studi eksperimen penggunaan air garam sebagai sumber energi
advertisement
STUDI EKSPERIMEN PENGGUNAAN AIR GARAM SEBAGAI SUMBER ENERGI ALTERNATIF SKRIPSI Untuk memenuhi sebagian persyaratan Mencapai derajat sarjana SI Jurusan Teknik Mesin Bidang Ilmu Konversi Energi Disusun oleh : Muhammad Ali Usman E1C1 13 033 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS HALU OLEO KENDARI 2017 i ii iii KATA PENGANTAR Assalamu ’Alaikum Wr. Wb. Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT karena berkat limpahan rahmat dan hidayah-Nya penulis diberi kesehatan dan kesempatan, shalawat dan salam senantiasa tercurahkan kepada junjungan kita Baginda Rasulullah Muhammad SAW karena berkat perjuangan Beliau sehingga kita dapat menikmati alam yang terang benderang ini yang dipenuhi dengan ilmu dan pengetahuan. Sehingga Skripsi yang berjudul “STUDI EKSPERIMEN PENGGUNAAN AIR GARAM SEBAGAI SUMBER ENERGI ALTERNATIF” dapat diselesaikan dengan baik. Skripsi ini disusun untuk melengkapi persyaratan kelulusan pada Program Studi S-1 Teknik Mesin Universitas Halu Oleo Kendari. Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Muh. Hasbi, S.T., M.T selaku Pembimbing I dan Bapak Budiman Sudia, S.T., M.T selaku Pembimbing II, yang telah meluangkan waktu untuk memberikan arahan dan bimbingan serta motivasi kepada penulis, sehingga Skripsi ini dapat terselesaikan. Terima kasih dan penghargaan tidak lupa penulis sampaikan kepada semua pihak yang telah banyak membantu penulis baik secara langsung maupun tidak langsung, utamanya kepada: 1. Kedua Orang Tua terutama Alm Ibu 2. Rektor Universitas Halu Oleo. 3. Mustarum Musaruddin, ST.,MIT.,Ph.D selaku Dekan Fakultas Teknik Univesitas Halu Oleo. 4. Muh. Hasbi, ST.,MT selaku ketua Jurusan S-1 Teknik Mesin, Univesitas Halu Oleo. 5. Seluruh dosen dan staf, khususnya pada Jurusan Teknik Mesin yang telah banyak memberikan ilmu dan bantuannya kepada penulis. iv 6. Kakakku Muhammad Dermawan, Muhammad Harianto dan adikku Muhammad Tofa Sofyan serta Siska Nurman terima kasih atas dukungan dan bantuan dananya selama penulis menjalani proses perkuliahan 7. Senior di Teknik, khususnya Teknik Mesin, Bang Prinob Aksar,ST.,MT., Bang Basri,ST., Bang Ali Musrina Jaya,ST., Bang Tamsil, ST., Bang La Ode Muhamad Isdar,ST., Alm La Ode Isratun, ST., Bang Jumalin,ST., Irwan Syaputra, ST., Leting sesama DIKTATOR 13, terutama Fajarul Kadir, La Ode Iqwal, L.M Syawal Husein, La Sarif, Muhammad Afdal Djalil, Muhammad Faisal, Herbianto, ST, Fachrul Arizal, ST, Aris Nurohim,ST, Suryo Susilo S.S, ST, Ade Hendrawan,Amd.T, Asgar Prinando,Amd.T, Andi Risbal, Amd.T, Bahdin Ahad Badia, ST, Hamsa, Irmawan, Dede Wenas, Risno, Adi, Juli, Runtu Wulou, Hijra, Ahmad Fatana, Iqbal Moeis, Ld Safrizal, Idris, Akmar, serta adik-adik Fakultas Teknik GLADIATOR 14 dan BARET HITAM khususnya Jurusan Teknik Mesin serta semua pihak yang belum disebutkan namanya terima kasih atas dukungan, perhatian, semangat dan kebersamaannya. Semoga jalinan persahabatan ini senantiasa tetap terjaga dan tetap harmonis. SALAM SOLIDARITY FOREVER!!! Akhir kata semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat dan pengalaman kepada penulis dan pembaca. AMIN YA ROBBIL ‘ALAMIN Wassalamu ’Alaikum Wr. Wb. Kendari. Maret 2017 Penulis v ABSTRAK Tujuan penelitin untuk mengetahui pengaruh luas penampang tembaga dan seng terhadap daya yang dihasilkan air garam sebagai sumber energi alternatif. Alat dan bahan yang digunakan pada penelitian yaitu AVO meter, tang, meter, gelas ukur, air sumur, garam, plat tembaga, plat seng, kabel dan kaca. Prosedur penelitian ini mempersiapkan alat dan bahan, membuat sel elektrokimia sebanyak 10 sel penampung air dan garam menggunakan kaca, membuat rangkaian seri plat tembaga dan seng, membuat larutan air dan garam, serta melakukan pengujian air garam sebagai sumber energi alternatif menggunakan AVO meter. Parameter yang diukur yaitu besar potensial listrik dan kuat arus yang mampu dihasilkan air garam dengan variasi luas penampang tembaga dan seng 7 cm2 ; 7 cm2, 7 cm2 ; 14 cm2, 7 cm2 ; 21 cm2 dan 14 cm2 ; 7 cm2, 14 cm2 ; 14 cm2, 14 cm2 ; 21 cm2 serta 21 cm2 ; 7 cm2, 21 cm2 ; 14 cm2, 21 cm2 ; 21 cm2. Pada pengujian air garam menjadi sumber energi, daya yang besar didapatkan pada luas penampang tembaga 21 cm2 yang dirangkaikan dengan seng yang mempunyai luas penampang 21 cm2 yaitu sebesar 0,889 W dan untuk memperbesar arus listrik dapat dilakukan dengan memperbesar luas penampang elektroda, sedangan untuk memperbesar nilai potensial listrik dapat dilakukan dengan memperbanyak jumlah selnya. Kata kunci : Air, Garam, Sel Elektrokimia, Energi Alternatif vi ABSTRACK The aim of this study was to determine the effect of cross-sectional area of copper and zinc to the brine generated power as an alternative energy source. Equipment and materials was used in this study were the AVO meter, pliers, meter, measuring cups, wells water, salt, copper plate, zinc plate, cables and glass. The procedures of this study were to prepare tools and materials, then making an electrochemical cell as much as 10 cell container of water and salt using glass, making the series circuit plate of copper and zinc, making a solution of water and salt, then test the salt water as an alternative energy source using AVO meter, The parameters measured in this study were a big potential and strong electric currents are able to produce brine with a variety of cross-sectional area of copper and zinc 7 cm2; 7 cm2, 7 cm2; 14 cm2, 7 cm2; 21 cm2 and 14 cm2; 7 cm2, 14 cm2; 14 cm2, 14 cm2; 21 cm2 and 21 cm2; 7 cm2, 21 cm2; 14 cm2, 21 cm2; 21 cm2. In brine testing, into energi source, a large power was found on 21 cm2 of 0,889 W elektrode while to increase the potential value of electric can be done by increasing the number of cells. Keywords: Water, Salt, Electrochemical Cells, Alternative Energy . vii DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL… … … … … … … … … … … … . . … … … … … … … … … … … HALAMAN PENGESAHAN… … … … … … … … … … … … … … … … … … … .. HALAMAN PERNYATAAN… … … … . . … … … … … … … … … … … … … … .. KATA PENGANTAR… … … … … … . … … … … … … … … … … … … … … … … ABSTRAK… … … . … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . . … … …. ABSTRACT… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . .. i ii iii iv vi vii DAFTAR ISI… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .. viii DAFTAR TABEL… … … … … … … … . … … … … … … … … … … … … … … … . . .. xii DAFTAR LAMPIRAN… … … … … … … … … . . … … … … … … … … … … … … … xiv DAFTAR GAMBAR… … … … … . … … … … … … … … … … … … … … … . … …. DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN… … … … … . … … … … … … … … … … xi xiii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . … …. 2 1.3 Tujuan… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . … . . … 2 1.5 Batasan Masalah… . … … … … … … … … … … … … … … … … … … . … … … . … 3 1.2 Rumusan Masalah… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . … … 1.4 Manfaat… … … … … . . … … … … … … … … … … … … … … … … … … . … . … … 1.6 Sistematika Penulisan… … … … … … … … … … … … … … … … . … … … . . … .. 1 2 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pustaka Terdahulu. … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . . … 2.2 Sel Elektrokimia… … … … . . … … … … … … … … … … … … … … … . … . … … .. 5 8 2.2.1 Sel Volta… … … … … … … … … … … … … … … … . … … … . … … … … . . 10 2.2.3 Kegunaan Sel Volta… … … … … … … … … … … … … . . … … … … . … 11 2.2.2 Potensial Elektroda… . … … … … … … … … … … … … … … … . . … …. 2.3 Massa Atom Dan Molekul Relatif… … … . . … … … … … … … … … . … … …. 8 14 viii 2.3.1 Massa Atom Relatif (Ar)… … … … … … … … … … … … … … … . . …. 14 2.3.2 Massa Molekul Relatif (Mr)… … . . … … … … … … … … … … … … … 15 2.4.1 Pengertian Tentang Garam. … … … … … … … … … … … … … . … …. 15 2.4 Garam. … … … … … … … … … … … … … … … . . … … … … … … … … … . … … .. 15 2.4.2 Kandungan Garam. … … … … … … , , , … … … … … … … … … … … … 16 2.4.3 Jenis Garam . … … … … … … … … … … … … … . … … . … … . … … …. 17 2.5 Elektrolisis. … … … … … … … … … … . . … … … … … … … … … . … . . … … …. 20 2.7 Sel Bahan Bakar… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . … … … 21 2.8.1 Macam-macam sumber energi terbarukan dan tak terbarukan… 22 2.6 Elektron Dalam Atom . … … … … … … … … … … … … … … … … . … . . … … 2.8 Energi… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . … … … … … . … … 2.9 18 21 2.8.2 Macam – macam sumber energi… … … … … … … … … … … . … … 22 2.8.4 Energi tak terbarukan… … … … … … … … … . . … … … … … . … … … 25 2.8.3 Energi terbarukan (Sumber energi alternatif) … … … … … … . . … 23 Energi yang dipindahkan ke sistem… … … … … … … … … … … . … … … .. 26 2.10 Energi yang dimiliki sistem… … … … … . … … … … … … … … … . … … … .. 2.11 Energi Kimia… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . … … 27 28 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian… … … … … … … … … … … … … … … … … . . 30 3.2.1 Alat… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . . … … 30 3.2 Alat dan Bahan… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . . … . … 30 3.2.2 Bahan… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . . . … … 32 3.4 Diagram Alir Prosedur Penelitian. … … … … … … … … … … … … … … … … 36 3.3 Prosedur penelitian. … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . … .. 34 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Pengamatan… … … … … … … … … … … … … … … … . … … … … … , , .. 37 ix 4.2 Pengaruh Luasan Penampang Terhadap Arus dan Tegangan… … … … … … 40 4.3 Daya Yang Dihasilkan Air Garam Sebagai Sumber Energi.… … . … … .. 4.4 Energi Yang Dimiliki Sistem… … … … … … … … . . … … … … … … . … … … 41 43 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . … … .. 5.2 Saran… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . . . … … 45 45 DAFTAR PUSTAKA x DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Potensial elektroda (Utami, B., dkk, 2009) Tabel 2.2 Beberapa hasil pengukuran massa atomik (Halliday, D.,dkk., 1978) Tabel 2.3 Komposisi air laut pada salinitas 35 ppt (Adi, T.R.,dkk,2006) Tabel 2.4 Kualitas garam berdasarkan kandungan NaCl (Adi, T.R.,dkk,2006) Tabel 2.5 Tahap-tahap Pengendapan Senyawa dalam Air Laut (Adi, T.R.,dkk,2006) Tabel 3.1 Tabel Pengamatan Tabel 4.1 Hasil Pengamatan Penggunaan air garam sebagai sumber energi Tabel 4.2 Daya yang dihasilkan air garam sebagai sumber energi listrik xi DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Sel volta (Utami, B., dkk, 2009) Gambar 2.2 Baterai biasa (Utami, B., dkk, 2009) Gambar 2.3 Baterai Alkalin (Utami, B., dkk, 2009) Gambar 2.4 Sel Aki (Utami, B., dkk, 2009) Gambar 2.5 Molekul NaCl (Adi, T.R.,dkk,2006). Gambar 2.6 Lintasan spiral elektron (Ediati, R.,dkk, 2008) Gambar 3.1 AVO meter Gambar 3.2 Tang Gambar 3.3 Meter Gambar 3.4 Gelas ukur Gambar 3.5 Air Gambar 3.6 Garam Gambar 3.7 Plat temabaga (katoda) Gambar 3.8 Plat seng (anoda) Gambar 3.9 Kabel Gambar 3.10 Wadah Gambar 3.11 Alat dan Bahan Pengujian Gambar 4.1 Grafik Daya Yang Dihasilkan Air Garam Gambar 4.2 Energi Kimia Menjadi Energi Listrik xii DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Pengambilan Air Sumur Sebagai Bahan Pembuatan Sel Elektrokimia Air garam Lampiran 2. Persiapan Alat Uji Air Garam Sebagai Sumber Energi Lampiran 3. Pemasangan Tembaga dan Seng Pada Sel Elektrokimia Lampiran 4. Pengujian Potensial Air Garam Menjadi Sumber Energi Lampiran 5. Pengujian Arus Listrik Pada Penggunaan Air Garam Sebagai Sumber Energi Lampiran 6. Pengujian Air Garam Sebagai Sumber Energi Dengan Menggunakan Lampu LED 1,5 Watt xiii DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN Al = Aluminium Cl = Klor Cu = Tembaga E = Energi H = Hidrogen H2O = Air I = Arus Listrik MnO2 = Mangan Dioksida NaOH = Natrium Hidroksida P = Daya Listrik Pt = Platina V = Potensial Listrik Zn = Seng ZnSO4 = Seng Sulfat xiv BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Energi listrik merupakan salah satu komponen terpenting untuk menunjang pembangunan suatu bangsa. Peningkatan pembangunan, pertambahan jumlah penduduk dan peningkatan taraf hidup menyebabkan laju konsumsi energi listrik semakin meningkat, baik pengguna energi untuk tujuan usaha, sosial, maupun pengguna energi listrik untuk keperluan rumah tangga. Namun, listrik yang disediakan terbatas dan sumber energi listrik yang tersedia juga terbatas. Indonesia merupakan salah satu negara terluas di dunia dengan total luas negara 5.193.250 km² (mencakup daratan dan lautan). Luas daratan Indonesia adalah 1.919.440 km², Indonesia terbentang sepanjang 3.977 mil dari Samudera Indonesia hingga Samudera Pasifik. Ini menjadikan Indonesia memiliki lautan yang luas sekitar 3.273.810 km². Lautan Indonesia-pun memiliki batas sesuai hukum laut internasional, yaitu dengan menggunakan teritorial laut sepanjang 12 mil laut serta zona ekonomi eksklusif sepanjang 200 mil laut (searah dengan penjuru mata angin)(http://www.Invonesia.com, di akses. 24/01/2017). Dengan luas lautan yang sangat luas, Indonesia mempunyai kesempatan untuk mengembangkan air laut sebagai sumber energi alternatif terbesar. Sebagaimana di negara Filippina sudah ada 600 rumah yang terdiri dari beberapa suku telah memakai air garam sebagai sumber energi listrik. Dalam penggunaan air garam sebagai sumber energi listrik dapat dilakukan dengan metode sel elektrokimia. Sel elektrokimia adalah suatu alat yang dapat menghasilkan arus listrik dari energi yang dihasilkan oleh reaksi didalam selnya, yaitu berupa reaksi reduksi oksidasi. Dengan adanya reaksi reduksi dan oksidasi ini maka akan menghasilkan arus listrik yang biasa disebut dengan energi listrik. Sel elektrokimia dapat berupa sel volta maupun sel elektrolisis. Pada sel volta maupun sel elektrolisis selain terdapat larutan elektrolit, juga terdapat katoda dan anoda. Katoda dan anoda inilah yang berfungsi sebagai UNIVERSITAS HALU OLEO KENDARI 1 tempat terjadinya reaksi reduksi dan oksidasi, serta sebagai penghantar dari energi listrik yang dihasilkan dari reaksi kimia yang terjadi antara garam dan air. Sebelum peneliti melakukan penelitian mengenai studi eksperimen penggunaan air garam, peneliti melakukan uji coba terhadap pembuatan air garam sebagai sumber energi menggunakan metode sel elektromikia. Alat – alat yang digunakan dalam pembuatan seperti tembaga, seng, air dan garam belum diperhitungkan. Namun uji coba pembuatan air garam menjadi energi listrik tersebut berhasil dan mampu menyalakan lampu LED yang biasa dipakai pada senter korek gas. Karena dapat menyalakan lampu LED tersebut lalu dilakukan pengukuran potensial listrik menggunakan volt meter dan potensial listrik yang mampu dihasilkan yaitu sebesar 3,4 V. Berdasarkan masalah di atas maka penulis melakukan penelitian mengenai “ Studi Eksperimen Penggunaan Air Garam Sebagai Sumber Energi Alternatif ” dengan metode Studi Literatur dan Studi Empiris agar masalah kelangkaan energi yang dihadapi dapat mendapatkan solusi yang tepat dan efisien. 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan uraian di atas dirumuskan permasalahan yang akan di teliti dalam penelitian ini adalah bagaimana pengaruh luas penampang tembaga dan seng terhadap daya yang dihasilkan pada pemanfaatan air garam sebagai sumber energi alternatif? 1.3 Tujuan Penelitian Adapun tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh luas penampang tembaga dan seng terhadap daya yang dihasilkan air garam sebagai sumber energi alternatif. 1.4 Manfaat Penelitian Adapun manfaat dari penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Hasil penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat sebagai bahan kajian pengembangan ilmu pengetahuan atau informasi bagi masyarakat yang ingin menggunakan air garam sebagai sumber energi alternatif. UNIVERSITAS HALU OLEO 2 2. Sebagai pertimbangan atau referensi bagi penelitian sejenisnya atau penelitian yang lebih luas. 3. Menambah pengetahuan dan wawasan bagi peneliti dan masyarakat pengguna air garam sebagai sumber energi alternatif. 1.5 Batasan Masalah Dalam penelitian ini, penulis membatasi masalah sebagai berikut : 1. Dalam penelitian ini penulis hanya membahas Daya output listrik yang dihasilkan oleh air garam sebagai sumber energi alternatif. 2. Dalam penelitian ini penulis hanya fokus pada pengujian pengaruh luas penampang tembaga dan seng terhadap daya output listrik yang dihasilkan air garam sebagai sumber energi alternatif. 3. Dalam penelitian ini peneliti tidak membahas reaksi kimia yang terjadi pada larutan garam. 1.6 Sistematika Penulisan Penulisan proposal penelitian ini disusun dengan menggunakan sistematika sebagai berikut : BAB I PENDAHULUAN Berisi tentang latar belakang,rumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah manaat penelitian, dan sistematika penulisan. BAB II TINJAUAN PUSTAKA Bab ini berisi tentang teori dasar dan tinjauan pustaka. Tinjauan pustaka memuat uraian sistematis tentang hasil-hasil riset yang didapat oleh peneliti terdahulu dan berhubungan dengan penelitian ini. Dasar teori ini dijadikan sebagai penuntun untuk memecahkan masalah yang berbentuk uraian kuallitatif atau model sistematis. UNIVERSITAS HALU OLEO 3 BAB III METODE PENELITIAN Meliputi waktu dan tempat penelitian, alat dan bahan yang digunakan, skema gambar penelitian, prosedur penelitian, teknik analisa data, dan diagram alir penelitian. BAB VI HASIL DAN PEMBAHASAN Mengungkapkan, menjelaskan dan membahas hasil penelitian, menganalisis hasil penelitian dengan menggunakan pendekatan yang telah ditentukan, pengungkapan temuan yang mengacu pada tujuan penelitian. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Menyatakan pemahaman peneliti tentang masalah yang diteliti berkaitan dengan skripsi berupa kesimpulan dan saran. UNIVERSITAS HALU OLEO 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pustaka Terdahulu Damanik,W.S., dkk (2015) melakukan penelitian mengenai pengaruh jarak katoda dan anoda terhadap tekanan gas hidrogen dan klorin pada proses elektrolisis air garam. Hidrogen alam tidak ada di permukaan bumi, sehingga hidrogen harus dibuat. Pada prinsipnya, hidrogen bisa diperoleh dengan memecah senyawa yang paling banyak mengandung unsur hidrogen. Sampai saat ini produksi hidrogen skala komersial yang paling maju adalah produksi hidrogen berbasis bahan bakar fosil dan air. Lebih dari 85% kebutuhan hidrogen dunia dipasok dengan sistem produksi steam reforming metana. Produksi hidrogen dengan bahan baku air yang sudah komersial adalah proses elektrolisis. Proses elektrolisis hanya bisa dijalankan jika tersedia listrik dalam jumlah besar dengan harga murah. Penelitian tentang pengaruh jarak katoda dan anoda terhadap tekanan gas yang dihasilkan pada proses elektrolisis air garam. Penelitian menggunakan sumber arus baterai 12V, dan jarak yang telah ditetapkan pada katoda dan anoda ialah 80 mm, 120 mm dan 200 mm. Jenis elektroda yang digunakan Stainless stell, Aluminium dan Tembaga, dengan jumlah campuran garam yang terlarut dalam air ialah 250 g dalam satu liter air, atau sekitar 50 g perliter air. Tekanan gas hidrogen pada elektroda stainless stell pada sisi katoda jarak 80 mm (-) 9733 pa, tekanan klorin pada sisi anoda (+) 9246 pa, jarak 120 mm tekanan hidrogen pada sisi katoda (-) 7884 pa, tekanan klorin pada sisi anoda (+) 7838 pa, pada jarak 200 mm tekanan hidrogen pada sisi katoda (-) 5937 pa, tekanan klorin pada sisi anoda (+) 6326 pa. Sedangkan tekanan hidrogen pada elektroda Aluminium pada sisi katoda (-) 9246.8 pa, tekanan klorin pada sisi anoda (+) 9052 pa dan tekanan hidrogen pada elektroda Tembaga tekanan pada sisi katoda (-) 6034 pa, dan tekanan klorin pada sisi (-) 5840 pa. Ternyata tekanan gas yang dihasilkan oleh elektroda yang berbahan stainless stell lebih tinggi dibandingkan oleh elektroda yang berbahan aluminium dan tembaga dan semakin dekat jarak elektroda maka tekanan gas yang dihasilkan semakin tinggi. UNIVERSITAS HALU OLEO 5 Fariya,S dan Rejeki,S (2015), melakukan penelitian mengenai SEACELL (Sea Water Electrochemical Cell) pemanfaatan elektrolit air laut menjadi cadangan sumber energi listrik terbarukan sebagai penerangan pada sampan. Air laut merupakan campuran dari 96,5% air murni dan 3,5% material lainnya seperti garam dan gas-gas terlarut. Pada dasarnya, air laut mengandung senyawa NaCl tinggi dan oleh H2O didekomposisi menjadi Na+ dan Cl-. Dengan keberadaan partikel bebas, dapat menghasilkan listrik. Munculnya arus listrik oleh muatan bebas dapat digunakan sebagai sumber energi listrik yang murah dan ramah lingkungan dengan sel metode volta. Sel volta dapat mengubah energi kimia yang timbul dari reaksi Na+ dan Cl- menjadi energi listrik. Desain SEACELL dibuat dengan sistem terbuka 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 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. Agung, A.I (2013), melakukan penelitian mengenai potensi energi alternatif dalam mendukung kelistrikan nasional. Meningkatnya permintaan energi listrik di Indonesia saat ini tidak seimbang dengan ketersediaan suplai energi listrik atau krisis energi listrik sudah merupakan sesuatu yang tidak dapat dihindari. Fenomena padamnya listrik di Jawa-Bali, pemadaman listrik bergilir dibeberapa wilayah di Pulau Sumatera merupakan pertanda bahwa pasokan listrik dalam sistem interkoneksi maupun konvensional sudah tidak mampu lagi memenuhi kebutuhan listrik masyarakat dan industri yang terus meningkat, kondisi ini semakin diperburuk dengan harga Bahan Bakar Minyak (BBM) yang naik begitu tinggi mengakibatkan mayoritas pembangkit listrik di luar pulau jawa yang menggunakan solar sebagai bahan bakar mengalami pembengkakan biaya operasional. Ketergantungan kepada bahan bakar minyak perlu secara bertahap dikurangi dengan memanfaatkan energi alternatif yang dimiliki yang berbasis UNIVERSITAS HALU OLEO 6 pada potensi lokal dari setiap wilayah yang ada di Indonesia. Untuk itu, selain pemanfaatan sumber daya energi primer yang cadangannya lebih besar seperti gas dan batu bara, diperhitungkan pula penggunaan energi terbarukan yang ramah lingkungan, seperti geothermal, energi surya, angin dan air. Pemanfaatan potensi energi primer maupun energi alternatif tergantung pada kondisi wilayah dimana energi tersebut berada. Untuk itu pemetaan mengenai potensi energi primer dan alternatif yang ada di Indonesia yang wilayahnya cukup luas menjadi penting, karena dengan pemetaan tersebut akan menentukan jenis pembangkit yang sesuai. Penentuan jenis pembangkit tersebut harus memenuhi kriteria pengembangan dan pengelolaan energi listrik yakni keandalan, keamanan serta ekonomis. Isana, S.Y.L (2010), melakukan penelitian mengenai perilaku sel elektrolisis air dengan elektroda stainless steel. Elektrolisis merupakan reaksi dekomposisi dalam suatu elektrolit oleh arus listrik. Air merupakan elektrolit sangat lemah yang dapat terionisasi menjadi ion-ion H+ dan OH-, sehingga memungkinkan untuk dilakukan elektrolisis untuk dipecah menjadi gas-gas hidrogen dan oksigen. Proses elektrolisis air berjalan sangat lambat sehingga perlu diupayakan cara-cara untuk meningkatkan efisiensi produk, misalnya dengan penambahan zat terlarut yang bersifat elektrolit, modifikasi elektroda atau dengan cara-cara lain yang mampu meningkatkan efisiensi produk. Pada penelitian ini dicoba melakukan elektrolisis akuades, air sumur dan larutan soda dengan menggunakan elektroda stainless steel selama 900 detik dengan tegangan 12 V. Selama proses elektrolisis dilakukan pengamatan terhadap perubahan temperatur dan pH dalam selang waktu tertentu, yang selanjutnya digunakan untuk mempelajari perilaku sel elektrolisis. Berdasarkan data variasi temperatur dan pH selama proses elektrolisis dapat dibuat termogram temperatur dan waktu serta kurva perubahan pH untuk setiap sel elektrolisis. Untuk masingmasing sel elektrolisis ternyata memberikan termogram dan kurva pH yang berbeda. Hal ini menunjukkan bahwa masing-masing sel elektrolisis memiliki perilaku yang berbeda, yang menunjukkan bahwa jenis dan atau kuantitas material yang terlibat pada proses elektrolisis dapat berbeda. UNIVERSITAS HALU OLEO 7 2.2 Sel Elektrokimia Reaksi elektrokimia melibatkan perpindahan elektron – elektron bebas dari suatu logam kepada komponen di dalam larutan. Kesetimbangan reaksi elektrokimia penting dalam sel galvani (yang menghasilkan arus listrik) dan sel elektrolisis (yang menggunakan arus listrik). Pengukuran daya gerak listrik (DGL) suatu sel elektrokimia dalam jangkauan suhu tertentu dapat digunakan untuk menentukan nilai – nilai termodinamika reaksi yang berlangsung serta koefisien aktifitas dari elektrolit yang terlibat. Dalam reaksi redoks terjadi transfer elektron, yaitu dengan adanya elektron yang dilepaskan dan adanya elektron yang diterima. Energi yang dilepaskan dari reaksi redoks dapat di ubah menjadi energi listrik dan ini digambarkan dalam sel volta atau sel galvani. Sedangkan jika energi listrik di alirkan dalam larutan elektrolit, maka akan terjadi reaksi redoks dan seperti pada sel elektrolisis. Sel elektrokimia tersusun atas dua elektroda, yaitu anoda dan katoda. Pada anoda terjadi reaksi oksidasi, sedangkan pada katoda terjadi reaksi reduksi. 2.2.1 Sel Volta Sel volta merupakan sel yang dapat menghasilkan arus listrik. Pada sel galvani, anoda berfungsi sebagai elektroda bermuatan negatif dan katoda bermuatan positif. Arus listrik mengalir dari katoda menuju anoda .Reaksi kimia yang terjadi pada sel galvani berlangsung secara spontan. Salah satu aplikasi sel galvani adalah penggunaan sel Zn/Ag2O3 untuk batere jam. Sel volta adalah penataan bahan kimia dan penghantar listrik yang memberikan aliran elektron lewat rangkaian luar dari suatu zat kimia yang teroksidasi ke zat kimia yang direduksi. Dalam sel volta, oksidasi berarti dilepaskan elektron oleh atom, molekul dan ion. Sedangkan reduksi berarti diperolehnya elektron oleh partikelpartikel atom, molekul dan ion. Luigi Galvani(1780) dan Alessandro Volta(1800) telah menemukan terbentuknya arus listrik dari reaksi kimia. Reaksi kimia yang terjadi merupakan reaksi redoks( reduksi dan oksidasi) dan alat ini disebut sel volta (Utami, B., dkk, 2009. UNIVERSITAS HALU OLEO 8 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 dan logam Zn) dihubungkan dengan alat penunjuk arus yaitu voltmeter Gambar 2.1 Sel volta (Utami, B., dkk, 2009) Logam Zn akan melepaskan elektron dan berubah membentuk ion Zn 2+ dan bergabung dalam larutan ZnSO4. Elektron mengalir dari elektroda Zn ke elektroda Cu. Ion Cu 2+ dalam larutan CuSO4 menerima elektron dan ion tersebut berubah membentuk endapan logam Cu. Elektroda pada Sel Volta yaitu berupa katoda dan anoda. Katoda adalah elektroda di mana terjadi reaksi reduksi, berarti logam Cu dalam sel volta disebut sebagai elektroda positif. Sedangkan Anoda adalah elektroda di mana terjadi reaksi oksidasi, berarti logam Zn dalam sel volta disebut sebagai elektroda negatif. Fungsi jembatan garam dalam larutan ZnSO4 terjadi kenaikan jumlah ion 2+ Zn dan dalam larutan CuSO4 terjadi penurunan jumlah ion Cu2+. Sedangkan banyaknya kation (Zn2+ atau Cu2+) harus setara dengan anion S. Untuk menyetarakan kation dan anion, maka ke dalam larutan ZnSO4 masuk anion Cldari jembatan garam sesuai bertambahnya ion Zn2+. Pada larutan CuSO4 terjadi kekurangan Cu2+ atau dapat disebut terjadi kelebihan ion S, maka ion S masuk ke jembatan garam menggantikan Cl - yang masuk ke larutan ZnSO4. Jadi, fungsi jembatan garam adalah menyetarakan kation dan anion dalam larutan. UNIVERSITAS HALU OLEO 9 2.2.2 Potensial Elektroda Banyaknya arus listrik yang dihasilkan dari kedua elektroda 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. Elektroda ini terdiri atas gas hidrogen murni dengan tekanan 1 atm pada suhu 25 ºC yang dialirkan melalui sepotong platina yang tercelup dalam suatu larutan yang mengandung ion H+ sebesar 1 mol/liter. Untuk menggerakkan muatan dari satu titik ke titik lain diperlukan beda potensial listrik antara kedua muatan. Beda potensial diukur antara dua elektroda yaitu elektroda pengukur dan elektroda pembanding. Sebagai elektroda pembanding umumnya digunakan elektroda hidrogen (H+ | H2 | Pt) atau elektroda kalomel (Cl- | Hg2Cl2(s) | Hg). Beda potensial inilah yang dinyatakan sebagai daya gerak listrik (DGL). . Bila elektroda pengukur mempunyai nilai lebih besar dari elektroda hidrogen (bernilai positif), maka elektroda tersebut mempunyai kecenderungan untuk tereduksi (bersifat oksidator). Sedangkan bila elektroda pengukur mempunyai nilai lebih kecil dari elektroda hidrogen (bernilai negatif), maka elektroda tersebut mempunyai kecenderungan untuk teroksidasi (bersifat reduktor). Karena reaksi setengah sel pada elektroda ditulis dalam bentuk reduksi, maka nilai potensial elektroda standar juga dapat disebut potensial reduksi standar. Potensial elektroda hidrogen standar diberi harga = 0 volt (Eº = 0 volt). Menurut perjanjian internasional, jika ada suatu zat ternyata lebih mudah melakukan reduksi dibanding hidrogen, maka harga potensial elektrodanya adalah positif. Potensial reduksinya positif. 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. Jadi, potensial elektroda digambarkan dengan reaksi reduksi. Daftar harga potensial elektroda untuk logam-logam yang penting : UNIVERSITAS HALU OLEO 10 Tabel 2.1 Potensial elektroda (Utami, B., dkk, 2009) Reaksi Reduksi Logam E0 (volt) K+ + e- K -2,92 Ba2+ + 2 e- Ba -2,90 Ca2+ + 2 e- Ca -2,87 Na+ + e- Na -2,71 + - 2e Mg -2,37 Al3+ + 3 e- Al -1,66 Mn2+ + 2 e- Mn -1,18 2H2O + 2 e- H2+2OH- -0,83 Zn2+ + 2 e- Zn -0,76 Cr3+ + 3 e- Cr -0,71 2+ Fe + - 2e Fe -0,44 Cd2+ + 2 e- Cd -0,40 Co2+ + 2 e- Co -0,28 Ni2+ + 2 e- Ni -0,25 Sn2+ + 2 e- Sn -0,14 2+ + - 2e Pb -0,13 2H+ + 2 e- H2 0,00 Sn4+ + 2 e- Sn2+ +0,13 Bi3+ + 3 e- Bi +0,30 Cu2+ + 2 e- Cu +0,34 Ag+ + e- 2+ Mg Pb 2+ Au3+ Pt Ag +0,80 + - 2e Pt +1,20 + 3 e- Au +1,50 2.2.3 Kegunaan Sel Volta Dalam kehidupan sehari-hari, arus listrik yang dihasilkan dari suatu reaksi kimia dalam sel volta banyak kegunaannya, seperti untuk radio, kalkulator, televisi, kendaraan bermotor, dan lain-lain. UNIVERSITAS HALU OLEO 11 Sel volta dalam kehidupan sehari-hari ada dalam bentuk berikut. a. Sel Baterai 1) Baterai Biasa Baterai yang sering kita gunakan disebut juga sel kering atau sel Lecanche. Dikatakan sel kering karena jumlah air yang dipakai sedikit (dibatasi). Sel ini terdiri atas: Anoda : Logam seng (Zn) yang dipakai sebagai wadah. Katoda : Batang karbon (tidak aktif). Elektrolit : Campuran berupa pasta yang terdiri dari MnO2, NH4Cl, dan sedikit air. Gambar 2.2 Baterai biasa (Utami, B., dkk, 2009) 2) Baterai Alkalin Pada baterai alkalin dapat dihasilkan energi dua kali lebih besar dibanding baterai biasa. Sel ini terdiri atas: Anoda : Logam seng (Zn) yang sama seperti baterai biasa digunakan sebagai wadah. Katoda : Oksida mangan (MnO2). Elektrolit : Kalium hidroksida (KOH). Ion Zn2+ bereaksi dengan OH- membentuk Zn(OH)2. UNIVERSITAS HALU OLEO 12 Gambar 2.3 Baterai Alkalin (Utami, B., dkk, 2009) b. Sel Aki Sel aki atau accu merupakan contoh sel volta yang bersifat reversibel, dimana hasil reaksi dapat diubah kembali menjadi zat semula. Pada sel aki jika sudah lemah dapat diisi ulang, sedangkan pada sel baterai tidak bisa. Sel ini terdiri atas: Anoda : Lempeng logam timbal (Pb). Katoda : Lempeng logam oksida timbal (PbO2). Ektrolit : Larutan asam sulfat (H2SO4) encer. Ketika sel ini menghasilkan arus listrik, anoda Pb dan katoda PbO2 berubah membentuk PbSO4. Ion H+ dari H2SO4 berubah membentuk H2O sehingga konsentrasi H2SO4 akan berkurang. Kemudian sel aki dapat diisi/disetrum kembali, sehingga konsentrasi asam sulfat kembali seperti semula. Proses ini nanti merupakan contoh dalam sel elektrolisis (Utami,B.,dkk, 2009). Gambar 2.4 Sel Aki (Utami, B., dkk, 2009) UNIVERSITAS HALU OLEO 13 2.3 Massa Atom Dan Molekul Relatif 2.3.1 Massa Atom Relatif (Ar) Massa suatu atom merupakan massa dari partikel-partikel penyusunnya, yaitu elektron, proton, dan neutron. Tabel 2.2 Beberapa hasil pengukuran massa atomik (Halliday, D.,dkk., 1978) Isotop Massa dalam satuan massa atom H1 1,007 825 22 ± 0,000 000 02 C12 12, 000 000 00 ± (tepat) Cu64 63,929 756 8 ± 0,000 003 5 Ag102 101,911 576 ± 0,000 024 Cs137 136, 907 074 ± 0,000 005 Pt190 189, 959 965 ± 0,000 026 Pu238 238, 049 582 ± 0,000 011 Untuk hitungan kimia, angka-angka tersebut terlalu kecil, sehingga para ahli sepakat menggantinya dengan Satuan Massa Atom (sma) atau Atomic Massa Unit (amu) atau biasa disebut juga satuan Dalton. Massa atom relatif suatu unsur (Ar) adalah bilangan yang menyatakan perbandingan massa atom unsur tersebut(Sudarlin, 2010). ............ (2.1) = Besarnya harga Ar juga ditentukan oleh harga rata-rata isotop tersebut. Sebagai contoh, di alam terdapat 35 Cl dan 37 Cl dengan perbandingan 75% dan 25% maka Ar Cl dapat dihitung dengan cara: Ar Cl = (75% x 35) + (25% x 37) = 35,5 UNIVERSITAS HALU OLEO 14 Ar merupakan angka perbandingan sehingga tidak memiliki satuan. Ar dapat dilihat pada Tabel Periodik Unsur (TPU) dan selalu dicantumkan dalam satuan soal apabila diperlukan (Sudarlin, 2010). 2.3.2 Massa Molekul Relatif (Mr) Molekul perbandingan merupakan tertentu. gabungan Unsur-unsur dari yang beberapa sama unsur dengan bergabung membentuk molekul unsur, contoh H2, sedangkan unsur-unsur yang berbeda membentuk molekul senyawa, contoh H2O. Massa molekul unsur atau senyawa dinyatakan oleh massa molekul (Mr), yaitu jumlah Ar masing-masing unsur pembentuknya: 2.4 Garam =∑ .................... (2.2) 2.4.1 Pengertian Garam Garam adalah salah satu komoditas strategis, selain sebagai kebutuhan konsumsi juga merupakan bahan baku industri kimia seperti soda api, soda abu sodium sulfat dan lain-lain. Tanpa garam, manusia tidak mungkin hidup, karena garam bertindak sebagai pengatur aliran makanan dalam tubuh, kontraksi hati dan jaringan-jaringan dalam tubuh. Dalam tubuh orang dewasa, mengandung sekitar 250 gram garam. Garam atau lebih dikenal dengan nama garam meja, termasuk dalam kelas mineral halida, dengan komposisi kimia sebagai Natrium Klorida (NaCl) terdiri atas 39,3% Natrium (Na) dan 60,7% Klorin (Cl). Garam ini, umumnya berada bersama gypsum dan boraks, sehingga akan terendapkan setelah gypsum terendapkan pada proses penguapan air laut (Adi, T.R.,dkk,2006). UNIVERSITAS HALU OLEO 15 Gambar 2.5 Molekul NaCl (Adi, T.R.,dkk,2006). Beberapa sifat garam atau Natrium Klorida yaitu bisa berbentuk kristal atau bubuk putih dengan sistem isomerik berbentuk kubus, bobot molekul 58,45 g/mol, larut dalam air (35,6 g / 100 g pada 0 °C dan 39,2 g / 100 g pada 100 °C). Dapat larut dalam alkohol, tetapi tidak larut dalam Asam Klorida pekat, mencair pada suhu 801 °C, dan menguap pada suhu di atas titik didihnya (1413 °C). Garam alami selalu mengandung senyawa Magnesium Klorida, Magnesium Sulfat, Magnesium Bromida, dan senyawa lainnya, sehingga warna garam selain merupakan kristal transparan juga bisa berwarna kuning, merah, biru atau ungu. Garam banyak dimanfaatkan dalam berbagai macam industri dan diestimasikan sekitar 14.000 produk menggunakan garam sebagai bahan tambahan. 2.4.2 Kandungan Garam Apabila pada proses pembuatan garam yang dilakukan hanya berdasarkan cara yang umum dilakukan pada proses penggaraman rakyat yaitu cara evaporasi total, produk garam yang dihasilkan kadar NaCl-nya kurang dari 80%. Jika dikaitkan dengan kadar NaCl sebagai komponen utama garam yang diinginkan maka jika tidak dilakukan pengolahan, NaCl yang dihasilkan dari air laut standar adalah sebesar 27,393 g/kg air laut yang salinitasnya 35 ppt, atau dengan kata lain NaCl yang dihasilkan kadarnya hanya 78,266 % (tanpa memperhitungkan kadar airnya), berarti tidak memenuhi kategori yang diinginkan yaitu kualitas I dan II. Sebelum mengkaji cara meningkatkan mutu garam rakyat perlu dilihat dulu komposisi air laut pada salinitas 35 ppt dapat dilihat pada tabel 2.4 berikut : UNIVERSITAS HALU OLEO 16 Tabel 2.3 Komposisi air laut pada salinitas 35 ppt (Adi, T.R.,dkk,2006) No Ion Gram per kg air laut 1 Cl- 19,354 2 Na+ 10,77 3 K+ 0,399 4 Mg2+ 1,290 5 Ca2+ 0,4121 6 SO42- 2,712 7 Br- 0,0673 8 F- 0,0013 9 B 0,0045 10 Sr2+ 0,0079 11 IO3,1- 6,0x10-5 2.4.3 Jenis Garam Berdasarkan pemanfaatannya garam dikelompokkan atas dua kelompok yaitu garam konsumsi dan garam industri. Garam konsumsi berdasarkan SNI kandungan NaCl-nya minimal 94,7%, Sulfat, Magnesium dan Kalsium maksimum 2%, dan kotoran lainnya (lumpur dan pasir) maksimum 1% atas dasar persen berat kering (dry basis), serta kadar air maksimal 7%. Sumber garam antara lain dari air laut, air danau asin, deposit dalam tanah/tambang dan dari sumber air garam. Kualitas garam dapat diklasifikasikan berdasarkan kandungan NaCl dan kandungan airnya. Berdasarkan hal tersebut di atas, maka dapat dibedakan 3 (tiga) kualitas garam, yang dapat dilihat pada Tabel 2.5 berikut : Tabel 2.4 Kualitas garam berdasarkan kandungan NaCl (Adi, T.R.,dkk,2006) Substance No Ks Kualitas I NaCl ˃ 98% Kandungan air maksimum 4% Kualitas II 94,4% ˂ NaCl ˂98% Kandungan air maksimum 5% Kualitas III NaCl ˂ 94% Kandungan air ˃ 5% Untuk menghasilkan garam dengan mutu baik, maka senyawa-senyawa Kalsium dan Magnesium serta Sulfat harus terlebih dahulu diendapkan. UNIVERSITAS HALU OLEO 17 Pada garam rakyat yang memanfaatkan model penguapan total, kadar garam tertinggi yang dapat dihasilkan relatif jarang mencapai 90%, sehingga dibutuhkan perlakuan-perlakuan khusus agar dihasilkan garam dengan kualitas tinggi. Dengan mengurangi secara keseluruhan kandungan Kalsium, Magnesium dan Sulfat, kandungan NaCl pada garam dapat ditingkatkan menjadi 98,49% (kadar air tidak diperhitungkan), dan bila 75% dari kadar Kalsium, Magnesium dan Sulfat dikurangi maka kandungan NaCl pada garam yang dihasilkan sebesar 95,06%. Tahapan-tahapan pengendapan senyawa dalam air laut dapat dilihat pada Tabel 2.6. Tabel 2.5 Tahap-tahap Pengendapan Senyawa dalam Air Laut (Adi, T.R.,dkk,2006) Senyawa yang terendapkan Tingkat kepekatan % NaCl terendapkan Lumpur /pasir/Fe2O3 7,1 - CaCO3 7,1-16,75 - Gips (Kalium Sulfat) 16,75-30,20 - Natrium Klorida 26,25-28,5 72 28,5-35,0 28 Garam Magnesium Mulai 26,25 - Natrium Bromida (NaBr) Mulai 28,5 - Hal ini sangat diperlukan karena bila mampu menghasilkan garam yang bermutu tinggi dengan kadar NaCl lebih dari 95%, Indonesia dapat mengantisipasi untuk tidak perlu lagi mengimpor garam berkualitas atau malah sebaliknya Indonesia dapat merencanakan usaha nasional sebagai swasembada garam bahkan sebagai pengekspor garam bermutu terkemuka di dunia (Adi, T.R.,dkk,2006). 2.5 Elektrolisis Seorang ahli dari Inggris bernama Michael Faraday mengalirkan arus listrik ke dalam larutan elektrolit dan ternyata terjadi suatu reaksi kimia. Proses penggunaan arus listrik untuk menghasilkan reaksi kimia disebut sel elektrolisis. Arus listrik ini bisa berasal dari sel volta. Untuk memahami bagaimana reaksi UNIVERSITAS HALU OLEO 18 kimia yang terjadi dalam sel elektrolisis, maka perlu diingat ketentuan-ketentuan reaksi elektrolisis (Utami, B.,dkk, 2009). Dalam setiap ketentuan reaksi elektrolisis terjadi persaingan antarspesi (ion atau molekul) untuk mengalami reaksi reduksi atau reaksi oksidasi. Setiap zat yang mempunyai kemampuan reduksi besar akan mengalami reaksi reduksi dan setiap zat yang mempunyai kemampuan oksidasi besar akan mengalami reaksi oksidasi. Sel Elektrolisis Bentuk Lelehan/Cairan/Liquid. Sel bentuk ini hanya berlaku untuk senyawa ionik dengan tidak ada zat pelarut (tidak ada H2O). Hanya ada kation dan anion. Katoda : Kation langsung direduksi Anoda : Anion langsung dioksidasi Kation golongan utama atau golongan transisi langsung direduksi. Sel bentuk larutan dengan elektroda tidak bereaksi (Inert/tidak aktif). Dalam sel bentuk ini tidak ada pengaruh elektroda, hanya di samping kation dan anion diperhitungkan juga adanya zat pelarut (adanya air). Elektroda yang digunakan adalah platina (Pt) dan karbon (C). 1. Ketentuan di Katoda Di katoda terjadi reaksi reduksi, untuk ini terjadi persaingan antara kation atau air. Untuk kation yang mempunyai potensial reduksi lebih besar dibanding air, berarti kation tersebut direduksi. Sedangkan jika potensial reduksi kation lebih kecil dibanding air, maka H2O yang berhak direduksi. Untuk itu kita harus mengetahui posisi H2O dalam deret volta. Posisi H2O dalam deret volta terdapat di antara Mn dan Zn. ... Ca Na Mg A1 Mn yang direduksi H2O H 2O Zn Fe Ni Sn ... Yang direduksi kation tersebut Ternyata kebanyakan logam yang berada di sebelah kiri H2O adalah logam-logam golongan utama (golongan A), kecuali logam Mn. Sedangkan logam yang berada di sebelah kanan H2O adalah logam-logam golongan transisi (golongan B), kecuali H. UNIVERSITAS HALU OLEO 19 2. Ketentuan di Anoda Di anoda terjadi reaksi oksidasi, untuk ini terjadi persaingan antara anion dan air. Idealnya untuk anion dengan potensial reduksi kecil atau dengan potensial oksidasi besar, maka anion tersebut dioksidasi. Sedangkan untuk anion dengan potensial reduksi besar atau potensial oksidasi kecil, maka H2O yang di oksidasi. Hanya saja kebanyakan urutan potensial reduksi yang mudah untuk diingat adalah kation bukan anion. Untuk memudahkan mengingat, ada 2 golongan anion, yaitu anion yang mengandung O, seperti SO, NO3, ClO4- maka yang dioksidasi adalah H2O. Ini disebabkan karena anion tersebut sukar dioksidasi. Berarti anion ini sudah maksimum mengikat atom O sehingga tidak bisa lagi dioksidasi. Biloks S pada SO4-, biloks N pada NO3, atau biloks Cl pada C1O4 sudah merupakan bilok terbesar, sehingga tidak dapat biloksnya tidak dapat melakukan oksidasi. Sedangkan anion yang tidak mengandung O, seperti Cl-, Br-, I-, dan OH- maka yang dioksidasi adalah anion tersebut. 2.6 Elektron Dalam Atom Model atom yang dikemukakan oleh Joseph John Thompson mempunyai banyak kelemahan, demikian pula dengan model atom yang dikemukakan oleh Ernest Rutherford. Model atom Rutherford tidak dapat menjelaskan alasan mengapa elektron tidak dapat jatuh kedalam inti. Fisika klasik menyatakan bahwa apabila terdapat suatu partikel bermuatan yang bergerak menurut lintsan lengkung maka energinya akan hilang dalam bentuk radiasi. Pernyataan fisika klasik ini menjadi persoalan bagi model atom yang dikemukakan oleh Rutherford karena jika elektron bergerak mengelilingi inti, maka elektron akan kehilangan energinya dan energi kinetik elektron akan terus berkurang. Gaya tarik inti atom terhadap elektron akan menjadi lebih besar daripada gaya sentrifugal lintasan elektron dan menyebabkan lintasan menjadi spiral dan akhirnya elektron jatuh kedalam inti atom. Apabila elektron jatuh kedalam inti atom, maka atom menjadi tak stabil. Hal ini bententangan dengan pernyataan umum bahwa atom stabil (Ediati, R.,dkk, 2008) . UNIVERSITAS HALU OLEO 20 Gambar 2.6 Lintasan spiral elektron (Ediati, R.,dkk, 2008) 2.7 Sel Bahan Bakar Sel bahan bakar biasanya menggunakan oksigen di katoda dan suatu gas yang dapat dioksidasi pada anoda reaksi yang terjadi sebagai berikut : Anoda : H2(g) + 2OH-(aq) → 2H2O(l) + 2e Katoda : O2(g) + H2O(l) + 2e → HO2-(aq) +OH-(aq) Reaksi : H2 (g) + ½ O2 (g) → H2O (l).........................(2.3) Penggunaan yang penting dari sel bahan bakar tetapi sulit terealisasi adalah sebagai pembangkit tenaga listrik alternatif, yang hanya sedikit menimbulkan pencemaran udara maupun pencemaran terminal pada sungai dibandingkan dengan pembangkit tenaga listrik batubara. Sebuah sel bahan bakar hidrogen-oksigen yang sederhana tersusun atas dua elektroda inert dan larutan elektrolit, seperti kalium hidroksida. Gelembung gas hidrogen dan oksigen dialirkan pada masing-masing elektroda maka akan menghasilkan potensial listrik. 2.8 Energi Energi adalah sesuatu yang bersifat abstrak yang sukar dibukatikan tetapi dapat dirasakan adanya. Energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja. Menurut hukum termodinamika pertama, energi bersifat kekal. Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, tetapi dapat dikonversi dari bentuk energi yang satu kebentuk energi lain ( Pudjanarsa, A., dan Nursuhud, D., 2008). UNIVERSITAS HALU OLEO 21 Definisi energi dalam Undang-Undang No.30 Tahun 2007 tentang energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja atau memindahkan benda yang dapat berupa panas, cahaya, mekanika, kimia dan elektromagnetika. Sedangkan sumber energi diartikan sebagai sesuatu yang dapat menghasilkan energi baik secara langsung maupun melalui proses konversi atau transformasi. Perubahan bentuk energi satu ke jenis lainya dapat dilakukan dengan teknologi sistem konversi energi. 2.8.1 Macam-macam sumber energi terbarukan dan tak terbarukan Macam-macam sumber energi yang ada di bumi. Dalam kehidupan seharihari, ketika beraktivitas kita pastinya membutuhkan energi atau usaha. Energi sendiri berarti sebuah kemampuan untuk melakukan pekerjaan atau beraktivitas. Dalam kehidupan sehari-hari, kita selalu menjumpai bermacam-macam energi yang ada di bumi ini. Berbeda dengan energi, sumber energi merupakan penghasil dari energi yang lainnya. Di bumi yang kita tempati ini terdapat banyak unsur-unsur alam dari berbagai macam bentuk yang bisa di ubah ke dalam energi lainnya. 2.8.2 Macam – macam sumber energi Berdasarkan sifat alaminya sendiri, ada berbagai macam sumber energi yang kita jumpai di alam bebas seperti berikut ini: 1. Sumber energi primer Sumber energi primer merupakan sumber energi yang terdapat langsung di alam dan dapat dijumpai, seperti air, nuklir, matahari, minyak, batu bara, kayu, dan angin. 2. Sumber energi sekunder Sumber energi sekunder merupakan energi yang dihasilkan dari energi primer yang lainnya, contohnya gas dan listrik. Selain berdasarkan sifat alaminya, macam-macam sumber energi juga dikategorikan berdasarkan ketersediaannya. Berdasarkan ketersediaannya inilah, energi dibagi menjadi energi terbarukan dan energi tak terbarukan. UNIVERSITAS HALU OLEO 22 2.8.3 Energi terbarukan (Sumber energi alternatif) Energi baru dan terbarukan (Renewable energy) adalah energi yang dihasilkan dari sumber daya yang dapat diperbarui. Sumber energi alternatif adalah sumber energi sebagai pengganti sumber energi tak terbarukan. Semua sumber energi terbarukan termasuk sumber energi alternatif. Sumber energi terbarukan didefenisikan sebagai sumber energi yang dapat dengan cepat diisi kembali oleh alam, proses berkelanjutan. Penggunaan sumber energi terbarukan bukanlah hal yang baru. Sejak 125 tahun yang lalu, 90 % kebutuhan energi di dunia berasal dari kayu. Seiring dengan semakin murahnya harga bahan bakar fosil, penggunaan kayu sebagai bahan bakar semakin berkurang. Terbatasnya penggunaan sumber energi terbarukan juga disebabkan oleh fakta bahwa sumber energi ini tidak selalu tersedia setiap saat. Sebagai contoh sumber energi matahari akan berkurang pada saat langit berawan dan kincir angin tidak akan berfungsi pada saat tidak ada angin. Tetapi saat ini nagara-negara di dunia termasuk Indonesia mulai memikirkan energi alternatif, sehingga banyak negara yang beralih kembali untuk menggunakan sumber energi terbarukan. Hal ini didasari oleh beberapa hal yaitu semakin berkurangnya sumber energi yang berasal dari fosil yang disebabkan tidak lagi ditemukannya sumber cadangan baru. Cadangan sumber energi yang berasal dari fosil di seluruh dunia diperkirakan hanya dapat mencukupi kebutuhan sampai 40 tahun untuk minyak bumi, 60 tahun untuk gas alam dan 200 tahun untuk batu bara (Kandi dan Winduono, Y, 2009). Adapun contoh dari energi terbarukan ini adalah sebagai berikut : 1. Angin Angin merupakan salah satu sumber energi yang tak pernah ada habisnya. Selama bumi ini masih ada, maka angin akan tetap ada selamanya karena ketersediaannya tidak terbatas. Angin sendiri seringkali dimanfaatkan dalam teknologi kincir angin, khususnya di negara dengan intensitas angin sangat banyak. Angin ini nantinya akan mendorong turbin dari kincir angin yang bisa menghasilkan energi listrik. UNIVERSITAS HALU OLEO 23 2. Matahari Matahari merupakan sumber energi paling penting dalam kehidupan manusia. Sumber energi panas dari matahari juga banyak digunakan untuk berbagai macam aktivitas, seperti fotosintesis buatan, listrik tenaga surya, menjemur pakaian dan lain sebagainya. 3. Air Laut Pasang Pemanfaatan air laut pasang atau gelombang dari air laut ini kian dijadikan sebagai sumber energi terbarukan untuk menghasilkan listrik. 4. Panas Bumi Sumber energi panas bumi atau geothermal sendiri merupakan energi panas dari kerak bumi. Energi geothermal ini diperoleh akibat peluruhan radioaktif dan juga pelepasan kalor atau panas secara terus menerus di dalam bumi. 5. Tumbuhan Produk yang dihasilkan dari tanaman atau tumbuhan ini sebenarnya bisa diolah untuk kebutuhan produk yang lain, misalnya kertas, kayu bakar hingga produk lainnya yang bisa dimanfaatkan. Akan tetapi, kekurangan dari energi terbarukan ini adalah bisa mengakibatkan beragam bencana alam apabila digunakan secara terus menerus tetapi tidak diimbangi dengan pelestarian tumbuhan tersebut. 6. Biofuel Macam-macam sumber energi terbarukan berikutnya adalah biofuel. Biofuel merupakan bahan bakar hayati yang dihasilkan dari bahan-bahan organik. Sumber dari energi terbarukan ini adalah tanaman yang memiliki kandungan gula tinggi seperti tebu dan sorgum serta tanaman yang memiliki kandungan minyak nabati tinggi seperti kelapa sawit, ganggang dan jarak. UNIVERSITAS HALU OLEO 24 7. Air Selain air laut pasang, energi air juga energi alternatif yang dapat digunakan sebagai pengganti bahan bakar fosil. Sumber energi yang satu ini didapatkan dengan memanfaatkan energi potensial dan energi kinetik yang dimiliki oleh air di Indonesia sendiri sudah terdapat puluhan PLTA untuk menghemat sumber daya tak terbarukan. 8. Biomassa Biomassa merupakan energi terbarukan yang mengacu pada bahan biologis yang berasal dari organisme yang masih hidup ataupun yang belum lama mati. Sumber utama dari energi biomassa sendiri adalah limbah, alkohol, plastik dan juga bahan bakar kayu. Saat ini di Indonesia juga sudah terdapat pembangkit listrik biomassa salah satunya yaitu PLTBM Pulubala di Gorontalo yang memanfaatkan tongkol jagung. 2.8.4 Energi tak terbarukan Selain macam-macam sumber energi terbarukan di atas, kita juga sangat familiar dengan sumber energi tak terbarukan.Kekurangan dari sumber energi tak terbarukan ini, yakni ketersediannya yang sangat terbatas. Sehingga apabila sudah habis, energi ini tak akan dapat diperbarui kembali. Adapun contoh dari sumber energi tak terbarukan yang satu ini adalah sebagai berikut: 1. Sumber energi dari hasil fosil Sumber energi yang satu ini sebenarnya masih dapat diperbaharui lagi, namun membutuhkan waktu sampai ratusan bahkan jutaan tahun lamanya. Sumber energi yang satu ini tak lain berasal dari timbunan makhluk hidup yang telah mati lalu terkubur di bawah tanah sampai jutaan tahun, adapun contohnya adalah batu bara dan minyak bumi. UNIVERSITAS HALU OLEO 25 2. Sumber energi dari mineral alam Mineral alam dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi seusai melewati beragam tahapan proses yang sifatnya sangat lama. Adapun contohnya adalah unsur uranium yang dapat menghasilkan sebuah energi nuklir. 3. Minyak mentah Sumber energi tak terbarukan berikutnya adalah minyak mentah. Minyak mentah adalah sumber daya yang terbentuk dalam bentuk cair antara lapisan kerak bumi. Ini dikarenakan minyak mentah diambil dengan cara melakukan pengeboran jauh kedalam tanah dan memompa keluar cairan. Yang kemudian cairan tersebut disempurnakan dan digunakan untuk membuat berbagai macam produk. Negara penghasil minyak bumi terbesar adalah Rusia, Amerika, Arab Saudi dan masih banyak lagi. 4. Gas Sama halnya dengan minyak mentah gas juga terdapat di bawah kerak bumi dan untuk mendapatkannya harus dibor dan dipompa keluar. Metana dan etana merupakan jenis gas paling umum yang seringkali diperoleh dari proses ini. 5. Bahan bakar nuklir Bahan bakar nuklir diperoleh melalui penambangan dan pemurnian biji uranium. Uranium sendiri merupakan unsur alami yang ada di dalam inti bumi. Jika dibandingkan dengan sumber daya yang tidak bisa diperbarui lainnya bahan bakar nuklir adalah yang paling bersih (Isdar,M., 2016). 2.9 Energi Yang Dipindahkan Ke Sistem Untuk memindahkan energi ke sistem harus ada potensial atau driving force yang menyebabkan energi dapat melewati sistem tersebut. Potensial atau driving force tersebut dapat berupa gaya mekanik, gaya listrik atau perbedaan temperatur. Energi yang berkaitan dengan masing-masing potensial tersebut disebut dengan : kerja, energi listrik dan panas. UNIVERSITAS HALU OLEO 26 Jika terjadi perubahan dari ke tiga energi tersebut pada suatu sistem, maka berarti ada energi yang melewati boundry dari sistem tersebut. 1. Kerja didefinisikan sebagai hasil dari perkalian gaya dengan jarak jarak yang ditempuh oleh gaya tersebut. Definisi ini diartikan bahwa yang menyebakkan perpindahan jarak dimaksud adalah gaya tersebut. 2. Energi listrik dihasilkan dari adanya perbedaan tegangan/voltase dan arus mengalir karena adanya perbedaan tegangan tersebut. 3. Panas yaitu merupakan perpindahan energi melewati boundry sistem karena adanya perbedaan suhu di antara kedua sisi boundry tersebut. 2.10 Energi Yang Dimiliki Sistem Kalau energi ditambahkan ke dalam sistem, maka akan terjadi perubahan energi pada sistem tersebut, terkecuali jika sejumlah energi yang sama secara simultan dikeluarkan dari sistem tersebut. Penambahan energi pada sistem dapat mengakibatkan perubahan internal sistem misalnya perubahan suhu, ekspansi/perubahan bentuk atau atau perubahan fase. Energi yang berhubungan dengan energi-energi tersebut menyebabkan adanya perubahan internal yang disebut dengan internal energy disingkat dengan U. Setelah ditemukan bahwa panas adalah energi dan dapat ditransformasikan menjadi kerja, dan dari penyelidikan tentang transformasi tersebut disimpulkan : 1. Jika jalan bagi aliran panas tersedia, maka panas akan mengalir dari tempat yang bersuhu tinggi ke tempat yang bersuhu rendah dan tidak dapat berlangsung sebaliknya. 2. Kerja dalam bentuk mekanis dapat diubah menjadi bentuk panas secara sempurna. Misalnya bolok yang dipindahkan dengan mendorongnya sepanjang permukaan kasar, maka kerja yang diberikan untuk mendorong balok akan memberikan panas pada balok. Untuk menjaga suhu balok tetap sama, maka sejumlah panas yang equivalent dengan kerja yang masuk harus dikeluarkan dari sistem. Akan tetapi sebaliknya, tindakan untuk mengembalikan balok pada tempatnya semula dengan menghasilkan kerja yang sama dengan kerja semula/input energi adalah tidak mungkin. UNIVERSITAS HALU OLEO 27 3. Arus listrik melalui resistor akan menghasilkan panas. Panas dengan jumlah yang sama dengan masukan energi listrik dapat dikeluarkan dari resistor. Akan tetapi panas yang dikeluarkan dari resistor tidak dapat dialirkan kembali ke resistor dengan menghasilkan energi listrik. 4. Pada reaksi kimia, dicapai suhu yang lebih tinggi dari suhu semula. Untuk mengembalikan suhunya seperti semula dapat dilakukan dengan mengalirkan panas dengan jumlah yang sama dari produk reaksi. Ini berarti ada trsnsformasi energi kimia menjadi panas. Akan tetapi tidak demikian sebaliknya panas yang dikeluarkan tidak bisa dimanfaatkan untuk mengembalikan produk reaksi kimia tersebut ke bentuknya semula. 5. Apabila ada ruangan yang dipisahkan oleh partisi dan masing-masing diisi oleh gas berbeda, kemudian partisi dibuka, maka kedua gas akan bercampur secara uniform. Akan tetapi kedua gas tersebut tidak dapat memisah sendiri dan kembali ke posisi masing-masing. Dari contoh uraian di atas, transformasi energi tersebut telah memenuhi hukum termodinamika pertama. Akan tetapi tidak cukup untuk menjawab berbagai pertanyaan seperti mengapa tidak terjadi transformasi yang sempurna dari panas menjadi kerja, padahal kerja dapat ditransformasikan secara sempurna menjadi panas. Jadi dengan kata lain hukum termodinamika pertama ini tidak dapat menjawab mengapa beberapa proses hanya berlangsung satu arah, dan tidak untuk arah sebaliknya. Pertanyaan ini hanya bisa dijawab oleh hukum termodinamika kedua. Hukum termodinamika kedua dapat menunjukkan apakah sistem mengalami keseimbangan sempurna. Hukum kedua ini menetapkan suatu sifat/properti bahan atau zat yang bisa menunjukkan apakah mungkin terjadi perubahan keadaan pada suatu sistem. 2.11 Energi Kimia Energi kimia adalah energi yang muncul akibat hasil interaksi elektron, yaitu dua atom atau lebih dan atau molekul-molekul berkombinasi membentuk senyawa kimia yang stabil. Energi kimia hanya dapat terjadi dalam bentuk energi tersimpan. Jika energi tersebut dilepaskan dalam suatu reaksi kimia misalnya UNIVERSITAS HALU OLEO 28 proses pembakaran bahan bakar, maka reaksi tersebut dinamakan reaksi eksotermis. Energi yang dilepas pada umumnya dinyatakan dalam satuan kalori atau BTU per satuan massa bahan bakar yang bereaksi. Pada beberapa reaksi kimia energi panas diserap, dan reaksi ini disebut reaksi endotermis. Sumber energi panas yang paling penting dan banyak dikenal dalam kehidupan manusia saat ini adalah reaksi kimia eksotermis yang dikenal dengan pembakaran yang melibatkan bahan bakar dan oksigen (UPLIFT, 2014). UNIVERSITAS HALU OLEO 29 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian ini telah diselesaikan pada bulan Februari sampai April 2017, sedangkan Pengujian daya listrik yang dihasilkan oleh air garam dilakukan di Laboratorium Fakultas Teknik Universitas Halu Oleo 3.2 Alat dan Bahan yang Digunakan Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah : 1. Alat Adapun alat yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut : a. Volt meter AVO meter digunakan untuk mengukur beda potensial di dua titik suatu rangkaian listrik. Gambar 3.1 AVO meter UNIVERSITAS HALU OLEO 30 b. Tang Tang digunakan sebagai alat untuk mencengkram atau memegang komponen yang akan dibuka dan dipasang. Gambar 3.2 Tang c. Meter Meter digunakan untuk mengukur panjang kawat tembaga yang dijadikan penampang Gambar 3.3 Meter UNIVERSITAS HALU OLEO 31 d. Gelas ukur Gelas ukur digunakan untuk mengukur volume air dan garam. Gambar 3.4 Gelas ukur 2. Bahan Adapun bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah : a. Air Gambar 3.5 Air b. Garam Gambar 3.6 Garam UNIVERSITAS HALU OLEO 32 c. Plat Tembaga Gambar 3.7 Plat temabaga (katoda) d. Plat Seng Gambar 3.8 Plat seng (anoda) e. Kabel Gambar 3.9 Kabel UNIVERSITAS HALU OLEO 33 f. Wadah Gambar 3.10 Wadah 3.3 Prosedur Penelitian Adapun prosedur dari penelitian ini yaitu : 1. Menyiapkan alat dan bahan pengujian, 2. Membuat sel elektrokimia sebanyak 10 sel, 3. Membuat elektrolit air garam dengan campuran air sebanyak 1 liter dan garam sebanyak 50 g, 4. Masukan logam seng (Zn) dan logam tembaga (Cu) yang sudah dirangkai seri dalam larutan elektrolit air garam, 5. Hubungkan kabel negatif dari seng dan kabel positif dari tembaga pada AVO meter, 6. Variasi luas penampang tembaga dan seng yang digunakan yaitu 7 cm2, 14 cm2 dan 21 cm2 masing-masing saling dirangkaikan satu sama lain, 7. Terakhir, ukur besar daya yang dihasilkan air garam dan membandingkan luas penampang terhadap daya yang dihasilkan air garam tersebut. UNIVERSITAS HALU OLEO 34 Tabel 3.1 Tabel Pengamatan Daya listrik Sumber energi Panjang Cu(cm) Lebar Cu(cm) Luas penampang Cu (cm2) Panjang Zn (cm) Lebar Zn 2 (cm ) Luas yang penampang dihasilkan Zn (cm2) (joule/detik atau watt) 7 Air Garam 7 7 7 cm2 1 2 14 21 cm2 3 7 7 7 1 7 cm2 2 14 cm2 3 21 cm2 1 7 cm2 2 14 cm2 3 21 cm2 1 7 cm2 2 14 cm2 3 21 cm2 Gambar 3.11 Alat dan Bahan Pengujian UNIVERSITAS HALU OLEO 35 3.4 Diagram Alir Penelitian Mulai Studi Literatur Perencanaan Dan Persiapan Alat Uji Pengadaan Bahan Pengadaan Alat Ukur Persiapan Alat Uji Tidak Pengujian daya yang di hasilkan air garam sebagai sumber energi alternatif Ya Data Yang Diperoleh : Pengaruh luas penampang tembaga dan seng terhadap daya listrik yang dihasilkan air garam sebagai sumber energi alternatif Analisa Data Kesimpulan Selesai UNIVERSITAS HALU OLEO 36 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Pengamatan Adapun hasil pengamatan air garam sebagai sumber energi listrik menggunakan metode Sel Elektrokimia pada tanggal 31 Maret 2017 di Laboratorium Mekanika Fluida Fakultas Teknik Universitas Halu Oleo seperti gambar 4.1 berikut : Gambar 4.1 Pengujian air garam sebagai sumber energi Pengujian air garam sebagai sumber energi dilakukan dengan menggunakan metode sel elektrokimia dengan jumlah air yang digunakan sebanyak 1000 ml dan jumlah garam yaitu 50 g. Sel yang dibuat yaitu sebanyak 10 sel untuk muatan 1000 ml ditambah dengan 50 g garam. Luas penampang dari tembaga divariasikan dalam 3 ukuran yang pertama 7 cm2, ke-dua 14 cm2 dan yang ke-tiga 21 cm2. Begitupun dengan luas penampang seng terbagi dalam 3 ukuran dan masing-masing sama dengan ukuran penampang tembaga yaitu 7 cm2, ke-dua 14 cm2 dan yang ke-tiga 21 cm2. Panjang dari ukuran tembaga maupun seng sama yaitu 7 cm. Dalam sel elektrokimia terdapat dua penampang pada saat digunakan sebagai sumber energi yaitu katoda dan anoda. Pada pengujian yang dilakukan katoda yang digunakan yaitu tembaga dan anoda yang digunakan yaitu seng. Pengujian air garam sebagai sumber energi listrik dilakukan sebanyak 9 kali UNIVERSITAS HALU OLEO 37 pengujian dimana tiap pengujian divariasikan luas penampang tembaga dan seng. Hasil yang didapatkan untuk nilai potensial listrik dan arus listrik bervariasi tergantung dari luas penampang tembaga dan seng tersebut. Setelah melakukan pengamatan terhadap air garam sebagai sumber energi didapatkan hasil seperti pada tabel 4.1 berikut : Tabel 4.1 Hasil Pengamatan Penggunaan air garam sebagai sumber energi Luas penampang 2 Cu (cm ) 7 14 21 Potensial Luas penampang 2 Zn (cm ) listrik yang dihasilkan (V) Arus Listrik (mA) 7 4,29 2,5 14 4,04 2,6 21 3,81 2,0 7 6,45 3,6 14 7,35 9,2 21 6,98 2,2 7 6,72 5,1 14 7,2 12,3 21 6,92 13,0 Tabel 4.1 di atas merupakan data hasil pengamatan yang dilakukan terhadap air garam yang digunakan sebagai sumber energi. Pengujian pertama yang dilakukan yaitu tembaga yang luas penampangnya 7 cm2 dirangkaikan dengan seng yang luas penampangnya 7 cm2 didapatkan potensial listrik (V) sebesar 4,29 V sedangkan kuat arus yang dihasikan yaitu 2,5 mA. Pengujian ke-2 yaitu tembaga dengan luas penampang 7 cm2 dirangkaikan dengan seng yang luas penampangnya 14 cm2 didapatkan potensial listrik (V) sebesar 4,04 V sedangkan kuat arus yang dihasikan yaitu 2,6 mA. Pengujian ke-3 yaitu tembaga dengan luas penampang 7 cm2 dirangkaikan dengan seng yang luas penampangnya 21 cm2 didapatkan potensial listrik (V) sebesar 3,81 V sedangkan kuat arus yang dihasikan yaitu 2,0 mA. Pada ketiga UNIVERSITAS HALU OLEO 38 pengujian yang dilakukan semua menggunakan tembaga yang luas penampangnya sama yaitu sebesar 7 cm2 hanya luas penampang seng saja yang bervariasi. Variasi dari luas penampang seng tersebut berdampak terhadap hasil potensial listrik yang dihasilkan oleh air yang bercampur garam tersebut. Hal ini terbukti pada pengujian air garam yang telah dilakukan. Hasil potensial listrik yang besar pada pengujian dengan luas penampang tembaga yang sama yaitu 7 cm2 yaitu terdapat pada tembaga 7 cm2 yang dirangkaikan dengan seng yang luas penampang 7 cm2 juga sebesar 4,29 V. Pengujian yang ke-4 luas penampang tembaga yang digunakan yaitu 14 cm2 dirangkaikan dengan seng yang mempunyai luas penampang 7 cm2 hasil yang didapatkan yaitu potensial listrik (V) sebesar 6,45 V sedangkan kuat arus yang dihasikan yaitu 3,6 mA. Pengujian yang ke-5 luas penampang tembaga 14 cm2 dirangkaikan dengan seng yang luas penampangnya 14 cm2 hasil yang didapatkan yaitu potensial listrik sebesar 7,35 V dan arus listrik yang dihasilkan yaitu sebesar 9,2 mA. Pada pengujian yang ke-5 ini terdapat potensial yang besar dibandingkan dengan pengujian yang lainnya. Untuk pengujian yang ke-6 luas penampang tembaga 14 cm2 dirangkaikan dengan seng yang mempunyai luas penampang 21 cm2 hasil yang didapatkan yaitu potensial listrik sebesar 6,98 V dan arus listrik sebesar 2,2 mA. Pada pengujian yang ke-6 ini potensial listrik yang dihasilkan menurun dibandingkan dengan pengujian yang ke-5. Pengujian yang ke-7 luas penampang tembaga 21 cm2 dirangkaikan dengan seng yang mempunyai luas 7 cm2 hasil yang diperoleh yaitu potensial listrik sebesar 6,72 V dan arus yang dihasilkan sebesar 5,1 mA. Pengujian yang ke-8 uas penampang tembaga 21 cm2 dirangkaikan dengan seng yang mempunyai luas 14 cm2 didapatkan hasil potensial listrik sebesar 7,2 V dan arus listrik yang dihasilkan yaitu sebesar 12,3 mA. Pengujian yang terakhir yaitu pengujian yang ke-9 yaitu luas penampang tembaga 21 cm2 dirangkaikan dengan seng yang mempunyai luas penampang 21 cm2 , potensial listrik yang dihasilkan yaitu sebesar 6,92 V dan arus listrik yang dihasilkan yaitu sebesar 13,0 V. UNIVERSITAS HALU OLEO 39 Dari 9 kali pengujian air garam menjadi sumber energi nilai potensial listrik tertinggi terdapat pada luas penampang tembaga 14 cm 2 yang dirangkaikan dengan seng yang mempunyai luas penampang 14 cm2 yaitu sebesar 7,35 V, sedangkan nilai potensial listrik terendah terdapat pada luas penampang tembaga 7 cm2 yang dirangkaikan dengan seng yang mempunyai luas penampang 21 cm2 yaitu sebesar 3,81 V. 4.2 Pengaruh Luas Penampang Terhadap Arus Dan Tegangan Besarnya nilai arus dan tegangan dapat berpengaruh terhadap besarnya daya yang dihasilkan. Pada pengujian air garam menjadi energi listrik sebanyak 9 kali dengan beberapa variasi luasan penampang, hasil yang didapatkan yaitu besar tegangan dan arus masing-masing bervariasi. Hal ini disebabkan karena didalam penggunaan sel elektrokimia menjadi energi listrik, antara logam tembaga dan seng terjadi interaksi elektron sampai menjadi senyawa kimia yang stabil. Setelah mencapai kestabilan senyawa kimia tersebut maka terjadilah energi kimia yang nantinya dikonversi menjadi energi listrik. Dalam proses transfer elektron yang terjadi antara seng dan tembaga, larutan air garam membantu logam seng melepaskan muatan elektron dan logam tembaga menerima elektron dari seng tersebut. Untuk terjadi kestabilan senyawa kimia antara seng dan tembaga ketika proses transfer elektron berlangsung maka luas antara seng dan tembaga harus sama besar, agar ketika logam seng melepaskan muatan elektron yang dimiliki dengan luas 21 cm2 logam tembaga dapat menerima elektron dan menampung elektron tersebut pada luas penampng 21 cm2 juga. Apabila luas penampang antara seng dan tembaga tidak sama maka ketika seng yang luasnya 21 cm 2 melepaskan muatan elektron kepada tembaga yang luasnya 14 cm2 tembaga tidak menerima semua elektron yang dilepaskan oleh seng dan tembaga hanya menerima elektron sebanyak 14 cm2 saja sisanya terbuang karena tembaga tidak mampu menerima lagi elektron yang dilepaskan oleh seng tersebut. Akibat dari tembaga tidak mampu menerima elektron akhirnya banyak elektron yang berhamburan didalam sel dan mengurangi daya listrik. UNIVERSITAS HALU OLEO 40 4.3 Daya Yang Dihasilkan Air Garam Sebagai Sumber Energi Setelah melakukan pengujian potensial listrik dan arus listrik yang dihasilkan air garam, maka selanjutnya menghitunng daya yang dihasilkan air garam tersebut. Energi listrik dihasilkan dari adanya perbedaan tegangan atau voltase dan arus listrik mengalir karena adanya perbedaan tegangan tersebut. Daya listrik adalah jumlah energi yang diserap atau dihasilkan dalam sebuah sirkuit/rangkaian. Rumus yang digunakan untuk menghitung daya listrik adalah : P = V x I............. (4.1) Dimana : P = Daya (W) V = Potensial (v) I = Arus (A) Untuk lebih jelasnya mengenai daya yang dihasilkan air garam diambil contoh perhitungan pada pengujian luas penampang tembaga 7 cm2 yang dirangkaikan dengan seng yang mempunyai luas penampang 7 cm2, daya yang dihasilkan : = = 4,29 0,025 = 0,107 Jadi daya yang dihasilkan air garam sebagai sumber energi dengan menggunakan metode sel elektrokimia pada pengujian luas penampang tembaga 7 cm2 yang dirangkaikan dengan seng yang mempunyai luas penampang 7 cm2 adalah sebesar 0,107 W. Keseluruhan daya yang dihasilkan dalam pengujian air garam sebagai sumber energi dapat dengan berbagai variasi luas penampang tembaga dan seng dapat dilihat pada tabel 4.2 berikut : UNIVERSITAS HALU OLEO 41 Tabel 4.2 Daya yang dihasilkan air garam sebagai sumber energi listrik Luas Luas Potensial penampang penampang listrik Cu (cm2) Zn (cm2) (V) 7 7 14 21 Arus Listrik Daya (mA) (W) 4,29 2,5 0,10725 14 4,04 2,6 0,10504 21 3,81 2,0 0,0762 7 6,45 3,6 0,2322 14 7,35 9,2 0,6762 21 6,98 2,2 0,15356 7 6,72 5,1 0,34272 14 7,2 12,3 0,8856 21 6,92 13,0 0,8996 Dari tabel di atas besar daya yang dihasilkan oleh air garam sebagai sumber energi untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada grafik berikut : Daya (W) Daya Vs Luas Penampang 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0,886 0,899 0,676 0,343 0,232 0,107 0,105 0,076 Daya Listrik 0,1535 7 ; 7 7 ; 14 7 ; 21 14 ; 7 14 ; 14 14 ; 21 21 ; 7 21 ; 14 21 ; 21 Luas Penampang Tembaga dan Seng (cm 2) Gambar 4.2 Grafik Daya Yang Dihasilkan Air Garam UNIVERSITAS HALU OLEO 42 Gambar di atas merupakan grafik daya yang dihasikan air garam sebagai sumber energi. Dari grafik di atas terlihat jelas bahwa nilai tertinggi dari daya yang mampu dihasilkan air garam sebagai sumber energi yaitu terdapat pada luas penampang tembaga 21 cm2 yang dirangkaikan dengan seng yang mempunyai luas penampang 21 cm2 yaitu sebesar 0,899 W, sedangkan nilai daya terendah terdapat pada variasi luas penampang tembaga 7 cm2 yang dirangkaikan dengan seng yang mempunyai luas penampang 21 cm2 yaitu 0,107 W. Dari hasil penelitian yang dilakukan dalam 1000 ml air yang dicampurkan dengan garam sebanyak 50 g ternyata hasil yang baik yaitu terdapat pada luas penampang tembaga dan seng yang besar yaitu 21 cm2 untuk tembaga dan 21 cm2 untuk seng. Untuk rangkaian tembaga dan seng dalam sel elektrokimia agar mendapatkan daya yang lebih baik yaitu dengan memperbesar ukuran tembaga yang digunakan sebagai katoda dan seng sebagai anoda. Luas penampang tembaga harus sama dengan luas penampang seng. Apabila ukuran penampang seng lebih besar dari pada luas penampang tembaga maka daya yang dihasilkan akan kecil. Hal ini dapat dilihat pada grafik di atas. Karena sel elektrokimia yang dibuat pada penelitian ini adalah sel volta yang dimana diketahui bahwa sel volta merupakan energi kimia yang hanya dapat terjadi dalam bentuk energi tersimpan, maka untuk luas penampang antara penampang tembaga sebagai katoda dan penampang seng sebagai anoda harus sama karena energi kimia akan muncul akibat hasil interaksi elektron, yaitu dua atom atau lebih dan atau molekul-moekul berkombinasi membentuk senyawa yang stabil. Apabila luas penampangnya sama maka akan mudah mencapai kestabilan dari proses transfer elektron tersebut, sehingga daya yang dihasilkan pun akan besar. 4.4 Energi Yang Dimiliki Sistem Energi kimia yang dihasilkan dari hasil reaksi antara air yang bercampur dengan garam dalam larutan serta tembaga dan seng sebagai katoda dan UNIVERSITAS HALU OLEO 43 anodanya, kemudian dikonversi menjadi energi listrik. Dalam penelitian ini energi kimia menjadi energi listrik dapat dilihat pada gambar berikut : Gambar 4.2 Energi Kimia Menjadi Energi Listrik Besarnnya 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 100 g garam, luas penampang tembaga sebagai katoda yaitu 21 cm2 dan luas penampang seng sebagai anoda 21 cm2 dengan menggunakan 20 sel dalam sel elektrokimia dapat menghidupkan 3 buah lampu LED dengan kapasitas 1,5 W. Hal tersebut dikarenakan makin banyak sel yang ada pada se elektrokimia makin banyak pula potensial listrik dari penampang tembaga dan seng 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. Begitu pun semakin besar arus listrik yang dihasilkan maka semakin besar pula daya yang dihasilkan. 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, baik sel volta maupun sel elektrolisis. UNIVERSITAS HALU OLEO 44 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan Adapun kesimpulan dari penelitian ini adalah : 1. Pada pengujian air garam menjadi sumber energi, daya yang besar didapatkan pada luas penampang tembaga 21 cm2 yang dirangkaikan dengan seng yang mempunyai luas penampang 21 cm2 yaitu sebesar 0,9 Watt, sedangkan nilai daya listrik terendah terdapat pada luas penampang tembaga 7 cm 2 yang dirangkaikan dengan seng yang mempunyai luas penampang 21 cm2 yaitu 0,08 Watt. 2. Dalam sel elektrokimia, untuk memperbesar arus listrik dapat dilakukan dengan memperbesar luas penampang elektroda, sedangan untuk memperbesar nilai potensial listrik dapat dilakukan dengan memperbanyak jumlah selnya. 5.2 Saran Adapun saran yang dapat disampaikan penulis setelah melakukan penelitian ini adalah : 1. Mencari solusi yang lebih baik lagi dalam memperbesar daya dari penggunaan air garam sebagai sumber energi 2. Membuat sel elektrokimia menggunakan air garam dalam skala yang besar sehingga dapat di aplikasikan untuk penerangan rumah. UNIVERSITAS HALU OLEO 45 LAMPIRAN Lampiran 1. Pengambilan Air Sumur Sebagai Bahan Pembuatan Sel Elektrokimia Air garam Lampiran 2. Persiapan Alat Uji Air Garam Sebagai Sumber Energi UNIVERSITAS HALU OLEO 46 Lampiran 3. Pemasangan Tembaga dan Seng Pada Sel Elektrokimia Lampiran 4. Pengujian Potensial Air Garam Menjadi Sumber Energi UNIVERSITAS HALU OLEO 47 Lampiran 5. Pengujian Arus Listrik Pada Penggunaan Air Garam Sebagai Sumber Energi Lampiran 6. Pengujian Air Garam Sebagai Sumber Energi Dengan Menggunakan Lampu LED 1,5 Watt UNIVERSITAS HALU OLEO 48 DAFTAR PUSTAKA Adi,T.R., Supangat,A., Sulistiyo,B., Mulyo S,B., Amarullah H., Prihadi,T.H., Sudarto, Soentjahjo,E., dan Rustam,A., 2006, Buku Panduan Pengembangan Usaha Terpadu Garam dan Artemia, 2007, Pusat Riset Wilayah Laut dan Sumberdaya Nonhayati Badan Riset Kelautan dan Perikanan Departemen Kelautan dan Perikanan, Jakarta. Agung,A.I.,2013, Potensi Energi Alternatif Dalam Mendukung Kelistrikan Nasional, Jurnal Pendidikan Teknik Elektro; Vol 2 Nomor 2 Hal 892-897, Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik, UNESA. Damanik,W.S., 2015, Pengaruh Jarak Katoda dan Anoda Terhadap Tekanan Gas Hidrogen dan Klorin Yang Dihasilkan Pada Proses Elektrolisis Air Garam (Skripsi), Program Studi Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah, Sumatera Utara. Ediati,R., Prasetyoko,D., Atmaja,L., Murwani,I.K., dan Juwono,H., 2008, Kimia Untuk Sekolah Menengah Kejuruan, Jilid 1, Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah; Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta. 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. Halliday,D., Resnick,R., Silaban,P dan Sucipto,E., 1978, Fisika Dasar 1, Jilid 1, Edisi ke-3, Erlangga, Jakarta. Isana, SYL, 2010, Perilaku Sel Elektrolisis Air Dengan Elektroda Stainless Steel, Staf Pengajar Jurusan Pendidikan Kimia FMIPA UNY, Yogyakarta. UNIVERSITAS HALU OLEO 49 Isdar,M., 2016, Unjuk Kerja Kompor Sumbu Bahan Bakar Minyak Pirolisis Sampah Plastik (Skripsi), Jurnal Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Halu Oleo Kendari, Sulawesi Tenggara. Kandi dan Winduono,Y.,2009, Energi dan Perubahannya, Pusat Pengembangan dan Pemberdayaan Pendidik dan Tenaga Kependidikan Ilmu Pengetahuan Alam, Bandung. Prianti,B., 2008, Penentuan Potensial Sel Teoritis Proses Elektrolisis Natrium Klorida Menjadi Natrium Perklorat, Vol 6 hal 18-24, Jurnal Teknologi Dirgantara. Pudjanarsa,A., dan Nursuhud,D., 2008, Mesin Konversi Energi, Edisi Revisi, ANDI Yogyakarta, Yogyakarta. Search,F.W., Zemansky,M.W., Soedarjana., dan Achmad,A., 1982, Fisika Untuk Universitas 1, Jilid 2, Edisi ke-4, Binacipta, Bandung. Sudarlin, 2010, Kimia Dasar Untuk Fisika Konsep Kimia Dasar Untuk Mahasiswa Fisika, Edisi Pertama, Omah Ilmu, Pogung Rejo, Sleman, Yogyakarta. Sugiarto,B., 2004, Ikatan Kimia, 2004, Modul KIM.05, Bagian Proyek Pengembangan Kurikulum; Direktorat Pendidikan Menengah Kejuruan; Direktorat Pendidikan Dasar dan Menengah; Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta. Sunarya,Y., dan Setiabudi,A., 2007, Mudah dan Aktif Belajar Kimia Untuk Kelas XI Sekolah Menengah Atas/Madrasah Aliyah Program Ilmu Pengetahuan Alam, Jilid 2, 2009, Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta. UNIVERSITAS HALU OLEO 50 Utami,B., Nugroho,A.Cs., Mahardiani,L., Yamtinah,B., 2007, Kimia Untuk SMA dan MA Kelas XII Program Ilmu Alam, 2009, Pusat Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta. UPLIFT., 2014, Upgrading and Leveraging Indonesia To Fortify Energy Efficiency Trough Academic and Technical Training For Energy Managemen Professionals, Revisied Module Outline, Di akses pada tanggal 01 Januari 2017. UNIVERSITAS HALU OLEO 51