PENGARUH VARIASI JUMLAH LILITAN

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PENGARUH VARIASI JUMLAH LILITAN SOLENOIDA PADA
ALAT REDUKTOR ELECTROMAGNETIC PLATING UNTUK
MEREDUKSI KADAR CHROM (Cr) DALAM LIMBAH CAIR
PENYAMAKAN KULIT
SKRIPSI
Diajukan pada jurusan Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sanata Dharma
untuk memenuhi sebagian syarat–syarat guna memperoleh gelar Sarjana Sains
(S.Si.)
Disusun oleh :
Stevanus Galih Pitoyo
013214023
PROGRAM STUDI FISIKA
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2007
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
iv
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
HALAMAN PERSEMBAHAN
Skripsi ini kupersembahkan untuk :
Bapak dan Ibuku
Adik-adikku
Sanata Dharma
v
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi yang saya tulis ini tidak
memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam
kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.
Yogyakarta, 5 Juni 2007
Penulis,
Stevanus Galih Pitoyo
vi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PENGARUH VARIASI JUMLAH LILITAN SOLENOIDA
PADA ALAT REDUKTOR ELECTROMAGNETIC PLATING
UNTUK MEREDUKSI KADAR CHROM (Cr) DALAM LIMBAH CAIR
PENYAMAKAN KULIT
INTI SARI
Telah dilakukan penelitian tentang pengaruh variasi jumlah lilitan
solenoida pada alat reduktor electromagnetic plating. Penelitian ini bertujuan
untuk mencari kondisi kuat arus optimal yang diberikan pada solenoida dan waktu
proses optimal serta untuk mengetahui besarnya penurunan kadar Cr dalam
limbah cair penyamakan kulit pada masing-masing solenoida.
Penelitian ini dilakukan di PTAPB-BATAN Yogyakarta pada bulan
Desember-Maret 2007.
Penelitian ini meliputi pembuatan solenoida inti besi dengan jumlah lilitan
sebanyak 890, 1090 dan 1290 lilitan.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa kuat arus solenoida optimal pada 0,3
ampere dan waktu proses optimal adalah 30 menit.
Efisiensi penurunan kadar Cr terbaik diperoleh pada solenoida 1290 lilitan
sebesar 100 % dari konsentrasi awal 1794,4 ppm menjadi 0 ppm pada kuat arus
sebesar 0,3 ampere dan waktu proses 30 menit.
vii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
INFLUENCE OF VARIATION SUM UP THE CIRCUMFERENCE
SOLENOIDA AT APPLIANCE OF REDUCTOR ELECTROMAGNETIC
PLATING TO REDUCE THE RATE CHROM ( Cr) IN LIQUID WASTE
LEATHER TANNING
ABSTRACT
Have been done by research about influence of variation of sum up the
circumference of “Reductor Electromagnetic Plating”. This research aim to look
for the strong condition of optimal current which passed to solenoida and optimal
process time and also to know the level of degradation of rate Cr in liquid waste
leather tanning at each solenoida.
This research was done in PTAPB-BATAN Yogyakarta at DesemberMarch 2007.
This research cover the making of solenoid of iron core with the
circumference amount as much 890 circumference, 1090 circumference and 1290
circumference.
Result of research indicated that the current strength optimal at 0,3 ampere
and time process most optimal at 30 minute.
Efficiency of best rate Cr degradation obtained at solenoid 1290
circumference of equal to 100 % from concentration 1794,4 ppm become 0 ppm
at current strength of equal to 0,3 ampere and time process 30 minute.
viii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
KATA PENGANTAR
Puji syukur pertama-tama penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yesus
Kristus atas segala kasih dan perlindungan yang diberikan kepada penulis
sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Skripsi ini disusun untuk
memenuhi prasyarat guna memperoleh gelar Sarjana Sains Program Studi Fisika
Jurusan Fisika Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas
Sanata Dharma Yogyakarta. Skripsi ini membahas tentang PENGARUH VARIASI
JUMLAH
LILITAN
SOLENOIDA
PADA
ALAT
REDUKTOR
ELECTROMAGNETIC PLATING UNTUK MEREDUKSI KADAR CHROM
DALAM LIMBAH CAIR PENYAMAKAN KULIT
Penulis menyadari bahwa penyusunan skripsi ini tidak dapat berjalan
dengan baik tanpa proses yang panjang dan dukungan dari berbagai pihak, baik
secara langsung maupun tidak langsung. Maka pada kesempatan yang berbahagia
ini, penulis secara khusus mengucapkan banyak terima kasih, kepada:
1. Bapak Dr. Widi Setiawan selaku Kepala Pusat Teknologi Akselerator dan
Proses Bahan-BATAN Yogyakarta.
2. Bapak Drs. M. Yazid selaku Kepala Bidang Keselamatan dan Kesehatan.
3. Kepala Sub Bidang Pengelolaan Limbah dan Kesehatan Lingkungan.
4. Ibu Ir. Sri Agustini S, M.Si. selaku KaProdi dan dosen pembimbing
dengan penuh kesabaran dan perhatian telah memberikan bimbingan,
pengarahan, mengoreksi, saran dan kritik selama proses penulisan skripsi
ini.
ix
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
5. Bapak Ir. Prayitno, M.Eng. selaku dosen pembimbing di Pusat Teknologi
Akselerator dan Proses Bahan-BATAN.
6. Bapak Drs. B. A. Tjipto Sujitno, M.Eng. yang telah membantu
menjembatani penulis di PTAPB-BATAN.
7. Bapak Imam Prayogo, ST. yang telah membimbing dan mengarahkan
selama bekerja di Lab.
8. Dosen penguji, terima kasih atas segala saran-saran dan kritik yang telah
disampaikan selama pendadaran.
9. Bapak dan Ibuku tercinta yang telah mencurahkankan doa, dukungan
moral, matriil dan segalanya untuk saya.
10. Mbah Bapak dan mbah Embok buat petuah dan doanya.
11. Adikku Agnes dan Koko yang telah memberikan doa dan segala
dukungan.
12. Buat dik Tites, obrigado untuk doa, cinta, dukungan serta semangat yang
selalu kau tanamkan..
13. Sahabat-sahabat seperjuanganku di fisika’01 : Aris, Ismad, Enzo, Minto,
Hero, Hari, Engkong Patrick, Mela, Nita, Dwi, Yoan.
14. Teman-teman kos TAMPAN : Bang Oma, Mas Ismad, Mas Tri, Om Hira
buat bantuan, nasehat dan tawa canda yang ta’ kan terlupa..Hari-hari terasa
indah jika selalu bersama kalian.
15. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah
memberikan bantuan, doa, saran, kritik, dan dukungan selama kuliah
sampai penulisan skripsi ini.
x
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Penulis menyadari bahwa skripsi ini, masih banyak kekurangannya. Oleh
karena itu penulis mengucapkan terima kasih bila ada kritik dan saran yang dapat
membangun penulis. Penulis berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat dan
menjadi referensi bagi pembaca.
Yogyakarta, 5 Juni 2007
Penulis
xi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR ISI
JUDUL ..................................................................................................................
HALAMAN PENGESAHAN ..............................................................................
HALAMAN PERSEMBAHAN ...........................................................................
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ...............................................................
INTI SARI ............................................................................................................
ABSTRACT ..........................................................................................................
KATA PENGANTAR ..........................................................................................
DAFTAR ISI.........................................................................................................
DAFTAR TABEL .................................................................................................
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah ...................................................................
1.2. Perumusan masalah ...........................................................................
1.3. Batasan Masalah ...............................................................................
1.4. Tujuan Penelitian ..............................................................................
1.5. Manfaat Penelitian ..........................................................................
BAB II DASAR TEORI
2.1. Medan Listrik ....................................................................................
2.1.1. Garis-Garis Gaya Pada Medan Listrik ........................................
2.1.2. Potensial Listrik ..........................................................................
2.1.3. Medan Listrik Plat Sejajar ..........................................................
2.2. Medan Magnet ..................................................................................
2.2.1. Gaya Magnet Oleh Muatan Bergerak .........................................
2.2.2. Medan Magnet Oleh Kawat Lurus Berarus ................................
2.2.3. Medan Magnet Oleh Arus Dalam Loop......................................
2.2.4. Medan Magnet Oleh Kumparan Solenoida.................................
2.3. Elektrolisis ........................................................................................
2.3.1. Pengertian Electromagnetic plating............................................
2.3.2. Prinsip Kerja Electromagnetic Plating .......................................
2.3.3. Deret Volta ..................................................................................
2.4. Chrom ..............................................................................................
2.5. Standar Baku Mutu Chrom ..............................................................
BAB III METODE PENELITIAN
3.1. Lokasi Penelitian...............................................................................
3.2. Obyek Penelitian ...............................................................................
3.3. Waktu Penelitian ...............................................................................
3.4. Variabel Penelitian ............................................................................
3.5. Tahapan Persiapan Penelitian ...........................................................
3.5.1. Bahan Yang Digunakan Dalam Penelitian .................................
3.5.2. Peralatan Yang Digunakan Dalam Penelitian .............................
3.6. Diagram Tahap Penelitian.................................................................
3.7. Prosedur Penelitian ...........................................................................
3.7.1. Tahap Perancangan Alat Electromagnetic Plating .....................
3.7.1.1. Pembuatan Kumparan Elektromagnet / Solenoida ...............
3.7.1.2. Plat Elektroda ........................................................................
3.7.1.3. Bak Kontak ...........................................................................
3.7.1.4. Power Supply ........................................................................
xii
Halaman
i
ii
v
vi
vii
viii
ix
xii
xiv
xv
1
2
3
3
4
5
6
8
9
12
13
14
16
19
21
22
23
28
29
30
31
31
31
31
32
32
32
33
34
34
34
37
37
38
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3.7.2. Tahap Operasional Alat ..............................................................
3.7.3. Tahap Pelaksanaan Penelitian .....................................................
3.7.3.1. Percobaan Variasi Kuat Arus Solenoida dan Waktu Kontak
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Penelitian.....................................................................................
4.1.1. Variasi Kuat Arus Pada Solenoida ....................................................
4.1.2. Variasi Waktu Proses ........................................................................
4.1.3. Variasi Jumlah Lilitan .......................................................................
B. Pembahasan ..........................................................................................
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan ..........................................................................................
5.2. Saran ....................................................................................................
DAFTAR PUSTAKA ..........................................................................................
xiii
39
40
40
42
42
44
46
47
50
51
52
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 4.1. : Penurunan Kadar Cr Dengan Variasi Kuat Arus solenoida............
42
Tabel 4.2. : Penurunan Kadar Cr Dengan Variasi Waktu Proses ......................
44
Tabel 4.3. : Penurunan Kadar Cr Dengan Variasi Jumlah Lilitan .....................
46
xiv
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. : Arah Gaya Yang Disebabkan Oleh q .....................................
6
Gambar 2.2. : Vektor Normal Tidak Tegak Lurus Bidang dA.......................
7
Gambar 2.3. : Plat Sejajar Bermuatan ............................................................
10
Gambar 2.4. : Hubungan Vektor Antara Gaya Magnet, Induksi Magnet Dan
Kecepatan Muatan ........................................................................
13
Gambar 2.5. : Induksi Magnet Oleh Kawat Lurus Berarus ..........................
16
Gambar 2.6. : Garis Gaya Magnet Disekitar Kawat Lurus Berarus ..............
16
Gambar 2.7. : Induksi Magnet Disumbu Lingkar Arus .................................
17
Gambar 2.8. : Arah Medan Magnet Di sepanjang Sumbu Solenoida ............
19
Gambar 2.9. : Lintasan Melingkar Muatan Positif Dan Negatif Dalam .......
Sebuah Medan Magnet Uniform ..................................................
23
Gambar 2.10. : Kaidah Tangan Kanan.............................................................
26
Gambar 2.11. : Mekanisme Kerja Gaya Magnet Pada
Alat Electromagnetic plating .................................................
26
Gambar 2.12. : Arah Penempelan Ion Negatif Karena Pengaruh Gaya Magnet
.................................................................................................
27
Gambar 2.13. : Arah Penempelan Ion Positif Karena Pengaruh Gaya Magnet
.................................................................................................
27
Gambar 3.1. : Diagram Tahap Penelitian.......................................................
33
Gambar 3.2. : Rangkaian alat Electromagnetic Plating Tampak Depan ......
36
Gambar 3.3. : Electroplate Sebagai Tempat Penempelan Ion Cr ..................
37
Gambar 3.4. : Bak Kontak Tempat Terjadinya Penempelan Ion-Ion Cr .......
38
Gambar 3.5. : Skema Pengambilan Sampel ...................................................
39
Gambar 4.1. : Grafik Hubungan Kuat Arus Vs Konsentrasi Cr Pada
Masing-masing Solenoida.......................................................
43
Gambar 4.2. : Grafik Hubungan Waktu Proses Vs Konsentrasi Cr Pada
Masing-masing Solenoida.......................................................
45
Gambar 4.3. :
Grafik Hubungan Antara Jumlah Lilitan Vs Konsentrasi Cr ..
46
’
xv
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Bertambahnya jumlah penduduk dan meningkatnya standar hidup manusia
menuntut terjadinya peningkatan produksi barang maupun jasa. Peningkatan
produksi barang dan jasa hanya dapat ditempuh melalui sektor industri, namun
konsekuensi dari perkembangan industri dapat menimbulkan permasalahan
lingkungan sebagai akibat dari pembuangan limbah pabrik yang semakin besar.
Terlebih lagi, sebagian limbah tersebut berbahaya bagi lingkungan hidup dan
kesehatan manusia.
Salah satu limbah industri yang termasuk dalam limbah berbahaya dan
beracun adalah limbah cair penyamakan kulit. Logam chrom (Cr) yang
terkandung dalam limbah tersebut apabila masuk ke dalam tubuh cenderung
berakumulasi dalam jaringan dan menimbulkan berbagai macam penyakit,
termasuk merusak fungsi ginjal dan mengganggu susunan dan metabolisme darah.
Salah satu metode untuk menurunkan kadar chrom (Cr) yang terkandung
dalam limbah cair penyamakan kulit adalah dengan Electromagnetic plating.
Electromagnetic plating merupakan alat yang dapat digunakan untuk mereduksi
kadar logam.
1
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Prinsip metode ini adalah perpaduan gaya listrik dan magnet untuk
menyempurnakan penempelan ion-ion logam pada plat elektroda sehingga dapat
menurunkan kadar logam tersebut dalam air limbah. Gaya listrik dihasilkan oleh
elektroda yang terbuat dari plat tembaga, penggunaan plat tembaga pada
penelitian ini karena plat tersebut telah terbukti dalam percobaan yang dilakukan
oleh Puji Hastuti (Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir) menghasilkan efisiensi
sebesar 92,61% lebih baik dari plat yang terbuat dari besi dan aluminium.
Sedangkan gaya magnet dihasilkan oleh kumparan solenoida yang berjumlah 16
buah terbagi menjadi 8 pasang dengan panjang inti besi yang sama.
Pada penelitian ini penulis akan membahas tentang pengaruh variasi
jumlah lilitan solenoida dengan panjang inti besi yang sama terhadap penurunan
kadar Cr dalam limbah cair penyamakan kulit.
1.2 Perumusan Masalah
Bagaimana pengaruh jumlah lilitan solenoida pada alat electromagnetic
plating pada kondisi kuat arus solenoida dan waktu proses optimal terhadap
penurunan kadar Cr?
2
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
1.3 Batasan Masalah
Agar lingkup penelitian lebih jelas, penulis membatasi masalah pada :
*
Menentukan kondisi kuat arus solenoida dan waktu proses yang optimal
untuk jumlah lilitan yang berbeda-beda.
*
Menentukan hubungan antara jumlah lilitan solenoida dengan penurunan
kadar Cr dalam limbah penyamakan kulit dengan menggunakan alat
electromagnetic plating pada kondisi kuat arus solenoida dan waktu proses
yang optimal.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
*
Menentukan kondisi kuat arus solenoida dan waktu proses yang optimal
untuk jumlah lilitan yang berbeda-beda.
*
Menentukan hubungan antara jumlah lilitan solenoida dengan
penurunan kadar Cr dalam limbah penyamakan kulit dengan
menggunakan alat electromagnetic plating pada kondisi kuat arus
solenoida dan waktu proses yang optimal.
3
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
1.5 Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut :
1. Dapat memberikan sumbangan pemikiran dan informasi mengenai metode
pengolahan air limbah yang dihasilkan oleh limbah penyamakan kulit.
2. Bahan masukan bagi PTAPB-BATAN Yogyakarta sebagai salah satu
alternatif metode pereduksian kadar logam pada fase cair terutama untuk
menurunkan kadar logam chrom (Cr).
3. Bagi peneliti dan pembaca yang lain, dapat menambah wawasan dan
pengetahuan mengenai cara mereduksi kadar logam Cr yang terdapat
dalam limbah penyamakan kulit dengan metode electromagnetic plating.
4
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB II
DASAR TEORI
2.1.
Medan Listrik
→
Muatan titik yang berada didalam suatu medan listrik E akan mengalami
→
gaya listrik. Jika pada suatu muatan titik terdapat suatu vektor gaya F maka pada
titik tersebut terdapat medan listrik, dimana medan listrik tersebut merupakan
→
suatu vektor E . Jika di dalam medan listrik tersebut terdapat suatu muatan q
maka kuat medan listrik tersebut akan sama dengan
→
F
E=
q
→
....................................(1)
Bila medan listrik ditimbulkan oleh muatan q’ maka muatan q yang sejenis
dengan muatan q’ akan ditolak dan sebaliknya jika muatan itu tidak sejenis
(muatan positif dan negatif) dengan muatan q’ maka muatan tersebut akan ditarik
oleh q’ seperti ditunjukkan pada gambar 2.1. Menurut hukum coulomb gaya pada
muatan q adalah
→
F=
qq ' ∧
r
4πε 0 r 2
1
Berarti kuat medan listrik di titik tersebut adalah :
→
E =k
q' ∧
r
r2
....................................(2)
5
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
dengan : k =
1
4πε 0
r = Jarak antara kedua muatan q’ dan q
∧
r = Vektor satuan dalam arah garis antara muatan
q’ dan q
+q’
+q
Fqq’
-q
Gambar 2.1. Arah gaya yang disebabkan oleh q’ (Johannes, 1978)
2.1.1
Garis-garis gaya pada medan listrik
Suatu medan listrik dilukiskan dengan garis-garis gaya dimana garis-garis
gaya tersebut dapat memudahkan kita mengetahui arah dan kuat medan listrik.
Bila didalam suatu ruang terdapat muatan listrik maka didalam ruang tersebut
→
timbul medan listrik E .
Dengan adanya garis gaya yang melewati suatu luasan tegak lurus dengan
garis gaya tersebut, maka dapat diketahui rapat garis gaya yang dihasilkan
(gbr.2.2). Jumlah garis gaya yang melewati satu satuan luas akan sama dengan
kekuatan medan yang dihasilkan,
6
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
sehingga kuat medan listrik yang dinyatakan dengan rapat garis gaya tersebut
akan sebesar :
→
→
dφ = E⋅ dA
→
....................................(3)
∧
dengan dA = n dA
B
∧
θ
n
→
E
θ
→
dA
→
( dA ) cos θ
S
→
→
Gambar 2.2. Vektor normal bidang dA tidak tegak lurus medan E
(Sutrisno, 1982).
Seperti yang ditunjukkan oleh gambar 2.2, banyaknya garis gaya yang
→
→
→
melewati suatu bidang dA . Jika dA tersebut tidak tegak lurus E maka garis gaya
yang keluar sebesar :
dφ = ( E dA cos θ )
∧
........................(4)
dimana φ dinamakan flux, dan n adalah vektor satuan tegak lurus bidang
(Johannes, 1978).
7
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2.1.2. Potensial listrik
Beda potensial listrik antara 2 titik adalah usaha untuk membawa satu
satuan muatan dari suatu titik ke titik yang lain didalam medan listrik. Besarnya
tenaga yang dibutuhkan untuk membawa muatan q dari suatu titik ke titik yang
lain adalah :
→ →
W = ∫ F . dr
............................(5)
→
dimana besarnya gaya F yang ditimbulkan pada muatan q oleh medan
→
listrik E adalah sebesar :
→
→
F =q E
..................................(6)
Sehingga besarnya usaha untuk membawa muatan dari suatu titik A ke titik B
adalah sebesar
B
→
→
W = ∫ q E . dr
....................................(7)
A
Sedangkan beda potensial antara titik B dan titik A adalah sama dengan
usaha untuk membawa satu satuan muatan dari titik B ke titik A, sehingga
besarnya beda potensial tersebut adalah
A
∆V =
→ →
W
= − ∫ E . dr
q
B
........................(8)
Besarnya kuat medan listrik adalah
→
E =k
q ∧
r
r2
....................................(9)
8
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Potensial listrik di titik A sama dengan usaha untuk membawa satu satuan
muatan dari tak berhingga ke titik A
rA
∫
V A − V∞ = −
∞
VA =
kq
rA
→ →
⎡1 1⎤
E . dr = kq ⎢ − ⎥
⎣ rA ∞ ⎦
....................................(10)
Potensial listrik di titik B sama dengan usaha untuk membawa satu satuan
muatan dari tak berhingga ke titik B (Johannes, 1978)
r
B →
→
⎡1 1⎤
VB − V∞ = − ∫ E . dr = kq ⎢ − ⎥
⎣ rB ∞ ⎦
∞
VB =
kq
rB
....................................(11)
dimana : rA adalah jarak muatan A dari pusat koordinat
rB adalah jarak muatan B dari pusat koordinat
2.1.3. Medan listrik plat sejajar
Dalam dua plat tipis M dan N yang dipasang sejajar dengan jarak d, plat M
bermuatan + q dan plat N bermuatan – q seperti pada gambar 2.3.
9
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-q
+q
E
→
→
→
EM
EM
EM
→
→
EN
→
EN
M
EN
N
d
Gambar 2.3. Plat sejajar bermuatan
→
Jika kuat medan listrik yang ditimbulkan oleh plat M adalah E M dan oleh
→
plat N adalah E N dan plat dianggap cukup besar maka medan listrik oleh plat
tersebut dapat dianggap serba sama.
Besar rapat muatan plat M adalah :
dan plat N adalah :
σM =+
q
=σ
A
....................................(12)
σ N =−
q
=−σ
A
....................................(13)
Kuat medan listrik pada sebelah kanan plat M adalah sebesar :
→
∧
EM = + i
σ
2ε 0
....................................(14)
sedangkan kuat medan listrik disebelah kiri plat M adalah :
→
∧
EM = − i
σ
2ε 0
(berarah ke kiri).
10
....................................(15)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Kuat medan listrik pada sebelah kanan plat N adalah sebesar :
→
∧
EN = − i
σ
2ε 0
....................................(16)
sedangkan kuat medan disebelah kiri plat N sebesar :
→
∧
EN = + i
σ
2ε 0
....................................(17)
Kuat medan resultan oleh kedua plat adalah :
→
→
→
E=EM +EN
........................(18)
sehingga besarnya kuat medan listrik resultan adalah :
Pada sebelah kiri plat sejajar :
→
→
→
→
→
→
→
→
→
∧
E=EM +EN = −i
σ ∧ σ
+i
=0
2ε 0
2ε 0
∧
Didalam plat sejajar :
E=EM +EN = +i
Sebelah kanan plat sejajar :
E=EM +EN = +i
∧
∧ σ
σ ∧ σ
+i
=+i
2ε 0
2ε 0
ε0
σ ∧ σ
−i
=0
2ε 0
2ε 0
Jadi, pada plat sejajar kuat medan listrik hanya terjadi didalam plat sejajar yaitu
sebesar :
→
E=
σ
ε0
....................................(19)
dimana : σ = rapat muatan listrik (C/m3)
ε0 = permitivitas hampa (8,854x10-12 C2/Nm2)
Sebaliknya, diluar plat sejajar kuat medan listriknya sama dengan nol. Bila
plat sejajar tersebut dihubungkan dengan sumber tegangan V maka hubungan
11
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
→
antara tegangan V dan medan listrik E dapat ditentukan sebagai berikut :
(Sutrisno dan Tan Ik Gie, 1982)
d →
→
∆V = − ∫ E . dr
0
V =Ed
E=
....................................(20)
V
d
2.2. Medan Magnet
Muatan yang bergerak atau arus listrik dapat menimbulkan medan magnet
di ruang sekitarnya. Medan magnet adalah suatu daerah dimana pada daerah
tersebut masih bekerja gaya magnet (Alonso dan Finn, 1994).
Medan magnet adalah medan vektor, karena besaran medan magnet
mempunyai besar dan arah. Salah satu besaran medan magnet adalah yang disebut
→
induksi magnet dan dinyatakan dengan vektor B . Garis medan induksi magnet
disebut garis induksi. Arah garis singgung garis induksi pada suatu titik
→
menyatakan arah vektor induksi magnet B pada titik tersebut. Besar vektor
→
induksi magnet B dinyatakan oleh rapat garis induksi. Suatu daerah dengan
induksi magnet yang kuat di lukiskan dengan garis induksi yang rapat dan begitu
pula sebaliknya. (Sutrisno, 1982).
12
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2.2.1. Gaya magnet yang ditimbulkan oleh muatan bergerak
Gaya yang ditimbulkan oleh sebuah medan magnet terhadap muatan yang
bergerak dalam medan magnet tersebut adalah berbanding lurus dengan muatan
listrik dan kecepatannya, arah gaya magnet akan tegak lurus terhadap bidang yang
memuat vektor kecepatan dan vektor medan magnet (Alonso dan Finn, 1994).
Jika digunakan sifat-sifat perkalian produk vektor, besarnya gaya yang
bekerja sebesar :
→
→
→
F =q v×B
dimana :
....................................(21)
→
F = gaya yang ditimbulkan oleh medan magnet
→
v = kecepatan muatan
→
B = induksi magnet
q = muatan yang bergerak
→
→
→
Gaya tersebut merupakan gaya Lorentz, dimana F ⊥ ( v , B )
→
F
→
B
α
→
v
Gambar 2.4. Hubungan vektor antara gaya magnet, induksi magnet dan
kecepatan muatan.
13
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
→
Dari gambar 2.4 ditunjukkan bahwa arah gaya F yang ditimbulkan oleh
→
→
muatan yang bergerak dengan kecepatan v dalam medan magnet B , arah gaya
→
→
F keatas bidang bila q positif dan arah gaya F kebawah bidang bila q negatif
(Alonso dan Finn, 1994).
Bila sebuah partikel bergerak didalam medan listrik dan medan magnet,
gaya total yang bekerja terhadap partikel tersebut merupakan jumlah vektor gaya
listrik dan gaya magnet yaitu sebesar :
→
→
→
→
F = q (E + v × B )
........................(22)
2.2.2. Medan magnet yang ditimbulkan oleh kawat lurus berarus
Seperti ditunjukkan pada gambar 2.5 dan gambar 2.6. Untuk setiap titik P
→
∧
∧
dan setiap elemen dl dari arus ini, vektor u T × u r selalu tegak lurus terhadap
bidang yang dibentuk oleh P dan arusnya, dengan demikian arah vektor tersebut
∧
→
adalah seperti unit vektor u 0 . Di P medan magnetik yang ditimbulkan oleh dl
adalah merupakan tangent (garis singgung) terhadap lingkaran berjari-jari R yang
berpusat pada elemen arus yang melalui P dan di bidang yang tegak lurus terhadap
arus tersebut. Oleh karena itu ketika dilakukan pengintegralan, kontribusi dari
∧
seluruh bentuk dalam integral mempunyai arah u 0 yang sama dan induksi magnet
→
resultan B juga menyinggung lingkaran sehingga hanya diperlukan menghitung
→
∧
∧
B . Besarnya u T dan u r adalah sin Ө karena merupakan unit vektor.
14
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
∧
Dimana : u T adalah vektor satuan arah tangensial
∧
u r adalah vektor satuan arah radial
Sehingga induksi magnet oleh kawat lurus berarus adalah : (Alonso dan Finn,
1994)
→
B=
µ 0 ∞ sin θ
I
dl
4π ∫−∞ r 2
........................(23)
→
r = R csc θ
Dari gambar 2.5.
l = R cot (180 0 − θ ) = − R cot θ
→
dl = R csc 2 θ dθ
sehingga :
........................(24)
Substitusi persamaan menghasilkan :
→
B=
µ 0 π sin θ
µ I π
I∫ 2
( R csc 2 θ dθ ) = 0 ∫ sin θ dθ
2
4π 0 R csc θ
4π R 0
dimana : l = − ∞ untuk θ = 0 dan l = + ∞ untuk θ = π .
Maka :
→
B=
µ0 I
2π R
....................................(25)
µ0 I ∧
u0
2π R
...................................(26)
atau dalam bentuk vektor
→
B=
15
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
S
∧
uT
θ
dl
∧
ur
i
l
r
∧
uT
R
∧
→
u0
B
∧
P
uR
∧
ur
Gambar 2.5. Induksi magnet yang ditimbulkan oleh arus lurus di titik P
i
→
B
Gambar 2.6. Garis-garis gaya magnetik di sekitar sebuah arus lurus
2.2.3. Medan magnet oleh arus dalam loop
Untuk merumuskan kuat medan magnet disepanjang kumparan solenoida
harus ditinjau lebih dahulu kuat medan magnet oleh arus melingkar disepanjang
sumbu yang melewati pusat dan tegak lurus dalam bidang lingkaran arus tersebut
seperti ditunjukkan pada gambar 2.7.
16
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
→
i. dl
θ
→
r
→
a
dB ⊥
b
→
dB
θ
P
∧ →
k dB z
i
Gambar 2.7. Induksi magnet di sumbu lingkar arus
Apabila didalam kawat melingkar terdapat elemen arus yang mengalir
sebesar i A seperti pada gambar 2.7, maka besarnya induksi magnet yang
melewati kawat sebesar :
→
∧
µ i dl × r
dB = 0
4π r 2
→
........................(27)
→
Apabila dipandang seluruh loop, resultan medan B arah tegak lurus
→
sumbu z akan sama dengan nol, sebab i dl yang terletak berseberangan satu
→
dengan yang lainnya menghasilkan dB yang sama tetapi berlawanan arah.
Akibatnya induksi magnet seluruh loop mempunyai arah sumbu z, atau :
→
∧
B=k Bz
→
....................................(28)
→
karena i dl selalu tegak lurus r maka besarnya induksi magnet pada arah sumbu
z adalah :
17
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
→
µ i dl
dB z = 0 2
4π r
→
........................(29)
→
→
jarak antara i dl ke titik P tidak tergantung letak i dl yaitu :
r 2 = (a 2 + b 2 )
........................(30)
→
komponen dB pada sumbu z adalah :
∧
dB z = k dB cos θ
µ0
4π
µ
dB z = 0
4π
dB z =
........................(31)
i dl
cos θ
r2
i cos θ
dl
(a 2 + b 2 )
→
karena sudut Ө tidak tergantung pada letak i dl , persamaan diatas dapat ditulis :
µ
i
Bz = 0 2
cos θ ∫ dl ........................(32)
4π (a + b 2 )
loop
bila ∫ dl = panjang keliling loop = 2 π a , dan : cos θ =
a
(a +b )
2
2
1
2
maka persamaan (32) menjadi
Bz =
µ 0 i (2π ) a 2
3
4π 2
2 2
(a + b )
Sehingga induksi magnet pada arah sumbu z di titik P adalah (Sutrisno, 1982) :
→
B=
µ 0 i (2 π a 2 ) ∧
k
3
4π 2
2 2
(a + b )
18
........................(33)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2.2.4. Medan magnet yang ditimbulkan oleh kumparan solenoida
Solenoida merupakan kumparan yang dililitkan pada sebuah besi lunak
berbentuk silinder panjang yang waktu dialiri arus listrik akan menimbulkan
medan magnet, yang arahnya sepanjang sumbu solenoida seperti pada gambar 2.8.
l
o d
o
o
a
x
x
c o
b
x
x
Gambar 2.8. Arah medan magnet di sepanjang sumbu solenoida
Medan magnet tersebut merupakan resultan dari medan-medan yang
ditimbulkan oleh banyaknya lilitan yang membentuk solenoida tersebut. Besar
induksi magnet yang berada didalam solenoida adalah :
→ →
∫ B . dl = µ 0 i
....................................(34)
Jika i adalah arus yang terkandung dalam lengkung abcda, maka
→ →
∫ B. dl
abcd
→ →
dapat dijabarkan
→ →
→ →
→ →
→ →
∫ B . dl = ∫ B . dl + ∫ B . dl + ∫ B . dl + ∫ B . dl
abcda
ab
bc
cd
da
= Bl + 0 + 0 + 0 = Bl
penjelasan :
1).
→
............(35)
B adalah induksi magnet di dalam solenoida dan l
adalah panjang lilitan solenoida.
19
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2).
→
→
Integral pertama : karena pada ab, B sejajar dl
→
→
sehingga sudut antara B dan dl yaitu Ө sama dengan
→ →
nol maka B . dl = B dl cos θ = B dl
3).
………………(36)
→
→
Integral ke dua = 0, karena B tegak lurus dl sehingga
→
→
sudut antara B dan dl yaitu Ө sama dengan 90o maka
pada
→ →
B . dl = B dl cos θ = B dl cos 90 o = 0
integral bc = da, maka
4).
∫ B . dl
………………(37)
sama dengan 0 (nol).
Karena arus yang di lingkupi bidang Gauss sama
dengan nol sehingga tidak ada induksi magnet,
maka ∫ B . dl sama dengan nol.
cd
Hukum ampere menyatakan
→ →
∫ B . dl = ∫ B . dl
abcda
= µ0 i
………(38)
ab
Arus yang terkandung dalam lengkungan abcda dapat dihitung sebagai berikut :
Bila sepanjang seluruh solenoida terdapat N buah lilitan sama rapat dan tiap lilitan
dialiri arus I , maka arus tiap satuan panjang (seluruh) solenoida adalah
i=
NI
L
20
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Untuk solenoida yang mempunyai panjang l, arus i yang dibawa adalah :
i=
NI
l
L
....................................(39)
Maka induksi magnet didalam solenoida adalah (Sutrisno, 1982) :
B = µ0
NI
L
....................................(40)
2.3. Elektrolisis
Apabila dalam suatu larutan elektrolit ditempatkan dua elektroda dan
dialiri arus listrik searah, maka terjadi peristiwa elektrolisis. Dalam elektrolisis ion
positif bergerak ke katoda dan menerima elektron atau reduksi, sedangkan ion
negatif (anion) bergerak ke anoda dan menyerahkan elektron atau oksidasi. Arus
listrik yang melewati elektroda akan menimbulkan reaksi kimia dimana tenaga
listrik akan berubah menjadi tenaga kimia. Pada kation atom akan kehilangan satu
elektron sehingga menjadi bermuatan negatif, pada anion atom akan melepaskan
satu elektron sehingga menjadi bermuatan positif. (Johannes, 1987)
Elektroda dalam proses elektrolisis sangat penting, karena elektroda
merupakan salah satu alat untuk menghantarkan atau menyampaikan arus listrik
ke dalam larutan agar dalam larutan tersebut terjadi suatu reaksi (perubahan
kimia). Elektroda tempat terjadi reaksi reduksi disebut katoda sedangkan tempat
terjadinya reaksi oksidasi disebut anoda.
21
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2.3.1. Pengertian electromagnetic plating
Electromagnetic plating adalah suatu alat pengolahan yang dapat
digunakan untuk menurunkan kadar logam yang terdapat di larutan atau limbah
selain berperan dalam proses penyepuhan (pelapisan) pada logam. Alat ini
dilengkapi dengan dua buah plat elektroda logam dan solenoida berinti besi
(ferrit). Dengan adanya arus pada solenoida akan menghasilkan medan magnet
dalam solenoida, sehingga ion-ion logam akan mengalami gaya magnet. Arah
dorongan gaya magnet terhadap ion-ion dalam limbah menuju ke arah elektroda.
Dengan adanya medan listrik maka atom Cr didalam limbah akan mengalami
suatu gaya listrik yang mengakibatkan atom tersebut akan terdisosiasi (terpecah)
menjadi ion-ion positif dan ion-ion negatif. Sesuai dengan jenis muatannya, ionion positif akan menuju katoda (elektroda negatif) dan ion-ion negatif akan
menuju anoda (elektroda positif) (Hartomo, 1992).
Sesuai dengan hukum gaya Lorentz, apabila sebuah ion logam yang
bergerak atau mempunyai kecepatan tertentu di dalam medan magnet maka timbul
suatu gaya terhadap ion tersebut. Gaya yang ditimbulkan oleh sebuah medan
magnet terhadap sebuah ion logam yang bergerak adalah berbanding langsung
dengan muatan listrik dan kecepatannya, arah gaya tersebut akan tegak lurus
terhadap arah kecepatan ion (Alonso dan Finn, 1994).
Pada alat reduktor electromagnetic plating, medan magnet yang dihasilkan
oleh solenoida merupakan medan magnet yang mempunyai arah dan intensitas
yang sama di seluruh titik dalam medan magnet. Ion-ion yang bergerak dengan
kecepatan v dan tegak lurus terhadap medan magnet akan mengalami gaya magnet
22
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
yang mengubah arah kecepatan ion tersebut tanpa mengubah besarnya. Ion-ion
akan bergerak melingkar berbentuk helix yang percepatannya menuju ke pusat
(sentripetal). Lintasan muatan ion-ion positif dan negatif dalam medan magnet
ditunjukkan pada gambar 2.9 (Alonso dan Finn, 1994).
B
B
q positif, B keluar bidang gambar
ω masuk ke bidang gambar
q negatif, B dan
ω keluar bidang gambar
Gambar 2.9. Lintasan melingkar muatan-muatan positif dan negatif dalam
sebuah medan magnet.
Dengan : q = Muatan listrik (Coulomb)
B = induksi magnet (Tesla)
ω = kecepatan sudut (Coulomb Tesla/kg)
2.3.2. Prinsip kerja electromagnetic plating
Prinsip kerjanya adalah berdasarkan konsep kimia dan fisika, Dua buah
elektroda atau lebih dialiri arus listrik sehingga menghasilkan beda potensial
tertentu, plat tersebut dimasukkan kedalam suatu larutan atau limbah yang
mengandung logam-logam tertentu atau garam-garam tertentu, sehingga
23
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
diharapkan ion-ion logam atau garam tersebut dapat menempel pada plat
elektroda sesuai dengan muatan ionnya.
Reaksi yang terjadi pada elektroda tersebut adalah :
1.
Reaksi pada katoda
a. Dalam larutan yang mengandung ion-ion logam alkali, ion-ion alkali
tanah, ion-ion ini tidak dapat direduksi dari larutan, akan tetapi yang
mengalami reduksi adalah pelarutnya (air) dan terbentuk gas hidrogen
(H2) pada katoda.
2 H2O + 2 e- → 2 OH- + H2
b. Dalam larutan yang mengandung asam, maka ion H+ akan direduksi
menjadi gas hidrogen pada katoda.
2 H+ + 2 e- → H2
c. Dalam larutan yang mengandung ion-ion logam yang lain maka ion-ion
tersebut akan direduksi menjadi masing-masing logamnya dan logam
yang terbentuk akan menempel pada permukaan batang katoda.
Contoh :
Ag+ + e-
→ Ag
Zn2+ + 2 e- → Zn
2. Reaksi pada anoda
a. Ion-ion halida ( F- , Cl- , Br- , I- ) akan dioksidasi menjadi halogen.
2 Cl- → Cl2 + 2 eb. Ion OH- dari basa akan dioksidasi menjadi gas oksigen (o2).
4 OH- → 2 H2O + O2 + 4 e-
24
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
c. Anion-anion yang lain ( SO42- , NO3- ) tidak dapat dioksidasi dari
larutan, yang akan dioksidasi hanya pelarutnya (air) maka terbentuk
gas oksigen pada anoda.
2 H2O → 4 H+ + O2 + 4 e-
Medan magnet dalam electromagnetic plating dihasilkan dari kumparan
elektromagnet yang sebenarnya merupakan solenoida atau lilitan kawat email
tembaga yang dialiri arus listrik. Ion-ion Cr yang bergerak dengan kecepatan v ,
dalam suatu medan magnet akan mengalami gaya magnet sebesar :
→
→
→
F =q v× B
ion-ion Cr kemudian terdorong atau tertarik oleh gaya magnet tersebut dan
akhirnya menempel pada elektroplate (plat elektroda) yang tersedia.
Oleh karena itu arah gaya magnet sangat berpengaruh karena menentukan
arah dorongan ion-ion logam Cr ke elektroplate yang berfungsi sebagai katoda.
Dalam menentukan gaya magnet ini yang perlu diatur adalah arah arus pada lilitan
kawat dalam kumparan elektromagnet, karena arah arus akan menentukan arah
medan magnet dalam solenoida. Arah gaya magnet, arus listrik dan medan
magnetnya dapat ditentukan dengan bantuan kaidah tangan kanan seperti yang
ditunjukkan pada gambar 2.10.
25
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Gambar 2.10. Kaidah tangan kanan
Secara umum mekanisme pereduksian kadar
penyamakan kulit seperti terlihat pada gambar 2.11.
Cr
dalam limbah
Gambar 2.11. Mekanisme kerja gaya magnet pada alat electromagnetic plating
26
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Adapun arah penempelan ion-ion Cr ditunjukkan pada gambar 2.12 dan
2.13 :
→
B
(induksi magnet)
→
v
Q
→
F
(kecepatan aliran muatan)
(gaya yang bekerja)
Plat (anoda)
Gambar 2.12. Arah penempelan ion negatif karena pengaruh gaya magnet
Plat (katoda)
→
F
(gaya yang bekerja)
→
v
+
(kecepatan aliran muatan)
Q
→
B
(medan magnet)
Gambar 2.13. Arah penempelan ion positif karena pengaruh gaya magnet
27
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Pada katoda (gambar 2.13) gaya total yang diterima hanya ditimbulkan
dari kumparan solenoida pada sebelah kanan, sedangkan pada anoda (gambar
2.12) dipengaruhi oleh adanya gaya yang dihasilkan oleh elektroda dan solenoida
sebelah kiri.
Secara singkat mekanisme pereduksian chrom dalam limbah penyamakan
kulit dengan reduktor electromagnetic plating yaitu terjadinya proses disosiasi
(pemecahan) dari atom chrom karena adanya gaya listrik oleh plat elektroda.
Proses disosiasi ini diperkuat oleh adanya medan magnet yang berfungsi sebagai
pendorong (driving force) untuk mengarahkan penempelan ion-ion pada plat
elektroda sesuai dengan jenis muatan ionnya, yaitu ion positif akan bergerak dan
menempel menuju ke elektroda negatif (katoda) dan ion negatif akan bergerak dan
menempel pada elektroda positif (anoda). Sehingga pada akhir proses di dapatkan
limbah yang terreduksi kadar chromnya karena ion-ionnya telah menempel
sempurna pada elektroda.
2.3.3. Deret Volta
Deret volta adalah urutan logam-logam ditambah hidrogen berdasarkan
kenaikan potensial elektroda standarnya.
Deret Volta atau deret potensial logam dan sifat plat elektroda yang
diurutkan dari yang terkecil ke terbesar :
K-Ba-Ca-Na-Mg-Al-Mn-Zn-Cr-Fe-Cd-Co-Ni-Sn-Pb-(H)-Sb-Bi-Cu-Hg-Ag-Pt-Au
Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam deret Volta :
28
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
* Makin ke kanan letak suatu logam maka harga potensial
reduksinya semakin besar. Ini berarti bahwa logam-logam di
sebelah kanan mudah mengalami reduksi sehingga Tembaga lebih
mudah dalam mengangkap ion-ion krom yang ada di limbah
(Hartomo, 1992 ).
2.4. Chrom
Unsur chrom dalam sistem periodik unsur dikategorikan sebagai salah satu
unsur logam berat. chrom mempunyai nomor atom (NA) 24 dan berat atom (BA)
51,996. Di alam, chrom ditemukan dalam bentuk persenyawaan padat atau
mineral dengan unsur-unsur lain. Sebagai bahan mineral, chrom paling banyak
ditemukan dalam bentuk chromit (FeOCr2O3). Chrom juga membentuk alloy
(campuran logam) dengan logam lain, seperti dengan besi disebut ferrochromium.
Chrom dapat masuk ke dalam lingkungan dikarenakan adanya kegiatan-
kegiatan industri, kegiatan rumah tangga dan pembakaran bahan bakar. Chrom
dapat masuk ke lingkungan perairan, udara maupun tanah. Chrom di udara
ditemukan dalam bentuk debu atau partikulat-partikulat. Dalam lingkungan
perairan, chrom dapat masuk melalui sumber-sumber chrom yang berkaitan
dengan aktifitas manusia berupa limbah industri, disamping adanya faktor alamiah
yakni terjadinya erosi dari batuan mineral (Sugiyarto, 1997).
29
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2.5. Standar baku mutu chrom
Berdasarkan keputusan Gubernur No. 281/KPTS/1998 tentang baku mutu
limbah cair bagi kegiatan industri di Propinsi Daerah Istimewa Yogyakarta untuk
industri penyamakan kulit, konsentrasi dari chrom total maksimal yang
diperbolehkan sehingga aman untuk dibuang ke lingkungan tidak lebih dari 0,4
ppm (Anonim, 1998).
30
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1.
Lokasi Penelitian
Penelitian ini akan dilakukan di Laboratorium Pengelolaan Limbah
Radioaktif PTAPB-BATAN Yogyakarta.
3.2.
Obyek penelitian
Limbah cair penyamakan kulit yang mengandung kadar logam
chrom (Cr).
3.3.
Waktu penelitian
Waktu penelitian dilakukan pada bulan Desember 2006 sampai
dengan selesai dilanjutkan dengan pengolahan dan penyusunan data.
3.4.
Variabel penelitian
a.
Variabel bebas (Independent variable)
Meliputi variasi jumlah lilitan pada kumparan elektromagnetik dengan
sumber tegangan 12 Volt, dimana pada masing–masing jenis kumparan
dilakukan variasi kuat arus dan waktu proses.
b.
Variabel terikat (dependent variable)
Kadar chrom (Cr) dalam limbah penyamakan kulit dengan kadar awal
1794,4 ppm.
31
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3.5.
Tahapan Persiapan Penelitian
3.5.1. Bahan Yang Digunakan Dalam Penelitian
a.
Limbah cair dari industri penyamakan kulit yang mengandung
logam chrom (Cr).
b.
Plat elektroda tembaga.
3.5.2. Peralatan Yang Digunakan Dalam Penelitian
Perangkat electromagnetic plating, pompa masterflex, multi meter,
stopwatch, beker gelas 2000ml, beker gelas 1000ml, kertas saring, pipet, gelas
ukur, corong, adaptor dan jerigen 20 liter.
32
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3.6.
Diagram Tahap Penelitian
Perangkaian alat electromagnetic plating
Pemeriksaan dan penyempurnaan alat
Penyiapan dan penelitian sampel awal
Percobaan
Alat electromagnetic plating (dengan berbagai jumlah lilitan)
Percobaan dg variasi waktu proses
Percobaan dg variasi kuat arus
Analisis hasil
Pengambilan sampel
Analisa Laboratorium
Data percobaan
Analisis data dan pembahasan
Kesimpulan
Gambar 3.1. Diagram tahap penelitian
33
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3.7. Prosedur Penelitian
3.7.1. Tahap Perancangan Alat Electromagnetic Plating
Perancangan alat electromagnetic plating ini terdiri dari perancangan
empat komponen pokok, yaitu :
3.7.1.1.Pembuatan Kumparan Elektromagnet/Solenoida
Kumparan Elektromagnet tersusun atas lilitan kawat tembaga dengan
pusat kumparan berupa besi sehingga membentuk susunan solenoida. Lilitan
kawat ini dibuat dari email tembaga. Pada penelitian ini dibuat 3 macam
kumparan solenoida, yaitu :
•
Tiap kumparan terdiri dari 890, 1090 dan 1290 lilitan, masing-masing
dengan panjang inti besinya 7,5 cm diameter inti besi 1,5 cm dan
diameter kawat lilitan 0,77 mm.
Magnet buatan atau solenoida yang digunakan sebanyak 16 buah yang disusun
berjajar pada dua buah sisi, masing-masing sisi terdapat 8 buah kumparan dan
disusun seri dengan tujuan untuk memperbesar resistansi kawat atau email
sehingga solenoida tidak cepat panas. Kedua sisi dihubungkan secara paralel yang
bertujuan untuk memperbesar arus yang masuk ke solenoida sehingga medan
magnet yang dihasilkan lebih besar. Kumparan elektromagnet ini dialiri arus
searah (DC) mulai dari 0,3; 0,4; 0,5 hingga 0,6 ampere.
34
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Agar lebih jelas maka disajikan gambar alat electromagnetic plating
tampak dari atas seperti pada gambar 2.11. dan gambar alat electromagnetic
plating tampak dari depan pada gambar 3.2.
35
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Gambar 3.2. Alat electromagnetic plating tampak dari depan
36
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3.7.1.2. Plat elektroda
Alat electromagnetic plating dilengkapi dua buah plat elektroda yang
terbuat dari tembaga dengan tebal 2mm, lebar 2cm, dan panjang 85 cm yang
dibuat berlekuk-lekuk sehingga panjangnya menjadi 55 cm. Tujuan dibuat
berlekuk-lekuk
adalah
untuk
memperluas
permukaan
plat
sehingga
memungkinkan terjadinya penempelan ion lebih banyak. Plat elektroda ini dialiri
arus searah 0,5 ampere yang bersumber dari adaptor 3 ampere 12 volt. Jarak
antara anoda dan katoda adalah 2 cm, seperti terlihat pada gambar 3.3.
(+)
55 cm
(-)
Gambar 3.3. Electroplate sebagai tempat penempelan ion logam Cr
3.7.1.3. Bak kontak
Bak kontak berfungsi sebagai tempat berlangsungnya penempelan ion-ion
logam pada plat elektroda. Bak kontak berbentuk tabung dengan tinggi 60 cm dan
diameter 4,5 cm. Terbuat dari gelas kaca dengan sifat tahan terhadap suhu hingga
200oC, tahan terhadap perubahan suhu sampai 150oC, tahan terhadap korosi tinggi
(0< PH <14) pada suhu kurang dari 1000oC. Pada bak kontak terdapat tiga saluran
yaitu saluran input (masukan), saluran output (keluaran) yang terletak dibagian
37
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
atas bak kontak, dan saluran pembuangan yang terletak di bagian bawah bak
kontak, seperti pada gambar 3.4.
4,5 cm
5 cm
Saluran output
Saluran input
50 cm
5 cm
Saluran pembuangan
Gambar 3.4. Bak kontak tempat terjadinya penangkapan ion-ion Cr
3.7.1.4. Power Supply
a. Power supply untuk kumparan solenoida
Solenoida diaktifkan dengan sumber arus yang dapat divariasikan.
b. Power supply untuk plat elektroda
Plat elektroda diaktifkan dengan sumber arus 0,5 ampere.
c. Power supply
Power supply untuk pompa (masterflex) menggunakan adaptor arus
searah (DC).
38
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3.7.2. Tahap Operasional Alat
Limbah Cr cair dimasukkan ke dalam beker gelas, kemudian dialirkan ke
dalam bak electromagnetic plating melalui saluran input dengan pompa
masterflex dengan debit 40 ml/menit. Limbah Cr akan mengalir keatas hingga
saluran output. Power supply untuk plat elektroda diaktifkan untuk mengalirkan
kuat arus sebesar 0,5 ampere. Sedang kuat arus pada solenoida divariasi mulai
dari 0,3; 0,4; 0,5 hingga 0,6 ampere.
Limbah Cr yang sampai pada saluran output akan dialirkan kembali ke
dalam beker gelas dan dipompa kembali ke saluran input dengan waktu proses
tertentu. Berikut ini merupakan skema pengambilan sampel.
Sampel
Limbah Awal
Saluran Input
Alat electromagnetic plating (dengan berbagai jumlah lilitan)
Variasi Kuat arus
Variasi waktu proses
Output
Sampel
Beker Gelas
Gambar 3.5. Skema pengambilan sampel
39
Pompa
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3.7.3. Tahap Pelaksanaan Penelitian
a.
Pengambilan Sampel
b.
Analisa Sampel
Limbah Cr di analisa dengan teknik AAS di Laboratorium Pertanian
UGM Yogyakarta.
3.7.3.1.Percobaan Variasi Kuat Arus Solenoida dan Waktu Kontak.
1. Jumlah lilitan : 890
a. Limbah Cr dengan kadar awal 1794,4 ppm sebanyak 1400 ml,
ditempatkan dalam gelas beker 2000 ml, dipompa dengan pompa
masterflex dengan debit 40 ml/menit ke dalam saluran input yang terletak
dibagian bawah bak kontak.
b. Karena pemompaan yang terus menerus, maka permukaan air limbah
dalam bak kontak akan naik hingga mencapai saluran output pada bagian
atas bak kontak.
c.
Pada power supply untuk plat elektoda dihidupkan arus 0,5 A. Sedang
pada solenoida dibuat bervariasi pada arus 0,3; 0,4; 0,5 hingga 0,6 ampere
dengan menggunakan elektroda tembaga.
d. Air limbah yang keluar dari saluran output dialirkan kembali ke gelas
beker kemudian dialirkan kembali ke saluran input sehingga air limbah
masuk kembali ke dalam bak kontak. Perulangan ini berjalan terus
40
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
menerus sesuai dengan waktu proses yang divariasikan selama 10, 20, 30
dan 40 menit pada masing-masing kuat arus.
e. Kadar limbah Cr setelah pengolahan dapat kita ketahui dengan mengambil
cuplikan dari saluran output dengan waktu proses yang telah ditentukan
lalu dianalisis.
2. Jumlah lilitan : 1090
* Perlakuan sama dengan poin (a) hingga (e) seperti pada variasi jumlah
lilitan poin 1.
3. Jumlah lilitan : 1290
* Perlakuan sama dengan poin (a) hingga (e) seperti pada variasi jumlah
lilitan poin 1 dan 2.
Keterangan :
A. Variasi kuat Arus
Variasi Kuat Arus dilakukan untuk mengetahui dan mendapatkan kondisi
kuat arus optimal pada solenoida untuk menurunkan kadar Cr.
B. Variasi Waktu Kontak
Variasi Waktu Kontak dilakukan untuk mengetahui dan mendapatkan
waktu kontak optimal untuk menurunkan kadar Cr.
41
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
42
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
A. HASIL PENELITIAN
4.1.1. Variasi kuat arus pada solenoida
Tabel 4.1. Penurunan kadar Cr dengan variasi kuat arus pada solenoida dengan
jumlah lilitan yang berbeda-beda (kondisi percobaan : Anoda/Katoda
Tembaga; Arus elektroda 0,5A; Tegangan elektroda 5V; Volume
limbah 1400 ml; Kecepatan aliran limbah 40 ml/menit; Konsentrasi
awal Cr 1794,4 ppm; Waktu proses 30 menit ).
A.
Jumlah lilitan = 890 lilitan
Kuat arus
(ampere)
0
0,3
0,4
0,5
0,6
induksi magnet
(Tesla)
Konsentrasi akhir
(ppm)
25,8
0,071
0,019
0,5957
5,468
0
0,004
0,006
0,007
0,009
Efisiensi
(%)
98,562
99,996
99,998
99,967
99,695
B. Jumlah lilitan = 1090 lilitan
Kuat arus
(ampere)
0
0,3
0,4
0,5
0,6
Induksi magnet
(Tesla)
0
0,005
0,007
0,009
0,011
42
Konsentrasi akhir
(ppm)
25,8
0,061
0,209
0,107
0,227
Efisiensi
(%)
98,562
99,997
99,988
99,994
99,987
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
C. Jumlah lilitan = 1290 lilitan
Kuat arus
(ampere)
0
0,3
0,4
0,5
0,6
Induksi magnet
(Tesla)
Konsentrasi akhir
(ppm)
25,8
0
0,127
0,006
0,024
0
0,006
0,009
0,011
0,013
Efisiensi
(%)
98,562
100
99,993
99,999
99,997
Dari tabel 4.1 A, B dan C di atas dapat di buat grafik hubungan kuat arus
terhadap konsentrasi Cr pada masing-masing solenoida seperti pada gambar 4.1.
0.5
0.45
0.4
0.35
1290 llitan
0.3
Konsentrasi Cr
0.25
(ppm)
0.2
1090 lilitan
890 lilitan
0.15
0.1
0.05
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
Kuat arus (ampere)
Gambar 4.1. Grafik hubungan kuat arus terhadap konsentrasi Cr pada solenoida
dengan jumlah lilitan 1290, 1090 dan 890.
43
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
4.1.2. Variasi Waktu Proses
Tabel 4.2. Penurunan kadar Cr dengan variasi waktu proses dengan jumlah lilitan
yang berbeda-beda (kondisi percobaan : Anoda/Katoda Tembaga; Arus elektroda
0,5A; Tegangan elektroda 5V; Arus solenoida 0,3A; Volume limbah 1400 ml;
Konsentrasi awal Cr 1794,4 ppm; Kecepatan aliran limbah 40 ml/menit).
A.
Jumlah lilitan = 0 (I = 0A/tanpa solenoida)
Waktu proses
(menit)
0
10
20
30
40
B.
efisiensi
(%)
0
97,021
98,414
98,562
100
Jumlah lilitan = 890 lilitan
Waktu proses
(menit)
0
10
20
30
40
C.
Konsentrasi akhir
(ppm)
1794,4
53,45
28,45
25,8
Tidak terdeteksi
Konsentrasi akhir
(ppm)
1794,4
50,201
7,052
0,071
Tidak terdeteksi
Efisiensi
(%)
0
97,202
99,607
99,996
100
Konsentrasi akhir
(ppm)
1794,4
25,3
8,834
0,061
Tidak terdeteksi
Efisiensi
(%)
0
98,590
99,508
99,997
100
Jumlah lilitan = 1090 lilitan
Waktu proses
(menit)
0
10
20
30
40
44
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
D.
Jumlah lilitan = 1290 lilitan
Waktu proses
(menit)
0
10
20
30
40
Konsentrasi akhir
(ppm)
1794,4
141,63
1,136
0
Tidak terdeteksi
Efisiensi
(%)
0
92,107
99,937
100
100
Dari tabel 4.2. A, B, C dan D dapat dibuat grafik hubungan waktu proses
terhadap konsentrasi Cr seperti pada gambar 4.2.
150
140
130
120
110
100
90
Konsentrasi Cr 80
70
(ppm)
60
50
40
30
20
10
0
1290 lilitan
1090 lilitan
890 lilitan
tanpa solenoida
0
10
20
30
40
50
Waktu proses (menit)
Gambar 4.2. Grafik hubungan waktu proses terhadap konsentrasi Cr pada
masing-masing solenoida untuk arus 0,3 ampere.
45
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
4.1.3. Variasi Jumlah Lilitan
Tabel 4.3.
Efisiensi penurunan kadar Cr (%) oleh alat electromagnetic plating
tanpa lilitan dan jumlah lilitan 890, 1090 dan 1290 (kondisi
percobaan : Anoda/Katoda Tembaga; Arus pada solenoida 0,3A;
Arus elektroda 0,5A; Tegangan elektroda 5V; volume limbah
1400ml; kecepatan aliran limbah 40 ml/menit; Konsentrasi awal
Cr 1794,4 ppm; Waktu proses 30 menit).
Jumlah lilitan
0
890
1090
1290
Konsentrasi akhir
(ppm)
25,8
0,071
0,061
0
Efisiensi
(%)
98,562
99,996
99,997
100
Berdasarkan tabel 4.3 dapat dibuat grafik hubungan antara jumlah lilitan
pada kondisi kuat arus dan waktu proses optimal Vs konsentrasi akhir Cr, pada
gambar 4.3.
0.5
0.45
0.4
0.35
0.3
Kadar Cr (ppm) 0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
0
250
500
750
1000
1250
Jumlah lilitan
Gambar 4.3. Grafik hubungan antara jumlah lilitan pada kondisi kuat arus dan
waktu proses optimal Vs konsentrasi akhir Cr.
46
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
B. PEMBAHASAN
A. Variasi kuat arus solenoida
Variasi Kuat arus dilakukan untuk mendapatkan kondisi optimal kuat arus
pada kumparan/solenoida untuk menurunkan kadar Cr.
Dari tabel 4.1 untuk masing-masing solenoida, terlihat bahwa pada
percobaan dengan kuat arus 0 ampere didapatkan konsentrasi Cr yang masih
cukup tinggi yaitu 25,8 ppm, hal ini di sebabkan karena di dalam reduktor
electromagnetic plating hanya bekerja gaya listrik yang berasal dari elektroda.
Tidak adanya gaya magnet yang mengarahkan penempelan ion-ion Cr pada
elektroda menyebabkan ion-ion Cr hanya bergerak ke atas dan menempel pada
bagian dalam dari elektroda saja karena pada elektroda bagian dalam tersebut
terjadi pengkutuban (polarisasi) muatan listrik, akibatnya ion-ion Cr hanya
menempel ditempat tersebut sehingga masih banyak ion-ion Cr yang tertinggal
dalam air limbah.
Kuat arus optimal untuk solenoida dengan jumlah lilitan 890 adalah
sebesar 0,4 ampere, akan tetapi dengan kuat arus 0,3 ampere kadar Cr dalam
limbah sudah memenuhi syarat kesehatan (dibawah 0,4 ppm). Untuk solenoida
dengan jumlah lilitan 1090 dan1290 llilitan diperoleh kuat arus optimal pada 0,3
ampere.
Nilai efisiensi yang fluktuatif ini terjadi karena kejenuhan pada elektroda
yang digunakan. Elektroda tersebut sudah berkurang kemampuannya untuk
menarik ion-ion Cr yang masih tersisa dalam air limbah karena seluruh
47
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
permukaannya telah tertutup oleh ion-ion Cr. Disamping itu ion-ion Cr yang telah
menempel pada permukaan elektroda mengalami dorongan gaya magnet yang
terlalu kuat sehingga mengakibatkan ion-ion Cr yang telah menempel pada
permukaan elektroda terlepas kembali dan larut dalam larutan limbah semula.
B. VARIASI WAKTU PROSES
Variasi waktu proses dilakukan untuk mengetahui waktu proses optimal
untuk menurunkan kadar Cr dengan alat electromagnetic plating yang
menggunakan solenoida dengan jumlah lilitan yang berbeda-beda.
Pada tabel 4.2. terlihat setiap penambahan waktu proses pada masingmasing solenoida, konsentrasi Cr dalam limbah semakin berkurang sampai pada
titik jenuh, yaitu waktu proses dimana konsentrasi Cr minimum.
Dari gambar 4.2 dapat terlihat juga waktu proses yang optimal adalah 30
menit karena pada waktu proses tersebut di dapatkan kadar Cr paling rendah,
sedangkan pada waktu proses selama 40 menit sudah tidak dapat dilihat lagi nilai
penurunan kadarnya.
C. VARIASI JUMLAH LILITAN
Dari kuat arus dan waktu proses optimal diperoleh data pada masingmasing jumlah lilitan solenoida seperti pada tabel 4.3.
48
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Dari tabel 4.3 terlihat bahwa untuk waktu proses maksimal 30 menit dan
arus solenoida maksimal 0,3 ampere diperoleh penurunan kadar Cr yang semakin
besar seiring bertambahnya jumlah lilitan.
49
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. KESIMPULAN
Dari hasil penelitian proses pengolahan limbah cair penyamakan kulit
dengan alat reduktor electromagnetic plating diperoleh kesimpulan sebagai
berikut :
1.
Adanya medan magnet pada alat reduktor electromagnetic plating
menyebabkan penempelan ion-ion chrom pada elektroda lebih efektif
sehingga memperbesar efisiensi penurunan kadar chrom dalam
limbah penyamakan kulit.
2.
Kondisi kuat arus solenoida yang optimal pada masing-masing
solenoida adalah 0,3A dan waktu proses yang optimal pada masingmasing solenoida adalah 30 menit.
3.
Pada penelitian ini penurunan kadar chrom (Cr) semakin besar
seiring bertambahnya jumlah lilitan solenoida.
4.
Alat reduktor electromagnetic plating mampu menurunkan kadar
chrom (Cr) dalam limbah penyamakan kulit dengan efisiensi terbaik
sebesar 100%.
50
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
5.2.
SARAN
1. Perlu
pengkajian
yang
lebih
dalam
pada
alat
reduktor
electromagnetic plating mengenai debit air limbah dan penggunaan
bahan lain untuk elektroda.
2. Dalam percobaan ini perlu dilakukan percobaan lanjutan untuk
mereduksi logam selain chrom.
51
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR PUSTAKA
Alonso M. dan Finn Edward J., 1994, Dasar-dasar fisika universitas (terjemahan
Lea Prasetya dan Kusnul Hadi), edisi kedua, Jakarta : Erlangga
Anonim., 1998, Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor 12 Tahun 1995
Tentang Perbahan Peraturan Pemerintah Nomor 19 Tahun 1994 Tentang
pengelolaan Limbah B3, Jakarta.
Anshory, Irfan., 1988, Petunjuk Pelajaran Kimia, Bandung : Ganeca Exact
Bandung
Efendi,Y.M., 2006, Reduktor Elektromagnet Plating Untuk Mereduksi Logam besi
(Fe) dan mangan (Mn) pada air sumur dalam, Skripsi, Yoyakarta : Sanata
Dharma
Hartomo A. dan Tomijiro Kaneko., 1992, Mengenal Pelapisan Logam
(Elektroplating), Yogyakarta : PT Andi offset
Hastuti, Puji., 2005, Penurunan Kadar Ag Dalam Limbah Pencucian Film
Dengan Metode Elektromagnetik Plating, Skripsi, Yogyakarta : STTN
JOHANNES., 1978, LISTRIK dan MAGNET, Jakarta : Balai Pustaka
Sutrisno dan Tan Ik Gie., 1982, Fisika Dasar, Bandung : Penerbit ITB Bandung
Sugiyarto sigit., 1997, Penurunan Kadar Chrom Dalam Limbah B3 Dengan
Reduktor Elektromagnetik Plating, Skripsi, Yogyakarta : STTL
Wilardjo Liek., 1997, Kamus Istilah Fisika, Jakarta : PT Gramedia Widiasarana
Indonesia
52