i

PENGARUH VOLTASE DAN KERAPATAN WIRE MESH

ELECTROSTATIC PRECIPITATOR

TERHADAP EFISIENSI FILTRASI UDARA

DAN KUALITAS AIR HASIL PRODUKSI

ATMOSPHERIC WATER MAKER

Skripsi

diajukan sebagai salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin

Oleh

Andrika Hilman Hanif

NIM.5212415009

TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG

2019

v

ABSTRAK

Hanif, Andrika Hilman. 2019. Pengaruh Voltase dan Kerapatan Wire Mesh

Electrostatic Precipitator terhadap Efisiensi Filtrasi Udara dan Kualitas Air Hasil

Produksi Atmospheric Water Maker. Skripsi, Jurusan Teknik Mesin Fakultas

Teknik Universitas Negeri Semarang. Samsudin Anis, S.T., M.T., Ph.D.

Kekeringan dan pencemaran air mengharuskan adanya sumber air alternatif

untuk menjaga ketersediaan air bersih siap minum. Atmosfir merupakan salah satu

sumber air yang dapat dimanfaatkan, pemanfaatan air pada atmosfir memerlukan

sebuah alat untuk mengekstrak air dari atmosfir. Atmospheric Water Maker (AWM)

merupakan salah satu alat yang dapat mengekstrak air dari atmosfir menggunakan

prinsip kondensasi. AWM memerlukan sistem filtrasi udara minim hambatan untuk

menjaga kapasitas produksi air dan kualitas air hasil produksinya. ESP dipilih

karena memiliki efisiensi tinggi dengan hambatan udara minim. Tujuan penelitian

ini yaitu untuk mengetahui pengaruh tegangan dan kerapatan wire mesh terhadap

efisiensi filtrasi udara dan kualitas air hasil produksi AWM.

Penelitian ini merupakan experimental research dengan metode factorial

design. Terdapat 3 jenis pengujian yaitu kandungan debu, kepekatan asap, dan

kualitas air. Pengujian kandungan debu dilakukan dengan membandingkan tingkat

konsentrasi debu pada udara sebelum dan sesudah ESP, pengujian kepekatan asap

dilakukan dengan membandingkan kepekatan asap saat ESP dioperasikan dengan

saat ESP tidak dioperasikan, sedangkan pengujian air dilakukan dengan meneliti

sampel air hasil produksi AWM pada Laboratorium Kesehatan Semarang untuk

mengetahui perbedaan kualitas air saat efisiensi ESP terendah dengan saat efisiensi

ESP tertinggi.

Hasil penelitian menunjukkan peningkatan efisiensi seiring dengan

peningkatan tegangan, peningkatan efisiensi seiring dengan peningkatan kerapatan

wire mesh, penurunan jumlah kandungan kontaminan air yang disebabkan oleh

peningkatan efisiensi, dan kenaikan jumlah kandungan kontaminan air yang

disebabkan oleh pelepasan ozone saat tegangan tinggi.

Kata kunci : ESP, Efisiensi filtrasi udara, Kualitas air, Atmospheric Water

Maker

vi

PRAKATA

Segala puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT yang telah

melimpahkan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi yang

berjudul Pengaruh Voltase dan Kerapatan Wire Mesh Electrostatic Precipitator

terhadap Efisiensi Filtrasi Udara dan Kualitas Air Hasil Produksi Atmospheric

Water Maker. Skripsi ini disusun sebagai salah satu persyaratan meraih gelar

Sarjana Teknik pada Program Studi S1 Teknik Mesin Universitas Negeri Semarang.

Shalawat dan salam disampaikan kepada Nabi Muhammad SAW, mudah-mudahan

kita semua mendapatkan safaat Nya di yaumil akhir nanti, Amin.

Penyelesaian karya tulis ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak, oleh

karena itu pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih serta

penghargaan kepada:

1. Prof. Dr. Fathur Rokhman, M.Hum., Rektor Universitas Negeri Semarang

atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk menempuh studi di

Universitas Negeri Semarang.

2. Dr. Nur Qudus, M.T., Dekan Fakultas Teknik, Rusiyanto, S.Pd., M.T.,

Ketua Jurusan Teknik Mesin, Dr., Ir. Basyirun S.Pd., M.T., IPP., Kepala

Laboratorium Jurusan Teknik Mesin atas fasilitas yang disediakan bagi

mahasiswa.

3. Samsudin Anis, S.T., M.T., Ph.D., selaku Pembimbing yang penuh

perhatian dan atas perkenaan memberi bimbingan dan dapat dihubungi

sewaktu-waktu disertai kemudahan menunjukkan sumber-sumber yang

relevan dengan penulisan karya ini.

4. Ahmad Mustamil K, M.Pd., dan Angga Septiyanto, S.Pd., M.T., selaku

Penguji yang telah memberi masukan yang sangat berharga berupa saran,

ralat, perbaikan, pertanyaan, komentar, tanggapan, menambah bobot dan

kualitas karya tulis ini.

5. Semua dosen Jurusan Teknik Mesin FT UNNES yang telah memberi bekal

pengetahuan yang berharga.

viii

DAFTAR ISI

PERSETUJUAN PEMBIMBING ........................................................................... ii

DAFTAR ISI ........................................................................................................ viii

DAFTAR SINGKATAN TEKNIS DAN LAMBANG .......................................... x

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. xi

DAFTAR TABEL ................................................................................................. xii

DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ xiii

BAB I ...................................................................................................................... 1

PENDAHULUAN................................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang ................................................................................... 1

1.2 Identifikasi Masalah ........................................................................... 4

1.3 Pembatasan Masalah .......................................................................... 4

1.4 Rumusan Masalah .............................................................................. 5

1.5 Tujuan ................................................................................................ 5

1.6 Manfaat .............................................................................................. 5

BAB II ..................................................................................................................... 7

KAJIAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI ................................................. 7

2.1 Kajian Pustaka ................................................................................... 7

2.2 Landasan Teori ................................................................................ 12

2.2.1 Atmospheric Water Maker (AWM) .................................................. 12

2.2.2 Electrostatic Precipitator (ESP) ...................................................... 14

2.2.3 Debu dan Asap ................................................................................. 19

2.2.4 Kualitas Air Minum ......................................................................... 21

2.2.5 Hubungan antara Tegangan dengan Efisiensi Kerja ........................ 27

2.2.6 Hubungan antara Tegangan dengan Kualitas Air ............................ 28

2.2.7 Hubungan antara Kerapatan Wire Mesh dengan Efisiensi Kerja ..... 29

2.2.8 Hubungan antara Kerapatan Wire Mesh dengan Kualitas Air ......... 30

2.2.6 Hipotesis .......................................................................................... 30

BAB III.................................................................................................................. 32

METODE PENELITIAN ...................................................................................... 32

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian .......................................................... 32

3.2 Desain Penelitian ............................................................................. 32

ix

3.2.1 Variabel Bebas (Independent Variables) ......................................... 32

3.2.2 Variabel Terikat (Dependent Variables) .......................................... 33

3.2.3 Diagram Alir Penelitian ................................................................... 33

3.3 Alat dan Bahan Penelitian ................................................................ 34

3.3.1 Alat Penelitian .................................................................................. 34

3.3.2 Bahan Penelitian .............................................................................. 38

3.4 Parameter Penelitian ........................................................................ 39

3.5 Teknik Pengumpulan Data ............................................................... 40

3.5.1 Langkah-Langkah Pengujian Pengaruh Voltase dan Kerapatan Wire

Mesh terhadap Efisiensi Penangkapan Partikel ............................... 40

3.5.2 Langkah-Langkah Pengujian Pengaruh Voltase dan Kerapatan Wire

Mesh terhadap Kepekatan Asap ...................................................... 44

3.5.3 Langkah-Langkah Pengujian Kualitas Air ...................................... 49

3.7 Teknik Analisis Data ....................................................................... 56

BAB IV ................................................................................................................. 58

HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................. 58

4.1 Deskripsi Data .................................................................................. 58

4.1.1 Tegangan ........................................... Error! Bookmark not defined.

4.1.2 Kerapatan Wire Mesh ........................ Error! Bookmark not defined.

4.1.3 Data Pengaruh Tegangan dan Kerapatan Wire Mesh terhadap

Konsentrasi Debu ............................................................................. 58

4.1.4 Data Pengaruh Tegangan dan Kerapatan Wire Mesh terhadap

Kepekatan Asap ............................................................................... 59

4.1.5 Data Pengaruh Tegangan dan Kerapatan Wire Mesh terhadap Kualitas

Air Hasil Produksi ........................................................................... 60

4.2 Analisis dan Pembahasan ................................................................. 62

4.2.1 Pengaruh Tegangan terhadap Efisiensi Filtrasi Udara ..................... 62

4.2.2 Pengaruh Kerapatan Wire Mesh terhadap Efisiensi Filtrasi Udara .. 64

4.2.3 Pengaruh Tegangan dan Kerapatan Wire Mesh terhadap Kualitas Air

Hasil Produksi AWM ....................................................................... 66

BAB V ................................................................................................................... 70

PENUTUP ............................................................................................................. 70

5.1 Kesimpulan ...................................................................................... 70

5.2 Saran ................................................................................................ 71

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 72

LAMPIRAN .......................................................................................................... 75

x

DAFTAR SINGKATAN TEKNIS DAN LAMBANG

AWM : Atmospheric Water Maker

ESP : Electrostatic Precipitator

PM : Particulate Matter

DPF : Diesel Particulate Filter

DC : Direct Current

WHO : World Health Organization

EPA : Environment Protection Agency

TDS : Total Dissolved Solids

E : Kuat medan listrik (V/m)

F : Gaya Coulumb (N)

q : Besar muatan (C)

K : Konstanta Medium (9 x 109 N 𝑚2 𝐶−2)

r : Jarak antar muatan (m)

V : Tegangan (Volt)

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 ESP pada Skema Kerja Mesin AWM ............................................... 14

Gambar 2.2 ESP di Industri ................................................................................. 15

Gambar 2.3 Desain dan Prototype ESP pada Mesin AWM.................................. 15

Gambar 2.4 Medan Listrik di antara Muatan Listrik Berlawanan Jenis .............. 16

Gambar 2.5 Medan Listrik di antara Muatan Listrik Sejenis ............................... 17

Gambar 2.6 Prinsip Kerja ESP .............................................................................. 19

Gambar 2.7 Perbandingan ukuran PM2.5 dengan PM10 ...................................... 20

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian .................................................................... 33

Gambar 3.2 Sensor Debu ...................................................................................... 34

Gambar 3.3 Kamera Nikon D5000 ....................................................................... 35

Gambar 3.4 Test Section dan Skema Pengujian Konsentrasi Debu ...................... 36

Gambar 3.5 Test Section dan Skema Pengujian Kepekatan Asap ........................ 36

Gambar 3.6 Komputer ........................................................................................... 37

Gambar 3.7 Tripod ................................................................................................ 37

Gambar 3.8 Jerigen dan Botol Steril ..................................................................... 38

Gambar 3.9 Bedak dan Kertas .............................................................................. 38

Gambar 3.10 Konversi Sensor Debu ..................................................................... 56

Gambar 4.1 Ukuran Wire Mesh 1 mm ................... Error! Bookmark not defined.

Gambar 4.2 Ukuran Wire Mesh 4 mm ................... Error! Bookmark not defined.

Gambar 4.3 Hubungan antara Tegangan dengan Efisiensi Filtrasi Udara pada ESP

dengan Kerapatan Wire Mesh 1 mm .................................................. 62

Gambar 4.4 Hubungan antara Tegangan dengan Efisiensi Filtrasi Udara pada ESP

dengan Kerapatan Wire Mesh 4 mm .................................................. 62

Gambar 4.5 Pengaruh Kerapatan Wire Mesh terhadap Efisiensi Filtrasi Udara pada

Variasi Tegangan 9,7 kV .................................................................... 64

Gambar 4.6 Grafik Perbandingan Kualitas Air Efisiensi Tertinggi ESP dengan

Efisiensi Terendah ESP ...................................................................... 66

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Tabel Standar Kelayakan Air Minum .................................................. 23

Tabel 2.2 Tabel Standar Kelayakan Air Minum .................................................. 24

Tabel 3.1 Desain Penelitian................................................................................... 32

Tabel 3.2 Spesifikasi Sensor Debu........................................................................ 34

Tabel 3.3 Spesifikasi Kamera ............................................................................... 35

Tabel 3.4 Spesifikasi Komputer ............................................................................ 37

Tabel 3.5 Lembar instrumentasi pegujian pengaruh tegangan dan kerapatan wire

mesh terhadap efisiensi penangkapan partikel ...................................... 44

Tabel 3.6 Lembar instrumentasi pengujian pengaruh voltase dan kerapatan wire

mesh terhadap kepekatan asap .............................................................. 48

Tabel 3.7 Lembar Instrumentasi Uji Kualitas Air ................................................. 53

Tabel 4.1 Pengaruh Tegangan dan Wire Mesh terhadap Efisiensi Filtrasi Udara . 58

Tabel 4.2 Pengaruh Tegangan dan Wire Mesh terhadap Kepekatan Asap ........... 59

Tabel 4.3 Pengaruh Tegangan dan Wire Mesh terhadap Kualitas Air Hasil Produksi

AWM .................................................................................................... 60

xiii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Seksi Uji Konsentrasi Debu dan Kepekatan Asap ............................ 75

Lampiran 2. High Voltage DC Power Supply ....................................................... 76

Lampiran 3. Desain ESP ....................................................................................... 77

Lampiran 4. Wiring Sensor Debu.......................................................................... 78

Lampiran 5. High Voltage Power Supply Schematic Diagram............................. 79

Lampiran 6. Hasil Uji Penangkapan Debu dengan Tegangan 5,8 kV, Kerapatan

Wire Mesh 1 mm dan 4 mm ............................................................. 80

Lampiran 7. Hasil Uji Penangkapan Debu dengan Tegangan 7,7 kV, Kerapatan

Wire Mesh 1 mm dan 4 mm ............................................................. 81

Lampiran 8. Hasil Uji Penangkapan Debu dengan Tegangan 9,7 kV, Kerapatan

Wire Mesh 1 mm dan 4 mm ............................................................. 82

Lampiran 9. Hasil Uji Kualitas Air Fisika dan Kimia dengan Efisiensi ESP

Terendah .......................................................................................... 83

Lampiran 10. Hasil Uji Kualitas Air Mikrobio dengan Efisiensi ESP Terendah . 84

Lampiran 11. Hasil Uji Kualitas Air Fisika dan Kimia dengan Efisiensi ESP

Tertinggi ........................................................................................... 85

Lampiran 12. Hasil Uji Kualitas Air Mikrobio dengan Efisiensi ESP Tertinggi.. 86

Lampiran 13. Dust Sensor Coding ........................................................................ 87

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Air minum dengan perannya sebagai kebutuhan dasar tubuh manusia

merupakan suatu hal yang harus dipastikan ketersediaannya. Air minum diperoleh

dari macam-macam sumber air yang memiliki kekurangan dan kelebihannya

masing-masing. Air minum kemasan teruji kebersihannya namun memiliki harga

yang relatif mahal. air minum isi ulang memiliki harga yang lebih murah namun

belum teruji kualitasnya, seperti hasil penelitian Telan, dkk. (2015) yang

menunjukkan bahwa 40% depot air minum isi ulang di Kota Kupang mengandung

bakteri coliform pada airnya dan 20% depot air minum isi ulang airnya mengandung

bakteri Escherichia Coli. Air sungai atau danau dan air tanah dapat tercemar dan

sulit didapatkan pada daerah yang mengalami kekeringan, Nugroho (2018)

menyatakan bahwa berdasarkan data yang dihimpun Posko BNPB, kekeringan

melanda 11 provinsi yang terdapat di 111 kabupaten/kota, 888 kecamatan, dan 4053

desa. Berdasarkan masalah tersebut maka diperlukan sumber air minum lain

sebagai alternatif untuk menjaga ketersediaan air bersih siap minum.

Beysens dan Milimouk (2000:3) menyatakan bahwa atmosfir bumi

mengandung air sebanyak 12800 km3, dimana 98% dalam bentuk uap air dan 2%

dalam bentuk cair seperti butiran air di awan dan kabut. Data tersebut menunjukkan

bahwa atmosfir memiliki kandungan air yang melimpah, dan dapat menjadi sumber

air minum alternatif. Pemanfaatan kandungan uap air pada atmosfir sebagai sumber

2

air alternatif membutuhkan alat atau mesin untuk merubah fase uap air tersebut dari

fase gas menjadi fase cair, salah satu alat yang dapat menghasilkan air dari atmosfir

yaitu Atmospheric Water Maker (AWM). AWM menggunakan sistem pendingin

untuk mendinginkan udara agar terjadi proses kondensasi sehingga didapatkan air

dari atmosfir. Udara khususnya pada perkotaan mengandung kontaminan seperti

partikel debu halus (PM2,5) dan partikel debu kasar (PM10) yang cukup tinggi,

BMKG (2019) mendeteksi tingkat kandungan partikel PM10 pada kota

Palangkaraya menyentuh angka 154,29 µg/m3, tingkat kandungan debu tersebut

sudah termasuk golongan berbahaya. Data tersebut menunjukkan pentingnya sistem

filtrasi udara pada mesin AWM agar kualitas air hasil produksi mesin AWM lebih

layak konsumsi.

Filtrasi udara pada umumnya menggunakan filter berbasis serat, di mana

partikel pengotor terjebak pada serat-serat yang kerapatannya lebih kecil dari

partikel tersebut. Penggunaan filter ini membutuhkan tekanan yang relatif besar

untuk mendorong atau menghisap udara melewati serat-serat yang rapat, terlebih

jika partikel pengotor telah menumpuk pada serat serat dan menyumbat aliran udara.

Pilihan filtrasi udara alternatif adalah menggunakan electrostatic precipitator

(ESP) di mana partikel pengotor diberi muatan negatif agar dapat terkumpul pada

collector yang dialiri aliran listrik positif. Wen, dkk. (2015: 117) menyatakan

bahwa menggunakan ESP dalam sistem filtrasi udara dinilai lebih efisien

dibandingkan dengan filter berbasis serat, hal ini dikarenakan resistensi udara yang

disebabkan oleh ESP jauh lebih kecil dari filter berbasis serat.

3

Berdasarkan masalah tersebut, ESP adalah pilihan sistem filtrasi udara yang

tepat untuk diaplikasikan ke mesin AWM. ESP yang digunakan pada mesin AWM

ini menggunakan prinsip wire-to-cylinder. ESP dengan jenis wire-to-cylinder

menggunakan wire mesh sebagai discharge electrodes dan alumunium foil

berbentuk silinder sebagai collecting plates. Besarnya tegangan listrik yang

mengaliri discharge electrodes dan collecting plates dan geometri wire mesh

memiliki pengaruh besar terhadap efisiensi filtrasi udara. Seperti yang dinyatakan

oleh He dan Dass (2018:3) bahwa performa ESP ditentukan oleh parameter desain,

seperti parameter geometri dan kondisi operasional. Contoh dari parameter

geometri yaitu dimensi discharge electrodes dan collecting electrodes, dan jarak

antar elektroda. Contoh dari kondisi operasional yaitu besarnya tegangan dan

ukuran partikel pengotor. Desain yang tidak memperhitungkan parameter tersebut

tentunya berdampak ke performa filtrasi udara ESP yang kurang maksimal, dan

performa filtrasi udara yang kurang maksimal berdampak pada penumpukan

kotoran pada sistem refrigasi dan juga menyebabkan buruknya kualitas air hasil

produksi mesin AWM.

Berdasarkan uraian di atas, untuk meningkatkan efisiensi filtrasi udara dan

kualitas air hasil produksi AWM diperlukan peninjauan lebih lanjut mengenai

pengaruh voltase dan geometri discharge electrodes terhadap efisiensi filtrasi udara

yang mencakup kemampuan ESP dalam menangkap debu dan mengurangi

kepekatan asap serta meningkatkan kualitas air hasil produksi mesin AWM.

4

1.2 Identifikasi Masalah

Berdasarkan latar belakang, identifikasi masalah pada penelitian ini adalah:

1. Ketersediaan air minum yang menipis sehingga dibutuhkannya sumber air

minum alternatif.

2. Mesin AWM sebagai sumber air minum alternatif yang menghasilkan air

dari kelembaban udara membutuhkan sistem filtrasi udara agar air hasil

produksi layak minum.

3. Dibutuhkan sistem filtrasi udara yang efisien dan minim hambatan.

4. Variasi tegangan diperlukan untuk mengetahui tegangan yang optimal agar

kinerja ESP dalam menangkap partikel lebih baik.

5. Kerapatan wire mesh perlu dilakukan eksperimen untuk menciptakan ESP

yang efisien dengan hambatan minim.

1.3 Pembatasan Masalah

Berdasarkan identifikasi masalah, maka batasan masalah pada penelitian ini

adalah:

1. ESP yang digunakan berjenis wire-to-cylinder.

2. Penelitian ini mempelajari pengaruh variasi tegangan dan kerapatan wire

mesh terhadap efisiensi ESP dalam menangkap partikel.

3. Penelitian ini mempelajari pengaruh variasi tegangan dan kerapatan wire

mesh terhadap kepekatan asap setelah melewati ESP.

4. Penelitian ini mempelajari pengaruh variasi tegangan terhadap kualitas air

hasil produksi mesin AWM.

5

1.4 Rumusan Masalah

Berdasarkan batasan masalah maka permasalahan penelitian adalah:

1. Bagaimana pengaruh tegangan ESP terhadap efisiensi filtrasi udara?

2. Bagaimana pengaruh tegangan ESP terhadap kualitas air hasil produksi

prototype atmospheric water maker?

3. Bagaimana pengaruh kerapatan wire mesh ESP terhadap efisiensi filtrasi

udara?

4. Bagaimana pengaruh kerapatan wire mesh ESP terhadap kualitas air hasil

produksi prototype atmospheric water maker?

1.5 Tujuan

Berdasarkan rumusan masalah diatas, tujuan yang hendak dicapai adalah:

1. Mengetahui pengaruh tegangan ESP terhadap efisiensi filtrasi udara.

2. Mengetahui pengaruh tegangan ESP terhadap kualitas air hasil produksi

prototype atmospheric water maker.

3. Mengetahui pengaruh kerapatan wire mesh ESP terhadap efisiensi filtrasi

udara.

4. Mengetahui pengaruh kerapatan wire mesh ESP terhadap kualitas air hasil

produksi prototype atmospheric water maker.

1.6 Manfaat

Manfaat yang didapat dari hasil penelitian ini adalah:

6

1.6.1 Manfaat secara teoritis

1. Bagi peneliti, memberikan pemahaman yang lebih dalam sistem filtrasi

udara menggunakan elektrostatis.

2. Bagi IPTEK, memberikan data penelitian yang berguna untuk merancang

ESP pada pengaplikasian skala rumah tangga khususnya pada mesin AWM.

1.6.2 Manfaat secara praktis

1. Bagi industri, menghasilkan data yang bermanfaat dalam mengaplikasikan

ESP pada peralatan rumah tangga.

2. Bagi lembaga, memberikan kontribusi dalam bidang pendidikan sebagai

media pembelajaran mengenai ESP.

7

BAB II

KAJIAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

2.1 Kajian Pustaka

Penelitian mengenai penerapan ESP skala kecil dilakukan oleh Takasaki,

dkk. (2015: 1-4). Penelitian mempelajari pengaruh temperatur dan kekasaran

permukaan collecting electrodes terhadap performa pengendapan particulate

matter (PM) pada gas pembuangan mesin diesel. Penelitian ini dilatarbelakangi

oleh penggunaan diesel particulate filter (DPF) sebagai sistem filtrasi PM utama

yang dinilai menyebabkan pressure drop yang besar sehingga peneliti memilih ESP

yang memiliki pressure drop yang minim sebagai penggantinya. Namun, masalah

pada ESP adalah kembalinya debu ke dalam sistem. Untuk mengatasi masalah

tersebut dilakukan penelitian mengenai efek temperatur dan kekasaran permukaan

collecting electrodes terhadap performa pengendapan PM pada gas pembuangan

mesin diesel.

Hasil menunjukkan, temperatur gas yang rendah menghasilkan

pengendapan yang stabil dan efisiensi yang tinggi, hal ini terjadi dikarenakan saat

suhu rendah, masa singgah gas pada ESP lebih tinggi sehingga kecepatan aliran

menurun dan berdampak pada kenaikan efisiensi. Hasil juga menunjukkan

peningkatan efisiensi setelah diberi variasi kekasaran permukaan collecting

electrodes dengan memasang wire mesh menunjukkan peningkatan efisiensi, hal

ini terjadi karena semakin kasar collecting electrodes maka semakin besar luas

8

permukaannya sehingga pengendapan partikel lebih baik dan meminimalisir debu

yang masuk kembali ke sistem.

Penelitian mengenai ESP berskala kecil juga dilakukan oleh Porteiro, dkk.

(2016). Penelitian ini memperkirakan efisiensi pengendapan debu pada ESP

berskala kecil dengan software ANSYS. Penelitian ini menggunakan variasi

parameter antara lain tegangan, ukuran partikel, dan kekasaran dinding collecting

electrodes. Hasil menunjukkan kenaikan voltase menyebabkan kenaikan efisiensi

penangkapan partikel, efisiensi 83% didapatkan pada tegangan 20 kV dan efisiensi

94,3% didapatkan pada tegangan 30 kV. Hal ini terjadi karena semakin tinggi

tegangan maka semakin kuat energi listrik yang dipancarkan, hal tersebut

menyebabkan kenaikan efisiensi.

Berdasarkan kajian di atas menunjukkan bahwa perkembangan desain ESP

berskala kecil mulai populer. Seiring berkembangnya ilmu pengetahuan, kesadaran

akan polusi particulate matter, dan regulasi yang semakin ketat membuat

banyaknya penelitian yang mempelajari penerapan ESP berskala kecil untuk

beradaptasi dengan model ESP yang sudah ada atau untuk mengembangkan desain

ESP terbaru. Selain parameter desain, filtrasi ESP memungkinkan dipengaruhi oleh

tegangan.

Syakur, dkk. (2009) melakukan penelitian tentang aplikasi tegangan tinggi

DC sebagai pengendap debu secara elektrostatik. Peneliti membuat rancangan

pembangkitan tenaga tinggi DC menggunakan metode penyearah pengali tegangan

atau Walton-Cockroft. Variasi pada penelitian ini yaitu variasi tegangan tinggi DC

9

berkisar pada 4000 – 5000 Volt, dan variasi lokasi pengambilan data yaitu pada

rumah untuk mewakili kondisi debu rendah, pada toko untuk mewakili kondisi debu

sedang, dan proyek pembangunan rumah untuk mewakili kondisi debu tinggi. Hasil

penelitian menunjukkan tegangan 4560,2 Volt merupakan tegangan yang paling

efektif untuk mengendapkan debu, hal ini disebabkan oleh semakin tinggi tegangan

maka muatan yang diberikan pada partikel lebih besar sehingga proses

pengendapan debu lebih efisien. Hasil penelitian juga menunjukkan penambahan

endapan debu seiring berjalannya waktu dan jumlah pengendapan debu lebih

banyak pada proyek pembangunan rumah dibandingkan pada toko dan rumah.

Penambahan debu seiring berjalannya waktu disebabkan karena tidak adanya

sistem pembersih elektroda otomatis sehingga kotoran terus menumpuk dan

menumpuk. Jumlah pengendapan debu lebih banyak pada proyek pembangunan

rumah disebabkan oleh tingkat konsentrasi debu lebih banyak terdapat pada lokasi

tersebut dibandingkan dengan toko maupun rumah.

Hasil penelitian di atas diperkuat oleh penelitian Afrian, Firdaus dan

Ervianto (2015). Penelitian mempelajari pengaruh besar tegangan DC terhadap

perubahan emisi di power boiler industri pulp and paper. Penelitian ini

dilatarbelakangi oleh bahaya polusi udara yang dapat terjadi jika asap hasil

pembakaran batu bara pada industri tidak ditangani dengan baik, sehingga ESP

digunakan untuk mengatasi masalah tersebut. Penelitian ini menggunakan rentang

tegangan 31 kV hingga 77 kV. Hasil penelitian menunjukkan bahwa efisiensi ESP

tergantung pada tegangan yang dibangkitkan, semakin besar tegangan yang

dibangkitkan maka efisiensi akan meningkat. Seperti pada penelitian sebelumnya,

10

hal ini terjadi karena semakin besar tegangan yang dibangkitkan maka semakin

besar muatan yang diberikan kepada partikel sehingga penangkapan lebih efisien.

Berdasarkan kajian di atas variasi tegangan berpengaruh terhadap efisiensi

penangkapan partikel, baik pada ESP skala kecil maupun ESP skala industri dan

menghasilkan kesimpulan yang sama yaitu semakin besar tegangan maka semakin

besar efisiensi penangkapan partikel. Selanjutnya, efisiensi kerja ESP dalam

menyaring partikel di udara memungkinkan dipengaruhi oleh geometri elektroda.

Penelitian yang dilakukan oleh Sander, dkk. (2018) membandingkan

performa ESP saat menggunakan wire sebagai discharge electrodes dengan

performa ESP saat menggunakan spiked-wire sebagai discharge electrodes.

Penelitian dilakukan dengan simulasi numerik di mana didapatkan hasil bahwa

partikel mulai bergerak menuju collecting electrodes setelah melewati elektroda

pertama, di mana pada lokasi tersebut terjadi pemberian muatan partikel secara

cepat yang disebabkan oleh medan listrik berkekuatan tinggi terjadi. Partikel yang

melewati spiked-wire electrodes diberi muatan lebih besar dibandingkan dengan

wire electrodes, hal ini disebabkan spiked-wire memiliki luas permukaan yang lebih

luas sehingga dapat menghasilkan medan listrik lebih luas dibandingkan wire

electrodes.

Pengaruh geometri terhadap performa ESP diperkuat oleh penelitian yang

dilakukan oleh He dan Dass (2018). Penelitian mempelajari korelasi antara

parameter desain dan parameter operasional dengan performa ESP. Parameter

desain yang diteliti adalah radius wire, panjang dari collecting electrodes, jarak

11

antar plat. Sedangkan parameter operasional yang diteliti yaitu tegangan yang

digunakan dan diameter partikel. Hasil penelitian menunjukkan bahwa parameter

tegangan merupakan parameter paling berpengaruh terhadap performa ESP, diikuti

oleh parameter desain yaitu jarak antar elektroda, diameter partikel merupakan

parameter paling berpengaruh ketiga, dan geometri discharge electrodes pada

posisi keempat.

Berdasarkan kajian di atas menunjukkan bahwa, parameter geometri

merupakan salah satu parameter yang berdampak besar terhadap efisiensi ESP

dalam menangkap partikel. Dari kedua penelitian di atas dapat dipelajari bahwa

peningkatan luas permukaan elektroda juga berdampak besar terhadap efisiensi

ESP. Selanjutnya, efisiensi kerja ESP dalam penyaringan udara memungkinkan

dipengaruhi oleh tipe ESP.

Penelitian yang dilakukan oleh Al-Shujairi (2013) membandingkan

performa pengendapan debu single-stage ESP dengan two-stage ESP. Perbedaan

single-stage ESP dengan two-stage ESP terletak pada pembagian medan listriknya,

di mana single-stage ESP memiliki medan listrik gabungan dan two-stage ESP

memilik medan listrik terpisah. Hasil penelitian menunjukkan efisiensi single-stage

ESP lebih tinggi dari two-stage ESP, Hal ini dikarenakan single-stage ESP

memiliki collection area yang lebih luas dibandingkan dengan two-stage ESP.

Pengaruh tipe ESP terhadap performa pengendapan debu juga dilakukan

oleh Jaworek, dkk. (2017). Penelitian ini mempelajari perbandingan efisiensi

penyaringan udara antara two-stage ESP dengan two-field ESP. Perbedaan

12

keduanya terletak pada penggunaan agglomerator pada two-stage ESP yang

berfungsi untuk menyatukan partikel-partikel kecil menjadi partikel yang lebih

besar. Hasil penelitian menunjukkan efisiensi two-stage ESP dengan agglomerator

lebih tinggi dari two-field ESP, hal ini dikarenakan adanya agglomerator yang

membantu menyatukan partikel-partikel kecil menjadi partikel yang lebih besar.

Berdasarkan kajian di atas, menunjukkan bahwa perbedaan tipe ESP

berpengaruh terhadap efisiensi penyaringan udara ESP. Penambahan luas collecting

area dan komponen pendukung ESP dapat meningkatkan efisiensi ESP dalam

menyaring partikulat di udara.

2.2 Landasan Teori

2.2.1 Atmospheric Water Maker (AWM)

Atmosfir bumi mengandung 12800 km3, dimana 98% dalam bentuk uap air

dan 2% dalam bentuk cair seperti butiran air di awan dan kabut (Beysens dan

Milimouk, 2000), tetapi diperlukan alat untuk mengekstraksi kandungan air pada

udara, salah satu alat tersebut yaitu Atmospheric Water Maker (AWM). AWM

adalah alat yang dapat mengubah kelembapan udara menjadi air. Prinsip yang

digunakan untuk mengubah uap air menjadi butiran air adalah kondensasi, di mana

udara diturunkan suhunya hingga mencapai titik kondensasi udara atau dew point

(Dahman, dkk., 2017:5; Tripathi, dkk., 2016: 69).

AWM menggunakan sistem refrigerasi untuk menciptakan suhu dingin agar

udara dapat mencapai suhu dew point dan terkondensasi menjadi butiran air. Proses

refrigerasi dimulai dari kompresor di mana refrigeran ditekan sampai menjadi panas

13

akibat kenaikan tekanan. Refrigeran berbentuk gas panas tersebut mengalir melalui

gulungan pipa sehingga panas terlepas ke lingkungan dan refrigeran tersebut akan

mendingin dan berubah fasa menjadi cair. Refrigeran cair tersebut mengalir menuju

katup ekspansi lalu menuju evaporator. Pada proses tersebut terjadi penurunan

tekanan dan penurunan suhu sehingga suhu evaporator mendingin dan dapat

mendinginkan udara sekitar dan kondensasi terjadi. Karena dinginnya evaporator

menyerap panas dari lingkungan maka refrigeran akan meningkat suhunya dan

berubah menjadi fase gas, lalu siklus berulang kembali (Dahman. dkk., 2017:5;

Tripathi, dkk., 2016: 69).

Untuk menjaga kebersihan komponen dalam mesin AWM dan menjaga

kualitas air hasil produksi maka diperlukan sistem filtrasi baik filtrasi udara maupun

filtrasi air. Sistem filtrasi air yang digunakan pada mesin AWM ini yaitu reverse

osmosis sedangkan sistem filtrasi udara yang digunakan adalah Electrostatic

Precipitator. ESP dipilih sebagai sistem filtrasi udara karena penelitian Wen, dkk.

(2015) dan penelitian Takasaki, dkk. (2015) menyatakan bahwa menggunakan ESP

dalam sistem filtrasi udara dinilai lebih efisien dibandingkan dengan filter berbasis

serat, hal ini dikarenakan resistensi udara yang disebabkan oleh ESP jauh lebih kecil

dari filter berbasis serat. Posisi ESP pada mesin AWM ditampilkan pada gambar

skema kerja mesin AWM (Gambar 2.1).

14

Gambar 2.1 ESP pada Skema Kerja Mesin AWM

2.2.2 Electrostatic Precipitator (ESP)

1. Pengertian Electrostatic Precipitator

Electrostatic Precipitator (ESP) adalah alat penyaring yang dapat

menangkap partikel halus di udara seperti debu dan asap menggunakan gaya dari

muatan elektrostatik. Aplikasi ESP umumnya ditemukan pada industri-industri

yang membutuhkan sebuah alat untuk menyaring asap hasil pembakaran batu bara

agar mengurangi dampak negatif pada lingkungan. Efisiensi ESP dalam menyaring

partikel halus dapat mencapai 98-99% (Wen, dkk., 2015:123; Fitrianto, 2018).

Berikut beberapa keuntungan penggunaan ESP (Parker, 2007 dalam Sunarsih

2018:13; Strauss, 1975 dalam Wiranata 2017:6-7).

a. Low pressure drop.

b. Memiliki efisiensi yang tinggi pada partikel kecil.

c. Kemampuan untuk mengatasi gas dan kabut untuk volume yang besar.

d. Mudahnya melepas partikel yang terkumpul pada kolektor.

15

Gambar 2.2 ESP di Industri (Sumber: www.electrical4u.com 7 Agustus 2019)

Gambar 2.3 Desain dan Prototype ESP pada Mesin AWM

Gambar di atas adalah gambar ESP pada skala industri, gambar desain dan

prototype ESP skala kecil dan posisi penerapannya dalam mesin AWM.

2. Komponen Penyusun ESP

Komponen penyusun ESP ialah (Parker, 2007 dalam Sunarsih 2018:13;

Fitrianto, 2018:6)

a. Discharge Electrode, elektroda pemisah partikel positif dan negatif.

b. Collecting Electrode, elektroda pengumpul partikel.

16

c. HV Power Supply, sebagai pemberi daya arus listrik yang bertegangan tinggi

pada discharge electrode dan collecting electrode.

d. Rapper, pemukul getaran agar abu yang menempel jatuh ke dalam hopper.

e. Hopper, penampung abu dari hasil pemukulan rapper.

3. Elektroda, Tegangan dan Muatan Listrik

Alat ESP membutuhkan tegangan tinggi untuk menghasilkan muatan dalam

medan listrik homogen. Medan listrik berada di antara dua plat penghantar yang

diberi muatan yang sama tetapi tidak sejenis dapat dianggap homogen. Medan

listrik homogen ini dapat dihasilkan dengan menghubungkan terminal sebuah

sumber tegangan listrik searah (DC) pada dua logam yang sejajar (elektroda). Jika

jarak antar plat tersebut lebih kecil dibandingkan dengan dimensi plat maka medan

listrik uniform akan terbentuk. Jika sebuah partikel bermuatan dilewatkan pada

medan listrik tersebut maka medan listrik tersebut akan memberikan gaya pada

partikel yang arah gayanya mengikuti Hukum Coloumb bahwa muatan sejenis tolak

menolak dan muatan tak sejenis tarik menarik (Gianto, dkk., 2015: 2093).

Gambar 2.4 Medan Listrik di antara Muatan Listrik Berlawanan Jenis (Sumber:

Ardyanto, 2018: 16)

17

Gambar 2.5 Medan Listrik di antara Muatan Listrik Sejenis (Sumber: Ardyanto,

2018: 16)

Kekuatan medan listrik (E) didefinisikan sebagai gaya per satuan muatan

listrik di suatu titik. Secara matematis kuat medan listrik dituliskan (Robertson,

2008. dalam Ardyanto, 2018):

𝐸 =𝐹

𝑞…………………………………………………………………………..(2.1)

dengan F adalah gaya coloumb dan q adalah muatan partikel, sehingga rumus kuat

medan magnet dapat dituliskan:

𝐸 = 𝐾𝑞

𝑟4………………………………………………………………………..(2.2)

Di mana E adalah kekuatan medan listrik (N/C), k adalah konstanta medium yang

ditempati muatan yang besarnya 9 x 109 N 𝑚2 𝐶−2, q merupakan besar muatan

penyebab medan (C), dan r adalah jarak antar muatan (m).

Sedangkan nilai kuat medan listrik pada keping sejajar nilainya berbanding

lurus dengan beda potensial yang diberikan dan berbanding terbalik dengan jarak

antar kedua konduktor. Kekuatan medan listrik dapat dirumuskan (Robertson, 2008.

dalam Ardyanto, 2018):

18

𝐸 =𝑉

𝑟…………………………………………………………………………..(2.3)

Di mana E adalah kekuatan medan listrik (V/m), V adalah beda potensial yang

diberikan (V), dan r adalah jarak (m).

Pengertian medan listrik juga dijelaskan oleh Zemansky dalam Sunarsih

(2018). Medan listrik menimbulkan gaya pada setiap partikel yang bermuatan,

partikel positif didorong ke arah medan sedangkan muatan negatif ke arah

sebaliknya. Medan listrik akan dihasilkan oleh satu atau lebih muatan listrik, serta

dapat disamakan atau dibedakan arah magnetisasinya dari suatu tempat ke tempat

lainnya. Medan listrik dapat juga disebut intensitas listrik atau kuat medan listrik.

Teori di atas menunjukkan peran tegangan dalam pembentukkan medan

lstrik pada elektroda yang menjadi penentu kuat atau tidaknya daya tarik menarik

antar partikel yang terjadi pada ESP, sehingga secara langsung menentukan

efisiensi ESP.

4. Tahapan Penyaringan Udara

Proses penyaringan udara dengan ESP memiliki 4 tahapan yaitu charging,

collecting, neutralizing, cleaning. Ketika partikel di udara memasuki ESP, partikel

berukuran lebih besar menerima muatan listrik dari tumbukan partikel dengan

ion/elektron sedangkan partikel berukuran lebih kecil menerima muatan listrik dari

induksi muatan listrik, proses ini adalah proses charging. Partikel yang sudah diberi

muatan kemudian bermigrasi ke collecting electrodes akibat dari gaya tarik menarik

muatan listrik. Partikel yang mengendap di collecting electrodes akan menjadi

netral dan siap dibersihkan agar tidak menumpuk pada collecting electrodes, proses

19

pembersihan dinamakan proses rapping (Parker, 2003:4-5; Wang, dkk., 2004:155

dalam Ardyanto, 2018).

Gambar 2.6 Prinsip Kerja ESP

2.2.3 Debu dan Asap

Salah satu parameter pencemaran udara adalah debu dan asap atau

particulate matter (PM). PM merupakan padatan halus yang tersuspensi di udara

yang tidak mengalami perubahan secara kimia ataupun fisika dari bahan padatan

aslinya (Gianto, dkk. 2015:2092). PM dapat berasal dari sumber alami atau

berasalah dari sumber aktivitas manusia, terutama dari pembakaran bahan bakar,

tenaga panas, incinerator, peralatan rumah tangga, alat pemanas dan kendaraan

bermotor. Environmental Protection Agency (EPA) mengelompokkan PM menjadi

beberapa kategori, yaitu total suspended particulate matter (TSP), PM10, PM2.5,

partikel dengan ukuran kurang dari 1µm, dan condensable particulate matter.

Pengertian dari kategori di atas adalah (EPA, 2010 dalam Agustin 2012:7).

1. Total Suspended Particulate Matter (TSP)

Total suspended particulate matter adalah partikel dengan ukuran diameter

0,1 mikrometer hingga 30 mikrometer. TSP mencakup partikel halus (fine particle),

20

partikel kasar (coarse particle), dan partikel sangat kasar/besar (supercoarse

particle).

2. PM10

PM10 adalah partikel dengan diameter hingga 10 mikrometer. PM10

merupakan tipe spesifik polutan karena dalam rentang ukurannya PM10 ini dapat

terhisap ke dalam pernapasan manusia.

3. PM2.5

PM2.5 merupakan partikel berukuran sampai dengan 2,5 mikron. PM2.5

melayan di udara, pola suhu yang normal dapat membuat PM2,5 tetap berada di

udara selama beberapa jam hingga beberapa hari. PM2,5 dapat menyebabkan

masalah kesehatan terkait ketidakmampuan sistem pernapasan manusia melawan

partikel dengan ukuran di bawah 2,5 mikron (EPA, 2010 dalam Agustin 2012:7).

Berikut adalah gambar perbandingan ukuran PM2.5 dan PM10 dengan benda lain

seperti helai rambut dan pasir pantai.

Gambar 2.7 Perbandingan ukuran PM2.5 dengan PM10

(Sumber: Anonim, 2018)

21

4. Partikel berukuran kurang dari 0,1 mikron

Proses industri seperti pembakaran dan metalurgi menghasilkan partikel

berukuran dengan rentang 0,01 hingga 0,1 mikron. Partikel dengan ukuran ini dapat

bergabung dan menghasilkan partikel dengan ukuran lebih besar dari 0,1 mikron.

5. Condensable particulate matter

Condensable particulate matter adalah particulate matter yang dibentuk

dari gas yang mengalami kondensasi. Condensable particulate matter dibentuk dari

reaksi kimia dan juga fenomena fisik dan biasanya dibentuk dari material yang

bukan merupakan particulate matter dalam kondisi stabil, tetapi pada waktu

kondensasi dan dilusi di udara ambien (WHO, 2005 dalam Agustin 2012:8).

2.2.4 Kualitas Air Minum

Peran air sebagai sumber kehidupan manusia sangatlah vital, oleh karena itu

pasokan air harus memadai, aman, dan mudah diakses. Tidak hanya pasokan air

yang harus memadai tetapi juga kualitas air itu sendiri karena air yang

terkontaminasi merupakan sumber dari berbagai penyakit, hal ini dibuktikan

dengan hilangnya penyakit seperti kolera, polio, dan tipes pada komunitas yang

memiliki akses air bersih layak minum (Jain, 2012: 1). Pada tahun 2006, kerugian

ekonomi Indonesia akibat pencemaran air mencapai USD 6,3 miliar (Awaludin,

2015:1).

1. Definisi Air Minum

Definisi air minum adalah air yang telah memenuhi syarat kesehatan, baik

dengan melalui proses pengolahan maupun tanpa melalui proses pengolahan

(Permenkes RI No 492/MENKES/PER/IV/2010).

22

2. Manfaat Air Minum

Manfaat air minum sangatlah penting karena sebagian besar kandungan

tubuh manusia terdiri dari air. Air merupakan pelarut universal dan bertanggung

jawab terhadap pergerakan makanan dari mulut menuju lambung dan sistem

pencernaan. Air membantu memindahkan hasil pencernaan menuju organ tertentu.

Sebagai contoh, darah mengandung 90% air membawa CO2 ke paru-paru, nutrisi

ke berbagai sel, dan garam-garaman menuju ginjal. Urin mengandung 97% air yang

membawa hasil sisa metabolismme yang tidak diperlukan tubuh. Air sangat

dibutuhkan sebagai media untuk merubah berbagai proses kimia yang terjadi di

dalam tubuh seperti pemecahan gula atau lemak menjadi bentuk yang lebih

sederhana. Air juga berfungsi sebagai pelumas dan mencegah terjadinya pergeseran

antar sendi ketika gerakan sendi terjadi. Temperatur tubuh juga diatur melalui

penguapan air melalui kulit dan paru-paru (Proverawati, 2009:34 dalam Sari,

2014:58; Prihatini, 2012:9).

3. Persyaratan Air Minum

Air minum yang aman untuk dikonsumsi adalah air minum yang telah

memenuhi semua persyaratan kualitas baik secara fisik, kimia, dan mikrobiologi.

Air minum yang ideal seharusnya tidak berwarna, tidak berbau, tidak berasa, dan

tidak mengandung zat kimia, kuman, patogen berbahaya. Persyaratan air minum di

Indonesia diatur dalam Peraturan Menteri Kesehatan Republik Indonesia Nomor

492/MENKES/PER/IV/2010.

23

Tabel 2.1 Tabel Standar Kelayakan Air Minum (Sumber: PERMENKES No

492/MENKES/PER-IV/2010 dan WHO, 2017)

No PARAMETER SATUAN

KADAR

MAKSIMUM

YANG

DIPERBOLEHKAN

Standar

WHO

I. FISIKA

1. Bau - Tidak Berbau Tidak

Berbau

2. Jumlah Zat Padat

Terlarut (TDS) mg/l 500

No guideline

3. Warna TCU 15 15

4. Kekeruhan NTU 5 5

5. Rasa - Tidak Berasa Tidak berasa

6. Suhu °C Suhu udara ±3°C Cool Water

II. KIMIA

1. Arsen mg/l 0,01 0,01

2. Fluorida (F) mg/l 1,5 1.5

3. Cromium mg/l 0,05 0.05

4. Nitrat (NO3) mg/l 50 50

5. Nitrit (NO2) mg/l 3 3

6. Sianida mg/l 0,07 No guideline

7. Alumunium (Al) mg/l 0,2 0,2

8. Besi (Fe) mg/l 0,3 No guideline

9. Kesadahan

(CaCO3) mg/l 500

No guideline

10. Klorida (Cl) mg/l 250 No guideline

11. Mangan (Mn) mg/l 0,4 No guideline

12. pH - 6,5-8,5 No guideline

13. Seng mg/l 3 No guideline

14. Sulfat (SO4) mg/l 250 250

15. Amonia (NH4) mg/l 1,5 No guideline

16. Tembaga (Cu) mg/l 2 2

17. Zat Organik mg/l 10 No guideline

III. MIKROBIOLOGI

1. Total Coliform Jumlah/100ml 0 0

2. Escherichia coli Jumlah/100ml 0 0

24

Tabel 2.2 Tabel Standar Kelayakan Air Minum (Sumber: WHO, 2017)

PARAMETER Guideline Value

(mg/l)

Acrylamide 0.0005

Alachlor 0.02

Aldicarb 0.01

Aldrin and dieldrin 0.00003

Antimony 0.02

Arsenic 0.01

Atrazine and its

chloro-s-triazine metabolites 0.1

Barium 1.3

Benzene 0.01

Benzo[a]pyrene 0.0007

Boron 2.4

Bromate 0.01

Bromodichloromethane 0.01

Bromoform 0.1

Cadmium 0.003

Carbofuran 0.007

Carbon tetrachloride 0.004

Chlorate 0.7

Chlordane 0.0002

Chlorine 5

Chlorite 0.7

Chloroform 0.3

Chlorotoluron 0.03

Chlorpyrifos 0.03

Chromium 0.05

Copper 2

Cyanazine 0.0006

2,4-Db 0.03

2,4-DBc 0.09

DDTd and metabolites 0.001

Dibromoacetonitrile 0.07

Dibromochloromethane 0.1

1,2-Dibromo-3-chloropropane 0.001

1,2-Dibromoethane 0.0004

25

PARAMETER Guideline Value

(mg/l)

Dichloroacetate 0.05

Dichloroacetonitrile 0.02

1,2-Dichlorobenzene 1

1,4-Dichlorobenzene 0.3

1,2-Dichloroethane 0.03a

1,2-Dichloroethene 0.05

Dichloromethane 0.02

1,2-Dichloropropane 0.04

1,3-Dichloropropene 0.02

Dichlorprop 0.1

Di(2-ethylhexyl)phthalate 0.008

Dimethoate 0.006

1,4-Dioxane 0.05

Edetic acid 0.6

Endrin 0.0006

Epichlorohydrin 0.0004

Ethylbenzene 0.3

Fenoprop 0.009

Fluoride 1.5

Hexachlorobutadiene 0.0006

Hydroxyatrazine 0.2

Isoproturon 0.009

Lead 0.01

Lindane 0.002

Mecoprop 0.01

Mercury 0.006

Methoxychlor 0.02

Metolachlor 0.01

Microcystin-LR 0.001

Molinate 0.006

Monochloramine 3

Monochloroacetate 0.02

Nickel 0.07

Nitrate (as NO3−) 50

Nitrilotriacetic acid 0.2

Nitrite (as NO2−) 3

N-Nitrosodimethylamine 0.0001

26

PARAMETER Guideline Value

(mg/l)

Pendimethalin 0.02

Pentachlorophenol 0.009

Perchlorate 0.07

Selenium 0.04

Simazine 0.002

Sodium 50

dichloroisocyanurate 40

Styrene 0.02

2,4,5-T 0.009

Terbuthylazine 0.007

Tetrachloroethene 0.04

Toluene 0.7

Trichloroacetate 0.2

Trichloroethene 0.02

2,4,6-Trichlorophenol 0.2

Trifluralin 0.02

Uranium 0.03

Vinyl chloride 0.0003

Xylenes 0.5

4. Penyakit Akibat Kontaminasi Air

Kontaminasi air dapat menyebabkan berbagai macam penyakit karena air

yang sudah terkontaminasi berarti air tersebut sudah tidak memenuhi persyaratan

air layak minum. Penyakit yang berkaitan dengan air di berbagai negara

berkembang dikelompokkan menjadi 4 kategori berdasarkan mekanisme

penularannya yaitu (Ditjen PPM dan PLP, 1998 dalam Syafiatun, 2006; Jain, 2012):

a. Water-borne

Water-borne disease disebabkan oleh mengkonsumsi air yang telah

terkontaminasi oleh limbah industri, kotoran manusia/hewan, atau patogen

27

yang dapat memicu infeksi saluran pencernaan dan menyebabkan diare,

tipes, demam, hepatitis, polio, legionellosis, dan leprospirosis.

b. Water-washed

Water-washed disease disebabkan oleh kurangnya penggunaan air untuk

kebutuhan higenitas perorangan, hal ini dapat menyebabkan diare, infeksi

helminth, pneumonia, penyakit kulit dan mata, dan infeksi berbagai macam

cacing dan kutu.

c. Water-based

Water based disease disebabkan oleh patogen parasitik yang ditemukan di

perairan dan dapat menyebabkan penyakit seperti schistosomiasis dan

dracunculiasis.

d. Water-related (Insect Vector)

Water-related disease disebabkan oleh gigitan hewan/serangga yang

berkembang biak di air seperti gigitan nyamuk yang menyebabkan malaria,

demam berdarah dan lain-lain.

2.2.5 Hubungan antara Tegangan dengan Efisiensi Kerja

Filtrasi ESP mengandalkan daya tarik menarik antar partikel bermuatan.

Kuat atau lemahnya daya tarik antar partikel bermuatan tersebut bergantung kepada

kuat atau lemahnya medan listrik yang dibentuk maupun muatan yang dilepaskan,

sedangkan kekuatan medan listrik yang dibentuk bergantung kepada kekuatan

tegangan. Semakin kuat medan listrik maka efisiensi ESP semakin meningkat

28

(Najafabadi, 2014). (Xiao, dkk., 2015) juga menyatakan bahwa efisiensi filtrasi

udara meningkat secara pesat seiring dengan peningkatan tegangan.

Dapat disimpulkan bahwa semakin besar tegangan, maka semakin besar

medan listrik yang dibentuk, semakin besar medan listrik yang dibentuk

menghasilkan daya tarik menarik antar partikel bermuatan yang semakin besar.

Daya tarik menarik antar partikel bermuatan yang besar akan menghasilkan

efisiensi filtrasi udara yang besar.

2.2.6 Hubungan antara Tegangan dengan Kualitas Air

Penelitian yang dilakukan oleh Jhunjhunwala, dkk. (2018) menghasilkan

data yang selaras dengan penelitian-penelitian di atas yaitu kenaikan efisiensi yang

disebabkan oleh kenaikan tegangan, dengan naiknya efisiensi tersebut

menyebabkan peningkatan kualitas air. Berbeda dengan penelitian-penelitian di

atas, Zukeran dkk. (2018) mempelajari proses pelumpuhan mikroorganisme pada

ESP. Hasil dari penelitian tersebut menunjukkan bahwa pelepasan korona

menyebabkan rusaknya dinding sel mikroorganisme sehingga melumpuhkan

mikroorganisme tersebut, dari hasil tersebut dapat disimpulkan bahwa semakin

tinggi tegangan pelepas korona, maka proses pelumpuhan mikroorganisme semakin

baik.

Berdasarkan kedua penelitian di atas diambil kesimpulan bahwa semakin

besar tegangan, maka semakin besar medan listrik yang dibentuk, semakin besar

medan listrik yang dibentuk menghasilkan daya tarik menarik antar partikel

bermuatan yang semakin besar. Daya tarik menarik antar partikel bermuatan yang

29

besar akan menghasilkan efisiensi filtrasi udara yang besar. Efisiensi filtrasi udara

yang besar dapat menangkap partikel debu, menghilangkan kepekatan asap yang

melewati ESP dan menghasilkan kualitas air hasil produksi mesin AWM yang lebih

layak konsumsi. Besarnya tegangan dapat merusak sel mikroorganisme sehingga

udara yang telah melewati ESP bebas dari mikroorganisme dan kualitas air hasil

kondensasi dari udara tersebut menjadi lebih baik.

2.2.7 Hubungan antara Kerapatan Wire Mesh dengan Efisiensi Kerja

Arif, dkk. (2016) melakukan simulasi performa ESP berbasis computational

fluid dynamics dan menghasilkan data bahwa penggunaan spiked discharge

electrodes menghasilkan efisiensi yang lebih besar dari wire discharge electrodes,

hal ini terjadi karena spiked discharge electrodes memiliki dimensi yang lebih besar

dari wire discharge electrodes. Gianto, dkk. (2015:2093) menyatakan hal yang

selaras dengan hasil penelitian tersebut bahwa medan listrik uniform akan terbentuk

jika dimensi elektroda lebih besar dibandingkan dengan jarak antar elektroda. Hal

ini menunjukkan bahwa semakin besar dimensi elektroda maka semakin besar

medan listrik yang dipancarkan sehingga dapat mengakomodir jarak antar elektroda

untuk menghasilkan medan listrik uniform.

Berdasarkan penelitian di atas maka dapat disimpulkan bahwa semakin

besar dimensi elektroda maka semakin luas medan listrik yang dihasilkan, semakin

luas medan listrik yang dihasilkan maka pelepasan muatan ke partikel pengotor

lebih optimal sehingga efisiensi filtrasi udara meningkat.

30

2.2.8 Hubungan antara Kerapatan Wire Mesh dengan Kualitas Air

Ning, dkk. (2016) melakukan penelitian pengaruh geometri discharge

electrodes terhadap efisiensi filtrasi udara, hasil menunjukkan bahwa geometri

discharge electrodes memiliki pengaruh yang signifikan terhadap efisiensi filtrasi

udara. Selain penelitian di atas, penelitian mengenai pengaruh discharge electrodes

terhadap efisiensi filtrasi udara juga dilakukan oleh Xu dkk., (2016). Penelitian

menghasilkan data yang menunjukkan kenaikan efisiensi ketika diameter discharge

electrodes diperbesar.

Semakin besar dimensi elektroda maka semakin luas medan listrik yang

dihasilkan, semakin luas medan listrik yang dihasilkan maka pelepasan muatan ke

partikel pengotor lebih optimal sehingga efisiensi filtrasi udara meningkat. Efisiensi

filtrasi udara yang besar dapat menangkap partikel debu dengan lebih baik,

menghilangkan kepekatan asap, dan meningkatkan kualitas air hasil mesin AWM

agar lebih layak minum. Efisiensi filtrasi udara yang besar dapat menangkap

partikel debu dengan lebih baik, menghilangkan kepekatan asap, dan meningkatkan

kualitas air hasil mesin AWM agar lebih layak minum.

2.2.6 Hipotesis

Berdasarkan uraian kajian pustaka dan landasan teori di atas maka hipotesis

dalam penelitian ini adalah:

1. Peningkatan tegangan menyebabkan peningkatan efisiensi filtrasi udara.

2. Peningkatan tegangan menyebabkan peningkatan kualitas air hasil produksi

mesin AWM.

31

3. Peningkatan kerapatan wire mesh menyebabkan peningkatan efisiensi

filtrasi udara.

4. Peningkatan kerapatan wire mesh menyebabkan peningkatan kualitas air

hasil produksi mesin AWM.

70

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Kesimpulan yang dapat ditarik dari penelitian ini adalah:

1. Semakin besar tegangan maka semakin tinggi efisiensi filtrasi udara. Pada

kerapatan wire mesh 1 mm didapat efisiensi filtrasi udara pada tegangan 5,8

kV sebesar 49,08%, tegangan 7,7 kV menghasilkan efisiensi sebesar

65,31%, tegangan 9,7 kV menghasilkan efisiensi sebesar 72,86%.

2. Tegangan yang semakin besar tetapi tidak disertai dengan desain elektroda

yang memadai menghasilkan kualitas air yang lebih buruk walaupun

efisiensi lebih besar, hal ini disebabkan oleh pelepasan ozone dan particle

re-entrainment.

3. Semakin rapat wire mesh maka semakin tinggi efisiensi filtrasi udara. Pada

tegangan 9,7 kV, efisiensi filtrasi udara sebesar 72,86% didapatkan

menggunakan wire mesh 1 mm sedangkan efisiensi udara sebesar 64,35%

didapatkan menggunakan wire mesh 4 mm.

4. Semakin rapat wire mesh maka efisiensi semakin meningkat dan tingkat

kandungan polutan pada air menurun.

71

5.2 Saran

Hasil penelitian menghasilkan saran-saran yang dapat membantu dalam

penelitian selanjutnya maupun dalam pengaplikasian ESP pada mesin AWM,

saran-saran yang dihasilkan yaitu:

1. Pengujian dengan tegangan lebih tinggi disertai dengan dimensi elektroda

yang memadai diperlukan untuk meningkatkan efisiensi filtrasi maksimal

tanpa terjadi pelepasan ozone yang berlebihan.

2. Uji coba penerapan jenis elektroda spiked-wire perlu dilakukan untuk

menghasilkan ESP yang lebih efisien dengan tingkat pelepasan ozone yang

minim.

3. Sistem rapper dan hopper pada ESP skala industri harus diaplikasikan pada

ESP alat AWM agar kotoran pada elektroda tidak menumpuk dan mencegah

terjadinya particle re-entrainment.

4. Uji coba penerapan ESP dengan jenis wire-to-plate untuk diaplikasikan

pada mesin AWM perlu dilakukan untuk mempelajari karakteristik dan

efisiensinya.

5. Penggunaan kabel tegangan tinggi diperlukan untuk menghindari kerusakan

komponen yang disebabkan oleh penggunaan kabel yang tidak sesuai.

72

DAFTAR PUSTAKA

Afrian, N., Firdaus, dan E. Ervianto. 2015. Analisa Kinerja Electrostatic

Precipitator ( ESP ) berdasarkan Besarnya Tegangan Dc yang Digunakan

terhadap Pulp and Paper. Jurnal Jom FT Teknik 2(2): 1–12.

Agustin, S. 2012. Hubungan Particulate Matter (PM10) dan Nitrogen Dioksida

(NO2) dengan Jumlah Asma di Jakarta Pusat Tahun 2007-2011. Skripsi.

Program Studi Kesehatan Masyarakat Universitas Indonesia.

Al-Shujairi, S. O. H. 2013. Comparing Electrostatic Precipitator Performance of

Two-Stage with Single-Stage to Remove Dust from Air Stream. International

Journal of Scientific & Engineering Research 4(2).

Anonim. 2018. Particulate Matter (PM) Basics. https://www.epa.gov/pm-

pollution/particulate-matter-pm-basics. 12 Agustus 2019 (19:23).

Ardyanto, C. P. 2018. Rancang Bangun Electrostatic Precipitator (ESP) sebagai

Sub Sistem Penyaringan Udara pada Atmospheric Water Generator. Program

Studi Teknik Mesin Universitas Negeri Semarang.

Arif, S., D. J. Branken, R. C. Everson, H. W. J. P. Neomagus, L. A. le Grange, dan

A. Arif. 2016. CFD Modeling of Particle Charging and Collection in

Electrostatic Precipitators. Journal of Electrostatics 84: 10–22.

Awaludin, F. F. 2015. Permasalahan Pencemaran dan Penyediaan Air Bersih di

Perkotaan dan Pedesaan. 0–10.

Beysens, D., dan I. Milimouk. 2000. The Case for Alternative Fresh Water Sources.

Pour Les Resources Alternatives En Eau, Secheresse 11: 1–17.

BMKG. 2019. Informasi Konsentrasi Partikulat (PM10).

https://www.bmkg.go.id/kualitas-udara/informasi-partikulat-pm10.bmkg. 5

Agustus 2019 (10:47).

Dahman., N. A., K. J. Al Juboori, E. A. BuKamal, F. M. Ali, K. K. AlSharooqi, dan

S. A. Al-Banna. 2017. Water Collection from Air Humidity in Bahrain. E3S

Web of Conferences 23.

Fitrianto, A. 2018. Analisa Kinerja Electrostatic Precipitator (ESP) berdasarkan

Hasil Perubahan Emisi pada Power Boiler Pembangkit Listrik Tenaga Uap.

Tugas Akhir. Program Studi Teknik Elektro Universitas Teknologi

Yogyakarta.

Gianto, M. Sarwoko, dan E. Kurniawan. 2015. Perancangan Dan Implementasi

Pengendap Debu Dengan Tegangan Tinggi Secara Elektrostatik 2(2): 2091–

2098.

He, Z., dan E. T. M. Dass. 2018. Correlation of Design Parameters with

Performance for Electrostatic Precipitator Part II: Design of Experiment based

on 3D FEM Simulation. Applied Mathematical Modelling 57: 656–669.

Jain, R. 2012. Providing Safe Drinking Water: A Challenge for Humanity. Clean

Technologies and Environmental Policy 14(1): 1–4.

Jaworek, A., A. T. Sobczyk, A. Marchewicz, A. Krupa, T. Czech, Śliwiński, A.

Charchalis. 2017. Two-stage vs. Two-field Electrostatic Precipitator. Journal

of Electrostatics 90: 106–112.

73

Jhunjhunwala, S., S. Sehrawat, dan K. Pandey. 2018. Performance Evaluation of a

Three Stage Electrostatic Precipitation System for Collection of Particulate

Matter Less Than PM2.5. Proceedings of the 2018 IEEE International

Conference on Communication and Signal Processing, ICCSP 2018: 369–371.

Najafabadi, M. M., H. B. Tabrizi, dan A. Aramesh. 2014. Effects of Geometric

Parameters and Electric Indexes on Performance of a Vertical Wet

Electrostatic Precipitator. Journal of Electrostatics 72(5): 402–411.

Ning, Z., J. Podlinski, X. Shen, S. Li, S. Wang, P. Han, dan K. Yan. 2016. Electrode

Geometry Optimization in Wire-Plate Electrostatic Precipitator and Its Impact

on Collection Efficiency. Journal of Electrostatics 80: 76–84.

Nugroho, S. P. 2018. 4,87 Juta Jiwa Penduduk Terdampak Kekeringan Yang

Tersebar Di 4.053 Desa. https://www.bnpb.go.id/487-juta-jiwa-penduduk-

terdampak-kekeringan-yang-tersebar-di-4053-desa. 30 Juni 2019 (22:30)

Parker, K. 2003. Electrical Operation of Electrostatic Precipitators (1st ed.).

Hertfordshire: The Institution of Engineering and Technology.

Peraturan Mentri Kesehatan RI Nomor 492 Tahun 2010. Persyaratan Kualitas Air

Minum. 19 April 2010. Lembaran Negara Republik Indonesia Tahun 2010.

Kementrian Kesehatan Republik Indonesia. Jakarta.

Porteiro, J., R. Martín, E. Granada, dan D. Patiño. 2016. Three-dimensional Model

of Electrostatic Precipitators for the Estimation of Their Particle Collection

Efficiency. Fuel Processing Technology 143: 86–99.

Prihatini, R. 2012. Kualitas Air Minum Isi Ulang pada Depot Air Minum di

Wilayah Kabupaten Bogor Tahun 2008-2011. Skripsi. Program Studi Ilmu

Kesehatan Masyarakat Universitas Indonesia.

Sander, S., S. Gawor, dan U. Fritsching. 2018. Separating Polydisperse Particles

using Electrostatic Precipitators with Wire and Spiked-Wire Discharge

Electrode Design. Particuology 38: 10–17.

Sari, I. P. T. P. S. 2014. Tingkat Pengetahuan tentang Pentingnya Mengkonsumsi

Air Mineral pada Siswa Kelas IV di SD Negeri Keputran A Yogyakarta 10:

55–61.

Sparks, L. E., dan D. S. Ensor. 1992. Ozone Generation in dc-Energized

Electrostatic Precipitators. IEEE Transactions on Industry Applications 28(3):

504–512.

Sunarsih, S. 2018. Rancang Bangun Alat Penyaring Asap Kebakaran Secara

Elektrostatik. Skripsi. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Lampung.

Syafiatun, L. 2006. Kualitas Bakteriologis Air Minum di Warung Kupang

Kecamatan Tanggulangin dan Gedangan Kabupaten Sidoarjo. Program Studi

Kesehatan Masyarakat Universitas Airlangga.

Syakur, A., dan A. Warsito. 2009. Aplikasi Tegangan Tinggi Dc sebagai Pengendap

Debu secara Elektrostatik. Teknologi Elektro 8(1): 38-45.

Takasaki, M., T. Kubota, M. Hayashi, H. Kurita, K. Takashima, dan A. Mizuno.

2015. Electrostatic Precipitation of Diesel at Reduced Gas Temperature. EPC-

0498, 1–4.

74

Telan, A. B., Agustina, dan O. M. Dukabain. 2015. Kualitas Air Minum Isi Ulang

pada Depot Air Minum (DAMIU) di Wilayah Kerja Puskesmas Oepoi Kota

Kupang. Jurnal Info Kesehatan 14(2): 967–973.

Tripathi, A., S. Tushar, S. Pal, S. Lodh, S. Tiwari, dan R. S. Desai, 2016.

Atmospheric Water Generator. International Journal of Enhanced Research

in Science Technology & Engineering 5(4): 2319–7463.

Waring, M. S., J. A. Siegel, dan R. L. Corsi. 2008. Ultrafine Particle Removal and

Generation by Portable Air Cleaners. Atmospheric Environment 42(20): 5003–

5014.

Wen, T. Y., H. C. Wang, I. Krichtafovitch, dan A. V. Mamishev. 2015. Novel

Electrodes of an Electrostatic Precipitator for Air Filtration. Journal of

Electrostatics 73: 117–124.

WHO. 2017. Guidelines for Drinking-water Quality. Copenhagen: WHO Regional

Office for Europe.

Wiranata, R. A. 2017. Rancang Bangun Electrostatic Precipitator sebagai Salah

Satu Subsistem dalam Penangkapan Hasil Partikel Spray Pyrolisis. Tugas

Akhir. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi

Sepuluh November.

Xiao, G., X. Wang, G. Yang, M. Ni, X. Gao, dan K. Cen. 2015. An Experimental

Investigation of Electrostatic Precipitation in a Wire – Cylinder Configuration

at High Temperatures. Powder Technology 269: 166–177.

Xu, X., C. Zheng, P. Yan, W. Zhu, Y. Wang, X. Gao, K. Cen. 2016. Effect of

Electrode Configuration on Particle Collection in a High-Temperature

Electrostatic Precipitator. Separation and Purification Technology 166: 157–

163.

Zukeran, A., H. Sawano, K. Ito, R. Oi, I. Kobayashi, dan R. Wada. 2018.

Investigation of Inactivation Process for Microorganism Collected in an

Electrostatic Precipitator. Journal of Electrostatics 93: 70–77.