Vol. 2, No. 2 Juni 2017 e-ISSN: 2502-8944

Vol. 2, No. 2 Juni 2017
e-ISSN: 2502-8944
ENTHALPY-Jurnal Ilmiah Mahasiswa Teknik Mesin
PENGARUH KADAR GARAM TERHADAP DAYA YANG DIHASILKAN
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR GARAM SEBAGAI ENERGI
ALTERNATIF TERBARUKAN
Fachrul Arizal¹, Muhammad Hasbi², Abd. Kadir³
¹Mahasiwa Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Halu Oleo
³Dosen Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Halu Oleo
Jl. H.E.A Mokodompit, Kampus Hijau Bumi Tridarma Andounohu, Kendari 93232
Abstrak
Tujuan penelitian ini yaitu untuk mengetahui pengaruh perbandingan kadar garam terhadap daya listrik yang
dihasilkan pembangkit listrik air garam sebagai energi listrik alternatif terbarukan. Alat dan bahan yang
digunakan pada penelitian ini yaitu AVO meter, tang, mistar, gelas ukur, neraca analitik, salt meter, garam,
plat tembaga, plat aluminium, kabel dan kaca. Prosedur penelitian ini adalah mempersiapkan alat dan bahan,
kemudian membuat sel elektrokimia sebanyak 2 pasang sel elektrokimia dan penampung air dan garam
menggunakan kaca dengan volume air 2 liter, membuat rangkaian seri plat tembaga dan aluminium,
membuat larutan air dan garam, kemudian melakukan pengujian daya listrik air garam sebagai sumber energi
alternatif menggunakan AVO meter. Parameter yang diukur pada penelitian ini yaitu besar potensial listrik
dan kuat arus yang mampu dihasilkan air garam dengan variasi jumlah massa garam 25 g, 50 g, 75 g,100 g,
125 g, 150 g, 175 g, 200 g, dan 225 g dilakukan untuk memberikan beda kadar garam. Setelah melakukan
pengujian air garam menjadi sumber energi alternatif, daya yang besar didapatkan pada kadar garam 74 %
atau dengan massa garam 175 g yang menghasilkan daya sebesar 0.058 Watt, sedangkan nilai daya terendah
terdapat pada kadar garam 7 % atau dengan massa garam 25 g yang dimana hanya mampu menghasilkan
daya listrik sebesar yaitu 0,011 Watt. Untuk menyalakan lampu LED 1,5 W menggunakan metode sel
elektrokimia dapat dilakukan dengan membuat sel sebanyak 20 sel dengan volume air sebanyak 2000 ml
dan dicampur dengan garam sebanyak 175 g garam dengan kadar garam 74 %. Menggunakan 20 pasang sel
elektroda aluminium dan tembaga dimana masing-masing elektroda berukuran 3 cm x 6 cm.
Kata kunci : Air garam, sel elektrokimia, kadar garam, dan daya.
Abstract
The purpose of this study is to find out of salinity towards electric power produced by salt water power plants
as a renewable alternative electrical energy. Tool and materials used in this research were the AVO meter,
pliers, copper plate, aluminium plate, ruler, measuring cups, balance analitik, salt meter, salt, copper plate,
aluminum plate, cable and glass. The procedure of this study was preparing tools and materials, then
making an electrochemical cell as much as 2 pairs of electrochemical cells and a container of water and salt
using glass with 2 liter volume of water, making the series circuit copper plate and aluminum, making a
solution of water and salt, then testing the power of salt water as a source alternative energy using AVO
meter. The parameters measured in this study was a large electric potential and strong currents are able to
produce brine with amounts of salt variety 25 g, 50 g, 75 g, 100 g, 125 g, 150 g, 175 g, 200 g and 225 g,
done to provide different salinity. After testing the brine into alternative energy sources, large power
obtained on the salinity 74% or with mass of salt 175 g which produce the power that is equal to 0058 watts,
while the value of the lowest power contained in the salinity of 7% or the mass of salt 25 g, where only
capable to produce the electric power amounting of 0,011 Watt. To turn on the LED lamp 1.5 W using
electrochemical cells method can be done by making the cells as much as 20 cells with a volume of 2,000 ml
of water and salt mixed with 175 g of salt with a salt content of 74%. Using 20 pairs of aluminum and copper
electrode cell where each electrode measuring 3 cm x 6 cm.
Keywords: Brine, electrochemical cells, salinity and power.
Elektrolit Air Laut Menjadi Sumber
Terbarukan
Energi
Listrik
sebagai
perubahan
Generator
Set
untuk
pencahayaan di Sampan. Desain SEACELL
1. Pendahuluan
Penelitian tentang SEACELL (Sea
Water Electro Chemical Cell) Pemanfaatan
1
Vol. 2, No. 2 Juni 2017
e-ISSN: 2502-8944
ENTHALPY-Jurnal Ilmiah Mahasiswa Teknik Mesin
dibuat dengan sistem terbuk untuk ion dari
air laut terus mengalir selama operasi
SEACELL. Cara kerja SEACELL adalah
ketika air laut masuk dan mengalir ke
SEACELL, ion dari garam NaCl terkadung
dalam air laut terurai menjadi Na + dan Cl
sehingga dihasilkan anoda dan katoda
reaksi. Ion negatif dari garam akan
mengoksidasi
Pb
(timbal)
elektroda,
menyebabkan perbedaan potensial antara
elektroda Pb dengan larutan NaCl. Hal
itulah yang menyebabkan arus listrik.
Tegangan yang dihasilkan dari SEACELL
secara teoritis mampu 15 volt per 1 kg air
laut (Fariya,S dan Rejeki. S, 2015).
Tanda bahwa air laut mengandung arus
listrik adalah adanya unsur Natrium
Chlorida (NaCl) yang tinggi dan oleh air
(H2O) diuraikan menjadi Na+ dan Cl-.,
dengan adanya partikel muatan bebas itu,
maka timbul arus listrik, Timbulnya arus
listrik oleh muatan tersebut dapat dipakai
sebagai sumber energi listrik yang murah
dan
ramah
lingkungan
dengan
menggunakan metode sel volta (Kuwahara,
2001).
Simulasi prototipe on field battery
telah
dibuat
melalui
pemaanfaatan
perbedaan salinitas dengan beberapa
pasangan elektroda. Pendekatan yang
digunakan untuk simulasi, yaitu sel
konsentrasi elektrolit yang dipisahkan oleh
jembatan garam berisi natrium klorida. Air
laut dan air tawar tiruan yaitu natrium
klorida dengan konsentrasi masing-masing
0,6 M dan 0,024 M. Daya yang dihasilkan,
diukur dengan potensiostate DAQ melalui
integal kurva I-V. Beberapa pasangan
elektroda
telah
diuji coba
untuk
mengekstrak energi. Dari hasil pengujian
yang dilakukan, pasangan elektroda
alumunium dan tembaga menghasilkan
daya yang paling tinggi yaitu 373,1314
µW/cm². (Udi, A.M dan Kurniawan, F.
2013).
2. Tinjauan Pustaka
Sel Volta
Logam tembaga dicelupkan dalam
larutan CuSO4 dan logam seng dicelupkan
dalam larutan ZnSO4. Kedua larutan
dihubungkan dengan jembatan garam.
Jembatan garam merupakan tabung U yang
diisi agar-agar dan garam KCl. Sedangkan
kedua elektroda (logam Cu dan Zn)
dihubungkan dengan alat penunjuk arus
yaitu voltmeter.
Gambar 1. Sel volta (Utami, dkk., 2009)
Elektroda pada Sel Volta yaitu berupa
katoda dan anoda. Katode adalah Elektroda
di mana terjadi reaksi reduksi, berarti logam
Cu dalam sel volta disebut sebagai
elektroda positif. Sedangkan Anode adalah
Elektroda di mana terjadi reaksi oksidasi,
berarti logam Zn dalam sel volta disebut
sebagai elektroda negatif.
Fungsi
jembatan
garam
adalah
menyetarakan kation dan anion dalam
larutan. Adapun syarat jembatan garam
yaitu bisa dilewati ion dan hanya sedikit
melewatkan pelarut. Jembatan garam pada
penelitian ini berupa agar yang diisi dengan
3% natrium klorida. Pemilihan natrium
klorida dikarenakan kedua sisi reaktor
adalah larutan natrium klorida yang berbeda
konsentrasi. Perbedaan konsentrasi akan
menyebabkan difusi ion secara alami dari
konsentrasi tinggi menuju konsentrasi
rendah. Pada natrium klorida, ion klorida
memiliki mobilitas yang lebih besar
dibandingkan ion natrium. Haman dkk.,
(1998).
2
Vol. 2, No. 2 Juni 2017
e-ISSN: 2502-8944
ENTHALPY-Jurnal Ilmiah Mahasiswa Teknik Mesin
I2+ (s) + 2e21-(aq)
3+
Fe (aq) + e
Fe2+(aq)
+
Ag (aq) + e
Ag(s)
Hg2+(aq) + 2eHg( )
2Hg2+(aq) + 2eHg2(aq)
Br2( ) + 2e2Br-(aq)
+
O2 (g) + 4H (aq) + 4e2H2O( )
CI2(aq) + 2e2CI(aq)
H2O2 (aq) + 2H+(aq) + 2e2H2O( )
S2O2(aq)2- (aq) + 2e2SO22- (aq)
F2 (g) + 2e2F-(aq)
Potensial Elektroda
Banyaknya arus listrik yang dihasilkan
dari kedua elektroda di atas dapat
ditentukan besarnya dengan menetapkan
potensial elektroda dari Zn dan Cu. Hanya saja
potensial elektroda suatu zat tidak mungkin
berdiri sendiri, harus ada patokan yang
menjadi standar. Sebagai elektroda standar
digunakan elektroda hidrogen. Jadi, potensial
elektroda digambarkan dengan reaksi
reduksi. Tetapi jika zat ternyata lebih
mudah
melakukan
reaksi
oksidasi
dibanding hidrogen, maka harga potensial
elektrodanya adalah negatif. Dalam hal ini
potensial oksidasinya positif, tetapi karena
potensial elektroda harus ditulis reduksi
berarti potensial reduksinya adalah negatif.
Daftar harga potensial elektroda untuk
logam-logam yang penting sebagai berikut:
Tabel 1. Potensial elektroda
(Utami, dkk., 2009)
Reaksi Reduksi
Li+ (aq) + eLi(s)
Na+ (aq) + eMg2+ (aq) + 2eMg(s)
Al3+ (aq) + 3e2H3 (aq) + 2e2OH-(aq)
Zn2+ (aq) + 2eZn(s)
Cr3+ (aq) + 3eFe2+ (aq) + 2eCd2+ (aq) + 2eNi2+ (aq) + 2eSn2+ (aq) + 2ePb2+ (aq) + 2eFe3+ (aq) + 3e2H+ (aq) + 2eSn4+ (aq) + 2eSn2+(aq)
Cu2+ (aq) + eCu+(aq)
Cu2+ (aq) + 2eCu+ (aq) + e-
Al(s)
H2(g)
Cr(s)
Fe(s)
Cd(s)
Ni(s)
Sn(s)
Pb(s)
Fe(s)
H2(s)
1,36
1,78
2,01
2,87
-1,66
-0,83
Penelitian ini dilakukan pada bulan
Maret sampai april 2017, pengujian daya
listik dilakukan di Laboratorium Fakultas
Teknik Universitas Halu Oleo dan
pengujian kadar garam dilakukan di
Laboratorium Forensik dan Mikrobiologi,
FMIPA, Universitas Halu Oleo.
Alat dan bahan yang digunakan adalah
multi meter, mistar, gelas ukur, salt meter,
neraca analitik, dan tang.Bahan yang
digunakan adalah air, garam, plat tembaga,
plat aluminium, kabel dan wadah.
-0,76
Prosedur Percobaan
E°sel
-2,71
-2,38
Adapun prosedur percobaan penelitian
ini yaitu menyiapkan alat dan bahan
penelitian, membuat sel elektrokimia
sebanyak 2 sel dengan luas penampang
tembaga dan seng sebesar 30 cm2, siapkan
garam dengan variasi massa 25 g, 50 g, 75
g, 100 g, 125 g, 150 g, 175 g, 200 g dan 225
g, mengukur kadar garam sebelum
digunakan pada sel eletrokimia dengan
volume air 2 liter, masukkan kutup positif
dan negativ yang dirangkai seri kedalam
larutan air dan garam kemudian ukur daya
menggunakan multi meter.
-0,74
-0,41
-0,40
-0,23
-0,14
-0,13
-0,04
0,00
0,15
0,16
Cu(s)
Cu(s)
1,07
1,23
3. Metodologi Penelitian
Waktu dan Tempat Penelitian
-3,04
Na(s)
0,54
0,77
0,80
0,85
0,90
0,34
0,52
3
Vol. 2, No. 2 Juni 2017
e-ISSN: 2502-8944
ENTHALPY-Jurnal Ilmiah Mahasiswa Teknik Mesin
Tabel 3. Kemampan air laut membangkitkan
daya listrik
Daya
(watt)
Kadar
Garam (%)
1.32
0.014
0.018
27
Berdasarkan hasil penelitian terhadap
pengaruh kadar garam terhadap daya yang
dihasilkan pembangkit listrik tenaga air
garam sebagai energi alternatif terbarukan,
didapatkan hasil sebagai berikut:
Tabel 2. Pengaruh kadar garam
terhadap daya yang dihasilkan pembangkit
listrik tenaga air garam sebagai energi
alternatif terbarukan
Kadar Garam
Daya Listrik
120
Kadar Garam (%)
100
Kadar
Daya
garam
(watt)
(%)
7
0,011
18
0,016
28
0,019
40
0,026
54
0,042
64
0,047
74
0,058
83
0,036
97
0,033
0.06
0.058
97
80
83
0.047
74
0.042
64
60
54
0.026
40
20
0.07
0.016
0.019
0.036
0.033
40
28
18
0.011
7
0
25
0.05
0.04
0.03
0.02
Daya
4. Hasil Penelitian dan Pembahasan
0.01
0
50
75 100 125 150 175 200 225
Massa Garam (g)
Gambar 3. Grafik pengaruh kadar garam
terhadap daya listrik
Gambar di atas merupakan gafik daya
yang dihasikan air garam sebagai sumber
energi. Dari gafik, nilai daya tertinggi yang
mampu dihasilkan air garam sebagai
sumber energi listrik yaitu terdapat pada
kadar garam 74 % dapat menghasilkan daya
sebesar 0.058 Watt, sedangkan nilai daya
terendah terdapat pada kadar garam 7 %
dimana hanya mampu menghasilkan daya
listrik sebesar 0,011 Watt.
Besarnya energi yang dihasilkan oleh
sel
eleketrokimia
tergantung
dari
banyaknya sel yang ada pada sel
elektrokimia tersebut. Pada peneitian yang
dilakukan dalam 2000 ml air yang
dicampurkan dengan 175 g garam atau 74
% kadar garam, untuk ukuran tembaga
Daya listrik adalah jumlah energi yang
diserap atau dihasilkan dalam sebuah sirkuit
atau rangkaian. Rumus yang digunakan
untuk menghitung daya listrik adalah:
P = V. I
Arus
(A)
Untuk penggunaan air laut sebagai
sumber energi listrik menggunakan sel
elektrokimia hanya dapat menghasilkan
daya sebesar 0,018 W.
Air garam sebagai sumber energi listrik
alternatif dapat dilihat pada gafik berikut:
Gambar 2. Sketsa alat uji
Massa
Tegangan
Arus
garam
(volt)
(ampere)
(g)
25
1.13
0,010
50
1,19
0,013
75
1,34
0,014
100
1,49
0,018
125
1,67
0,025
150
1,76
0,027
175
1,97
0,029
200
1,10
0,033
225
0,93
0,035
Tegangan
(Volt)
(1)
Keterangan
P = Daya (Watt)
V = Potensial (Volt)
I = Arus (Ampere)
Kemampan air laut membangkitkan
daya listrik dapat dilihat pada tabel berikut
sebagai berikut:
4
Vol. 2, No. 2 Juni 2017
e-ISSN: 2502-8944
ENTHALPY-Jurnal Ilmiah Mahasiswa Teknik Mesin
merupakan
nilai
tertinggi
sebelum
mengalami penurunan daya pada massa
garam 200 g atau dengan kadar garam 83%
dan terus mengalami penurunan seiring
peningkatan jumlah kadar garam, hal ini
disebabkan karena H2O tidak mampu lagi
mengurai NaCl menjadi Na+ dan Cl-.
Besar kecilnya arus listrik dan
potensial listrik suatu sel elektrokimia
dipengaruhi dari banyaknya jumlah sel dan
luasan penampang sel elektoda, dimana
potensial listrik dari sel elektrokimia
dipengaruhi
banyaknya
jumlah
sel
elektrokimia serta besaran arus listrik yang
dihasilkan dengan memperbesar luasan
penampang elektroda.
sebagai katoda yaitu 3 cm x 6 cm dan
penampang aluminium sebagai anoda yaitu
3 cmx6 cm dengan menggunakan 20 pasang
sel elektrokimia dapat menghidupkan 3 buah
lampu LED (light emitions diode) dengan
kapasitas 12 volt dengan daya 1,5 Watt.
Gambar 4. Energi kimia menjadi energi listrik
Hal tersebut dikarenakan makin banyak
sel yang ada pada sel elektrokimia makin
banyak pula potensial listrik dari
penampang tembaga dan aluminium yang
dihasilkan pada sel sehingga memperbesar
daya listrik, sesuai dengan rumus dari daya
listrik yaitu, daya sama dengan hasil
perkalian antara potensial listrik dengan
arus listrik. Maka, makin besar potensial
lastriknya makin besar pula daya yang
dihasilkan. Begitupun sebaliknya Antara
potensial dan arus listrik sama-sama dapat
memperbesar nilai daya listrik apabila
nilainya besar dan besarnya nilai potensial
dan arus listrik salah satunya tergantung
dari besarnya nilai luas penampang katoda
dan anoda pada sel elektrokimia,
Daftar Pustaka
Fariya, S. dan Rejeki, S. 2015. SEACELL
(Sea Water Electrochemical cell)
Pemanfaatan Elektrolit Air Laut
Menjadi Cadangan Sumber Energi
Listrik
Terbarukan
Sebagai
Penerangan Pada Sampan. Program
Pascasarjana,
Fakultas
Teknologi
Kelautan ITS, Surabaya.
Hamann, C.H., Hamnett, A., Vielstich.
1998. Electrochemistry. Wiley VCH.
USA.
Kuwahara. 2001. Geologi Laut. Jakarta:
Erlangga.
Udi,A.M dan Kurniawan,F. 2013. Simulasi
Prototipe on Field Battery Melalui
Pemanfaatan Perbedaan Salinitas
Dengan
Beberapa
Pasangan
Elektroda. FMIPA, Institut Teknologi
Sepuluh Nopember (ITS). Surabaya
Kesimpulan
Dari hasil penelitian yang dilakukan
dalam wadah 2000 ml air dengan variasi
garam mulai dari 25 g, 50 g, 75 g, 100 g,
125 g, 150 g,175 g, 200 g dan 225 g.
Bahwa daya terendah yang dihasilkan sel
elektrokimia pada massa garam 25 g atau
dengan kadar garam 7%, daya yang
dihasilkan adalah 0,011 Watt dan terus
meningkat namun pada kadar garam 74%
atau pada massa garam 175 g, daya listrik
yang dihasilkan adalah 0,058 Watt dan
Utami, B., Nugroho, A.C., Mahardiani, L.,
Yamtinah, B. 2007. Kimia Untuk SMA
dan MA Kelas XII Program Ilmu Alam.
Pusat
Departemen
Pendidikan
Nasional, Jakarta.
5