MP Des 2010 - karyailmiah.polnes.ac.id Jurnal/MP Des 2010.pdf · pompa-pompa sirkulasi minyak, udara an air. Cara ini disebut pendingin paksa (Forced). METODOLOGI batasan suhu transformator,

Pengantar Redaksi

Riset & Teknologi

Perencanaan Sistem Monitoring Untuk Mengetahui Kualitas dan PengaturanPendingin Minyak Transformator

(Suratno)

ISSN 1412-3819Daftar Isi

MEDIA PERSPEKTIFVOL. 10 Nomor 2, DESEMBER 2010 : 60 - 114 DAFTAR ISI

60 - 65

66 - 71

Jurnal Teknologi

Design Of Var, Watt, Pf Digital Metre Single Phase(Renny Rakhmawati)

Kinetika Anaerobic Degestion Sebagai Dasar Design Reaktor Dari Sampah Organik(Ramli Thahir, Alwathan, Fitriyana) 72 - 75

Pengaruh Variasi Sumber Karbon dan Waktu Fermentasi Pada Proses PembuatanPupuk Cair Dari Kulit Pisang

(Nanik Astuti Rahman, Harimbi Setyawati)

76 - 79

Evaluasi Teknis dan Finansial UDPK Gadang Kota Malang Untuk MeningkatkanPotensi Reduksi Sampah

(Hardianto)

Pemanfaatan Minyak Biji Kepayang Sebagai Bahan Baku Biodiesel(Fajar)

80 - 88

89 - 96

Pembuatan Karbon Aktif Dari Batu Bara Peringkat Rendah(Marinda Rahim, Indriyani Octania S)

97 - 101

Penjerapan Deterjen Menggunakan Ampo Termodifikasi(Yuliani HR)

102 - 107

108 - 114Pengaruh Panjang Gelombang Resonansi Terhadap Kinerja SpektrofotometriSerapan Atom Untuk Analisa Kuantitatif Logam Besi

(Harjanto)

PENGANTAR REDAKSI

Assalamu ‘alaikum Wr. Wb.

Puji syukur ke hadiratAllah SWT atas rahmat dan karunia-Nya Jurnal Media Perspektif

Politeknik Negeri Samarinda Volume 10 nomor 2, Desember 2010 dapat diterbitkan. Media

Perspektif Polnes memuat hasil-hasil penelitian bidang Teknologi dan karya ilmiah non

penelitian yang bermutu. Media Perspektif diterbitkan dua kali dalam satu tahun, yaitu setiap

bulan Juni dan bulan Desember.

Penerbitan Jurnal Media Perspektif edisi kali ini, menampilkan beragam artikel

penelitian dibidang teknologi. Redaksi Media Perspektif mengharapkan peran serta para

ilmuwan dan peneliti untuk memberikan kontribusi yang lebih banyak demi keberlangsungan

media ini secara khusus dan sumbangsih terhadap perkembangan sains dan teknologi pada

umumnya.

Terima kasih dan selamat kepada para penulis yang tulisannya diterbitkan pada edisi

ini. Redaksi berharap agar Media ini dapat menambah pengetahuan dan wawasan pembaca

terutama civitas akademika, kalangan industri dan pemerintah. Sekali lagi kami mohon

sumbang saran para pembaca, sebab partisipasi pembaca tentu akan lebih menyempurnakan

terbitan berikutnya.

Wassalamu’alaikum Wr. Wb.

REDAKSI

PENGANTAR REDAKSI MEDIA PERSPEKTIFVOL. 10 Nomor 2, Desember 2010 : 60 - 114

Jurnal TeknologiJurnal Teknologi

Riset & Teknologi ISSN : 1412-3819

PERENCANAN SISTEM MONITORINGUNTUK MENGETAHUI KUALITAS DAN PENGATURAN

PENDINGIN MINYAK TRANSFORMATOR

MEDIA PERSPEKTIF VOL. 10 Nomor 2, DESEMBER 2010 : 60 - 114 RISET & TEKNOLOGI /60

SuratnoDosen Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Samarinda

Jalan Dr.Ciptomangunkusuma Kampus Gunung Lipan SamarindaEmail: suratno_1963 @ yahoo.com

AbstrakBagian penting yang harus diperhatikan dari transformator daya adalah kualitas danpengaturan pendingin minyak transformator. Untuk mengetahui apakah minyak trafomasih sesuai standart yang digunakan maka diambil 3 buah sampel yaitu suhu, warna,dan kekentalan.Untuk mengetahui kualitas dari minyak transformator dan kinerja sistimpendingin digunakan mikrokontroler dengan sensor RTD (resistant temperaturedetektor) yang mendeteksi suhu yang dikonversikan kedalam perubahan tegangansebagai penunjukkan tingkat panas minyak transformator. Kamera digunakan untukmendeteksi warna minyak transformator. Sensor LDR (light dependent resistant)digunakan untuk mendeteksi kekentalan minyak transformator dengan carapenembakan cahaya, resistansi LDR berubah seiring dengan perubahan intensitascahaya yang mengenainya. Data dari sensor dikirim ke computer menggunakanwireless yang disambungkan ke komputer. Dengan system monitoring kualitas minyaktransformator ini diharapkan dapat mengetahui waktu penggantian minyak transformatordan mencegah terjadinya kebakaran transformator yang diakibatkan panas yangmelebihi kapasitas suhu transformator.

Kata kunci : Sensor RTD, LDR, Kamera, wireless

PENDAHULUAN

Dalam operasi penyaluran tenaga listriktransformator dapat dikatakan sebagai jantungdari transmisi dan distribusi. Dalam kondisi inisuatu transformator diharapkan dapatberoperasi secara maksimal (kalau bisa terusmenerus tanpa berhenti). Mengingat kerja kerasdari suatu transformator seperti itu maka carapemeliharaan juga dituntut sebaik mungkin.Oleh karena itu transformator harus dipeliharadengan menggunakan sistem dan peralatanyang benar, baik dan tepat.

Transformator daya adalah salah satuperalatan yang cukup mahal yang terpasangdipusat pembangkit dan Gardu Induk. Sebagianbesar kumparan-kumparan dan inti trafo tenagadirendam dalam minyak trafo, terutama trafo-

trafo tenaga yang berkapasitas besar, karenaminyak trafo mempunyai sifat sebagai isolasidan media pemindah, sehingga minyak trafotersebut berfungsi sebagai media pendingin danisolasi.

Pada inti besi dan kumparan-kumparanakan timbul panas akibat rugi-rugi besi dan rugi-rugi tembaga. Bila panas tersebutmengakibatkan kenaikan suhu yang berlebihan,akan merusak isolasi (di dalam transformator).Maka untuk mengurangi kenaikan suhutransformator yang berlebihan maka perludilengkapi dengan alat/ sistem pendingin untukmenyalurkan panas keluar transformator.

Pada cara alamiah (natural), pengaliranmedia sebagai akibat adanya perbedaan suhu

RISET & TEKNOLOGI /61 MEDIA PERSPEKTIFVOL. 10 Nomor 2, Desember 2010 : 60 - 114

Gambar 1. Susunan Kipas Blower untuk AlatPendingin Minyak Transformator secaraudara dipaksakan

Karena pengaruh naik turunnya bebantransformator maupun suhu udara luar, makasuhu minyak pun akan berubah-ubah mengikutikeadaan tersebut. Bila suhu minyak tinggi,minyak akan memuai dan mendesak udara diatas permukaan minyak keluar dari tangki,sebaliknya apabila suhu minyak turun, minyakmenyusut maka udara luar akan masuk ke dalamtangki.

Konvigurasi SistemTerdapat 3 buah sensor yaitu RTD, LDR,

dan Kamera, sensor RTD untuk mendeteksisuhu minyak transforrmator, sensor LDR untukmendeteksi kekentalan minyak transformator.Kamera digunakan untuk mendeteksi warna dariminyak transformator. Output dari sensor RTD,Kamera dan LDR dimasukkan ke mikrokontroler,data dari sensor yang masuk ke mikrokontrolerdikirim ke computer melalui wireless. Terdapatsetpoint suhu pada display computer sebagai

Sensor Suhu RTDSensor Kekentalan (LDR)Warna Kamera

Mikrokonroller

WirelessTransmiter

Kipas

KomputerWirelessReceiver

Alarm

Transformator

Gambar 2. Blok Diagram Sistem

Keterangan :1. Kamera digunakan sebagai sensor warna

minyak transformator.2. Sensor RTD digunakan sebagai sensor suhu

minyak transformator.3. Sensor LDR digunakan sebagai sensor

kekentalan minyak transformator.4. Mikrokontroller ATMega 162 yang digunakan

untuk sistem kontrol dan pengiriman data.5. RF modules XBee Pro digunakan sebagai

alat pengirim data nirkabel.a. Transmitter (Pengirim data dari mikro)b. Receiver (Penerima data dari mikro)

6. Software aplikasi PC menggunakan VisualBasic.

7. MS Access sebagai software pembangundatabase.

PEMBAHASAN

Pada pembahasan ini akan dilakukanperencanaan sistem monitoring untuk melihatkualitas dan pengaturan pendingin minyak

media dan untuk mempercepat perpindahanpanas dari media tersebut ke udara luardiperlukan bidang perpindahan panas yang lebihluas antara media (minyak-udara/gas), dengancara melengkapi transformator dengan sirip-sirip(Radiator).

Bila diinginkan penyaluran panas yanglebih cepat lagi, cara natural/alamiah tersebutdapat dilengkapi dengan peralatan untukmempercepat sirkulasi media pendingin denganpompa-pompa sirkulasi minyak, udara an air.Cara ini disebut pendingin paksa (Forced).

METODOLOGI

batasan suhu transformator, apabila melebihibatas setpoint suhu maka alarm akan berbunyidan kipas akan berkerja dengan maksimal untukmendinginkan transformator. Warna minyakyang bagus berwarna kuning bening apabilasudah lama pemakaian maka minyak akanberwarna hitam.

MEDIA PERSPEKTIFVOL. 10 Nomor 2, Desember 2010 : 60 - 114 RISET & TEKNOLOGI /62

Start

InialisasiSensor

Setting RF modul

Apa dataditerima?

Request data kemikro

Cek data

Apa data sesuaiprotokol

Proses data

Simpan data

Tampilkan data

End

No

No

Yes

Yes

Start

Initialisasisensor

RTD,LDR,Kamera

Mikrokontroler ATMEGA 162

Apa datadikirim?

Kipas On

Masuk Tx

Proses pengirimandata

Masuk RX

komputasi

End

Alarm dan Data

Pengirmanberhasil?

Simpan data padamikokontroler

No

Yes

Yes

No

Gambar 3. Flowchart Sistem Lunak

transformator. Dengan sistem monitoringkualitas minyak transformator ini diharapkandapat mengetahui waktu penggantian minyaktransformator dan mencegah terjadinyakebakaran transformator yang diakibatkan panasyang melebihi kapasitas suhu transformatoryang bisa dimonitoring setiap waktu. Sehinggadapat membantu pemeliharaan peralatan listrikoleh PT.PLN.

Perencanaan Perangkat LunakAlur dari proses monitoring melalui

komputer dapat ditunjukkan seperti padaflowchart berikut ini.


End

Starti

Initial I/O

Reset I//O

Suhu RTDTingkat 1

Kipas ON

Suhu RTDTingkat 2

Kipas ON

Suhu RTDTingkat 3

Kipas ON

Suhu RTDTingkat 4

Kipas ON

Input Data LDRDan Kamera

Input ke Mikro

Kipas ON

Gambar 3a. Flowchart Sistem Lunak

3.1 RTDSensor RTd digunakan untuk mengetahui

suhu minyak transformator, dengan jenis RTDPT 100 karena suhu yang di monitoring padasuhu 0o-180oC

Perhitungan RTD

Suhu 0o

100

)00038,01(100

)1(0

T

T

T

R

R

TRR

4,168

)1800038,01(100

)1(0

T

T

T

R

R

TRR

Suhu 180o

Jembatan Wheatstone

R2R1

R3

RTDa bE

Gambar 4. Elemen luar Wound RTD

ERxR

R

RR

RV

ERxR

RV

ERR

RV

VVV

TH

b

a

baTH

2

2

31

1

2

2

31

1

R1 = R2 = R3 = 100 OhmE = 12 Volt

Suhu 0o

Jembatan seimbang

Rx=100 ohm


0

1266

12100100

100

12100100

100

TH

TH

b

a

baTH

V

V

V

V

VVV

Suhu=180o

Rx =168,4 Ohm

VoltV

V

V

V

VVV

TH

TH

b

a

baTH

18

125,46

124,168100

100

12100100

100

Gambar 4a) Rangakaian RF Modules Penerima (Rx)

Indikator Penerima Data

Gambar 4b) Rangakaian RF Modules Pengirim (Tx)

Gambar 5. Tampilan visual basic

KESIMPULAN

Dari uraian tersebur diatas dapatdisimpulkan bahwa dengan menggunakansistem monitoring transformator daya sepertidijelaskan diatas dapat meningkatkan kualitaskerja dari transformator, karena kinerja normaldari transformator daya dapat di pantau dan dapatdiberikan pendinginan paksa denganmengerjakan blower/kipas bila terjadi kenaikantemperatur yang melebihi batas normal yangdiijinkan. Selain itu dengan metoda ini juga akandiperoleh data yang dapat digunakan untukmenentukan waktu penggantian minyak trafo.

DAFTAR PUSTAKA

PT PLN(Persero) P3B, 2003, “PanduanPemeliharaan Trafo Tenaga, edisi 01.

Ari Satmoko dan Hafid Abdul, 2007,“pemeliharaan prediktif pada jaringanlistrik pada jaringan listrik denganthermograpy infra merah”, SEMINARNASIONAL III,

Budiharto, 2004, “Interfacing Komputer danMikrokontroler”, Penerbit Alex MediaKomputindo, Jakarta.

Datasheet RF Modules Merk X-Bee Pro type802.15.4, diakses 29 Januari 2009, olehMaxStream.inc.

http://site.gridconnect.com/docs/MaxStream/XBee_Manual_GC.pdf

http://www.ilmukomputer.org/wp-content/uploads/2006/10/imambk-tutorialvb.zip


Michael Halvorson, 1999,”Microsoft Visual Basic6.0 Profesional, Step by step”, MicrosoftPress.

Muhamad asror, 2009, “Analisis KegagalanMinyak Transformator”, http://asrorymuhammad.laros.or.id

Tutorial Visual Basic “Database Sistem”,diakses pada tanggal 27 Juni 2009,oleh Imam Budi Kustatanto dariilmukomputer.org.

Yanuar Syaiful, 2009, “efisiensi Energi listrik ditiga lab elektro industri Gedung BaruPENS-ITS Dengan Sensor Gerak DanPower Monitoring Jarak Jauh,”Surabaya.



DESIGN OF VAR, WATT, PF DIGITAL METRESINGLE PHASE

Renny RakhmawatiDosen Jurusan Teknik Elektro Industri Politeknik Elektronika Negeri Surabaya – ITS

Kampus ITS Sukolilo,Surabaya 60111Email: [email protected]

AbstractUntil recently the use of measuring devices is still much use of analog meters.

Discussion of this project is to create a digital meters that can read parameters includevoltage, current, Q (VAR), P (Watt), and power factor. This tool uses a microcontrollerfor data processing, data is processed by the microcontroller is derived from the voltagesensor, current sensor, and sensor phase differences. In microcontroller designed aprogram to calculate the value of active power (Watts), Reactive Power (Var), and PF.

Keyword : Microcontroller, KWH digital metre, Voltage censor, Current censor,Different phase censor

PENDAHULUAN

Perkembangan teknologi menuntutmanusia untuk melangkah menuju era teknologiyang semakin canggih. Teknologi yang semakincanggih ditandai dengan menerapkan systemotomatisasai di segala aspek yang berkaitandengan penggunaan teknologi dalam kehidupanmanusia. Begitu juga dengan pengukuran energilistrik yang dahulu hanya menggunakan alat ukuranalog akan beralih menggunakan alat ukurdigital. Beberapa kelemahan alat ukur analog,seperti : kesalahan dan ketidak presisianpembacaan oleh pengguna dapat diminimalisirdengan penggunaan alat ukur digital.

Oleh karena itu, dalamProyekAkhir ini dibuatsuatu alat yang dapat mengatasi berbagai macampermasalahan yang sering muncul pada alat ukuranalog. Karenadatayangdiolah berupadatadigital,maka tidak hanya daya aktif saja yang ditampilkanakan tetapi VAR dan PF juga dapat ditampilkanpada display. Selain itu, data digital juga dapatdengan mudah disimpan atau dimonitor, dandikirimkan ke peralatan lain seperti PC.

Konsep Segitiga DayaDaya dalam rangkaian DC sama dengan

perkalian antara arus dan tegangan. Daya dalamrangkaian AC pada setiap saat sama denganperkalian dari harga daya rata – rata dalan satuperiode sama dengan perkalian antara arus dantegangan efektif. Tetapi jika ada reaktansi dalamrangkaian, arus dan tegangan tidak sephaseselama siklusnya seperti halnya arus bernilainegatif seraya tegangan bernilai positif. Hal inimenghasilkan besarnya daya kurang dariperkalian I dan V.

Perkalian arus dan tegangan efektifdalam rangkaian AC dinyatakan dalamvoltampere (VA) atau kilovoltampere (kVA). SatukVAsama dengan 1.000 VA. Daya yang bergunaatau daya nyata diukur dalam watt dan diperolehjika voltampere dari rangkaiandikalikan dengan faktor yang disebut denganfaktor daya. Maka dalam rangkaian AC satuphase adalah:


P(dalam watt) = V x I x faktor daya

Faktor daya =

Jadi faktor daya dapat didefinisikan sebagaiperbandingan antara daya nyata dalam wattdengan voltampere dari rangkaian AC. Hargafaktor daya tergantung pada besarnya beda phaseantara arus dan tegangan. Jika arus dantegangan sephase, daya sama dengan I × V, ataudengan kata lain faktor daya sama dengan satu.Jika arus dan tegangan berbeda phase 90

0seperti

dalamrangkaian kapasitif atau induktif murni, faktordaya sama dengan nol, sehingga daya nyata jugasama dengan nol. Dalam rangkaian baik yangmengandung tahanan maupun reaktansi, hargafakor daya berkisar mulai nol hingga satu,tergantung pada harga relatif dari tahanan danreaktansi dalam rangkaian.

Arus yang mengalir dalam rangkaian ACdapat dianggap terdiri dari dua komponen yaituyang sefase dengan tegangan dan yang berbedaphase dengan tegangan hingga 90

0seperti yang

ditunjukkan pada Gambar 2.19. komponen yangsephase disebut komponen aktif karena jika hargaini dikalikan dengan tegangan memberikan dayayang berguna atau daya nyata dari rangkaian.Komponen yang tidak sephase disebut komponenreaktif atau komponen tanpa daya, karena dariarus dan tegangan disebut daya reaktif atauvoltampere reaktif dan diukur dalam VAR suatukata yang diambil dari kata “ voltampere reactive”.Satu kilovar (kVAR) sama dengan 1.000 var.Gambar 2.1 menunjukkan bahwa semakin besarharga komponen reaktif dan semakin kecil hargakomponen aktif dari hargaarus totalyang diberikan.

Dalam Gambar 2.1 kosinus sudut phaseθ adalah perbandingan arus aktif terhadap arustotal, atau:

Cos θ =

I aktif = I x cos θ

Gambar 2.1 Dua komponen arus dalam rangkaianAC

Maka, karena daya nyata adalah tegangandikalikan dengan komponen aktif dari arus.

P = V × Iaktif ……………..............................(2.5)P = VICos φ ...........................................….(2.6)

Oleh karena daya adalah EI dikalikandengan faktor daya, maka faktor daya suaturangakaian AC sama dengan kosinus dari sudutphase. Hubungan antara daya dalam watt (P),voltampere (VA) dan voltampere reaktif (VAR)dapat dinyatakan dengan segitiga seperti yangditunjukkan dalam Gambar 2.2. sudut ö adalahsudut phase rangkaian. Alas segitigamenyatakan daya nyata (VA), tingginyamenyatakan daya reaktif (VAR), dan hipotunosamenyatakan daya aktif (W).

daya nyata ( VI cosθ )θ

daya reaktif ( VI sinθ )

daya aktif (VI )

Gambar 2. 2 Hubungan antara daya, voltampere danvoltampere reaktif

Oleh karena Voltampere sama dengan VI dayanyatanya adalah VI Cos θ, dan voltamperereaktifnya VI Sin θ. Juga terjadi hubungansebagai berikut.

Daya aktif =

METODOLOGI

Sensor ArusSensor arus digunakan IC ACS712x20A

yang dapat membaca nilai arus hingga 20Ampere. Output dari sensor arus ACS712x20Aini berupa tegangan yang proporsional dengannilai arus input yang dibaca, dengan sensitivitas100mV / A.

Sensor arus ini adalah salah satu produkdari allegro untuk solusi ekonomis dan presisidalam pengukuran arusAC maupun DC. Sensorini memiliki presisi, low-offset, dan rangkaiansensor linier hall dengan konduksi tembaga yangditempatkan dengan permukaan dari aliran arusyang disensor. Ketika arus mengalir pada


permukaan konduktor maka akan menghasilkanmedan magnet yang dirasakan oleh IC hall efectyang terintegrasi kemudian oleh piranti tersebutdapat dirubah ke tegangan. Sensor inimemungkinkan untuk tidak menggunakanoptoisolator karena antara terminal input arusdengan outputnya sudah terisolasi secarakelistrikannya. Hal ini karena yang dirasakan atauyang disensor adalah efek hall dari arus inputyang disensor.

Gambar 3.1 Konfigurasi pin IC ACS712x20A danfungsinya

Gambar 3.2 Karakteristik output sensor arusACS712x20A

Sensor TeganganUntuk mengambil sinyal tegangan agar

bisa dibaca oleh rangkaian phasa detectordigunakan resistor pembagi tegangan dipasangsecara paralel antara phasa dengan netral.Fungsi resistor ini adalah untuk menurunkantegangan dari tegangan sumber menjaditegangan yang dikehendaki. Selain itu jugapenggunaan resistor tidak merubah harga bedaphasa yang terjadi pada beban induktif yangterpasang.

Gambar 3.3 Rangkaian resistor pembagi tegangan

Vout =

Rangkaian resistor pembagi teganganmenggunakan 3 resistor dipasang seri (R1, R2dan R3). Dengan mengambil tegangan padaR2 didapatkan tegangan output sesuai rumusandiatas. Tegangan keluaran dari rangkaianresistor pembagi tegangan digunakan untukmasukan rangkaian zero crossing.

Detektor PhasaRangkaian ini berfungsi untuk mendeteksi

perbedaan sudut phasa yang mengalir ke beban.Perbedaan sudut phasa dirubah menjadi bentuktegangan DC yang apabila beda phasa kecilmaka tegangan output yang dihasilkan juga kecil,sedangkan semakin besar beda phasa makaoutput tegangan DC yang dihasilkan jugasemakin besar. Perubahan range tegangan iniberkisar antara ± 0V – 5V DC. Rangkaiandetektor phasa ini ditunjukkan pada Gambar 3.5serta sinyal input dan output pada rangkaian zerocrossing detector dapat dilihat pada gambarberikut.

Gambar 3.4. Rangkaian Detektor Phasa


Perangkat lunakUraian mengenai pembuatan perangkat lunakrancang bangun VAR, Watt , PF meter digitalsatu phasa adalah sebagai berikut :1. Inisialisasi Hardware

Inisialisasi Port A sebagai ADC internalmikrokontroller, dan Port lainnya sebagaioutput. Inisialisasai awal dari keseluruhansystem, missal apakah ada tegangan,apakah ada arus, dan apakah ada bedaphase.

2. Pembacaan nilai tegangan, arus, dan bedaphase dari sensor-sensor yang sudahdirancang sebelumnya.

3. Setelah mendapatkan nilai parameter-parameter yaitu tegangan, arus dan bedaphase diketahui maka tahap selanjutnyaadalah diproses dalam program denganmemasukkan rumus berikut :

P = V x I

Q = V x I

Gambar 3.5. Input dan output pada rangkaian phasadetector

Flowchart Program

HASIL DAN PEMBAHASAN

Sensor Arus

Untuk sensor arus digunakan ICACS712x20A yang dapat membaca nilai arushingga 20 Ampere. Output dari sensor arusACS712x20A ini berupa tegangan yangproporsional dengan nilai arus input yang dibaca,dengan sensitivitas 100mV / A.


Ibeban(Ampere) Vout(Volt)1 0.1022 0.2033 0.3014 0.4045 0.506

Tabel 1. Pengujian arusACS712x20A

Sensor Beda Phase

Gambar 3.7 Pengujian Sensor Beda Phase

Program

Gambar 3.9 Osciloscope Digital

Gambar 3.10 Pengujian Program

Pada Gambar 3.7 lebar pulsa dari outputsensor beda phase T

on= 4.5 ms atau

mempresentasikan beda phase sebesar 81o

sedangkan pada Gambar 3.8 hasil pembacaanprogram menunjukkan nilai beda phase sebesar81.083o.

KESIMPULAN

Dari hasil percobaan dapat ditarikkesimpulan sebagai berikut :- Kendala sensor arus yang sering terjadi pada

current transformer dapat digantikan denganIC ACS712 yang bekerja berdasarkan prinsip


Hall effect dan memiliki linearitas yang cukupbagus.

- Pada perancangan Zero crossing Detectorharus dipertimbangkan pemiliahan Op-Amp,sebab akan berpengaruh terhadap sinyaloutput yang berakibat kesalahan pembacaannilai power faktor.

DAFTAR PUSTAKA

A. Ozdemir and A. Ferikoglu, 2004, “ Low CostMixed-signal microcontroller basedpower measurement technique “,IEE Proc.-sci. Meas. Technol., Vol.151, No. 4, July

Andrianto Heri, 2008, “ PemrogramanMikrokontroler AVR ATMEGA16Menggunakan Bahasa C (CodeVision AVR)”, Bandung: Informatika,

Bagus Fernata, 2000, “Rancang Bangun KWHMeter Digital dengan Telemetering“,PENS-ITS, Surabaya,

http:/www.atmel.com/AVRATmega16/pdf



KINETIKAANAEROBICDEGESTIONSEBAGAIDASARDESIGNREAKTORDARISAMPAHORGANIK

Ramli Thahir, Alwathan, FitriyanaJurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Samarinda

Jl. Cipto mangunkusumo, Samarinda - 75131Telp./Fax. (0541)260355, E-mail: [email protected]

AbstrakKetersedian bahan baku dari gas elpiji akan semakin menipis sedangkan kebutuhangas tersebut semakin meningkat seiring dengan pertabahan penduduk tiap tahun.Gas elpiji yang sekarang dimanfaatkan umumnya berasal dari fosil yang bersifat tidakterbarukan, oleh karena itu kita dapat memanfaatkan biogas yang berasal dari sampahorganik yang berasal dari pasar, rumah tangga atau rumah makan. Bahan bakar biogasbersifat terbarukan dan tercipta keseimbangan lingkungan karena dapat mengurangipemanasan global. Penelitian ini dilakukan dengan dua tahap yaitu hydrolisis yangberlansung secara aerob dan acetogenesis serta methagenes dilakukan secaraanaerob, kinetika proses anaerob berdasarkan Shieh at, al (1985), proses ini sangatpenting dalam proses desain bioreaktor terutama laju pertumbuhan mikrobamaksimum untuk menentukan waktu tinggal biomassa minimum. Tujuan penelitian iniuntuk mengetahui kinetika proses anaerobic degestion untuk tahap acidifikasi danmethanasi. Pelaksanaan eksperimen dilakukan menggunakan reaktor batch skalalaboratorium dengan volume reaktor 75 liter, volume sampel 35 liter, suhu mesofilikdengan waktu tinggal 25 hari. Penelitian ini diperoleh removed COD 94% dengan lajupemanfaatan subtrak maksimum (K) = 0,017 gVSS/gCOD, Konstanta setengah Jenuh(Ks) = 12,5 gram/lit, perolehan biomassa (Y) = 333 gVss/gCOD, laju kematianmikroorganisme (Kd) = 23/hari dan laju pertumbuhan spesifik maksimum (

maks) =

5,81/hari.

Kata Kunci : Acetogenesis, Anaerobic Degestion, Biogas, Hydrolisis, Kinetika Anaerob,Removed COD

PENDAHULUAN

Dewasa ini pengolahan sampah organikbelum optimum, sampah ditampung di tempatpembuangan sampah akhir (TPA) setempatsehingga dapat menimbulkan polusi seperti baukurang enak, pencemaran tanah dan terlepasnyagas methane (CH

4) ke atmosfir sehingga dapat

merusak lapisan ozon yang menimbulkanpemanasan global. Sampah disekitar kita dapatdimanfaatkan untuk menghasilakan bahan bakarberupa methane (CH

4) dengan proses anaerobic

digestion yang merupakan bahan bakar untukrumah tangga atau dapat dimanfaatkan untukbahan baku industri, sehingga sampah yang

sekarang tidak mempunyai nilai ekonomismempunyai nilai ekonomi.

Penelitian ini mengacu pada proseskinetika anaerobic digestion yang mencakup lajupertumbuhan spesifik maksimum (

maks), laju

pemanfaatan subtract maksimum (K),Konstanta setengah jenuh (K

s), laju kematian

mikroorganisme (Kd)

Proses anaerobic degestion merupakanproses penguraian bahan organic kompleks olehmikroorganisme anaerob disertai denganpembentukan gas bio (CH

4) dan karbon dioksida

(CO2) sebagai komponen utama dengan


sejumlah kecil hidrogen sulfida (H2S), amoniak

(NH3), hidrogen (H

2), nitrogen (N

2), karbon

monoksida (CO).Pertumbuhan mikroba dapat dipandang

sebagai suatu rangkaian yang mengendalikansintesis penyusunan biomassa yang diperolehpada akhir kultur secara menyeluruh. Proses inimengikuti prinsip kekekalan massa. Oleh karenaitu, pertumbuhan mikroba dapat dinyatakandalam reaksi kimia sebagai berikut:Substrat mikroba ( biomassa) + produk(C,N,O,P,S, mineral) (metabolit, CO

2,CH

4,

H2O, enzim)

Pertumbuhan bakteri menyatakan jumlahatau massa melebihi yang ada di dalaminokulum asalnya. Pertumbuhanmikroorganisme dapat dilihat pada gambarberikut ini:

C

B D

A

Waktu

Lo

gju

mla

hb

akte

rih

idu

p

Gambar 1 Kurva pertumbuhan bakteri

Keterangan :A : Fase lamban (lag)B : Fase logaritma atau eksponensialC : Fase statisD : Fase penurunan atau kematian

Studi kinetika diperlukan sebagai dasaruntuk memahami setiap proses fermentasi.Kinetika pertumbuhan mikroba menguraikantentang kecepatan pertumbuhan sel (biomassa)dan pengaruh lingkungan terhadapkecepatannya. Pengukuran pertumbuhan dapatdiamati dari berbagai parameter dimanaparameter-parameter tersebut diperoleh denganbantuan grafik dan diturunkan penggunaanpersamaan persamaan matematik.

Ahmat et al, (2001) telah melaporkan suatumodel kinetika yang disusun berdasarkan suatumodel kinetika yang disusun berdasarkan

mekanisme reaksi biodegradadasi yakni tahaphidrolisis. Shieh et al, (1985) telah menentukanparameter kinetika dengan melihat prosesdegradasi anaerob tanpa melihat proseshidrolisis. Parameter kinetika merupakan dasarpenting dalam desain bioreactor terutama lajupertumbuhan mikroba maksimum untukmenentukan waktu tinggal biomassa minimum.Waktu tinggal biomassa minimummerupakantitik kritis pengoperasian bioreactor dalamproses anaerobic digestion. Parameter kinetikatersebut dihitung dengan menggunakanpersamaan berikut :

KSex

K

K

SS

X

Us

eo

111

................... (1)

Y

xYXe

KSS

YoC

deo 111

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

YKMaks . .................................................(3)

Dengan :K : Laju pemanfaatan subtract maksimum (hari-1)K

d: Laju kematian mikroorganisme (hari-1)

Ks

: Konstanta setenga jenuh (g/l)Se : Konsentrasi COD pada saat t=t (g/l)So : Konsentrasi COD umpan (g/l)U : Laju pemanfaatan subtrak spesifik (gCOD/

VSS.hari)X : Konsentrasi biomassa di dalam bioreactor

(gVSS/l)Xe : Konsentrasi biomassa di dalam bioreactor

pada saat t=t (gVSS/l)Y : Perolehan biomassa sesungguhnya (gVSS/

gCOD)Yo : Perolehan biomassa hasil pengamatan

(gVSS/gCOD)

maks: Laju pertumbuhan spesifik maksimum

(Hari-1) : Waktu tinggal cairan (hari)c : Waktu tinggal sel (hari)

METODOLOGI

Limbah yang digunakan adalah sampah organicyang berasal dari warung makan atau rumahtangga kemudian dihidrolisis secara aerob,sampah yang telah dihidrolis dipompa ke


fermentor anaerobic untuk proses acetogenesisdan methagenesis. Variable proses yangdigunakan volume sampel 35 liter, waktufermentasi 25 hari, analisa COD dan MLVSStiap 5 hari selama 25 hari. pH dipertahankanpada kondisi 6,2 -7,5. dan temperature dibiarkansecara alami.


Penguraian bahan organik oleh mikrobadilangsungkan dalam sebuah tangki fermentoryang beroperasi secara batch, dimana sampahorganik dimasukkan setelah starter dibuat 5 hariyang berasal dari kotoran sapi 1 : 2. Prosesanaerobic digestion berlansung selama 25 hari.Sampah organic dihidrolisis secara aerobterlebih dahulu kemudian dilakukan secaraanaerob untuk pembentukan acitogenesis danmethagenesis, sehingga proses pembentukanmethane (CH

4) lebih cepat.

Studi kinetika diperlukan sebagai dasaruntuk memahami setiap proses fermentasi.Kinetika pertumbuhan mikroba menguraikantentang kecepatan produksi sel (biomassa) danpengaruh lingkungan terhadap kecepatannya.Pengukuran pertumbuhan dapat diamati dariberbagai parameter dimana parameter tersebutdiperoleh dengan bantuan grafik dan diturunkandengan persamaan-persamaan matematik.

Selama proses tersebut dilakukan analisaCOD dan VSS sebagai dasar untukmenganalisa kinetika proses anaerobicdigestion. Metode yang dilakukan adalah metodeShieh et al, (1985). Dalam penelitian ini proseshidrolisis dilakukan selama 2 hari, kemudiandilakukan pengukuran COD, VSS dan MLVSSsebelum masuk ke reactor anaerobic digestion.Pengambilan data (COD, VSS dan MLVSS)dilakukan setiap 5 hari, dengan mengambilvolume sampel sebanyak 10 ml.

Tabel 1.Perubahan COD, Vss dan MLVSSterhadap waktu

COD(S) COD (%) vss (X) MLVSS 1/Se c

hari g/lit Remove gram/lit Gram/Lit

0 98 - 642 266 - - - 0.20

5 36 63 738 171 59 0.03 0.017 0.20

10 25 75 646 225 88 0.04 0.011 0.10

15 14 86 642 188 113 0.07 0.009 0.07

20 10 89 672 158 153 0.10 0.007 0.05

25 6 94 640 121 172 0.18 0.006 0.04

SeSo

X

. Xe

SeSo

.

Dari table 1. Di atas dibuat grafik 1/U=[ ?.X/(So-Se)] gCOD/gVSS.Hari Vs [1/Se]L/gCODdiperoleh grafik berikut :

Gambar 2. Grafik Menentukan parameterkinetika Ks dan K

Dari grafik 1. Diperoleh kemiringan :

dan

Maka diperoleh nilai K = 0,017 gCOD/gVSS.hari,sedangkan nilai Ks didapat 12,50 gCOD/gVSS,dari hasil penelitian Ahmad, at, al diperoleh nilaiK = 0,474/hari dan nilai Ks = 1,060 g/liter denganmenggunakan sludge dari Crude Palm Oil(CPO). Nilai K lebih rendah dari penelitianAhmad, at, al karena sludge dari CPO terdiri darisenyawa organic monomer dibandingkandengan senyawa organic dari sampah, hal inidapat dilihat dari nilai konstanta setengah jenuh(Ks) dari sampah organic jauh lebih besar.

Nilai Ks yang tinggi hal ini sebabkan systempenggunaan reactor, proses ini menggunakanreactor batch sehingga konsentrasi biomassaakan tinggi seiring dengan fase perkembanganmikroorganisme.

717)( K

KSlope s 37,57

1

KIntercept

Gambar 3 Grafik Menentukan parameterkinetika K

ddan Y


Dari grafik 2. Diperoleh kemiringan :

dan

Maka diperoleh nilai Y = 333 gVSS/gCOD,sedangkan nilai K

d= 23/hari, dari hasil penelitian

Ahmad, at, al diperoleh nilai Y = 0,395 gVSS/gCOD dan nilai Kd = 0,027/hari. Nilai Y sangatbesar hal ini disebabkan mikroorganisme yangmati terhitung sebagai konsentrasi biomassadalam reaktor. Pada proses batch laju kematianmikroorganisme lebih lama dan biodegrasiorganic lebih cepat, sehingga waktu tinggalsampah organic harus diperhitungkan denganmengamati COD (%) removal.

Nilai maks

tergantung dari subtract yangdigunakan, konsentrasi subtract yang tinggimemberikan nilai

maksbesar. Dalam penelitian

ini diperoleh 26,26/hari lebih besar dari penelitianAhmad, ad,al 0,474/hari.

KESIMPULAN

Parameter kinetika biodegradasi anaerobpengolahan sampah organik untuk prosesacetogenesis dan methagenesis denganvolume reaktor 75 liter, volume sampel 35 liter,suhu mesofilik dengan waktu tinggal 25 hariyakni diperoleh hasil removed COD 94% denganlaju pemanfaatan subtrak maksimum (K) =0,017 gVSS/gCOD, Konstanta setengah Jenuh(Ks) = 12,5 gram/lit, perolehan biomassa (Y) =333 gVSS/gCOD, laju kematian mikroorganisme(Kd) = 23/hari dan laju pertumbuhan spesifikmaksimum (

maks) = 5,81/hari. Dengan demikian

parameter kinetika ini dapat dimanfaatkan untukmerancang reaktor anaerob system batch.

Pengolahan sampah organic dengan duatahap yaitu menghasilkan biogas yang dapatdigunakan sebagai energi alternative yang dapatmeningkatkan taraf hidup masyarakat danmengurangi pemanasan global karena methane(CH

4) tidak terlepas ke atmosfir.

DAFTAR PUSTAKA

Ahmad, A., 2001, “Model kinetika systembioreactor berpenyekat anaerobicuntuk pengolahan limbah cair industryyang mengandung minyak dan lemak,”

068,0)( Y

KSlope d 003,0

1

YIntercept

Proceding Seminar Nasional TeknologiProses Kimia. Jakarta.

Ammary, Baashar Y., 2004, “NutrientsRequirements in Biological IndustrialWastewater Treatment”,African Journalof Biotechnology, Vol. 3.

Bitton, Gabriel, 1999, “Waste WaterMicrobiology “ 2th .A John Willey &Sons, Singapore.

BPLHD Propinsi Jawa Barat, 2003,”EnergiAlternatif” Bandung

Engineers Without Borders SustainableDevelopment Research Competion,2004,”The Biogas Digester – ASustainable Energy ProductionTechnology for Rural Development ofSub-Saharan Countries”,.

Hagmann, M., Heimbrand, E., Hentschel, P.,1999, “ Determination of Siloxanes inBiogas from Landfills and SewageTreatment Plants”, Seventh InternationalWaste Management and LandfillSymposium, Italy.

Harahap, F., Apandi, M., Ginting, S., 1980,“Teknologi Gas Bio”, Pusat TeknologiPembangunan Institut TeknologiBandung, Bandung.

Kadarwati, Sri, “Studi Pembuatan Biogas darikotoran Kuda dan Smapah Organik,Skala Laboratorium”, Majalah P3TEK.

Lovisa, 2000, “Intensification Of The BiogasProcess by Imroved ProcessMonitoring and Biomass Retention”,Departement Of Biotechnology LundUniversity Sweden.

Masjhudi, “Produksi Biogas dari Tiga JenisKotoran Ternak pada berbagai suhu”,Jurnal

Mikucki, J.A., Liu,Y., Delwiche, M., Colwell, F.S.,Boone, D.R., 2003, “ Isolation of aMethanogen from Deep SedimentsThat Contain Methane Hydrates, andDescription of Methanoculleussubmarinus sp. nov.”, Applied andEnvironmental Microbiology.

Shieh, W. K., Li, C.T. & Chien, S.J. 1985 “Performance evaluation of theanaerobic fluidized bed system .

http://www.vivisiomo.comhttp://www.tigg.com/sitemap.html



PENGARUH VARIASI SUMBER KARBON DAN WAKTUFERMENTASI PADA PROSES PEMBUATAN PUPUK CAIR

DARI KULIT PISANG

Nanik Astuti Rahman* dan Harimbi Setyawati

(Jurusan Teknik Kimia, Institut Teknologi Nasional Malang)

[email protected]

AbstrakKulit pisang yang selama ini kita biarkan terbuang begitu saja ternyata mengandungunsur kimia yang baik untuk pupuk. Pupuk cair organik dapat memperbaiki sifat fisikatanah yaitu memperbaiki struktur tanah yang awalnya padat menjadi gembur danmenyediakan ruang dalam tanah untuk air dan udara. Selain dapat memperbaiki sifatfisik tanah, pupuk cair organik juga dapat bermanfaat untuk memperbaiki sifat kimiatanah. Sifat kimia tanah terutama terkait dengan unsur hara yang terkandung dalamtanah. Tahapan dalam penelitian ini : kulit pisang dicacah kemudian dimasukkankedalam kolom fermentor bersamaan dengan penambahan air, bakteri serta sumberKarbon dan lama fermentasi yang telah ditentukan. Kemudian disaring untukmendapatkan pupuk cair setelah itu dianalisa. Variabel yang digunakan dalam penelitianini yaitu Variabel tetap dan variabel berubah. Untuk variabel tetap yang digunakanadalah massa kulit pisang 500 g, bakteri EM-4 sebanyak 100 mL, air 500 mL, sertasumber karbon 50 g, sedangkan untuk variabel berubahnya adalah sumber karbon(gula pasir, gula jawa, tetes), lama fermentasi 6, 8, 10, 12, 14 hari. Hasil penelitiandidapatkan pupuk cair yang paling bagus adalah dengan penggunaan sumber Karbondari tetes serta lama waktu fermentasi adalah 14 hari dengan hasil % N adalah 3,745%, P

2O

53,49 %, K

2O 5,97 %.

Kata kunci : Kulit Pisang, Fermentasi, Pupuk Cair Organik

PENDAHULUAN

Pada umumnya masyarakat kurangmemanfaatkan secara maksimal kulit pisangyang ternyata mempunyai potensi nilaiekonomis yang tinggi. Mereka tidak tahu bahwaternyata kulit pisang yang selama ini merekabuang sebagai limbah, ternyata dapat bernilaiguna. Kulit pisang yang selama ini kita biarkanterbuang begitu saja ternyata mengandungunsur kimia yang baik untuk pupuk yaitu fosfor,magnesium, sulfur, dan sodium. Penelitiantentang pupuk cair telah banyak dilakukan.

Pada tahun 2008, SMA SMARTEkselensia Indonesia dari Jurusan Biologimelakukan suatu penelitian dengan judul“Pemanfaatan Sampah Sebagai Pupuk CairOrganik untuk Perkembangan dan PertumbuhanTanaman”, Penggunaan bakteri EM untukmengolah sampah menjadi pupuk cair organikdapat meningkatkan kualitas tanah bagikelangsungan hidup tanaman. Pada tahun 2009,Tri Martinsari dan Yuniar Wijayanti W dariJurusan Kimia, UM melakukan suatu penelitiandengan judul “Optimalisasi Fermentasi denganAditif Tetes Tebu (Molasses) untuk


Menghasilkan Pupuk Organik Cair”, danmendapatkan hasil pembuatan pupuk organikcair ini melalui proses fermentasi denganpenambahan tetes tebu dapat meningkatkanmutu kualitas kandungan hara dalam pupuktersebut, terutama nitrogen (anonim, 2008)

Permasalahan yang ada saat ini adalahbagaimana memanfaatkan kulit buah pisangmenjadi pupuk cair agar nilai ekonomis dari kulitpisang tersebut menjadi naik dan memberikanalternatif pemecahan masalah limbah kulitpisang.

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahuipengaruh perbedaan jenis sumber Karbon danpengaruh perbedaan waktu fermentasi terhadapkualitas pupuk cair yang dihasilkan.

Manfaat penelitian ini adalah untukmemberikan informasi kepada masyarakattentang kulit pisang yang dapat dimanfaatkanmenjadi pupuk cair yang berfungsi sebagaisumber makanan bagi tumbuhan sehinggaunsur hara dalam tanaman dapat terpenuhi.

METODOLOGI PENELITIAN

Penelitian ini dilakukan dengan tahapan-tahapan sebagai berikut : kulit pisang dicacahkemudian dimasukkan kedalam kolom fermentorbersamaan dengan penambahan air, bakteriserta sumber Karbon dan lama fermentasi yangtelah ditentukan. Kemudian disaring untukmendapatkan pupuk cair setelah itu dianalisa.Variabel yang digunakan dalam penelitian ini yaituVariabel tetap dan variabel berubah. Untukvariabel tetap yang digunakan adalah massa kulitpisang 500 g, bakteri EM-4 sebanyak 100 mL,air 500 mL, serta sumber Karbon 50 g,sedangkan untuk variabel berubahnya yangdigunakan adalah sumber Karbon (gula pasir,gula jawa, tetes), lama fermentasi 6, 8, 10, 12,14 hari.

Gambar 1. Diagram alir penelitian


Kegunaan nitrogen bagi tumbuhanadalah untuk pembentukan atau pertumbuhanvegetatif tanaman, seperti daun, batang dan akar.Gambar 2 menunjukkan bahwa hasil yag palingbaik adalah 3,745 %. Hasil tersebut tersebutdidapat dari sumber Karbon yang berasal daritetes. Fermentasi merupakan prosespemecahan senyawa organik menjadi senyawasederhana yang melibatkan mikroorganisme.Mikroorganisme ini berfungsi untuk menjagakeseimbangan karbon (C) dan Nitrogen (N) yangmerupakan faktor penentu keberhasilan dalamproses fermentasi.

Tetes berfungsi untuk fermentasi pupukdan menyuburkan mikroba yang ada di dalamtanah, karena dalam tetes tebu (molasses)terdapat nutrisi bagi bakteri yang bertugas untukmenghancurkan material organik yang ada didalam pupuk dan tentunya mereka jugamembutuhkan nitrogen (N) dalam jumlah yangtidak sedikit untuk nutrisi mereka. nitrogen (N)


akan bersatu dengan mikroba selamapenghancuran material organik. Karena tetesmengandung komponen nitrogen yang lebihbesar dari pada gula pasir dan gula jawa, disertaiberbagai nutrien yang diperlukan jasad renikmaka akan dapat meningkatkan kecepatanproses produksi pupuk dalam waktu yangsingkat.

Gambar 2. Hubungan antara lama waktufermentasi terhadap besarnyakadar nitrogen dalam pupuk cair

Kegunaan dari fosfor bagi tumbuhanadalah dapat mempercepat pertumbuhan akarserta memperkuat pertumbuhan tanaman mudamenjadi tanaman dewasa. Gambar 3menunjukkan bahwa hasil yang paling baikadalah 3,490. Kenaikan kandungan pospattergantung dari pH larutan itu sendiri dan lamawaktu fermentasi. Dimana semakin asamlarutan maka kandungan fosfor dalam larutanakan meningkat, dimana semakin lama waktufermentasi maka keasaman larutan akan naikdiikuti dengan kenaikan kandungan fosfor.

Kegunaan dari kalium bagi tumbuhanadalah untuk mengeraskan bagian kayu daritanaman, meningkatkan resistensi tanamanterhadap penyakit serta dapat meningkatkankualitas buah/biji. Dari gambar 4 didapatkan hasilyang paling baik dari % kalium adalah 4,554 %.Pada penelitian didapatkan hasil yang tidaksesuai yaitu sebesar 5,970 %. Karena syaratbaku mutu pupuk cair organik adalah maksimal5 % maka hal tersebut tidak sesuai. Hal itudikarenakan bakteri yang digunakan dalampenilitian adalah EM-4 dan dalam bakterimengandung mikroorganisme genuslactobacillus yang dapat meningkatkan unsurhara kalium. Karena dalam fermentasi ini bakteribelum mengalami fase kematain maka unsurhara kalium akan terus meningkat sampaibakteri mengalami fase stasioner ataupun fasekematian.

Gambar 3. Hubungan antara lama waktufermentasi terhadap besarnyakadar Fosfor dalam pupuk cair

Gambar 4. Hubungan antara lama waktufermentasi terhadap besarnyakadar kalium dalam pupuk cair


KESIMPULAN

Dari hasil penelitian didapatkan hasilyang paling baik untuk lama waktu fermentasiadalah 14 hari dengan sumber Karbon yangberasal dari tetes dengan hasil analisa yang didapatkan adalah :

Nitrogen ( % N ) : 3,745 % Fosfor ( % P

2O

5) : 3,490 %

Kalium ( % K2O ) : 4,554 %

DAFTAR PUSTAKA

Anonimus., 2008, Manfaat Limbah Pisang.Available Online : http://www.smallcrab.com/others/383-manfaat-limbah-pisang. (15 Januari2010).

Anonimus., 2008, Memanfaatkan LimbahPisang. Available Online : http://lestarimandiri.org/id/pupuk-organik/

Anonimus., 2008, Hidrolisis Polisakarida.Available Online : http://www.hidrolisispolisakarida.htm . (15 Januari 2010).

Anonimus, 2008, Tentang Gula Merah dan PalmSugar. Available Online : http://www.TENTANG GULA MERAH _ PALMSUGAR « HASIL KEBUN.htm. (15Januari 2010).

Budiyanto, Krisno, M. A., Ayub, 2004, PupukOrganik Cair. Bandung : AgromediaPustaka.

Djuarnani, N. 2004. Cara Cepat MembuatKompos. Bogor : Agromedia Pustaka.

Martinsari dan Wijayanti, 2009, OptimalisasiFermentasi dengan Aditif Tetes Tebu(Molasses) untuk menghasilkan PupukOrganik Cair. Available Online : http://karya-ilmiah.um.ac.id/index.php/pkm/article/view/6466 (27 April 2010).

Anonimus, 2008, Pemanfaatan SampahSebagai Pupuk Cair Organik untukPerkembangan danPertumbuhanTanaman . AvailableOnline : http://w w w . k a b a r i n d o n e s i a . c o m /beritaprint.php?id=20081023162707.(02 Januari 2010).



EVALUASI TEKNIS DAN FINANSIAL UDPK GADANG KOTAMALANG UNTUK MENINGKATKAN POTENSI

REDUKSI SAMPAH

HardiantoJurusan Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan

Institut Teknologi Nasional (ITN) MalangEmail: [email protected]

AbstraksUnit Daur Ulang dan Produksi Kompos (UDPK) Gadang belum maksimal dalam

menanggulangi akumulasi timbulan sampah. Kapasitas olah UDPK sebesar 154,5 m3/hari belummaksimal dalam operasionalnya karena masih menghasilkan produksi kompos sebesar 350,08kg/bulan, atau sekitar 0,16%. Penelitian ini bertujuan menentukan besarnya potensi reduksisampah, melakukan evaluasi kemampuan UDPK dalam mereduksi sampah, dan kajian finansialdari usaha tersebut. Pengumpulan data primer pada aspek teknis dilakukan dengan metodesampling. Pengukuran berat jenis sampah dengan metode SNI 19-3964-1995. Sedangkan untukmenentukan komposisi sampah dilakukan dengan metode perempatan. Pengumpulan datasekunder dilakukan dengan cara wawancara maupun laporan instansi. Pengumpulan data sekunderpada aspek finansial dilaksanakan dengan metode deskriptif dan eksploratif meliputi alokasi danauntuk persampahan, penghasilan unit usaha, pemasaran dan harga kompos, serta harga baranglapak. Analisis teknis dengan pengambilan sampel pada TPS diperoleh data bahwa volume timbulansampah sebesar 3,9 m3/hari, dan berat timbulan sampah sebesar 793,49 kg/hari. Sedangkankomposisi sampah terbesar adalah sampah basah. Perhitungan neraca massa didapatkan potensiUDPK Gadang mampu mereduksi timbulan sampah sebesar 170,91 kg/hr. Analisis finansialdengan NPV, B/C ratio, dan PBP hasilnya bahwa UDPK kurang layak dikembangkan bila tidakditambah dengan bahan baku dan daya olahnya. Evaluasi kemampuan mereduksi sampah, perluoptimalisasi lahan pengomposan.

Kata Kunci : Evaluasi teknis dan finansial, UDPK Gadang, potensi reduksi sampah

PENDAHULUANBerdasarkan UU RI Nomor 18 Tahun 2008

tentang pengelolaan sampah, paradigmapengelolaan sampah yang bertumpu padapendekatan akhir sudah saatnya ditinggalkandan diganti dengan paradigma baru pengelolaansampah. Paradigma baru memandang sampahsebagai sumber daya yang mempunyai nilaiekonomi dan dapat dimanfaatkan, misalnya,untuk energi, kompos, pupuk ataupun untukbahan baku industri. Pengelolaan sampahdilakukan dengan pendekatan yangkomprehensif dari hulu, sejak sebelum

dihasilkan suatu produk yang berpotensi menjadisampah, sampai ke hilir, yaitu pada fase produksudah digunakan sehingga menjadi sampah,yang kemudian dikembalikan ke medialingkungan secara aman. Pengelolaan sampahdengan paradigma baru tersebut dilakukandengan kegiatan pengurangan dan penanganansampah. Pengurangan sampah meliputikegiatan pembatasan, penggunaan kembali, danpendauran ulang, sedangkan kegiatanpenanganan sampah meliputi pemilahan,pengumpulan, pengangkutan, pengolahan, danpemrosesan akhir.


Dalam usaha menanggulangi akumulasisampah yang akan diangkut ke TPAyang dimulaisejak tahun 1998 Dinas Kebersihan danPertamanan (DKP) Kota Malangmengembangkan konsep Unit Daur Ulang danProduksi Kompos (UDPK). UDPK adalah unitusaha komersial skala kecil yang mengolahsampah kota dengan 2 fungsi sekaligus. Fungsipertama adalah pengolahan dan penjualan hasildaur ulang sampah basah (daun-daunan, sisamakanan, sampah dapur) yang diprosesmenjadi kompos. Sedangkan fungsi kedua yaitudaur ulang dan penjualan sampah kering yangmempunyai nilai ekonomis (misalnya kertas,plastik, besi dan sebagainya). Tepatnya tanggal16 September 1999 bangunan kompostingpertama yang berlokasi di bekas TPA Gadangtersebut resmi difungsikan. UDPK ini kemudiandiikuti pembangunan di Manyar, Tlogomas,Muria, dan Velodrom, yang sekaligus berfungsisebagai TPS. Sampai Tahun 2010 jumlahUDPK sedang ditambah dan mulai berjalanmenjadi total 11 lokasi UDPK.

Beberapa UDPK yang sudah berjalanseperti UDPK Gadang di Jln. Kol. Sugiono Gg.1, beroperasi sejak tahun 1999. UDPK Gadangdengan luas bangunan 425 m2, dengan daya olahsampah sebesar 154,5 m3/hari menghasilkanproduksi kompos sebesar 350,08 kg/bulan (DKP,2010). Bila berat jenis sampah di TPS sebesar203,46 kg/m3 (Hardianto, 2007) maka beratsampah yang dapat diolah sebesar 31.434,57kg/hari. Bila sampah tersebut terdiri dari 70 %sampah basah (Damanhuri, 2006), makasampah yang menjadi bahan baku kompossebesar 22.004,2 kg/hari. Dengan recoveryfactor sebesar 80 % maka bahan baku komposmenjadi 17.603,36 kg/hari. Pada prosespengomposan, terjadi penyusutan berat hingga50 % (Yuwono, 2005), sehingga berat komposrata-rata yang bisa dihasilkan sebesar 8.801,68kg/hari x 25 hari kerja = 220.042 kg/bulan. Hasilperhitungan tersebut terdapat deviasi produksikompos yang dihasilkan. Kapasitas olah UDPKsebesar 154,5 m3/hari belum maksimal dalamoperasionalnya karena masih menghasilkanproduksi kompos sebesar 350,08 kg/bulan, atausekitar 0,16%. Sehingga sisa sampah di TPStidak dilakukan pengelolaan, dan langsungdiangkut ke TPA.

Tujuan dari penelitian ini adalah :1. Menentukan besarnya potensi reduksi

sampah berdasarkan persentase komposisi

sampah yang dapat didaur ulang danproduksi kompos.

2. Melakukan evaluasi kemampuan UDPKTlogomas dalam mereduksi sampahdomestik yang dapat didaur ulang danproduksi kompos.

3. Melakukan kajian finansial dari unit usaha.Berdasarkan UU RI No: 18 Tahun 2008,

Sampah adalah sisa kegiatan sehari-harimanusia dan/atau proses alam yang berbentukpadat. Sedangkan timbulan sampah adalahbanyaknya sampah yang timbul dari masyarakatdalam satuan volume maupun berat per kapitaperhari, atau perluas bangunan, atau perpanjangjalan (SNI 19-2454-2002). Metode pengukurantimbulan sampah antara lain : Load-countanalysis/ analisis perhitungan beban, Weight-volume analysis / analisis berat-volume,Material-balance analysis / analisiskesetimbangan bahan. Sedangkan sampahmempunyai komposisi fisik, kimia, dan biologis(Tchobanoglous, Theisen dan Vigil, 1993).Pengetahuan akan sifat-sifat ini sangat pentinguntuk perencanaan dan pengelolaan sampahsecara terpadu.

Daur ulang atau recycling adalahmengembalikan limbah suatu proses ke dalamsistem produksi yang sama, sepertimengembalikan limbah kertas untuk membuatkertas. Oleh karena itu daur ulang meliputikegiatan :- Pemilahan sampah untuk memperoleh

barang-barang yang masih berguna dandapat di daur ulang.

- Pengolahan guna menjadikan barang-baranghasil pemilahan diatas memiliki nilai manfaat.

Kompos adalah bentuk akhir dari bahanorganik setelah mengalami pembusukan.Sedangkan pengomposan atau pembuatankompos merupakan suatu proses biologis pula,yang terjadi karena adanya kegiatan jasad renik.Dalam proses ini berbagai jasad renik turutberperan. Mereka ini bekerja secara serentakdalam habitatnya masing-masing, tergantungpada suhu (temperatur). Perubahan suhu akanmempengaruhi jenis jasad renik yang hidup(Anonim, 1992). Ada dua mekanisme prosespengomposan, yakni pengomposan secaraaerobik dan anaerobik yang keduanya dibedakanberdasarkan ketersediaan oksigen bebas(Simamora dan Salundik, 2006).

California Goverment (2001 dalamOktaviana, 2003) menyatakan bahwa biaya


UDPK/MRF (Material recovery Facility)tergantung dari jenisnya, fasilitas yang terdapatdidalamnya dan jumlah sampah yang akandikelola. Biaya ini terbagi atas beberapa bebanbiaya dan pendapatan antara lain :1. Biaya kapital. Biaya kapital terdiri atas biaya

kontruksi, penempatan lahan, teknis dan biayaperalatan yang dapat dijabarkan dalam jangkawaktu tahunan dengan menggunakan faktorrecovery kapital dari buku dan tingkat diskon.

2. Biaya operasional dan pemeliharaan. Biayaoperasi dan pemeliharaan meliputi upah,administrasi, pemeliharaan peralatan dangedung serta utilitas.

3. Biaya pembuangan residu. Residu dalamMRF akibat dari efisiensi pemilahan yangkurang dari seratus persen dan recoverybarang recycle yang kurang dari seratuspersen.

4. Pendapatan dari penjualan barang-barangrecycle. Barang-barang recycle yangterecovery di MRF menghasilkan pendapatanyang dapat membantu biaya MRF.

Dalam analisis investasi terdapatbeberapa metode yang dapat digunakan antaralain:

a. NPV (Net Present Value)Dengan metode NPV akan dapat

digunakan acuan bahwa apabila nilai NPV positifmenunjukkan bahwa investasi yang telahdikeluarkan akan memberikan keuntungan/manfaat dan sebaliknya apabila bernilai negatifmaka akan mengalami kerugian.

b. B/C ratioIndikasi untuk metode B/C ratio apabila nilai

yang dihasilkan adalah e” 1 maka dapatdikatakan proyek mengalami keuntungan ataunilai manfaatnya lebih besar sehingga dapatdirealisasikan pelaksanaannya.

c. PBP (Payback Period)Metode payback period digunakan untuk

menganalisis waktu pengembalian modal yangtelah dikeluarkan apabila lebih besar dari waktuperencanaan atau sebaliknya. Apabila paybackperiod yang dihasilkan lebih kecil dari waktuperencanaan maka dapat dianggap modal awalsudah dapat dikembalikan sebelum proyekberakhir masa ekonomisnya.

Evaluasi Teknis dan Finansial UDPK Gadang Kota MalangUntuk Meningkatkan Potensi Reduksi Sampah

Studi Pustaka

Pengumpulan Data

Kesimpulan dan Saran

ASPEK TEKNISData Primer :

-Timbulan sampah-Komposisi sampah

Data Sekunder :-Peta Lokasi-Data TPS dan UDPK-Teknik pengelolaansampah eksisting- Kondisi UDPK

ASPEK FINANSIALData Sekunder :-Alokasi dana untukpersampahan-Penghasilan unit usaha-Pemasaran-Harga kompos-Harga barang lapak

ANALISIS FINANSIAL-Biaya investasi-Biaya operasional danpemeliharaan-Potensi peningkatanpendapatan UDPK-Pemasaran dan hargaproduk-Potensi pasar

ANALISIS TEKNIS-Prosentase berat danvolume sampah-Kesetimbangan massasampah-Potensi sampah yang bisadireduksi-Kondisi UDPK danpengembangannya-Kualitas produk

Gambar 2.1. Tahap-tahap penelitian

Volume sampah yang masuk ke TPSGadang rata-rata = 117 m3/bulan. Berat timbulansampah di TPS Gadang rata-rata adalah = 3,9m3/hr x 203,46 kg/m3 = 793,49 kg/hari.Berdasarkan volume dan berat timbulan sampahtersebut dapat dihitung berat dan volumesampah yang masuk ke TPS. Berat dan volumesampah yang masuk ke TPS dapat dilihat padatabel berikut.

Tabel 3.1. Berat dan Volume Sampah yangmasuk ke UDPK Gadang

METODE PENELITIAN

Tahap-tahap penelitian yang dilakukandapat dilihat pada gambar 2.1.


Komposisi % BeratRata-rata

% VolumeRata-rata

BeratSampah(kg/hr)

Vol.Sampah(m3/hr)

Sampahbasah 69,13

37,66548,54 1,47

Plastik 15,59 37,50 123,71 1,46Kertas 9,69 17,53 76,89 0,68Gelas/Kaca 1,38 1,14 10,95 0,04Logam 1,31 1,46 10,39 0,06Kayu 1,22 1,46 9,68 0,06Kain/Tekstil 1,09 2,11 8,65 0,08Karet/Kulit 0,59 1,14 4,68 0,04Total 100 100 793,49 3,9

Berdasarkan perhitungan berat dan volumesampah yang masuk ke TPS dapat dihitung

Tabel 3.2. Neraca Massa Sampah UDPK Gadang

Komposisi BeratSampah

(kg)

VolumeSampah

(m3)

RF(%)

BeratRecovery

(kg)

VolumeRecovery

(m3)

BeratResidu

(kg)

VolumeResidu

(m3)Sampahbasah 548,54 1,47

78,05 428,14 1,15 120,40 0,32

Plastik 123,71 1,46 89,88 111,19 1,31 12,52 0,15Kertas 76,89 0,68 86,72 66,68 0,59 10,21 0,09Gelas/Kaca 10,95 0,04 50,00 5,48 0,02 5,48 0,02Logam 10,39 0,06 85,69 8,91 0,05 1,49 0,01Kayu 9,68 0,06 0,00 0,00 0,00 9,68 0,06Kain/Tekstil 8,65 0,08 0,00 0,00 0,00 8,65 0,08Karet/Kulit 4,68 0,04 46,93 2,20 0,02 2,48 0,02

Total 793,49 3,9 622,58 3,15 170,91 0.75

neraca massa sampah. Hasil perhitunganneraca massa dapat dilihat pada tabel berikut.

Tabel tersebut dapat digunakan untukmembuat skema reduksi sampah dari seluruhsampah yang masuk dan diolah di TPS tersebut.Berdasarkan berat sampah yang masuk ke TPS,sampah yang dapat dijadikan bahan bakukompos sebesar 428,14 kg/hari. Sedangkansampah kering yang dapat didaur ulang sebesar

194,44 kg/hari. Sehingga total residu yang akandibuang ke TPA sebasar 21,54 % dari totalsampah yang masuk ke TPS, atau sekitar170,91 kg/hari. Sehingga dengan perhitungan inipotensi reduksi sampah sebesar 78,46 %.Skema reduksi sampah di TPS dapat dilihat padagambar berikut.


Sampah yang masuk ke TPS793,49 kg/hr

(100%)

Sampah Kering244,95 kg/hr

(30,87%)

Sampah basah548,54 kg/hr

(69,13%)

Bahan Kompos428,14 kg/hr

(53,96%)

Residu120,4 kg/hr(15,17%)

Daur Ulang194,44 kg/hr

(24,50%)

Residu50,51 kg/hr

(6,37%)

Bandar Lapak

TPA170,91 kg/hr

(21,54%)

Produksi Kompos214,07 kg/hr

(26,98%)

Gambar 3.1 Skema Reduksi Sampah UDPK Gadang

Berdasarkan kondisi eksisting UDPKGadang, dapat diketahui kemampuan UDPKtersebut dalam usahanya. Untuk menentukanoptimalisasi UDPK Gadang dalam melakukanusaha daur ulang dan produksi kompos perludilakukan redesain fasilitas UDPK denganmemperhatikan potensisampah yang ada.Adapunkomponenyang diperlukanpada UDPKantara lain:- Komponen utama: lahan pemilahan, lahan

pengomposan, lahan pengemasan bahan

lapak, gudang penyimpanan barang lapak dankompos.

- Komponen pendukung: area parkir kendaranpengangkut sampah, kantor, toilet, gudangperalatan.

Berdasarkan perhitungan yang telahdilakukan, dapat diketahui luas optimum lahanberdasarkan potensi sampah. Dengan dikurangiluas eksisting maka dapat diketahui luas lahanyang perlu dikembangkan.

Tabel 3.3. Lahan Pengolahan Sampah di UDPK Gadang

No KebutuhanLahan

LuasOptimu

m(m2)

TotalLuas

Optimum(m2)

LuasEksisting (m2)

Kekurangan Lahan

(m2)

1 Pemilahan 6,8574,98 150 Memenuh

i2 Pencacahan 4,383 Pengomposan 63,754 Pematangan 12,6

265,59 150 115,595 Pengayakandanpengemasan

252,99

6 Penampung 1,1 - 1,1


pengemasan6 Penampung

lindi1,1 - 1,1

7 Gudangpenyimpankompos

0,7120,71 20,71 Memenuh

i8 Ruang

administrasi,toilet, dangudangperalatan

20

9 Lahanpengemasanbarang lapak

814,5 - 14,5

10 Gudangpenyimpanbarang lapak

6,5

sambungan...

Proses yang terjadi di UDPK hampirsemuanya mengandalkan tenaga manusia,kecuali pencacahan bahan baku kompos yangdirencanakan menggunakan mesin pencacah.Pekerja yang direncanakan pada lokasi UDPKterdiri atas pengawasan, tenaga administrasi,tenaga pemilah sampah dan pengemasbarang lapak, dan tenaga komposting. Jumlah

Tabel 3.4. Kebutuhan pekerja untuk operasional UDPK Gadang

Pekerja KebutuhanPekerja

Optimal (orang)

KondisiExsistingThn 2010(orang)

Kekurangan

(orang)

Pemilahsampah

2 60

Komposting 4Administrasi 1 1Total Pekerja 7 7 0

Berdasarkan analisis finansial padapengeluaran terdiri dari modal tetap dan biayaoperasional dan pemeliharaan. Modal tetapterdiri dari modal peralatan yang belum ada danbangunan fisik yang direncanakan akan

diperluas. Penambahan bangunan fisikmengunakan lahan milik Pemerintah KotaMalang, yang berada di sebelah bangunanUDPK saat ini, sehingga mempermudahredesainnya.

pekerja ditentukan berdasarkan kemampuanpekerja untuk memilah sampah, jumlah alatyang digunakan dan proses komposting.Jumlah pekerja digunakan untuk menentukanbiaya yang dikeluarkan untuk gaji pekerja tiapbulannya. Sedangkan waktu operasi selama8 jam setiap harinya mulai pukul 7.00 – 15.00WIB.


Tabel 3.5. Rincian Modal Tetap

Rincian Jumlah Satuan HargaSatuan*)

(Rp)

Jumlah Total(Rp)

Modal PeralatanMesin Pencacah 1 unit 15.000.000 15.000.000,00Timbangan Duduk 1 unit 500.000 500.000,00Timbangan 100 kg 1 unit 125.000 125.000,00Timbangan 5 kg 1 unit 50.000 50.000,00Pompa Air Bersih 1 unit 400.000 400.000,00

Jumlah 16.075.000,00Modal Bangunan Fisik**)

Pekerjaan Persiapan 2.819.150,00Pekerjaan Galian danUrugan

3.966.149,08

Pekerjaan Pasangan 13.146.781,20Pekerjaan Beton 36.480.696,00Pekerjaan Atap 96.490.750,00Pekerjaan PenampungLindi

11.100.980,56

Jumlah 164.004.506,84PPn 10% 16.400.450,68Total 180.404.957,52Dibulatkan 180.404.000,00

*) Berdasarkan hasil survey di Kota Malang, 2010.**) Berdasarkan hasil perhitungan RAB Redesain Fasilitas UDPK Gadang, 2010.

Tabel 3.6. Jumlah pengeluaran tiap tahun

Uraian PengeluaranPer bulan (Rp)

Pengeluaranper tahun (Rp)

Biaya Pembelian Peralatan 151.250 1.815.000Pembayaran gaji pekerja 7.500.000 90.000.000Pembelian kemasan kompos 1.350.000 16.200.000Biaya perawatan peralatan 887.340Biaya pembelian EM4 76.500 918.000Biaya BBM 191.250 2.295.000Biaya listrik 60.000 720.000Biaya pengangkutan ampas tebu 52.500 630.000

Total 113.465. 340

Sedangkan analisis f inansial padapemasukan UDPK berasal dari penjualan

kompos dan barang lapak.


Tabel 3.7. Jumlah Pemasukan Tiap Tahun

Uraian Pendapatanper bulan (Rp)

Pendapatanper tahun

(Rp)Penjualan barang lapak 3.541.050 42.492.600Penjualan kompos 5.000.000 60.000.000

Total 102.492.600

Analisis investasi dilakukan untukmengetahui kondisi kelayakan pengembanganfasilitas yang akan ditambahkan pada sistemyang lama, dimana akan dilihat bagaimanakeseimbangan pendapatan yang dihasilkan olehsistem baru dengan biaya operasional yangharus ditanggung apabila telah dioperasikansistem yang baru.- Berdasar metode NPV (Net Present Value),

tinjauan waktu 5 tahun dan bunga yangberlaku 12 %/tahun dan dianalisis arus kasnyamaka didapat nilai NPV dari proyek adalahnegatif berarti proyek tambahan tersebutbelum layak dilaksanakan, bila tidak ditambahdengan bahan baku, daya olah, sertajangkauan pelayanannya.

- Berdasar metode B/C Ratio ( Benefit CostRatio), mengacu pada hasil analisis arus kasyang ada maka nilai B/C ratio proyek adalah0,11, maka dapat dikatakan bahwapenambahan fasilitas baru dapat dikatakanbelum layak dilaksanakan, bila tidak ditambahdengan bahan baku, daya olah, sertajangkauan pelayanannya.

- Berdasar metode PBP (Payback Period),berdasarkan perhitungan diperoleh bahwadengan waktu lebih dari 5 tahun, makaseluruh investasi yang ditanamkan untukpenambahan fasilitas belum layakdilaksanakan, bila tidak ditambah denganbahan baku, daya olah, serta jangkauanpelayanannya.

KESIMPULAN

1. Hasil analisis komposisi sampahmenunjukkan 69,13 % adalah sampah basah.Berdasarkan perhitungan neraca massaberat sampah yang masuk ke TPS, sampahyang dapat dijadikan bahan baku kompossebesar 428,14 kg/hr atau 53,96 % dari total

sampah. Sedangkan sampah kering yangdapat didaur ulang sebesar 194,44 kg/hr atau24,50 % dari total sampah. Sehingga denganperhitungan ini potensi reduksi sampahsebesar 170,91 kg/hr atau 78,46 %.

2. Hasil evaluasi kemampuan UDPK Gadangperlu penambahan lahan pemilahan,pencacahan, pengomposan, dan pembuatanlahan penampung lindi. Pembuatan lahanpengemasan dan penyimpanan barang lapakyang bersifat permanen. Disamping itu perlupenyesuaian jam kerja menjadi 8 jam/hari,sedangkan jumlah pekerja tidak perluditambah.

Berdasarkan analisis finansial denganpengembangan lahan baru, perlu dilakukaninvestasi berupa modal bangunan fisik danmodal peralatan. Dengan pengoptimalan sistemdibutuhkan biaya operasional dan pemeliharaanyang jumlahnya meningkat setiap tahunnya.Sistem tersebut akan didapatkan potensipendapatan yang juga meningkat setiaptahunnya. Berdasarkan analisis investasipengembangan fasilitas UDPK, dapat dikatakanbahwa dengan penambahan fasilitas baru dapatdikatakan belum layak untuk direalisasikan bilatidak ditambah dengan bahan baku, daya olah,serta jangkauan pelayanannya.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim, (1992), Buku panduan TeknikPembuatan Kompos dari SampahTeori dan Aplikasinya, CPIS (Centralfor Policy Implementation Studies).

Anonim, (1994) SNI 03-3242-1994, Tata CaraPengelolaan Sampah di Pemukiman,Departemen Pekerjaan Umum,Republik Indonesia.

Anonim, (1995) SNI 19-3964-1995, MetodePengambilan dan Pengukuran Contoh


Timbulan dan Komposisi SampahPerkotaan, Departemen PekerjaanUmum, Republik Indonesia.Anonim,(2002) SNI 19-2454-2002, Tata CaraTeknik Operasional PengelolaanSampah Perkotaan, DepartemenPekerjaan Umum, Republik Indonesia.

Anonim, (2004) SNI 19-7030-2004,Spesifikasi Kompos dari SampahOrganik Domesik , Depar temenPeker jaan Umum, Republ ikIndonesia.

BAPPEDA Kota Malang, (2007), PenyusunanMaster Plan Kota Malang, Kota Malang.

BAPPEDA Kota Malang, (2010), Basis DataKota Malang, Kota Malang.

Damanhuri, E., (2006), Perolehan KembaliMateri-Energi Dari Sampah, ProsidingSeminar Nasional TeknologiLingkungan IV, Surabaya, 25 Juli 2006.

Damanhuri,E., Padmi, (2004), PengelolaanSampah, Diktat Kuliah ITB Bandung.

DKP Kota Malang, (2010), Profil UPTPengolahan Sampah dan Air Limbah,Dinas Kebersihan dan PertamananKota Malang.

Djajadiningrat, S,T, (1997), Pengantar EkonomiLingkungan, LP3ES, Jakarta.

Giatman, M, (2006), Ekonomi Teknik ,RajaGrafindo Persada, Jakarta.

Hardianto, Trihadiningrum (2007), EvaluasiPengoperasian UDPK TlogomasDalam Menunjang Upaya ReduksiSampah Di Kota Malang, Laporan

Tesis, Program Magister, JurusanTeknik Lingkungan, ITS Surabaya.

Hardianto, Trihadiningrum (2007), Kajian PeranUDPK Tlogomas Dalam MenunjangUpaya Reduksi Sampah Di Kota Malang,Prosiding SeminarNasionalPascasarjanaVII -2007,Surabaya, 2Agustus2007.

Petunjuk Teknis No: CT/S/Ba-TC/002/98, TataCara Pembangunan UDPK ,Departemen Pekerjaan Umum,Republik Indonesia.

Oktaviana, R,M, (2003), Studi Literatur MaterialRecovery Facility, Laporan TugasAkhir,Jurusan Teknik Lingkungan, ITSSurabaya.

Pujawan, I.N, (1995), Ekonomi Teknik, Edisi 1,Penerbit : PT Guna Widya, Jakarta.

Petunjuk Teknis No: CT/S/Op-TC/003/98, TataCara Pengoperasian UDPK ,Departemen Pekerjaan Umum,Republik Indonesia.

Simamora, S., Salundik (2006), MeningkatkanKualitas Kompos, Agromedia Pustaka,Jakarta.

Tchobanoglous, George & Hillary Theisen &SamuelA. Vigil, (1993), Integrated solidWaste Management-EngineeringPrinciples and Management Issues,New York: McGraw-Hill.

UU RI No.18 Tahun 2008, tentang PengelolaanSampah.

UU RI No.32 Tahun 2009, tentang Perlindungandan Pengelolaan Lingkungan Hidup.

Yuwono,D. (2005), Kompos, Swadaya, Jakarta.



PEMANFAATAN MINYAK BIJI KEPAYANGSEBAGAI BAHAN BAKU BIODIESEL

Fajar(Staf Pengajar Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Ujung Pandang)

AbstrakKetergantungan terhadap penggunaan bahan bakar minyak yang berasal dari fosilmenunjukkan peningkatan, hal ini tidak di imbangi dengan jumlah cadangan minyakfosil yang kian tahun kian menurun serta harga minyak mentah yang melambung tinggi.Di lain hal perkembangan kemajuan teknologi di bidang sumber daya alam mengalamipeningkatan, salah satunya biodiesel sebagai pengganti minyak solar yang di produksidari minyak nabati dengan proses esterifikasi. Minyak nabati yang digunakan dalampenelitian ini adalah minyak dari biji kepayang (Pangium Edule REINW). Penelitian inidilakukan dengan cara memisahkan padatan dan minyak dengan pengepresankemudian minyak direaksikan bersama metanol dan katalis KOH dengan perbandinganmol metanol minyak 1:6. Suhu, konsentrasi katalis dan waktu reaksi di variasikan untukmencapai kondisi terbaik dalam penelitian ini. Setelah dilakukan penelitian diperolehkondisi terbaik. Pada penggunaan katalis 1% diperoleh yield produk sebesar 79,83%,pada suhu 60°C diperoleh yield produk sebesar 84,52% dan waktu reaksi selama 90menit diperoleh yield produk sebesar 84,11%. Produk tersebut dianalisis berdasarkanASTM D 6751 yaitu meliputi viskositas, flash point dan angka asam. Pada analisaangka asam hasil yang diperoleh tidak memenuhi standar ASTM D 6751. Sedangkanpenentuan densitas dilakukan berdasarkan standarisasi SNI 04-7182-2006.

Kata kunci : biodiesel, esterifikasi, minyak kepayang

PENDAHULUAN

Indonesia merupakan salah satu negarapenghasil minyak, tetapi tidak dapat disangkalbahwa Indonesia juga merupakan negarapengimpor minyak (net oil importer). Hal inidisebabkan Negara kita mengandalkan energifosil sebagai bahan bakar minyak, sementarasumber energi fosil tidak dapat diperbaharui,serta meningkatnya harga minyak mentah (crudeoil) mencapai US $ 60 per barel sehinggaberdampak pada krisis BBM (Dermawan, 2005).

Tindakan antisipasi yang dilakukan adalahmencari bahan bakar alternatif yang dapatdiperbaharui (renewable) dan ramah lingkungan(environmental friendly) seperti biodiesel.Biodiesel berasal dari reaksi transesterifikasiminyak nabati dengan alkohol dan merupakanbahan bakar alternatif pengganti solar karenamemiliki karasteristik serupa dengan solar(Soerawidjaja, 2003).

Pada prinsipnya proses transterifikasiadalah mengeluarkan gliserol dari minyak danmereaksikan asam lemak bebasnya denganalkohol menjadi metil ester atau lebih dikenaldengan nama biodiesel (Pasae, 2005).

Reaksi transesterifikasi dipengaruhi olehwaktu reaksi, suhu, homogenisasi/pencampurandan katalisator. Persamaan reaksi transterifikasisecaraumumdapatdituliskan:


Penelitian biodiesel dari minyak nabatitelah dilakukan oleh berbagai peneliti diantaranyaadalah Soerawidjaja dan Adrisman (2003),mensintetis biodiesel dengan bahan bakuminyak kelapa sawit dengan metanol danmenggunakan katalis NaOH. Purwanto (2003)membuat biodiesel dari minyak kelapa.Demikian juga biodiesel yang diproduksi dalamskala industri oleh PT. EnergiAlternatif Indonesiadi Tanjung Priok menggunakan bahan bakuminyak sawit. Kendalanya adalah minyak kelapadan minyak sawit (crude palm oil) termasukminyak-lemak pangan (edible fatty oil) sehinggakebutuhan untuk konsumsi sebagai bahanpagan lebih diutamakan.

Salah satu tanaman yang mengandungminyak adalah kepayang (Pangium eduleREINW). Biji kepayang atau yang lebih dikenaldengan sebutan kluwak yang telah dikeringkanmemiliki kandungan asam lemak yang yangcukup tinggi yaitu sebesar 43,61% terdiri dariPalmitat: 2,64 %, Linoleat : 20,75 % dan Oleat23,89 %.

Gambar 1 : Biji buah kepayang sebelum dansesudah pengupasan

Biodiesel mempunyai sifat-sifat fisik yanghampir serupa dengan solar biasa, walaupunpada beberapa sifat, biodiesel perlu diperbaikidengan penambahan zat aditif yang sedapatmungkin diperoleh dari sumber yang dapatdiperbaharui, sehingga dapat setara dengansolar. Sifat-sifat fisika dan kimia solar danbiodiesel dapat dilihat pada tabel 1

Fisika Kimia Biodiesel SolarKomposisiDensitas, g/mLViskositas, cStFlash point, oCAngka cetanaKelembaban, %Engine power

Engine torqueKonsumsi bahanbakarLubrikasi

EmisiPenangananLingkunganKeberadaan

Metil ester atau asam lemak0,86245,5517262,40,1Energi yang dihasilkan128.000 BTUSamaSama

Lebih tinggi,CO rendah, totalhidrokarbon, sulfurdioksida, dan nitroksidaFlamable lebih rendahToxisitas rendah

Terbarukan

Hidrokarbon0,87504,698530,3Energi yang dihasilkan130.000 BTUSamaSama

Lebih rendah,CO tinggi, total hidrokarbon,sulfur dioksida, dannitroksidaFlamable lebih tinggiToxisitas 10 kali lebih tinggi

Tak terbarukan

Tabel 1 Sifat-sifat Fisika Kimia Solar dan Biodiesel

Sumber: Pertamina,1999

Biodiesel memiliki beberapa keuntungandibandingkan solar, selain sumbernya dapatdiperbaharui, biodiesel juga ramah lingkungankarena tidak mengandung senyawa aromatikdan sulfur, sehingga mudah terurai(Biodegadable) serta tidak beracun, selain itubiodiesel sebagai bahan bakar pada mesindiesel memiliki beberapa keuntungandibandingkan solar, diantaranya:

1. Biodiesel dapat mengurangi emisi gas CO,total hidrokarbon, partikel, dan gas SO

2.

Partikel 14%, total hidrokarbon 13%, gas CO7% dan SO

220%.

2. Energi yang dihasilkan oleh biodiesel relatifsama dengan energi petroleum diesel sekitar50% dari kandungan petroleum diesel,sehingga Engine Torque dan Horse Poweryang dihasilkan juga relatif sama.


3. Bilangan setana yang lebih tinggi daripetroleum diesel

4. Pencampuran biodiesel dan petroleum dieseldapat meningkatkan biodegadabilitypetroleum diesel sampai 50% dan tidakberacun (Purwiyanto, 2003)

Tabel 2 Perbandingan Emisi Biodiesel dan Solar.

Properti Satuan Biodiesel Solar

SO2

CONONO2

O2

Total partikulatBenzenToluenXyleneEtilbenzen

ppmppmppmppm%-bmg/Nm3m

mg/Nm3m

mg/Nm3m

mg/Nm3m

mg/Nm3m

01037160,30,30,570,730,3

78406416,65,015,012,311,570,73

Sumber: Pertamina,1999

Pada penelitian ini akan dicoba untukmembuat biodiesel dari minyak kepayangdengan penambahan metanol danmenggunakan katalis KOH, yang direaksikanpada tekanan tetap 1 atm denganmemvariasikan suhu reaksi, waktu reaksi sertakonsentrasi katalis yang digunakan. Untukmengetahui kualitas biodiesel yang dihasilkan,maka dilakukan karasteristik sifat-sifat fisikaproduk biodiesel.

Penelitian ini bertujuan untuk mensintesisbiodisel dari minyak kepayang menggunakankatalis KOH dan mempelajari pengaruhkonsentrasi katalis, waktu, dan suhu terhadapjumlah produk biodiesel yang dihasilkan (yield).Perbandingan mol metanol dan minyak sertatekanan ditetapkan agar dapat menghasilkankondisi optimum setiap variasi yang dilakukan.

Untuk mengetahui kualitas biodiesel yangdihasilkan dilakukan karasteristik sifat-sifatbiodiesel berdasarkan standar biodiesel (ASTM)dengan pengukuran densitas, viskositas, titiknyala (flash point) dan bilangan asam sertamembandingkannya dengan sifat-sifat solar.


Skema rangkaian alat esterifikasi pada skalalaboratorium yang digunakan pada penelitia :

Gambar 2. Skema rangkaian alat esterifikasi(skala laboratorium)

Keterangan:1. Reaktor Oil batch2. On off reaktor oil batch3. Saklar sumber listrik4. Termometer setting5. Termostat6. Kondensor7. Tabung kalsium8. Motor pengaduk9. Pengaduk10. labu leher empat

Bahan yang digunakan- Biji kepayang- NaOH (pa)- Kertas saring- KOH (pa)- Indikator pp- Metanol pekat- Aquadest

Proses Sintesis BiodieselIsolasi minyak kepayang1) Biji kepayang direbus hingga mendidih

selama 2 - 3 jam.2) Didinginkan dan dibuka tempurungnya.3) Merendam daging biji kepayang dengan air

bersih yang mengalir selama 24 jam laludijemur.

4) Setelah kering daging biji kepayang dipresshingga terbentuk minyak kepayang.

5) Dilakukan penyaringan dengan menggunakanpompa vakum agar padatan dapat terpisahdengan minyak yang benar-benar bersih.


Penentuan asam lemak bebas (FFA)1) Sebanyak 5 gram minyak dimasukkan ke

dalam erlenmeyer dan ditambahkan 10 mLalkohol netral yang panas dan 3 tetesindikator pp.

2) Dititrasi dengan larutan NaOH 0,1 N.3) Asam lemak bebas dinyatakan dalam % FFA

FFA

BM asam lemak dinyatakan sebagai laurat,palmitat dan oleat berikut,Asam laurat = 200 g/molAsam palmitat = 256 g/molAsam oleat = 282 g/mol

%1001000MinyakBerat

lemakasam.BMNNaOHml

Biji Kepayang

Perebusan

Pengupasan tempurung

Perendaman

Pengeringan

Pemisahan

Minyak Kepayang Ampas

Penyaringan

Minyak bersih

Analisa

Kadar asam lemak

2-3 jam

24 jam

Gambar 3. Bagan Isolasi Minyak Kepayang

Sintesis biodieselTransesterifikasi1) Sebanyak 47 gram minyak kepayang

dipanaskan dalam labu leher tiga yangdilengkapi dengan pengaduk berkecepatan

200 - 250 rpm, dengan refluks dantermometer setting yang diset pada suhuyang divariasikan dengan menggunakan oilbath.

2) Metanol pekat 32,06 gram (perbandingan molminyak dan metanol 1 : 6) dan katalis KOHdengan konsentrasi yang divariasikan dariberat minyak, dipanaskan pada erlenmeyerasah yang dilengkapi refluks pada suhu yangvariasikan, hingga membentuk kaliummetoksida.

3) Setelah cairan kalium metoksida mencapaisuhu yang telah divariasikan, maka segeradimasukkan ke dalam reaktor dan suhu dijagakonstan dengan waktu reaksi yangdivarisikan.

4) Campuran didinginkan hingga mencapaisuhu kamar, kemudian dimasukkan ke dalamcorong pisah, dipisahkan kedua campurandari corong pisah, fase atas adalah produkbiodiesel dan fase bawah adalah hasilsamping (gliserol)

5) Dipanaskan aquadest hingga suhu 40°C.6) Dilakukan pencucian dengan aquadest,

perbandingan volume pencuci 1 : 4 agarterjadi pemisahan sempurna selama satuhari.

7) Dipisahkan kedua campuran dari corongpisah, fase atas adalah produk biodiesel danfase bawah adalah hasil samping (gliserol,metanol, katalis, air)

8) Dipindahkan produk ke dalam gelas kimia.Kemudian dilakukan pemanasan pada suhu105°C selama 20 menit agar air sisapencucian menguap.

9) Produk didinginkan pada suhu kamar.10)Dihitung yield produk.

%100xSampelTotalBerat

DihasilkanyangBiodieselBeratYield%

11)Percobaan dilakukan dengan cara yangsama untuk variasi- Perbandingan pereaksi KOH : 1%, 1.5,

2%, 2.5, 3% dari berat minyak- Suhu reaksi: 50, 60, 70°C- Waktu reaksi : 60, 90, 120 menit

Analisa produk biodieselAnalisa angka asam1) 5gramminyakdimasukkankedalamerlenmeyer,

ditambah 50 mL larutan KOH alkoholik 0,5 N(30gam KOH dalam 1 liter alkohol).


2) Campuran dididihkan selama 1 jam dalamerlenmeyer yang dilengkapi refluks.

3) Setelah didinginkan, ditambah beberapa tetesindikator pp. Akhir titrasi tercapai apabilaterbentuk warna merah muda yang tidakhilang selama selama 30 detik.

Angka Asam =

Analisa viskositas1) Mengisi viskometer ostwald dengan

aquadest, menghitung waktu alir aquadestdari tanda atas sampai tanda bawah (t air)

2) Mengganti aqudest dengan produk(biodiesel) dan mencatat waktu alirnyadengan perlakuan yang sama (t sampel).

Produkdinamik

= k x Sg x t produk

Produkkinematik

=Cproduk

dinamikproduk040

Ket : (k) = Konstanta kalibrasi (g/cm.s2)(Sg) = Spesific gravity(t) = Waktu (s)

Analisa densitas1) Penentuan volume piknometer

- Menimbang piknometer kosong, bersih dankering

- Mengisi piknometer dengan aquadest yangtelah diketahui densitasnya dari literatur

- Menimbang piknometer yang berisi air- Menghitung berat aquadest- Menghitung volume aquadest

Volume air = C40suhupadaAir

airBerat

- Volume aquadest = volume piknometer

2) Penentuan densitas produk- Menimbang piknometer kosong, bersih dan

kering yang telah diketahui volumenya- Mengisi piknometer dengan produk- Menimbang piknometer yang berisi produk- Menghitung densitas produk

Produk =

MinyakBerat

1,56xKOHNxKOHml

piknometerVolume

produkBerat

Analisa Titik NyalaAnalisa titik nyala dengan menggunakan flashpoint tester.- Sampel yang akan di uji dimasukkan ke dalam

wadah hingga tanda batas.- Dinyalakan pemanasnya dan diatur hingga

kenaikan suhu sampel perlahan-lahan.Setelah suhu sampel terukur padatermometer mencapai 70°C, dibuka penutuplubang uap dan disulut lalu ditutup kembali.

- Dilakukan berulang-ulang hingga ada nyalaapi dan mencatat suhunya.

Minyak Kepayang

Reaktor

Metanol

(KOH – Metanol)

Pemisahan

Lapisan Atas

(Biodiesel)

Lapisan Bawah

(Gliserol)

Pemanasan

dengan hotplate

T = 105°C

Produk akhir

Biodiesel murni

Analisa

Flash Point Densitas Viskositas

Aquadest 40oC

Angka asam

Pencucian

Metanol Air

Gliserol

Katalis

Pemisahan

Gambar 4. Bagan Sintesis Biodiesel


Analisa Bahan BakuKadar asam lemak bebas dalam minyak

dapat menggangu proses terbentuknyabiodiesel. Jumlah Asam lemak bebas yang tinggidapat memicu terbentuknya sabun dalam


proses transesterifikasi. Dari hasil penelitianyang dilakukan bahwa kadar asam lemak bebasdari minyak biji kepayang yang telah di analisatelah memenuhi spesifikasi standar mutuminyak yang dapat digunakan dalam pembuatanbiodiesel.Adapun kadar asam lemak bebas yangdiperoleh sebesar 0,709 % berat.

Pengaruh Variasi Katalis Terhadap ProdukYang Dihasilkan

Katalis yang digunakan pada penelitian iniadalah katalis basa yaitu KOH yang berfungsiuntuk mengaktifkan gugus alkohol sehinggamempercepat terjadinya reaksi. Katalis KOHyang digunakan apabila dibandingkan denganNaOH, racun pada KOH lebih sedikit, selain ituKOH bekerja lebih baik pada reaksitransesterifikasi.

Variasi konsentrasi katalis yang digunakanpada penelitian ini yaitu 1%, 1.5%, 2%, 2.5%,dan 3% dari jumlah berat minyak kepayang yangdigunakan. Dari hasil penelitian diketahui bahwa%yield maksimal diperoleh pada penggunaankonsentrasi katalis sebanyak 1%. Hal ini terlihatpada grafik ( 4.1.1 ) dimana penggunaan katalis1% akan menghasilkan %yield sebesar 79,83%.Penambahan jumlah katalis tidak lagimenambah jumlah konversi produk yangdihasilkan.

Tabel 3. Pengaruh variasi katalis terhadapProduk

NoKatalis(%)

Berat (gram) Waktu(menit)

Suhu(C)

ProdukBiodiesel(g)

%yieldMinyak Metanol

1 1 47 32,06 120 70 63,11 79,832 1,5 47 32,06 120 70 61,78 78,153 2 47 32,06 120 70 60,41 76,424 2,5 47 32,06 120 70 60,08 75,995 3 47 32,06 120 70 61,65 77,97

79.83

76.42

78.15

75.99

77.97

75

76

77

78

79

80

81

1.0% 1.5% 2.0% 2.5% 3.0%

Katalis

%Y

ield

Gambar 4. Grafik Hubungan antara Katalis Vs% Yield

Pengaruh Variasi Suhu Terhadap ProdukYang Dihasilkan

Suhu operasi divariasikan untukmendapatkan suatu operasi yang optimalmenurut persamaan ahenius. Apabila suhudiperbesar kecepatan molekul rektan bertambahsehingga kemungkinan terjadinya tumbukansemakin besar pula, dan hasil semakin banyak.Suhu operasi yang digunakan tidak boleh lebihtinggi dari titik didih salah satu komponen. Variasisuhu yang digunakan adalah 50°C, 60°C, dan70°C.

Dari hasil yang diperoleh diketahui bahwa% yield pada suhu 60°C adalah sebesar84,52%. Sedangkan pada suhu 70°C, persenyield yang diperoleh lebih kecil yaitu 79,83%. Darigrafik diatas dapat dilihat bahwa suhu optimumyang diperoleh pada suhu 60°C, sedangakanpada suhu 70°C terjadi penurunan hasil produksebab titik didih dari metanol telah tercapai yaitupada suhu 65°C, sedangkan pada suhu 50°Crendemen yang terbentuk sebasar 77,74 %dikarenakan belum optimalnya molekul-molekulyang bertumbukan pada suhu 50°C.

Tabel 4. Pengaruh variasi suhu terhadap Produk

No Suhu(C)

Berat (gram) Katalis(%)

Waktu(menit)

ProdukBiodiesel(g)

% yieldMinyak Metanol

123

506070

474747

32,0632,0632,06

111

120120120

61,4666,8263,11

77,7484,52

79,83

77.74

84.52

79.83

7778798081

82838485

50 55 60 65 70

Suhu (°C)

%Y

ield

Gambar 5. Grafik Hubungan antara suhuterhadap % Yield

Pengaruh Variasi Waktu Terhadap produkYang Dihasilkan

Selain suhu dan jumlah katalis, waktuoperasi juga sangat mempengaruhi jumlahproduk yang dihasilkan. Pencapaian waktu


optimum reaksi transesterifikasi dilakukan untukmemberikan kesempatan pada molekul-molekulsaling bertumbukan sehingga tercapainyakeadaan setimbang. Penelitian yang dilakukanpada suhu 60oC dan konsentrasi katalis 1 %menunjukkan bahwa untuk memperoleh kondisioptimum diperlukan waktu 90 menit yang dapatmenghasilkan produk sebesar 84,11%.

Grafik pengaruh waktu terhadap % yieldmenunjukan tidak terjadinya pengaruh yangsangat signifikan antara variasi waktu 90 menitdengan 120 menit, dimana % yield yangdihasilkan hampir sama, hal ini terjadi karenatumbukan antara molekul untuk membentukmetil ester telah mendekati kesetimbanganreaksi, kenaikan % yield yang diperoleh untuk120 menit hanya berkisar 0,41% saja apabiladibandingkan dengan waktu reaksi 60 menit.Penambahan waktu reaksi tidak menguntungkanapabila kesetimbangan reaksi telah tercapaidalam proses transesterifikasi.

Tabel 5. Pengaruh Variasi Waktu TerhadapProduk

NoWaktu(Menit)

BeratSuhu(C)

HasilBiodiesel(g)

% yieldMinyak(g)

Metanol(g)

Katalis(g)

123

1209060

474747

32,0632,0632,06

1 %1 %1 %

606060

66,8266,4961,77

84,5284,1178,14

78.14

84.11 84.52

7778798081

82838485

60 70 80 90 100 110 120

Waktu (menit)

%Y

ield

Gambar 6. Grafik Hubungan antara waktu VsYield

Analisa ProdukSetelah diperoleh kondisi yang optimal

untuk suatu operasi maka dilakukan analisaproduk yang dihasilkan untuk mengetahui produkyang terbentuk sesuai dengan spesifikasistandar biodiesel.Analisa yang dilakukan meliputi

analisa densitas, viskositas, flash point, danangka asam.

Penelitian ini menunjukkan massa jenisdari produk yang diperoleh antara 0,84891 g/mlhingga 0,89583 g/ml akan tetapi jika nilaidensitas produk biodiesel ini dibandingankandengan standar yang ada 0,850 – 0,890 g/mL(SNI-04-7182-2006) maka nilai densitas yangdiperoleh untuk produk biodiesel masih dalamtahap kewajaran (lulus dalam syarat ujidensitas), sehingga dapat dikatakan bahwaproduk biodiesel tersebut sudah layak untukdipergunakan pada mesin diesel. Sedangkanviskositas kinematik yang diperoleh berkisarantara 4,5394 – 5,47266 mm2/s, berkisar 1,9 –6,0 mm2/s (standar ASTM D 6751).

Penentuan flash point atau titik kilatdilakukan agar waktu yang dibutuhkan produkuntuk menghasilkan energi dalam mesin dapatberlangsung cepat, penentuan flash point ini jugaberkaitan dengan keamanan dalampenyimpanan dan penanganan produk Standartitik nyala yang ditetapkan berdasarkan metodeASTM D 6751 adalah minimal 130oC, Dari hasilyang diperoleh produk telah dapat digunakansebagai bahan bakar diesel. Titik nyala tertinggidiperoleh pada suhu 153oC dan terendah padasuhu 141oC.

Standar bilangan asam juga digunakansebagai indikator produk yang dihasilkan masihmengandung asam lemak bebas. Angka asamyang tinggi akan menimbulkan kerak atau jelagapada mesin diesel dan dapat menghambatpembentukan produk yang optimal. bilanganasam yang diperoleh masih melampaui standarbiodiesel yang ditentukan berdasarkan metodeASTM D 6751 sebesar 0,80 (min) mgKOH/g.Bilangan asam tertinggi sebesar 1,1204 mgKOH/g dan terendah adalah 0,7846 mgKOH/g. Hal initerjadi dikarenakan kandungan asam lemakbebas dari minyak kepayang menghambatterbentuknya metil ester hingga reaksi tidakdapat berjalan dengan sempurna dan dan metilester yang diperoleh masih mengandung asamlemak bebas yang relatif tinggi, faktor pencucianmemegang peranan penting di dalampembentukan biodiesel yang baik karena denganpencucian yang maksimal maka kandunganasam lemak bebas akan semakin rendahsehingga kualitas biodiesel yang dihasilkan akanlebih baik.

Tabel 6. Pengaruh variasi konsentrasi katalisterhadap analisa produk


NoKons. katalis(%)

Densitas(g/ml)

Viskositas(mm2/s)

Flash Point(°C)

Bilangan Asam(mg KOH/g)

1 1,0 0,85539 4,92901 147 0,95342 1,5 0,85008 5,13741 149 0,78503 2,0 0,84891 5,33675 147 0,84144 2,5 0,89583 4,72968 142 0,78465 3,0 0,85778 4,88371 153 1,1204

Tabel 7 Pengaruh variasi suhu terhadap analisaproduk

NoSuhu(°C)

Densitas(g/ml)

Viskositas(mm2/s)

Flash Point(°C)


1 50 0,85653 5,40923 148 0,95342 60 0,85418 5,47266 141 0,94603 70 0,85539 4,92901 147 0,9534

Tabel 8 Pengaruh variasi waktu terhadap analisaproduk

NoWaktu(menit)

Densitas(g/ml)

Viskositas(mm2/s)

Flash Point(°C)


1 60 0,86952 5,17365 146 1,06302 90 0,85418 4,53940 147 0,94943 120 0,85539 5,47266 141 0,9460

KESIMPULANDari percobaan yang telah dilakukan dari hasilanalisis yang diperoleh, maka disimpulkanbahwa :1. Kondisi optimum dalam proses

pembuatan biodiesel dari minyak bijikepayang dicapai pada penggunaankatalis 1 %, suhu 60oC dengan waktuproduksi selama 90 menit, perbandinganmol minyak kepayang dan metanol yangdigunakan adalah 1 : 6 dengan rendemenyield sebesar 84,11 %.

2. Produk biodiesel yang telah di analisadengan menggunakan standart ASTM D6751 memenuhi beberapa kriteriadiantaranya viskositas rata-rata 5,0921mm2/s, dan flash point rata-rata 146,18oC,Sedangkan bilangan asam rata-rata 0,9233mgKOH/g melampaui standar yang telahditentukan sebesar 0,80 (min). Padaanalisa densitas digunakan standarisasiSNI 04-7182-2006 dan hasil yang diperolehmemenuhi kriteria yang ditetapkan 0,850-0,890 g/mL, densitas rata-rata yang diperoleh 0,8593 g/mL.

DAFTAR PUSTAKA

Arsyadi. 2002. Biodiesel Kelapa Sawit. (online).(http:// www.Google.com.hk., diakses 5Januari 2006)

Balai Penelitian dan Pengembangan industri.1990. Peneliti dan Pemanfaatan BijiKluwak.

Darmawan, R. 2005. Peluang Besar di BalikKendala.Trubus 433 (XXXVI): 120-122.

Fessemen and Fessenden. 1986. KimiaOrganik. Edisi 3. JIlid 2. Jakarta :Erlangga.

Fitriani, V. 2005. Minyak Nabati Harapan Dunia.Trubus 433 (XXXVI) : 123 - 125.

Hambali, E. dkk. 2006. Jarak Pagar TanamanPenghasil Biodiesel. Jakarta. PenebarSwadaya.

Joko, S. 2002. Biodiesel, Harapan Baru dariMinyak Nabati. (online). (http://wwwGoogle.com, diakses 7 Januari 2006).

Pasae, Y. 2005. Bahan Bakar AlternatifTerbaharukan dan Ramah Lingkungan.([email protected], diakses tanggal16 Juli 2005).

Pertamina Direktorat PPDN. 1999. KutipanSpesifikasi Dirjen Migas: BahanBakarMinyak. Bahan Bakar Khusus.Bahan Bakar Elpiji dan Lampiran.

Prakoso,T. 2003. Potensial Biodiesel Indonesia.(online). (www.google.com, diaksestanggal 15 Januari 2006).

Prihandana,R. dkk. 2006. MenghasilkanBiodiesel Murah. Jakarta. AgomediaPustaka.

Soepomo, GT.,1993. Taksonomi Tumbuhan(Spermatophyta) Edisis IV. Jakarta;Gadjahmada Univercity Press.

Soerawidjaja,T.H., 2003. Biodiesel dan Bioetanol,Sumber Bahan Bakar Masa Depan.(online). (http//www.hangtuah.or.id,diakses tanggal 24 Desember 2005).

Sunanto, H. 1992. Budidaya Pucung. Yogyakarta; Kanisius.

Syah, Andi. 2006. Biodiesel Jarak Pagar.Jakarta; Agomedia Pustaka.



PEMBUATAN KARBON AKTIF DARI BATU BARAPERINGKAT RENDAH

Marinda Rahim1), Indriyani Octania S.2)

1)Staf Pengajar Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Samarinda2)Mahasiswa D III Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Samarinda Angkatan 2005

[email protected]

AbstrakPemanfaatan batu bara peringkat rendah (lignit) saat ini belum maksimal, dikarenakannilai kalornya rendah, dan kadar abu serta sulfurnya tinggi. Diperlukan pengolahanlebih lanjut agar batu bara peringkat rendah ini memiliki nilai guna lebih tinggi. Salahsatu alternatif yang dapat dilakukan adalah mengolah bahan ini menjadi karbon aktif.Pemilihan batu bara lignit untuk dijadikan karbon aktif dalam penelitian ini adalah karenacadangan bahan tersebut sangat melimpah di KalimantTimur, disisi lain kegunaankarbon aktif cukup luas dan memegang peranan penting terutama digunakan dalamproses-proses pemurnian. Dalam penelitian ini telah diperoleh temperatur aktivasifisika dan konsentrasi NaOH pada aktivasi kimia, dalam pembuatan karbon aktif daribatu bara lignit. Bahan baku berukuran 10 mesh, yang berasal dari PT KPUC SepariTenggarong, diaktivasi secara fisika selama 2 jam dengan cara dipanaskan padavariasi temperatur 500oC, 600oC, 700oC, 800oC dan 900oC, kemudian diaktivasisecara kimia melalui proses perendaman menggunakan aktivator NaOH dengankonsentrasi 1% berat selama 2 jam. Perlakuan ini memberikan hasil proses aktivasifisika terbaik pada temperatur 800oC dengan karateristik karbon aktif sebagai berikut: kadar air 9,13%, kadar abu 20,1%, bagian yang hilang pada pemanasan 950oC3,82%, dan daya jerap iod 14,78%. Pengolahan dilanjutkan dengan melakukan aktivasikimia pada variasi konsentrasi NaOH 3% dan 5% berat guna meningkatkan dayajerap iod, sedangkan aktivasi fisika dilakukan pada temperatur 800oC. Proses inimemberikan hasil terbaik pada konsentrasi NaOH 5% dengan nilai kadar air 8,05%,kadar abu 16,70%, bagian yang hilang pada pemanasan 950oC 9,92% dan daya jerapiod 24,88%. Rendemen dasar kering rata-rata yang dihasilkan pada penelitian ini adalah15,24%

Kata Kunci : aktivator NaOH, batu bara peringkat rendah, karbon aktif.

PENDAHULUAN

Pada masa mendatang, produksi batubara Indoseia, khususnya Kalimantan Timur,akan terus meningkat untuk memenuhikebutuhan energi dalam negeri maupun luarnegeri. Batu bara yang dihasilkan dari prosespenambangan beragam jenisnya, mulai dari batubara dengan nilai kalor sangat tinggi hinggarendah, yaitu berturut-turut batu bara jenisantrasit, bituminus, sub-bituminus dan lignit(brown coal). Pusat Sumber Daya Geologi padatahun 2006 menyebutkan bahwa terdapat

305,52 juta ton batu bara peringkat rendah (lignit)di Kalimantan Timur yang selama ini belumdimanfaatkan. Kadar fixed karbon yang cukuptinggi pada batu bara lignit, yaitu sekitar 27%,mendorong berkembangnya gagasan untukmemanfaatkan bahan ini menjadi karbon aktif.Karbon aktif telah dikenal luas sebagai adsorbendalam prose-proses pemurnian pada indistripangan, farmasi maupun industri-indusri lain.

Karbon aktif adalah suatu bahan yangberupa karbon yang sudah diaktifkan sehingga


pori-porinya terbuka dengan daya jerap yangtinggi, berwarna hitam, tidak berbau dan tidakberasa. Bahan ini berbentuk granular ataububuk, bentuk granular ditandai denganpermukaan dalam yang besar dan pori-pori yangkecil sedangkan bentuk bubuk yang baikdihubungkan dengan diameter pori-pori yangbesar tetapi permukaan dalam yang besar.

Bahan baku karbon aktif berasal dariberbagai bahan berkarbon seperti serbuk gergajikayu, batu bara lignit, gambut, kayu, arangtempurung kelapa dan biji buah-buahan (Austin,1996). Namun pada dasarnya dapat dikatakanbahwa karbon aktif dapat dibuat dari semuabahan yang mengandung karbon baik itu darihewan, tumbuh-tumbuhan, limbah ataupunmineral yang mengandung karbon.

Proses aktivasi merupakan hal yangpenting diperhatikan disamping bahan baku yangdigunakan. Aktivasi adalah suatu perlakuanterhadap bahan yang bertujuan untukmemperbesar pori yaitu dengan caramemecahkan ikatan hidrokarbon ataumengoksidasi molekul–molekul permukaansehingga karbon mengalami perubahan sifat,baik f isika maupun kimia, yaitu luaspermukaannya bertambah besar danberpengaruh terhadap daya adsorpsi. Secaraumum metoda aktivasi yang umum digunakandalam pembuatan karbon aktif dibagi menjadidua tahap yaitu: Karbonisasi atau aktivasi fisika,yaitu proses pemutusan rantai karbon darisenyawa organik dengan bantuan panas, uapdan CO

2.Karbonisasi melibatkan panas tinggi

untuk menguraikan zat arang atau karbon yangterkandung di dalam material, penghancurankandungan non karbon serta memproduksikarbon yang diharapkan dan struktur pori-poriyang bersifat elementer. Proses ini padaumumnya dilaksanakan pada pemanas yangberputar atau tungku (furnace) pada temperatur800-900oC. Meskipun dengan semakinbertambahnya temperatur daya jerap karbonaktif akan semakin baik, masih diperlukanpembatasan temperatur yaitu tidak melebihi1000oC, karena hal ini menyebabkanterbentuknya abu yang tinggi sehingga menutupipori-pori yang berfungsi untuk mengadsorpsi.Sebagai akibatnya daya jerap karbon aktif akanmenurun. Tahap kedua adalah aktivasi secarakimia, yaitu proses pemutusan rantai karbondari senyawa organik dengan pemakaian bahankimia. Bahan baku yang telah berbentuk arang

direndam dengan bahan kimia untuk melebarkanpori-pori. Bahan kimia atau aktivator yangdigunakan antara lain : HNO

3,H

3PO

4,Sianida,

CaCl2,

Ca3(PO

4)

2,NaOH, Na

2SO4

,SO

2,ZnCl

2,

NaCO3

dan uap air pada suhu tinggi. Untukmempertahanakan besar pori-pori yang ada didalam arang tadi maka pemanasan dilakukankembali (impregnasi) pada suhu berkisar 400-600oC. Selain itu juga dengan pemanasankembali akan mengeraskan karbon aktif sertamengaktifkan kinerja dalam proses penjerapannantinya. Dengan demikian akan dihasilkankarbon aktif dengan kualitas dan daya kerja yangbaik.

Penelit ian ini bertujuan untukmenentukan temperatur aktivasi fisika dankonsentrasi NaOH pada aktivasi kimia, dalampembuatan karbon aktif dari batu bara lignit.


Penelitian ini dilaksanakan di LaboratoriumJurusan Teknik Kimia Politeknik NegeriSamarinda, sedangkan sampel batu bara lignityang digunakan sebagai bahan baku pembuatankarbon aktif merupakan limbah batu bara yangdiambil dari PT KPUC Separi Tenggarong-KutaiKartanegara. Hasil analisa awal bahan bakuterhadap parameter-parameter kadar air, kadarabu, bagian yang hilang pada pemanasan 950oCdan daya jerap iod berturut-turut adalah 11,92%,19,71%, 33,56% dan 6,7%. Parameterpendukung yang lain adalah nilai kalor 4431 cal/g dan kadar fixed karbon sebesar 26,77%.

Penelitian tahap pertama dilakukandengan memvariasikan temperatur aktivasifisika yaitu 500oC, 600oC, 700oC, 800oC dan900oC. Bahan baku berukuran 10 meshsebanyak 50 g diletakkan dalam cawan crucibleuntuk diaktivasi secara fisika dalam furnaceWisetherm tipe FH-03 yang temperaturnyadapat dikontrol. Setelah dipanaskan selama 2jam, bahan tersebut didinginkan di dalamdesikator. Selanjutnya bahan direndam dalamNaOH 1 % berat pada gelas kimia 250 mLselama 2 jam. Bahan kemudian dipisahkan dariaktivator NaOH dengan cara disaring,selanjutnya dicuci dengan aquadest sebanyak250 mL, disaring kembali dan ditiriskan padasuhu kamar. Perlakuan terakhir adalahmemanaskan kembali bahan pada temperatur400oC selama 1 jam dalam furnce kemudian


didinginkan dalam desikator untuk selanjutnyaditimbang guna mengetahui rendemen karbonaktif yang dihasilkan. Bahan yang telah menjadikarbon aktif selanjutnya dianalisa kadar air, kadarabu, bagian yang hilang pada pemanasan 950oCdan daya jerap iod, dengan metode analisa yangdigunakan berturut-turut adalah ASTM D 3173,ASTM D 3174, ASTM D, 3175 dan Dahlius A,dkk, 1983.

Penelitian tahap kedua dilakukan denganmetode yang sama dengan tahap pertama,

No. Parameter (%)SII No.

0258-79*

Temperatur (oC)

500 600 700 800 900

1. Kadar Air Maks 10% 4,65 3,69 6,83 4,13 3,632. Kadar Abu Maks 2,5% 14,63 18,70 14,41 20,10 21,90

3.

Bagian yangHilang PadaPemanasan 950 Maks 15% 20,7 17,49 15,12 8,79 6,90

4. Daya Jerap Iod Min 20% 7,83 7,90 12,76 14,78 16,42

5.Rendemen(Dasar Kering)

- 15,61 15,55 15,33 15,07 14,81

6.KenampakanFisik

-Arangberbentukgranular

Arangberbentukgranular




hanya saja pada tahap ini variabel yangdivariasikan adalah konsentrasi NaOH yaitu 3%dan 5% berat, sedangkan temperatur aktivasifisika adalah 800oC.


Penelitian yang telah dilakukan pada tahappertama memberikan hasil sebagaimanadisajikan pada tabel berikut :

Tabel 1. Karakteristik Karbon Aktif dengan Variasi Temperatur Aktivasi Fisika

*Standar Industri Indonesia untuk karbon aktif

Pada tabel 1. dapat dilihat karateristik batubara setelah diaktivasi. Semakin tinggitemperatur aktivasi maka kadar air semakinrendah. Hal ini disebabkan karena semakin tinggitemperatur, maka semakin banyak air padabahan yang teruapkan, terutama air yang beradapada permukaan arang (unbounded water)disamping sebagian air terikat (bounded water).

Dari hasil penelitian diperoleh faktabahwa kadar abu cenderung meningkatterhadap kenaikan temperatur. Korelasitemperatur terhadap kadar abu sebenarnya tidakdapat dikaitkan secara langsung, namun hal inidapat dijelaskan bersama-sama denganpenjelasan daya jerap iod. Daya jerap iodmeningkat dengan naikknya temperatur.Peningkatan temperatur aktivasi f isikamenyebabkan pori-pori karbon yang terbentuksemakin banyak karena fungsi aktivasi fisika

adalah membentuk pori-pori dengan caramemecahkan rantai hidrokarbon menjadi arang.Konsekuensi dari hal ini tersebut menyebabkankemapuan penjerapan karbon aktif akansemakin baik. Dampak lain yang ditimbulkanoleh semakin baiknya daya jerap karbon aktifadalah semakin banyaknya alkali Na yangterjerap pada pori saat perendaman denganNaOH. Dengan demikian kadar abu pada karbonaktif akan bertambah, karena salah satu unsuryang dapat menyebabkan abu adalah unsur-unsur alkali yang membentuk silikat sepertisilikat dari natrium (Na) atau kalsium (K). Namunterbentuknya abu yang semakin tinggi tidakberakibat terlalu buruk pada daya jerap karbonaktif, karena kemampuan penjerapan karbon aktifterhadap iod masih menunjukkan kecendrunganmeningkat, walaupun kadar abu bertambah.Karakter bahan baku yang digunakan turut pula


mempengaruhi kada abu. Hasil analisa kadarabu pada batu bara lignit menunjukkan bahanbaku ini memang sudah memiliki kadar abu yangtinggi yaitu sebesar 19,71%.

Pada analisa bagian yang hilang, tampakbahwa parameter ini akan semakin rendahdengan perlakuan aktivasi f isika padatemperatur yang lebih tinggi. Hal tersebutdikarenakan gas-gas seperti H

2,CO

2, CH

4, yang

awalnya terperangkap pada bahan dapatterlepas lebih banyak dari bahan pada prosesaktivasi fisika dengan temperatur yang lebihtinggi. Hal menarik terlihat pada aktivasi fisikapada temperatur 500oC, 600oC dan 700oC,Ketiga variasi temperatur tersebut menunjukkankehilangan massa yang cukup besar. Gejalatersebut dapat dijelaskan melalui pemahamanproses aktifasi fisika, dimana sebenarnya padaaktivasi fisika terjadi tahap-tahap proses sebagiberikut : Tahap pertama yaitu penghilangan kadarair. Tahap kedua yaitu penghilangan gas-gasyang terperangkap seperti CO, CO

2, CH

4,H

2

serta sedikit sisa air. Tahap ketiga yaitu karbonasiatau pemutusan ikatan hidrokarbon membentukarang disertai terbentuknya tar yang cukupbanyak. Pada tahap ketiga ini akan terjadikehilangan massa yang cukup besardikarenakan pemutusan rantai hidrokarbon.Tahap keempat yaitu karbonasi lanjut dimanaarang yang terbentuk semakin banyaksedangkan tar yang dihasilkan lebih sedikit.Melalui pemahaman ini dapat diperkirakanbahwa jika bahan baku yang digunakan berupa

batu bara lignit, maka tahap ketiga baru tercapaipada kisaran temperatur 500oC-700oC,sehingga pada kisaran temperatur tersebutterjadi kehilangan massa yang cukup besar. Diatas temperatur 700oC proses aktivasi fisikatelah berlangsung sempurna dan menghasilkanstruktur karbon aktif yang lebih stabil berupastruktur C (Karbon) dalam bentuk amorf ataubisa digolongkan sebagai struktur intan (grafit),yaitu susunan atom dua karbon heksagonaldimana lapisan atom karbon tersusun secarateratur satu diatas lainnya. Struktur inimerupakan struktur yang lebih stabil dan lebihkeras. Oleh karenanya jika batu bara lignitdiaktivasi secara fisika pada temperatur di atas700oC karbon aktif yang dihasilkan tidak akanlagi mengalami kehilangan massa yang besarjika dianalisa melalui parameter bagian yanghilang.

Hasil percobaan pada tahap pertamabelum menghasilkan karbon aktif yang sesuaistandar karena belum memenuhi syarat karbonaktif yang ditetapkan SII No. 0258-79 yaitu padaparameter kadar abu dan daya jerap iod. Namundemikian aktivasi fisika pada temperatur 800oCmemberikan hasil karbon aktif terbaik dengannilai parameter kadar air, kadar abu, bagian yanghilang pada pemanasan 950oC, dan daya jerapiod berturut-turut adalah 9,13%, 20,1%, 950oC3,82%, dan 14,78%.

Untuk memperbaiki daya jerap ioddilakukan percobaan tahap kedua dengan hasilsebagaimana disajikan pada tabel berikut:

Tabel 2. Karakteristik Karbon Aktif dengan Variasi Konsentrasi Aktivator NaOH

No. Parameter (%)SII No.

0258-79*

Konsentrasi NaOH (% berat)

1 3 5

1. Kadar Air Maks 10% 4,13 9,06 8,052. Kadar Abu Maks 2,5% 20,10 18,13 16,76

3.Bagian yang Hilang Pada

Pemanasan 950Maks 15% 8,79 9,94 9,92

4. Daya Jerap Iod Min 20% 14,78 19,90 24,88

5.Rendemen(Dasar Kering)

- 15,07 15,13 15,17

6. Kenampakan Fisik -Arangberbentukgranular



*Standar Industri Indonesia untuk karbon aktif


Kadar air cenderung meningkat terhadappeningkatan konsentrasi NaOH. Pada dasarnyaproses perendaman dengan bahan pengaktifdilakukan untuk mengurangi kadar tar, sehinggasemakin pekat bahan pengaktif yang digunakanmaka tar yang ada pada bahan dan terbentukpada proses aktivasi fisika akan semakin mudahlarut sehingga mengurangi kadar tar padakarbon. Akibatnya pori-pori yang terdapat padakarbon aktif semakin terbuka dan menyebabkanluas permukaan aktif menjadi semakinbertambah. Bertambahnya luas permukaankarbon aktif tersebut akan meningkatkan sifathigroskopis, sehingga penjerapan air dari udaraoleh karbon aktif itu sendiri menjadi semakinmeningkat, akibatnya kadar air pada karbon aktiftersebut juga meningkat.

Kadar abu menunjukkan kecendrunganmenurun terhadap peningkatan konsentrasiNaOH. Konsentrasi NaOH yang semakin tinggimampu melarutkan lebih banyak abu yangawalnya memang sudah terkandung padabahan baku batu bara lignit.

Parameter bagian yang hilangmenunjukkan hal sebaliknya. Peningkatankonsentrasi NaOH justru meningkatkan nilaiparameter ini. Namun peningkatan nilaiparameter ini tidak terlalu signifikan.

Untuk parameter daya jerap iod terlihatbahwa semakin tinggi konsentrasi aktivator yangdigunakan maka semakin besar pula daya jerapterhadap iod. Gejala ini dapat dijelaskan anlogseperti gejala yang ditunjukkan pada kadar air.

Konsentrasi aktivator NaOH terbaikadalah 5% dengan kualitas karbon aktif sebagaiberikut : Kadair air 8,05%, kadar abu 16,70%,bagian yang hilang pada pemanasan 950oC9,92% dan daya jerap iod 24,88%. Namundemikian kadar abu belum memenuhi SII No.0258-79 karena masih di atas 2,5%.

Rendemen dasar kering yang dihasilkandari percobaan ini rata-rata berkisar pada nilai15,24%. Hal ini mengindikasikan pengaruhtemperatur dan konsentrasi aktivator NaOH tidaksignifikan terhadap rendemen dasar kering.

KESIMPULAN

Dari hasil percobaan yang telahdilakukan dapat disimpulkan bahwa batu baraperingkat rendah (lignit) berpotensi untukdijadikan karbon aktif. Pada penelitian ini

dihasilkan proses aktivasi fisika terbaik adalahpada temperatur 800oC dan konsentrasiaktivator NaOH terbaik adalah 5% berat danmenghasilkan karbon aktif dengan kualitaskadair air 8,05%, kadar abu 16,70%, bagian yanghilang pada pemanasan 950oC 9,92% dan dayajerap iod 24,88%. Meskipun demikian kadar abubelum memenuhi SII No. 0258-79 karena masihdi atas 2,5%.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim, 1970,” Mutu Dan Daya Uji Karbon Aktif,Standar Indutri Indoneia, No. 0258-79".Departemen Perindutrian.

Austin, T.G, Shreve’s, 1996, “Chemical ProcessIndustries, Fifth Edition, Mc. Graw-HillBook Company, New York.

Ilyas M., Lusiana R., dkk., 2006, “PengaruhAktivator Pada KarbonAktif TempurungKelapa Untuk Adsorpsi Logam Berat Pb(II)”, Jurusan Kimia UniversitasDiponegoro, Semarang.

Jankowska H, dan SwistkowskyA, 1991, “ActiveCarbon”, Edisi pertama, Ellis HordwordLimined, Warsawa.

Mc Cabe, 1993, “Operasi Teknik Kimia”, Jilid 2,Erlangga, Jakarta.

Muninghar, Nuke, 2008, “Pengaruh Perlakuan(NH

4)

2CO

3) Dan Variasi Temperatur

Pada Pembuatan Karbon Aktif DariTempurung Kelapa”, Jurusan KimiaFMIPAUGM, Yogyakarta.

Oktania S. Indriyani, 2008, “PenentuanTemperatur Optimum Pada ProsesAktivasi Pembuatan Arang Aktif dariBatu Bara Peringkat Rendah”,Samarinda: Jurusan Teknik KimiaPoliteknik Negeri Samarinda.

Pujiarti Rini, Sutapa Gentur JP., 2005, “MutuArang Aktif Dari Limbah Kayu MahoniSebagai Bahan Penjernih Air”. JurnalIlmu & Teknologi Kayu Tropis, Volume3, Nomor 2.



PENJERAPAN DETERJEN MENGGUNAKAN AMPOTERMODIFIKASI

Yuliani. HRJurussan Teknik Kimia Politeknik Negeri Ujung Pandang, Makassar

Email: [email protected]

AbstrakPembuangan limbah deterjen oleh jasa pencucian komersial secara langsung

ke lingkungan dapat menyebabkan terjadinya pencemaran air. Untuk itu perlu dilakukanusaha untuk menanggulanginya melalui pengolahan menggunakan metode adsorpsi.Salah satu bahan yang dapat digunakan sebagai sebagai alternatif adsorben adalahampo yang dimodifikasi melalui metode pilarisasi. Penelitian ini bertujuan untukmengetahui pengaruh pilarisasi ampo, yaitu variasi OH/Fe dalam penjerapan deterjendalam air dan membandingkan terhadap ampo tanpa modifikasi. Pembuatan ampoterpilar diawali dengan pencucian ampo kemudian pembuatan suspensi ampo, tahapselanjutnya pembuatan larutan pemilar pada perbandingan OH/Fe 0,5; 1; 1,5; 2 dan2,5 sambil diaduk sampai jernih kemudian didiamkan selama 24 jam. Tahap keduadilakukan pemilaran ampo, penyaringan dan pencucian serta pengeringan selanjutnyadikeringkan pada 400oC selama 4 jam. Produk ampo terpilar dan ampo tanpa pilarhasil dikalsinasi digunakan untuk menjerap deterjen dalam air. Hasil penelitianmenunjukkan pilarisasi ampo dapat meningkatkan kinerja ampo pada penjerapandeterjen dalam air. Penjerapan paling tinggi diperoleh pada Fe/ampo 2 dan OH/Fe 2dengan kapasitas maksimum adsorpsi tertinggi ampo tanpa pilar sebesar 17,24 mgMBAS/g. Ampo tanpa terpilar mempunyai kapasitas maksimum adsorpsi sebesar11,76 mg MBAS/g.

Kata kunci: ampo, pilarisasi, adsorpsi, deterjen.

PENDAHULUAN

Air merupakan komponen lingkungan hidupyang penting bagi kelangsungan hidup dankehidupan manusia, makhluk hidup lainnya danmemiliki banyak manfaat pada berbagai kegiatanmanusia. Sumber air yang digunakan untukmemenuhi kebutuhan tersebut berasal dari airtanahdan airpermukaan. Jikakandungan berbagaizat maupun mikroorganisme yang terdapat didalam air melebihi ambang batas yangdiperbolehkan, kualitas air akan terganggu,sehingga tidak bisa digunakan untuk berbagaikeperluan baik untuk air minum, mandi, mencuciatau keperluan lainya. Seiring dengan

pertumbuhan penduduk dan perkembanganperekonomian yang melaju denganpesat, kegiatandan usaha manusia banyak bermunculan diIndonesia. Salah satu kegiatan usaha yangbermunculan akibat pertumbuhan perekonomianadalah jasa pencucian pakaian komersial. Dampaklain dari banyaknya jasa pencucian pakaiankomersial adalah terjadinya pencemaran air akibatpembuangan air limbah pencucian ke badansungai. Air limbah pencucian yang dibuang olehusaha pencucian pakaian komersial mengandungdeterjen dengan konsentrasi 0,2–0,3 g/kg air(Schouten dkk., 2007).


Deterjen merupakan salah satu zatpembersih seperti halnya sabun dan air yangmemiliki sifat dapat menurunkan teganganpermukaan sehingga digunakan sebagai bahanpembersih kotoran yang menempel padabenda. Bahan baku pembuatan deterjen adalahbahan kimia sintetik, meliputi surfaktan, bahanpembentuk, bahan pengisi dan bahantambahan. Menurut struktur kimianya, molekulsurfaktan dibedakan menjadi dua yaitu rantaibercabang (alkyl benzene sulfonat atau ABS)dan rantai lurus (linier alkyl sulfonat atau LAS).ABS merupakan jenis surfaktan yang pertamakali digunakan secara luas sebagai bahanpembersih yang berasal dari minyak bumi.Jenis ini mempunyai sifat yang tidak mudahdiuraikan oleh bahan-bahan alami sepertimikroorganisme, matahari, dan air. Banyaknyapercabangan ABS ini menyebabkan kadarresidu ABS sebagai penyebab terjadinyapencemaran air. Sedangkan untuk deterjen LASmerupakan jenis surfaktan yang lebih mudahdiuraikan oleh bakteri. Meskipun hampir semuadeterjen yang beredar di pasaran menggunakansurfaktan LAS, tetapi akan menyebabkanpencemaran apabila keberadaan deterjenmelebihi batas kemampuan lingkungan untukmenguraikannya. Kadar LAS pada deterjendalam air dapat diturunkan menggunakanbeberapa metode, antara lain oksidasielektrokimia, teknologi membrane, pengendapansecara kimia, degradasi fotokatalitik, pengolahanbiologis dan adsorpsi. Menurut Schouten dkk.(2007) adsorpsi merupakan metode yang palingmudah dan murah digunakan untukmenurunkan kadar deterjen dalam airdibandingkan metode yang lain.

Adsorpsi adalah proses penyerapansolute dari fluida ke permukaan aktif padatan,fenomena ini terjadi karena terdapat gaya-gayayang tidak seimbang pada batas antarpermukaan. Pada penelitian ini adsorpsideterjen dalam air dilakukan dengan sistembatch, yaitu dengan mencelupkan sejumlahtertentu ampo terpilar ke dalam wadah yangberisi larutan deterjen yang konsentrasinyadiketahui kemudian digojok dalam shaker waterbath. Setelah terjadi kesetimbangan, konsentrasilarutan di atas adsorben diukur. Jumlah deterjenyang terjerap dihitung menggunakanPersamaan 1 berdasarkan konsentrasi deterjenyang dianalisis menggunakan metode MBAS(Schouten dkk., 2007).

(1)

Perhitungan kapasitas maksimumadsorpsi uintuk pada ampo tanpa pilar dan ampoterpilar dihitung dengan menggunakanpersamaan Langmuir dinyatakan padaPersamaan 2 (Do, 1998)

e

em

Cb

Cbqqe

1

.2)

Pada penelitian ini akan dibuat adsorbenuntuk menjerap deterjen dalam air denganmenggunakan bahan dasar ampo. Pemilihanampo sebagai bahan adsorben didasarkan ataskemampuannya dalam menjerap danketersediaannya di alam banyak serta harganyamurah. Ampo merupakan bahan galian yangmengandung lempung (tanah liat) dan kalsiumkarbonat. Ampo dapat diperoleh dengan hargayang murah di beberapa daerah di Indonesiaantara lain di Yogyakarta, Wonosobo, Tegal,Wonogoiri, dan Nusa Tenggara Barat. Salahsatu modifikasi yang dapat dilakukan untukmemperbaiki sifat ampo adalah menggunakanpilarisasi. Pilarisasi merupakan prosespenyisipan kation ke dalam antarlapis materialberlapis yang terdapat pada ampo dengan tidakmerusak struktur lapisan tersebut. Kationtersebut bertugas menggantikan kation yangberada di antara lapisan seperti Na+, K+, dan Ca+,yang umumnya tidak kuat terikat sehinggasangat mudah ditukarkan. Berbagai macamkation yang digunakan sebagai agen pemilarantara lain ion alkilamonium, kation amina bisiklisdan kation kompleks logam seperti logam kationpolihidroksi. Kation logam polihidroksi dibuatdengan mentitrasi garam logam menggunakanbasa. Pada penelitian ini dilakukan pilarisasimenggunakan cara pilarisasi pada lempung.Pemilar yang digunakan adalah kationpolihidroksi besi untuk menghasilkan pilar oksidabesi (Fe

2O

3). Proses pilarisasi ini bertujuan

untuk memberikan tiang atau pilar pada antaralapisan mineral penyusun ampo agar ampo tidakmengembang apabila berada di dalam air danmenyusut setelah dikeringkan.


Bahan yang digunakan dalam penelitianini dibedakan menjadi 2 (dua) yaitu bahan untuk


pilarisasi ampo dan adsorpsi deterjen. Padamodifikasi ampo dengan pilarisasi digunakanbahan baku ampo yang berasal dari desaKalibawang kecamatan Wadas Lintangkabupaten Wonosobo dengan kandunganmineral quartz, calcium carbonate,montmorillonite, nontronite, magneium chloridehydroxide. Berdasarkan analisis yang dilakukan,komposisi montmorillonite dalam ampo terdiridari SiO2 49,2%; Al2O3; MgO 2,13%; CaO1,95%; Na2O 0,45% dan H2O 22,7%. Bahanpemilar FeCl3.6H2O diperoleh dari toko AlfaKimia, NaOH dan aquades yang diperoleh dariLaboratorium Teknologi Pangan dan Bioproses.Pada adsorpsi deterjen digunakan deterjen yangdiperoleh dari supermarket.

Ampo dari penambangan dikecilkanukurannya dan dikeringkan kemudian dicuci.Pengecilan ukuran dimaksudkan untukmempermudah proses pencucian danmencampurkan ampo sehingga memilikikomposisi yang lebih homogen. Pencuciandilakukan dengan mendispersikan ampo kedalam aquadest kemudian diaduk menggunakanpengaduk magnet. Selanjutnya suspensi ampoyang diperoleh disaring dengan penyaringvakum. Ampo yang telah disaring kemudiandikeringkan dalam oven pada temperature 100oC

sampai diperoleh kadar air 14%. Ampo keringselanjutnya dihaluskan dan diayakmenggunankan ayakan 100 mesh. Ampo yangtelah dicuci, dikeringkan dan dihaluskandidispersikan ke dalam aquades sambil diadukselama 24 jam pada suhu kamar. Suspensi yangdihasilkan mengandung 5% berat ampo.

Pembuatan larutan pemilar diawalidengan pembuatan larutan FeCl

3.6H

2O 0,2 M

dan NaOH 0,2 M. Larutan pemilar dibuat denganmenambahkan NaOH 0,2 M ke dalam larutan.FeCl

3.6H

2O 0,2 M. Penambahan NaOH

dilakukan sedikit demi sedikit sambil diadukmenggunakan pengaduk magnet. Setelahdiperoleh larutan yang jernih, pengadukandihentikan. Pengadukan dilakukan pada suhukamar. Tahap selanjutnya adalah mendiamkanlarutan pemilar selama 24 jam.

Pilarisasi ampo dilakukan denganmenambahkan larutan pemilar ke dalamsuspense ampo sambil diaduk. Penambahanlarutan pemilar dilakukan pada berbagai variasiperbandingan Fe/ampo dan OH/Fe.Pengadukan dilakukan selama 4 jam pada suhukamar. Hasil pilarisasi dipisahkan dengan

penyaring vakum kemudian dicuci beberapa kalidengan aquades sampai bebas ion klorida.Pencucian dihentikan jika filtrate yang diujimenggunakan larutan AgNO

3tidak membentuk

endapan putih dariAgCl. Ampo terpilar yang telahdicuci kemudian dikeringkan dalam oven padatemperature 800C. Setelah diperoleh ampo hasilpilarisasi kering selanjutnya dihaluskan sampaihalus kemudian diayak dengan ukuran lolosayakan 20 mesh tertahan ayakan 30 mesh.Ampo terpilar yang telah kering kemudiandikalsinasi pada temperature 400oC selama 4jam.

Percobaan adsorpsi dilakukan dengansistem batch. Air yang mengandung deterjendengan konsentrasi sesuai variabel dimasukkanke dalam erlemeyer. Ampo terpilar seberat 0,15gram kemudian dimasukkan ke dalamerlenmeyer yang berisi larutan deterjen denganvolume 50 ml. Sampel kemudian dimasukkanke dalam automatic shaker yang telah di set padasuhu 30oC dan kecepatan pada skala 4.Penggojogan dilakukan sampai terjadikesetimbangan. Adsorpsi dilakukanmenggunakan adsorben ampo terpilar pada OH/Fe dengan berbagai variasi konsentrasi deterjen. Percobaan adsorpsi deterjen dengan berbagaivariasi konsentrasi juga dilakukan denganmenggunakan adsorben ampo tanpa pilar.


1. Pengaruh Pilarisasi pada PenjerapanDeterjen dalam air

Pengaruh pilarisasi ampo terhadappenjerapan deterjen dalam air disajikan dalamTabel 2.

Tabel1. Penjerapan deterjen dalam airmenggunakanampoterpilardantanpapilar

Kapasitas maksimum adsorpsi

Ampo terpilar 2.0,5.400 14,0805Ampo terpilar 2.1.400 15,4088Ampo terpilar 2.1,5.400 16,0595Ampo terpilar 2.2.400 17,2461Ampo terpilar 2.2,5.400 16,6219

Tabel 1 menunjukkan bahwa penjerapandeterjen dalam air yang dalam hal ini dinyatakandengan kapasitas maksimum adsorpsi


menggunakan ampo tanpa pilar lebih rendahdari pada ampo terpilar pada semua parameterpilarisasi. Ampo tanpa pilar mampu menjerapdeterjen dalam air sebanyak 11,7631 mg/g amposedangkan ampo terpilar pada semuaparameter pilarisasi berkisar antara 12,8027sampai 17,2461 mg/g ampo. Hal ini disebabkanoleh adanya sifat fisik ampo terpilar besi oksidayang lebih baik dari pada ampo ampo tanpapilar.

2. Pengaruh variasi OH/Fe terhadappenjerapan deterjen dalam air

Keberhasilan pilarisasi disampingdipengaruhi oleh parameter perbandingan Fe/ampo juga dipengaruhi oleh proses hidrolisispada pembuatan larutan pemilar. Parameteryang menggambarkan kondisi hidrolisis adalahvariasi perbandingan OH/Fe. Pengaruhperbandingan OH/Fe terhadap penjerapandeterjen dalam air disajikan pada Gambar 1.

Gambar1. PengaruhOH/Feterhadappenjerapandeterjendalamair

Gambar 1 menunjukkan bahwa terjadipeningkatan penjerapan pada perbandingan OH/Fe dari 0,5 sampai 2. Nilai penjerapan tertinggidiperoleh pada perbandingan OH/Fe 2dinyatakan dalam kapasitas maksimumadsorpsi sebesar 17,2461 mg/g. Tetapi padaperbandingan OH/Fe 2,5 penjerapan deterjendalam air mengalami penurunan. Penjerapanmenunjukkan banyaknya deterjen yang dapatdijerap oleh ampo terpilar besi oksida. Kenaikannilai persen penjerapan pada perbandingan OH/Fe 0,5 sampai 2 dipengaruhi oleh kenaikan luaspermukaan dan basal spacing pada variasitersebut. Perbandingan OH/Fe mempengaruhipH larutan, besarnya ukuran molekul pemilaryang terbentuk dan kemampuan untuk

menginterkalasi kation pada antarlapis ampo.Ukuran molekul pemilar terbentuk karenaadanya hidrolisis basa dengan garam Fe.

Pada nilai perbandingan OH/Fe antara 0,5sampai 2, semakin besar nilai perbandingan OH/Fe , maka pH larutan semakin besar dan molekulpemilar yang terbentuk semakin besar sehinggakemampuan untuk menggantikan kation yangberada pada antar lapisan semakin besar.Akibatnya pilar yang terbentuk semakin besarsehingga kemampuan untuk menjerap deterjendalam air akan semakin besar pula. Sedangkanpada perbandingan OH/Fe lebih besar dari 2,pH larutan terlalu tinggi dan struktur oligomeryang terbentuk terlalu besar sehinggakemampuan untuk menggantikan kation padaantar lapisan menjadi kecil. Akibatnya pilar yangterbentuk rendah dan luas permukaanspesifiknya rendah sehingga kemampuanmenjerap deterjen dalam air juga rendah.

KESIMPULAN

Kesimpulan yang dapat diambil daripenelitian ini adalah sebagai berikut:1. Pilarisasi ampo menggunakan pemilar besi

oksida dapat meningkatkan kinerja ampopada penjerapan deterjen dalam air.

2. Kenaikan perbandingan OH/Fe padapilarisasi dari 0,5 sampai 2 meningkatkankemampuan ampo terpilar menjerapdeterjen dalam air, sedangkan padaperbandingan OH/Fe 2,5 kemampuanmenjerap deterjen mengalami penurunan.

3. Penjerapan paling tinggi diperoleh pada Fe/ampo 2 dan OH/Fe 2 dengan kapasitasmaksimum adsorpsi tertinggi ampo tanpapilar sebesar 17,24 mg MBAS/g. Ampotanpa terpilar mempunyai kapasitasmaksimum adsorpsi sebesar 11,76 mgMBAS/g.

Daftar Notasi

A1

=Konstanta dispersi adsorben, erg x cm6

A2

=Konstanta dispersi adsorbat, erg x cm6

b =Konstanta kesetimbangan Langmuir, L/gC =konstanta BETCe =konsentrasi deterjen pada

kesetimbangan, mg MBAS/LCi =konsentrasi deterjen awal, mg MBAS/Ld =Lebar pori efektif, oA


M =Berat molekul adsorbat, g/molN =Bilangan advogadro , molekul/molN

1=Jumlah molekul adsorben per luas,

molecules/cm2

N2

=Jumlah molekul adsorbat per luas,molecules/cm2

P =tekanan uap dalam keadaankesetimbangan, mmHg

P0

=tekanan uap dalam keadaan jenuh, mmHgq

e=jumlah deterjen terjerap per massa

adsorben pada kesetimbangan, mg/gq

m=kapasitas adsorpsi maksimum pada

adsorben, mg/gV =volume larutan, LW =massa gas yang terjerap pada tekanan

relatif, gWa =massa adsorben, gW

m=massa gas yang terjerap, yang

membentuk monolayer, gWs =Berat sampel, gs =Jarak rata-rata adsorbat dan adsorben, A2/

molekuls

1=Jarak inti molekul pada energi interaksi nol

untuk sistem adsorbat-adsorben,o

As

2=Jarak inti molekul pada energi interaksi nol

untuk sistem adsorbat-adsorbat,o

A

DAFTAR PUSTAKA

Arfaoui, S., Frini-Srasra, N., and Srasra, E.,2005, Application of Clays to Treatmentof Tennary sewages, Desalination,185,419-426.

Arfaoui, S., Frini-Srasra, N., and Srasra, E.,2007, Modelling of The Adsorption ofThe Chromium Ion by Modified Clays,Desalination, 222, 474-481.

Bhattacharyya, K. G and Gupta, S. S,Adsorption of a few heavy metals onnatural and modified kaolinite andmontmorillonite: A review, Advance inColloid and Interface Sience, 140, 114– 131.

Budhiyantoro, A., Rita, H., Kartika, D., 2003,Pillarisasi Bentonit dengan Logam AldanAplikasinya dalamAdsorpsi LimbahWarna Industri Tekstil, ProsidingSeminar Nasional Teknik KimiaIndonesia, Yogyakarta.

Canizares, P., Valverde, J.L., Kou, M.R.S. andMolina, C.B., 1999, Synthesis andCharacterisation of PILCs with Single

and Mixed Oxide Pillars Prepared fromTwo Different Bentonites. AComparative Study, Microporous andMesoporous, 29, 267-281.

Do, D.D., 1998, Adsorption Analysis: Equilibriaand Kinetics, Series on ChemicalEngineering, Vol 2, Imperial College, 13– 16.

Frydman, S., Talensnick, M. Geffen, S. andShvarrzman, 2007, Landslides andResidual Strength in Marl Profiles inIsrael, Engineering Geology, 89, 36-46.

Goenadi, D.H., 1982, Dasar-dasar Kimia Tanah,Terjemahan dari Tan, K.H, Edisipertama, 93- 193, Gadjah MadaPUniversity Press, Yogyakarta.

Hutson, N.D., Hoekstra, M.J. and Yang, R.T.,1999, Control of Microporosity of Al

2O

3-

Pillared Clays: Effect of pH, CalcinationTemperature and Clay CationExchange Capacity, MicroporousMaterial 28, 447-459.

Karamis, D. and Assimakopolus, P.A., 2007,Effiensi of Alumunium-PillaredMontmorillonite on The Removal ofCesium and Copper from AqeuousSolution, Water Research, 1897-1906.

Knaebel, K.S., 2008, adsorbent Selection,Adsorption Research, Inc, Dublin,Ohio.

Mohamed, A.M.O., 2000, The role of clayminerals in marly soils on its stability,Engineering Geology, 57.

Negara, S.I., 2005, Preparasi Komposit KromOksida-Montmorillonit dan Aplikasinyauntuk sorpsi Benzena, Tesis S2 IlmuKimia, UGM, Yogyakarta.

Ouhadi, V.R. and Yong, R. N., 2003, The Role ofClay Fractions of Marly Soils on TheirPost Stabilization Failur, EngineeringGeology, 70, 365-375.

Rightor, E.G.Tsou, Pinnavaia, M., T.J.,1991, IronOxide Pillared Clay with large galleryheight: Synthesis and Properties as aFischer-Tropsch catalyst, Journal ofCatalyst, I, 130.1.

Saib, N.B., Khouli, K. and Mohammedi, O., 2007,Preparation and Characterization ofPillared Montmorilonite: Application inAdsorption of Cadmium, Desalination,217, 282-290.

Sanabria, N.,Alvarez, A., Molina, R. and Moreno,S., 2008, Synthesis of Pillared


Bentonite starting from the Al-FePolymeric Precursor in Solid state ,and its evaluation in the PhenolOxidation Reaction, Catalysis Today,133-135, 530-533.

Schouten, N., Ham, V. D. L.G.J., Euverink, G.J.and Haan, A., 2007, Selection andEvaluation of Adsorben for Removal ofAnionic Surfactans from LaundryRinsing Water, Water Research, 41,4233 – 4241.

Simpen, N.I., 2001, Preparasi dan karakterisasilempung montmorilonit teraktivasiasam terpilar TiO2, Tesis S2 IlmuKimia, UGM, Yogyakarta.

Sutanto R., 2005, Dasar-dasar IlmuTanah,Kanisius, Yogyakarta.

Sychev, M., Shubina, T., Rozwadowski, M.,Sommen, A.P.B., Beer, V.H.J.D. andSanten, R.A.V., 2000, Characterizationof Microposity of Chromia an Titania-Pillared Montmorillonite Differing inPillar Density. I Adsorption of Nitrogen,Microporous and Mesoporous Material,37,

Wijaya, K., Sugiharto, E., Mudasir, Tahir, I. danLiawati, I., 2004, Sintesis KompositOksida- Besi Montmorillonit san UjiStabilitas Strukturnya Terhadap AsamSulfat, Indonesian Journal 0fChemistry, 4, 33-42.

Yang, R.T., 2003, Adsorbents Fundamentals andApplications, John Wiley and Sons,USA.

Yoesfile, 2007, The Magic of Lempong (AMPO),www. World press.com.

Yazici, B., 1999, Electrooxidation of Linear AlkylBenzene Sulfonate (LAS) on PtElectrodes, Turkey Journal Chemistry,23, 73-81.



PENGARUH PANJANG GELOMBANG RESONANSITERHADAP KINERJA SPEKTROFOTOMETRI SERAPAN

ATOM UNTUK ANALISA KUANTITATIF LOGAM BESI

HarjantoStaf Pengajar Jurusan Teknik Kimia Polnes

Email : [email protected]

AbstrakSpektrofotometri serapan atom (SSA) adalah salah satu metode analisa

kuantitatif untuk penentuan kadar logam. Tujuan dari penelitian ini adalah untukmengetahui kinerja SSA pada setiap panjang gelombang resonansi besi. Larutanstandar besi dengan konsentrasi 0; 2; 4; 6; 8; 10; 15; 20;25; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90dan 100 ppm diukur absorbansinya dengan spektofotometer Varian Spectra-220 pada25 panjang gelombang resonansi besi. Panjang gelombang resonansi yang dapatdigunakan untuk analisa besi adalah 248,3; 252,3; 271,9; 296,7; 302,1 ; 372,0; dan386,0 nm dengan sensitivitas berturut-turut 0,0406; 0,0243; 0.0116; 0,0046; 0,0121;0,0075; dan 0,0041 serta batas deteksi berturut-turut 0,0824; 0,1792; 0,0116; 0,0028;0,0465; 0,0623;dan 0,2472 ppm. Untuk konsentrasi rendah dapat digunakan panjanggelombang 248,3; 252,3; 271,9; dan 302,1 nm, sedangkan panjang gelombang 296,7;372,0; dan 386,0 nm dapat digunakan sampai konsentrasi tinggi. Panjang gelombang259,9; 278,8; 281,3; 332,4; 334,6; 337,8; 352,1; 357,0; 363,2; 404,6 dan 438,4 nm,tidak dapat digunakan untuk analisa besi karena menghasilkan presisi yang rendah.Sedangkan panjang gelombang 344,1; 358,2; 373,7; 374,6; 382,1;382,6; dan 388,7nm sebaiknya tidak digunakan karena sensitivitasnya rendah.

Kata kunci : Absorbansi, besi, panjang gelombang resonansi, sensitivitas dan SSA

PENDAHULUAN

Analisa kuantitatif logam dengan metodespektrofotometri serapan atom (SSA) sudahbiasa dilakukan. Prinsip dasar dari metode iniadalah penyerapan atau absorpsi cahaya olehatom. Cahaya yang dipakai berada pada daerahUV-Sinar tampak sesuai selisih energi eksitasielektron dalam atom. Sesuai prinsip absorpsicahaya maka berlaku Hukum Lambert-Beeryang dirumuskan di bawah ini.

A = ε. b. c

Dimana, A adalah absorbansi yang dapat diukurdengan spektrofotometer; b adalah panjanglintasan sinar pada sampel yang besarnyakonstan spesifik sesuai spektrofotometer yang

dipakai; ε adalah absorpsivitas molar, besarnyakonstan tergantung pada jenis logam danpanjang gelombang yang diserap; dan c adalahkonsentrasi logam yang menyerap.

c

A A

c

Gambar 1. Grafik Hukum Lambert–Beer danPenyimpangan Hukum Lambert–Beer

(a) (b)


Dengan membuat kurva kalibrasi, yaitukurva antara absorbansi (A ) melawankonsentrasi (c) seperti pada Gambar 1.(a), makaakan didapat garis lurus (linier) dengan ε. bsebagai slope nya. Hukum Lambert-Beer akanmengalami penyimpangan pada konsentrasiyang tinggi seperti ditunjukan pada Gambar1.(b), dimana kurva akan membelok padakonsentrasi tertentu sehingga tidak linier lagi.Konsentrasi dimana kurva mulai tidak linierdisebut batas linieritas.

Hasil pengukuran konsentrasi diatas bataslinieritas kurang akurat dan biasanya tidak dapatditerima. (D.L.Skoog, 1995). Batas linieritasmerupakan salah satu parameter kinerja metodeanalisa SSA dan analisa instrumen padaumumnya.

Selain batas linieritas, parameter kinerjayang lain adalah presisi, sensitivitas dan batasdeteksi (limit of detection, LOD). Presisi adalahukuran yang menunjukkan derajat kesamaanantara hasil analisa dari pengambilan sampelyang dilakukan berulang kali pada metode yangsama. Presisi diukur sebagai simpangan baku(SD) dan simpangan baku relatif (RSD) yangmerupakan besaran statistik umum. Kriteriapenerimaan presisi jika metode memberikansimpangan baku relatif (RSD) < 10 %.

Sensitivitas (m) suatu metode ujimerupakan ukuran kualitas metode yangmenggambarkan kemampuan metode ini untukmendeteksi adanya perbedaan konsentrasisampel yang berbeda. Nilai sensitivitas dilihatdari besarnya kemiringan (slope) kurva kalibrasiyang diperoleh dari persamaan regresi linieryang dengan mudah dapat diperoleh denganaplikasi MS Excell. Batas linieritas juga dapatditentukan dengan melihat koefisien korelasi (R2)pada regresi linier harus lebih besar dari 0,99pada konsentrasi yang bersangkutan.

Batas deteksi (LOD), yaitu konsentrasiminimum yang dapat diukur dengan presisi yangdapat diterima, dihitung dengan rumus :

LOD =

dimana adalah absorbansi rerata blanko, SD0

adalah standar deviasi blanko dan m adalahsensitivitas.

Banyak faktor operasi yang mempengaruhikinerja metode spektrofotometri serapan atom

antara lain : jenis dan laju alir bahan bakaratomizer nyala api; waktu per pengukuran danwaktu tunda 5 s; lebar celah keluaranmonokromator; serta sumber cahaya lampukatoda berlubang dan panjang gelombangresonansi yang dipilih.

Panjang gelombang resonansi atombesi yang biasa digunakan adalah 248,3; 372,0;dan 386,0 nm sesuai yang direkomendasikanpembuat alatnya. Pada percobaan pendahuluanditemukan 25 panjang gelombang yangdihasilkan lampu katoda berlobang besi denganintensitas yang relative besar. Duapuluh limapanjang gelombang itu adalah 248,3; 252,3;259,9; 271,9; 278,8; 281,3; 296,7; 302,1; 332,4;334,6; 337,8; 344,1; 352,1; 357,0; 358,2; 363,2;372,0; 373,7; 374,6; 382,1; 382,6; 386,0; 388,7;404,6 dan 438,4 nm. Apakah semua panjanggelombang tersebut dapat dipakai untuk analisakuantitatif?


Untuk mendapatkan nilai parameter kinerjaSSA pada analisa besi maka dibuat larutanstandar besi dengan konsentrasi 0; 2; 4; 6; 8;10; 15; 20;25; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90 dan 100ppm dengan cara mengencerkan larutan standar1000 ppm. Larutan 1000 ppm dibuat denganmenimbang logam besi murni, yang telah dicucidengan HCl encer dan dicuci dengan akuades,sebanyak 1,000 gram dan dilarutkan tepatdengan1000 ml akuades.

Masing-masing larutan standar tersebutdiukur absorbansinya dengan 5 kali pengulanganmenggunakan spektrofotometer serapan atomVarian seri Spectra AA-220 pada 25 panjanggelombang yang berbeda berturut-turut 248,3;252,3; 259,9; 271,9; 278,8; 281,3; 296,7; 302,1;332,4; 334,6; 337,8; 344,1; 352,1; 357,0; 358,2;363,2; 372,0; 373,7; 374,6; 382,1; 382,6; 386,0;388,7; 404,6 dan 438,4 nm. Selain panjanggelombang yang divariasi tersebut kondisioperasi spektrofotometer lainya dibuat tetapyaitu: atomizer nyala api memakai bahan bakarudara-asetilen dengan kecepatan alir udara 11ml /menit dan asetilen 2 ml /menit; waktu perpengukuran 3 s dan waktu tunda 5 s; sumbercahaya lampu katoda berlubang Fe; lebar celahkeluaran monokromator 0,5 nm.

Absorbansi hasil pengukuran di atasditabulasi tiap panjang gelombang dengan


Konsentrasi

(ppm)

Panjang Gelombang

248,3 259,9 281,3 372,0

Mean RSD Mean RSD Mean RSD Mean RSD

0 0,0025 11,3137 0,0007 147,5726 0,0006 155,9819 0,0001 122,4745

2 0,0976 0,5860 0,0003 138,8908 0,0003 84,9837 0,0166 1,7314

4 0,1534 0,8030 0,0005 126,0076 0,0003 76,6965 0,0267 0,2048

6 0,2481 0,6656 0,0000 #DIV/0! 0,0004 103,0776 0,0437 0,5367

8 0,3527 1,3262 0,0016 35,0681 0,0005 159,3738 0,0651 0,9111

10 0,4371 1,0752 0,0010 46,4135 0,0012 54,3267 0,0849 0,5227

15 0,5935 0,8977 0,0015 63,9962 0,0008 54,1277 0,1246 0,6230

20 0,6470 0,8245 0,0010 75,8946 0,0016 55,1484 0,1412 1,3914

25 0,7357 0,2317 0,0015 29,9324 0,0021 26,4204 0,1736 0,8862

30 0,8116 0,3171 0,0024 65,4180 0,0022 23,8366 0,2090 0,9232

40 0,9336 0,2729 0,0037 18,8658 0,0033 25,1465 0,3137 0,9370

50 0,9817 0,2088 0,0048 14,2536 0,0046 8,0116 0,4004 0,8317

60 1,0034 0,3033 0,0049 14,7342 0,0047 22,1902 0,4566 0,5087

70 1,0260 0,1529 0,0054 10,9557 0,0058 9,9745 0,5310 0,8670

80 1,0440 0,1705 0,0056 13,7743 0,0064 11,3365 0,6041 0,6825

90 1,0594 0,2153 0,0068 10,5729 0,0077 8,4665 0,6732 0,4086

100 1,0736 0,1251 0,0059 6,3418 0,0086 12,8258 0,7487 0,5119

Dari Tabel 1. Rerata dan RSD absorbansiuntuk beberapa panjang gelombang, diperoleh11 panjang gelombang yang presisinya sangatrendah yang ditunjukkan dengan RSD sangatbesar (> 10%). Seperti yang ditunjukkan padatable 1, pada panjang gelombang 259,9 dan281,3 nm. Hal ini ditegaskan dengan kurva

kalibrasi pada Gambar 2. menunjukkan gariskecenderungan data asli absorbansi larutanstandar pada panjang gelombang 259,9 nm.Data dari 11 panjang gelombang tersebut, yaitu:259,9; 278,8; 281,3; 332,4; 334,6; 337,8; 352,1;357,0; 363,2; 404,6 dan 438,4 nm, tidak dapatdigunakan untuk analisa.

aplikasi MS Excell untuk dihitung rerata,simpangan baku dan RSD tiap pengulanganpengukuran sebagai parameter presisi.Selanjutnya dari tabel dibuat kurva regresi linieruntuk mendapatkan sensitivitas. Batas linieritasdidapatkan dengan mengukur koefisien korelasiR2 untuk konsentrasi disekitar kurva mulaiberbelok. Sedangkan batas deteksi LOD dapatdihitung setelah harga presisi dan sensitivitas

diketahui.


Rerata, simpangan baku dan RSD dariabsorbansi hasil pengukuran larutan standarpada 25 panjang gelombang yang berbedadihitung dan sebagian hasil perhitungan tersebutditampilkan pada Tabel 1. Berikut ini :

Tabel 1. Rerata dan RSD Absorbansi Untuk Beberapa Panjang Gelombang


Sedangkan 14 panjang gelombang yanglain, yaitu 248,3; 252,3; 271,9; 296,7; 302,1;344,1; 358,2; 372,0; 373,7; 374,6; 382,1;382,6;386,0 dan 388,7 nm, memiliki presisi yang tinggidengan RSD yang dapat diterima. Sebagaicontoh dapat dilihat pada panjang gelombang248,3 dan 372,0 nm pada Tabel 1. Kurva kalibrasigabungan 14 panjang gelombang tersebutditunjukkan pada Gambar 3., yang menunjukanperbandingan secara umum sensitivitas dankelinierannya.

Untuk mendapatkan sensitivitas padamasing-masing panjang gelombang dibuatregresi linier pada setiap kurva kalibrasinya.Sebagai contoh dapat dilihat pada gambar 4,

untuk panjang gelombang 271,9nm., didapat nilaisensitivitas dan koefisien korelasinya. Hasilperhitungan sensitivitas, batas deteksi danlinieritas ditabulasi pada Tabel 2. Dari tabeltersebut terlihat bahwa sensitivitas tertinggididapat pada panjang gelombang 248,3 nmtetapi batas liniernya hanya 15 ppm. Hasil inikonsisten dengan penelitian terdahulu karenapanjang gelombang inilah yang selama inidigunakan secara luas karena sensitivitasnyatinggi. Tetapi dari hasil batas liniernya yanghanya 15 ppm perlu diingat bahwa diatas 15ppm sensitivitasnya akan menurun sesuaiberbeloknya kurva kalibrasi.

Tabel 2 Hasil Pembacaan Parameter Metode Analisa Pada Setiap Panjang Gelombang Fe

Panjang Sensitivitas Batas Deteksi LinieritasGelombang (ppm)

Batas Linier R2

(nm)

248,3 0.0406 0.0824 0 - 15 ppm 0.9924252,3 0.0243 0.1792 0 - 15 ppm 0.9956271,9 0.0116 0.0116 0 - 30 ppm 0.9965296,7 0.0046 0.0028 0 - 100 pm 0.9952302,1 0.0121 0.0465 0 - 15 ppm 0.9967344,1 0.0029 0.5977 0 - 100 ppm 0.9971358,2 0.0007 1.1075 0 - 100 ppm 0.9957372,0 0.0075 0.0623 0 - 100 ppm 0.9983373,7 0.0039 0.3372 0 - 100 ppm 0.9963374.6 0.0019 1.0657 0 - 100 ppm 0.9964382,1 0.0004 2.3762 0 - 100 ppm 0.9959382,6 0.0004 5,6539 0 - 100 ppm 0,9948386,0 0.0041 0.2472 0 - 100 ppm 0.9970388,7 0.0014 0.1449 0 - 100 ppm 0.9969

Gambar 2. Kurva Kalibrasi pada Panjang Gelombang 259.9nm


Gambar 3. Kurva Kalibrasi Gabungan Seluruh Panjang Gelombang

Pada gambar 3. kurva kalibrasi gabunganseluruh panjang gelombang menunjukanperbandingan secara umum sensitivitas dankelinierannya yang menunjukkan bahwa panjangpanjang gelombang tersebut dapat digunakanuntuk analisa kuantitatif logam Fe karena param-eter presisi nilai simpangan baku relative (RSD)

pada setiap panjang gelombang memiliki tingkatpresisi yang tinggi, dimana berada pada nilai pa-rameter metode analisa yang telah ditetapkan yaituRSD < 10%. Sedangkan pada panjang gelombang248,3 nm memiliki sensivitas yang baik dan untukbatas deteksi terendah adalah 0,0028 ppmditunjukkan pada panjang gelombang 296,7 nm.

Panjang gelombang yang selama inidianjurkan oleh pembuat alat adalah 248,3;372,0; dan 386,0 nm mempunyai sensitivitasberturut-turut 0,0406; 0,0075 dan 0,0041.Sedangkan batas deteksinya berturut-turut0,0824; 0,0623 dan 0,2472 ppm. Sensitivitasterendah dari ketiga panjang gelombang tersebutadalah 0,0041 untuk 386,0 nm. Jadi panjanggelombang 252,3; 271,9; 296,7; dan 302,1 nmyang mempunyai sensitivitas lebih tinggi dari

0,0041 layak untuk digunakan, sedangkanpanjang gelombang 344,1; 358,2; 373,7; 374,6;382,1;382,6; dan 388,7 nm sebaiknya tidakdigunakan.

Dengan melihat batas liniernya panjanggelombang 248,3; 252,3; 271,9; dan 302,1 nmhanya dapat digunakan untuk konsentrasirendah, sedangkan panjang gelombang 296,7;372,0; dan 386,0 nm dapat digunakan sampaikonsentrasi tinggi.


Pada gambar 4. kurva kalibrasi padapanjang gelombang 271,9 nm menunjukkan nilaisensitivitas dan koefisien korelasinya. Dari hasilperhitungan sensitivitas, batas deteksi danlinieritas diperoleh sensitivitas tertinggi padapanjang gelombang 248,3 nm dengan bataslinier 15 ppm, dan diatas 15 ppm sensitivitasakan menurun sesuai berbeloknya kurvakalibrasi.

KESIMPULAN

Panjang gelombang resonansi yang dapatdigunakan untuk analisa besi adalah 248,3;252,3; 271,9; 296,7; 302,1 ; 372,0; dan 386,0nm dengan sensitivitas berturut-turut 0,0406;0,0243; 0.0116; 0,0046; 0,0121; 0,0075;dan0,0041 serta batas deteksi berturut-turut 0,08240,1792; 0,0116; 0,0028; 0,0465; 0,0623; dan0,2472 ppm. Untuk konsentrasi rendah dapatdigunakan panjang gelombang 248,3; 252,3;271,9; dan 302,1 nm, sedangkan panjanggelombang 296,7; 372,0; dan 386,0 nm dapatdigunakan sampai konsentrasi tinggi.

Panjang gelombang 259,9; 278,8; 281,3;332,4; 334,6; 337,8; 352,1; 357,0; 363,2; 404,6dan 438,4 nm, tidak dapat digunakan untukanalisa besi karena menghasilkan presisi yangrendah. Sedangkan panjang gelombang 344,1;358,2; 373,7; 374,6; 382,1;382,6; dan 388,7 nmsebaiknya tidak digunakan karenasensitivitasnya rendah.

DAFTAR PUSTAKA

Azis, V., 2007, “Analisis Kandungan Sn, Zn danPb dalam Susu Kental Manis KemasanKaleng Secara SpektrofotometriSerapan Atom”, Skripsi, Jurusan IlmuKimia, Fakultas Ilmu Kimia dan IlmuPengetahuan Alam, Universitas IslamIndonesia, Jogjakarta.

Putri, A.M., 2009, “Besi”, Laporan Praktikum,Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik,Universitas Lambung Mangkurat,Banjarbaru.

Samin, 2006, “Jaminan Mutu Metode F-AASdan UV-VIS Untuk Penentuan Unsur-Unsur dalam Air Tangki Reaktor”,Seminar Keselamatan Nuklir, PusatTeknologi Akselerator dan ProsesBahan, Yogyakarta.

Setiawan, I dan Murni Handayani, 2005,“Metode-Metode Analisis danPemilihannya dalam AnalisisAnorganik Material dan Metal”,Seminar Material Metalurgi, PusatPenelitian Metalurgi, Lembaga IlmuPengetahuan Indonesia, Serpong.

Skoog, D.A & James A. Leary, 1992, “Principlesof Instrumental Analysis”, FourthEdition, Saunders College Publishing,UK.

Sunardi dan C. Supriyanto, 2008, “UjiPerbandingan Metode AANC dan AASuntuk Analisis Cu, Cd, Cr dan Pb Pada

Gambar 4. Kurva Kalibrasi Pada Panjang Gelombang 271,9 nm


Sedimen Sungai Code (Indonesia)”,Centre of Accelerator Technology andMaterial Process, National NuclearEnergyAgency, Yogyakarta.

Supriyanto, C, Samin, dan Zainul Kamal, 2007,“Analisis Cemaran Logam Berat Pb,Cu dan Cd pada Ikan Air Tawar denganMetode Spektrofotometri SerapanAtom (SSA)”, Semindar Nasional III,Pusat Teknologi Akselerator danProses Bahan, Yogyakarta.

Syamsiah, 2008, “Pemanfaatan Limbah Aluminadan Sandblasting PT. Pertamina UP IVCilacap Sebagai Bahan PembuatanWall Panel”, Tugas Akhir, JurusanTeknik Lingkungan, Fakultas Teknik Sipildan Perencanaan, Universitas IslamIndonesia, Yogyakarta.

Underwood & R.A Day, 1986, “Analisis KimiaKuantitatif”, Erlangga, Jakarta.

Vogel, 1990, “Buku Teks Analisis AnorganikKualitatif Makro dan Semimikro”, PT.Kalman Media Pustaka, Jakarta.

Documents

MP Des 2010 - karyailmiah.polnes.ac.id Jurnal/MP Des 2010.pdf · pompa-pompa sirkulasi minyak, udara an air. Cara ini disebut pendingin paksa (Forced). METODOLOGI batasan suhu transformator,