Dalam Sistem Desalinasi Dengan variasi Tegangan Untuk ...

Triswantoro Putro Implementasi Kebijakan Sistem Standar Mutu Kepelautan Indonesia (Studi Implementasi SKB 3 Menteri Nomor. KM. 41 Tahun 2003-Nomor. 5/U/KB/2003 - Nomor. KEP.208A/MEN/2003 di Prodi Nautika Program Diploma Pelayaran Universitas Hang Tuah) Sapit Hidayat Pengaruh Kelaiklautan Kapal dan Sistem Kompensasi Terhadap Kepuasan Kerja Crew Kapal di PT. Salam Pasifik Indonesia Lines Kuncowati, Mudiyanto Analisis Indeks Konektivitas dan Aksesibilitas Wilayah Kepulauan: Studi Kasus Kepulauan Maluku dan Papua Achmad Mustakim, Hasan Iqbal Nur, Hoki Agustinus Model Transportasi Multimoda Distribusi Garam: Studi Kasus Pulau Madura Hasan Iqbal Nur, Tri Achmadi, Ali Fahmi Pengaruh Kepemimpinan Transformasional dan Inovasi Terhadap Orientasi Kewirausahaan dan Kinerja Koperasi di Kota Surabaya Tri Anjarwati

Fabrikasi Elektroda Karbon Dalam Sistem Desalinasi Dengan variasi Tegangan UntukMenurunkan Kadar Garam Dalam Air Yang Ditandai Dengan Penurunan Nilai TDS (Total Dissolved Solid)

Susunan Dewan Redaksi

Pemimpin Umum Pudji Santoso

Ketua Penyunting

Benny Agus Setiono

Wakil Ketua Penyunting Ekka Pujo Ariesanto Akhmad

Anggota Penyunting

Ari Sriantini Kuncowati M. Taufik Mudiyanto

Mitra Bebestari

Sugeng Priyanto (Distrik Navigasi) Sofyan Poli (BJTI)

Monika Retno Gunarti (BP2IP) Hardjono (TPS)

Kesekretariatan: Soendari, Didik Purwiyanto

Distribusi: I Made Dwinanto R., Makdin Sijabat

Jurnal Aplikasi Pelayaran dan Kepelabuhanan diterbitkan sejak 1 September 2010 oleh Program Diploma Pelayaran Universitas Hang Tuah Surabaya. Jurnal Aplikasi Pelayaran dan Kepelabuhanan diterbitkan sebanyak 2 kali dalam 1 tahun pada bulan Maret dan bulan September. Redaksi menerima artikel ilmiah asli dalam bidang ilmu pelayaran dan kepelabuhanan.

Alamat Redaksi: Program Diploma Pelayaran Universitas Hang Tuah

Jalan Arief Rahman Hakim 150 Surabaya 60111

Telepon (031) 5964596 │Fax. (031) 5964596, (031) 5946261 e-mail: [email protected]

Daftar Isi Halaman

Triswantoro Putro ............................................................................................................................. 1 - 7 Implementasi Kebijakan Sistem Standar Mutu Kepelautan Indonesia (Studi Implementasi SKB 3 Menteri Nomor. KM. 41 Tahun 2003 - Nomor. 5/U/KB/2003 - Nomor. KEP.208A/MEN/2003 di Prodi Nautika Program Diploma Pelayaran Universitas Hang Tuah) Sapit Hidayat ..................................................................................................................................... 8 - 31 Pengaruh Kelaiklautan Kapal dan Sistem Kompensasi Terhadap Kepuasan Kerja Crew Kapal di PT. Salam Pasifik Indonesia Lines Kuncowati, Mudiyanto ....................................................................................................................... 32 - 58 Analisis Indeks Konektivitas dan Aksesibilitas Wilayah Kepulauan: Studi Kasus Kepulauan Maluku dan Papua Achmad Mustakim, Hasan Iqbal Nur, Hoki Agustinus ............................................................ 59 - 68 Model Transportasi Multimoda Distribusi Garam: Studi Kasus Pulau Madura Hasan Iqbal Nur, Tri Achmadi, Ali Fahmi ................................................................................... 69 - 77 Pengaruh Kepemimpinan Transformasional dan Inovasi Terhadap Orientasi Kewirausahaan dan Kinerja Koperasi di Kota Surabaya Tri Anjarwati ...................................................................................................................................... 78 - 84

Fabrikasi Elektroda Karbon Dalam Sistem Desalinasi Dengan Variasi Tegangan Untuk Menurunkan Kadar Garam Dalam Air Yang Ditandai Dengan Penurunan Nilai TDS (Total Dissolved Solid)

1

Triswantoro Putro

Jurusan Teknika, Program Diploma Pelayaran, Universitas Hang Tuah

Abstrak: Desalinasi merupakan salah satu metode untuk mengubah air laut menjadi air tawar yang

ramah lingkungan dan hemat listrik. Desalinasi (CDI) menggunakan elektroda karbon dengan

prinsip kapasitif dan daya listrik rendah. elektroda karbon yang telah difabrikasi menggunakan bahan

campuran antara karbon aktif dan PV. Proses desalinasi berlangsung selama 80 menit yang

merupakan proses adsorbs ion – ion oleh elektroda dengan variasi tegangan sebesar 2 volt dan 3,5

volt. Hasil penelitian menunjukkan bahwa terjadi penurunan nilai TDS (mewakili pengukuran kadar

garam) sebesar 63,3 % untuk tegangan 2 volt dan penurunan 29,3 % untuk tegangan 3,5 volt dari

nilai awal sebelum dilakukan proses desalinasi. Pengukuran temperatur air sampel selama proses

desalinasi menunjukkan tidak terjadi perubahan.

Kata kunci: Desalinasi, Elektroda karbon, TDS, Adsorbs

Abstract: Desalination is one method to convert sea water into freshwater that is environmentally

friendly and energy efficient. Desalination (CDI) uses carbon electrodes with capacitive principles

and low electrical power. carbon electrodes which have been fabricated using a mixture of active

carbon and PV. The desalination process lasts for 80 minutes which is the process of ion-ion adsorbs

by electrode with voltage variation of 2 volts and 3.5 volts. The results showed that there was a

decrease of TDS value (representing salinity measurement) of 63,3% for 2 volt voltage and 29,3%

for 3,5 volt voltage from initial value before desalination process. The sample water temperature

measurements during the desalination process showed no significant change.

Keyword: Desalination, Carbon electrode, TDS, Adsorb

Alamat korespondensi:

Triswantoro Putro, Program Diploma Pelayaran, Universitas Hang Tuah, jalan A. R. Hakim 150,

Surabaya, e-mail: [email protected]

PENDAHULUAN

Salah satu kebutuhan utama

hidup manusia adalah air bersih. Fresh

water atau air tawar semakin lama

semakin berkurang karena berkurangnya

penyerapan air hujan. Sehingga air hujan

langsung menuju ke laut yang berakibat

cadangan air tawar berkurang. Jumlah

air tawar di bumi hanya sekitar 3% dari

total air sisanya 97% berupa air

bergaram di laut. Pemanfaatan air laut

sebagai air minum sangat minim.

Teknologi yang biasa dilakukan untuk

mengubah air laut menjadi air tawar

adalah dengan desalinasi, electrodialysis

(ED), reverse osmosis (RO), dan

Capasitive deinozation (CDI) (R.

Broseus, dkk., 2009). Pemanfaatan

teknologi ramah lingkungan dan hemat

Fabrikasi Elektroda Karbon Dalam Sistem Desalinasi Dengan Variasi

Tegangan Untuk Menurunkan Kadar Garam Dalam Air Yang Ditandai

Dengan Penurunan Nilai TDS (Total Dissolved Solid)

(Fabrication of a Carbon Electrode For Desalination System with Voltage Variation

to Salt Removal Which Is Characterized by the Reduction of TDS Value)

2 Jurnal Aplikasi Pelayaran dan kepelabuhan, Volume 8, Nomer 1, September 2017

energilah yang menjadi fokus utama dari

penelitian yang dilakukan.

Teknologi elektroda karbon yang

dimanfaatkan sebagai pengolah air

garam menjadi air tawar memiliki

beberapa kelebihan, diantaranya, air

hasil pengolahan tidak terkontaminasi

dengan material pembentuknya. Selain

itu, kelebihan yang lain adalah hemat

energi karena menggunakan daya listrik

masukan yang kecil. Penelitian yang

dilakukan oleh Intan (2015)

menyebutkan bahwa tegangan listrik

yang digunakan adalah 2 v (Sari, 2009).

Penelitian sebelumnya yang

dilakukan oleh Newman dan Johnson

mengenai daya serap ion sebuah

elektroda berpori menyatakan bahwa

semaki besar luar permukaan elektroda

maka daya serap (absorpsi) elektroda

tersebut semakin besar. Artinya luas pori

– pori elektroda harus semakin besar

(Johnson, 1971). Material yang

memiliki porositas besar salah satunya

adalah karbon aktif. Selain berporositas

besar, karbon aktif juga bersifat

konduktif, sifat penyerapan yang baik

dan harga terjangkau. Sifat – sifat

tersebut yang membuat karbon aktif

dapat digunakan menjadi elektroda.

Metode pengolahan air dengan

teknologi elektroda karbon dilakukan

dengan melewatkan air garam diantara

elektroda positif dan negative. Elektroda

Karbon yang dialiri listrik akan

berfungsi sama dengan kapasitor.

Permukaan elektroda yang bermuatan

akibat dialiri arus listrik menyerap ion

akibat gaya elektrostatis seperti prinsip

kerja kapasitor di rangkaian arus searah.

Ion – ion garam tidak serta merta dapat

menempel pada elektroda dikarenakan

ion tersebut berikatan dengan molekul

air atau disebut dengan hydration shell

seperti pada gambar 1. Hydration shell

adalah sebuah lapisan dari molukel air

yang menahan ion – ion garam untuk

berikatan membentuk molekul garan

NaCl dalam air. Ikatan antara ion dan

molekul air merupakan ikatan kovalen

yang dapat dipecah dengan beberapa

perlakuan diantaranya agitasi mekanik,

temperature dan medan magnet/medan

listrik. Selain berfungsi sebagai

penyerap ion – ion garam, elektroda juga

berfungsi sebagai kapasitor. Timbulnya

Medan magnet/ medan listrik

mengakibatkan terjadinya gaya Lorentz

yang membantu ion – ion terlepas dari

ikatan dengan molekul air (Putro, 2016).

Gambar 1. Orientasi molekul air

terhadap ion Na+ dan Cl-

[https://socratic.org]

Ion – ion yang terkandung dalam

air akan terserap menuju masing –

masing elektroda dengan muatan yang

berlawanan. Ion positif seperti Na+, K+,

Mg+ akan tertarik ke elektroda negative

begitu sebaliknya ion negatif seperti Cl-

akan ditarik menuju elektroda positif.

Karena ion pembentuk garam sudah

diikat di permukaan elektroda, maka air

yang keluar dari system akan berkurang

kadar garamnya (Dietz, 2004). Cara

Triswantoro Putro: Fabrikasi Elektroda Karbon Dalam Sistem … 3

kerja capasitive deionisation (CDI)

ditunjukkan seperti gambar 2 berikut,

Gambar 2. Sistem kerja CDI

[azonano.com]

Kadar garam dalam suatu larutan

(air) biasa di deteksi dengan mengukur

konduktivitas. Konduktivitas atau daya

hantar listrik (DHL) merupakan ukuran

kemampuan larutan untuk

menghantarkan listrik. Semakin besar

konduktivitas larutan maka larutan

tersebut akan semakin mudah

menghantarkan arus listrik. Besarnya

konduktivitas larutan diakibatkan oleh

banyaknya ion terlarut seperti ion – ion

pembentuk garam (Na+, K+, Mg+, Cl-).

Selain konduktivitas larutan, kadar

garam juga bisa dideteksi dengan

menggunakan besaran berupa TDS

(Total Dissolved Solid). TDS adalah

terlarutnya zat padat baik berupa ion,

senyawa atau koloid dalam cairan.

Konduktivitas dan TDS memiliki

hubungan seperti persamaan 1 sehingga

pengukuran kadar garam dapat

dilakukan dengan mengukur kadar

garam dapat pula dilakuan dengan

mengukur nilai TDS larutan.

𝐾 =𝑘𝑜𝑛𝑑𝑢𝑘𝑡𝑖𝑣𝑖𝑡𝑎𝑠

𝑇𝐷𝑆… … … 1

dengan K adalah konstanta larutan.

Peneltian yang telah dilakukan

adalah membuat sebuah system

desalinasi berbasis elektroda karbon

dengan bahan dasar karbon aktif yang

dicampur dengan perekat dari bahan

PVA yang diujikan untuk menyaring air

garam. Tujuan utama dari penelitian ini

adalah membandingkan hasil desalinasi

dengan variasi tegangan masukan yaitu 2

v dan 3,5 v. Semakin besar tegangan

yang diberikan diharapkan memberikan

gaya elektrostatis pada elektroda juga

semakin besar, akibatnya pengurangan

kadar garam semakin besar pula.

Besarnya kadar garam dideteksi dengan

mengukur besarnya TDS larutan

(Nocola, 2015).

METODOLOGI PENELITIAN

Metodologi penelitian ditunjukkan

dalam diagram blok berikut ini :

Gambar 3. Blog Diagram

Membuat elektroda merupakan

Tahap awal dalam membuat sistem

desalinasi dengan elektroda karbon.

Proses pembuatan elektroda mula – mula

memanaskan Aquades hingga suhu

maksimal 100 C̊, kemudian dicampur

dengan PVA dan diaduk selama 1 jam

dengan kecepatan konstan. Setelah

tercampur sempurna, bahan utama yang

Air sampel / air bergaram

Desalinasi dengan

CDI 2 volt

Desalinasi dengan

CDI 3,5 volt

Pengukuran TDS

Interface computer

(data realtime)

Analisa Data


berupa karbon aktif dicampurkan dalam

larutan hingga tercampur rata menjadi

bahan elektroda homogen selama 20

menit. Bahan – bahan hasil pencampuran

diratakan dalam lembaran yang

berbahan grafit (graphite sheet). Hasil

cetakan dibiarkan hingga suhu kamar

(sekitar 29°C – 30 °C) dan merekat

sempurna. Proses selanjutnya adalah

proses pengeringan elektroda hingga

elektroda kering sempurna dan tetap

memiliki porositas besar yaitu dengan

cara mendinginkan dalam suhu -14 °C

selama 12 jam dan proses pencairan pada

suhu kamar 30 °C selama 12 jam juga.

Proses tersebut disebut juga dengan

freezing thawing (Sari, 2015).

Elektroda yang sudah jadi

dibentuk menjadi sebuah cell elektroda

karbon. 1 buah cell elektroda karbon

terdiri dari 2 elektroda (positif dan

negatif), 2 acrilik sebagai pembatas

antara cell 1 dengan cell yang lain dan 1

spacer yang berfungsi sebagai penyekat

elektroda positif dan elektoda negatif.

Proses desalinasi menggunakan 5 cell

elektroda karbon. Bentuk cell elektroda

karbon bias dilihat pada gambar 4.

Gambar 4. Susunan Setiap Pasang Cell CDI

Desalinasi berlangsung selama 80

menit. Dalam proses tersebut, diharapkan

terjadi adsorbsi ion – ion garam oleh

elektroda. Proses adsorbs adalah proses

penyerapan ion oleh elektroda dengan

cara elektroda karbon diberi teganan

listrik. Tegangan listrik yang digunakan

dalam penelitian adalah 2 volt dan 3,5

volt. Penelitian yang dilakukan tidak

melakukan proses disorbsi dikarenakan

hanya ingin melihat seberapa besar ion

yang tereduksi akibat proses desalinasi

menggunakan CDI dan pengaruh variasi

besar tegangan yang diberikan.

Larutan garam ditampung pada

sebuah bejana dan diukur nilai TDS

dengan alat TDS meter sebagai nilai awal.

Air bergaram dialirkan dengan kecepatan

25 ml/menit menggunakan pompa air

mini menuju cell elektroda karbon yang

telah diberi tegangan listrik selama 80

menit (proses adsorbsi). Air hasil

pengolahan kemudian ditampung dalam

bejana untuk diukur kembali niai TDS

secara realtime dengan TDS meter yang

telah di-interface-kan dengan computer.

Computer berfungsi untuk merekam hasil

pengukuran TDS air sampel. Hasil

Spacer akrilik

akrilik Elektroda

karbon


pengukuran TDS digunakan sebagai

acuan pengukuran nilai kadar garam

dalam system desalinasi menggunakan

persamaan sebagai berikut :

%∆𝐺𝑎𝑟𝑎𝑚 =𝑇𝐷𝑆 𝑎𝑤𝑎𝑙−𝑇𝐷𝑆 𝑎𝑘ℎ𝑖𝑟

𝑇𝐷𝑆 𝑎𝑤𝑎𝑙 𝑥 100% 2

Sistem desalinasi menggunakan elektroda

karbon keseluruhan ditunjukkan pada

gambar 5.

Gambar 5. Sistem CDI

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pengujian desalinasi hasil

penelitian dilakukan sesuai dengan skema

gambar 4. Air sampel yang berada pada

bejana memiliki TDS awal 85,4 ppm

dialirkan dengan kecepatan aliran 25

mL/menit melalui cell elektroda karbon.

Pemilihan kecepatan aliran air sebesar 25

mL/menit adalah agar terjadi proses

penyerapan ion – ion garam oleh elektroda

secara baik. Semakin cepat aliran air,

maka ion – ion yang akan terseret aliran

air dan tidak dapat menempel pada

elektroda dengan baik. Sebaliknya, jika

semakin lambat aliran air maka efisiensi

pengolahan air garam semakin kecil

karena mambutuhkan waktu yang terlalu

lama untuk menghasilkan air desalinasi.

Elektroda dialiri tegangan sebesar 2 volt

dan 3,5 volt. Waktu yang digunakan

Proses desalinasi pada penelitian ini

adalah 80 menit absorbsi. Pemilihan

waktu tersebut dikarenakan untuk

membandingkan efek dari tegangan input

pada elektroda.

Hasil desalinasi yang dilakukan

ditunjukkan pada gambar 6. Pengurangan

kadar garam air sampel dapat dihitung

dengan persamaan 1.Hasil desalinasi air

garam menggunakan CDI ditunjukkan

seperti gambar 6. Pengurangan kadar

garam maksimum untuk tegangan 2 volt

sebesar 63,3% sedangkan untuk tegangan

3,5 volt sebesar 29,3 %.

Hasil penelitian tidak sesuai

dengan hipotesa awal. Semakin besar

tegangan listrik yang diberikan tidak

berbanding lurus dengan besarnya

pengurangan kadar garam. Hal ini

dikarenakan pada proses desalinasi

dengan tegangan listrik lebih besar akan

bekerja dus sistem, yaitu sistem kapasitif

dan sistem elektrolisis. Elektrolisis adalah

penguraian suatu elektrolit (larutan yang

mengandung ion) oleh arus listrik. Selain

terjadi penarikan ion oleh elektroda akibat

system kapasitif, terjadi pula pelepasan

ion atau senyawa dari elektroda.

Akibatnya, terjadi percepatan kenaikan

nilai TDS jika dibandingkan dengan

system CDI yang diberi tegangan 2 volt.

TDSmeter

Larutan sampel

CDI Interface komputer


0 20 40 60 80

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

TD

S (

pp

m)

Waktu (menit)

Tegangan 2 v

Tegangan 3,5 v

Gambar 6. Hasil pengukuran TDS air garam 2 siklus desalinasi

Jika dilihat lebih detail data pada

gambar 6, terlihat proses desalinasi 5

menit awal menunjukkan performa CDI

dengan tegangan 3,5 volt lebih baik yaitu

ditandai dengan lebih cepat penurunan

nilai TDS jika dibandingkan dengan

tegangan 2 volt. Hal ini dikarenakan

proses CDI masih berjalan dengan system

kapasitif dan pelepasan ion dan senyawa

oleh elektroda akibat elektrolisis belum

terjadi. Setelah 60 menit, system CDI

dengan tegangan 2 volt masih berjalan

dengan baik meski penurunan sudah

mulai eksponensial. Tetapi untuk

tegangan 3,5 volt terjadi lonjakan

kenaikan hingga melebihi nilai TDS awal.

Hal ini dikarenakan elektroda sudah mulai

rusak sehingga proses kapasitif tidak

terjadi dah hanya terjadi proses

elektrolisis. Sebagian dari elektroda

terkelupas dan bercampur dengan larutan

sehingga terbawa aliran air dan masuk ke

bejana pengukuran TDS.

0 20 40 60 80

20

25

30

35

40

Tem

per

atu

re (

oC

)

Waktu (Menit) Gambar 7. Hasil pengukuran temperatur pada proses desalinasi

Proses desalinasi menggunakan metode

elektroda karbon diharuskan tidak

mempengaruhi temperatur air sampel. Hal

ini dikarenakan metode ini hanya

mengandalkan gaya elektrostatis dari 2

elektroda yang dialiri arus berlawanan.


Hasil pengukuran temperatur selama

proses desalinasi terlihat seperti gambar 7.

Gambar 7 menunjukkan tidak terjadi

perubahan suhu yang signifikan dari air

sampel hasil pengolahan yaitu dari 29,7

menjadi 30,2 °C. Kenaikan temperature

ini kemungkinan diakibatkan oleh

sirkulasi air yang menggunakan pompa.

Selain itu, kenaikan temperature

dimungkinkan terjadi akibat adanya

proses elektrolisis.

KESIMPULAN

Penelitian ini dapat disimpulkan bahwa

elektroda karbon yang berbahan dasar

karbon aktif dan PVA telah mampu

mengurangi kadar garam dalam air.

Proses desalinasi dilakukan selama 80

menit menghasilkan pengurangan kadar

garam sebesar 63,3 % untuk tegangan 2

volt dan 29,3% untuk tegangan 3,5 volt.

Semakin besar tegangan tidak berbanding

lurus dengan besar pengurangan kadar

garam dikarenakan terjadi elektrolisis

pada elektroda. Temperatur air sampel

juga diukur selama proses desalinasi.

Hasil pengukuran menunjukkan bahwa

tidak terjadi perubahan signifikan pada

kenaikan temperatur yaitu dari 29,7

menjadi 30,2 °C.

DAFTAR PUSTAKA

Dietz, Steven, (2004), “Improved

Electrodes for Capacitive

Deionization”, Proceedings of the

2004 NSF Design, Service and

Manufacturing Grantees and

Research Conference, Birmingham,

AL, January.

Johnson, A.M. dan J. Newman, (1971),

“Desalting by Means of Porous

Carbon Electrodes”, J. Electrochem.

Soc.,118(3) 510–517.

Nocola, F., (2015), “Hubungan antara

Konduktivitas, TDS (Total Desolved

Solid) dan TSS (Total Suspended

Solid) dengan kadar Fe2+ dan Fe

Total pada air sumur gali”,

Universitas Jember

R. Broséus, J. Cigana, B. Barbeau, C.

Daines-Martinez, and H. Suty,

(2009), “Removal of total dissolved

solids, nitrates and ammonium ions

from drinking water using charge-

barrier capacitive deionisation,”

Desalination, vol. 249, no. 1, pp.

217–223.

Putro, T., Endarko, (2016), “The influence

of electron discharge and magnetic

field on calcium carbonate (CaCO3)

precipitation” vol. 1725, 020067, AIP

Conference Proceedings

Sari, Intan P., Endarko, (2015), “Fabrikasi

dan karakterisasi elektroda karbon

untuk system desalinasi larutan KCL

dengan metode Freezing Thawing”,

Berkala Fisika, vol. 18 no. 1, jan.

Dalam Sistem Desalinasi Dengan variasi Tegangan Untuk ...

Documents

Transcript of Dalam Sistem Desalinasi Dengan variasi Tegangan Untuk ...