plagiat merupakan tindakan tidak terpuji … · dalam limbah cair penyamakan kulit adalah dengan...

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


iv


v

HALAMAN PERSEMBAHAN

Skripsi ini kupersembahkan untuk :

Bapak dan Ibuku

Adik-adikku

Sanata Dharma


vi

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


vii

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.


viii

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 Desember- March 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.


ix

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.


x

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.


xi

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


xii

DAFTAR ISI

Halaman JUDUL .................................................................................................................. i HALAMAN PENGESAHAN .............................................................................. ii HALAMAN PERSEMBAHAN ........................................................................... v PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ............................................................... vi INTI SARI ............................................................................................................ vii ABSTRACT .......................................................................................................... viii KATA PENGANTAR .......................................................................................... ix DAFTAR ISI ......................................................................................................... xii DAFTAR TABEL ................................................................................................. xiv DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ xv BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah ................................................................... 1 1.2. Perumusan masalah ........................................................................... 2 1.3. Batasan Masalah ............................................................................... 3 1.4. Tujuan Penelitian .............................................................................. 3 1.5. Manfaat Penelitian .......................................................................... 4

BAB II DASAR TEORI 2.1. Medan Listrik .................................................................................... 5

2.1.1. Garis-Garis Gaya Pada Medan Listrik ........................................ 6 2.1.2. Potensial Listrik .......................................................................... 8 2.1.3. Medan Listrik Plat Sejajar .......................................................... 9

2.2. Medan Magnet .................................................................................. 12 2.2.1. Gaya Magnet Oleh Muatan Bergerak ......................................... 13 2.2.2. Medan Magnet Oleh Kawat Lurus Berarus ................................ 14 2.2.3. Medan Magnet Oleh Arus Dalam Loop ...................................... 16 2.2.4. Medan Magnet Oleh Kumparan Solenoida ................................. 19

2.3. Elektrolisis ........................................................................................ 21 2.3.1. Pengertian Electromagnetic plating ............................................ 22 2.3.2. Prinsip Kerja Electromagnetic Plating ....................................... 23 2.3.3. Deret Volta .................................................................................. 28 2.4. Chrom .............................................................................................. 29 2.5. Standar Baku Mutu Chrom .............................................................. 30

BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Lokasi Penelitian ............................................................................... 31 3.2. Obyek Penelitian ............................................................................... 31 3.3. Waktu Penelitian ............................................................................... 31 3.4. Variabel Penelitian ............................................................................ 31 3.5. Tahapan Persiapan Penelitian ........................................................... 32 3.5.1. Bahan Yang Digunakan Dalam Penelitian ................................. 32 3.5.2. Peralatan Yang Digunakan Dalam Penelitian ............................. 32 3.6. Diagram Tahap Penelitian ................................................................. 33 3.7. Prosedur Penelitian ........................................................................... 34 3.7.1. Tahap Perancangan Alat Electromagnetic Plating ..................... 34 3.7.1.1. Pembuatan Kumparan Elektromagnet / Solenoida ............... 34 3.7.1.2. Plat Elektroda ........................................................................ 37 3.7.1.3. Bak Kontak ........................................................................... 37 3.7.1.4. Power Supply ........................................................................ 38


xiii

3.7.2. Tahap Operasional Alat .............................................................. 39 3.7.3. Tahap Pelaksanaan Penelitian ..................................................... 40 3.7.3.1. Percobaan Variasi Kuat Arus Solenoida dan Waktu Kontak 40

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN A. Hasil Penelitian..................................................................................... 42

4.1.1. Variasi Kuat Arus Pada Solenoida .................................................... 42 4.1.2. Variasi Waktu Proses ........................................................................ 44 4.1.3. Variasi Jumlah Lilitan ....................................................................... 46 B. Pembahasan .......................................................................................... 47

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan .......................................................................................... 50 5.2. Saran .................................................................................................... 51 DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 52


xiv

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


xv

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


1

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.


2

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?


3

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.


4

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.


5

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

qFE→

→

= ....................................(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

∧→

= rrqqF 2

'

041πε

Berarti kuat medan listrik di titik tersebut adalah :

∧→

= rrqkE 2

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


6

dengan : k = 04

1πε

r = Jarak antara kedua muatan q’ dan q

∧

r = Vektor satuan dalam arah garis antara muatan

q’ dan 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,

Fqq’

-q

+q’ +q


7

sehingga kuat medan listrik yang dinyatakan dengan rapat garis gaya tersebut

akan sebesar :

→→

⋅= dAEdφ ....................................(3)

dengan dAndA∧→

=

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 :

)cos( θφ dAEd = ........................(4)

dimana φ dinamakan flux, dan ∧

n adalah vektor satuan tegak lurus bidang

(Johannes, 1978).

(→

dA ) cos θ

S

θ

θ

→

dA

→

E

∧

n

B


8

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 : →→

∫= drFW . ............................(5)

dimana besarnya gaya →

F yang ditimbulkan pada muatan q oleh medan

listrik →

E adalah sebesar :

→→

= EqF ..................................(6)

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

adalah sebesar

∫→→

=B

A

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

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

→→

∫−==∆ drEq

WVA

B

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

Besarnya kuat medan listrik adalah

∧→

= rrqkE 2 ....................................(9)


9

Potensial listrik di titik A sama dengan usaha untuk membawa satu satuan

muatan dari tak berhingga ke titik A

∫∞

→→

∞ ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡∞

−=−=−Ar

AA r

kqdrEVV 11.

A

A rkqV = ....................................(10)

Potensial listrik di titik B sama dengan usaha untuk membawa satu satuan

muatan dari tak berhingga ke titik B (Johannes, 1978)

∫∞

→→

∞ ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡∞

−=−=−Br

BB r

kqdrEVV 11.

B

B rkqV = ....................................(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.


10

Gambar 2.3. Plat sejajar bermuatan

Jika kuat medan listrik yang ditimbulkan oleh plat M adalah ME→

dan oleh

plat N adalah NE→

dan plat dianggap cukup besar maka medan listrik oleh plat

tersebut dapat dianggap serba sama.

Besar rapat muatan plat M adalah :

σσ =+=Aq

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

dan plat N adalah : σσ −=−=Aq

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

Kuat medan listrik pada sebelah kanan plat M adalah sebesar :

02ε

σ∧→

+= iEM ....................................(14)

sedangkan kuat medan listrik disebelah kiri plat M adalah :

02ε

σ∧→

−= iEM ....................................(15)

(berarah ke kiri).

→

ME →

ME

E

N M

→

NE →

NE →

NE

→

ME

-q +q

d


11

Kuat medan listrik pada sebelah kanan plat N adalah sebesar :

02ε

σ∧→

−= iEN ....................................(16)

sedangkan kuat medan disebelah kiri plat N sebesar :

02ε

σ∧→

+= iEN ....................................(17)

Kuat medan resultan oleh kedua plat adalah :

NM EEE→→→

+= ........................(18)

sehingga besarnya kuat medan listrik resultan adalah :

Pada sebelah kiri plat sejajar :

NM EEE→→→

+= = 022 00

=+−∧∧

εσ

εσ ii

Didalam plat sejajar : NM EEE→→→

+= = 000 22 εσ

εσ

εσ ∧∧∧

+=++ iii

Sebelah kanan plat sejajar : NM EEE→→→

+= = 022 00

=−+∧∧

εσ

εσ ii

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

sebesar :

0εσ

=→

E ....................................(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


12

antara tegangan V dan medan listrik →

E dapat ditentukan sebagai berikut :

(Sutrisno dan Tan Ik Gie, 1982)

→→

∫−=∆ drEVd

.0

dVE

dEV

=

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

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).


13

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 :

→→→

×= BvqF ....................................(21)

dimana : →

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 )

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

→

F

→

B

→

v

α


14

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 :

)(→→→→

×+= BvEqF ........................(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 rT uu∧∧

× selalu tegak lurus terhadap

bidang yang dibentuk oleh P dan arusnya, dengan demikian arah vektor tersebut

adalah seperti unit vektor 0

∧

u . 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 0

∧

u yang sama dan induksi magnet

resultan →

B juga menyinggung lingkaran sehingga hanya diperlukan menghitung

→

B . Besarnya Tu∧

dan ru∧

adalah sin Ө karena merupakan unit vektor.


15

Dimana : Tu∧

adalah vektor satuan arah tangensial

ru∧

adalah vektor satuan arah radial

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

1994)

∫∞

∞−

→

= dlr

IB 20 sin

4θ

πµ

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

Dari gambar 2.5. θcscRr =→

θθ cot)180(cot 0 RRl −=−=

sehingga : θθ dRdl 2csc=→

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

Substitusi persamaan menghasilkan :

∫ ∫==→ π π

θθπµ

θθθ

θπµ

0 0

0222

0 sin4

)csc(csc

sin4

dRI

dRR

IB

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

Maka : RI

Bπµ2

0=→

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

atau dalam bentuk vektor

00

2

∧→

= uRIB

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


16

Tu∧

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

→

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.

∧

Tu ∧

0u l

→

Br

R P

i

∧

Ru

∧

ru

θ

S

dl

∧

ru

i


17

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 :

20

4 rrdlidB∧→

→ ×=

πµ

........................(27)

Apabila dipandang seluruh loop, resultan medan →

B arah tegak lurus

sumbu z akan sama dengan nol, sebab →

dli yang terletak berseberangan satu

dengan yang lainnya menghasilkan →

dB yang sama tetapi berlawanan arah.

Akibatnya induksi magnet seluruh loop mempunyai arah sumbu z, atau :

zBkB∧→

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

karena →

dli selalu tegak lurus →

r maka besarnya induksi magnet pada arah sumbu

z adalah :

⊥

→

dB

zdBk→∧

→

dli.

i

a

θ

b

P θ

→

r→

dB


18

20

4 rdlidB z

→→

=πµ

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

jarak antara →

dli ke titik P tidak tergantung letak →

dli yaitu :

)( 222 bar += ........................(30)

komponen →

dB pada sumbu z adalah :

θcosdBkdBz

∧

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

dl

baidB

rdlidB

z

z

)(cos

4

cos4

220

20

+=

=

θπµ

θπµ

karena sudut Ө tidak tergantung pada letak →

dli , persamaan diatas dapat ditulis :

∫+=

loop

z dlba

iB θπµ

cos)(4 22

0 ........................(32)

bila ∫ dl = panjang keliling loop = aπ2 , dan : 21

22 )(cos

ba

a

+=θ

maka persamaan (32) menjadi

23

22

20

)(

)2(4

ba

aiB z

+=

ππµ

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

∧→

+= k

ba

aiB23

22

20

)(

)2(4

ππµ

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


19

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.

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 :

∫ =→→

idlB 0. µ ....................................(34)

Jika i adalah arus yang terkandung dalam lengkung abcda, maka ∫→→

abcd

dlB .

dapat dijabarkan ∫∫∫∫∫→→→→→→→→→→

+++=dacdbcababcda

dlBdlBdlBdlBdlB .....

= Bl + 0 + 0 + 0 = Bl ............(35)

penjelasan : 1). →

B adalah induksi magnet di dalam solenoida dan l

adalah panjang lilitan solenoida.

c oooo

x x xx

ba

l

d


20

2). Integral pertama : karena pada ab, →

B sejajar →

dl

sehingga sudut antara →

B dan →

dl yaitu Ө sama dengan

nol maka →→

dlB . = dlBdlB =θcos ………………(36)

3). Integral ke dua = 0, karena →

B tegak lurus →

dl sehingga

sudut antara →

B dan →

dl yaitu Ө sama dengan 90o maka

pada

→→

dlB . = 090coscos == odlBdlB θ ………………(37)

integral bc = da, maka ∫ dlB . sama dengan 0 (nol).

4). Karena arus yang di lingkupi bidang Gauss sama

dengan nol sehingga tidak ada induksi magnet,

maka ∫cd

dlB . sama dengan nol.

Hukum ampere menyatakan ∫∫ =→→

ababcda

dlBdlB .. = i0µ ………(38)

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

L

NIi=


21

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

lLINi= ....................................(39)

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

L

INB 0µ= ....................................(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.


22

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, ion-

ion 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


23

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).

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

B B


24

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 e-

b. Ion OH- dari basa akan dioksidasi menjadi gas oksigen (o2).

4 OH- → 2 H2O + O2 + 4 e-


25

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 :

→→→

×= BvqF

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.


26

Gambar 2.10. Kaidah tangan kanan

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

Gambar 2.11. Mekanisme kerja gaya magnet pada alat electromagnetic plating


27

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

2.13 :

Gambar 2.12. Arah penempelan ion negatif karena pengaruh gaya magnet

Gambar 2.13. Arah penempelan ion positif karena pengaruh gaya magnet

Plat (katoda)

→

v (kecepatan aliran muatan) +

→

B (medan magnet)

→

F (gaya yang bekerja)

Q

→

B (induksi magnet)

→

F (gaya yang bekerja)

Plat (anoda)

→

v (kecepatan aliran muatan) -

Q


28

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 :


29

* 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).


30

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).


31

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.


32

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.


33

3.6. Diagram Tahap Penelitian

Perangkaian alat electromagnetic plating

Pemeriksaan dan penyempurnaan alat

Penyiapan dan penelitian sampel awal

Gambar 3.1. Diagram tahap penelitian

Alat electromagnetic plating (dengan berbagai jumlah lilitan)

Percobaan dg variasi kuat arus Percobaan dg variasi waktu proses

Percobaan

Analisa Laboratorium

Data percobaan

Pengambilan sampel

Analisis data dan pembahasan

Kesimpulan

Analisis hasil


34

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.


35

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.


36

Gambar 3.2. Alat electromagnetic plating tampak dari depan


37

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.

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

55 cm

(+)

(-)


38

atas bak kontak, dan saluran pembuangan yang terletak di bagian bawah bak

kontak, seperti pada gambar 3.4.

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).

Saluran pembuangan

Saluran output

Saluran input

5 cm

50 cm

5 cm

4,5 cm


39

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.

Gambar 3.5. Skema pengambilan sampel

Sampel Limbah Awal

Saluran Input

Alat electromagnetic plating (dengan berbagai jumlah lilitan)

Variasi Kuat arus

Sampel

Output

Beker Gelas Pompa

Variasi waktu proses


40

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


41

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.


* Perlakuan sama dengan poin (a) hingga (e) seperti pada variasi jumlah

lilitan poin 1.


* 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.


42


42

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

A. HASIL PENELITIAN

4.1.1. Variasi kuat arus pada solenoida

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

A. Jumlah lilitan = 890 lilitan

Kuat arus (ampere)

induksi magnet (Tesla)

Konsentrasi akhir (ppm)

Efisiensi (%)

0 0 25,8 98,562 0,3 0,004 0,071 99,996 0,4 0,006 0,019 99,998 0,5 0,007 0,5957 99,967 0,6 0,009 5,468 99,695

B. Jumlah lilitan = 1090 lilitan

Kuat arus (ampere)

Induksi magnet (Tesla)


Efisiensi (%)

0 0 25,8 98,562 0,3 0,005 0,061 99,997 0,4 0,007 0,209 99,988 0,5 0,009 0,107 99,994 0,6 0,011 0,227 99,987


43

C. Jumlah lilitan = 1290 lilitan

Kuat arus (ampere)

Induksi magnet (Tesla)


Efisiensi (%)

0 0 25,8 98,562 0,3 0,006 0 100 0,4 0,009 0,127 99,993 0,5 0,011 0,006 99,999 0,6 0,013 0,024 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

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

Kuat arus (ampere)

Konsentrasi Cr (ppm)

1290 llitan 1090 lilitan890 lilitan

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


44

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)


efisiensi (%)

0 1794,4 010 53,45 97,021 20 28,45 98,414 30 25,8 98,562 40 Tidak terdeteksi 100

B. Jumlah lilitan = 890 lilitan



Efisiensi (%)

0 1794,4 0 10 50,201 97,202 20 7,052 99,607 30 0,071 99,996 40 Tidak terdeteksi 100

C. Jumlah lilitan = 1090 lilitan



Efisiensi (%)

0 1794,4 0 10 25,3 98,590 20 8,834 99,508 30 0,061 99,997 40 Tidak terdeteksi 100


45

D. Jumlah lilitan = 1290 lilitan



Efisiensi (%)

0 1794,4 0 10 141,63 92,107 20 1,136 99,937 30 0 100 40 Tidak terdeteksi 100

Dari tabel 4.2. A, B, C dan D dapat dibuat grafik hubungan waktu proses

terhadap konsentrasi Cr seperti pada gambar 4.2.

0102030405060708090

100110120130140150

0 10 20 30 40 50


Konsentrasi Cr (ppm)

1290 lilitan 1090 lilitan890 lilitantanpa solenoida

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


46

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

Konsentrasi akhir

(ppm) Efisiensi

(%) 0 25,8 98,562

890 0,071 99,996 1090 0,061 99,997 1290 0 100

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

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

0 250 500 750 1000 1250

Jumlah lilitan

Kadar Cr (ppm)

Gambar 4.3. Grafik hubungan antara jumlah lilitan pada kondisi kuat arus dan

waktu proses optimal Vs konsentrasi akhir Cr.


47

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


48

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 masing-

masing 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 masing-

masing jumlah lilitan solenoida seperti pada tabel 4.3.


49

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.


50

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 masing-

masing 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%.


51

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.


52

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


plagiat merupakan tindakan tidak terpuji … · dalam limbah cair penyamakan kulit adalah dengan...

Documents