yang dikeluarkan flora dan fauna, kebakaran hutan, serbuk sari dari bunga, pembusukan hewan, dan tumbuh-tumbuhan, radioaktivitas alam. Dalam beberapa kasus pencemaran alamiah ini berskala sangat besar sperti letusan gunung berapi yang sekali meletus bisa mengeluarkan jutaan ton gas dan debu ke udara, ataupun kebakaran hutan yang asapnya bisa menyebar menutupi suatu kawasan yang sangat luas. Pencemaran udara
681
akibat aktivitas alam ini sangat sulit dikontrol oleh manusia, hanya kebakaran hutan saja yang bisa dikontrol. Kedua, pencemaran udara yang diakibatkan oleh aktivitas manusia, seperti alat transportasi, pembangkit tenaga listrik non-PLTA, industri yang kesemuanya menghasilkan 5 macam polutan utama yang berbahaya yaitu partikulat, karbon monoksida, hidrokarbon, nitrogen oksida dan belerang oksida. Pencemaran udara akibat aktivitas manusia sekarang ini sudah sangat berat. Sebagai contoh, diperkirakan polutan yang ditimbulkan oleh aktivitas manusia di Amerika Serikat saja dalam satu tahun sebesar 300 juta ton (bandingkan dengan polusi belerang dioksida akibat pembakaran bahan bakar di Indonesia sekitar 160.000 ton/th dari batubara dan 3500 ton/th dari bahan bakar minyak). Pencemaran udara akibat aktivitas manusia ini yang akan dibahas dan care penanggulangannya agar tidak berdampak negatif terhadap lingkungan hidup. Sudah terbukti bahwa polutan bisa menimbulkan akibat negatif, antara lain kesehatan manusia seperti penyakit saluran pernafasan dan pare-paru, iritasi mata-kulit, alergi, dan lain-lainnya. Terhadap binatang selain pernafasan juga makanan seperti yang terjadi terdap tumbuh-tumbuhan, antara lain kerusakan hutan akibat hujan asam, rusaknya warna daun, bunga, buah dan sebagainya. Tidak bisa diabaikan adalah kerusakan material akibat korosi, perubahan warna, pemecahan rantai molekul, kotor akibat debu, berkurangnya jarak pandang dan lainnya. Terhadap clam: adanya zat CFC/HCFC yang merusak lapisan ozon (pelindung bumi dari radiasi sinar ultra-violet matahari. Aerosol di udara bersifatmenyerap energi radiasi sinar ultraviolet matahari dan mengubahnya jadi panas yang membuat udara menjadi lebih panas. Naiknya kandungan gas karbon monoksida di atmosfer akan mengakibatkan terhalangnya pantulan panas bumi ke angkasa luar hal ini mengakibatkan terperangkapnya panas di atmosfer, sehingga suhu bumi menjadi naik dan akibat lanjutannya antara lain adalah naiknya permukaan air laut akibat meleburnya lapisan es di kutub bumi. Secara garis besar ada dua macam zat pencemar di udara yang berasal dari emisi peralatan yang berkaitan dengan aktivitas manusia yaitu Gas dan Partikulat.
682
a. Gas
1. Senyawa belerang: SO2, SO3, H2S 2. Karbon Oksida: CO, CO2 3. Nitrogen Oksida: NO, NO2, NO3 4. Halogen, Halida: HF, HCI, Cl2. CFC 5. Cyanida: HCN 6. Amonia: NH3 7. Organik: Hidrokarbon seperti metana, etana, benzena, asam organik,
formaldehida, alkohol, dll. Beberapa jenis gas tersebut di atas mempunyai bau yang spesifik yang dapat dipakai sebagai indikator adanya pencemaran udara. b. Partikulat Partikulat dapat berbentuk zat padat atau cairan yang ukurannya lebih besar dari ukuran 1 molekul, tetapi kurang dari 1000 μm. Partikulat yang terdispersi di udara di sebut Aerosol. Debu adalah hasil pemecahan zat padat sehingga berukuran 1 sampai 200 Etm. Asap adalah padatan atau butiran cairan hasil pembakaran zat organik dan berukuran antara 0,01 sampai 1 μm, demikian halusnya ukurannya sehingga bisa terdispersi cukup lama di udara. Polutan gas dan partikulat dilihat dari sumbernya dapat dibagi menjadi dua. Pertama, sumber bergerak, misalnya alat transportasi seperti mobil, bis, truk, pesawat udara, kapal, kereta api, dimana gas asap sisa hasil pembakaran di buang langsung ke udara. Kedua, sumber tidak bergerak, yaitu industri/pabrik yang emisi polutannya sebagian besar dikeluarkan lewat cerobong asap, sebagian lagi as ke Iingkungan karena operasi peralatan pabrik yang tidak sempurna atau terbuka sehingga gas/ partikulat dapat lolos ke udara. 2. Prinsip Dasar Pengendalian Pencemaran Udara Dengan mengetahui jenis dan sumber zat-zat pencemar udara, maka dapat dilakukan dua tindakan untuk pengendalian pencernaran udara, yaitu: DI DALAM PROSES dan DI LUAR PROSES.
683
a. Pengendalian di dalam proses 1. Memperbaiki proses agar sisa pembakaran seminimal mungkin.
Ada empat hal yang bisa digunakan untuk meminimalisasi polutan di dalam emisi gas hasil pembakaran. Pertama, yaitu pemakaian bahan bakar yang bersih dan ramah lingkungan dengan kandungan belerang dan logam berat yang seminimal mungkin, seperti bensin yang tidak mengandung timbal (Pb) Kedua, yaitu pengaturan efisiensi pembakaran dengan mengatur perbandingan bahan bakar dan udara yang optimal. Ketiga, yaitu perancangan sistem pembakaran yang bagus agar pembakaran bisa berlangsung sempurna. Keempat, yaitu penerapan sistem energi terintegrasi dimana kebutuhan energi untuk pemanasan dan sisa energi yang akan di buang dihitung, kemudian aliran panas yang akan dibuang dimanfaatkan semaksimal mungkin sehingga secara netto energi simpan baru yang diperlukan bisa seminimal mungkin.
2. Memperbaiki proses agar bahan yang diproses terisolasi dari lingkungan. Semua proses diusahakan dijalankan secara tertutup sehingga kalau ada emisi gas dan partikulat bisa dilokalisir untuk selanjutnya dialirkan ke unit pengolahan gas buang.
3. Memperbaiki kondisi proses . Suhu, tekanan, kecepatan alir, kecepatan putaran, konsentrasi, dan lainnya agar efisiensi proses meningkat yang akhirnya akan membuat gas dan partikulat yang terbuang bisa minimal.
4. Memperbaiki peralatan agar tidak terjadi kebocoran lingkungan, dengan cara merawat peralatan secara rutin dan teliti, contohnya kran-kran, packing pompa-kompressor-flange.
5. Pemasangan alat penangkap polutan pada aliran gas yang akan dibuang ke lingkungan contohnya elektrostatik precipitatot cyclone, separator, absorbser; katalitik konverter, bag filter, incinerator; absorbser karbon aktif, kondensor, dan lain-lain.
6. Perancangan dan pemasangan cerobong yang sesuai dengan ketentuan dan dengan memperhatikan kondisi lingkungan. Khusus untuk perancangan dan pemasangan cerobong perlu diperhatikan hal-hal sebagai berikut: • Tinggi cerobong sebaiknya minimal 2,5 kali tinggi bangunan di
sekitarnya agar lingkungan sekitar tidak terkena turbulensi asap.
684
• Kecepatan aliran gas yang keluar cerobong sebaiknya berkecepatan minimal 20 m/detik agar gas yang keluar cerobong akan terhindar dari turbulensi.
• Perlu diingat bahwa untuk cerobong yang diameternya kurang dari 5 feet dan tingginya kurang dari 200 feet akan mengakibatkan konsentrasi di bagian bawah akan menjadi tinggi.
• Konsentrasi maksimum bagian permukaan tanah dari cerobong biasanya terjadi pada jarak 10 sampai 20 kali tinggi cerobong sesuai arah angin (down wind).
• Konsentrasi maksimum zat polutan berkisar 0,001% - 1% dari konsentrasi zat polutan di dalam cerobong.
• Semakin tinggi cerobong, semakin rendah konsentrasi maksimum zat polutan di permukaan.
• Cerobong dilengkapi dengan sampling point untuk mempermudah pengontrolan kualitas gas buang.
b. Pengendalian di luar proses Pemilihan lokasi pabrik yang tepat dengan memperhatikan lingkungan sekitar permukiman, daerah industri, dan jenis industri. Penanaman potion tinggi di sekeliling pabrik dan pinggir jalan, pengaturan perbandingan yang memadai antara Iuas daerah hijau dan luasan daerah terpakai. Pohon-pohon ini dapat berfungsi sebagai buffer/penyangga agar pengaruh negatif emisi gas buang dapat ditekan karena dengan adanya pohon-pohon tersebut sebagian gas buang seperti karbon dioksida dapat terserap. c. Pengendalian dari Sumber Emisi Sebelum membahas pengendalian pencemaran udara dari sumber emisi, lebih dulu perlu dikertahui karakteristik berbagai jenis peralatan pengendalian pencemaran udara di dalam proses dan faktor-faktor yang mendasari pemilihannya. Dengan demikian alat-alat tersebut harus dipasang sebelum cerobong. Dengan mengetahui jenis alat yang dipakai, bisa dihitung konsentrasi zat polutan yang akan dibuang lewat cerobong sudah memenuhi baku mutu atau belum. Apakah alat yang dipakai perlu diganti dengan jenis lain yang efisiensi prosesnya lebih tinggi. Dengan memperhatikan standar baku mutu udara ambien dapat dirancang tinggi
685
cerobong yang diperlukan untuk mendispersikan sisa zat polutan di permukaan agar tidak melebihi baku mutu yang ditetapkan.
Pemilihan jenis peralatan
Banyak faktor yang harus diperhatikan dalam penentuan jenis peralatan pengendalian pencemaran udara, beberapa di antaranya adalah: 1. Jenis proses produksi yang akan dikendalikan jenis gas. 2. Beban dan konsentrasi outlet yang diperlukan. 3. Kelembaban inlet. 4. Temperatur inlet. 5. Tekanan inlet. 6. Jenis, ukuran dan bet jenis partikulat. 7. Konsentrasi partikulat pada inlet alat. 8. Volume feed gas. 9. Karakteristik alat: efisiensi pemisahannya. 10. Biaya operasional.
Gambar 7.56. Methode nitrifikasi dengan filler
Media yang dipakai batu berukuran antara 1,0 – 1,5 inchi, gravel 0,5 cm antrasit dan plastik 1,8 mm
686
B. Pengolahan Limbah Gas Ada beberapa metode yang telah dikembangkan untuk
penyederhanaan buangan gas. Dasar pengembangan yang dilakukan adalah absorbsi, pembakaran, penyerap ion, kolam netralisasi dan pembersihan partikel.
Pilihan peralatan dilakukan atas dasar faktor berikut: – Jenis bahan pencemar (polutan) – Komposisi – Konsentrasi – Kecepatan air polutan – Daya racun polutan – Berat jenis – Reaktivitas – Kondisi lingkungan Desain peralatan disesuaikan dengan variabel tersebut untuk
memperoleh tingkat efisiensi yang maksimum. Kesulitannya sering terbentuk pada persediaan alat di pasaran.
Pilihan desain yang diinginkan tidak sesuai dengan kondisi limbah, sebab itu harus dibentuk desain baru. Kemampuan untuk mendesain peralatan membutuhkan keahlian tersendiri dan ini merupakan masalah tersendiri pula.
Di samping itu ada faktor lain yang harus dipertimbangkan yaitu nilai ekonomis peralatan. Tidakkah peralatan mencakup sebagian besar investasi yang tentu harus dibebankan pada harga pokok produksi. Permasalahannya bahwa ternyata kemudian biaya pengen-dalian menjadi beban konsumen.
Atas dasar pemikiran ini maka pilihan teknologi .pengolahan harus merupakan kebijaksanaan perlindungan konsumen baik dari sudut pencemaran itu sendiri maupun dari segi biaya.
Pada umumnya jenis pencemar melalui udara terdiri dari bermacam-macam senyawa kimia baik berupa limbah maupun bahan beracun dan berbahaya yang tersimpan dalam pabrik.
Limbah gas, asap dan debu melalui udara adalah: 1. Debu : Berupa padatan halus 2. Karbon monoksida : Gas tidak berwarna dan tidak berbau 3. Karbon dioksida : Gas, tidak berwarna, tidak berbau 4. Oksida nitrogen : Gas, berwarna dan berbau
687
5. Asap : Campuran gas dan partikel berwarna hitam: CO2 dan SO2
6. Belerang dioksida : Tidak berwarna dan herbau tajam 7. Soda api : Kristal 8. Asam chlorida : Berupa larutan dan uap 9. Asam sulfat : Cairan kental 10. Amoniak : Gas tidak berwarna, berbau 11. Timah hitam : Gas tidak berwarna 12. Nitro karbon : Gas tidak berwarna 13. Hlidrogen fluorida : Gas tidak berwarna 14. Nitrogen sulfida : Gas, berbau 15. Chlor : Gas, larutan dan berbau 16. Merkuri : Tidak berwarna, larutan
Berikut ini adalah jenis peralatan yang dipilihkan untuk
pengolahan limbah gas.
Gambar 7.57. Seruber Model Tegak
688
Gambar 7.58. Menara Penyemprot C. Pengoperasian Alat pengumpul debu
Tujuannya untuk mengurangi pencemaran udara akibat adanya debu agar memenuhi baku mutu emisi yang ditetapkan pemerintah yang diterima dari segi ekonomi.
Untuk menentukan sistem pencegahan pencemaran debu-partikulat, diperlukan informasi mengenai : 1. Proses Produksi yang mengeluarkan gas dengan pencemar debu-
partikulat. Jenis proses maupun karakteristik proses (misalnya : batch atau kontinyu dan siklis atau non siklis, bahan baku yang digunakan) yang mengeluarkan gas buang dengan pencemar partikulat dapat digunakan untuk memprediksi kondisi dan komposisi gas buang dan kandungan debu-partikulat yang mungkin terbawa : suhu,
689
tekanan, debit, fasanya zat pencemar : padat atau cair, distribusi ukuran debu partikulat. komposisi gas pembawanya.
2. Sifat fisik dan kimia gas pembawa debu — partikulat : Suhu, tekanan, debit, komposisi kimia dan sifat kimiawinya dapat diukur, ditentukan dengan menganalisa secara kimiawi sehingga diperoleh data-data riil yang berguna dalam pemilihan dan perancangan sistim yang sesuai.
3. Sifat fisik dan kimia debu — partikulat pencemar. Fasanya berupa padat atau cair, konsantrasi debu-partikulat, bentuk dan distribusi ukuran partikel, sifat kelistrikannya maupun sifat kimiawinya akan sangat menentukan dalam pemilihan sistim peralatan yang sesuai.
Sebagai contoh dalam industri peleburan besi-baja dimana bahan
bakunya mengandung kurang dari 1 % senyawa Sodium dan Potassium, tetapi dengan tingginya suhu peleburan akan membuat hampir semua senyawa tersebut menguap sehingga dalam gas buang kandungan fume-partikel padat berbentuk bola yang sangat halus menjadi komponen utama dalam gas buang tanur. Selain itu tanur umumnya bekerja secara batch dan siklis sehingga debit, komposisi, sifat fisik dan kimia gas dan partikelnya setiap saat bisa berbeda-beda. Komposisi bahan baku utama dan bahan pembantu juga penting karena apabila bijih besinya mengandung belerang, maka kemungkinan akan keluar sebagai gas belerang dioksida yang bersifat korosif. Kondisi-kondisi inilah yang sangat menentukan tipe dan bahan peralatan penangkap yang tepat. Persiapan peralatan dust collector : 1. Prinsip dasar yang digunakan dalam alat-alat pembersih gas dari
debu -partikulat tipe ini adalah adanya gaya centripetal yang diterima oleh partikel debu yang berputar (spinning) dalam jalur sirkuler. Besarnya gaya ini :
F = MV2 / R Dimana F : Gaya yang diterima partikel M : Massa partikel V : Kecepatan gas pembawa R : Radius lingkar – putaran
2. Percepatan partikel V2 / R dapat diatur dengan memilih harga-harga
690
V dan R yang tepat agar nilai akselerasi ini menjadi beberapa kali nilai gravitasi : g , sehingga gaya centripetal yang dihasilkannya juga meningkat.
Pengoperasian alat dust collector : 1. Menggunakan dasar dust collector untuk memisahkan debu-
partikulat dari gas pembawanya adalah dengan mengalirkan gas yang membawa partikulat tersebut masuk silinder dust collector melalui horizontal tangential inlet sehingga aliran gas dalam dust collector menjadi berputar-cepat. Sehingga partikel debu akan mendapatkan gaya centripetal – terlempar kearah luar putaran gas – mendekati dinding dust collector.
2. Partikel akan terkonsentrasi di dekat dinding, turun berputar kebawah dan keluar dari bagian bawah dust collector.
3. Aliran gas akan berputar kebawah, dan berbalik arah naik keatas melalui bagian tengah dust collector dan keluar dari alas melalui pipa tengah.
Hawksley menurunkan rumus yang digunakan untuk menghltung efisiensi pemisahan debu di dalam dust collector sebagai berikut :
= DVd c
μδ18
2
dimana : effisiensi pemisahan dust collector : densitas partikel d : diameter partikel Vc : kecepatan gas di inlet dust collector : viscositas gas D : diameter dust collector Dari rumusan diatas dapat ditarik kesimpulan utama mengenai efisiensi dust collector : o Diameter dust collector : efisiensi dust collector akan meningkat
dengan menurunnya diameter dust collector. o Dust collector capacity : efisiensi dust collector akan meningkatnya
kapasitas dust collector. Kapasitas dust collector akan meningkat dengan meningkatnya kecepatan aliran gas masuk. Hal ini juga berarti dengan meningkatnya kapasitas dust collector maka ukuran
691
diameter partikel yang bisa dipisahkan akan menurun (semakin kecil ukuran partikelnya).
o Suhu gas : gas dengan massa yang sama bila dinaikkan suhunya maka akan meningkat volumenya, sehingga kecepatan gas masuk akan meningkat akibatnya akan meningkatkan efisiensi. Tetapi kalau dilihat dari viskositasnya, dimana bila suhu meningkat viskositas gas akan meningkat, maka hasil akhirnya adalah penurunan efisiensi dust collector.
Masih banyak parameter yang sebetulnya mempengaruhi efisiensi dust collector, sehingga banyak bentuk persamaan matematis yang diturunkan untuk menghitungnya. Beberapa persamaan lain memasukkan faktor panjang body dust collector, dimana semakin panjang body dust collector ataupun panjang dust collector akan semakin tinggi efisiensinya. Demikian juga efisiensi akan meningkat dengan meningkatnya rasio diameter body dust collector dengan gas outlet diameter. Selain itu kenaikan pressure drop dalam dust collector akan menurunkan efisiensi, sehingga belokan tajam dalam dust collector harus dikurangi, agar hambatan aliran gas berkurang. Dust collector geometri diketahui juga besar pengaruhnya pada efisiensi, sehingga banyak sekali dikembangkan beberapa modifikasi geometri dust collector. Salah satu persamaan matematis yang banyak digunakan untuk mengevaluasi kinerja dust collector adalah persamaan Lapple :
d0,5 = 2/1
29 −
θρμ
gp QHB
dimana : d0,5 : diameter partikel dimana efisiensi pemisahannya 50% : viscositas gas, Pa . s B : lebar lubang inlet gas, m H : Tinggi lubang inlet gas, m p : densitas partikel, kg/m3 Qg : flow rate gas, m3 / s : Jumlah putaran efektif gas dalam dust collector, yang
dihitung dari rumus
= Hπ
(2 L1 + L2)
L1 : panjang cylinder L2 : panjang dust collector
692
Gambar 7.59. Pemisahan udara dan debu dengan “Wet Seruber” dan kolam pengendapan
693
1. Scrubber Alat ini digunakan untuk membersihkan gas yang mudah
bereaksi dengan air. Prinsip kerjanya adalah mencampurkan air dengan uap dalam satu kolam. Pada umumnya arah aliran berlawanan agar kontak uap/gas dengan air dapat sempurna. Alat terdiri dari beberapa tipe: penyemprot, kolam, piringan dan putaran.
Menara Penyemprot
Gas kotor masuk dari bagiah dasar akibat tekanan. Gas membubung ke atas sementara dari atas dimasukkan pipa air yang dilengkapi dengan sprayer (penyemprot), sehingga air keluar merupakan titik-titik air memenuhi menara. Karena gaya berat, titik air turun sementara gas naik bersama udara. Gas yang terkandung dalam udara bereaksi dengan air dan turun ke bawah lalu ditampung dan dialirkan ke tempat tertentu. Udara yang bersih keluar melalui cerobong atas. Faktor yang perlu diperhatikan adalah waktu kontak.
Jenis lain dari menara penyemprot yaitu packet tower dilengkapi dengan paking yang berfungsi memperluas permukaan kontak uap penceipar dengan air.
Plate tower adalah bentuk lain yaitu paking digantung dengan piringan yang berlobang-lobang. Air berada di atas piringan dan turun melalui lubang-lubang, sementara udara dan gas mengalir dari bawah.
Scrubber model tegak hampir mirip dengan menara penyemprot. Air dialirkan melalui pipa tegak (sejajar dengan kolam) berada di tengah-tengah liolam dan di sekeliling pipa dibuat lubang untuk menyemprotkan air. Gambar 22, 23 dan 24 adalah bagan alat pengolahan gas.
2. Pengolahan dengan Penyerapan (Absorbsi)
Prinsip penyerapan (absorbsi) adalah pemisahan zat pencemar bentuk gas melalui cairan penyerap yang tidak mudah menguap. Udara yang mengandung zat pencemar dialirkan melalui cairan penyerap yang tidak mudah menguap (seperti air) sehingga zat-zat tersebut terserap. Penyerapan berlangsung dengan mudah apabila kontak permukaan cukup luas. Untuk itu dilakukan dengan membentuk butiran cairan atau membentuk cairan yang berbentuk
694
film yang mem buat gelembung gas.
Gambar 7.60. Menara isi
Gambar 7.61. Penyerap mekanis
695
Gambar 7.62. Menara penyemprot tipe cyclone
Di samping itu perlu juga diperhatikan zat pencemar yang mudah dah bereaksi dengan zat penyerap seperti asam dengan alkohol. Ada 5 (lima) metode kerja absorbsi yaitu:
Gambar 7.63. Menara semprot
696
Gambar 7.64. Menara piringan
Gambar 7.65. Menara kotak
697
a. Menara Isi Menara berbentuk silinder tegak diisi butiran pengisi untuk memperluas kontak permukaan. Cairan mengalir melalui butiran. Sementara itu gas dapat mengalir searah atau berlawanan arah dengan cairan penyerap. Efektivitas alat sangat dipengaruhi distribusi gas yang mengalir melalui butiran pengisi. Butiran dapat dibuat dari bahan plastik atau karbon dengan ukuran 2,5 cm / s/d 5 cm. Lihat gambar 25, 26 dan 27.
b. Menara Semprot
Menggunakan cairan penyerap yang disemprotkan ke dalam menara dan cairan ini mudah bereaksi dengan gas, seperti gas chlor. Yang penting gas mudah larut dalam cairan. Gas masuk dari bagian samping bawah silinder sementara butir cairan masuk dari samping silinder sebelah tengah. Gas dan butiran padat akan larut bersama cairan penyerap dan terbawa ke bawah sementara gas bersih keluar melalui pembuangan sebelah atas.
c. Penyerapan dengan Tarikan Cairan
Berfungsi untuk menarik partikel dari buangan gas. Cairan penyerap dibangkitkan dan terjadi kontak dengan partikel, sehingga terjadi ikatan partikel dengan cairan. Sementara gas terbuang melalui lubang pembuangan atas.
d. Semprot Cyclone
Alat ini merupakan silinder tegak yang sebelah bawah terdapat alat penyemprot. Gas masuk ke dalam silinder melalui saluran yang berbentuk tangensial. Aliran gas yang berjalan mengelilingi cairan menabrak butiran cairan sehingga terjadi penyerapan.
e. Penyerapan Mekanis Alat diisi cairan penyerap dan diputar dengan kipas. Gas kotor masuk ke dalam cairan. Reaksi antara cairan dan gas berlangsung dengan cukup baik. Gas dan partikel yang mudah bereaksi tinggal bersama cairan sementara gas keluar sudah bersih.
698
Absorbsi oleh Benda Padat Absorbsi adalah penyerapan gas dengan bahan padat. Zat padat dikontakkan dengan buangan gas, sehingga zat pencemar yang mudah bereaksi akan terikat bersama bahan padat. Penyerapan ini dapat berlangsung secara fisika maupun secara kimia. Penyerapan secara fisika yaitu merupakan kondensasi gas pada permukaan zat padat, sedangkan penyerapan kimia berupa reaksi yang membentuk molekul baru.
D. Limbah Gas 1. Pengolahan Limbah Padat
Pengolahan limbah padat menurut sifatnya dapat dilakukan melalui 2 cara yaitu: 1. Limbah padat tanpa pengolahan. 2. Limbah padat dengan pengolahan.
Limbah padat tanpa pengolahan dapat dibuang ke tempat
tertentu sebagai tempat pembuangan akhir karena tidak ada unsur kimia yang beracun dan berbahaya terkandung di dalamnya. Limbah semacam ini dapat langsung dibuang ke tempat tertentu, misalnya areal daratan atau laut.
Berbeda dengan limbah padat yang mengandung senyawa kimia berbahaya dan beracun atau setidak-tidaknya dapat menimbulkan reaksi kimia baru.
Ada beberapa faktor yang perlu dipertimbangkan sebelum lirnbah diolah yaitu: a) Jumlah Limbah
Dapatkah limbah ditanggulangi sendiri dalam pabrik tanpa memerlukan peralatan pengolahan ataupun pengangkutan. Limbah dalam jumlah relatif sedikit tidak membutuhkan penanganan khusus, seperti tempat pembuangan dan sarana pembuangan. Tetapi kalau yang harus dibuang misalnya 4 m3 setiap hari, sudah tentu memerlukan tempat pembuangan akhir dan mungkin memerlukan sarana angkutan tersendiri pula.
699
b) Sifat Fisik dan Kimia Limbah Limbah padat terdiri dari berbagai macam wujud dan bentuk, tergantung pada jenis industrinya. Sifat fisik limbah akan mempengaruhi pilihan tempat pembuangan, sarana pengangkutan dan pilihan pengolahan. Limbah logam (kaleng, seng, potongan besi dan sebagainya) berbeda dengan limbah plastik atau kertas dan berbeda pula dengan limbah padat tepung tapioka. Limbah kertas dan plastik kemungkinan dapat diolah kembali untuk memperoleh produk baru. Di samping sifat fisik limbah; sifat kimia suatu hal yang tidak dapat diabaikan. Sifat kimia limbah padat akan merusak dan rnencemari lingkungan secara kimia yang dapat menimbulkan reaksi membentuk senyawa baru. Limbah padat lumpur dari pabrik pulp dan rayon akan mencemari air tanah melalui penyerapan ke dalam tanah. Apakah limbah mengandung sulftur atau sianida dan lain-lain.
c) Kemungkinan Pencemaran dan Kerusakan Lingkungan
Lingkungan terdiri dari berbagai komponen. Baik peka maupun tidak terhadap komponen pencemaran. Perlu diketahui pula komponen lingkungan yang rusak akibat pencemaran pada tempat buangan akhir. Unsur manakah yang terkena dan bagaimanakah tingkat pencemaran yang ditimbulkan. Apakah cukup penting kehadiran komponen lingkungan tersebut dalam lingkungan itu sendiri atau memang perlu ditiadakan kehadirannya.
d) Tujuan Akhir yang Akan Dicapai
Ada beberapa tujuan yang hendak dicapai dalam upaya pengelolaan limbah. Tujuan ini tergantung pada tingkat limbah yang bersifat ekonomis maupun nonekonomis. Bagi limbah yang nonekonomis pengelolaannya ditujukan pada pencegahan dan kerusakan lingkungan, sedangkan limbah yang mempunyai nilai ekonomis dirinci dengan tujuan meningkatkan efisiensi pabrik secara keseluruhan dan untuk mengambil kembali bahan yang masih berguna dengan tujuan
700
lain. Bagaimanapun pengolahan akhir harus mendapat perhatian utama yaitu mau dikemanakan limbah? Karena itu perlu dilakukan pengolahan sebelumnya untuk memperoleh limbah yang lebih mudal mengelolanya, seperti mudah memindahkan, mengangkut, tidak menimbulkan bau sewaktu dibawa dan lain-lain. Berdasarkan pertimbangan di atas pengolahan limbah dapat dilakukan melalui proses sebagai berikut:
a. Pemisahan Pemisahan dilakukan karena dalam limbah terdapat berbagai ukuran yarig berbeda dan kandungan bahan tertentu. Pemisahan perlu dilakukan untuk menyesuaikan dengan kondisi peralatan dan sekaligus mencegah kerusakan peralatan (mesin) yang tidak cocok dengan komponen bahan pencemar dalam limbah. Pemisahan dilakukan sebagai berikut: 1) Sistem balistik. Pemisahan cara ini untuk memperoleh
ukuran yang lebih seragam, misalnya berat mendekati seragam atau ukuran volume yang lebih seragam pula.
2) Sistem grafitasi Pemisahan dilakukan berdasarkan gaya berat, misalnya bahan yang mudah terapung dengan bahan yang berat. Atau pada pemisahan biji sawit dengan serat dilakukan berdasarkan hembusan angin.
3) Sistem magnetis Bahan yang bersifat maknet akan menempel pada magnet sedangkan yang tidak mempunyai sifat magnetis akan langsung berpisah. Alat ini banyak digunakan untuk memisahkan bahan yang bercampur antara logam dan nonlogam.
b. Penyusutan Ukuran Ukuran perlu diperkecil unttik memperoleh ukuran yang lebih homogen sehingga lebih mudah memberi perlakuan terhadap pengolahan berikutnya dengan tujuan:
701
1) Bahan mempunyai ukuran yang lebih kecil dapat mencapai ukuran 1".
2) Bahan mempunyai volume lebih kecil (bahan lebih dipadatkan).
3) Bahan mempunyai berat yang lebih ringan dan volume lebih kecil. Cara ini pada umumnya dilakukan dengan pernbakaran.
c. Pengomposan Bahan organik yang terdapat dalam limbah diuraikan secara biokimia sehingga menghasilkan bahan organik baru yang lebih berguna. Hasil pengomposan dapat dijadikan pupuk tanaman. Sebelum dilakukan proses pengomposan kemungkinan diperlukan pernisahan ataupun penyusutan ukuran agar hasil kompos lebih baik. Pengomposan banyak dilakukan terhadap buangan yang mudah membusuk, sampah kota, buangan hewan, lumpur pabrik dan sebagainya.
d. Pembuangan Limbah Setelah salah satu atau lebih proses dilakukan maka proses akhir adalah tempat pembuangan limbah. Tempat pembuangan limbah ada 2 macam yaitu: 1) Pembuangan di Laut Laut cukup luas dan diperkirakan kecil sekali pengaruhnya terhadap kualitas air laut yang kemungkinan besar dapat menetralisasi bahan beracun dan berbahaya. Pembuangan ke laut juga harus memperhatikan penggunaan laut oleh masyarakat di sekitar tempat buangan, seperti taman rekreasi, tempat nelayan mencari ikan, taman laut dan lain-lain. Di samping itu perlu diperhatikan dangkal tidaknya tempat pembuangan. Dari uraian ini jelas bahwa tidak semua limbah padat dapat dibuang ke laut terutama limbah yang mengandung senyawa kimia beracun dan berbahaya, seperti limbah radio aktif dan lain-lain. Di samping itu juga walaupun tidak ada bahan beracun dan berbahaya dalam limbah, tapi
702
mengingat pemanfaatan laut sebagai tempat rekreasi, lalu lintas kapal dan nelayan untuk mencari makan, maka pembuangan tidak dapat dilakukan di sembarang tempat.
2) Pembuangan Darat (Sanitary Landfill) Penetapan tempat pembuangan di darat membutuhkan pertimbangan lebih seksama mengingat tidak semua daratan dapat dijadikan tempat pembuangan. Sebagaimana sudah disinggung bahwa pada tempat pembuangan harus diperhatikan komponen lingkungan yang mungkin harus dikorbankan terlepas dari nilainya apakah diperlukan atau tidak, tapi mengingat kepentingan yang lebih besar maka hal-hal yang lebih kecil harus kalah. Pemilihan lokasi landfill harus mempertimbangkan pengaruh iklim, temperatur, angin, keadaan struktur tanah, jaraknya dengan pemukiman penduduk, kemungkinan pengaruhnya terhadap sumber air, perkebunan, perikanan, peternakan, flora-fauna dan lain-lain. Hendaknya lokasi yang ditetapkan adalah lokasi yang benar-benar tidak ekonomis lagi untuk kepentingan apa pun.
Menurut keadaan lokasinya landfill dibedakan sebagai berikut: 1. Landfill lembah atau landai
Lerengnya terjal dan berbentuk lembah. Limbah dimasukkan secara bertahap dan bertingkat sampai sama datarnya dengan permukaan tanah di atas. Demikian dilakukan terus menerus.
2. Landfill galian Tanah sengaja digali sesuai dengan keperluannya. Limbah dimasukkan ke dalam lubang galian dan bila sudah rata dengan permukaan tanah limbah ditutup dengan tanah lalu dipadatkan.
3. Landfill tanah datar Limbah ditumpukkan pada tempat tertentu kemudian dipadatkan. Sesudah itu ditutup dengan tanah lalu dipadatkan lagi dan disusul lagi dengan timbunan berikutnya sampai berlapis-lapis. Bagian atas sekali ditutup dengan tanah lalu dipadatkan.
703
Tabel di bawah ini memuat jenis limbah padat dan sumbernya: No. Jenis Pabrik Jenis Limbah Sumber 1 2 3 4 Pabrik tekstil Selulose Bagian cotton
Wool grease Serat asbestas 2 Pabrik Kertas Selulose 50% - Kulit kayu Liqnin - Pernikel kayu Pentosan Bahan padatan Lumpur CaCO3 3. Pabrik kulit Collagan Potongan kulit
Debu kulit Bulu Tanah/pasir Kotoran Endapan
4 Pabrik Kimia Selulose Polimer 5. Pabrik
batubara minyak dan pabrik energi
Tawas Besi NaNO3 NaOH Deterjen Silika Kapur Al2O3 Kapur Serfikan Pemotongan Tanah hat Cetakan Kaolin Bahan penolong
6 Pabrik industri logam dasar
Silika Residu furnace kapur Precipitator Besi Kerak Batu kapur
7 Pabrikuningan Cupper Pemotongan sang
8 Pengecoran besi
Tanah liat Pasir Cetakan Penyulingan Bahan organik minyak atsiri
704
Pada beberapa pabrik tertentu limbah air mengalir bersama limbah padat. Pada pengolahan limbah zat padat tersebut akan tinggal pada dasar wadah. Bila limbah langsung dialirkan ke sungai akan mengendap pada dasar sungai mengakibatkan pendangkalan secara perlahan-lahan.
Dalam hal lain terdapat pula limbah padat pada prapengolahan. Bahan baku membutuhkan pengolahan pendahuluan sebelum. memasuki proses. Misalnya pembuangan kulit, penghancuran dan lain-lain.
Pabrik kertas menghasilkan limbah padat berupa lumpur dari bahan penolongnya sendiri. Kolam pengolahan air limbah seperti kolam pengendapan atau kolam aerasi harus dikuras untuk mengeluarkan lumpur yang bertambah hari bertambah menebal. Lumpur hasil kurasan ini pun membutuhkan tempat pembuangan baru.
Pabrik buah-buahan menghasilkan kulit dan serat-serat yang dalam tempo relatif singkat menciptakan bau tidak enak. Untuk mengatasi limbah tersebut perlu upaya pengendalian dan penanggulangan baik untuk tujuan daur ulang maupun untuk memenuhi syarat buangan.
Untuk beberapa jenis buangan tertentu barangkali tidak membutuhkan pengomposan tapi pembakaran. Untuk itu tahapan yang dilakukan pada umumnya meliputi sebagai berikut: 1. Pemekatan: untuk memudahkan penghancuran ditambahkan
sejumlah air dengan bahan kimia tertentu. Dengan demikian bahan menjadi lebih lunak dan mudah menghancurkannya.
2. Penghancuran: bahan yang masih keras dihancurkan sehingga ukurannya lebih seragam, yang tidak dapat dihancurkan dibuang pada tempat yang telah tersedia.
3. Pengurangan air: melalui alat press atau penghisapan, kadar air dalam bahan dapat dikurangi. Pengurangan air sebelum proses lanjut memudahkan proses pengeringan. Apabila kadar air dalam suatu bahan meliputi 50% maka pada proses pengeringan kandungan air paling banyak kurang lebih 25%.
4. Pembakaran: bahan padat yang telah cukup kering dapat dibakar dengan mudah bila konsentrasi air kurang dari 10%.
705
5. Buangan: abu sisa pembakaran, sisa penghancuran, air dapat dibuang ke tempat yang telah ditetapkan.
Skema pengolahan bahan padat dapat dilihat pada bagan 12. Terdapat jenis pabrik tertentu yang banyak membuang limbah padal baik padatan bercampur air maupun padatan yang berdiri sendiri limbah ini pada umumnya sisa hasil olahan ikut bersama air buang an ataupun sisa bahan penolong yang tidak termanfaatkan lagi.
Tanah, pasir dan kotoran kadang-kadang ikut bersama bahan dan setelah melalui proses terbuang bersama air dan menimbulkan endapan.
Gambar 7.66. sistem pengolahan buangan padat
Bahan buangan padat
Pemekatan
Penghancuran
Pengurangan air
Pengeringan
Pembakaran
Buangan
706
RANGKUMAN : 1. Sedimentasi adalah proses pemisahan padatan yang terkandung
dalam limbah cair oleh gaya gravitasi. 2. Septic tank adalah teknik pengolahan limbah yang amat lazim
digunakan didunia untuk pengolahan limbah setempat dan skala kecil.
3. Cemaran primer adalah cemaran yang diemisikan secara langsung dari sumber cemaran.
4. Cemaran sekunder adalah cemaran yang terbentuk oleh proses kimia di atmosfer.
5. Faktor emisi disini didefinisikan sebagai sejumlah berat tertentu polutan yang dihasilkan oleh terbakarnya sejumlah bahan bakar se/ama kurun waktu tertentu.
6. Gerakan ke atas dari kepulan gas dari ketinggian cerobong (stack), hingga asap mengalir secara horisontal dikenal sebagai "plume rise" atau kenaikan kepulan asap.
CONTOH SOAL : Contoh 1: Dirancang sebuah pembangkit listrik tenaga uap menggunakan batubara sebagai bahan bakarnya. Kadar abunya 8%, kadar sulfurnya 0,5%, nilai kalornya 11.000 Btu/lb. Daya yang akan dibangkitkan sebesar 2.250 MW dengan efisiensi thermal sebesar 38%. Perkiraan banyaknya partikulat, NO2 dan SO2 yang teremisikan dari sistem ini adalah sebagai berikut: Faktor emisi masing-masing polutan akibat terbakarnya batubara (dalam lb/ton batubara yang terbakar), adalah: partikulat = 16A, NO2 = 20; SO2 = 38 S dengan A dan S adalah prosen abu dan prosen sulfur dalam bahan bakar. (1 lb = 453,6 gram) Energi yang diperlukan untuk menghasilkan daya sebesar 2250 MW adalah: 2.250 MW / 0,38 = 5.930 x 106 Watt
= 20.200 x 106 Btu/Jam (Watt = 3,4114 Btu/jam).
707
Dari kebutuhan energi, maka kebutuhan bahan bakarnya adalah: (20.200 x 106 Btu/jam) /(11.000 Btu/lb) = 1.834 x 103 lb/jam
= 917 ton/jam. Besarnya emisi masing-masing polutan dapat diperkirakan sebesar: Partikulat : (16 x 8 lb/ton) x 917 ton/jam = 117.300 lb/jam NO2 : (20 lb/ton) x 917 ton/jam = 18.340 lb/jam SO2 : (38 x 0,5 Ibton) x 917 ton/jam = 17.400 lb/jam Jumlah emisi partikulat dapat dikurangi jika pada sistem tersebut dilengkapi dengan satuan operasi lain (alat pengendali emisi partikulat) seperti elektrostatik presipitator misalnya, Contoh 2: Perkiraan emisi partikulat dari sistem di atas, jika sistem dilengkapi dengan EP yang mempunyai spesifikasi:
Ukuran partikel, pm 0-5 5-10 10-20 20-44 >44
Efisiensi, % 75 94,5 97 99,5 100
Partikulat yang teremisikan ke udara mempunyai spesifikasi: Ukuran partikel, μm 0-5 5-10 10-20 20-44 >44
% berat 15 17 20 23 25
Emisi partikulat ke udara setelah menggunakan EP adalah: Ukuran partikel, μm Emisi partikel, lb/jam
0-5 = (100-75,0)% x 15% x 117.300 = 4.398,75
5-10 = (100-94,5)% x 17% x 117.300 = 1.096,76
10-20 = (100-97,0)% x 20% x 117.300 = 703,80
20-44 = (100-99,5)% x 23% x 117.300 = 134,90
> 44 = (100-100)% x 25% x 117.300 = 0,0
Jumlah =……………………………………………= 6.334,2
708
Atau sebanyak (6.334,21/117.300) x 100% = 5,4 % dari total partikulat. Contoh 3:
Sebuah Tempat Penampungan Akhir (TPA) sampah dengan sistem pembakaran terbuka mengemisikan 7,71 kg partikulat per ton sampah yang dibakar. Jika jumlah penduduk Semarang 1.300.000 orang, setiap orang rata-rata membuang sampah sebanyak 2,7 kg per hari selama 7 hari per minggu, maka perkiraan jumlah sampah dan partikulat yang teremisikan per hari adalah sebagai berikut:
Jumlah sampah:
1.300.000 orang x 2,7 kg/hari/orang = 3.510.000 kg/hari = 3.510 ton/hari
Emisi partikulat: 7,71 kg/ton sampah x 3.510 ton sampah/hari = 27.062 kg/hari
LATIHAN SOAL : 1. Jelaskan tentang mekanisme pengolahan limbah? 2. Bagaimana cara penanggulangan pencemaran udara? 3. Apa fungsi dari dust collector? 4. Bagaimana untuk menetralisir bau yang terdapat pada limbah cair
tahu? 5. Jelaskan apa yang dimaksud dengan COD, BOP, HRT?
709
DAFTAR PUSTAKA A.K.SHAHA. 1997, Combustion Engineering and Fuel Technology OXFORD
& IBH PUBLISHING CO. Abdul Kadir, Prof., Ir., 1993. “Pengantar Tenaga Listrik”, Edisi Revisi, PT
Pustaka LP3ES, Jakarta. Bernasconi B., Gerster H., Hauser H., Stäuble H., Schneiter E., “Chemiche
Technologie 2” (alih bahasa) M.Eng., M. Handojo Lienda Dr. Ir., 1995. “Kimia Teknologi 2”, PT. Pradnya Paramita, Bandung.
Bernasconi B., Gerster H., Hauser H., Stäuble H., Schneiter E., 1995.
“Chemiche Technologie 1” (alih bahasa) M.Eng., M. Handojo Lienda Dr. Ir., “Kimia Teknologi 1”, PT. Pradnya Paramita, Bandung.
Brace, 1998. “Technology of Anodizing”, Robert Draper Ltd., Teddington. Champbell, 1998. Prinsip of Manufacturing Materials & Processes, New
Delhi. Corbitt, R. E., 1989. Standard Handbook of Environmental Engineering,
McGraw-Hill Book Co., New York. Dennis, 2002. "Nickel and Chromium-Plating", Newnes-Butterworths. Don A. Watson, 2000. CONSTRUCTION MATERIALS AND PROCESSES.
Mc Graw-Hill Book Company, Sidney. Erlinda N, Ir., 2004. "Korosi Umum", Seminar Masalah Penanggulangan
Korosi dengan Bahan Pengubah Karat, LMN-LIPI. Gabe, 1998. "Principle of Metal. Surface Treatment and Protection", 2nd
edition, Pergamon Press, London. George T Austin, E. Jasjfi (alih bahasa), 1995. “Industri Proses Kimia”, Jilid
1, Edisi 5, Penerbit Erlangga, Jakarta. Handojo, L, 1995, ”Teknologi Kimia”, Jilid 2, PT Pradnya Paramita, Jakarta. Katz, (Ed.) 1997. Methods Of Air Sampling and Analysis. Interdiscipplinary
Books and Periodical, APHA, Washington. Kenneth N.Derucher, Conrad P. Heins 1996. MATERIALS. FOR CIVIL AND
710
HIGHWAY ENGINEERIG. Prentice Hall, Inc. Englewood Cliffs, New Jersey Kertiasa Nyoman, 2006. “Laboratorium Sekolah & Pengelolaannya”, Pudak
Scientific, Bandung. Kusmulyana, 1993. Pemantauan Kualitas Udara. Pelatihan Pengelolaan dan
Teknologi Limbah, ITB, Bandung. Lainer, 2000, “Modern Electroplating”, Israel Program for Scientific
Translations, Jerusalem. Lawrence H Van Vlack, 2000. Elements of Materials Science & Engineering.
Addison-Wesley Publishing Company. Fourth edition. ]Lowenheim, F.A., 2000. "Modern Electroplating", John Wiley & Sons. M.G., Fontana, N.D. Greene, 2002. "Corrosion Engineering", Mc. Graw Hill
Book Co. McCabe L. Warren, Smith C. Julian, Harriot Peter, “Unit Operation Of
Chemical Enginering fourth Edition” (alih bahasa) M. Sc. Jasjfi E., Ir., 1999 “Operasi Teknik Kimia”, Jilid 1, Penerbit Erlangga, Jakarta.
McCabe L. Warren, Smith C. Julian, Harriot Peter, 1999. “Unit Operation Of
Chemical Enginering fourth Edition” (alih bahasa) M. Sc. Jasjfi E., Ir., “Operasi Teknik Kimia”, Jilid 2, Penerbit Erlangga, Jakarta.
Misnah Pantono BE, Suhardi, Bsc., 1979. “Pesawat Tenaga Kalor/Ketel Uap
1”, Edisi Pertama, Departemen Pendidikan dan Kebudayaan – Direktorat Pendidikan Menengah Kejuruan.
N. Jackson. 1992, CIVIL NGINEERING MATERIALS. The Mac Millan Press
Ltd. New Jersey. Noil and Miller, 1997. Air Monitoring Survey Design. Ann Arbor Science,
Michigan. Oetoyo Siswono, Drs, 1982. “Proses Kimia Industri” Akademi Perindustrian
Yogyakarta. Perkins, H.C., 1994. Air Pollution. McGraw-Hill Kogakusha, Ltd, Tokyo. S. Juhanda, Ir., 1993. "Pengantar Lapis Listrpk", Proceeding Diklat TPLS
Bidang Elektroplating, LMN-LIPI. Sarengat, N., 2000. Dampak Kualitas Udara. Kursus AMDAL A, Bintari-
711
UGM-UNDIP, Semarang. Silman, H., BSc., 1998. “Protective and Decorative Coating for Metals”,
Finishing Publications Ltd., London. Slamet Setiyo, Ir., Margono B.Sc., 1982. “Mesin dan Instrumentasi 2”,
Departemen Pendidikan dan Kebudayaan – Direktorat Pendidikan Menengah Kejuruan, Jakarta.
Soedomo M. 1998. Pehigelolaan Limbah Gas dan Partikulat Lingkungan
Perkotaan (Sumber Bergerak). Pelatihan Pengelolaan dan Teknologi Limbah, ITB, Bandung.
Stern, A.C., 1996, Air Pollution, Third edition, Volume III Measuring,
monitoring, and surveillance of air pollution. Academic Press, New York.
Tata Surdia Ir. Msc Met E; Kenji Chijiwa Prof. Dr. 2000, Teknik
Pengecoran Logam. Penerbit Pradnya Paramita, Jakarta. Ulrich D. Gael, 1984. “A Guide To Chemical Engineering Process Design
And Economics” John Wiley & Sons, USA. Ulrich, Gael D., 1984, “A guide to chemical Engineering Process Design and
Economics” John Wiley and Sons. W.H.Taylor, 1999. CONCRETE TECHNOLOGY AND PRACTICE. Mc Graw-
Hill Book Company, Sidney. Wahyudin, K., 1990. “Kursus Elektroplating dan Penerapannya”, Lembaga
Metallurgi Nasional-LIPI - BENGPUSMAT III.
Bahan Bakar Dan Pembakaran, www.chemeng.vi.ac.id/wulan/materi/cecture%20notes/umum Http://www.chem.itb.ac.id/safety/Tim Keselamatan Kerja Departemen Kimia Institut Teknologi Bandung, 2002 http://www.iaeste.ch/Trainees/Events/2007/IndustrialSightLeibstadt/ http://www.gc3.com/techdb/manual/cooltext.htm http://www.indiamart.com/maitreyaenterprises/engineered-products.html
712
http://commons.wikimedia.org/wiki/Image:Didcot_power_station_cooling_tower_zootalures.jpg http://www.lenntech.com/fran%C3%A7ais/chaudi%C3%A8re/eau-alimentation-chaudiere.htm http://www.queensindustrial.com/service.htm http://www.geothermie.de/egec-geothernet/prof/heat_exchangers.htm http://www.sensorsmag.com/sensors/Level+and+Leak+Detection/A-Dozen-Ways-to-Measure-Fluid-Level-and-How-They-W/ArticleStandard/Article/detail/360729 Integrated Biodiesel Plant & Palm Oil Mill, Agus Kismanto, BPPT, http://bfuel.biz/files/ako_integrated_Biodiesel_Plant_Palm_Oil_Read_Only_pdf Teknologi Proses Produksi Biodiesel, Martini Rahayu, www.geocities.com/markal_bppt/pubilsh/biofbbm/biraha.pdf US Department of Energy (US DOE), Energy Efficiency and Renewable Energy. Improving. Compressed Air System Performance. DEO/GO-102003-1822. 2003. www.oit.doe.gov/bestpractices/compressed_air Wiki, Instrumentasi, 3 Januari 2008, Wikipedia Ensiklopedia Bebas, Availabel [online]:<http://id.wikipedia.org/wiki/Instrumentasi>[19 Januari 2008] www.energyefficiencyasia.org/docs/ee_modules/indo/Chapter%20-%20Compressors%20and%20Compressed%20Air%20Sy www_process-controls_cod-Metex-Aqualytic-images reaktore_klein_jpg_files\cod_reactor.htm United Nations Environment Programme, “Peralatan Pemantauan”, 2006, Available[online]< Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org>
KimiaIndustriSuparni Setyowati RahayuSari Purnavita
untukSekolah Menengah Kejuruan
K
IMIA
IND
US
TR
I u
ntu
k SM
K
Su
parn
i S. R
. | Sari P.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah KejuruanDirektorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan MenengahDepartemen Pendidikan Nasional
HET (Harga Eceran Tertinggi) Rp. 98.901,00
ISBN XXX-XXX-XXX-X
Buku ini telah dinilai oleh Badan Standar Nasional Pendidikan (BSNP) dan telah dinyatakan layak sebagai buku teks pelajaran berdasarkan Peraturan Menteri Pendidikan Nasional Nomor 46 Tahun 2007 tanggal 5 Desember 2007 tentang Penetapan Buku Teks Pelajaran yang Memenuhi Syarat Kelayakan untuk Digu-nakan dalam Proses Pembelajaran.