SKRIPSI. Disusun oleh : Stevanus Galih Pitoyo

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PENGARUH VARIASI JUMLAH LILITAN SOLENOIDA PADA ALAT REDUKTOR ELECTROMAGNETIC PLATING UNTUK MEREDUKSI KADAR CHROM (Cr) DALAM LIMBAH CAIR PENYAMAKAN KULIT SKRIPSI Diajukan pada jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sanata Dharma untuk memenuhi sebagian syarat–syarat guna memperoleh gelar Sarjana Sains (S.Si.)

Disusun oleh : Stevanus Galih Pitoyo 013214023

PROGRAM STUDI FISIKA JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2007


ii



iv


HALAMAN PERSEMBAHAN

Skripsi ini kupersembahkan untuk :

Bapak dan Ibuku Adik-adikku Sanata Dharma

v


PERNYATAAN KEASLIAN KARYA Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi yang saya tulis ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.

Yogyakarta, 5 Juni 2007 Penulis,

Stevanus Galih Pitoyo

vi


PENGARUH VARIASI JUMLAH LILITAN SOLENOIDA PADA ALAT REDUKTOR ELECTROMAGNETIC PLATING UNTUK MEREDUKSI KADAR CHROM (Cr) DALAM LIMBAH CAIR PENYAMAKAN KULIT

INTI SARI Telah dilakukan penelitian tentang pengaruh variasi jumlah lilitan solenoida pada alat reduktor electromagnetic plating. Penelitian ini bertujuan untuk mencari kondisi kuat arus optimal yang diberikan pada solenoida dan waktu proses optimal serta untuk mengetahui besarnya penurunan kadar Cr dalam limbah cair penyamakan kulit pada masing-masing solenoida. Penelitian ini dilakukan di PTAPB-BATAN Yogyakarta pada bulan Desember-Maret 2007. Penelitian ini meliputi pembuatan solenoida inti besi dengan jumlah lilitan sebanyak 890, 1090 dan 1290 lilitan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kuat arus solenoida optimal pada 0,3 ampere dan waktu proses optimal adalah 30 menit. Efisiensi penurunan kadar Cr terbaik diperoleh pada solenoida 1290 lilitan sebesar 100 % dari konsentrasi awal 1794,4 ppm menjadi 0 ppm pada kuat arus sebesar 0,3 ampere dan waktu proses 30 menit.

vii


INFLUENCE OF VARIATION SUM UP THE CIRCUMFERENCE SOLENOIDA AT APPLIANCE OF REDUCTOR ELECTROMAGNETIC PLATING TO REDUCE THE RATE CHROM ( Cr) IN LIQUID WASTE LEATHER TANNING

ABSTRACT Have been done by research about influence of variation of sum up the circumference of “Reductor Electromagnetic Plating”. This research aim to look for the strong condition of optimal current which passed to solenoida and optimal process time and also to know the level of degradation of rate Cr in liquid waste leather tanning at each solenoida. This research was done in PTAPB-BATAN Yogyakarta at DesemberMarch 2007. This research cover the making of solenoid of iron core with the circumference amount as much 890 circumference, 1090 circumference and 1290 circumference. Result of research indicated that the current strength optimal at 0,3 ampere and time process most optimal at 30 minute. Efficiency of best rate Cr degradation obtained at solenoid 1290 circumference of equal to 100 % from concentration 1794,4 ppm become 0 ppm at current strength of equal to 0,3 ampere and time process 30 minute.

viii


KATA PENGANTAR Puji syukur pertama-tama penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yesus Kristus atas segala kasih dan perlindungan yang diberikan kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Skripsi ini disusun untuk memenuhi prasyarat guna memperoleh gelar Sarjana Sains Program Studi Fisika Jurusan Fisika Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Skripsi ini membahas tentang PENGARUH VARIASI JUMLAH

LILITAN

SOLENOIDA

PADA

ALAT

REDUKTOR

ELECTROMAGNETIC PLATING UNTUK MEREDUKSI KADAR CHROM DALAM LIMBAH CAIR PENYAMAKAN KULIT

Penulis menyadari bahwa penyusunan skripsi ini tidak dapat berjalan dengan baik tanpa proses yang panjang dan dukungan dari berbagai pihak, baik secara langsung maupun tidak langsung. Maka pada kesempatan yang berbahagia ini, penulis secara khusus mengucapkan banyak terima kasih, kepada: 1. Bapak Dr. Widi Setiawan selaku Kepala Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan-BATAN Yogyakarta. 2. Bapak Drs. M. Yazid selaku Kepala Bidang Keselamatan dan Kesehatan. 3. Kepala Sub Bidang Pengelolaan Limbah dan Kesehatan Lingkungan. 4. Ibu Ir. Sri Agustini S, M.Si. selaku KaProdi dan dosen pembimbing dengan penuh kesabaran dan perhatian telah memberikan bimbingan, pengarahan, mengoreksi, saran dan kritik selama proses penulisan skripsi ini.

ix


5. Bapak Ir. Prayitno, M.Eng. selaku dosen pembimbing di Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan-BATAN. 6. Bapak Drs. B. A. Tjipto Sujitno, M.Eng. yang telah membantu menjembatani penulis di PTAPB-BATAN. 7. Bapak Imam Prayogo, ST. yang telah membimbing dan mengarahkan selama bekerja di Lab. 8. Dosen penguji, terima kasih atas segala saran-saran dan kritik yang telah disampaikan selama pendadaran. 9. Bapak dan Ibuku tercinta yang telah mencurahkankan doa, dukungan moral, matriil dan segalanya untuk saya. 10. Mbah Bapak dan mbah Embok buat petuah dan doanya. 11. Adikku Agnes dan Koko yang telah memberikan doa dan segala dukungan. 12. Buat dik Tites, obrigado untuk doa, cinta, dukungan serta semangat yang selalu kau tanamkan.. 13. Sahabat-sahabat seperjuanganku di fisika’01 : Aris, Ismad, Enzo, Minto, Hero, Hari, Engkong Patrick, Mela, Nita, Dwi, Yoan. 14. Teman-teman kos TAMPAN : Bang Oma, Mas Ismad, Mas Tri, Om Hira buat bantuan, nasehat dan tawa canda yang ta’ kan terlupa..Hari-hari terasa indah jika selalu bersama kalian. 15. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah memberikan bantuan, doa, saran, kritik, dan dukungan selama kuliah sampai penulisan skripsi ini.

x


Penulis menyadari bahwa skripsi ini, masih banyak kekurangannya. Oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih bila ada kritik dan saran yang dapat membangun penulis. Penulis berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat dan menjadi referensi bagi pembaca.

Yogyakarta, 5 Juni 2007

Penulis

xi


DAFTAR ISI

JUDUL .................................................................................................................. HALAMAN PENGESAHAN .............................................................................. HALAMAN PERSEMBAHAN ........................................................................... PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ............................................................... INTI SARI ............................................................................................................ ABSTRACT .......................................................................................................... KATA PENGANTAR .......................................................................................... DAFTAR ISI......................................................................................................... DAFTAR TABEL ................................................................................................. DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah ................................................................... 1.2. Perumusan masalah ........................................................................... 1.3. Batasan Masalah ............................................................................... 1.4. Tujuan Penelitian .............................................................................. 1.5. Manfaat Penelitian .......................................................................... BAB II DASAR TEORI 2.1. Medan Listrik .................................................................................... 2.1.1. Garis-Garis Gaya Pada Medan Listrik ........................................ 2.1.2. Potensial Listrik .......................................................................... 2.1.3. Medan Listrik Plat Sejajar .......................................................... 2.2. Medan Magnet .................................................................................. 2.2.1. Gaya Magnet Oleh Muatan Bergerak ......................................... 2.2.2. Medan Magnet Oleh Kawat Lurus Berarus ................................ 2.2.3. Medan Magnet Oleh Arus Dalam Loop...................................... 2.2.4. Medan Magnet Oleh Kumparan Solenoida................................. 2.3. Elektrolisis ........................................................................................ 2.3.1. Pengertian Electromagnetic plating............................................ 2.3.2. Prinsip Kerja Electromagnetic Plating ....................................... 2.3.3. Deret Volta .................................................................................. 2.4. Chrom .............................................................................................. 2.5. Standar Baku Mutu Chrom .............................................................. BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Lokasi Penelitian............................................................................... 3.2. Obyek Penelitian ............................................................................... 3.3. Waktu Penelitian ............................................................................... 3.4. Variabel Penelitian ............................................................................ 3.5. Tahapan Persiapan Penelitian ........................................................... 3.5.1. Bahan Yang Digunakan Dalam Penelitian ................................. 3.5.2. Peralatan Yang Digunakan Dalam Penelitian ............................. 3.6. Diagram Tahap Penelitian................................................................. 3.7. Prosedur Penelitian ........................................................................... 3.7.1. Tahap Perancangan Alat Electromagnetic Plating ..................... 3.7.1.1. Pembuatan Kumparan Elektromagnet / Solenoida ............... 3.7.1.2. Plat Elektroda ........................................................................ 3.7.1.3. Bak Kontak ........................................................................... 3.7.1.4. Power Supply ........................................................................

xii

Halaman i ii v vi vii viii ix xii xiv xv 1 2 3 3 4 5 6 8 9 12 13 14 16 19 21 22 23 28 29 30 31 31 31 31 32 32 32 33 34 34 34 37 37 38


3.7.2. Tahap Operasional Alat .............................................................. 3.7.3. Tahap Pelaksanaan Penelitian ..................................................... 3.7.3.1. Percobaan Variasi Kuat Arus Solenoida dan Waktu Kontak BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN A. Hasil Penelitian..................................................................................... 4.1.1. Variasi Kuat Arus Pada Solenoida .................................................... 4.1.2. Variasi Waktu Proses ........................................................................ 4.1.3. Variasi Jumlah Lilitan ....................................................................... B. Pembahasan .......................................................................................... BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan .......................................................................................... 5.2. Saran .................................................................................................... DAFTAR PUSTAKA ..........................................................................................

xiii

39 40 40 42 42 44 46 47 50 51 52


DAFTAR TABEL Halaman Tabel 4.1. : Penurunan Kadar Cr Dengan Variasi Kuat Arus solenoida............ 42 Tabel 4.2. : Penurunan Kadar Cr Dengan Variasi Waktu Proses ...................... 44 Tabel 4.3. : Penurunan Kadar Cr Dengan Variasi Jumlah Lilitan ..................... 46

xiv


DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1. : Arah Gaya Yang Disebabkan Oleh q ..................................... 6 Gambar 2.2. : Vektor Normal Tidak Tegak Lurus Bidang dA....................... 7 Gambar 2.3. : Plat Sejajar Bermuatan ............................................................ 10 Gambar 2.4. : Hubungan Vektor Antara Gaya Magnet, Induksi Magnet Dan Kecepatan Muatan ........................................................................ 13 Gambar 2.5. : Induksi Magnet Oleh Kawat Lurus Berarus .......................... 16 Gambar 2.6. : Garis Gaya Magnet Disekitar Kawat Lurus Berarus .............. 16 Gambar 2.7. : Induksi Magnet Disumbu Lingkar Arus ................................. 17 Gambar 2.8. : Arah Medan Magnet Di sepanjang Sumbu Solenoida ............ 19 Gambar 2.9. : Lintasan Melingkar Muatan Positif Dan Negatif Dalam ....... Sebuah Medan Magnet Uniform .................................................. 23 Gambar 2.10. : Kaidah Tangan Kanan............................................................. 26 Gambar 2.11. : Mekanisme Kerja Gaya Magnet Pada Alat Electromagnetic plating ................................................. 26 Gambar 2.12. : Arah Penempelan Ion Negatif Karena Pengaruh Gaya Magnet ................................................................................................. 27 Gambar 2.13. : Arah Penempelan Ion Positif Karena Pengaruh Gaya Magnet ................................................................................................. 27 Gambar 3.1. : Diagram Tahap Penelitian....................................................... 33 Gambar 3.2. : Rangkaian alat Electromagnetic Plating Tampak Depan ...... 36 Gambar 3.3. : Electroplate Sebagai Tempat Penempelan Ion Cr .................. 37 Gambar 3.4. : Bak Kontak Tempat Terjadinya Penempelan Ion-Ion Cr ....... 38 Gambar 3.5. : Skema Pengambilan Sampel ................................................... 39 Gambar 4.1. : Grafik Hubungan Kuat Arus Vs Konsentrasi Cr Pada Masing-masing Solenoida....................................................... 43 Gambar 4.2. : Grafik Hubungan Waktu Proses Vs Konsentrasi Cr Pada Masing-masing Solenoida....................................................... 45 Gambar 4.3. : Grafik Hubungan Antara Jumlah Lilitan Vs Konsentrasi Cr .. 46 ’

xv


BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Bertambahnya jumlah penduduk dan meningkatnya standar hidup manusia menuntut terjadinya peningkatan produksi barang maupun jasa. Peningkatan produksi barang dan jasa hanya dapat ditempuh melalui sektor industri, namun konsekuensi dari perkembangan industri dapat menimbulkan permasalahan lingkungan sebagai akibat dari pembuangan limbah pabrik yang semakin besar. Terlebih lagi, sebagian limbah tersebut berbahaya bagi lingkungan hidup dan kesehatan manusia. Salah satu limbah industri yang termasuk dalam limbah berbahaya dan beracun adalah limbah cair penyamakan kulit. Logam chrom (Cr) yang terkandung dalam limbah tersebut apabila masuk ke dalam tubuh cenderung berakumulasi dalam jaringan dan menimbulkan berbagai macam penyakit, termasuk merusak fungsi ginjal dan mengganggu susunan dan metabolisme darah. Salah satu metode untuk menurunkan kadar chrom (Cr) yang terkandung dalam limbah cair penyamakan kulit adalah dengan Electromagnetic plating. Electromagnetic plating merupakan alat yang dapat digunakan untuk mereduksi kadar logam.

1


Prinsip metode ini adalah perpaduan gaya listrik dan magnet untuk menyempurnakan penempelan ion-ion logam pada plat elektroda sehingga dapat menurunkan kadar logam tersebut dalam air limbah. Gaya listrik dihasilkan oleh elektroda yang terbuat dari plat tembaga, penggunaan plat tembaga pada penelitian ini karena plat tersebut telah terbukti dalam percobaan yang dilakukan oleh Puji Hastuti (Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir) menghasilkan efisiensi sebesar 92,61% lebih baik dari plat yang terbuat dari besi dan aluminium. Sedangkan gaya magnet dihasilkan oleh kumparan solenoida yang berjumlah 16 buah terbagi menjadi 8 pasang dengan panjang inti besi yang sama. Pada penelitian ini penulis akan membahas tentang pengaruh variasi jumlah lilitan solenoida dengan panjang inti besi yang sama terhadap penurunan kadar Cr dalam limbah cair penyamakan kulit.

1.2 Perumusan Masalah Bagaimana pengaruh jumlah lilitan solenoida pada alat electromagnetic plating pada kondisi kuat arus solenoida dan waktu proses optimal terhadap penurunan kadar Cr?

2


1.3 Batasan Masalah Agar lingkup penelitian lebih jelas, penulis membatasi masalah pada : *

Menentukan kondisi kuat arus solenoida dan waktu proses yang optimal untuk jumlah lilitan yang berbeda-beda.

*

Menentukan hubungan antara jumlah lilitan solenoida dengan penurunan kadar Cr dalam limbah penyamakan kulit dengan menggunakan alat electromagnetic plating pada kondisi kuat arus solenoida dan waktu proses yang optimal.

1.4 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah : *

Menentukan kondisi kuat arus solenoida dan waktu proses yang optimal untuk jumlah lilitan yang berbeda-beda.

*

Menentukan hubungan antara jumlah lilitan solenoida dengan penurunan kadar Cr dalam limbah penyamakan kulit dengan menggunakan alat electromagnetic plating pada kondisi kuat arus solenoida dan waktu proses yang optimal.

3


1.5 Manfaat Penelitian Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut : 1. Dapat memberikan sumbangan pemikiran dan informasi mengenai metode pengolahan air limbah yang dihasilkan oleh limbah penyamakan kulit. 2. Bahan masukan bagi PTAPB-BATAN Yogyakarta sebagai salah satu alternatif metode pereduksian kadar logam pada fase cair terutama untuk menurunkan kadar logam chrom (Cr). 3. Bagi peneliti dan pembaca yang lain, dapat menambah wawasan dan pengetahuan mengenai cara mereduksi kadar logam Cr yang terdapat dalam limbah penyamakan kulit dengan metode electromagnetic plating.

4


BAB II DASAR TEORI

2.1.

Medan Listrik →

Muatan titik yang berada didalam suatu medan listrik E akan mengalami →

gaya listrik. Jika pada suatu muatan titik terdapat suatu vektor gaya F maka pada titik tersebut terdapat medan listrik, dimana medan listrik tersebut merupakan →

suatu vektor E . Jika di dalam medan listrik tersebut terdapat suatu muatan q maka kuat medan listrik tersebut akan sama dengan →

F E= q →

....................................(1)

Bila medan listrik ditimbulkan oleh muatan q’ maka muatan q yang sejenis dengan muatan q’ akan ditolak dan sebaliknya jika muatan itu tidak sejenis (muatan positif dan negatif) dengan muatan q’ maka muatan tersebut akan ditarik oleh q’ seperti ditunjukkan pada gambar 2.1. Menurut hukum coulomb gaya pada muatan q adalah →

F=

qq ' ∧ r 4πε 0 r 2 1

Berarti kuat medan listrik di titik tersebut adalah : →

E =k

q' ∧ r r2

....................................(2)

5


dengan : k =

1 4πε 0

r = Jarak antara kedua muatan q’ dan q ∧

r = Vektor satuan dalam arah garis antara muatan q’ dan q

+q’

+q

Fqq’

-q

Gambar 2.1. Arah gaya yang disebabkan oleh q’ (Johannes, 1978)

2.1.1

Garis-garis gaya pada medan listrik Suatu medan listrik dilukiskan dengan garis-garis gaya dimana garis-garis

gaya tersebut dapat memudahkan kita mengetahui arah dan kuat medan listrik. Bila didalam suatu ruang terdapat muatan listrik maka didalam ruang tersebut →

timbul medan listrik E . Dengan adanya garis gaya yang melewati suatu luasan tegak lurus dengan garis gaya tersebut, maka dapat diketahui rapat garis gaya yang dihasilkan (gbr.2.2). Jumlah garis gaya yang melewati satu satuan luas akan sama dengan kekuatan medan yang dihasilkan,

6


sehingga kuat medan listrik yang dinyatakan dengan rapat garis gaya tersebut akan sebesar : →

→

dφ = E⋅ dA →

....................................(3)

∧

dengan dA = n dA

B ∧

θ

n →

E

θ →

dA →

( dA ) cos θ S

→

→

Gambar 2.2. Vektor normal bidang dA tidak tegak lurus medan E (Sutrisno, 1982).

Seperti yang ditunjukkan oleh gambar 2.2, banyaknya garis gaya yang →

→

→

melewati suatu bidang dA . Jika dA tersebut tidak tegak lurus E maka garis gaya yang keluar sebesar :

dφ = ( E dA cos θ ) ∧

........................(4)

dimana φ dinamakan flux, dan n adalah vektor satuan tegak lurus bidang (Johannes, 1978).

7


2.1.2. Potensial listrik Beda potensial listrik antara 2 titik adalah usaha untuk membawa satu satuan muatan dari suatu titik ke titik yang lain didalam medan listrik. Besarnya tenaga yang dibutuhkan untuk membawa muatan q dari suatu titik ke titik yang lain adalah :

→ →

W = ∫ F . dr

............................(5)

→

dimana besarnya gaya F yang ditimbulkan pada muatan q oleh medan →

listrik E adalah sebesar : →

→

F =q E

..................................(6)

Sehingga besarnya usaha untuk membawa muatan dari suatu titik A ke titik B adalah sebesar B

→

→

W = ∫ q E . dr

....................................(7)

A

Sedangkan beda potensial antara titik B dan titik A adalah sama dengan usaha untuk membawa satu satuan muatan dari titik B ke titik A, sehingga besarnya beda potensial tersebut adalah A

∆V =

→ → W = − ∫ E . dr q B

........................(8)

Besarnya kuat medan listrik adalah →

E =k

q ∧ r r2

....................................(9)

8


Potensial listrik di titik A sama dengan usaha untuk membawa satu satuan muatan dari tak berhingga ke titik A rA

∫

V A − V∞ = −

∞

VA =

kq rA

→ → ⎡1 1⎤ E . dr = kq ⎢ − ⎥ ⎣ rA ∞ ⎦

....................................(10)

Potensial listrik di titik B sama dengan usaha untuk membawa satu satuan muatan dari tak berhingga ke titik B (Johannes, 1978) r

B → → ⎡1 1⎤ VB − V∞ = − ∫ E . dr = kq ⎢ − ⎥ ⎣ rB ∞ ⎦ ∞

VB =

kq rB

....................................(11)

dimana : rA adalah jarak muatan A dari pusat koordinat

rB adalah jarak muatan B dari pusat koordinat

2.1.3. Medan listrik plat sejajar

Dalam dua plat tipis M dan N yang dipasang sejajar dengan jarak d, plat M bermuatan + q dan plat N bermuatan – q seperti pada gambar 2.3.

9


-q

+q

E →

→

→

EM

EM

EM →

→

EN

→

EN

M

EN

N d

Gambar 2.3. Plat sejajar bermuatan →

Jika kuat medan listrik yang ditimbulkan oleh plat M adalah E M dan oleh →

plat N adalah E N dan plat dianggap cukup besar maka medan listrik oleh plat tersebut dapat dianggap serba sama. Besar rapat muatan plat M adalah :

dan plat N adalah :

σM =+

q =σ A

....................................(12)

σ N =−

q =−σ A

....................................(13)

Kuat medan listrik pada sebelah kanan plat M adalah sebesar : →

∧

EM = + i

σ 2ε 0

....................................(14)

sedangkan kuat medan listrik disebelah kiri plat M adalah : →

∧

EM = − i

σ 2ε 0

(berarah ke kiri).

10

....................................(15)


Kuat medan listrik pada sebelah kanan plat N adalah sebesar : →

∧

EN = − i

σ 2ε 0

....................................(16)

sedangkan kuat medan disebelah kiri plat N sebesar : →

∧

EN = + i

σ 2ε 0

....................................(17)

Kuat medan resultan oleh kedua plat adalah : →

→

→

E=EM +EN

........................(18)

sehingga besarnya kuat medan listrik resultan adalah : Pada sebelah kiri plat sejajar : →

→

→

→

→

→

→

→

→

∧

E=EM +EN = −i

σ ∧ σ +i =0 2ε 0 2ε 0

∧

Didalam plat sejajar :

E=EM +EN = +i

Sebelah kanan plat sejajar :

E=EM +EN = +i

∧

∧ σ σ ∧ σ +i =+i 2ε 0 2ε 0 ε0

σ ∧ σ −i =0 2ε 0 2ε 0

Jadi, pada plat sejajar kuat medan listrik hanya terjadi didalam plat sejajar yaitu sebesar : →

E=

σ ε0

....................................(19)

dimana : σ = rapat muatan listrik (C/m3) ε0 = permitivitas hampa (8,854x10-12 C2/Nm2) Sebaliknya, diluar plat sejajar kuat medan listriknya sama dengan nol. Bila plat sejajar tersebut dihubungkan dengan sumber tegangan V maka hubungan

11


→

antara tegangan V dan medan listrik E dapat ditentukan sebagai berikut : (Sutrisno dan Tan Ik Gie, 1982) d →

→

∆V = − ∫ E . dr 0

V =Ed E=

....................................(20)

V d

2.2. Medan Magnet

Muatan yang bergerak atau arus listrik dapat menimbulkan medan magnet di ruang sekitarnya. Medan magnet adalah suatu daerah dimana pada daerah tersebut masih bekerja gaya magnet (Alonso dan Finn, 1994). Medan magnet adalah medan vektor, karena besaran medan magnet mempunyai besar dan arah. Salah satu besaran medan magnet adalah yang disebut →

induksi magnet dan dinyatakan dengan vektor B . Garis medan induksi magnet

disebut garis induksi. Arah garis singgung garis induksi pada suatu titik →

menyatakan arah vektor induksi magnet B pada titik tersebut. Besar vektor →

induksi magnet B dinyatakan oleh rapat garis induksi. Suatu daerah dengan induksi magnet yang kuat di lukiskan dengan garis induksi yang rapat dan begitu pula sebaliknya. (Sutrisno, 1982).

12


2.2.1. Gaya magnet yang ditimbulkan oleh muatan bergerak

Gaya yang ditimbulkan oleh sebuah medan magnet terhadap muatan yang bergerak dalam medan magnet tersebut adalah berbanding lurus dengan muatan listrik dan kecepatannya, arah gaya magnet akan tegak lurus terhadap bidang yang memuat vektor kecepatan dan vektor medan magnet (Alonso dan Finn, 1994). Jika digunakan sifat-sifat perkalian produk vektor, besarnya gaya yang bekerja sebesar : →

→

→

F =q v×B

dimana :

....................................(21)

→

F = gaya yang ditimbulkan oleh medan magnet →

v = kecepatan muatan

→

B = induksi magnet q = muatan yang bergerak →

→

→

Gaya tersebut merupakan gaya Lorentz, dimana F ⊥ ( v , B ) →

F

→

B

α →

v

Gambar 2.4. Hubungan vektor antara gaya magnet, induksi magnet dan kecepatan muatan.

13


→

Dari gambar 2.4 ditunjukkan bahwa arah gaya F yang ditimbulkan oleh →

→

muatan yang bergerak dengan kecepatan v dalam medan magnet B , arah gaya →

→

F keatas bidang bila q positif dan arah gaya F kebawah bidang bila q negatif

(Alonso dan Finn, 1994). Bila sebuah partikel bergerak didalam medan listrik dan medan magnet, gaya total yang bekerja terhadap partikel tersebut merupakan jumlah vektor gaya listrik dan gaya magnet yaitu sebesar : →

→

→

→

F = q (E + v × B )

........................(22)

2.2.2. Medan magnet yang ditimbulkan oleh kawat lurus berarus

Seperti ditunjukkan pada gambar 2.5 dan gambar 2.6. Untuk setiap titik P →

∧

∧

dan setiap elemen dl dari arus ini, vektor u T × u r selalu tegak lurus terhadap bidang yang dibentuk oleh P dan arusnya, dengan demikian arah vektor tersebut ∧

→

adalah seperti unit vektor u 0 . Di P medan magnetik yang ditimbulkan oleh dl adalah merupakan tangent (garis singgung) terhadap lingkaran berjari-jari R yang berpusat pada elemen arus yang melalui P dan di bidang yang tegak lurus terhadap arus tersebut. Oleh karena itu ketika dilakukan pengintegralan, kontribusi dari ∧

seluruh bentuk dalam integral mempunyai arah u 0 yang sama dan induksi magnet →

resultan B juga menyinggung lingkaran sehingga hanya diperlukan menghitung →

∧

∧

B . Besarnya u T dan u r adalah sin Ө karena merupakan unit vektor.

14


∧

Dimana : u T adalah vektor satuan arah tangensial ∧

u r adalah vektor satuan arah radial

Sehingga induksi magnet oleh kawat lurus berarus adalah : (Alonso dan Finn, 1994) →

B=

µ 0 ∞ sin θ I dl 4π ∫−∞ r 2

........................(23)

→

r = R csc θ

Dari gambar 2.5.

l = R cot (180 0 − θ ) = − R cot θ →

dl = R csc 2 θ dθ

sehingga :

........................(24)

Substitusi persamaan menghasilkan : →

B=

µ 0 π sin θ µ I π I∫ 2 ( R csc 2 θ dθ ) = 0 ∫ sin θ dθ 2 4π 0 R csc θ 4π R 0

dimana : l = − ∞ untuk θ = 0 dan l = + ∞ untuk θ = π . Maka :

→

B=

µ0 I 2π R

....................................(25)

µ0 I ∧ u0 2π R

...................................(26)

atau dalam bentuk vektor →

B=

15


S ∧

uT

θ

dl

∧

ur i

l

r

∧

uT

R

∧

→

u0

B ∧

P

uR ∧

ur Gambar 2.5. Induksi magnet yang ditimbulkan oleh arus lurus di titik P

i

→

B

Gambar 2.6. Garis-garis gaya magnetik di sekitar sebuah arus lurus

2.2.3. Medan magnet oleh arus dalam loop

Untuk merumuskan kuat medan magnet disepanjang kumparan solenoida harus ditinjau lebih dahulu kuat medan magnet oleh arus melingkar disepanjang sumbu yang melewati pusat dan tegak lurus dalam bidang lingkaran arus tersebut seperti ditunjukkan pada gambar 2.7.

16


→

i. dl

θ →

r

→

a

dB ⊥ b

→

dB

θ P

∧ →

k dB z

i

Gambar 2.7. Induksi magnet di sumbu lingkar arus

Apabila didalam kawat melingkar terdapat elemen arus yang mengalir sebesar i A seperti pada gambar 2.7, maka besarnya induksi magnet yang melewati kawat sebesar : →

∧

µ i dl × r dB = 0 4π r 2 →

........................(27) →

Apabila dipandang seluruh loop, resultan medan B arah tegak lurus →

sumbu z akan sama dengan nol, sebab i dl yang terletak berseberangan satu →

dengan yang lainnya menghasilkan dB yang sama tetapi berlawanan arah. Akibatnya induksi magnet seluruh loop mempunyai arah sumbu z, atau : →

∧

B=k Bz →

....................................(28)

→

karena i dl selalu tegak lurus r maka besarnya induksi magnet pada arah sumbu z adalah :

17


→

µ i dl dB z = 0 2 4π r →

........................(29)

→

→

jarak antara i dl ke titik P tidak tergantung letak i dl yaitu :

r 2 = (a 2 + b 2 )

........................(30)

→

komponen dB pada sumbu z adalah : ∧

dB z = k dB cos θ

µ0 4π µ dB z = 0 4π dB z =

........................(31)

i dl cos θ r2 i cos θ dl (a 2 + b 2 ) →

karena sudut Ө tidak tergantung pada letak i dl , persamaan diatas dapat ditulis : µ i Bz = 0 2 cos θ ∫ dl ........................(32) 4π (a + b 2 ) loop bila ∫ dl = panjang keliling loop = 2 π a , dan : cos θ =

a (a +b ) 2

2

1 2

maka persamaan (32) menjadi Bz =

µ 0 i (2π ) a 2 3 4π 2 2 2 (a + b )

Sehingga induksi magnet pada arah sumbu z di titik P adalah (Sutrisno, 1982) : →

B=

µ 0 i (2 π a 2 ) ∧ k 3 4π 2 2 2 (a + b )

18

........................(33)


2.2.4. Medan magnet yang ditimbulkan oleh kumparan solenoida

Solenoida merupakan kumparan yang dililitkan pada sebuah besi lunak berbentuk silinder panjang yang waktu dialiri arus listrik akan menimbulkan medan magnet, yang arahnya sepanjang sumbu solenoida seperti pada gambar 2.8.

l o d

o

o

a

x

x

c o b

x

x

Gambar 2.8. Arah medan magnet di sepanjang sumbu solenoida

Medan magnet tersebut merupakan resultan dari medan-medan yang ditimbulkan oleh banyaknya lilitan yang membentuk solenoida tersebut. Besar induksi magnet yang berada didalam solenoida adalah : → →

∫ B . dl = µ 0 i

....................................(34)

Jika i adalah arus yang terkandung dalam lengkung abcda, maka

→ →

∫ B. dl

abcd → →

dapat dijabarkan

→ →

→ →

→ →

→ →

∫ B . dl = ∫ B . dl + ∫ B . dl + ∫ B . dl + ∫ B . dl

abcda

ab

bc

cd

da

= Bl + 0 + 0 + 0 = Bl penjelasan :

1).

→

............(35)

B adalah induksi magnet di dalam solenoida dan l

adalah panjang lilitan solenoida.

19


2).

→

→

Integral pertama : karena pada ab, B sejajar dl →

→

sehingga sudut antara B dan dl yaitu Ө sama dengan → →

nol maka B . dl = B dl cos θ = B dl

3).

………………(36)

→

→

Integral ke dua = 0, karena B tegak lurus dl sehingga →

→

sudut antara B dan dl yaitu Ө sama dengan 90o maka pada → →

B . dl = B dl cos θ = B dl cos 90 o = 0

integral bc = da, maka 4).

∫ B . dl

………………(37)

sama dengan 0 (nol).

Karena arus yang di lingkupi bidang Gauss sama dengan nol sehingga tidak ada induksi magnet, maka ∫ B . dl sama dengan nol. cd

Hukum ampere menyatakan

→ →

∫ B . dl = ∫ B . dl

abcda

= µ0 i

………(38)

ab

Arus yang terkandung dalam lengkungan abcda dapat dihitung sebagai berikut : Bila sepanjang seluruh solenoida terdapat N buah lilitan sama rapat dan tiap lilitan dialiri arus I , maka arus tiap satuan panjang (seluruh) solenoida adalah i=

NI L

20


Untuk solenoida yang mempunyai panjang l, arus i yang dibawa adalah : i=

NI l L

....................................(39)

Maka induksi magnet didalam solenoida adalah (Sutrisno, 1982) : B = µ0

NI L

....................................(40)

2.3. Elektrolisis

Apabila dalam suatu larutan elektrolit ditempatkan dua elektroda dan dialiri arus listrik searah, maka terjadi peristiwa elektrolisis. Dalam elektrolisis ion positif bergerak ke katoda dan menerima elektron atau reduksi, sedangkan ion negatif (anion) bergerak ke anoda dan menyerahkan elektron atau oksidasi. Arus listrik yang melewati elektroda akan menimbulkan reaksi kimia dimana tenaga listrik akan berubah menjadi tenaga kimia. Pada kation atom akan kehilangan satu elektron sehingga menjadi bermuatan negatif, pada anion atom akan melepaskan satu elektron sehingga menjadi bermuatan positif. (Johannes, 1987) Elektroda dalam proses elektrolisis sangat penting, karena elektroda merupakan salah satu alat untuk menghantarkan atau menyampaikan arus listrik ke dalam larutan agar dalam larutan tersebut terjadi suatu reaksi (perubahan kimia). Elektroda tempat terjadi reaksi reduksi disebut katoda sedangkan tempat terjadinya reaksi oksidasi disebut anoda.

21


2.3.1. Pengertian electromagnetic plating Electromagnetic plating adalah suatu alat pengolahan yang dapat

digunakan untuk menurunkan kadar logam yang terdapat di larutan atau limbah selain berperan dalam proses penyepuhan (pelapisan) pada logam. Alat ini dilengkapi dengan dua buah plat elektroda logam dan solenoida berinti besi (ferrit). Dengan adanya arus pada solenoida akan menghasilkan medan magnet dalam solenoida, sehingga ion-ion logam akan mengalami gaya magnet. Arah dorongan gaya magnet terhadap ion-ion dalam limbah menuju ke arah elektroda. Dengan adanya medan listrik maka atom Cr didalam limbah akan mengalami suatu gaya listrik yang mengakibatkan atom tersebut akan terdisosiasi (terpecah) menjadi ion-ion positif dan ion-ion negatif. Sesuai dengan jenis muatannya, ionion positif akan menuju katoda (elektroda negatif) dan ion-ion negatif akan menuju anoda (elektroda positif) (Hartomo, 1992). Sesuai dengan hukum gaya Lorentz, apabila sebuah ion logam yang bergerak atau mempunyai kecepatan tertentu di dalam medan magnet maka timbul suatu gaya terhadap ion tersebut. Gaya yang ditimbulkan oleh sebuah medan magnet terhadap sebuah ion logam yang bergerak adalah berbanding langsung dengan muatan listrik dan kecepatannya, arah gaya tersebut akan tegak lurus terhadap arah kecepatan ion (Alonso dan Finn, 1994). Pada alat reduktor electromagnetic plating, medan magnet yang dihasilkan oleh solenoida merupakan medan magnet yang mempunyai arah dan intensitas yang sama di seluruh titik dalam medan magnet. Ion-ion yang bergerak dengan kecepatan v dan tegak lurus terhadap medan magnet akan mengalami gaya magnet

22


yang mengubah arah kecepatan ion tersebut tanpa mengubah besarnya. Ion-ion akan bergerak melingkar berbentuk helix yang percepatannya menuju ke pusat (sentripetal). Lintasan muatan ion-ion positif dan negatif dalam medan magnet ditunjukkan pada gambar 2.9 (Alonso dan Finn, 1994).

B

B

q positif, B keluar bidang gambar ω masuk ke bidang gambar

q negatif, B dan ω keluar bidang gambar

Gambar 2.9. Lintasan melingkar muatan-muatan positif dan negatif dalam sebuah medan magnet.

Dengan : q = Muatan listrik (Coulomb) B = induksi magnet (Tesla)

ω = kecepatan sudut (Coulomb Tesla/kg)

2.3.2. Prinsip kerja electromagnetic plating

Prinsip kerjanya adalah berdasarkan konsep kimia dan fisika, Dua buah elektroda atau lebih dialiri arus listrik sehingga menghasilkan beda potensial tertentu, plat tersebut dimasukkan kedalam suatu larutan atau limbah yang mengandung logam-logam tertentu atau garam-garam tertentu, sehingga

23


diharapkan ion-ion logam atau garam tersebut dapat menempel pada plat elektroda sesuai dengan muatan ionnya. Reaksi yang terjadi pada elektroda tersebut adalah : 1.

Reaksi pada katoda

a. Dalam larutan yang mengandung ion-ion logam alkali, ion-ion alkali tanah, ion-ion ini tidak dapat direduksi dari larutan, akan tetapi yang mengalami reduksi adalah pelarutnya (air) dan terbentuk gas hidrogen (H2) pada katoda. 2 H2O + 2 e- → 2 OH- + H2 b. Dalam larutan yang mengandung asam, maka ion H+ akan direduksi menjadi gas hidrogen pada katoda. 2 H+ + 2 e- → H2 c. Dalam larutan yang mengandung ion-ion logam yang lain maka ion-ion tersebut akan direduksi menjadi masing-masing logamnya dan logam yang terbentuk akan menempel pada permukaan batang katoda. Contoh :

Ag+ + e-

→ Ag

Zn2+ + 2 e- → Zn

2. Reaksi pada anoda

a. Ion-ion halida ( F- , Cl- , Br- , I- ) akan dioksidasi menjadi halogen. 2 Cl- → Cl2 + 2 eb. Ion OH- dari basa akan dioksidasi menjadi gas oksigen (o2). 4 OH- → 2 H2O + O2 + 4 e-

24


c. Anion-anion yang lain ( SO42- , NO3- ) tidak dapat dioksidasi dari larutan, yang akan dioksidasi hanya pelarutnya (air) maka terbentuk gas oksigen pada anoda. 2 H2O → 4 H+ + O2 + 4 e-

Medan magnet dalam electromagnetic plating dihasilkan dari kumparan elektromagnet yang sebenarnya merupakan solenoida atau lilitan kawat email tembaga yang dialiri arus listrik. Ion-ion Cr yang bergerak dengan kecepatan v , dalam suatu medan magnet akan mengalami gaya magnet sebesar : →

→

→

F =q v× B

ion-ion Cr kemudian terdorong atau tertarik oleh gaya magnet tersebut dan akhirnya menempel pada elektroplate (plat elektroda) yang tersedia. Oleh karena itu arah gaya magnet sangat berpengaruh karena menentukan arah dorongan ion-ion logam Cr ke elektroplate yang berfungsi sebagai katoda. Dalam menentukan gaya magnet ini yang perlu diatur adalah arah arus pada lilitan kawat dalam kumparan elektromagnet, karena arah arus akan menentukan arah medan magnet dalam solenoida. Arah gaya magnet, arus listrik dan medan magnetnya dapat ditentukan dengan bantuan kaidah tangan kanan seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.10.

25


Gambar 2.10. Kaidah tangan kanan

Secara umum mekanisme pereduksian kadar penyamakan kulit seperti terlihat pada gambar 2.11.

Cr

dalam limbah

Gambar 2.11. Mekanisme kerja gaya magnet pada alat electromagnetic plating

26


Adapun arah penempelan ion-ion Cr ditunjukkan pada gambar 2.12 dan 2.13 :

→

B

(induksi magnet)

→

v

Q

→

F

(kecepatan aliran muatan)

(gaya yang bekerja)

Plat (anoda)

Gambar 2.12. Arah penempelan ion negatif karena pengaruh gaya magnet

Plat (katoda) →

F

(gaya yang bekerja)

→

v

+

(kecepatan aliran muatan)

Q

→

B

(medan magnet)

Gambar 2.13. Arah penempelan ion positif karena pengaruh gaya magnet

27


Pada katoda (gambar 2.13) gaya total yang diterima hanya ditimbulkan dari kumparan solenoida pada sebelah kanan, sedangkan pada anoda (gambar 2.12) dipengaruhi oleh adanya gaya yang dihasilkan oleh elektroda dan solenoida sebelah kiri. Secara singkat mekanisme pereduksian chrom dalam limbah penyamakan kulit dengan reduktor electromagnetic plating yaitu terjadinya proses disosiasi (pemecahan) dari atom chrom karena adanya gaya listrik oleh plat elektroda. Proses disosiasi ini diperkuat oleh adanya medan magnet yang berfungsi sebagai pendorong (driving force) untuk mengarahkan penempelan ion-ion pada plat elektroda sesuai dengan jenis muatan ionnya, yaitu ion positif akan bergerak dan menempel menuju ke elektroda negatif (katoda) dan ion negatif akan bergerak dan menempel pada elektroda positif (anoda). Sehingga pada akhir proses di dapatkan limbah yang terreduksi kadar chromnya karena ion-ionnya telah menempel sempurna pada elektroda.

2.3.3. Deret Volta

Deret volta adalah urutan logam-logam ditambah hidrogen berdasarkan kenaikan potensial elektroda standarnya. Deret Volta atau deret potensial logam dan sifat plat elektroda yang diurutkan dari yang terkecil ke terbesar : K-Ba-Ca-Na-Mg-Al-Mn-Zn-Cr-Fe-Cd-Co-Ni-Sn-Pb-(H)-Sb-Bi-Cu-Hg-Ag-Pt-Au Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam deret Volta :

28


* Makin ke kanan letak suatu logam maka harga potensial reduksinya semakin besar. Ini berarti bahwa logam-logam di sebelah kanan mudah mengalami reduksi sehingga Tembaga lebih mudah dalam mengangkap ion-ion krom yang ada di limbah (Hartomo, 1992 ).

2.4. Chrom

Unsur chrom dalam sistem periodik unsur dikategorikan sebagai salah satu unsur logam berat. chrom mempunyai nomor atom (NA) 24 dan berat atom (BA) 51,996. Di alam, chrom ditemukan dalam bentuk persenyawaan padat atau mineral dengan unsur-unsur lain. Sebagai bahan mineral, chrom paling banyak ditemukan dalam bentuk chromit (FeOCr2O3). Chrom juga membentuk alloy (campuran logam) dengan logam lain, seperti dengan besi disebut ferrochromium. Chrom dapat masuk ke dalam lingkungan dikarenakan adanya kegiatan-

kegiatan industri, kegiatan rumah tangga dan pembakaran bahan bakar. Chrom dapat masuk ke lingkungan perairan, udara maupun tanah. Chrom di udara ditemukan dalam bentuk debu atau partikulat-partikulat. Dalam lingkungan perairan, chrom dapat masuk melalui sumber-sumber chrom yang berkaitan dengan aktifitas manusia berupa limbah industri, disamping adanya faktor alamiah yakni terjadinya erosi dari batuan mineral (Sugiyarto, 1997).

29


2.5. Standar baku mutu chrom

Berdasarkan keputusan Gubernur No. 281/KPTS/1998 tentang baku mutu limbah cair bagi kegiatan industri di Propinsi Daerah Istimewa Yogyakarta untuk industri penyamakan kulit, konsentrasi dari chrom total maksimal yang diperbolehkan sehingga aman untuk dibuang ke lingkungan tidak lebih dari 0,4 ppm (Anonim, 1998).

30


BAB III METODE PENELITIAN

3.1.

Lokasi Penelitian Penelitian ini akan dilakukan di Laboratorium Pengelolaan Limbah Radioaktif PTAPB-BATAN Yogyakarta.

3.2.

Obyek penelitian Limbah cair penyamakan kulit yang mengandung kadar logam chrom (Cr).

3.3.

Waktu penelitian Waktu penelitian dilakukan pada bulan Desember 2006 sampai dengan selesai dilanjutkan dengan pengolahan dan penyusunan data.

3.4.

Variabel penelitian a.

Variabel bebas (Independent variable) Meliputi variasi jumlah lilitan pada kumparan elektromagnetik dengan sumber tegangan 12 Volt, dimana pada masing–masing jenis kumparan dilakukan variasi kuat arus dan waktu proses.

b.

Variabel terikat (dependent variable) Kadar chrom (Cr) dalam limbah penyamakan kulit dengan kadar awal 1794,4 ppm.

31


3.5.

Tahapan Persiapan Penelitian

3.5.1. Bahan Yang Digunakan Dalam Penelitian a.

Limbah cair dari industri penyamakan kulit yang mengandung logam chrom (Cr).

b.

Plat elektroda tembaga.

3.5.2. Peralatan Yang Digunakan Dalam Penelitian Perangkat electromagnetic plating, pompa masterflex, multi meter, stopwatch, beker gelas 2000ml, beker gelas 1000ml, kertas saring, pipet, gelas ukur, corong, adaptor dan jerigen 20 liter.

32


3.6.

Diagram Tahap Penelitian Perangkaian alat electromagnetic plating

Pemeriksaan dan penyempurnaan alat

Penyiapan dan penelitian sampel awal

Percobaan Alat electromagnetic plating (dengan berbagai jumlah lilitan)

Percobaan dg variasi waktu proses

Percobaan dg variasi kuat arus

Analisis hasil Pengambilan sampel Analisa Laboratorium

Data percobaan Analisis data dan pembahasan Kesimpulan Gambar 3.1. Diagram tahap penelitian

33


3.7. Prosedur Penelitian

3.7.1. Tahap Perancangan Alat Electromagnetic Plating Perancangan alat electromagnetic plating ini terdiri dari perancangan empat komponen pokok, yaitu :

3.7.1.1.Pembuatan Kumparan Elektromagnet/Solenoida Kumparan Elektromagnet tersusun atas lilitan kawat tembaga dengan pusat kumparan berupa besi sehingga membentuk susunan solenoida. Lilitan kawat ini dibuat dari email tembaga. Pada penelitian ini dibuat 3 macam kumparan solenoida, yaitu : •

Tiap kumparan terdiri dari 890, 1090 dan 1290 lilitan, masing-masing dengan panjang inti besinya 7,5 cm diameter inti besi 1,5 cm dan diameter kawat lilitan 0,77 mm.

Magnet buatan atau solenoida yang digunakan sebanyak 16 buah yang disusun berjajar pada dua buah sisi, masing-masing sisi terdapat 8 buah kumparan dan disusun seri dengan tujuan untuk memperbesar resistansi kawat atau email sehingga solenoida tidak cepat panas. Kedua sisi dihubungkan secara paralel yang bertujuan untuk memperbesar arus yang masuk ke solenoida sehingga medan magnet yang dihasilkan lebih besar. Kumparan elektromagnet ini dialiri arus searah (DC) mulai dari 0,3; 0,4; 0,5 hingga 0,6 ampere.

34


Agar lebih jelas maka disajikan gambar alat electromagnetic plating tampak dari atas seperti pada gambar 2.11. dan gambar alat electromagnetic plating tampak dari depan pada gambar 3.2.

35


Gambar 3.2. Alat electromagnetic plating tampak dari depan

36


3.7.1.2. Plat elektroda Alat electromagnetic plating dilengkapi dua buah plat elektroda yang terbuat dari tembaga dengan tebal 2mm, lebar 2cm, dan panjang 85 cm yang dibuat berlekuk-lekuk sehingga panjangnya menjadi 55 cm. Tujuan dibuat berlekuk-lekuk

adalah

untuk

memperluas

permukaan

plat

sehingga

memungkinkan terjadinya penempelan ion lebih banyak. Plat elektroda ini dialiri arus searah 0,5 ampere yang bersumber dari adaptor 3 ampere 12 volt. Jarak antara anoda dan katoda adalah 2 cm, seperti terlihat pada gambar 3.3. (+)

55 cm

(-)

Gambar 3.3. Electroplate sebagai tempat penempelan ion logam Cr

3.7.1.3. Bak kontak Bak kontak berfungsi sebagai tempat berlangsungnya penempelan ion-ion logam pada plat elektroda. Bak kontak berbentuk tabung dengan tinggi 60 cm dan diameter 4,5 cm. Terbuat dari gelas kaca dengan sifat tahan terhadap suhu hingga 200oC, tahan terhadap perubahan suhu sampai 150oC, tahan terhadap korosi tinggi (0< PH <14) pada suhu kurang dari 1000oC. Pada bak kontak terdapat tiga saluran yaitu saluran input (masukan), saluran output (keluaran) yang terletak dibagian

37


atas bak kontak, dan saluran pembuangan yang terletak di bagian bawah bak kontak, seperti pada gambar 3.4. 4,5 cm 5 cm

Saluran output Saluran input

50 cm

5 cm Saluran pembuangan

Gambar 3.4. Bak kontak tempat terjadinya penangkapan ion-ion Cr

3.7.1.4. Power Supply a. Power supply untuk kumparan solenoida Solenoida diaktifkan dengan sumber arus yang dapat divariasikan. b. Power supply untuk plat elektroda Plat elektroda diaktifkan dengan sumber arus 0,5 ampere. c. Power supply Power supply untuk pompa (masterflex) menggunakan adaptor arus searah (DC).

38


3.7.2. Tahap Operasional Alat Limbah Cr cair dimasukkan ke dalam beker gelas, kemudian dialirkan ke dalam bak electromagnetic plating melalui saluran input dengan pompa masterflex dengan debit 40 ml/menit. Limbah Cr akan mengalir keatas hingga saluran output. Power supply untuk plat elektroda diaktifkan untuk mengalirkan kuat arus sebesar 0,5 ampere. Sedang kuat arus pada solenoida divariasi mulai dari 0,3; 0,4; 0,5 hingga 0,6 ampere. Limbah Cr yang sampai pada saluran output akan dialirkan kembali ke dalam beker gelas dan dipompa kembali ke saluran input dengan waktu proses tertentu. Berikut ini merupakan skema pengambilan sampel.

Sampel

Limbah Awal Saluran Input

Alat electromagnetic plating (dengan berbagai jumlah lilitan)

Variasi Kuat arus

Variasi waktu proses

Output

Sampel

Beker Gelas Gambar 3.5. Skema pengambilan sampel

39

Pompa


3.7.3. Tahap Pelaksanaan Penelitian a.

Pengambilan Sampel

b.

Analisa Sampel Limbah Cr di analisa dengan teknik AAS di Laboratorium Pertanian UGM Yogyakarta.

3.7.3.1.Percobaan Variasi Kuat Arus Solenoida dan Waktu Kontak.

1. Jumlah lilitan : 890 a. Limbah Cr dengan kadar awal 1794,4 ppm sebanyak 1400 ml, ditempatkan dalam gelas beker 2000 ml, dipompa dengan pompa masterflex dengan debit 40 ml/menit ke dalam saluran input yang terletak dibagian bawah bak kontak. b. Karena pemompaan yang terus menerus, maka permukaan air limbah dalam bak kontak akan naik hingga mencapai saluran output pada bagian atas bak kontak. c.

Pada power supply untuk plat elektoda dihidupkan arus 0,5 A. Sedang pada solenoida dibuat bervariasi pada arus 0,3; 0,4; 0,5 hingga 0,6 ampere dengan menggunakan elektroda tembaga.

d. Air limbah yang keluar dari saluran output dialirkan kembali ke gelas beker kemudian dialirkan kembali ke saluran input sehingga air limbah masuk kembali ke dalam bak kontak. Perulangan ini berjalan terus

40


menerus sesuai dengan waktu proses yang divariasikan selama 10, 20, 30 dan 40 menit pada masing-masing kuat arus. e. Kadar limbah Cr setelah pengolahan dapat kita ketahui dengan mengambil cuplikan dari saluran output dengan waktu proses yang telah ditentukan lalu dianalisis.

2. Jumlah lilitan : 1090 * Perlakuan sama dengan poin (a) hingga (e) seperti pada variasi jumlah lilitan poin 1.

3. Jumlah lilitan : 1290 * Perlakuan sama dengan poin (a) hingga (e) seperti pada variasi jumlah lilitan poin 1 dan 2.

Keterangan : A. Variasi kuat Arus Variasi Kuat Arus dilakukan untuk mengetahui dan mendapatkan kondisi kuat arus optimal pada solenoida untuk menurunkan kadar Cr.

B. Variasi Waktu Kontak Variasi Waktu Kontak dilakukan untuk mengetahui dan mendapatkan waktu kontak optimal untuk menurunkan kadar Cr.

41


42


BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

A. HASIL PENELITIAN 4.1.1. Variasi kuat arus pada solenoida Tabel 4.1. Penurunan kadar Cr dengan variasi kuat arus pada solenoida dengan jumlah lilitan yang berbeda-beda (kondisi percobaan : Anoda/Katoda Tembaga; Arus elektroda 0,5A; Tegangan elektroda 5V; Volume limbah 1400 ml; Kecepatan aliran limbah 40 ml/menit; Konsentrasi awal Cr 1794,4 ppm; Waktu proses 30 menit ). A.

Jumlah lilitan = 890 lilitan Kuat arus (ampere) 0 0,3 0,4 0,5 0,6

induksi magnet (Tesla)

Konsentrasi akhir (ppm) 25,8 0,071 0,019 0,5957 5,468

0 0,004 0,006 0,007 0,009

Efisiensi (%) 98,562 99,996 99,998 99,967 99,695

B. Jumlah lilitan = 1090 lilitan Kuat arus (ampere) 0 0,3 0,4 0,5 0,6

Induksi magnet (Tesla)

0 0,005 0,007 0,009 0,011

42

Konsentrasi akhir (ppm) 25,8 0,061 0,209 0,107 0,227

Efisiensi (%) 98,562 99,997 99,988 99,994 99,987


C. Jumlah lilitan = 1290 lilitan Kuat arus (ampere) 0 0,3 0,4 0,5 0,6

Induksi magnet (Tesla)

Konsentrasi akhir (ppm) 25,8 0 0,127 0,006 0,024

0 0,006 0,009 0,011 0,013

Efisiensi (%) 98,562 100 99,993 99,999 99,997

Dari tabel 4.1 A, B dan C di atas dapat di buat grafik hubungan kuat arus terhadap konsentrasi Cr pada masing-masing solenoida seperti pada gambar 4.1.

0.5 0.45 0.4 0.35 1290 llitan

0.3 Konsentrasi Cr 0.25 (ppm) 0.2

1090 lilitan 890 lilitan

0.15 0.1 0.05 0 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Kuat arus (ampere)

Gambar 4.1. Grafik hubungan kuat arus terhadap konsentrasi Cr pada solenoida dengan jumlah lilitan 1290, 1090 dan 890.

43


4.1.2. Variasi Waktu Proses Tabel 4.2. Penurunan kadar Cr dengan variasi waktu proses dengan jumlah lilitan yang berbeda-beda (kondisi percobaan : Anoda/Katoda Tembaga; Arus elektroda 0,5A; Tegangan elektroda 5V; Arus solenoida 0,3A; Volume limbah 1400 ml; Konsentrasi awal Cr 1794,4 ppm; Kecepatan aliran limbah 40 ml/menit). A.

Jumlah lilitan = 0 (I = 0A/tanpa solenoida) Waktu proses (menit) 0 10 20 30 40

B.

efisiensi (%) 0 97,021 98,414 98,562 100

Jumlah lilitan = 890 lilitan Waktu proses (menit) 0 10 20 30 40

C.

Konsentrasi akhir (ppm) 1794,4 53,45 28,45 25,8 Tidak terdeteksi


Efisiensi (%) 0 97,202 99,607 99,996 100


Efisiensi (%) 0 98,590 99,508 99,997 100


44


D.


Konsentrasi akhir (ppm) 1794,4 141,63 1,136 0 Tidak terdeteksi

Efisiensi (%) 0 92,107 99,937 100 100

Dari tabel 4.2. A, B, C dan D dapat dibuat grafik hubungan waktu proses terhadap konsentrasi Cr seperti pada gambar 4.2. 150 140 130 120 110 100 90 Konsentrasi Cr 80 70 (ppm) 60 50 40 30 20 10 0

1290 lilitan 1090 lilitan 890 lilitan tanpa solenoida

0

10

20

30

40

50

Waktu proses (menit)

Gambar 4.2. Grafik hubungan waktu proses terhadap konsentrasi Cr pada masing-masing solenoida untuk arus 0,3 ampere.

45


4.1.3. Variasi Jumlah Lilitan Tabel 4.3.

Efisiensi penurunan kadar Cr (%) oleh alat electromagnetic plating tanpa lilitan dan jumlah lilitan 890, 1090 dan 1290 (kondisi percobaan : Anoda/Katoda Tembaga; Arus pada solenoida 0,3A; Arus elektroda 0,5A; Tegangan elektroda 5V; volume limbah 1400ml; kecepatan aliran limbah 40 ml/menit; Konsentrasi awal Cr 1794,4 ppm; Waktu proses 30 menit). Jumlah lilitan 0 890 1090 1290

Konsentrasi akhir (ppm) 25,8 0,071 0,061 0

Efisiensi (%) 98,562 99,996 99,997 100

Berdasarkan tabel 4.3 dapat dibuat grafik hubungan antara jumlah lilitan pada kondisi kuat arus dan waktu proses optimal Vs konsentrasi akhir Cr, pada gambar 4.3. 0.5 0.45 0.4 0.35 0.3 Kadar Cr (ppm) 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0

250

500

750

1000

1250

Jumlah lilitan

Gambar 4.3. Grafik hubungan antara jumlah lilitan pada kondisi kuat arus dan waktu proses optimal Vs konsentrasi akhir Cr.

46


B. PEMBAHASAN

A. Variasi kuat arus solenoida Variasi Kuat arus dilakukan untuk mendapatkan kondisi optimal kuat arus pada kumparan/solenoida untuk menurunkan kadar Cr. Dari tabel 4.1 untuk masing-masing solenoida, terlihat bahwa pada percobaan dengan kuat arus 0 ampere didapatkan konsentrasi Cr yang masih cukup tinggi yaitu 25,8 ppm, hal ini di sebabkan karena di dalam reduktor electromagnetic plating hanya bekerja gaya listrik yang berasal dari elektroda. Tidak adanya gaya magnet yang mengarahkan penempelan ion-ion Cr pada elektroda menyebabkan ion-ion Cr hanya bergerak ke atas dan menempel pada bagian dalam dari elektroda saja karena pada elektroda bagian dalam tersebut terjadi pengkutuban (polarisasi) muatan listrik, akibatnya ion-ion Cr hanya menempel ditempat tersebut sehingga masih banyak ion-ion Cr yang tertinggal dalam air limbah. Kuat arus optimal untuk solenoida dengan jumlah lilitan 890 adalah sebesar 0,4 ampere, akan tetapi dengan kuat arus 0,3 ampere kadar Cr dalam limbah sudah memenuhi syarat kesehatan (dibawah 0,4 ppm). Untuk solenoida dengan jumlah lilitan 1090 dan1290 llilitan diperoleh kuat arus optimal pada 0,3 ampere. Nilai efisiensi yang fluktuatif ini terjadi karena kejenuhan pada elektroda yang digunakan. Elektroda tersebut sudah berkurang kemampuannya untuk menarik ion-ion Cr yang masih tersisa dalam air limbah karena seluruh

47


permukaannya telah tertutup oleh ion-ion Cr. Disamping itu ion-ion Cr yang telah menempel pada permukaan elektroda mengalami dorongan gaya magnet yang terlalu kuat sehingga mengakibatkan ion-ion Cr yang telah menempel pada permukaan elektroda terlepas kembali dan larut dalam larutan limbah semula.

B. VARIASI WAKTU PROSES Variasi waktu proses dilakukan untuk mengetahui waktu proses optimal untuk menurunkan kadar Cr dengan alat electromagnetic plating yang menggunakan solenoida dengan jumlah lilitan yang berbeda-beda. Pada tabel 4.2. terlihat setiap penambahan waktu proses pada masingmasing solenoida, konsentrasi Cr dalam limbah semakin berkurang sampai pada titik jenuh, yaitu waktu proses dimana konsentrasi Cr minimum. Dari gambar 4.2 dapat terlihat juga waktu proses yang optimal adalah 30 menit karena pada waktu proses tersebut di dapatkan kadar Cr paling rendah, sedangkan pada waktu proses selama 40 menit sudah tidak dapat dilihat lagi nilai penurunan kadarnya.

C. VARIASI JUMLAH LILITAN Dari kuat arus dan waktu proses optimal diperoleh data pada masingmasing jumlah lilitan solenoida seperti pada tabel 4.3.

48


Dari tabel 4.3 terlihat bahwa untuk waktu proses maksimal 30 menit dan arus solenoida maksimal 0,3 ampere diperoleh penurunan kadar Cr yang semakin besar seiring bertambahnya jumlah lilitan.

49


BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. KESIMPULAN Dari hasil penelitian proses pengolahan limbah cair penyamakan kulit dengan alat reduktor electromagnetic plating diperoleh kesimpulan sebagai berikut : 1.

Adanya medan magnet pada alat reduktor electromagnetic plating menyebabkan penempelan ion-ion chrom pada elektroda lebih efektif sehingga memperbesar efisiensi penurunan kadar chrom dalam limbah penyamakan kulit.

2.

Kondisi kuat arus solenoida yang optimal pada masing-masing solenoida adalah 0,3A dan waktu proses yang optimal pada masingmasing solenoida adalah 30 menit.

3.

Pada penelitian ini penurunan kadar chrom (Cr) semakin besar seiring bertambahnya jumlah lilitan solenoida.

4.

Alat reduktor electromagnetic plating mampu menurunkan kadar chrom (Cr) dalam limbah penyamakan kulit dengan efisiensi terbaik sebesar 100%.

50


5.2.

SARAN 1. Perlu

pengkajian

yang

lebih

dalam

pada

alat

reduktor

electromagnetic plating mengenai debit air limbah dan penggunaan bahan lain untuk elektroda. 2. Dalam percobaan ini perlu dilakukan percobaan lanjutan untuk mereduksi logam selain chrom.

51


DAFTAR PUSTAKA

Alonso M. dan Finn Edward J., 1994, Dasar-dasar fisika universitas (terjemahan Lea Prasetya dan Kusnul Hadi), edisi kedua, Jakarta : Erlangga Anonim., 1998, Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor 12 Tahun 1995 Tentang Perbahan Peraturan Pemerintah Nomor 19 Tahun 1994 Tentang pengelolaan Limbah B3, Jakarta. Anshory, Irfan., 1988, Petunjuk Pelajaran Kimia, Bandung : Ganeca Exact Bandung Efendi,Y.M., 2006, Reduktor Elektromagnet Plating Untuk Mereduksi Logam besi (Fe) dan mangan (Mn) pada air sumur dalam, Skripsi, Yoyakarta : Sanata Dharma Hartomo A. dan Tomijiro Kaneko., 1992, Mengenal Pelapisan Logam (Elektroplating), Yogyakarta : PT Andi offset Hastuti, Puji., 2005, Penurunan Kadar Ag Dalam Limbah Pencucian Film Dengan Metode Elektromagnetik Plating, Skripsi, Yogyakarta : STTN JOHANNES., 1978, LISTRIK dan MAGNET, Jakarta : Balai Pustaka Sutrisno dan Tan Ik Gie., 1982, Fisika Dasar, Bandung : Penerbit ITB Bandung Sugiyarto sigit., 1997, Penurunan Kadar Chrom Dalam Limbah B3 Dengan Reduktor Elektromagnetik Plating, Skripsi, Yogyakarta : STTL Wilardjo Liek., 1997, Kamus Istilah Fisika, Jakarta : PT Gramedia Widiasarana Indonesia

52

SKRIPSI. Disusun oleh : Stevanus Galih Pitoyo

Recommend Documents