ANALISIS KARAKTERISTIK ELEKTRIK LIMBAH KULIT SINGKONG (Manihot esculenta Crantz) SEBAGAI SUMBER ENERGI LISTRIK ALTERNATIF TERBARUKAN UNTUK MENGISI BATERAI HANDPHONE (Skripsi)
Oleh IRSAN
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG 2016
ABSTRAK ANALISIS KARAKTERISTIK ELEKTRIK LIMBAH KULIT SINGKONG (Manihot esculenta Crantz) SEBAGAI SUMBER ENERGI LISTRIK ALTERNATIF TERBARUKAN UNTUK MENGISI BATERAI HANDPHONE
Oleh IRSAN
Karakteristik elektrik kulit singkong dapat diketahui dengan menggunakan elektroda, pasangan elektroda yang digunakan pada penelitian ini adalah Cu-Zn. Pengukuran karakteristik elektrik kulit singkong dilakukan dengan menggunakan beban LED 1,2 W dan saat beban dilepas. Jenis singkong yang digunakan yaitu Singkong Putih, Singkong IR, dan Singkong Bassiro. Selain menggunakan kulit singkong penelitian ini juga menggunakan singkongnya. Sel elektrolit yang digunakan terdiri dari 20 sel, yang dirangkai secara seri dengan volume + 200 ml per sel. Tegangan maksimum saat beban dilepas (Vbl) yang dihasilkan kulit Singkong Putih 12,38 V, kulit Singkong IR 14,36 V, dan kulit Singkong Bassiro 13,81 V, sedangkan untuk singkongnya yaitu Singkong Putih 17,36 V, Singkong IR 18,97 V, dan Singkong Bassiro 19,50 V. Jenis kulit singkong yang mempunyai karakteristik elektrik terbaik untuk mengisi baterai handphone adalah kulit Singkong IR. Pengujian pengisian baterai handphone dilakukan saat baterai handphone dalam keadaan kosong atau saat handphone tidak bisa dinyalakan dan saat diisi selama 2 jam menghasilkan penambahan nyala handphone selama 15 detik ketika dilepas dari rangkaian. Kata Kunci: Elektroda Cu-Zn, karakteristik elektrik, kulit singkong.
i
ABSTRACT ANALYSIS OF ELECTRICAL CHARACTERISTICS CASSAVA FEEL (Manihot esculenta Crantz) WASTE AS AN RENEWABLE ALTERNATIVE ELECTRICITY ENERGY SOURCE TO CHARGE BATTERY HANDPHONE
By IRSAN
The electrical characteristics of cassava peel can be determined by using electrode, a pair of electrode that used in this research is Cu-Zn. The measurement of the electrical characteristics of cassava peel had been done using a 1.2 W LED load and when the load is released. Varieties of cassava which used are White Cassava,IR Cassava and Bassiro Cassava. Other than using cassava peel is also using cassava research. Electrolyte cel that used consists of 20 cells, which were arranged in series with volume + 200 ml for one cell. The maximum voltage when the load is removed generated White Cassava peel is 12.38 V, IR Cassava peel is 14.36 V, and Bassiro Cassava peel is 13.81 V, while for cassava that White Cassava is 17.36 V, IR Cassava is 18.97 V and Bassiro Cassava is 19.50 V. Type of cassava peel that has the best electrical characteristics to charge phone battery is IR Cassava peel. The test of handphone battery charging had been done when handphone was empty or couldn’t be turned on and when handphone battery had charged for two hours, it made the handphone on for 15 seconds after removed from the circuit. Key words: Cassava peel, Cu-Zn electrodes, the electrical characteristics.
ii
ANALISIS KARAKTERISTIK ELEKTRIK LIMBAH KULIT SINGKONG (Manihot esculenta Crantz) SEBAGAI SUMBER ENERGI LISTRIK ALTERNATIF TERBARUKAN UNTUK MENGISI BATERAI HANDPHONE
Oleh
Irsan
Skripsi Sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar SARJANA SAINS Pada Jurusan Fisika Fakuktas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG 2016
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Tanjungan, Kecamatan Katibung, Lampung Selatan pada tanggal 24 Juli 1994, sebagai anak kedua dari dua bersaudara, dari pasangan Bapak Syahrudin dan Ibu Rohimah.
Penulis menyelesaikan pendidikan di SDN 1 Tanjungan pada 2006, SMPN 1 Katibung pada tahun 2009 dan SMAN 1 Katibung tahun 2012.
Pada tahun 2012 penulis masuk dan terdaftar sebagai mahasiswa Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung melalui jalur PMPAP. Selama menempuh pendidikan penulis pernah menjadi Asisten Praktikum Fisika Dasar, Asisten Praktikum Sains Dasar, Asisten Praktikum Elektronika Dasar, Asisten Praktikum Pemrograman Komputer, Asisten Praktikum Pemograman Berbasis Objek dan Asisten Admin Website Magister Fisika FMIPA Unila.
Penulis pernah aktif dikegiatan kampus antara lain sebagai Angota Bidang Sosial Budaya Masyarakat di UKM Rois FMIPA Unila priode 2012-2013, Selain itu penulis juga pernah menjabat dan aktif sebagai Kepala Biro Sirkulasi dan Periklanan di UKM Natural FMIPA Unila priode 2013-2014, sebagai Ketua
vii
Umum di UKM Himpunan Mahasiswa Fisika (HIMAFI) FMIPA Unila periode 2014-2015, dan sebagai Sekertaris Umum di UKM Kempo Universitas Lampung priode 2015-2016.
Penulis pernah melakukan Praktek Kerja Lapangan (PKL) di Laboratorium Kalibrasi Balai Riset dan Standardisasi (Baristand) Industri Bandar Lampung pada tahun 2015. Penulis melakukan KKN di Kabupaten Tanggamus tepatnya di Kecamatan Kelumbayan, Desa Pekon Unggak pada tahun 2016.
viii
MOTTO
“
”
~Barang Siapa Yang Bersungguh - Sungguh Pasti Akan Mendapatkannya~
“
” ~Saya Terlalu Malas Untuk Menjadi Malas~
“
,
ix
”
PERSEMBAHAN
-
“Orangtuaku Ayahanda Syahrudin (Muhaimin) dan Ibunda Rohimah (Naimah) yang telah banyak berkorban tanpa lelah, menjadi motivasi selalu memberikan semangat, harapan, dukungan dan do’a yang tulus untuk keberhasilan dan kesuksesan anaknya”
“Saudaraku kakanda Aprizal beserta kakakipar Nia Anggraini yang selalu memotivasi serta memberikan dukungan untuk keberhasilan dan kesuksesan adiknya”
“Bapak-Ibu guru serta Bapak-Ibu dosen terima kasih atas bekal ilmu pengetahuan dan budi pekerti yang telah membuka hati serta wawasanku untuk menyelesaikan skripsi ini”
“Mirawati sebagai adik, teman, dan partner terbaik yang selalu menemani dikala susah dan senang serta memberikan nasihat, masukan, dan bantuan terbaik yang telah dilakukannya”
“Keluarga besar serta sahabatku seluruh teman seperjuangan Fisika 2012 yang telah memberikan perhatian dan masukan yang membangun, terima kasih atas kebaikan kalian dan kebersamaan yang kita lalui”
“Sivitas Akademika Universitas Lampung” x
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT, yang telah memberikan kesehatan, rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Analisis Karakteristik Elektrik Limbah Kulit Singkong (Manihot esculenta Crantz) Sebagai Sumber Energi Listrik Alternatif Terbarukan Untuk Mengisi Baterai Handphone”. Shalawat dan salam kepada Nabi Muhammad SAW, keluarga, para sahabat dan pengikutnya. Tujuan penulisan skripsi ini adalah sebagai salah satu persyaratan untuk mendapatkan gelar Sarjana Sains (S.Si) di bidang keahlian Fisika Instrumentasi dan juga melatih penulis untuk berpikir cerdas serta kreatif dalam penelitian.
Penulis menyadari bahwa penyusunan skripsi ini masih banyak kekurangan dan jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran dan kritik dari pembaca untuk perbaikan dimasa mendatang. Dalam penulisan skripsi ini penulis juga mengucapkan terimakasih kepada pihak-pihak yang telah membantu penulis dalam pengerjaan penelitian, pengambilan data dan penyelesaian skripsi ini. Akhir kata, semoga skripsi ini bermanfaat bagi kita semua. Bandar Lampung, 15 Desember 2016 Penulis,
Irsan xi
SANWACANA
Dengan rasa syukur dan ketulusan hati penulis mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah mendukung dan membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada: 1.
Bapak Drs. Amir Supriyanto, M.Si. selaku Pembimbing Pertama yang telah memberikan bimbingan dan bersedia meluangkan waktu selama penulis melakukan penelitian hingga penyusunan skripsi selesai.
2.
Bapak Arif Surtono, S.Si., M.Si., M.Eng selaku Pembimbing Kedua yang telah memberikan bimbingan, nasehat, dan saran dalam penyusunan skripsi ini dan selaku Ketua Jurusan Fisika FMIPA Universitas Lampung atas dukungan dalam proses akademik.
3.
Bapak Gurum Ahmad Pauzi, S.Si., M.T. selaku Penguji yang telah memberikan arahan, kritik, dan saran kepada penulis dalam menyempurnakan skripsi ini.
4.
Bapak Prof. Warsito, S.Si., DEA., Ph.D. selaku Pembimbing Akademik dan Dekan FMIPA Unila yang senantiasa memberikan nasehat dan motivasi.
5.
Seluruh dosen Jurusan Fisika FMIPA Universitas Lampung yang telah memberikan ilmu melalui pengajaran dan nasehat.
xii
6.
Ayah, Ibu, kakakku dan keluarga yang telah mendukung dan mendoa’akan. Terimakasih untuk pengorbanan yang telah diberikan.
7.
Mirawati yang senantiasa mengingatkan, menyemangati, memotivasi, dan mendo’akan untuk kemajuan penulis.
8.
Sahabatku 9 BIT (Duwi Hariyanto, Giri Amirul Mukminin, Jovizal Aristian, Kuswanto, M. Iqbal Yuliansyah, Ma'sum Ansori, Randha Kentama .A. dan Tri Sumanzaya) dan Fahmi Bastiar teman seperjuanganku yang telah memberikan perhatian dan masukan yang membangun terimakasih atas semangat, doa dan semua bantuan yang telah diberikan.
9.
Teman-teman angkatan 2012, kakak dan adik tingkat Fisika, terimakasih untuk kebersamaan dan dukungan yang diberikan bagi penulis.
10. Seluruh pihak yang telah ikut serta membantu yang tidak dapat disebutkan satu persatu. Penulis menyadari adanya kekurangan dalam penulisan skripsi ini, untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun agar kedepannya menjadi lebih baik. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi banyak orang. Aamiin.
Bandar Lampung, 15 Desember 2016 Penulis
Irsan
xiii
DAFTAR ISI
Halaman DAFTAR ISI ................................................................................................... xiv DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xvi DAFTAR TABEL .......................................................................................... xix I.
PENDAHULUAN A. B. C. D. E.
Latar Belakang ................................................................................... Rumusan Masalah .............................................................................. Tujuan Penelitian ............................................................................... Manfaat Penelitian ............................................................................. Batasan Masalah ................................................................................
1 3 3 4 4
II. TINJAUAN PUSTAKA A. Penelitian Terdahulu .......................................................................... B. Perbedaan dengan Penelitian Sebelumnya......................................... C. Teori Dasar......................................................................................... a. Singkong (Manihot esculenta Crantz) .......................................... b. Penyebab Kulit Singkong Menghasilkan Arus Listrik.................. c. Elektrokimia .................................................................................. d. Sel Galvani .................................................................................... e. Larutan Elektrolit dan Non Elektrolit............................................ f. Elektroda ....................................................................................... g. Potensial Elektroda........................................................................ h. Tembaga (Cu) dan Seng (Zn) ........................................................ i. Fuel cell ......................................................................................... j. Arus dan Rapat Arus ..................................................................... k. Konduktivitas ................................................................................
6 7 7 7 10 12 19 20 21 23 24 26 27 30
III. METODE PENELITIAN A. B. C. D. E. F.
Waktu dan Tempat Penelitian ............................................................ Alat dan Bahan ................................................................................... Prosedur Penelitian ............................................................................ Desain Media Uji Karakteristik Elektrik ........................................... Pengujian Karakteristik Elektrik ........................................................ Diagram Alir Penelitian ..................................................................... xiv
35 35 37 38 39 40
G. Data Hasil Penamatan ........................................................................ H. Rencana Grafik Pengamatan ..............................................................
41 42
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Hasil Penelitian .................................................................................. B. Pembahasan........................................................................................ 1. Karakteristik Elektrik Singkong Putih (Singkong Roti) ............... 2. Karakteristik Elektrik Singkong Genjah Urang (IR)..................... 3. Karakteristik Elektrik Singkong Bassiro ....................................... 4. Analisis Perbandingan Karakteristik Elektrik Ketiga Jenis Kulit Singkong Selama Pengujian .......................................................... 5. Analisis Penggunan Kulit Singkong dan Singkong Untuk Mengisi Baterai Handphone..........................................................
43 47 48 53 58 63 72
V. KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan ........................................................................................ B. Saran .................................................................................................. DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
xv
79 79
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman 2.1. Aliran elektron dari ion H+ dan CN- .................................................. 11 2.2. Proses transfer elektron pada baterai dalam .......................................
15
2.3. Prinsip kerja fuel cell .........................................................................
26
2.4. Rapat arus pada penghantar ...............................................................
29
2.5. Konduktivitas cairan atau gas (a), logam (b) dan semikonduktor (c).
31
3.1. Desain lepeng tembaga dan lempeng seng ........................................
38
3.2. Desain wadah kotak (Sel) penampungan pasta kulit singkong ..........
38
3.3. Media tempat uji karakteristik elektrik Kulit Singkong atau singkong, pada pengukuran tegangan tanpa beban ............................
39
3.4. Media tempat uji karakteristik elektrik Kulit Singkong digunakan untuk mengisi baterai handphone ......................................................
39
3.5. Diagram alir penelitian.......................................................................
40
3.6. Rencana grafik pengukuran dan perhitungan karakteristik kulit singkong atau singkong terhadap waktu ............................................
42
4.1. Sel tempat uji karakteristik elektrik kulit singkong yang terdiri dari elektroda positif (a), elektroda negatif (b), penjepit dan kabel penghubung (c). .................................................................................
44
4.2. Rangkaian keseluruhan tempat uji karakteristik elektrik kulit singkong yang terdiri dari jam (a), LED (b), multimeter digital (d), pasta kulit singkong atau singkong (d), elektroda negatif (e), elektroda positif (f), penjepit dan kabel penghubung (g) ...................
44
4.3. Rangkaian keseluruhan tempat uji karakteristik elektrik kulit singkong untuk mengisi batrai handphone, penjepit dan kabel penghubung (a), elektroda positif (b), elektroda negative (c),
xvi
jam (d), Pasta kulit singkong atau singkong (e), multimeter (f), dan handphone (g) ....................................................................................
45
4.4. Sistem rangkaian keseluruhan uji karakteristik elektrik kulit singkong ............................................................................................
46
4.5. Grafik hubungan karakteristrik elektrik kulit Singkong Putih terhadap waktu ...................................................................................
50
4.6. Grafik hubungan karakteristrik elektrik Singkong Putih terhadap waktu ..................................................................................................
52
4.7. Grafik hubungan karakteristrik elektrik kulit Singkong IR terhadap waktu ...................................................................................
55
4.8. Grafik hubungan karakteristrik elektrik Singkong IR terhadap waktu ..................................................................................................
57
4.9. Grafik hubungan karakteristrik elektrik kulit Singkong Bassiro terhadap waktu ...................................................................................
60
4.10. Grafik hubungan karakteristrik elektrik Singkong Bassiro terhadap waktu ...................................................................................
62
4.11. Grafik hubungan antara tegangan saat beban dilepas ketiga jenis kulit singkong terhadap waktu .........................................................
64
4.12. Grafik hubungan antara tegangan menggunakan beban ketiga jenis kulit singkong terhadap waktu ................................................
66
4.13. Grafik hubungan antara arus listrik ketiga jenis kulit singkong terhadap waktu .................................................................................
68
4.14. Grafik hubungan antara daya ketiga jenis kulit singkong terhadap waktu. ..............................................................................................
70
4.15. Grafik hubungan antara hambatan dalam ketiga jenis kulit singkong terhadap waktu .................................................................
72
4.16. Rangkaian modul step-down menggunakan IC 7805 ......................
73
4.17. Rangkaian modul step-down USB DC 5 V buatan Cina .................
74
4.18. Rangkaian langsung terhubung ke handphone yang terdiri dari penjepit dan kabel penghubung (a), elektroda negatif (b), elektroda positif (c), pasta kulit singkong (d), jam (e), multimeter (f), handphone (g) dan proses pengisian (h). ......................................... 75
xvii
4.19. Grafik hubungan antara tegangan saat beban dilepas, tegangan menggunakan beban dan arus kulit Singkong IR terhadap waktu pemakaian pada handphone.............................................................
xviii
77
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman 2.1 Komposisi Kimia Singkong ............................................................... 8 2.2. Nilai deret volta ..................................................................................
17
2.3. Pengelompokan larutan berdasarkan jenisnya ...................................
21
2.4. Jenis fuel cell anorganik .....................................................................
27
2.5. Konduktivitas berbagai material ........................................................
33
3.1. Data penukuran karakteristik elektrik kulit singkong atau singkong saat beban dilepas dan saat menggunakan beban ..............................
41
3.2. Data perhitungan karakteristik elektrik kulit singkong atau singkong 41 4.1. Data penukuran karakteristik elektrik kulit Singkong Putih saat beban dilepas dan saat menggunakan beban LED 1,2 watt ...............
49
4.2. Data perhitungan karakteristik elektrik kulit Singkong Putih ............
49
4.3. Data penukuran karakteristik elektrik Singkong Putih saat beban dilepas dan saat menggunakan beban LED 1,2 watt..........................
51
4.4. Data perhitungan karakteristik elektrik kulit Singkong Putih ............
52
4.5. Data penukuran karakteristik elektrik kulit Singkong IR saat beban dilepas dan saat menggunakan beban LED 1,2 watt ...............
54
4.6. Data perhitungan karakteristik elektrik kulit Singkong IR ................
54
4.7. Tabel 4.7. Data penukuran karakteristik elektrik Singkong IR saat beban dilepas dan saat menggunakan beban LED 1,2 watt ...............
56
4.8. Data perhitungan karakteristik elektrik Singkong IR ........................
57
4.9. Data penukuran karakteristik elektrik kulit Singkong Bassiro saat beban dilepas dan saat menggunakan beban LED 1,2 watt ...............
59
xix
4.10. Data perhitungan karakteristik elektrik kulit Singkong Bassiro ......
59
4.11. Data penukuran karakteristik elektrik Singkong Bassiro saat beban dilepas dan saat menggunakan beban LED 1,2 watt .......................
61
4.12. Data perhitungan karakteristik elektrik Singkong Bassiro ..............
62
4.13. Perbandingan Karakteristik Elektrik Tegangan Saat Beban Dilepas Pada Kulit Singkong Putih (I), Singkong IR (II) dan Singkong Bassiro (III) .....................................................................
64
4.14. Perbandingan Karakteristik Elektrik Tegangan Menggunakan Beban Pada Kulit Singkong Putih (I), Singkong IR (II) dan Singkong Bassiro (III) .....................................................................
66
4.15. Perbandingan Karakteristik Elektrik Arus Listrik Pada Kulit Singkong Putih (I), Singkong IR (II) dan Singkong Bassiro (III) ...
67
4.16. Perbandingan Karakteristik Elektrik Daya Pada Kulit Singkong Putih (I), Singkong IR (II) dan Singkong Bassiro (III) ...................
69
4.17. Perbandingan Karakteristik Elektrik Rin Pada Kulit Singkong Putih (I), Singkong IR (II) dan Singkong Bassiro (III) ...................
71
4.18. Pengujian Pengukuran Karakteristik Elektrik Singkong Saat Diberi Beban Handphone 2,5 watt Menggunakan Kulit Singkong IR ....... 76
xx
1
I.
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Energi listrik kini menjadi energi yang sangat dibutuhkan bagi kehidupan manusia, bahkan semakin meningkatnya tingkat kehidupan manusia maka akan semakin tinggi pula kebutuhan energi listrik yang diperlukan. Saat ini energi listrik yang dihasilkan masih banyak yang berasal dari energi fosil, karena sumber energi fosil inilah yang mampu memenuhi kebutuhan energi listrik manusia dalam skala besar, sedangkan sumber energi alternatif belum dapat memenuhi kebutuhan energi listrik manusia dalam skala besar. Energi fosil yang banyak digunakan tidak dapat diperbarui hal ini menyebabkan semakin menipisnya cadangan sumber energi fosil. Oleh karena itu, diperlukan alternatif lain untuk pengembangan sumber listrik yang terbarukan dengan memanfaatkan sumber daya alam yang tersedia. Salah satu sumber daya alam yang melimpah di Indonesia adalah limbah kulit singkong.
Menurut Badan Pusat Statistik (BPS) pada tahun 2015 di Indonesia produksi singkong mencapai 21.790.956 ton, sedangkan untuk daerah Lampung pada tahun 2015 mencapai 7.384.099 ton, hal ini menunjukan berlimpahnya singkong di Indonesia khususnya untuk daerah Lampung yang termasuk provinsi dengan produksi singkong terbesar, singkong telah digunakan oleh
2
masyarakat umum untuk produksi tepung tapioka dan sebagai subtitusi makanan pokok, sedangkan daun singkong dikonsumsi sebagai sayuran. Kulit singkong yang merupakan bagian kulit luar umbi singkong tidak digunakan pada waktu penggunaan umbi (Hikmiyati, 2009), sebagian kecil kulit singkong ini hanya digunakan sebagai pakan ternak sedangkan sebagian lagi terbuang begitu saja, setiap bobot singkong akan dihasilkan limbah kulit singkong sebesar 16% dari bobot tersebut (Hidayat, 2009) berarti pada tahun 2015 di Indonesia sudah terdapat kurang lebih mencapai 3.486.552 ton kulit singkong sedangkan untuk daerah Lampung kulit singkong yang dihasilkan mencapai 1.181.455 ton, hal ini merupakan peluang besar untuk memanfaatkan limbah yang cukup melimpah tersebut.
Penelitian sebelumnya dilakukan oleh Imamah (2013), menggunakan berbagai variasi bahan elekrtoda seperti tembaga (Cu), alumunium (Al), besi (Fe), timah (Pb) dan kuningan. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui efek kelistrikan yang ditimbulkan oleh variasi bahan elektroda yang terdapat pada limbah buah jeruk, sedangkan penelitian yang dilakukan oleh Muhlisin (2015), yaitu memanfaatkan baterai bekas dengan limbah kulit pisang dan durian, sebagai sumber energi alternatif. Didalam kulit pisang mengandung karbohidrat yang dapat membentuk etanol, etanol lama-kelamaan akan teroksidasi menjadi asam etanoat atau asam asetat. Asam asetat merupakan salah satu jenis zat elektrolit.
Kulit singkong juga mengandung karbohidrat sebanyak 16,72 % (Winarno, 1990), yang dapat membentuk asam asetat (CH3COOH), selain asam asetat
3
terdapat juga asam sianida (HCN) (Rukmana, 1986). HCN merupakan salah satu elektrolit yang dapat menghasilkan arus listrik, sehingga sangat memungkinkan bahwa kulit singkong dapat menghasilkan arus listrik. Untuk mengetahui karakteristik elektrik kulit singkong tersebut, maka dilakukan penelitian besarnya tegangan, hambatan dalam, dan arus yang dihasilkan menggunakan berbagai jenis kulit singkong sehingga dapat dimanfaatkan untuk mengisi daya baterai handphone. Hasil dari penelitian ini dapat digunakan sebagai energi listrik alternatif terbarukan untuk daerah terpencil dan daerah lain yang memiliki limbah kulit singkong yang cukup banyak.
B. Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian latar belakang tersebut dapat dibuat rumusan masalah sebagai berikut. 1. Bagaimana merancang dan membuat media tempat uji karakteristik elektrik kulit singkong. 2. Bagaimana hubungan antara jenis kulit singkong yang digunakan dengan karakteristik elektrik yang dihasilkan. 3. Bagaimana merancang dan membuat media uji kulit singkong sehingga dapat digunakan untuk mengisi baterai handphone.
C. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut.
4
1. Mengetahui karakteristik elektrik kulit singkong agar dapat digunakan sebagai sumber energi listrik terbarukan. 2. Mengetahui besarnya energi listrik yang dihasilkan oleh kulit singkong pada tiap selnya. 3. Memanfaatkan kulit singkong sebagai sumber energi listrik baru dan terbarukan serta dapat digunakan untuk mengisi baterai handphone.
D. Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini adalah sebagai berikut. 1. Memanfaatkan limbah kulit singkong yang terbuang sehingga dapat menciptakan lingkungan kreatif mandiri energi. 2. Sebagai referensi karakteristik elektrik pada kulit singkong, guna peningkatan ilmu pengetahuan dan teknologi.
E. Batasan Masalah
Sesuai dengan rumusan masalah diatas, batasan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut. 1. Elektroda yang digunakan terdiri atas sepasang elektroda positif dan negatif, serta terbuat dari bahan seperti tembaga (Cu) dan seng (Zn). 2. Pengukuran karakteristik elektrik kulit singkong dilakukan pada tegangan tanpa beban dan tegangan dengan menggunakan beban. 3. Data pengamatan yang diambil/diukur berupa tegangan, arus, hambatan dalam dan lama pemakaian.
5
4. Dalam pengamatan dibuktikan apakah kulit singkong dapat digunakan untuk mengisi baterai atau tidak. 5. Jumlah media tempat uji karakteristik elektrik kulit singkong sebanyak 20 sel.
6
II.
TINJAUAN PUSTAKA
A. Penelitian Terdahulu
Penelitian sebelumnya dilakukan oleh Imamah (2013) tentang efek kelistrikan yang ditimbulkan oleh variasi bahan elektroda yang terdapat pada limbah buah jeruk. Penelitian dilakukan dengan menggunakan berbagai variasi bahan elekrtoda seperti tembaga (Cu), alumunium (Al), besi (Fe), timah (Pb) dan kuningan. Selain itu penelitian dilakukan dengan menggunakan berbagai variasi jarak mulai dengan 2 cm, 4 cm, 6 cm, 8 cm dan 10 cm serta variasi hambatan mulai 1 kΩ, 10 kΩ, 100 kΩ, 1 MΩ, 10 MΩ. Pengukuran yang dilakukan diantaranya pengukuran arus dan tegangan bio-baterai tunggal, pengukuran biobaterai secara seri paralel serta pengukuran tegangan dan lama nyala LED pada rangkaian seri paralel.
Selanjutnya Muhlisin (2015) ia menggunakan batu baterai bekas yang diganti pastanya dengan kulit pisang dan kulit durian. Mangan oksida atau elektrolit pada baterai yang sudah tidak bisa digunakan, diganti dengan pasta dari kulit pisang atau kulit durian sehingga baterai bekas tersebut bisa digunakan kembali. Di dalam kulit durian dan kulit pisang terdapat zat Kalium Klorida. KCl merupakan elektrolit kuat yang mampu terionisasi dan menghantarkan arus listrik. Nilai tegangan maksimal yang didapatkan dari pasta kulit pisang
7
lebih besar dibanding kulit durian. Pisang ambon adalan pisang terbaik yang digunakan dalam percobaan ini sebagai pengganti pasta batu baterai.
B. Perbedaan dengan Penelitian Sebelumnya
Penelitian ini mengukur karakteristik elektrik kulit singkong dengan menggunakan elektroda, elektroda yang digunakan pada penelitian ini terdiri dari dua jenis bahan yaitu seng (Zn) dan tembaga (Cu). Karakteristik elektrik kulit singkong dapat diketahui melalui pengukuran tegangan dan arus dengan menggunakan multimeter digital. Penelitian ini dilakukan dua tahap pengukuran yaitu pengukuran karakteristik elektrik kulit singkong saat beban dilepas dan pengukuran karakteristik elektrik kulit singkong dengan menggunakan beban,
beban yang digunakan adalah lampu LED dengan
beban sebesar 1,2 watt. Selain kulit singkong dalam penelitian ini juga menggunakan singkong atau daging singkong. Hasil dari penelitian karakteristik kulit singkong terbaik dari penelitian ini kemudian digunakan sebagai sumber energi listrik terbarukan yang dapat mengisi baterai handphone.
C. Teori Dasar
a. Singkong (Manihot esculenta Crantz) Singkong memiliki nama botani Manihot esculenta Crantz tapi lebih dikenal dengan nama lain Manihot utilissima. Ubi kayu termasuk ke dalam kingdom Plantae, divisi Spermatophyta, subdivisi Angiospermae, kelas Dicotyledonae,
8
famili Euphorbiaceae, genus Manihot dengan spesies esculenta Crantz dengan berbagai varietas (Rukmana, 1997). Ubi kayu biasa disebut juga ketela pohon atau singkong dengan Komposisi kimia singkong per 100 gram bahan disajikan pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Komposisi Kimia Singkong (Departemen Kesehatan, 1992) Singkong No. Komponen Singkong Kuning 1. Kalori (kkal) 146.00 157.00 2.
Protein (gram)
0.80
0.80
3.
Lemak (gram)
0.30
0.30
4.
Karbohidrat (gram)
34.70
37.90
5.
Air (gram)
62.50
60.00
6.
Kalsium (mg)
33.00
33.00
7.
Fosfor (mg)
40.00
40.00
8.
Zat besi (mg)
0.70
0.70
9.
Asam askorbat (mg)
30.00
30.00
10.
Thiamin (mg)
0.06
0.06
11.
Vitamin A (IU)
0.00
385
12.
Bagian yang dapat dimakan (%)
75.00
75.00
Umbi singkong dapat diolah menjadi gula cair (high fructose) dan makanan ternak serta dapat pula sebagai bahan bakar yang disebut etanol. Hampir seluruh bagian dari tanaman singkong dapat dimanfaatkan namun hingga saat ini tanaman ini masih jarang dikonsumsi masyarakat. Kelemahan utama yang menyebabkan singkong kurang diterima secara menyeluruh dan hanya dimanfaatkan sebagai makanan pokok di daerah pedesaan disebabkan karena kandungan racun glikosida sianogenik (linamarin). Glikosida tersebut tidak bersifat racun, tetapi asam sianida (HCN) yang dibebaskan oleh enzim
9
linamerase secara hidrolisis yang bersifat racun (Tjokroadikoesoemo, 1985). Ada dua jenis ubi kayu yang secara umum sering dikenal yaitu ubi kayu manis dan pahit. Rasa pahit disebabkan oleh racun asam sianida (HCN). Kandungan asam sianida (HCN) pada ubi kayu pahit dapat mencapai 100 mg/kg, sedangkan pada ubi kayu manis sekitar 40 mg/kg. Kadar HCN pada ubi kayu dipengaruhi oleh keadaan tanah, penyiapan stek, cara bercocok tanam, iklim dan umur panen (Darjanto dkk, 1980).
Menurut Effendi (2000) Sianida merupakan kelompok senyawa anorganik dan organik dengan siano (CN-) sebagai struktur utama. Sianida dalam bentuk ion mudah terserap oleh bahan-bahan yang tersuspensi maupun oleh sedimen dasar. Sianida bersifat sangat reaktif. Sianida bebas menunjukkan adanya kadar HCN dan CN-. Asam sianida atau Hidrogen sianida (HCN) dengan rumus molekul HCN adalah senyawa anorganik berbentuk cairan yang mudah menguap, cairan tak berwarna, dan sangat beracun, dengan titik didih sedikit di atas suhu ruangan, 25.6 °C (78.1 °F). biasa digunakan dalam pembuatan asetonitril yang kemudian digunakan untuk produksi serat akrilik, karet sintetis, dan plastik. Bisa juga digunakan dalam berbagai proses kimia, seperti fumigasi, pengerasan besi dan baja, elektroplating, dan pemurnian bijih. Asam sianida bersifat asam lemah, garam sianida baik KCN maupun NaCN dalam ruangan yang berkelembapan tinggi mudah bereaksi dan membentuk gas HCN: KCN + H2O → HCN + KOH Kulit singkong yang diperoleh dari produk tanaman singkong (Manihot Esculenta Cranz) merupakan limbah utama pangan di negara-negara
10
berkembang. Semakin luas areal tanaman singkong diharapkan produksi singkong yang dihasilkan semakin tinggi yang pada gilirannya semakin tinggi pula limbah kulit yang dihasilkan. Setiap kilogram singkong biasanya dapat menghasilkan 15 – 20 % kulit singkong. Komponen kimia kulit singkong adalah sebagai berikut: protein 8,11 %, serat kasar 15,20 %, pektin 0,22 %, lemak kasar 1,44 %, karbohidrat 16,72 %, kalsium 0,63 %, air 67,74 % dan abu 1,86 % (Winarno, 1990), kulit singkong juga mengandung beberapa mineral, terutama seperti fosfor, natrium dan kalium (Amos dkk, 2009). Selain itu kulit singkong juga mengandung tannin, enzim peroksida, glukosa, kalsium oksalat, serat dan HCN (Rukmana, 1986). . b. Penyebab Kulit Singkong Menghasilkan Arus Listrik Kulit singkong mengandung karbohidrat sebanyak 16,72 % (Winarno, 1990), Karbohidrat mengandung glukosa, apabila glukosa dicampur dengan air dan didiamkan maka akan terjadi fermentasi sehingga dapat diperoleh etanol. Etanol lama-kelamaan akan teroksidasi menjadi asam etanoat atau asam asetat. Reaksi yang terjadi yaitu sebagai berikut :
C6H12O6
CH3CH2OH+[O]
CH3COOH
Glukosa
Etanol
Asam asetat
Asam asetat merupakan salah satu jenis zat elektrolit, selain CH3COOH terdapat juga HCN yang merupakan elektrolit lemah dengan reaksi ionisasi yang terjadi yaitu sebagai berikut: HCN → H+ + CN-
11
(a)
(b)
(c)
Gambar 2.1. Aliran elektron dari ion H+ dan CN- , (a) ion H+ dan CN- saat menyebar dalam pasta kulit singkong, (b) ion H+ dan CN- saat tertarik oleh elektroda (katode dan anode), (c) serta mengaliranya elektron dari katode ke anode menyebabkan arus listrik yang menghidupkan LED.
Larutan ion mengalir melalui sepasang elektroda, elektroda positif akan menarik ion negatif dan elektroda negatif akan menarik ion positif. Bahan elektroda yang ideal adalah yang memiliki konduktivitas yang tinggi, luas permukaan spesifik yaitu luas permukaan per unit berat sebesar mungkin untuk penyerapan (Oren, 2007). Tembaga (Cu) sebagai katoda merupakan elektroda tempat terjadinya reaksi reduksi, dimana didalamnya terjadi penangkapan elektron Sedangkan seng (Zn) sebagai Anoda merupakan elektroda tempat terjadinya reaksi oksidasi sehingga akan terjadi pelepasan elektron selama reaksi berlangsung (Landis, 1909).
Arus listrik dapat mengalir karena seng (Zn) bertindak sebagai katode yang bersifat menarik ion negatif (CN-) dan tembaga (Cu) bertindak sebagai anode yang bersifat menarik ion positif (H+). Ketika air rendaman kulit singkong
12
atau pasta kulit singkong bersentuhan dengan unsur seng dan tembaga terjadi reaksi ionisasi dalam larutan, sehingga dapat terjadi aliran elektron yang menyebabkan arus listrik mengalir. Jika kedua elektroda dihubungkan dengan lampu (LED) arus akan mengalir dari anode ke katode, dan lampu menyala.
c. Elektrokimia
Elektrokimia adalah ilmu yang mempelajari aspek elektronik dari reaksi kimia, yaitu ilmu pengetahuan yang berhubungan dengan reaksi-reaksi kimia yang diinisiasi atau menghasilkan energi listrik. Dalam elektrokimia, reaksi kimia yang terjadi adalah reaksi reduksi dan oksidasi atau yang dikenal dengan reaksi redoks. Proses dasarnya adalah adanya transfer elektron antara permukaan elektroda dengan molekul di dalam larutan yang berpartisipasi dalam reaksi redoks (Wang, 2000). 1) Reaksi Oksidasi dan Reduksi Adalah reaksi dengan
perpindahan elektron dari satu senyawa ke
senyawa yang lain, misalnya Cu + 2 Ag+ → Cu+2 + 2 Ag 2) Oksidator dan Reduktor Oksidator adalah yang menerima elektron sedangkan reduktor adalah yang memberikan elektron.
Sel elektrokimia adalah alat yang digunakan untuk melangsungkan perubahan reaksi oksidasi dan reduksi. Dalam sebuah sel, energi listrik dihasilkan dengan pelepasan elektron pada suatu elektroda (oksidasi) dan penerimaan elektron pada elektroda lainnya (reduksi). Elektroda yang melepaskan elektron dinamakan anoda sedangkan elektroda yang menerima elektron
13
dinamakan katoda. Jadi sebuah sel selalu terdiri atas anoda sebagai elektroda tempat berlangsungnya reaksi oksidasi, katoda sebagai elektroda tempat berlangsungnya
reaksi
reduksi
dan
larutan
elektrolit/ionik
untuk
menghantarkan arus, larutan ionik dianggap seperti resistor dalam suatu sirkuit, maka ukuran dari sifat-sifat larutan adalah tahanan resistor, mengikuti hukum Ohm (Bird, 1993).
1. Jenis-Jenis Sel Elektrokimia
Sel elektrokimia digunakan untuk menghasilkan energi listrik yang dapat digunakan untuk berbagai keperluan. Terdapat beberapa sel elektrokimia yang biasa kita gunakan dalam keperluan sehari-hari seperti aki, baterai kering, baterai alkalin, baterai litium dan lain sebagainya. a) Aki Aki merupakan salah satu contoh sel sekunder karena reaksi reduksi yang berlangsung pada sel ini dapat dibalik dengan cara mengalirkan arus listrik. Sel aki terdiri atas anoda Pb (timbal timah hitam) dan katoda PbO2 (timbal (IV) oksida). Keduanya merupakan zat padat yang dicelupkan dalam asam sulfat. Kedua eletroda tersebut merupakan hasil reaksi yang tidak larut dalam asam sulfat, sehingga tidak diperlukan jembatan garam. Tiap sel aki mempunyai beda potensial kurang lebih 2 Volt. Aki 12 Volt terdiri atas 6 sel yang dihubungkan seri. Aki dapat diisi kembali karena hasil-hasil reaksi pengosongan aki tetap melekat pada kedua elektroda. Pengisian aki dilakukan dengan membalik arah aliran elektron pada kedua elektroda. Pada pengosongan aki, anoda (Pb) mengirim elektron pada
14
katoda, sebaliknya pada pengisian aki elektroda Pb dihubungkan dengan kutub negatif sumber arus sehingga PbSO4 yang terdapat pada elektroda Pb itu direduksi. Sementara itu PbSO4 yang terdapat pada elektroda PbO2 mengalami oksidasi membentuk PbO2 (Hiskia, 1992). b) Baterai Baterai adalah suatu alat yang dapat menghasilkan energi listrik dengan melibatkan transfer elektron melalui suatu media yang bersifat konduktif dari dua elektroda (anoda dan katoda) sehingga menghasilkan arus listrik dan beda beda potensial. Komponen utama pada baterai terdiri dari elektroda dan elektrolit (Kartawidjaja dkk, 2008).
Bahan dan luas permukaan elektroda mampu mempengaruhi jumlah beda potensial yang dihasilkan. Setiap bahan elektroda memiliki tingkat potensial elektroda (E°) yang berbeda-beda. Jika luas permukaan elektroda diperbesar maka akan semakin banyak elektron yang dapat dioksidasi dibandingkan dengan elektroda dengan luas permukaan yang kecil (Kartawidjaja dkk, 2008).
Elektrolit atau konduktor ionik yaitu sebagai penyedia sarana untuk mentransfer ion. Elektrolit terdiri dari elektrolit cair dan elektrolit padat. Jenis elektrolit cair memiliki kelemahan diantaranya rentan terhadap kebocoran dan mudah terbakar, sedangkan elektrolit dalam bentuk padatan cenderung lebih aman, mudah dipakai, bebas dari kebocoran dan dapat dibuat dengan dimensi lebih kecil (Riyanto, 2011).
15
Gambar 2.2 Proses transfer elektron pada baterai dalam (Kartawidjaja dkk, 2008) Baterai adalah suatu alat yang dapat menghasilkan energi listrik dengan melibatkan transfer elektron melalui suatu media yang bersifat konduktif dari dua elektroda (anoda dan katoda) sehingga menghasilkan arus listrik dan beda tegangan. Prinsip kerja baterai (lihat Gambar 2.2.) menggunakan prinsip elektrokimia dengan memanfaatkan proses reduksi-osidasi dimana elektroda negatif (anoda) akan mengalami reaksi oksidasi sehingga elektron yang berada pada permukaan anoda akan terlepas dan dibawa oleh ion elektrolit menuju elektroda positif (katoda). Transfer elektron oleh ion elektrolit ini kemudian akan menghasilkan beda tegangan dan arus listrik jika dihubungkan atau dirangkaikan dengan komponen elektronika seperti dioda, resistor atau kapasitor (Kartawidjaja dkk, 2008).
1) Baterai kering Baterai kering ditemukan oleh Leclanche yang mendapat hak paten atas penemuan itu pada tahun 1866. Sel Leclanche terdiri atas suatu silinder zink yang berisi pasta dari campuran batu kawi, salmiak, karbon dan
16
sedikit air (sel ini tidak 100% kering) zink berfungsi sebagai anoda sedangkan sebagai katoda digunakan elektroda inert, yaitu grafit, yang dicelupkan ditengah-tengah pasta. Pasta itu sendiri berfungsi sebagai oksidator. Potensial suatu sel Leclanche adalah 1,5 Volt, sel ini disebut sel kering asam karena adanya NH4Cl yang bersifat asam. Sel Leclenche tidak dapat diisi ulang (Bird, 1993).
2) Baterai alkalin Baterai kering jenis alkalin pada dasarnya sama dengan sel Leclanshe, tetapi bersifat basa karena menggunakan KOH menggantikan NH4Cl dalam pasta. Potensial dari baterai Alkalin juga sebesar 1,5 Volt, tapi baterai ini dapat bertahan lebih lama (Bird, 1993). 3) Baterai litium Baterai litium telah mengalami berbagai penyempuranaan. Baterai litium yang kini banyak digunakan adalah baterai litium ion. Baterai litium ion tidak menggunakan logam litium, tetapi ion litium. Ketika ion litium digunakan, ion litium berpindah dari satu elektroda ke elektroda lainnya melalui suatu elektrolit. Ketika diisi, aliran ion litium dibalik (Bird, 1993).
2.
Deret Elektrokimia (Deret Volta)
Deret elektrokimia atau deret Volta merupakan urutan logam-logam berdasarkan kenaikan potensial elektroda standarnya. Umumnya deret Volta yang sering dipakai adalah Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr,
17
Fe, Cd, Ni, Sn, Pb, H, Sb, Bi, Cu, Hg, Ag, Pt, Au. Tabel 2.2 menunjukkan nilai deret volta.
Tabel 2.2 Nilai deret volta (Silberberg, 2000). Reaksi Reduksi Logam Eo (Volt) Li+
+
e-
Li
-3.04
+
K
+
-
e
K
-2.92
Ba2
+
2e-
Ba
-2.90
Ca2+
+
2e-
Ca
-2.87
Na+
+
e-
Na
-2.71
Mg2+
+
2e-
Mg
-2.37
+
-
Al
-1.66
-
Al
3+ 2+
Mn
3e
+
2e
Mn
-1.18
2H2O +
2e-
H2+2OH-
-0.83
Zn2+
+
2e-
Zn
-0.76
Cr3+
+
3e-
Cr
-0.71
Fe2+
+
2e-
Fe
-0.44
Cd
2+
+
-
2e
Cd
-0.40
Co2+
+
2e-
Co
-0.28
Ni2+
+
2e-
Ni
-0.25
Sn2+
+
2e-
Sn
-0.14
Pb2+
+
2e-
Pb
-0.13
2H+
+
2e-
H2
0.00
2+
Sn
+
-
2e
Sn
+0.13
Bi3+
+
3e-
Bi
+0.30
Cu2+
+
2e-
Cu
+0.34
Ag+
+
e-
Ag
+0.80
Pt2+
+
2e-
Pt
+1.20
Au3+
+
3e-
Au
+1.50
2+
Pada deret Volta, unsur logam dengan potensial elektroda lebih negatif ditempatkan di bagian kiri, sedangkan unsur dengan potensial elektroda
18
yang lebih positif ditempatkan di bagian kanan. Semakin ke kiri kedudukan suatu logam dalam deret tersebut, maka logam semakin reaktif, semakin mudah melepas elektron dan logam merupakan reduktor yang semakin kuat, semakin mudah mengalami oksidasi. Sebaliknya, semakin ke kanan kedudukan suatu logam dalam deret tersebut, maka logam semakin kurang reaktif, semakin sulit melepas elektron dan logam merupakan oksidator yang semakin kuat, semakin mudah mengalami reduksi.
Salah satu metode untuk mencegah korosi antara lain dengan menghubungkan logam (misalnya besi) dengan logam yang letaknya lebih kiri dari logam tersebut dalam deret volta (misalnya magnesium) sehingga logam yang mempunyai potensial elektrode yang lebih negatif yang akan mengalami oksidasi. Metode pencegahan karat seperti ini disebut perlindungan katodik.
3.
Potensial Sel Volta
Potensial sel Volta dapat ditentukan melalui percobaan dengan menggunakan Voltmeter atau potensiometer. Potensial sel Volta dapat juga dihitung berdasarkan data potensial elektroda positif (katoda) dan potensial elektroda negatif (anoda). Eo sel = Eo katoda - Eo anoda
(2.1)
19
Katoda adalah elektroda yang mempunyai harga Eo lebih besar (lebih positif), sedangkan anoda adalah yang mempunyai Eo lebih kecil (lebih negatif) (Dogra, 1990).
d. Sel Gavani
Semua reaksi kimia yang disebabkan oleh energi listrik serta reaksi kimia yang menghasilkan energi listrik dipelajari dalam bidang elektrokimia. Kita dapat menggunakan kelistrikan sejak Luigi Galvani pada tahun 1791 menemukan bahwa pada kodok yang segar dapat bergetar jika dihubungkan dengan dua macam logam bersambungan dan Alessandro Volta berhasil membuat baterai pertama dengan menyusun kepingan perak dan kepingan seng serta kertas yang dibasahi larutan asam (Syukri, 1999).
Sel galvani terdiri atas dua elektroda dan elektrolit. Elektroda dihubungkan oleh penghantar luar yang mengangkut elektron ke dalam sel atau keluar sel. Elektroda dapat berperan dan bisa juga tidak berperan dalam reaksi sel. Setiap elektroda dan elektrolit disekitarnya membentuk setengah sel. Reaksi elektroda adalah setengah reaksi yang berlangsung dalam setengah sel. Kedua setengah sel dihubungkan dengan jembatan garam. Arus diangkut oleh ionion yang bergerak melalui jembatan garam.
Sel galvani atau sel volta dapat menghasilkan energi listrik sebagai hasil reaksi kimia yang berlangsung spontan. Cara kerja dari sel galvani adalah sebagai berikut. 1) Pada anoda terjadi oksidasi dan elektron bergerak menuju elektroda.
20
2) Elektron mengalir melalui sirkuit luar menuju ke elektroda. 3) Elektron berindah dari katoda ke zat dalam elektrolit, zat yang menerima elektron mengalami reduksi (Hiskia, 1992).
e. Larutan Elektrolit dan Non Elektrolit
Air adalah pelarut (solven) yang baik untuk senyawa ion, larutan air mempunyai sifat-sifat yang khas, salah satunya dapat menghantarkan arus listrik. Namun apabila elektroda dicelupkan ke dalam air murni dan terhubung dengan sumber listrik dan bola lampu, maka bola lampu tidak akan menyala karena air adalah konduktor listrik yang sangat buruk. Akan tetapi, apabila suatu senyawa ion yang larut seperti NaCl ditambahkan pada air tersebut maka bola lampu dapat menyala dengan terang. Senyawa NaCl tersebut membuat larutan menjadi konduktor listrik yang disebut elektrolit. Keterangan tentang elektrolit ini pertama kali diberikan oleh Svante Arrhenius, seorang ahli kimia dari Swedia (Brady, 1999).
Menurut Arrhenius (1884) larutan elektrolit dalam air terdisosiasi ke dalam partikel-partikel bermuatan listrik positif dan negatif yang disebut ion (ion positif dan ion negatif). Jumlah muatan ion positif akan sama dengan jumlah muatan ion negatif, sehingga muatan ion-ion dalam larutan netral. Ion-ion inilah yang bertugas mengahantarkan arus listrik.
Larutan yang dapat menghantarkan arus listrik disebut larutan elektrolit. Larutan ini memberikan gejala berupa menyalanya lampu atau timbulnya gelembung gas dalam larutan. Sedangkan elektrolit dapat dikelompokkan
21
menjadi larutan elektrolit kuat dan elektrolit lemah sesuai pengelompokan larutan berdasarkan jenisnya pada tabel 2.3.
Tabel 2.3 Pengelompokan larutan berdasarkan jenisnya (Brady, 1999). Sifat dan Jenis Larutan Pengamatan Lain - Terionisasi Elektrolit Kuat sempurna - Menghantarkan arus listrik - lampu menyala terang - terdapat gelembung gas Elektrolit Lemah - Terionisasi sebagian - Menghantarkan arus listrik - Lampu menyala redup - Terdapat gelembung gas Tidak Non Elektrolit terionisasi - Tidak menghantarkan arus listrik - Lampu tidak menyala redup - Tidak terdapat gelembung gas
f.
Contoh Senyawa
Reaksi Ionisasi
NaCl,
NaCl
Na+ + Cl-
HCl, NaOH,
NaOHl
Na+ + OH-
H2SO4,
H2SO4
2H+ + SO42-
dan KCl
KCl
K+ + Cl-
CH3COOH,
CH3COOH
N4OH,
H+
+
HCN, CH3COO-
dan Al(OH)3
HCN Al(OH)3
H+ + CNAl3+ +
3OHC6H12O6,
C6H12O6
C12H22O11,
C12H22O11
CO(NH2)2, dan CO(NH2)2 C2H5OH
C2H5OH
Elektroda
Elektroda adalah konduktor yang digunakan untuk bersentuhan dengan bagian atau media non logam dari sebuah sirkuit misal semikonduktor, elektrolit atau vakum. Elektroda ditemukan oleh ilmuwan Michael Faraday, berasal dari bahasa Yunani elektron yang berarti sebuah cara. Elektroda dalam sel elektrokimia dapat disebut sebagai anoda atau katoda. Anoda ini
22
didefinisikan sebagai elektroda dimana elektron datang dari sel elektrokimia sehingga terjadi oksidasi dan katoda didefinisikan sebagai elektroda dimana elektron memasuki sel elektrokimia sehingga terjadi reduksi. Setiap elektroda dapat menjadi sebuah anoda atau katoda tergantung dari tegangan listrik yang diberikan terhadap sel elektrokimia tersebut. Elektroda bipolar adalah elektroda yang berfungsi sebagai anoda dari sebuah sel elektrokimia dan katoda bagi sel elektrokimia lainnya (Hiskia, 1992). 1. Jenis-jenis Elektroda a. Anoda Pada sel galvani, anoda adalah tempat terjadinya oksidasi, bermuatan negatif disebabkan oleh reaksi kimia yang spontan dan elektron akan dilepaskan oleh elektroda. Pada sel elektrolisis, sumber eksternal tegangan didapat dari luar, sehingga anoda bermuatan positif apabila dihubungkan dengan katoda. Ion-ion bermuatan negatif akan mengalir pada anoda untuk dioksidasi (Dogra, 1990).
b. Katoda Katoda merupakan elektroda tempat terjadinya reduksi berbagai zat kimia. Katoda bermuatan positif bila dihubungkan dengan anoda yang terjadi pada sel galvani. Ion bermuatan positif mengalir ke elektroda untuk direduksi oleh elektron-elektron yang datang dari anoda. Pada sel elektrolisis, katoda adalah elektroda yang bermuatan negatif. Ion-ion bermuatan positif (kation) mengalir ke elektroda untuk direduksi, dengan demikian pada sel galvani elektron bergerak dari anoda ke katoda (Bird, 1993).
23
2. Potensial Elektroda Standar (Eo) Potensial elektroda standar suatu elektroda adalah daya gerak listrik yang timbul karena pelepasan elektron dari reaksi reduksi. Karena itu, potensial elektroda standar sering juga disebut potensial reduksi standar. Nilai potensial elektroda standar dinyatakan dalam satuan Volt (V). Untuk elektroda hidrogen, Eo nya adalah 0,00 Volt. a) Bila Eo > 0 → cenderung mengalami reduksi (bersifat oksidator) b) Bila Eo < 0 → cenderung mengalami oksidasi (bersifat reduktor) (Hiskia, 1992).
g.
Potensial Elektroda
Arus listrik yang terjadi pada sel volta disebabkan elektron mengalir dari elektroda negatif ke elektroda positif. Hal ini disebabkan karena perbedaan potensial antara kedua elektroda, misalnya kita mengukur perbedaan potensial (∆V) antara dua elektroda dengan menggunakan potensiometer ketika arus listrik yang dihasilkan mengalir sampai habis. Maka akan diperoleh nilai limit atau perbedaan potensial saat arus listriknya nol yang disebut sebagai potensial sel (E°sel). Perbedaan potensial yang diamati bervariasi dengan jenis bahan elektroda dan konsentrasi serta temperatur larutan elektrolit. Sebagai contoh untuk sel Daniell, bila diukur dengan potensiometer beda potensial pada suhu 25°C saat konsentrasi ion Zn2+ dan Cu2+ sama adalah 1,10 Volt. Bila elektroda Cu2+ dalam sel Daniell diganti dengan elektroda Ag/Ag+, potensial sel adalah 1,56 Volt. Jadi dengan berbagai kombinasi
24
elektroda dapat menghasilkan nilai potensial sel yang sangat bervariasi (Anderson dkk, 2010).
h. Tembaga (Cu) dan Seng (Zn)
Tembaga dengan nama kimia cuprum dilambangkan dengan Cu, merupakan unsur logam yang berbentuk kristal dengan warna kemerahan dan mempunyai titik didih 2600oC serta titik leleh 1080oC. Tembaga merupakan konduktor panas dan listrik yang baik. Produksi tembaga sebagian besar dipakai sebagai kawat atau bahan untuk menukar panas dalam memanfaatkan hantaran listrik dan panasnya yang baik. Biasanya dipergunakan dalam bentuk paduan, karena dapat dengan mudah membentuk paduan dengan logam-logam lain diantaranya dengan logam Pb dan logam Sn (Vliet dkk, 1984).
Seng (zinc) adalah unsur kimia dengan lambang kimia Zn, nomor atom 30, dan massa atom relatif 65,39. Mineral yang mengandung seng di alam bebas antara lain kalamin, franklinit, smithsonit, willenit dan zinkit. Logam ini cukup mudah ditempa dan liat pada 110-150oC. Seng (Zn) melebur pada 410oC dan mendidih pada 906oC. Seng merupakan unsur yang melimpah dikerak bumi dan memiliki lima isotop stabil. Bijih seng yang paling banyak ditambang adalah seng sulfida (Slamet, 1994).
Elektroda seperti Tembaga (Cuprum) dan Seng (zinc) adalah kutub-kutub listrik pada rangkaian sel elektrokimia. Pada rangkaian sel elektrokimia, elektroda terbagi menjadi dua bagian, yaitu katoda seperti tembaga (Cu) sedangkan anoda seperti seng (Zn). Larutan ion mengalir melalui sepasang
25
elektroda, elektroda positif akan menarik ion negatif dan elektroda negatif akan menarik ion positif. Bahan elektroda yang ideal adalah yang memiliki konduktivitas yang tinggi, luas permukaan spesifik yaitu luas permukaan per unit berat sebesar mungkin untuk penyerapan (Oren, 2007).
Tembaga (Cu) sebagai katoda merupakan elektroda tempat terjadinya reaksi reduksi, dimana didalamnya terjadi penangkapan elektron. Reaksi : Cu2+
+ 2e- → Cu
= +0,34 Volt
Sedangkan seng (Zn) sebagai Anoda merupakan elektroda tempat terjadinya reaksi oksidasi sehingga akan terjadi pelepasan elektron selama reaksi berlangsung. Reaksi : Zn0
→
Zn2+
+ 2e-
= +0,76 Volt (Landis, 1909).
Ketika dua buah konduktor seperti Cu-Zn, terhubung melalui larutan dengan konsentrasi pembawa muatan positif dan negatif tidak seimbang, maka satu jenis pembawa muatan akan terkumpul pada satu konduktor dan lainnya akan terkumpul pada konduktor lainnya, sehingga di kedua ujung konduktor tersebut terdapat beda potensial. Sistem ini dikenal dengan sel volta (cell voltaic). Mengingat di kedua ujung konduktor terjadi reaksi redoks terus menerus, maka pada terjadi pertukaran pembawa muatan dari elektroda ke larutan elektrolit maupun sebaliknya yaitu dari larutan elektrolit ke elektroda, menyebabkan aliran pembawa muatan (arus listrik). dengan kata lain gaya gerak listrik dari sel merupakan hasil perubahan energi kimia melalui reaksi redoks (Landis, 1909). Energi listrik yang dihasilkan dari sel volta bergantung
26
pada jenis larutan dan elektroda baik jenis material maupun modifikasi dimensi elektroda.
i.
Fuel cell
Fuel cell adalah merupakan teknologi elektrokimia yang secara kontinyu mengkonversi energi kimia menjadi energi listrik selama terdapat bahan bakar dan pengoksidan (Shukla dkk, 2004). Dalam fuel cell, reaksi oksidasi terjadi pada anoda dan reaksi reduksi terjadi pada katoda. Reaksi oksidasi menghasilkan elektron yang dialirkan menuju katoda melalui sirkuit eksternal. Sirkuit menjadi sempurna dengan adaya pergerakan ion positif melalui elektrolit menuju ruang katoda (Bullen dkk, 2006). Secara umum, prinsip kerja fuel cell dapat dilihat pada gambar 2.3.
Gambar 2.3 Prinsip kerja fuel cell (Mench, 2008). Fuel cell konvensional beroperasi dengan menggunakan bahan kimia anorganik sederhana, seperti hidrogen dan metanol (MeOH), dan menghasilkan energi, air, dan karbondioksida (pada kasus metanol). Fuel cell konvensional dianggap bersuhu rendah jika beroperasi pada kisaran suhu 80°C (Bullen dkk, 2006). Saat ini berbagai jenis fuel cell telah
27
diteliti dan dikembangkan. Berbagai tipe fuel cell dapat dilihat pada tabel 2.4. Tabel 2.4 Jenis fuel cell anorganik (Bullen dkk, 2006). Tipe Fuel cell Ion Suhu Operasi (°C) Alkalin (AFC) OH OH50-200 Proton exchange membran (PEMFC) H 50 - 100 Phosphoric acid (PAFC) H 220 2Molten carbonat (MCFC) CO3 650 Solid oxide (SOFC) O2500-1000
j. Arus dan Rapat Arus
Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu. Muatan listrik bisa mengalir melalui kabel atau penghantar listrik lainnya, arus listrik adalah muatan yang bergerak. Dalam konduktor padat sebagai pembawa muatan adalah elektron bebas, dalam konduktor cair atau elektrolit pembawa muatannya adalah ion positif dan ion negatif, dalam bentuk gas muatannya adalah ion positif dan elektron. Elektron bebas dan ion dalam konduktor bergerak karena pengaruh medan listrik. Dalam bahan isolator, elektron bebas terikat kuat pada masing-masing atom sehingga bahan isolator tidak dapat menghantarkan arus. Jika dalam waktu ∆t telah lewat sejumlah ∆𝑞 muatan maka arus listrik I yang mengalir dapat dinyatakan:
𝐼=
∆𝑞 ∆𝑡
(2.2)
dengan ∆𝑞 adalah banyaknya muatan yang mengalir untuk selang waktu ∆𝑡 yang sangat kecil. Untuk arus searah, jumlah muatan yang mengalir melalui penampang kawat atau konduktor adalah konstan sehingga dapat di tuliskan:
𝐼=
𝑞 𝑡
(2.3)
28
dengan: q = banyaknya muatan listrik (C); I = kuat arus (A); t = waktu (s). Dengan demikian, arus listrik dalam satuan SI adalah coulumb per sekon (C/s) yang lebih dikenal dengan Ampere (A), diambil dari nama seorang fisikawan perancis bernama Andre Marie Ampere. Besaran kuat arus I termasuk besaran pokok sedangkan muatan q dan waktu t adalah besaran turunan. Banyaknya energi listrik yang diperlukan untuk mengalirkan setiap muatan listrik dari ujung-ujung penghantar disebut beda potensial listrik atau tegangan listrik. Hubungan antara energi listrik, muatan listrik dan beda potensial listrik secara matematik dirumuskan: 𝑉=
𝑊 𝑄
(2.4)
dengan: V = beda potensial listrik (V); W = energi listrik (J); Q = muatan listrik (C).
Rapat arus didefinisikan sebagai besarnya kuat arus per satuan luas penampang atau permukaan. Rapat arus (I) mempunyai satuan ampere/m2. Arus I merupakan karakteristik dari suatu penghantar, arus adalah sebuah kuantitas makroskopik, seperti massa sebuah benda, volume sebuah benda dan panjang sebuah benda. Sebuah kuantitas makroskopik yang dihubungkan dengan itu adalah rapat arus. Rapat arus tersebut adalah sebuah vektor dan merupakan ciri sebuah titik di dalam penghantar dan bukan merupakan ciri
29
penghantar secara keseluruhan. Jika arus tersebut didistribusikan secara uniform pada sebuah penghantar yang luas penampangnya A, maka besarnya rapat arus untuk semua titik pada penampang tersebut adalah:
𝐼
𝐽=𝐴
(2.5)
dengan: J = rapat arus (A/m²); I = kuat arus (A); A = luas penampang kawat (m²).
Kerapatan arus adalah besarnya arus yang mengalir tiap satuan luas penghantar. Arus listrik mengalir dalam kawat penghantar secara merata menurut luas penampangnya. Sebagai contoh arus listrik 12 A mengalir dalam kawat berpenampang 4 mm2, maka kerapatan arusnya adalah 3 A/mm2. Rapat arus pada penghantar terlihat pada gambar 2.3 dibawah ini.
Gambar 2.4 Rapat arus pada penghantar (Haliday, 1989).
30
k. Konduktivitas
Konduktivitas listrik adalah ukuran dari kemampuan suatu bahan untuk menghantarkan arus listrik. Jika suatu beda potensial listrik ditempatkan pada ujung-ujung sebuah konduktor, muatan-muatan bergeraknya akan berpindah, menghasilkan arus listrik. Konduktivitas listrik didefinsikan sebagai ratio dari rapat arus terhadap kuat medan listrik: 𝐽 = 𝜎𝐸
(2.9)
dengan: J = kerapatan arus listrik (A/m2); 𝜎 = konduktivitas bahan (S/m); E = kuat medan Listrik (N/C).
Konduktivitas adalah kebalikan dari resistivitas, yang dihubungkan oleh persamaan: 𝜎 = 1/𝜌
(2.10) (Halliday, 1989).
Dalam cairan atau gas, umumnya terdapat baik ion positif atau ion negatif yang bermuatan tunggal atau kembar dengan massa yang sama atau berbeda. Konduktivitas akan terpengaruh oleh semua faktor-faktor tersebut. Tetapi kalau kita anggap semua ion adalah sama, demikian pula ion positif, maka konduktivitasnya hanya terdiri dari dua suku, seperti yang ditunjukkan gambar 2.4(a). Pada konduktor logam, hanya elektron valensi saja yang bebas bergerak. Pada gambar 2.4(b) elektron-elektron itu digambarkan bergerak ke
31
kiri. Konduktivitas disini hanya mengandung satu suku, yakni hasil kali rapat muatan elektron-elektron konduksi ρe dengan mobilitas µe.
(a) 𝜎 = ρ- µ- + ρ+ µ+
(b) 𝜎 = ρe . µe
(c) 𝜎 = ρe µe+ ρh µh
Gambar 2.5. Konduktivitas cairan atau gas (a), logam (b) dan semikonduktor (c)
Dalam semikonduktor, seperti germanium dan silikon, konduksi tadi lebih kompleks. Dalam struktur kristal, setiap atom mempunyai ikatan kovalen dengan empat atom yang berdekatan. Seperti yang terlihat pada gambar 2.4 (c), konduktivitas 𝜎 disini terdiri dari dua suku, satu untuk elektron, lainnya untuk lubang. Dalam konduktivitas 𝜎 salah satu dari kerapatan ρe atau ρh akan jauh melampaui yang lainnya (Sinaga, 2010).
1. Konduktivitas Elektrik
Pengukuran konduktivitas elektrik adalah penentuan konduktivitas spesifik dari larutan. Konduktivitas spesifik adalah kebalikan dari tahanan untuk 1 cm3 larutan. Pemakaian cara untuk pengukuran ini antara lain untuk mendeteksi pengotoran air karena elektrolit atau zat kimia, seperti pada limbah industri, air untuk mengisi ketel uap atau boiler, pengolahan air bersih dan lain-lain. Karena ada relevansi antara konsentrasi dan konduktivitas suatu larutan, maka untuk menentukan konsentrasi suatu larutan dapat dilakukan
32
dengan cara mengukur konduktivitas larutan tersebut. Dalam hal itu hubungan antara konsentrasi dan konduktivitas larutan telah ditentukan.
Larutan asam, basa dan garam dikenal sebagai elektrolit yang dapat menghantarkan arus listrik atau disebut konduktor listrik. Konduktivitas listrik ditentukan oleh sifat elektrolit suatu larutan, konsentrasi dan suhu larutan. Pengukuran konduktivitas suatu larutan dapat dilakukan dengan pengukuran konsentrasi larutan tersebut, yang dinyatakan dengan persen dari berat, Part Per Million (PPM) atau satuan lainnya.
Jika harga konduktivitas dari bermacam konsentrasi larutan elektrolit diketahui, maka untuk
menentukan konsentrasi larutan tersebut dapat
dilakukan dengan mengalirkan arus melalui larutan dan mengukur resistivitas atau konduktivitasnya.
Elemen
pertama
pada
konduktivitas sel
pengukuran
konduktivitas
listrik
yang terdiri atas sepasang elektroda
berbentuk yang luas
permukaannya ditetapkan dengan teliti. Konduktivitas yang diukur dengan sel konduktivitas dinyatakan dengan rumus: 𝑙
𝐾 = 𝑐𝐴 dengan: K = konduktivitas (mho/cm); c = konduktansi (mho); A = luas elektroda (cm3); l = jarak antara elektroda (cm).
(2.10)
33
Dapat dilihat nilai konduktivitas berbagai material seperti tabel 2.5 di bawah ini. Tabel 2.5. Konduktivitas berbagai material (Sinaga, 2010) No Material Tipe 𝝈, S/m 1
Kuarsa
Isolator
10-17
2
Belerang
Isolator
10-15
3
Mika
Isolator
10-15
4
Karet
Isolator
10-15
5
Kaca
Isolator
10-12
6
Air destilasi
7
Tanah pasir
Isolator Isolator lemah
8
Tanah rawa
Isolator lemah
9
Air segar
10
Germanium
Isolator lemah Semikonduktor
11
Air laut
Konduktor
5
12
Karbon
Konduktor
3 x 104
13
Perak
Konduktor
3 x 106
14
Tembaga
Konduktor
5,7 x 107
15
Seng
Konduktor
1,7 x 107
16
Timah
Konduktor
9 x 106
17
Graphite
Konduktor
105
18
Chrome
Konduktor
106
19
Silicon
Konduktor
2 x 106
20
Mercury
Konduktor
106
21
Besi tuang
Konduktor
106
22
Alumunium
Konduktor
3,5 x 107
23
Fosfor
Konduktor
1,0 x 107
24
Kuningan
25
Tungsten
Konduktor Konduktor
10-4 10-3 10-2 10-2 2
1,1 x 107 1,8 x 107
34
Dalam satuan Sistem Internasional (SI), satuan mho diganti dengan Siemens. Untuk suatu konduktivitas, mho/cm sama dengan mikro siemens per centimeter (µS/cm). Namun karena pada SI satuan panjang yang digunakan ada lah dalam satuan meter maka satuan konduktivitas adalah mikro siemens per meter, µS/cm = 100 S/m.
Pada peralatan ukur konduktivitas di industri, luas permukaan elektroda dapat lebih ataupun kurang dari 1 cm dan jaraknya dapat lebih jauh ataupun lebih dekat dari 1 cm. Hubungan satuan antara elektroda-elektroda dengan sel konduktivitas standar disebut dengan konstanta sel (K) (Sinaga, 2010).
35
III. METODE PENELITIAN
A. Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Elektronika Dasar Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung pada bulan juni 2016 sampai oktober 2016.
B. Alat dan Bahan
Pada penelitian ini digunakan beberapa alat dan bahan untuk mendukung proses pengambilan data. Pada penelitian ini, alat-alat yang digunakan adalah sebagai berikut. 1. Multimeter digital, digunakan sebagai alat pengukur karakteristik elektrik kulit singkong atau singkong. 2. Gergaji besi, digunakan untuk memotong tembaga dan seng dalam pembuatan elektroda. 3. Tang, untuk membentuk bahan elektroda agar dapat digunakan dengan baik. 4. Gunting, digunakan untuk memotong kabel agar antar media tempat uji karakteristik elektrik kulit singkong atau singkong saling terhubung.
36
5. Gelas ukur, sebagai alat pengukur volume air dan kulit singkong atau singkong yang telah dihaluskan. 6. Blender atau pemarut, digunakan untuk menghaluskan kulit singkong atau singkong. 7. Spidol atau pensil, digunakan untuk mencatat data pengamatan dan keperluan lainnya.
Sedangkan bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah. 1. Kulit singkong dan singkong, digunakan sebagai elektrolit untuk diketahui karakteristik elektriknya. 2. Akrilik, untuk membuat media tempat penampungan pasta kulit singkong yang akan diuji karakteristik elektriknya. 3. Tembaga (Cu) dan seng (Zn) yang digunakan sebagai elektroda. 4. Perekat, untuk membentuk media tempat penampungan kulit singkong yang akan diuji karakteristik elektriknya. 5. Kabel dan jepit buaya untuk menghubungkan antar media tempat uji karakteristik elektrik kulit singkong. 8. Lampu LED 1,2 watt, digunakan untuk menguji keberadaan karakteristik elektrik kulit singkong. 9. Modul Step-Down USB DC 5V dan rangkaian menggunakan IC-7805, digunakan untuk menstabilkan tegangan keluaran DC menjadi 5V agar bias digunakan untuk mengisi baterai handphone. 10. Handphone, digunakan untuk menguji karakteristik elektrik kulit singkong sebagai pengisi baterai handphone.
37
C. Prosedur Penelitian
Penelitian dilakukan untuk mengetahui karakteristik elektrik kulit singkong dengan menggunakan elektroda, elektroda yang digunakan terdiri dari tembaga (Cu) dan seng (Zn). Pembuatan media tempat uji dibuat dari bahan akrilik yang dibentuk menjadi kotak persegi (Sel) agar dapat digunakan untuk menampung pasta kulit singkong, selain kulit singkong penelitian ini juga menggunakan singkongnya dan membandingkan karakteristik elektriknya.
Kulit singkong atau singkong yang telah dibersihkan kemudian dibuat pasta dengan cara dihaluskan menggunakan blender yang ditambah sedikit air agar mudah dalam menghaluskannya, setelah media tempat uji dan pasta kulit singkong atau singkong siap kemudian dilakukan pengambilan data pengamatan karakteristik elektrik kulit singkong atau singkong dengan menggunakan multimeter digital.
Data pengamatan terdiri dari data pengamatan karakteristik elektrik kulit singkong atau singkong saat beban dilepas (Vbl) dan data pengamatan karakteristik elektrik kulit singkong atau singkong saat menggunakan beban (Vb). Beban yang digunakan adalah rangkaian LED dengan beban 1,2 watt. Pengukuran dilakukan disetiap 2 jam selama 24 jam.
Setelah didapatkan data karakteristik elektrik kulit singkong terbaik, selanjutnya media uji dihubungkan dengan modul DC 5V untuk menstabilkan tegangan pada 5 volt, karena masukan pada baterai handphone adalah 5 volt lalu dilihat berapa lama pengisiannya baterai handphone tersebut.
38
D. Desain Media Uji Karakteristik Elektrik
Gambar 3.1. Desain lempeng tembaga (Cu) dan lempeng seng (Zn)
Gambar 3.2. Desain wadah kotak (Sel) penampungan pasta kulit singkong
Elektroda yang digunakan berupa tembaga (Cu) dan seng (Zn) dengan ukuran lebar sebesar 5 cm dan tinggi sebesar 8 cm, sedangkan media tempat uji karakteristik elektrik kulit singkong (Sel) yang digunakan berbentuk kotak balok dengan ukuran panjang sebesar 10 cm, lebar sebesar 6 cm dan tinggi sebesar 7 cm yang berfungsi untuk menampung pasta kulit singkong.
39
E. Pengujian Karakteristik Elektrik Kulit Singkong
Jenis singkong yang digunakan yaitu Singkong Putih, Singkong IR (Singkong Genjah Urang), dan Singkong Bassiro (Singkong Racun). Pengujian karakteristik elektrik kulit singkong dapat dilihat pada gambar 3.3 dan gambar pengisian baterai handphone terlihat pada gambar 3.4.
a
b
c Gambar 3.3. Media tempat uji karakteristik elektrik kulit singkong atau singkong, pada pengukuran tegangan saat beban dilepas (a), pengukuran tegangan menggunakan beban (b) dan pengukuran arus pasta kulit singkong atau singkong (c).
Gambar 3.4. Media tempat uji karakteristik elektrik kulit singkong digunakan untuk mengisi baterai handphone.
40
F. Diagram Alir Penelitian
Adapun diagram alir dari penelitian karakteristik elektrik kulit singkong sebagai sumber energi listrik terbarukan dapat dilihat pada gambar 3.5. Akrilik - Dipotong sesuai dengan desain - Direkatkan hingga membentuk kotak (Sel) Media Uji (Sel) - Diberi sepasang elektroda tembaga (Cu) dan Seng (Zn) - Dihubungkan dengan kabel penghubung - Dirangkai seri hingga 20 sel Singkong - Dipisahkan antar kulit dan singkongnya - Dibersihkan dengan air - Dihaluskan hingga menjadi pasta kulit singkong dan pasta singkong Pasta - Dimasukan kedalam media uji (Sel) yang telah dibuat sebelumnya Pengambilan Data - Diukur (tegangan saat beban dilepas, tegangan saat menggunakan beban, dan arus) menggunakan multimeter digital - Dianalisis untuk menentukan kulit singkong terbaik yang akan digunakan untuk uji pengisian batrai handphone. Handphone - Dianalisis berapa lama waktu pengisian baterai Pembuatan Laporan Gambar 3.5. Diagram alir penelitian
41
G. Data Hasil Pengamatan
Pada penelitian ini karakteristik elektrik kulit singkong yang akan diperoleh berupa tegangan dan arus yang dapat diketahui dengan menggunakan multimeter digital. Data pengamatan pada penelitian ini terdiri dari data pengamatan karakteristik elektrik kulit singkong atau singkong tegangan saat beban dilepas (Vbl) dan data pengamatan karakteristik elektrik kulit singkong atau singkong tegangan saat menggunakan beban (Vb) dan arus (I) serta data perhitungan berupa daya (P) dan hambatan dalam (Rin), Serta data berapa lama pengisian baterai handphone dengan menggunakan kulit singkong terbaik. Tabel 3.1 merupakan rancangan tabel data pengamatan karakteristik elektrik kulit singkong atau singkong saat beban dilepas dan saat menggunakan beban, serta Tabel 3.2 yaitu rancangan tabel data perhitung.
Tabel 3.1. Data penukuran karakteristik elektrik kulit singkong atau singkong saat beban dilepas dan saat menggunakan beban Waktu Vbl Vb I No Pukul (Jam) (Volt) (Volt) (mA) 1 0 2 2 3 4 … … … … 13 24
Tabel 3.2. Data perhitungan karakteristik elektrik kulit singkong atau singkong Waktu P Rin No Pukul (Jam) (mW) (Ohm) 1 0 2 2 3 4 … … … … 13 24
42
H. Rencana Grafik Pengamatan Adapun rencana grafik dari penelitian karakteristik elektrik kulit singkong dan singkong sebagai sumber energi listrik terbarukan dapat dilihat pada gambar dibawah ini: 20 18
Vbl, Vb, I, P, Rin
16 14 12 10 8 6 4 2 0 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
Waktu (Jam) Gambar 3.6. Rencana grafik pengukuran dan perhitungan karakteristik kulit singkong atau singkong terhadap waktu.
43
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Penelitian
Telah dilakukan pengukuran karakteristik elektrik kulit singkong dengan menggunakan elektroda tembaga (Cu) dan seng (Zn) serta pengujian karakteristik elektrik kulit singkong untuk mengisi baterai handphone. Selain mengukur karakteristik elektrik kulit singkong penelitian ini juga mengukur karakteristik elektrik singkongnya. Potensial reduksi deret volta menunjukkan bahwa semakin ke atas, maka semakin mudah mengalami oksidasi artinya semakin mudah melepas elektron dan akan bertindak sebagai anoda (Zn). Semakin ke bawah maka semakin mudah mengalami reduksi artinya semakin sulit melepas elektron dan akan bertindak sebagai katoda (Cu). Berdasarkan nilai potensial reduksi deret volta (Silberberg, 2000) menunjukkan bahwa tembaga memiliki beda potensial sebesar +0,34 V sedangkan seng memiliki beda potensial sebesar -0,76 V, sehingga beda potensial yang dihasilkan dari rangkaian kedua elektroda ini adalah sebesar 1,10 V. Pasangan elektroda Cu-Zn tersebut diletakan kedalam sel (kotak) yang telah dibuat sebelumnya, sel yang digunakan pada penelitian ini mempunyai 20 pasang elektroda Cu-Zn. Sel yang berisi sepasang
44
elektroda tempat uji karakteristik elektrik kulit singkong seperti yang ditunjukan pada gambar Gambar 4.1.
Gambar 4.1. Sel tempat uji karakteristik elektrik kulit singkong yang terdiri dari elektroda positif (a), elektroda negatif (b), penjepit dan kabel penghubung (c). Gambar 4.1 merupakan sel tempat uji karakteristik kulit singkong yang terdiri dari 20 sel dan pada setiap sel terdapat sepasang elektroda. Ukuran dari masing-masing sel tersebut ialah tinggi 7 cm, lebar 6 cm dan panjang 10 cm. Ukuran elektroda yang digunakan dalam penelitian ini ialah lebar 5 cm dan tinggi 8 cm. Secara keseluruhan rangkaian tempat uji karakteristik elektrik kulit singkong dapat dilihat pada Gambar 4.2.
Gambar 4.2. Rangkaian keseluruhan tempat uji karakteristik elektrik kulit singkong yang terdiri dari jam (a), LED (b), multimeter digital (d), pasta kulit singkong atau singkong (d), elektroda negatif (e), elektroda positif (f), penjepit dan kabel penghubung (g).
45
Gambar 4.2 merupakan rangkaian keseluruhan tempat uji karakteristik elektrik limbah kulit singkong atau singkong, lalu pasangan elektroda diletakkan pada setiap sel dengan jarak 10 cm. Setelah pasangan elektroda diletakkan pada setiap sel, kemudian pasta kulit singkong atau singkong yang akan di uji karakteristik elektriknya dimasukan kedalam sel, volume pasta kulit singkong atau singkong yang digunakan adalah + 200 ml setiap sel dan singkong yang digunakan menggunakan 3 jenis singkong yaitu Singkong Putih (Singkong Roti), Singkong Genjah Urang (IR), dan Singkong Racun Bassiro. Pengukuran karakteristik elektrik pasta kulit singkong dan singkong dibagi menjadi dua tahap, tahap pertama ialah pengukuran karakteristik elektrik limbah kulit singkong atau singkong dan tahap kedua ialah pengukuran karakteristik elektrik kulit singkong terbaik yang diuji langsung untuk mengisi baterai handphone. Secara keseluruhan rangkaian tempat uji karakteristik elektrik kulit singkong untuk mengisi baterai handphone dapat dilihat pada Gambar 4.3.
Gambar 4.3. Rangkaian keseluruhan tempat uji karakteristik elektrik kulit singkong untuk mengisi baterai handphone yang terdiri dari penjepit dan kabel penghubung (a), elektroda positif (b), elektroda negatif (c), jam (d), pasta kulit singkong atau singkong (e), multimeter (f), dan handphone (g).
46
Gambar 4.3. Merupakan rangkaian keseluruhan tempat uji karakteristik elektrik limbah kulit singkong untuk mengisi baterai handphone. Sebelum diuji untuk mengisi baterai handphone kulit singkong yang digunakan adalah kulit singkong terbaik dari 3 jenis singkong yang sebelumnya dilakukan pengukuran oleh pasangan elektroda digunakan untuk menyalakan LED dengan beban sebesar 1,2 watt, pengujian dilakukan dengan mengukur karakteristik elektrik dari kulit singkong atau singkong, data yang diukur yaitu tegangan saat beban dilepas (Vbl), tegangan saat diberi beban (Vb), dan pengukuran arus (I), selanjutnya dilakukan perhitungan untuk mendapatkan besarnya daya (P) dan besarnya hambatan dalam (Rin). Sistem rangkaian keseluruhan uji karakteristik elektrik kulit singkong seperti pada gambar 4.4.
Gambar 4.4. Sistem rangkaian keseluruhan uji karakteristik elektrik kulit singkong Untuk menentukan daya yang didapatkan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:
𝑃 = 𝑉𝑏 . 𝐼
(4.1)
Kemudian untuk menentukan hambatan dalam dengan asumsi pada multimeter tidak terjadi efek pembebanan menggunakan persamaan sebagai berikut:
47
𝑅𝑙𝑒𝑑 𝑅𝑖𝑛 + 𝑅𝑙𝑒𝑑
𝑉𝑏 = 𝑉𝑏𝑙
𝑅𝑖𝑛 =
𝑅𝑖𝑛 =
𝑅𝑖𝑛 =
𝑉𝑏𝑙 − 𝑉𝑏 𝑅𝑙𝑒𝑑 𝑉𝑏 𝑉𝑏𝑙 − 𝑉 𝑏 𝑉𝑏 𝑅 𝑙𝑒𝑑
𝑉 𝑏𝑙 − 𝑉 𝑏 𝐼
(4.2)
Selain itu pengujian karakteristik elektrik kulit singkong atau singkong dilakukan selama 1 hari atau 24 jam dengan rentang pengukuran setiap 2 jam sekali. Pengukuran yang dilakukan pada setiap pengujian dilakukan sebanyak 7 kali perulangan, kemudian diambil nilai rata-rata setiap pengukuran seperti data yang ditunjukkan pada lampiran.
B. Pembahasan
Ada dua jenis ubi kayu yang secara umum sering dikenal yaitu ubi kayu manis dan pahit. Rasa pahit disebabkan oleh racun asam sianida (HCN). Kandungan asam sianida (HCN) pada ubi kayu pahit dapat mencapai 100 mg/kg, sedangkan pada ubi kayu manis sekitar 40 mg/kg. Kadar HCN pada ubi kayu dipengaruhi oleh keadaan tanah, penyiapan stek, cara bercocok tanam, iklim dan umur panen (Darjanto dkk, 1980). HCN dalam kandungan singkong ini merupakan elektrolit yang membentuk ion-ion yang bermuatan listrik yaitu ion H+ dan CN-. Pada penelitian ini digunakan elektroda yang
48
terdiri dari anoda dan katoda, anoda merupakan kutub negatif dan katoda merupakan kutub positif. Anoda berupa lempeng seng (Zn) sedangkan katoda berupa lempeng tembaga (Cu).
1. Karakteristik Elektrik Singkong Putih (Singkong Roti)
Karakteristik elektrik Singkong Putih dengan menggunakan pasangan elektroda tembaga dan seng (Cu-Zn) dilakukan dalam dua tahap, tahap pertama yaitu pengambilan data kulit singkong putih dan tahap kedua pengambilan data singkong putih. Hasil pengujian ini dilakukan dengan memberikan beban lampu LED 1,2 watt model Z-39 dan pengujian saat beban dilepas. Pengisian elektrolit diberikan sebanyak ± 4 liter pasta kulit singkong atau singkong untuk 20 sel elektrolit sehingga setiap sel terisi ± 200 ml. Langkah yang dilakukan selanjutnya yaitu melakukan pengujian karakteristik elektrik kulit singkong atau singkong selama 24 jam dengan pengukuran setiap 2 jam.
a.
Data Pengamatan Karakteristik Elektrik Kulit Singkong Putih
Karakteristik elektrik kulit Singkong Putih dapat diketahui dengan melakukan pengukuran menggunakan multimeter digital, Data hasil pengukuran karakteristik kulit singkong ditunjukkan pada Tabel 4.1.
49
Tabel 4.1. Data penukuran karakteristik elektrik kulit Singkong Putih saat beban dilepas dan saat menggunakan beban LED 1,2 watt Waktu Vbl Vb I No Pukul (Jam) (Volt) (Volt) (mA) 1 11.00 0 12.38 2.61 1.18 2 13.00 2 9.32 2.53 0.51 3 15.00 4 9.07 2.52 0.43 4 17.00 6 8.98 2.52 0.41 5 19.00 8 9.01 2.52 0.41 6 21.00 10 9.71 2.52 0.42 7 23.00 12 9.72 2.53 0.45 8 01.00 14 9.77 2.53 0.46 9 03.00 16 10.03 2.53 0.50 10 05.00 18 10.25 2.53 0.53 11 07.00 20 10.49 2.54 0.59 12 09.00 22 10.65 2.54 0.67 13 11.00 24 11.05 2.54 0.70
Setelah didapatkan data pengukuran karakteristik elektrik dari kulit Singkong Putih tersebut, kemudian dilakukan perhitungan untuk mencari daya (P) dengan menggunakan persamaan 4.1 dan hambatan dalam (Rin) dengan menggunakan persamaan 4.2. Data hasil perhitungan karakteristik kulit singkong ditunjukkan pada Tabel 4.2.
Tabel 4.2. Data perhitungan karakteristik elektrik kulit Singkong Putih Waktu P Rin No Pukul (Jam) (mW) (kΩ) 1 11.00 0 3.09 8.26 2 13.00 2 1.28 13.45 3 15.00 4 1.08 15.25 4 17.00 6 1.03 15.81 5 19.00 8 1.04 15.73 6 21.00 10 1.06 17.07 7 23.00 12 1.15 15.88 8 01.00 14 1.16 15.77 9 03.00 16 1.27 15.01 10 05.00 18 1.35 14.46 11 07.00 20 1.50 13.44 12 09.00 22 1.71 12.08 13 11.00 24 1.78 12.16
50
Grafik hubungan karakteristik elektrik kulit Singkong Putih terhadap waktu ditunjukkan pada gambar 4.5.
Gambar 4.5.
Grafik hubungan karakteristrik elektrik kulit Singkong Putih terhadap waktu
Gambar 4.5. menunjukan hubungan antara karakteristik elektrik kulit Singkong Putih yaitu tegangan saat beban dilepas (Vbl), tegangan menggunakan beban (Vb), arus (I), daya (P), dan hambatan dalam (Rin) terhadap waktu. Pengukuran pertama didapatkan besar Vbl sebesar 12,38 V, Vb sebesar 2,61 V, arus sebesar 1,18 mA, daya sebesar 3,09 mW, dan Rin didapatkan sebesar 8,26 kΩ. Dijam selanjutnya dari jam ke-0 sampai jam ke10, tegangan, arus, dan daya mengalami penurunan sedangkan Rin mengalami peningkatan. Hal ini menunjukan bahwa semakin besar hambatan dalam maka akan membuat tegangan, arus dan daya semakin kecil, yang berarti Rin berbanding terbalik terhadap V, I, dan P. Penurunan Vbl, Vb, I, dan P terbesar dan peningkatan Rin terbesar terjadi dari jam ke-0 sampai jam ke-2.
51
b. Data Pengamatan Karakteristik Elektrik Singkong Putih
Setelah mengetahui karakteristik elektrik kulit Singkong Putih, selanjutnya pengukuran karakteristik elektrik singkongnya. Pengukuran pada bagian singkong putih sama seperti pengambilan data pada kulitnya, yaitu mengukur tegangan saat beban dilepas (Vbl), tegangan saat menggunakan beban (Vb) dan arus (I) yang dihasilkan singkong tersebut. Data hasil pengukuran karakteristik Singkong Putih ditunjukkan pada Tabel 4.3.
Tabel 4.3. Data penukuran karakteristik elektrik Singkong Putih saat beban dilepas dan saat menggunakan beban LED 1,2 watt Waktu Vbl Vb I No Pukul (Jam) (Volt) (Volt) (mA) 1 12.30 0 17.36 2.59 1.60 2 14.30 2 12.52 2.56 0.75 3 16.30 4 12.72 2.56 0.77 4 18.30 6 13.35 2.56 1.01 5 20.30 8 13.50 2.56 1.02 6 22.30 10 13.63 2.57 1.06 7 00.30 12 13.72 2.57 1.08 8 02.30 14 13.78 2.57 1.11 9 04.30 16 13.81 2.57 1.04 10 06.30 18 13.82 2.57 1.06 11 08.30 20 13.86 2.57 1.09 12 10.30 22 13.82 2.57 1.08 13 12.30 24 13.86 2.57 1.01
Data yang telah didapatkan sesuai dengan Tabel 4.3 kemudian dilakukan perhitungan untuk mencari daya (P) dengan menggunakan persamaan 4.1 dan hambatan dalam (Rin) dengan menggunakan persamaan 4.2. Data hasil perhitungan karakteristik singkong ditunjukkan pada Tabel 4.4.
52
Tabel 4.4. Data perhitungan karakteristik elektrik kulit Singkong Putih Waktu P Rin No Pukul (Jam) (mW) (kΩ) 1 12.30 0 4.15 9.24 2 14.30 2 1.93 13.20 3 16.30 4 1.96 13.28 4 18.30 6 2.58 10.70 5 20.30 8 2.61 10.73 6 22.30 10 2.73 10.42 7 00.30 12 2.78 10.32 8 02.30 14 2.86 10.09 9 04.30 16 2.68 10.79 10 06.30 18 2.73 10.61 11 08.30 20 2.79 10.39 12 10.30 22 2.77 10.45 13 12.30 24 2.59 11.22
Grafik hubungan karakteristik elektrik Singkong Putih terhadap waktu ditunjukkan pada gambar 4.6.
Gambar 4.6. Grafik hubungan karakteristrik elektrik Singkong Putih terhadap waktu
Gambar 4.6. menunjukan hubungan antara karakteristik elektrik Singkong Putih terhadap waktu. Dari grafik diatas menunjukan bahwa semakin Rin
53
membesar maka karakteristik elektrik singkong seperti Vbl, Vb, I, dan P mengalami penurunan. Pada pertama pengukuran didapatkan Vbl sebesar 17,36 V, ketika diberi beban LED 1,2 watt didapatkan Vb sebesar 2,59 V, arus sebesar 1,60 mA, kemudian didapatkan daya sebesar 4,15 mW dan Rin sebesar 9,24 kΩ. Hampir sama seperti kulitnya, pada Singkong Putih ini juga mengalami penurunan Vbl, Vb, I, dan P dan berbanding terbalik dengan Rin yang mengalami peningkatan. Dari jam ke-6 sampai jam ke-24 penurunan karakteristik elektrik singkong cukup stabil.
2.
Karakteristik Elektrik Singkong Genjah Urang (IR)
Karakteristik elektrik yang selanjutnya yaitu menggunakan Singkong IR atau sering disebut masyarakat dengan sebutan Singkong Genjah Urang. Pengujian menggunakan pasangan elektroda Cu-Zn dilakukan dengan dua tahap yaitu tahap pengambilan data kulit Singkong IR dan yang kedua tahap pengambilan data singkongnya. Sama seperti pengujian sebelumnya pengukuranan beban yang digunakan yaitu LED 1,2 watt model Z-39. Pengukuran dilakukan setiap 2 jam sekali selama 24 jam dengan volume + 200 ml per sel dan jumlah sel sebanyak 20 sel yang dirangkai seri.
a.
Data Pengamatan Karakteristik Elektrik Kulit Singkong IR
Pengukuran dan pengamat karakteristik elektrik kulit Singkong IR didapatkan berupa tegangan saat beban dilepas, tegangan menggunkan beban dan arus. Data hasil pengukuran karakteristik kulit singkong ditunjukkan Tabel 4.5
54
Tabel 4.5. Data penukuran karakteristik elektrik kulit Singkong IR saat beban dilepas dan saat menggunakan beban LED 1,2 watt Waktu Vbl Vb I No Pukul (Jam) (Volt) (Volt) (mA) 1 12.30 0 14.36 2.61 2.87 2 14.30 2 9.24 2.55 0.87 3 16.30 4 9.17 2.55 0.82 4 18.30 6 9.15 2.55 0.81 5 20.30 8 9.03 2.55 0.75 6 22.30 10 8.93 2.54 0.69 7 00.30 12 8.91 2.56 0.74 8 02.30 14 8.90 2.56 0.75 9 04.30 16 8.90 2.56 0.76 10 06.30 18 8.87 2.55 0.75 11 08.30 20 8.83 2.55 0.74 12 10.30 22 8.72 2.55 0.69 13 12.30 24 8.79 2.55 0.74 Data yang telah didapatkan sesuai dengan Tabel 4.5 kemudian dilakukan perhitungan untuk mencari daya (P) dengan menggunakan persamaan 4.1 dan hambatan dalam (Rin) dengan menggunakan persamaan 4.2. Data hasil perhitungan karakteristik singkong ditunjukkan pada Tabel 4.6.
Tabel 4.6. Data perhitungan karakteristik elektrik kulit Singkong IR Waktu P Rin No Pukul (Jam) (mW) (kΩ) 1 12.30 0 7.50 4.09 2 14.30 2 2.22 7.69 3 16.30 4 2.08 8.11 4 18.30 6 2.06 8.18 5 20.30 8 1.92 8.59 6 22.30 10 1.77 9.21 7 00.30 12 1.90 8.56 8 02.30 14 1.93 8.43 9 04.30 16 1.94 8.37 10 06.30 18 1.91 8.46 11 08.30 20 1.88 8.53 12 10.30 22 1.77 8.90 13 12.30 24 1.88 8.48
Grafik hubungan karakteristik elektrik Singkong IR terhadap waktu ditunjukkan pada gambar 4.7.
55
Gambar 4.7.
Grafik hubungan karakteristrik elektrik kulit Singkong IR terhadap waktu
Gambar 4.7. menunjukan hubungan antara karakteristik elektrik Singkong IR terhadap waktu. Dari grafik diatas menunjukan bahwa semakin Rin membesar maka karakteristik elektrik singkong seperti Vbl, Vb, I, dan P mengalami penurunan. Pada pertama pengukuran didapatkan Vbl sebesar 14,36 V, ketika diberi beban LED 1,2 watt didapatkan Vb sebesar 2,61 V, arus sebesar 2,87 mA, kemudian didapatkan daya sebesar 7,50 mW dan Rin sebesar 4,09 kΩ. Pada Singkong IR ini juga mengalami penurunan Vbl, Vb, I, dan P dan berbanding terbalik dengan Rin yang mengalami peningkatan. Penurunan Vbl, Vb, I, dan P terbesar terjadi dari pengukuran pertama sampai kepengukuran jam ke-2. Hal ini dikarenakan selama pengujian elektrolit yang digunakan sudah mengalami penurunan ionisasi artinya ion-ion pada elektrolit sudah tidak mampu
secara maksimal menghantarkan arus listrik dari kedua
elektroda, sedangkan pada jam ke-3 penurunan Vbl, Vb, I, dan P lebih stabil.
56
b. Data Pengamatan Karakteristik Elektrik Singkong IR
Selanjutnya pengukuran dan pengamat karakteristik elektrik Singkong IR didapatkan berupa tegangan saat beban dilepas, tegangan menggunkan beban dan arus. Data hasil pengukuran karakteristik kulit singkong ditunjukkan pada Tabel 4.7
Tabel 4.7. Data penukuran karakteristik elektrik Singkong IR saat beban dilepas dan saat menggunakan beban LED 1,2 watt Waktu Vbl Vb I No Pukul (Jam) (Volt) (Volt) (mA) 1 13.00 0 18.97 2.57 1.36 2 15.00 2 13.68 2.56 0.90 3 17.00 4 13.32 2.56 0.99 4 19.00 6 13.51 2.56 1.03 5 21.00 8 13.75 2.57 1.22 6 23.00 10 13.82 2.57 1.26 7 01.00 12 13.91 2.57 1.27 8 03.00 14 14.02 2.57 1.29 9 04.30 16 14.01 2.57 1.28 10 07.00 18 14.06 2.57 1.29 11 09.00 20 14.05 2.57 1.29 12 11.00 22 14.10 2.57 1.27 13 13.00 24 14.00 2.57 1.23
Dari data yang telah didapatkan sesuai dengan Tabel 4.7 selanjutnya mencari nilai dari daya dan hambatan dalam dengan perhitungan, untuk mencari daya (P) dengan menggunakan persamaan 4.1 dan hambatan dalam (Rin) dengan menggunakan persamaan 4.2. Data hasil perhitungan karakteristik singkong IR ditunjukkan pada Tabel 4.8.
57
Tabel 4.8. Data perhitungan karakteristik elektrik Singkong IR Waktu P No Pukul (Jam) (mW) 1 13.00 0 3.48 2 15.00 2 2.29 3 17.00 4 2.54 4 19.00 6 2.65 5 21.00 8 3.14 6 23.00 10 3.24 7 01.00 12 3.25 8 03.00 14 3.31 9 04.30 16 3.30 10 07.00 18 3.30 11 09.00 20 3.33 12 11.00 22 3.27 13 13.00 24 3.16
Rin (kΩ) 12.11 12.42 10.84 10.59 9.16 8.92 8.96 8.89 8.92 8.94 8.87 9.06 9.32
dari kedua tabel diatas yatiu Tabel 4.7 dan Tabel 4.8 didapatkan grafik hubungan karakteristik elektrik Singkong IR terhadap waktu ditunjukkan pada gambar 4.8.
Gambar 4.8. Grafik hubungan karakteristrik elektrik Singkong IR terhadap waktu
Gambar 4.8. menunjukan hubungan antara karakteristik elektrik Singkong IR terhadap waktu. Dari grafik diatas menunjukan bahwa pada saat pertama
58
pengukuran didapatkan Vbl sebesar 18,97 V, ketika diberi beban LED 1,2 watt didapatkan Vb sebesar 2,57 V, arus sebesar 1,36 mA, kemudian didapatkan daya sebesar 3,48 mW dan Rin sebesar 12,11 kΩ. Pada pengukuran jam ke-2 Singkong IR mengalami penurunan Vbl, Vb, I, dan P dan berbanding terbalik dengan Rin yang mengalami peningkatan. Selanjutnya pada pengukuran dari jam ke-2 sampai jam ke-24 penurunan Vbl, Vb, I, dan P cukup stabil.
3.
Karakteristik Elektrik Singkong Bassiro
Karakteristik elektrik yang selanjutnya yaitu menggunakan Singkong Bassiro. Singkong ini merupakan jenis singkong racun atau singkong pahit. Pengujian karakteristik elektrik menggunakan pasangan elektroda Cu-Zn dilakukan dengan dua tahap yaitu tahap pengambilan data kulit Singkong Bassiro dan yang kedua tahap pengambilan data singkongnya. Sama seperti pengujian sebelumnya pengukuranan beban yang digunakan yaitu LED 1,2 watt model Z-39. Pengukuran dilakukan setiap 2 jam sekali selama 24 jam dengan volume + 200 ml per sel dan jumlah sel sebanyak 20 sel yang dirangkai seri.
a.
Data Pengamatan Karakteristik Elektrik Kulit Singkong Bassiro
Pengukuran dan pengamat karakteristik elektrik kulit Singkong Bassiro didapatkan berupa tegangan saat beban dilepas, tegangan menggunkan beban dan arus. Data hasil pengukuran karakteristik kulit singkong ditunjukkan pada Tabel 4.9
59
Tabel 4.9. Data penukuran karakteristik elektrik kulit Singkong Bassiro saat beban dilepas dan saat menggunakan beban LED 1,2 watt Waktu Vbl Vb I No Pukul (Jam) (Volt) (Volt) (mA) 1 11.30 0 13.81 2.60 2.04 2 13.30 2 9.81 2.53 0.70 3 15.30 4 9.56 2.54 0.70 4 17.30 6 9.43 2.54 0.69 5 19.30 8 9.43 2.55 0.69 6 21.30 10 9.32 2.55 0.68 7 23.30 12 9.34 2.55 0.67 8 01.30 14 9.39 2.55 0.66 9 03.30 16 9.37 2.55 0.67 10 05.30 18 9.39 2.55 0.68 11 07.30 20 9.74 2.55 0.78 12 09.30 22 9.66 2.55 0.71 13 11.30 24 9.63 2.55 0.70
Data yang telah didapatkan sesuai dengan Tabel 4.9 kemudian dilakukan perhitungan untuk mencari daya (P) dengan menggunakan persamaan 4.1 dan hambatan dalam (Rin) dengan menggunakan persamaan 4.2. Data hasil perhitungan karakteristik singkong ditunjukkan pada Tabel 4.10.
Tabel 4.10. Data perhitungan karakteristik elektrik kulit Singkong Bassiro Waktu P Rin No Pukul (Jam) (mW) (kΩ) 1 11.30 0 5.29 5.51 2 13.30 2 1.76 10.45 3 15.30 4 1.77 10.08 4 17.30 6 1.75 10.03 5 19.30 8 1.76 9.95 6 21.30 10 1.74 9.93 7 23.30 12 1.70 10.21 8 01.30 14 1.68 10.39 9 03.30 16 1.70 10.21 10 05.30 18 1.74 10.04 11 07.30 20 1.98 9.26 12 09.30 22 1.82 9.97 13 11.30 24 1.80 10.07
60
Grafik hubungan karakteristik elektrik Singkong Bassiro terhadap waktu ditunjukkan pada gambar 4.9.
Gambar 4.9. Grafik hubungan karakteristrik elektrik kulit Singkong Bassiro terhadap waktu
Gambar 4.9. menunjukan hubungan antara karakteristik elektrik Singkong Bassiro terhadap waktu. Pada pertama pengukuran yaitu jam ke-0 didapatkan Vbl sebesar 13,81 V, ketika diberi beban LED 1,2 watt didapatkan Vb sebesar 2,60 V, arus sebesar 2,04 mA, kemudian didapatkan daya sebesar 5,29 mW dan Rin sebesar 5,51 kΩ. Dari jam ke-0 sampai jam ke-2 terjadi penurunan karakteristik elektrik Vbl, Vb, I, dan P dari kulit singkong dan peningkatan Rin yang cukup besar, pada jam yang selanjutnya dari jam ke-2 sampai jam ke-24 lebih setabil. Dari grafik diatas menunjukan bahwa semakin Rin membesar maka karakteristik elektrik kulit singkong seperti Vbl, Vb, I, dan P mengalami penurunan atau berbanding terbalik dengan Rin yang mengalami peningkatan. Penurunan Vbl, Vb, I, dan P terbesar terjadi dari pengukuran pertama sampai
61
kepengukuran jam ke-2. Hal ini dikarenakan selama pengujian elektrolit yang digunakan sudah mengalami penurunan ionisasi, sedangkan pada jam ke-3 penurunan Vbl, Vb, I, dan P lebih stabil.
b. Data Pengamatan Karakteristik Elektrik Singkong Bassiro
Setelah didapatkan karakteristik elektrik pada kulit Singkong Basiro, selanjutnya
pengukuran
dan
pengamat
karakteristik
elektrik
pada
Singkongnya. Pengukuran karakteristik elektrik yang didapatkan berupa tegangan saat beban dilepas, tegangan menggunkan beban dan arus. Data hasil pengukuran karakteristik kulit singkong ditunjukkan pada Tabel 4.11
Tabel 4.11. No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Data penukuran karakteristik elektrik Singkong Bassiro saat beban dilepas dan saat menggunakan beban LED 1,2 watt Waktu Vbl Vb I Pukul (Jam) (Volt) (Volt) (mA) 13.30 0 19.50 2.65 3.86 15.30 2 14.96 2.57 1.18 17.30 4 13.01 2.59 1.14 19.30 6 13.06 2.60 1.22 21.30 8 13.09 2.57 1.29 23.30 10 13.14 2.58 1.33 01.30 12 13.12 2.59 1.33 03.30 14 13.15 2.58 1.39 05.30 16 13.02 2.58 1.41 07.30 18 13.01 2.58 1.45 09.30 20 12.82 2.59 1.49 11.30 22 12.25 2.58 1.41 13.30 24 12.13 2.58 1.33
Data yang telah didapatkan sesuai dengan Tabel 4.11 kemudian dilakukan perhitungan untuk mencari daya (P) dengan menggunakan persamaan 4.1 dan hambatan dalam (Rin) dengan menggunakan persamaan 4.2. Data hasil perhitungan karakteristik singkong ditunjukkan pada Tabel 4.12.
62
Tabel 4.12. Data perhitungan karakteristik elektrik Singkong Bassiro Waktu P Rin No Pukul (Jam) (mW) (kΩ) 1 13.30 0 10.23 4.37 2 15.30 2 3.03 10.5 3 17.30 4 2.95 9.17 4 19.30 6 3.18 8.57 5 21.30 8 3.32 8.16 6 23.30 10 3.42 7.97 7 01.30 12 3.45 7.91 8 03.30 14 3.6 7.58 9 05.30 16 3.65 7.39 10 07.30 18 3.74 7.20 11 09.30 20 3.87 6.85 12 11.30 22 3.63 6.88 13 13.30 24 3.44 7.16
Grafik hubungan karakteristik elektrik Singkong Bassiro terhadap waktu ditunjukkan pada gambar 4.10.
Gambar 4.10.
Grafik hubungan karakteristrik elektrik Singkong Bassiro terhadap waktu
Gambar 4.10. menunjukan hubungan antara karakteristik elektrik Singkong Bassiro terhadap waktu. Dari grafik diatas menunjukan bahwa semakin Rin
63
membesar maka karakteristik elektrik singkong seperti Vbl, Vb, I, dan P mengalami penurunan. Pada pertama pengukuran didapatkan Vbl sebesar 19,50 V, ketika diberi beban LED 1,2 watt didapatkan Vb sebesar 2,61 V, arus sebesar 3,86 mA, kemudian didapatkan daya sebesar 10,23 mW dan Rin sebesar 4,36 kΩ. Penurunan Vbl, Vb, I, dan P terbesar terjadi dari pengukuran pertama sampai kepengukuran jam ke-2. Hal ini dikarenakan selama pengujian elektrolit yang pertama digunakan lebih cepat mengalami penurunan ionisasi, sedangkan pada jam ke-3 penurunan Vbl, Vb, I, dan P lebih stabil.
4. Analisis Perbandingan Karakteristik Elektrik Ketiga Jenis Kulit Singkong Selama Pengujian Hasil pengujian karakteristik elektrik ketiga jenis kulit singkong yaitu Singkong Putih, Singkong IR dan Singkon Bassiro, menunjukan perbedaan nilai karakteristik elektrik yang dihasilkan. Nilai besaran elektrik yang dihasilkan kulit singkong dari ketiga pengujian menghasilkan nilai perbandingan tegangan saat beban dilepas, tegangan saat menggunakan beban, arus, dan daya dengan menggunakan beban LED 1.2 Watt.
a.
Perbandingan Tegangan Saat Beban Dilepas Ketiga Jenis Kulit Singkong
Karakteristik pertama yang diukur yaitu pengukuran tegangan saat beban dilepas. Perbandingan tegangan saat beban dilepas yang dihasilkan ketiga jenis kulit singkong tersebut seperti yang ditunjukan pada Tabel 4.13.
64
Tabel 4.13. Perbandingan Karakteristik Elektrik Tegangan Saat Beban Dilepas Pada Kulit Singkong Putih (I), Singkong IR (II) dan Singkong Bassiro (III). I II III Waktu No. (Jam) Vbl (V) Vbl (V) Vbl (V) 1 0 12.38 14.36 13.81 2 2 9.32 9.24 9.81 3 4 9.07 9.17 9.56 4 6 8.98 9.15 9.43 5 8 9.01 9.03 9.43 6 10 9.71 8.93 9.32 7 12 9.72 8.91 9.34 8 14 9.77 8.90 9.39 9 16 10.03 8.90 9.37 10 18 10.25 8.87 9.39 11 20 10.49 8.83 9.74 12 22 10.65 8.72 9.66 13 24 11.05 8.79 9.63 Tabel 4.13. menunjukan data karakteristik tegangan saat beban dilepas pada ketiga jenis kulit singkong yaitu Kulit Singkong Putih, Singkong IR, dan Singkong Bassiro yang diuji selama 24 jam. Hubungan antara tegangan saat beban dilepas ketiga jenis kulit singkong yang dihasilkan terhadap waktu dapat dilihat pada grafik yang ditunjukkan pada Gambar 4.11. 16 14
Tegangan (volt)
12 10 8 6
Vbl (Singkong Putih)
4
Vbl (Singkong IR)
2
Vbl (Singkong Bassiro)
0 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
Waktu (Jam)
Gambar 4.11. Grafik hubungan antara tegangan saat beban dilepas ketiga jenis kulit singkong terhadap waktu.
65
Dari Gambar 4.10. menunjukan bahwa tegangan saat beban dilepas dari ketiga jenis kulit singkong yaitu Singkong Putih (I), Singkong IR (II), dan Singkong Bassiro (III) mempunyai nilai tegangan yang berbeda-beda. Saat pertama pengukuran atau pengukuran pada jam ke-0 didapatkan nilai Vbl kulit Singkong Putih sebesar 12,38 V, kemudian pada kulit Singkong IR sebesar 14,36 V, sedangkan pada kulit Singkong Bassiro sebesar 13,81 V. Penurunan tegangan terbesar yaitu dari jam ke-0 sampai jam ke-2, penurunan tegangan lebih cepat karena selama pengujian elektrolit yang digunakan lebih cepat mengalami penurunan ionisasi hingga titik stabilnya. Selanjutnya dari jam ke-2 sampai jam ke-24 penurunan Vbl lebih stabil.
b. Perbandingan Tegangan Menggunakan Beban Ketiga Jenis Kulit Singkong
Karakteristik kedua yang diukur yaitu pengukuran tegangan saat menggunakan beban (Vb). Karakteristik elektrik kulit singkong tegangan menggunakan beban dilakukan dengan cara memberikan beban LED 1,2 watt. Perbandingan tegangan menggunakan beban yang dihasilkan ketiga jenis kulit singkong tersebut seperti yang ditunjukan pada Tabel 4.14.
66
Tabel 4.14. Perbandingan Karakteristik Elektrik Tegangan Menggunakan Beban Pada Kulit Singkong Putih (I), Singkong IR (II) dan Singkong Bassiro (III). I II III Waktu No. (Jam) Vb (V) Vb (V) Vb (V) 1 0 2.61 2.61 2.60 2 2 2.53 2.55 2.53 3 4 2.52 2.55 2.54 4 6 2.52 2.55 2.54 5 8 2.52 2.55 2.55 6 10 2.52 2.54 2.55 7 12 2.53 2.56 2.55 8 14 2.53 2.56 2.55 9 16 2.53 2.56 2.55 10 18 2.53 2.55 2.55 11 20 2.54 2.55 2.55 12 22 2.54 2.55 2.55 13 24 2.54 2.55 2.55 Hubungan antara tegangan menggunakan beban dari ketiga jenis kulit singkong terhadap waktu dapat dilihat pada grafik yang ditunjukkan pada Gambar 4.12. 4
Tegangan (Volt)
3
2 Vb (Singkong Putih) 1
Vb (Singkong IR) Vb (Singkong Bassiro)
0 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
Waktu (Jam)
Gambar 4.12. Grafik hubungan antara tegangan menggunakan beban ketiga jenis kulit singkong terhadap waktu.
67
Dari Gambar 4.12. menunjukan bahwa tegangan menggunakan beban dari ketiga jenis kulit singkong tidak berbeda jauh, tegangan diawal pengukuran kulit Singkong Putih sebesar 2,61 V, kulit Singkong IR didapatkan tegangan sebesar 2,61 V, sedangkan Singkong Bassiro sebesar 2,60 V. Penurunan dari ketiga jenis kulit singkong pun cukup stabil tidak jau berbeda dari awal pengukuran.
c. Perbandingan Arus Listrik Ketiga Jenis Kulit Singkong
Karakteristik keketiga yang diukur yaitu pengukuran arus listrik dari kulit singkong. Mengukur karakteristik elektrik arus listrik yang dihasilkan kulit singkong dilakukan dengan cara membarikan beban LED 1,2 watt. Perbandingan arus listrik yang dihasilkan ketiga jenis kulit singkong tersebut seperti yang ditunjukan pada Tabel 4.15. Tabel 4.15. Perbandingan Karakteristik Elektrik Arus Listrik Pada Kulit Singkong Putih (I), Singkong IR (II) dan Singkong Bassiro (III). I II III Waktu No. (Jam) I (mA) I (mA) I (mA) 1 0 1.18 2.87 2.04 2 2 0.51 0.87 0.70 3 4 0.43 0.82 0.70 4 6 0.41 0.81 0.69 5 8 0.41 0.75 0.69 6 10 0.42 0.69 0.68 7 12 0.45 0.74 0.67 8 14 0.46 0.75 0.66 9 16 0.50 0.76 0.67 10 18 0.53 0.75 0.68 11 20 0.59 0.74 0.78 12 22 0.67 0.69 0.71 13 24 0.70 0.74 0.70
68
Hubungan antara arus listrik ketiga jenis kulit singkong terhadap waktu dapat dilihat pada grafik yang ditunjukkan pada Gambar 4.13. 3
I (Singkong Putih) 2 Arus (mA)
I (Singkong IR) I (Singkong Bassiro)
1
0 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
Waktu (Jam)
Gambar 4.13. Grafik hubungan antara arus listrik ketiga jenis kulit singkong terhadap waktu.
Dari Gambar 4.13. menunjukan bahwa arus listrik yang dihasilkan ketiga jenis kulit singkong berbeda-beda. Arus diawal pengukuran pada Singkong Putih didapatkan arus sebesar 1,18 mA, Singkong IR sebesar 2,87 mA, sedangkan pada Singkong Bassiro didapatkan arus sebesar 2,04 mA. Penurunan arus terbesar yaitu dari jam ke-0 sampai jam ke-2, penurunan arus lebih cepat karena selama pengujian elektrolit yang digunakan lebih cepat mengalami penurunan ionisasi artinya ion-ion pada elektrolit sudah tidak mampu secara maksimal menghantarkan arus listrik dari kedua elektroda hingga titik stabilnya. Selanjutnya dari jam ke-2 sampai jam ke-24 arus mengalami penurunan yang cukup stabil.
69
d. Perbandingan Daya Listrik Ketiga Jenis Kulit Singkong
Setelah didapatkan ketiga karakteristik elektrik dari kulit singkong yaitu tegangan saat beban dilepas, tegangan saat menggunkan beban dan arus, selanjutnya menentukan karakteristik elektrik daya (P). untuk mengetahui karakteristik elektrik daya dari kulit singkong tersebut yaitu dengan cara mengalikan antara tegangan saat menggunakan beban dengan arus atau menggunakan persamaan 4.1. Hasil dari daya pada masing – masing jenis kulit singkong lalu dibandingkan. Perbandingan daya yang dihasilkan ketiga jenis kulit singkong tersebut seperti yang ditunjukan pada Tabel 4.16.
Tabel 4.16. Perbandingan Karakteristik Elektrik Daya Pada Kulit Singkong Putih (I), Singkong IR (II) dan Singkong Bassiro (III). I II III Waktu No. (Jam) P (mW) P (mW) P (mW) 1 0 3.09 7.50 5.29 2 2 1.28 2.22 1.76 3 4 1.08 2.08 1.77 4 6 1.03 2.06 1.75 5 8 1.04 1.92 1.76 6 10 1.06 1.77 1.74 7 12 1.15 1.90 1.70 8 14 1.16 1.93 1.68 9 16 1.27 1.94 1.70 10 18 1.35 1.91 1.74 11 20 1.50 1.88 1.98 12 22 1.71 1.77 1.82 13 24 1.78 1.88 1.80 Hubungan antara daya ketiga jenis kulit singkong yang dihasilkan terhadap waktu dapat dilihat pada grafik yang ditunjukkan pada Gambar 4.14.
70
8 7
Daya (mW)
6
P (Singkong Putih)
5
P (Singkong IR)
4
P (Singkong Bassiro)
3 2 1 0 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
Waktu (Jam)
Gambar 4.14. Grafik hubungan antara daya ketiga jenis kulit singkong terhadap waktu. Dari Gambar 4.14. menunjukan bahwa daya yang didapatkan penurunan daya setiap jenis kulit singkong yang digunakan. Daya diawal pengukuran didapatkan pada Singkong Putih sebesar 3,09 mW, Singkong IR sebesar 7,50 mW, sedangkan pada Singkong Bassiro didapatkan daya sebesar 5,29 mW. Semakin lama kulit singkong diuji maka karakteristik elektrik yang dihasilkan akan semakin menurun, Penurunan daya yang dihasilkan selama pengujian terjadi karena elektrolit yang digunakan sudah mengalami penurunan ionisasi artinya ion-ion pada elektrolit sudah tidak mampu secara maksimal menghantarkan arus listrik dari kedua elektroda. Penurunan daya terbesar yaitu dari jam ke-0 sampai jam ke-2. Sedangkan pada jam selanjutnya penurunan cukup stabil.
71
e. Perbandingan Hambatan Dalam Listrik Ketiga Jenis Kulit Singkong Selanjutnya menentukan karakteristik elektrik hambatan dalam (Rin) dari sel kulit singkong tersebut, yang dihasilkan dengan menggunakan persamaan 4.2. Perbandingan Rin yang dihasilkan ketiga jenis kulit singkong tersebut seperti yang ditunjukan pada Tabel 4.17. Tabel 4.17. No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Perbandingan Karakteristik Elektrik Rin Pada Kulit Singkong Putih (I), Singkong IR (II) dan Singkong Bassiro (III). I II III Waktu (Jam) Rin (kΩ) Rin (kΩ) Rin (kΩ) 0 8.26 4.09 5.51 2 13.45 7.69 10.45 4 15.25 8.11 10.08 6 15.81 8.18 10.03 8 15.73 8.59 9.95 10 17.07 9.21 9.93 12 15.88 8.56 10.21 14 15.77 8.43 10.39 16 15.01 8.37 10.21 18 14.46 8.46 10.04 20 13.44 8.53 9.26 22 12.08 8.90 9.97 24 12.16 8.48 10.07
Hubungan antara Rin ketiga jenis kulit singkong yang dihasilkan terhadap waktu dapat dilihat pada grafik yang ditunjukkan pada Gambar 4.15.
72
18 16 14 Hambatan (kΩ)
12 10 8 6
Rin (Singkong Putih)
4
Rin (Singkong IR)
2
Rin (Singkong Bassiro)
0 0
2
4
6
8
10
12 14 Waktu (Jam)
16
18
20
22
24
Gambar 4.15. Grafik hubungan antara hambatan dalam ketiga jenis kulit singkong terhadap waktu. Dari Gambar 4.15. menunjukan bahwa daya yang didapatkan peningkatan Rin setiap jenis kulit singkong yang digunakan. Rin diawal pengukuran didapatkan pada Singkong Putih sebesar 8,26 kΩ, Singkong IR sebesar 4,09 kΩ, sedangkan pada Singkong Bassiro sebesar 5,51 kΩ. Semakin besar Rin maka akan membuat karakteristik elektrik seperti Vbl, Vb, I dan P pada kulit singkong menurun.
5.
Analisis Penggunan Kulit Singkong Untuk Mengisi Baterai Handphone.
Hasil pengujian karakteristik elektrik ketiga jenis singkong yaitu Singkong Putih, Singkong IR dan Singkong Bassiro, menunjukan perbedaan nilai karakteristik elektrik yang dihasilkan. Nilai besaran elektrik yang dihasilkan kulit singkong dari ketiga pengujian menghasilkan nilai perbandingan tegangan saat beban dilepas, tegangan menggunakan beban, arus, dan daya
73
serta hambatan dalam. Hasil dari karakteristik elektrik dari kulit singkong didapatkan nilai karakteristik elektrik terbaik yaitu kulit Singkong IR dengan hasil tegangan saat beban dilepas terbesar dengan besar tegangan sebesar 14,36 V, arus listrik didapatkan sebesar 2,87 mA, dengan daya sebesar 7,50 mW dan juga mempunyai hambatan dalam terkecil yaitu sebesar 4,09 kΩ. Pengujian untuk mengisi baterai handphone diuji menggunakan beberapa metode, metode pertama menggunakan module step-down atau penstabil tegangan DC 5 V dengan IC 7805, metode kedua menggunakan module step-down atau penstabil tegangan USB DC 5 V, dan metode ketiga langsung menghubungkan kabel charger ke sel atau kotak yang terdapat sepasang elektroda yang telah berisi pasta kulit singkong. Pengujian menggunakan IC 7805 dengan cara menghubungkan langsung keluaran dari sel atau kotak yang terdapat sepasang elektroda yang telah berisi pasta kulit singkong. Rangkaian module step-down menggunakan IC 7805 seperti yang ditunjukan pada gambar Gambar 4.16.
Gambar 4.16. Rangkaian modul step-down menggunakan IC 7805
74
Pada Gambar 4.16. menunjukan sebuah rangkaian sederhana menggunakan IC-7805, agar tegangan yang keluar tetap berada pada tegangan DC + 5 V. Rangkaian ini mengunakan kapasitor pada masukan dan keluarannya, agar tegangan yang dikeluarkanya lebih halus atau memperkecil noise dan agar tegangan yang masuk dan keluar lebih stabil. Saat menggunakan rangkaian ini tegangan yang masuk dari sel pasta kulit singkong menuju rangkaian sebesar 15 V dari sel yang berisi kulit singkong, dari kedua tegangan yang masuk kerangkaian hasil keluaran dari rangkaian tidak pada tegangan 5 V melainkan berada pada kisaran tegangan 2 V sampai 3 V dan arus yang dihasilkan pun menurun lebih kecil. Sehingga dari hasil keluaran rangkaian tidak bisa digunakan untuk mengisi battrai handphone karena tegangan masukan minimal untuk mengisi baterai handphone sebesar + 5 V. Pengujian menggunakan module step-down USB DC 5 V dengan cara menghubungkan langsung keluaran dari sel atau kotak yang terdapat sepasang elektroda yang telah berisi pasta kulit singkong. Rangkaian modul step-down USB DC 5 V seperti yang ditunjukan pada gambar Gambar 4.17.
Gambar 4.17. Rangkaian modul step-down USB DC 5 V buatan Cina
75
Pada Gambar 4.17. menunjukan gambar module step-down USB DC 5 V buatan Cina yang biasanya berada di toko elektronik. Modul step-down ini akan menurunkan tegangan dan menstabilkan tegangan pada + 5 V. Saat menggunakan modul ini tegangan yang masuk dari sel pasta kulit singkong menuju rangkaian sebesar 15 V dari sel yang berisi kulit singkong, dari kedua tegangan yang masuk kerangkaian hasil keluaran dari rangkaian tidak pada tegangan 5 V melainkan berada pada kisaran tegangan 2 V sampai 3 V dan arus yang dihasilkan pun menurun lebih kecil. Sehingga dari hasil keluaran rangkaian tidak bisa digunakan untuk mengisi baterai handphone karena tegangan masukan minimal untuk mengisi baterai handphone sebesar + 5 V. Pengujian selanjutnya langsung menghubungkan keluaran dari sel ke handphone seperti yang ditunjukan pada Gambar 4.18.
Gambar 4.18. Rangkaian langsung terhubung ke handphone yang terdiri dari penjepit dan kabel penghubung (a), elektroda negatif (b), elektroda positif (c), pasta kulit singkong (d), jam (e), multimeter (f), handphone (g) dan proses pengisian (h).
76
Gambar 4.18. merupakan pengujian secara langsung yang menghubungkan keluaran dari sel atau kotak yang terdapat sepasang elektroda yang telah berisi pasta kulit singkong pada kabel charger yang langsung terhubung pada handphone. Dengan menggunakan metode langsung ini keadaan handphone langsung terhubung dan aktif dalam proses pengisian baterai. Pada pengujian untuk mengisi baterai handphone ini digunakan hanphone dengan merek “StrawBerry” tipe ST22 buatan Cina, masukan dari handphone tersebut dengan tegangan 5 V dan arus 500 mA, dengan beban sebesar 2,5 watt. Rangkaian langsung menghubungkan keluaran dari sel atau kotak yang terdapat sepasang elektroda yang telah berisi pasta kulit singkong pada kabel charger yang langsung terhubung pada handphone. Pengujian pengukuran karakteristik elektrik singkong saat diberi beban handphone 2,5 watt seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4.18. Tabel 4.18. Pengujian Pengukuran Karakteristik Elektrik Singkong Saat Diberi Beban Handphone Menggunakan Kulit Singkong IR. Waktu Vbl Vb I No (Jam) (Volt) (Volt) (mA) 1 0 15.80 3.64 2.30 2 2 9.72 3.24 0.73 3 4 9.52 3.00 0.68 4 6 9.52 3.00 0.68 5 8 9.77 3.03 0.68 6 10 9.89 3.03 0.70 7 12 9.98 3.03 0.69 8 14 9.99 2.92 0.70 9 16 9.95 3.02 0.70 10 18 9.94 3.03 0.68 11 20 9.93 3.01 0.67 12 22 9.90 3.09 0.71 13 24 10.01 3.19 0.76
77
Hubungan antara tegangan tanpa beban, tegangan menggunakan beban, dan arus yang dihasilkan terhadap waktu dapat dilihat pada grafik yang ditunjukkan pada Gambar 4.19.
Gambar 4.19.
Grafik hubungan antara tegangan saat beban dilepas, tegangan menggunakan beban dan arus kulit Singkong IR terhadap waktu pemakaian pada handphone.
Dari Gambar 4.19 terlihat bahwa Selama 24 jam pengujian tegangan, arus, dan daya saat menggunakan handphone dengan beban 2,5 watt yang dihasilkan oleh Singkong IR mengalami penurunan dari awal pengukuran sampai akhir pada jam ke-24. Saat awal pengukuran atau pengukuran pada jam ke-0 tegangan saat beban dilepas didapatkan nilai tegangan sebesar 15,80 V, untuk tegangan menggunakan beban sebesar 3,64 V, sedangkan pada arus didapatkan nilai arus sebesar 2,30 mA. Selama proses pengisian baterai handphone terjadi penurunan karakteristik elektrik kulit singkong.
78
Saat diuji handphone dalam keadan mati dan baterai kosong atau saat handphone tidak bisa dinyalakan lagi. Pengujian 2 jam pertama saat handphone dinyalakan dan dicabut dari kabel charger didapatkan nyala handphone selama + 15 detik sedikit meningkat dari sebelumnya yang tidak bisa menyala, di 2 jam selanjutnya sampai jam ke-24 didapatkan nyala handphone yang sedikit berkurang yaitu selama 5 sampai 10 detik. Penambahan lama nyala handphone dari awal pengujian saat dimatikan dan dinyalakan hanya bertahan selama + 15 detik hal ini karena arus yang masuk kedalam handphone sangat kecil arus maksimum yang dihasilkan sel Pasta kulit singkong sebesar 2.30 mA sedangkan kerluaran charger bawaan dari handphone sebesar 500 mA. Jika dibandingkan dengan lama pengisian menggunakan charger bawaan dari handphone maka hanya membutuhkan 2,5 jam dari kedaan baterai handphone kosong atau tidak bisa dinyalakan.
79
V. KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian dan analisis yang telah dilakukan diperoleh kesimpulan sebagai berikut. 1. Jenis singkong yang paling baik karakteristik elektriknya adalah Singkong Bassiro sedangkan karakteristik elektrik kulit singkong terbaik adalah kulit Singkong IR. 2. Perbandingan antara kulit singkong dan singkong menunjukan singkong mempunyai karakteristik elektrik lebih baik dibandingkan dengan kulit singkong. 3. Pengujian pengisian baterai handphone menggunakan kulit singkong yang mempunyai karakteristik elektrik terbaik dan menghasilkan penambahan nyala handphone yang tidak lama karena arus yang masuk kedalam handphone hanya sedikit.
B. Saran Saran dari penelitian yang dapat dilakukan untuk perkembangan riset selanjutnya adalah sebagai berikut. 1. Melakukan penelitian dengan menggunakan umbi-umbian yang lebih bervariasi.
80
2. Melakukan penelitian dengan melihat pengaruh pembusukan dan penambahan pH pada kulit singkong maupun singkong terhadap waktu lama pengujian. 3. Membuat desain rangkaian yang lebih komplek agar tegangan tetap pada + 5 Volt dan arus semakin meningkat untuk bisa melakukan pengisian lebih cepat dan lebih banyak energi listrik yang masuk ke handphone. 4. Melakukan pengujian pengisian baterai handphone dengan menggunakan berbagai macam jenis handphone.
DAFTAR PUSTAKA
Amos-Tautua, Bamidele Martin Woriweinpre, Madukosiri dan Chinyelu Helen. 2009. The Effect of Processing on the Sodium, Potassium and Phosphorus Content of Six Locally Consumed Varieties of Manihot esculenta Grown in Bayelsa State. Pakistan Journal of Nutrition. Vol. 8, No. 10, hal. 15211525. Anderson, M.A., Alberto Cudero dan Jose Palma. 2010. Capacitive deionization (CDI) as an electrochemical means of saving energy and delivering clean water. Electrocimia Acta, No. 55, hal. 3845-3856. Badan Pusat Statistik (BPS). 2016. Produksi Ubi Kayu Menurut Provinsi (ton), 1993-2015.(https://www.bps.go.id/linkTableDinamis/view/id/880). Diakses pada tanggal 27 April 2016. Bird, T. 1993. Kimia Fisik untuk Universitas. Jakarta: PT Gramedia Pustaka Utama. Brady, James E. 1999. Kimia Universitas Asas dan Struktur Jilid 1. Diterjemahkan oleh Sukmariah Maun. Binarupa Aksara Publisher, Tanggerang. Bullen, R.A., T.C. Arnot, J.B. Lakeman, dan F.C. Walsh. 2006. Biofuel cell and their development. J. Biosensors and Bioelectronics. No. 21, hal. 2015 – 2045. Darjanto dan Muryati. 1980. Khasiat, Racun, dan Masakan Ketela Pohon. Bogor: Yayasan Dewi Sri. Dogra, S. 1990. Kimia Fisik dan Soal-Soal. Jakarta: Universitas Indonesia. Effendi, H. 2000. Telaah Kualitas Air Bagi Pengelolaan Sumber Daya dan Lingkungan Perairan. Yogyakarta: Kanisius. Halliday, David dan Robert Resnick. 1989. Fisika Edisi Ketiga Jilid 2. Penerjemah: Pantur Silaban dan Erwik Sucipto. Jakarta: Erlangga. Hidayat, C. 2009. Peluang Penggunaan Kulit Singkong Sebagai Pakan Unggas. Bogor: Balai Penelitian Ternak.
Hikmiyati, N. 2009. Pembuatan bioetanol dari kulit singkong melalui hidrolisa asam dan enzimatis. Skripsi. Universitas Diponegoro. Hillocks, R.J., J.M. Thresh, dan A. Belloti. 2002. Cassava Biology, Production and Utilization. New York: CABI Publishing. Hiskia, Ahmad. 1992. Elektrokimia dan Kinetika Kimia. Bandung: PT Citra Aditya Bakti. Imamah, Aisiyah N. 2013. Efek Variasi Bahan Elektroda Serta Variasi Jarak Antar Elektroda Terhadap Kelistrikan Yang Dihasilkan oleh Limbah Buah Jeruk (Citrus sp.). Skripsi. Jurusan Fisika FMIPA. Universitas Jember. Kartawidjaja, M., A. Abdurrochman, dan E. Rumeksa. 2008. Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi-II 2008. Lampung: Universitas Lampung. hal. 105-115. Landis, E.H. 1909. Some of the Laws Concersing Voltaic Cells. The Journal of the Franklin Institute of the State of Pennsylvania. Vol. CLXVIII, No. 6, hal. 399-420. Mench, M.W. 2008. Fuel Cell Engines. New Jersey: John Wiley & Sons, Inc. Muhlisin. 2015. Pemanfaatan Sampah Kulit Pisang Dan Kulit Durian Sebagai Bahan Alternatif Pengganti Pasta Batu Baterai. Skripsi. Universitas Lampung. Oren, Y. 2008. Capacitive deionization (CDI) for desalination and water treatment past, present and future (a review), Desalination. No. 228, hal. 10-29. Riyanto, Bambang. 2011. Elektrolit Baterai dari Polimer Chitosan. (http://bambangriyanto.staff.ipb.ac.id/category/aplikasi-modern-chitosan) Diakses pada tanggal 27 April 2016. Rukmana, R. 1986. Ubi Kayu, Budidaya, dan Pasca Panen. Jakarta: Kanisius. Shukla, A.K., P. Suresh, S. Berchmans, dan A. Rajendran. 2004. Biological fuel cells and their applications. J. Current Science. No. 87, hal. 455-468. Silberberg, Martin S. 2000. Chemistry, The Molecular Nature Of Matter And Change. New York: McGraw Hill Education. Sinaga. 2010. Studi Flowmeter Magnetik. (repository.usu.ac.id/bitstream/123456 789/18269/3/Chapter%20II.pdf.). Diakses pada tanggal 27 April 2016. Slamet, J.S. 1994. Kesehatan Lingkungan. Yogyakarta: Gajah Mada University Press.
Syukri, S. 1999. Kimia Dasar. Bandung: Institut Teknologi Bandung. Tjokroadikoesoema. 1985. HPS dan Industri Ubi Kayu Lainnya, edisi 2. Jakarta: PT Gramedia. Vliet, T.V., C.M.M Lakemond, dan R.W. Visschers. 1984. Rheology and structure of milk protein gels. Current Opinion Colloid Interface Science. England: Horwood Ltd. Wang, Joseph. 2000. Analytical Electrochemistry, 2nd edition. USA : A John Willey & Son , Inc. Winarno, F. 1990. Singkong dan Pengolahannya. Jakarta: Aksara Baru.
