PENGARUH PENAMBAHAN ASAM SULFAT (H2SO4) PADA BENTONIT UNTUK PENURUNAN NILAI TAHANAN PENTANAHAN

(1)

ABSTRACT

THE EFFECT OF ADDING SULFURIC ACID ON BENTONIT (H2SO4) FOR DECREASING THE VALUE OF GROUNDING RESISTANCE

by

JEFRIANTO SIMAMORA

Grounding system is one of the important part which must be considered to ensure the safety and reliability of electric operating system. When the disruption happened in electric power system, Grounding system can divert the uncontrolled current from disruption quickly into the ground and spread it everywhere. The resistance of good grounding which according the regulation, must not be more than 5 Ω (PUIL 2000).

The condition of ground that will be planted with grounding system, sometimes does not fit the expectation. To solve this problem, we need to fix the resistance's value by adding addictive substance that is bentonit in ground. Grounding is tested on the type of clay and fields. Bentonit that is used by us, has been activated with sulfuric acid (H2SO4) 0,8M, 1M, dan 1,2M. Earthing resistance values measured

using earth resistance tester for 14 days in row.

The result of testing in clay without bentonit, we got the average value of concentration for activating bentonit is 1.2 M.

(2)

ABSTRAK

PENGARUH PENAMBAHAN ASAM SULFAT (H2SO4) PADA BENTONIT UNTUK PENURUNAN NILAI TAHANAN PENTANAHAN

Oleh

Sistem pentanahan merupakan salah satu bagian penting yang harus diperhatikan untuk menjamin keamanan dan keandalan operasi sistem tenaga listrik. Pada saat terjadi gangguan di sistem tenaga listrik, dengan adanya sistem pentanahan menyebabkan arus gangguan dapat dengan cepat dialirkan kedalam tanah dan disebarkan kesegala arah. Tahanan pentanahan yang baik sesuai dengan standar yang berlaku tidak boleh lebih dari 5 Ω (PUIL 2000).

Keadaan tanah yang akan ditanam dengan sistem pentanahannya sering kali tidak sesuai dengan yang diharapkan.Untuk mengatasi hal tersebut, salah satu cara yang dapat memperbaiki nilai tahanan pentanahan adalah dengan mengunakan zat adiktif berupa bentonit pada tanah pentanahan. Bentonit diuji pada jenis tanah lempung dan ladang. Bentonit yang digunakan adalah bentonit yang telah diaktivasi dengan asam sulfat (H2SO4) 0,8M, 1M, dan 1,2M. Nilai tahanan pentanahan diukur

mengunakan earth resistace tester selama 14 hari berturut-turut.

Hasil pengujian pada tanah lempung tanpa bentonit didapatkan rata-rata nilai tanahan penatanahannya sebesar 329,89 Ω, dengan bentonit tanpa aktivasi 122,54

Ω, Bentonit teraktivasi 0,8M sebesar 101,64 _Ω, bentonit teraktivasi 1M sebesar 96,71 Ω dan bentonit teraktivasi 1,2M sebesar 85,5 Ω. Sedangkan pada tanah ladang tanpa bentonit didapatkan 124,89 Ω, dengan bentonit tanpa aktivasi 70,24

Ω, bentonit teraktivasi 0,8 M sebesar 37,96 _Ω, bentonit teraktivasi 1M sebesar 28,07 Ω dan bentonit teraktivasi 1,2M sebesar 85,5 Ω. Dari hasil penelitian dapat disimpulkan konsentrasi terbaik untuk aktivasi bentonit adalah 1,2 Mol.

(3)

PENGARUH PENAMBAHAN ASAM SULFAT (H2SO4) PADA BENTONIT UNTUK PENURUNAN NILAI TAHANAN PENTANAHAN

Oleh:

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar SARJANA TEKNIK

Pada

Jurusan Teknik Elektro

Fakultas Teknik Universitas Lampung

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG

(4)

(5)

(6)

(7)

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Pura Mekar Lampung Barat pada Tanggal 21 Februari 1992, anak kedua dari lima bersaudara dari Bapak T.Simamora dan Ibu Rita Purba.

Pendidikan formal penulis dimulai dari SDN Cipta Waras 1998 – 2004, SLTPN 1 Gedung Surian pada tahun 2004 – 2007, dan SMAN 2 Sumber Jaya pada tahun 2007 – 2010.

Penulis diterima sebagai mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung pada tahun 2010 melalui jalur SNMPTN. Selama menjadi mahasiswa penulis aktif di organisasi Himpunan Mahasiswa Elektro pada tahun 2011 – 2013. Di Himpunan Mahasiswa Teknik Elektro penulis menjadi bagian dari Departemen Kerohanian dan Dan selain itu juga penulis aktif di UKM Penelitian Unila pada periode 2012-2013.

Penulis melaksanakan kerja praktek di PT.PLN (Persero) PLTP Ulubelu Tanggamus. Pada kesempatan Kerja Praktek Di PLTP Ulubelu, penulis mengambil judul kerja praktek yaitu :

(8)

Dengan penuh rasa hormat, kasih sayang dan cinta yang tulus

kupersembahkan karya kecilku ini untuk orang tuaku terkasih

Bapak dan mama

T. Simamora

&

Rita Purba

Terimakasih atas sayang, cinta, doa dan

pengorbanan yang selalu ada untukku.

Terima kasih karna sudah menjadi bapak dan

mama yang terhebat untukku

Hormatilah ayahmu dan ibumu, ini adalah suatu

perintah yang penting, seperti yang nyata dari janji ini:

(9)

MOTTO

"Mintalah, maka akan diberikan kepadamu; carilah,

maka kamu akan mendapat; ketoklah, maka pintu akan

dibukakan bagimu. Karena setiap orang yang meminta,

menerima dan setiap orang yang mencari, mendapat dan

setiap orang yang mengetok, baginya pintu dibukakan.

(Matius 7 :7-8)

Lakukan apapun yang kamu sukai, jadilah

konsisten, dan sukses akan datang dengan

sendirinya

Jangan tunda sampai esok apa yang bisa engkau

(10)

i

SANWACANA

Puji syukur penulis panjatkan kepada TUHAN YANG MAHA ESA yang telah memberikan berkat dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul “Pengaruh Penambahan Asam Sulfat (H2SO4) Pada

Bentonit Untuk Penurunan Nilai Tahanan Pentanahan” sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Universitas Lampung.

Penulis menyadari bahwa tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak sangatlah sulit bagi penulis untuk menyelesaikan tugas akhir ini. Melalui kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya dan penghargaan yang setinggi tingginya atas bimbingannya selama ini kepada:

1. Bapak Dr. Eng.Yul Martin, S.T., M.T. Selaku Pembimbing Utama Tugas Akhir, yang telah bersabar memberikan arahan, saran serta kritik yang membangun dalam pelaksanaan serta penyusunan laporan Tugas Akhir ini. “ Terimakasih banyak pak atas bimbingan, saran, motivasi, dan kritik dalam proses penyelesaian kripsi saya ini, semoga Tuhan selalu menyertai Bapak

dan keluarga”

2. Bapak Herri Gusmedi, S.T., M.T. Selaku Pembimbing Pendamping,

“ Terimakasih banyak pak atas bimbingan, saran, motivasi, dan kritik dalam proses penyelesaian kripsi saya ini, semoga Tuhan selalu menyertai Bapak

(11)

ii

3. Bapak Osea Zebua, S.T.,M.T.Selaku Penguji Utama pada Tugas Akhir ini, “Terimakasih banyak pak untuk masukan dan saran-saran pada sminar proposal, seminar hasil dan ujian komprehensif. Sungguh masukan yang

sangat baik, Tuhan memberkati kita semua”.

Dalam kesempatan ini penulis juga mengucapkan terima kasih kepada:

4. Bapak dan Mama tercinta yang senantiasa memberikan doa, dukungan, cinta dan kasih sayang yang tak terhingga. “Terimakasih banyak Pa Ma”.

5. Abang ku (Jhon Simamora , K’Vero dan Cahaya) “Semoga kesuksesan dan kesehatan bersama kita semua bang”.

6. Adik Adikku, (Liston, Yulianti dan andesta) “Ayo kejar cita-cita mu”.

7. Elsha Simatupang Terimakasih atas kebersamaan, dukungan, semangat dan segala bantuannya pada penelitian ini.

8. Bapak Prof. Suharno, M.Sc., Ph.D, selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Lampung

9. Bapak Dr. Ing. Ardian Ulvan, S.T., M.Sc selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung sekaligus Dosen Pembimbing Akademik. 10. Seluruh Dosen Teknik Elektro Universitas Lampung yang telah memberikan

motivasi dan ilmu-ilmunya

11. Seluruh staff administrasi Jurusan Teknik Elektro.

12. Teman setim (Ayu, Devi, Joelisca, Rahmat, Reza) yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

(12)

iii

14. Terimakasih untuk sahabat-sahabat Himatro , sahabat-sahabat kepengurusan Himatro 2011/2012 dan 2012/2013 atas pengalaman dan kebersamaanya. 15. Terimakasih untuk kebersamaan selama ini, kekeluargaan yang tidak ada

putusnya, dan kekompakan yang tidak akan ada hentinya, teman – teman satu kaderisasi Angkatan 2010 Teknik Elektro Universitas Lampung Ab, Anwar, afrizal, aji, ayu, bagus, budi, derri, dian, fendi, jaya, jerry, kiki, lukman, imam, maulana, melzi, neas, novia, rahmad, seto, haki, dani, andri, viktor, rendi, khoirul, ayu, muth, mahendra, yusuf, harry cuy, irvika, radi, renold dan yang tidak tersebut , yang pasti akan sangat dirindukan kebersamaanya. 16. Menanga siamang crew (Hanif, Putra, Yunike, Ulin, Deka, Aini, Nova,

Yunita dan Juni)” Terimakasih atas kebersaannya.

17. Kost-an “Bali Dwipa” : B’Aryo, Rudi, Ari, Ersa, Memei, Tia, Kadek, Ipo, Komang, Tyas, Sayu, Yaya, Atun, Tari . Perjuangan telah terjadi disana, bukan hasil yang terutama tetapi proseslah yang terpenting. ☺

18. Seluruh teman-teman di Teknik Elektro yang belum tertulis dan telah membantu hingga penulisan skripsi ini selesai.

Bandar Lampung, 15 Desember 2015

(13)

iv

2.5 Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Tahanan Jenis Tanah ... 11

2.6 Pengukuran Pentanahan Metode Tiga Titik ... 13

(14)

v

4.3 Pengambilan data pengukuran ... 38

4.3.1 Pengukuran nilai tahanan pentanahan ... 38

4.3.2 Data pengukuran tanah lempung ... 39

4.3.3 Data pengukuran tanah ladang ... 48

4.4 Perbandingan tahanan pentanahan tanah lempung dan tanah ladang 58 4.5Persentase perubahan tahanan pentanahan... 63

4.6Perbaikan nilai tahanan pentanahan menurut variasi konsentrasi H2SO4 ... 67

4.7Pengaruh Waktu Terhadap Penurunan Nilai Tahanan Pentanahan... 68

V.KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 72

5.2 Saran ... 73 DAFTAR PUSTAKA

(15)

vi

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

2.1 Grafik pengaruh tahanan jenis ... 12

2.2 Rangakaian pengukuran tahanan pentanahan dengan metode tiga titik.. 14

2.3 Bentonit ... 15

3.1 Proses aktivasi bentonit ... 27

3.2 Variasi pengujian bentonit ... 29

3.3 Skematik pengukuran tanpa zat adiktif ... 32

3.4 Skematik pengukuran dengan bentonit tanpa aktivasi ... 32

3.5 Skematik pengukuran dengan bentonit teraktivasi 0.8 M ... 32

3.6 Skematik pengukuran dengan bentonit teraktivasi 1 M ... 33

3.7 Skematik pengukuran dengan bentonit teraktivasi 1,2 M ... 33

3.8 Diagram alir penelitian ... 35

4.1 Pengukuran tahanan pentanahan ... 38

4.2 Grafik pengukuran bentonit teraktivasi 0,8 M ... 40

4.3 Grafik pengukuran bentonit teraktivasi 1 M ... 43

4.6 Grafik pengukuran bentonit teraktivasi 1 M ... 52

4.8 Grafik perbandingan nilai tanahan pentanahan pada tanah lempung dan ladang ... 59

4.9 Grafik perbandingan nilai rata-rata tahanan pentanahan pada tanah lempung dan ladang ... 61

4.10 Grafik persentase perbandingan perubahan nilai tahanan pentanahan ... 63

4.11 Grafik persentase perbandingan perubahan nilai tahanan pentanahan ... 65

(16)

vii

Tabel 4. Rata-rata nilai pentanahan variasi lubang pentanahan teraktivasi

H2SO4 0.8 M ... 41

Tabel 5. Nilai pentanahan dengan variasi H2SO4 1 Mol. ... 42

Tabel 6. rata-rata nilai pentanahan variasi lubang pentanahan teraktivasi

H2SO4 1 M ... 43

Tabel 7. Nilai pentanahan dengan variasi H2SO4 1,2 Mol ... 44

Tabel 8. Rata-rata nilai pentanahan variasi lubang pentanahan teraktivasi 46 H2SO4 1.2 M ...

Tabel 9. Nilai pentanahan dengan variasi H2SO4 0.8 Mol. ... 48

H2SO4 0.8 M ... 50

Tabel 11. Nilai pentanahan dengan variasi H2SO4 1 Mol. ... 51

Tabel 12. Rata-rata nilai pentanahan variasi lubang pentanahan teraktivasi H2SO4 1 M ... 52

Tabel 13. Nilai pentanahan dengan variasi H2SO4 1,2 Mol. ... 54

H2SO4 0.8 M ... 55

Tabel 15. Perbandingan nilai tahanan tanah lempung dan tanah ladang .... 58 Tabel 16. Perbandingan rata-rata tanah lempung dan ladang ... 60 Tabel 17. Persentase perubahan nilai tahanan pentanahan pada tanah

lempung ... 62 Tabel 18. Persentase perubahan nilai tahanan pentanahan pada tanah

(17)

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Sistem pentanahan merupakan salah satu bagian penting yang harus diperhatikan untuk menjamin keamanan dan keandalan operasi sistem tenaga listrik. Sistem pentanahan mempunyai pengaruh dalam kelancaran dan keamanan dari sistem tenaga listrik, terutama pada saat terjadi gangguan yang berhubungan dengan tanah. Dengan adanya pentanahan yang baik dan efektif, diharapkan kerugian yang mungkin timbul oleh gangguan-gangguan dapat dikurangi bahkan dihindari. Pada saat terjadi gangguan di sistem tenaga listrik, dengan adanya sistem pentanahan menyebabkan arus gangguan dapat dengan cepat teralirkan kedalam tanah dan disebarkan kesegala arah.[1]

(18)

2

temperatur tanah dan kelembaban tanah. Salah satu faktor yang akan dibahas dalam penelitian ini adalah faktor kelembaban tanah. Pengaruh kelembaban tanah terhadap nilai tahanan pentanahan adalah semakin besar kelembaban tanah maka nilai tahanan pentanahan akan semakin kecil. Kelembaban tanah dapat dibuat dan dijaga dengan pemberian zat adiktif yang bersifat menyerap/adsorbsi terhadap cairan dan gas. Zat adiktif tersebut dapat berupa gipsum, serbuk arang, garam, zeolit, dan bentonit.[3]

Pada penelitian ini zat adiktif yang digunakan untuk menurunkan tahanan pentanahan adalah bentonit. Bentonit merupakan suatu zat adiktif yang mampu menyerap air dan menahannya dalam waktu yang lama.[4] Namun kemampuan bentonit dalam menyerap air masih rendah sehingga bentonit harus diaktivasi dengan asam sulfat (H2SO4) untuk meningkatkan daya serap

air.[5] Perlakuan ini bertujuan untuk memperbesar ukuran ruang antar lapis pada bentonit sehingga daya serap air nya lebih meningkat sehingga diharapkan dapat membuat tanah menjadi semakin lembab. Bentonit yang telah teraktivasi digunakan sebagai bahan untuk menimbun lubang pentanahannya, dan akan diuji pada tanah lempung dan tanah ladang. Nilai tahanan pentanahan tersebut akan didapat melalui hasil pengukuran menggunakan alat pengukuran earth tester dengan metode 3 titik.

(19)

3

1.2 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Mengukur dan menganalisa pengaruh penambahan bentonit teraktivasi terhadap penurunan nilai tahanan pentanahan pada tanah lempung dan tanah ladang.

2. Menganalisa perubahan nilai tahanan pentanahan yang diberi zat adiktif bentonit yang telah diaktivasi dengan variasi konsentrasi H2SO4.

3. Membandingkan tahanan pentanahan tanpa penambahan zat adiktif, penambahan bentonit dan penambahan bentonit teraktivasi.

1.3 Manfaat Penelitian

Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Dengan menggunakan bentonit yang telah teraktivasi dapat menurunkan resistansi kurang dari 5 _Ω tanpa menanam batang elektroda yang dalam. 2. Dapat mengetahui perbandingan tahanan pentanahan tanpa penambahan

zat adiktif, penambahan bentonit dan penambahan bentonit teraktivasi kontak asam.

3. Dapat mengetahui perubahan nilai tahanan pentanahan yang diberi bentonit teraktivasi dengan variasi konsentrasi H2SO4 pada tanah

lempung dan tanah ladang.

(20)

4

1.4 Rumusan Masalah

Rumusan masalah pada tugas akhir ini antara lain:

1. Bagaimana mengetahui dan menganalisa pengaruh penambahan bentonit teraktivasi kontak asam terhadap penurunan nilai tahanan pentanahan pada tanah lempung dan tanah ladang?

2. Bagaimana perbandingan tahanan pentanahan tanpa penambahan zat adiktif, penambahan bentonit dan penambahan bentonit teraktivasi dengan variasi konsentrasi H2SO4?

1.5 Pembatasan Masalah

Untuk membatasi pokok persoalan agar tidak meluas maka diperlukan batasan masalah antara lain :

1. Penelitian ini dilakukan pada tanah lempung dan ladang dengan diameter lubang pentanahan 10cm.

2. Pengukuran di lapangan menggunakan elektroda batang tunggal sepanjang 1 meter dengan metode 3 titik.

3. Tidak memvariasikan kedalaman dan diameter lubang pentanahan. 4. Pengujian dilakukan pada tanah yang homogen (Uniform).

5. Tidak membahas proses aktivasi secara terperinci.

1.6 Hipotesis

Hipotesis dari penelitian ini yaitu:

(21)

5

2. Tahanan pentanahan dengan penambahan bentonit teraktivasi kontak asam akan lebih baik dari pada pentanahan dengan penambahan bentonit tanpa perlakuan.

3. Semakin tinggi konsentrasi H2SO4 yang digunakan pada proses aktivasi,

maka nilai tahanan pentanahan yang didapat akan semakin kecil.

1.7 Sistematika Penulisan

Sistematika penuliasan pada Tugas Akhir ini, terdiri dari lima bab dengan perincian sebagai berikut :

BAB I PENDAHULUAN

Menjelaskan tugas akhir secara umum, berisi latar belakang, tujuan, manfaat penelitian, batasan masalah, perumusan masalah, hipotesis dan sistematika penulisan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Pada bab ini menjelaskan tentang teori dasar yang berhubungan dengan pengujian, serta penelitian-penelitian terdahulu yang sudah pernah dilakukan. BAB III METODE PENELITIAN

Pada bab ini berisi tentang langkah-langkah yang akan dilakukan dalam penelitian, diantaranya waktu dan tempat penelitian, alat dan bahan penelitian, serta metode penelitian.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

(22)

6

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Berisi tentang suatu kesimpulan yang diperoleh dari pengujian, serta saran-saran untuk pegembangan penelitian lebih lanjut.

(23)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Definisi Sistem Pentanahan

Sistem pentanahan merupakan sistem pengamanan terhadap perangkat-perangkat yang mempergunakan listrik sebagai sumber tenaga, dari lonjakan listrik utamanya petir.[1] Sistem pentanahan digambarkan sebagai hubungan antara suatu peralatan atau sirkuit listrik dengan bumi. Pentanahan suatu peralatan listrik diharapkan dapat membatasi tegangan antara bagian-bagian dari suatu peralatan yang tidak dialiri arus dan antara bagian-bagian ini dengan tanah sampai pada suatu harga yang aman (tidak membahayakan) untuk semua keadaan, baik pada keadaan normal atau pada sat terjadi gangguan.

Secara umum tujuan pentanahan adalah sebagai berikut:

1. Membatasi tegangan antara bagian-bagian peralatan yang tidak dialiri arus dan antara bagian-bagian ini dengan tanah sampai pada suatu harga yang aman (tidak membahayakan) untuk semua kondisi operasi normal atau tidak normal.

(24)

8

dapat menimbulkan busur listrik dan pemanasan yang cukup besar pada sambungan-sambungan rangkaian pentanahan.

3. Menjaga tingkat kinerja peralatan sehingga sistem dapat berjalan dengan baik, tanpa terganggu akibat adanya gangguan yang ditimbulkan oleh sistem pentanahan yang kurang baik.

4. Menyalurkan muatan-muatan yang disebabkan oleh petir ke bumi.

2.2 Bagian-bagian yang Ditanahkan[7]

Bagian-bagian yang harus ditanahkan adalah:

1. Semua bagian instalasi yang terbuat dari logam (menghantar listrik) dan dapat tersentuh. Hal ini bertujuan agar potensial dari logam yang mudah disentuh manusia selalu sama dengan potensial tanah (bumi) tempat manusia berpijak sehingga tidak berbahaya bagi manusia yang menyentuhnya.

2. Bagian pembuangan muatan listrik (bagian bawah) dari arrester. hal ini bertujuan agar arrester dapat berfungsi dengan baik, yaitu membuang muatan listrik yang diterimanya dari petir ke tanah.

3. Kawat petir yang ada pada bagian atas saluran transmisi. Kawat petir ini berada di sepanjang saluran transmisi, semua kaki tiang transmisi harus ditanahkan agar petir yang menyambar kawat petir dapat disalurkan ke tanah melalui kaki tiang saluran transmisi.

(25)

9

terdiri dari generator dan transformator. Pemilihan metode pengetanahan yang tepat dapat menghindarkan kerusakan pada peralatan sistem tenaga serta menghindarkan bahaya bagi keselamatan personil operasi dan pemeliharaan.

2.3 Tahanan Pentanahan

Nilai tahanan pentanahan dipengaruhi oleh tahanan jenis tanah dan metode sistem pentanahannya. Pada penelitian ini sistem pentanahan yang digunakan adalah sistem driven rod, yaitu sistem pentanahan dengan cara menanam batang elektroda konduktor tegak lurus kedalam tanah. Persamaan untuk mencari nilai tahanan pentanahan pada sistem pentanahan driven road adalah sebagai berikut.

=

− 1

. . . (2.1)

Dimana : = tahanan jenis tanah (ohm.m) = 3.14 atau (22/7)

= panjang elektroda (m) = jari-jari elektroda (m)

(26)

10

2.4 Tahanan Jenis Tanah (ρ)[8]

Tahanan jenis tanah adalah sebuah faktor keseimbangan antara tahanan tanah dan kapasitansi disekitarnya yang di representasikan dengan ρ (rho) dalam sebuah persamaan matematik.

Tahanan jenis tanah dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:

ρ

= 2

π

α

R

_t . . . (2.2)

dimana: = Tahanan jenis rata-rata tanah (ohm-meter)

α = Jarak antara batang elektroda yang terdekat (meter) = Tahanan tanah terukur (ohm)

Untuk memperoleh harga tahanan jenis tanah yang akurat diperlukan pengukuran secara langsung pada lokasi pembangunan karena struktur tanah yang sesungguhnya tidak sesederhana yang diperkirakan. Pada suatu lokasi tertentu sering dijumpai beberapa jenis tanah yang mempunyai tahanan jenis yang berbeda-beda (non uniform), contohnya seperti pada tabel 1.

Tabel 1. Tahanan jenis tanah 6 Tanah Berbatu 2000-3000

(27)

11

2.5 Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Tahanan Jenis Tanah Beberapa faktor yang mempengaruhi tahanan jenis tanah antara lain: a. Kadar garam tanah

Kandungan zat-zat kimia dalam tanah terutama sejumlah zat organik maupun anorganik yang dapat larut perlu untuk diperhatikan. Didaerah yang mempunyai tingkat curah hujan tinggi biasanya mempunyai tahanan jenis tanah yang tinggi disebabkan garam yang terkandung pada lapisan atas larut. Pada daerah yang demikian ini untuk memperoleh pentanahan yang efektif yaitu dengan menanam elektroda pada kedalaman yang lebih dalam dimana larutan garam masih terdapat.

b. Pengaruh kandungan air (kelembaban)

Kelembaban tanah sangat berpengaruh terhadap perubahan tanahan jenis tanah terutama kandungan air tanah sampai dengan 20%. Dalam salah satu test laboratorium untuk tanah merah penurunan kandungan air tanah dari 20% ke 10% menyebabkan tahanan jenis tanah sampai 30 kali. Kenaikan kendungan air tanah diatas 20% pengaruhnya sedikit sekali. Semakin lembab kadar air pada lapisan tanah tersebut semakin tinggi dan tahanan jenisnya akan semakin rendah.

c. Pengaruh Temperatur

(28)

12

Bila temperatur naik, kebekuan tersebut akan menjadi cair, molekul-molekul dan ion-ion bebas bergerak sehingga daya hantar listrik tanah menjadi besar atau tahanan jenis tanah akan turun. Temperatur tanah juga dipengaruhi oleh musim lingkungan tersebut.

d. Pengaruh Kandungan Elektrolit Tanah

Kandungan elektrolit merupakan suatu zat yang dapat menghantarkan listrik. Zat tersebut dapat menghantarkan listrik karena zat tersebut memiliki ion-ion yang bergerak bebas di dalam larutan tersebut. Ion-ion inilah yang nantinya akan menjadi penghantar. Semakin banyak ion yang dihasilkan semakin baik kandungan tersebut menghantarkan listrik.

Secara grafik pengaruh kandungan garam, kelembaban tanah dan temperatur jenis tanah dapat dilihat pada gambar 3.1.[9]

Gambar 3.1 Grafik pengaruh tahanan jenis karena:

(29)

13

2.6 Pengukuran Tahanan Pentanahan Metoda Tiga Titik

Ada beberapa metoda yang dapat digunakan untuk mengukur tahanan pentanahan dari suatu elektroda pentanahan, Berdasarkan ANSI / IEEE std 80-2000 metode pengukuran tahanan pentanahan dapat dilakukan dengan metode dua titik, metode “Fall of potential” dan metode tiga titik.

Pada pengujian ini metode yang digunakan adalah metode tiga titik. Metode tiga titik (three point methode) dimaksudkan untuk mengukur tahanan pentanahan. Misalkan tiga buah batang pembumian disusun pada gambar di mana batang 1 yang tahanannya hendak diukur dan batang-batang 2 dan 3 sebagai elektroda bantu yang belum diketahui tahanannya.

Bila tahanan diantara tiap-tiap batang pentanahan diukur dengan arus konstan, tiap pengukuran dapat dituliskan sebagai berikut :

= = + − 2 … … … …. … … … . (2.3)

! = ! = + !!− 2 !… … … …. … … … . (2.4) ! = ! = + !!− 2 !… … … …. … … … . (2.5)

+ !− ! _{= 2} _{− 2} _{− 2}

! − 2 !

Tetapi

!= + ! Jadi

(30)

14

Maka

= + + !+ !

Gambar 2. Rangakaian pengukuran tahanan pentanahan dengan metode tiga titik.

Tahanan batang pentanahan dari elektroda 1 dapat ditulis:

+ !− ! = 0

(31)

15

2.7 Bentonit[10]

Bentonit adalah lempung (clay) yang sebagian besar terdiri dari montmorillonit dengan mineral-mineral seperti kwarsa, kalsit, dolomit, feldspars, dan mineral lainnya. Montmorillonit merupakan bagian dari kelompok smectit dengan komposisi kimia secara umum Al2O3.4SiO2.H2O.

Nama monmorilonit itu sendiri berasal dari Perancis pada tahun 1847 untuk penamaan sejenis lempung yang terdapat di Monmorilon Prancis yang dipublikasikan pada tahun 1853 – 1856 . Bentuk fisik bentonit dapat dilihat pada gambar 3.2.

Gambar 3.2. Bentonit

Di dalam satu unit sel montmorilonit terdapat daerah interlayer yang diisi oleh molekul air dan kation-kation. Daerah interlayer dapat mengembang bila dicelupkan di dalam air.

(32)

16

dan sangat mudah menyerap air dalam jumlah banyak). Mineral monmorillonit terdiri dari partikel yang sangat kecil sehingga hanya dapat diketahui melalui studi menggunakan XRD (X-Ray Difraction).

Unsur-unsur kimia yang terkandung dalam bentonit diperlihatkan pada tabel berikut :

Tabel 2. Komposisi Bentonit

Komposisi kimia Na-Bentonit (%) Ca-Bentonit (%)

SiO2 61,3-61,4 62,12

Berdasarkan tipenya, bentonit dibagi menjadi dua, yaitu Na-Bentonit dan Ca Bentonit. Pada penelitian ini bentonit yang digunakan adalah bentonit tipe Na-bentonit.

1. Na-bentonit

(33)

17

di dalamnya cukup tinggi, serta suspensi koloidalnya mempunyai pH 8,5 sampai 9,8.

2. Ca-bentonit

Ca-bentonit, yaitu jenis mineral montmorilonit yang kurang dapat mengembang apabila dicelupkan di dalam air, namun setelah diaktifkan dengan asam maka akan memiliki sifat menyerap sedikit air, dan akan cepat mengendap tanpa membentuk suspensi. Ph-nya sekitar 4,0-7,1 dan daya tukar ionnya cukup besar. Dalam keadaan kering berwarna abu-abu, biru, kuning, merah, coklat.

2.8 Proses Aktivasi Bentonit

Aktivasi merupaka perlakuan terhadap zat kimia yang bertujuan untuk memperbesar pori yaitu dengan cara mencegah ikatan hidrokarbon atau mengosksidasi molekul permukaan sehingga zat kimia itu mengalami perubahan fisik, baik fisik atau kimia.

Ada dua cara yang dapat dilakukan untuk aktivasi bentonit, yaitu : 1. Secara Fisika (Pemanasan)

Pada proses ini, aktivasi dilakukan dengan bantuan panas, uap dan gan Co2. Bentonit dipanaskan pada temperatur 300-350oC untuk memperluas

permukaan butiran bentonit. 2. Secara Kimia (Kontak Asam)

(34)

18

fisik bentonit tersebut menjadi aktif. Zat kimia yang umum digunakan untuk proses aktivasi ini adalah asam sulfat (H2SO4) dan asam klorida

(HCL.

2.9 Penelitian Yang Pernah Dilakukan

Dalam kaitannya dengan perbaikan tahanan pentanahan, beberapa penelitian yang pernah dilakukan diantaranya

1. Penelitian dari Wiwik purwati widyaningsih yang berjudul “Perbaikan Tahanan Pentanahan Dengan Menggunakan Bentonit”. Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah metode parit melingkar dengan memvariasikan kedalaman parit dan banyaknya bentonit yang di masukan kedalam parit. Dari hasil penelitan tersebut didapat bahwa semakin dalam batang elektroda di tanamkan dan semakin banyak bentonit yang di masukan maka akan di dapatkan tahanan pentanahan yang semakin kecil.

(35)

19

memiliki resistansi lebih rendah dari pada campuran beton biasa dan campuran diatas 30% memiliki tahanan pentanahan yang lebih tinggi.

3. Hiroshi YAMANE at al, long-term stability of reducing graund resistance with water.absorbent polymers pada penelitian ini polimer penyerap air opoxy dibandingkan dengan bentonit dan di uji dengan kondisi tanah yang sangat kering, dan basah dengan temperatur 25oC, 70oC dan 90oC. Hasil penelitian ini adalah pada kondisi sangat kering pada suhu 25oC tahanan pentanahan stabil tetapi pada 70oC dan 90oC meningkat dengan cepat, ketika sampel ini di berikan air tahanan pentanahan kembali ke nilai awal, sedangkan bentonit hancur sekitar seminggu di temperatur 70oC dan 90oC. Pada kondisi basah polimer dan bentonit di dapatkan hasil yang stabil.

4. IGN Junardana, Perbedaan penambahan garam dengan penambahan bentonit terhadap nilai tahanan pentanahan pada sistem pentanahan, 2005. Melakukan penelitian tentang perbandingan penambahan garam dengan penambahan bentonit terhadap nilai tahanan pentanahan pada sistem pentanahan. Pada penelitian ini elektroda yang di gunakan adalah tipe rod

(36)

20

(37)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Ruang Lingkup Penelitian

Penelitian ini akan menganalisis pengaruh dari aktivasi kimia pada bentonit dengan mengaktivasi menggunakan asam sulfat (H2SO4) sebagai perbaikan

nilai tahanan pentanahan. Aktivasi dilakukan dengan cara merendam bentonit pada larutan H2SO4 dengan konsentrasi 0,8 M, 1 M dan 1,2 M. Dengan

demikian dapat dilihat pengaruh perubahan konsentrasi pada H2SO4 untuk

perbaikan nilai tahanan pentanahan. Dan juga pengaruh dari varisai konsentrasi H2SO4 pada tanah ladang dan tanah lempung dengan pemberian

bentonit teraktivasi.

Data yang diperoleh dari penelitian ini adalah nilai tahanan pentanahan pada setiap lubang. Metode analisis yang digunakan adalah dengan statistik dan dilakukan dengan deskriptif

3.2 Tempat dan Waktu

(38)

22

jenis lempung. Penelitian ini dilakukan dari bulan Januari 2015 sampai agustus 2015.

3.3 Alat dan Bahan

Beberapa alat dan bahan yang digunakan pada penelitian ini antara lain: a. Batang elektroda pentanahan yang terbuat dari bahan tembaga sebanyak

10 batang dengan panjang 1 meter dan diameter 12 milimeter.

b. Kawat pentanahan sebanyak 10 buah dengan panjang masing-masing 30 cm.

c. Klem yang akan digunakan untuk mengaitkan antara batang pentanahan dan kawat pentanahan

d. Satu set alat ukur pentanahan yaitu Earth Resistance Tester merk yokogawa dengan moodel 3235, 2 buah pasak besi, dan juga 3 buah kabel beda warna masing-masing 10 m digunakan untuk mengukur nilai pentanahan melalui batang elektroda pentanahan yang telah ditanam. e. Bor Biopori merupakan sebuah alat yang digunakan untuk membuat

lubang pada tanah dengan cara memutar bor sampai kedalaman tertentu. f. Na-Bentonit sebanyak ± 80 kg.

g. H2SO4 (asam sulfat) digunakan untuk proses aktivasi.

h. Aquades digunakan untuk pembuatan larutan H2SO4.

i. Toples kaca, digunakan untuk tempat bentonit saat aktivasi. j. Lemari asam, tempat untuk membuat larutan H2SO4

(39)

23

l. Timbangan, ember dan peralatan lainnya yang digunakan untuk penanaman batang pentanahan.

3.4 Metode Penelitian

Dalam penyelesaian tugas akhir ini ada beberapa langkah kerja yang dilakukan diantaranya :

3.4.1 Studi Literatur

Dalam studi literatur dilakukan pencarian informasi atau bahan materi baik dari buku, jurnal, maupun sumber-sumber lain yang berkaitan dengan penelitian ini. Materi tersebut diantaranya mengenai:

1. Sistem Pentanahan 2. Karateristik Bentonit

3. Pengaruh Aktivasi Pada Bentonit

3.4.2 Pengumpulan Alat dan Bahan

Sebelum pengujian dilakukan, dilakukan pengumpulan alat dan bahan yang dipelukan untuk pengujian. Alat dan bahan tersebut yaitu yang tertera pada sub bab 3.3. Setelah alat dan bahan terkumpul maka dilakukan tahapan selanjutnya.

3.4.3 Aktivasi Bentonit

(40)

24

sehingga bentonit dapat berkerja dengan optimal. Pada penelitian ini bentonit akan di aktivasi dengan cara kontak asam. Langkah-langkah aktivasi bentonit adalah sebagai berikut:

1. Pembuatan Larutan H2SO4

Pada proses pembuatan larutan untuk aktivasi bentonit dilakukan varisai konsentasi H2SO4. Hal ini dilakukan untuk mengetahui

Dimana : V1 = Volume larutan sebelum diencerkan (L atau mL)

(41)

25

= 98 ×1.8×10

98

= 18 M

Maka : = = 18. = 0,8.1000

= , . =

= 44,44

Sehingga untuk pembuatan 1 liter larutan H2SO4 0,8 M

diperlukan 44,44 ml H2SO4 pekat.

2. Pembuatan Larutan H2SO4 1 M

Untuk proses pembuatan 1 liter H2SO4 dengan konsentrasi 1 M

maka H2SO4 pekat yang di butuhkan adalah:

Massa H2SO4 = 98%

Massa jenis H2SO4 = 1,8 kg/liter

M = %

= 98 ×1.8×10

98

= 18 M

Maka : = = 18. = 1.1000

= . =

(42)

26

Sehingga untuk pembuatan 1 liter larutan H2SO4 1 M diperlukan

55,56 ml H2SO4 pekat.

3. Pembuatan Larutan H2So4 1,2 M

Untuk proses pembuatan 1 liter H2SO4 dengan konsentrasi 1,2

M maka H2SO4 pekat yang di butuhkan adalah:

Massa H2SO4 = 98%

Massa jenis H2SO4 = 1,8 kg/liter

M = %

= 98 ×1.8×10

98

= 18 M

Maka : = = 18. = 1,2.1000

= , . =

= 66,67

Sehingga untuk pembuatan 1 liter larutan H2SO4 1,2 M

diperlukan 66,67 ml H2SO4 pekat.

2. Proses Aktivasi

Proses aktivasi pertama yang dilakukan adalah dengan merendam bentonit dengan menggunakan larutan H2SO4 0.8 M Kemudian

aktivasi dilakukan dengan mecampur bentonit dan larutan H2SO4

(43)

27

mengendap. Proses selanjutnya adalah mendekantasi yaitu dengan memisahkan larutan dan endapan bentonit. Setelah itu bentonit disaring, lalu di cuci dengan aquades, kemudian dikeringkan pada suhu 105oC sampai beratnya konstan. Setelah kering bentonit dihaluskan dan dipanaskan kembali pada suhu 105oC.

Diulangi perlakuan yang sama untuk proses pembuatan menggunakan larutan H2SO4 1 M dan 1.2 M. Setelah kering dan

semuanya siap maka bentonit yang telah teraktivsi siap digunakan untuk menimbun lubang pentanahan.

Secara sederhana, proses pembuatan bentonit teraktivasi dapat dilihat dari bagan 3.1 berikut.

(44)

28

Pada peoses aktivasi ini peranan asam sulfat yaitu sebagai katalis, katalis adalah suatu zat yang mempercepat laju reaksi reaksi kimia pada suhu tertentu, tanpa mengalami perubahan atau terpakai oleh reaksi itu sendiri. Suatu katalis berperan dalam reaksi tapi bukan sebagai pereaksi. Asam sulfat berpungsi untuk memisahkan air dari kandungan bentonit. Berikut ini adalah reaksi antara bentonit dan asam sulfat.

Al2O3.4SiO3.H2O+ H2SO4→ Al2O3.4SiO3+H2O

3.4.4 Perancangan Pengujian

Sebelum dilakukan pengambilan data, maka diperlukan perancangan pengujian yaitu dengan membuat lubang pentanahan dan melakukan penanaman elektroda pentanahan.

1. Pembuatan Lubang Pentanahan

(45)

29

Gambar 3.2 Variasi pengujian bentonit: a. Tanpa zat adiktif; b. Dengan bentonit; c. Bentonit teraktivasi 0,8 M, d.Bentonit teraktivasi 1 M; e. Bentonit teraktivasi 1,2 M

Setiap jenis tanah yang akan di uji akan dibuat 5 buah lubang dengan kedalaman dan diameter yang sama untuk pengujian tanpa penambahan zat adiktif, penambahan bentonit tanpa aktivasi, penambahan bentonit teraktivasi H2SO4 0.8 M, penambahan

bentonit teraktivasi H2SO4 1 M, dan penambahan bentonit

teraktivasi H2SO4 1.2 M.

2. Penanaman batang elektroda pentanahan

(46)

30

yang berbeda. Lubang 1 tanpa penambahan zat adiktif, Lubang 2 dengan bentonit tanpa aktivasi, Lubang 3 dengan bentonit teraktivasi H2SO4 0.8 M, Lubang 4 dengan bentonit teraktivasi

H2SO4 1 M, dan lubang 5 dengan bentonit teraktivasi H2SO4 1.2 M.

Masing-masing lubang diisi dengan bentonit sebanyak 10 Kg. Setelah masing-masing pentanahan siap, dilakukan pengukuran nilai masing-masing pentanahan dengan menggunakan earth tester.

3.4.5 Pengukuran Nilai Tahanan Pentanahan

Pengukuran nilai tahanan pentanahan pada masing-masing lubang pentanahan dilakukan dengan menggunakan alat ukur earth tester

model 3235 dengan menggunakanmetoda 3 titik.

Pengukuran tahanan pentanahan pada tanah lempung dilakukan dengan cara sebagai berikut :

1. Hubungkan panel berwarna hijau pada elektroda pentanahan yang akan di ukur, panel berwarna kuning pada elektroda bantu 1 dan panel berwarna merah pada elektroda bantu 2.

2. Elektroda pentanahan dan elektroda bantu harus satu garis.

3. Untuk memastikan bahwa baterai masih layak pakai, baterai dapat dicek dengan cara set selektor swicth pada posisi B, lalu tekan

botton switch.

(47)

31

• Set selector switch pada posisi V, besar tegangan Ev dibaca pada galvanometer.

• Bila Ev < 10 volt, pengukuran tahanan pentanahan dapat dilakukan.

• Bila Ev > 10 volt, pengukuran tahanan pentanahan tidak dapat dilakukan. Agar pengukuran dapat dilakukan maka elektroda pengukuran E dijauhkan dari pentanahan alat-alat listrik yang ada di tempat tersebut.

• Bila Ev tidak diperoleh, maka jarak elektroda E dan P harus diperbesar (10-20 m).

5. Set selector switch pada posisi _Ω, lalu tekan botton switch sambil mengatur piringan skala (dial) hingga jarum penunjuk pada golvanometer menunjuk angka nol, Saat penunjukan galvanometer nol dicatat nilai yang ditunjukkan pada piringan skala (dial).

Nilai yang dibaca tersebut adalah harga tahanan pentanahan yang diukur (Rp).

(48)

32

Gambar 3.3 Skematik pengukuran tanpa zat adiktif

Gambar 3.4 Skematik pengukuran dengan bentonit tanpa aktivasi

(49)

33

Gamabr 3.6 Skematik pengukuran dengan bentonit teraktivasi 1 M

Gambar 3.7 Skematik pengukuran dengan bentonit teraktivasi 1.2 M

Perlakuan yang sama juga dilakukan pada tanah ladang. Pengukuran nilai tahanan pentanahannya akan diukur sebanyak 2 kali dalam sehari (pukul 08.00 dan 15.00) dan dilakukan selama 14 hari berturut-turut.

3.4.6 Analisis Data

Data hasil pengukuran menggunakan earth resistance tester

(50)

34

1. karakteristik pengaruh penambahan bentonit teraktivasi kontak asam terhadap perubahan nilai tahanan pentanahan.

2. Dapat diketahui pengaruh konsentasi asam sulfat terhadap penurunan nilai tahanan pentanahan pada tanah lempung dan ladang.

(51)

35

3.5 Diagram Alir Penelitian

(52)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Setelah mendapatkan hasil pengukuran nilai tahanan pentanahan dengan pemberian bentonit teraktivasi, maka dapat diambil beberapa kesimpulan berikut:

1. Pentanahan yang menggunakan bentonit teraktivasi memiliki nilai tahanan pentanahan yang lebih baik dibandingkan pentanahan yang menggunakan bentonit tanpa aktivasi. Pada tanah lempung presentasi penurunan nilai pentanahan dengan bentonit tanpa aktivasi adalah sebesar 62,85 %, sedangkan dengan bentonit teraktivasi H2SO4 0,8 M sebesar 69,20 %,

teraktivasi 1 M 70,69 dan teraktivasi 1,2 M sebesar 74,09%.

2. Bentonit teraktivasi mampu menurunkan nilai tahanan pentanahan yang tergantung dari konsentrasi asam sulfat. Hal ini dapat dilihat dari rata-rata nilai tahanan pentanahan yang diperoleh dari pengukuran. Rata-rata nilai tahanan pentanahan tanpa zat adiktif sebesar 329,89 Ω, pentanahan dengan menggunakan bentonit sebesar 122,54 _Ω, pentanahan menggunakan bentonit teraktivasi H2SO4 0,8 Mol sebesar 101,64 Ω, teraktivasi 1M

(53)

73

3. Pentanahan dengan menggunakan bentonit teraktivasi H2SO4 1,2 M dalam

penurunan nilai tahanan pentanahan lebih baik dari pada bentonit teraktivasi H2SO4 0,8 M dan 1 M. Dapat dilihat pada grafik perbaikan nilai

tahanan pentanahan dengan variasi konsentrasi H2SO4.

B. Saran

Penelitian lebih lanjut mengenai pentanahan dengan menggunakan bentonit teraktivasi sebaiknya dilakukan dengan memperhatikan saran berikut:

1. Untuk mengetahui pengaruh varisasi konsentrasi H2SO4 perlu dilakukan

pengujian berbagai varisai konsentrasi lainnya .(1,4 M, 1,6 M, 1,8 M, dll) 2. Pengujian selanjutnya perlu dilakukan variasi diameter dan kedalaman

(54)

DAFTAR PUSTAKA

1. Hutauruk,T.S.1999. Pengetahuan Netral Sistem Tenaga Dan Pengetanahan Peralatan. Jakarta: Erlangga

2. Badan Standarisasi Nasional, 2000. Persyaratan Umum Instalasi Listrik (PUIL 2000) Jakarta :Yayasan PUIL.

3. Ihsan,Aris Rakhmadi,2002. Analisis pengaruh jenis tanah terhadap tegangan permukaan tanah. Skripsi: Universitas Gajah Mada.Yogyakarta 4. Suarya, P, 2008, Adsorpsi Pengotor Minyak Daun Cengkeh oleh Lempung

Teraktivasi Asam. Jurnal kimia, Vol 4, No . 1, hal 19-24

5. Iwan. S,2002. Uji Stabilitas Struktur Na-Monmorillonit Terhadap Perlakuan Asam Sulfat dan Asam Klorida. Skripsi: FMIPA UGM, Yogyakarta

6. Sinaga, Daniel Fransisko. 2011. Perbaikan Nilai Tahanan Pentanahan Dengan Pemberian Zat Adiktif Pada Tanah Pentanahan. Universitas Lampung.Bandar Lampung.

7. Grounding-Penangkal petir, www.instalasijaringan.com/grounding.html, terakhir di akses 26 januari 2014

8. http://www.academia.edu/7127795/BAB_10_SISTEM_PENTANAHAN_J

ARINGAN_DISTRIBUSI

9. IEEE Std 81™-2012. IEEE Guide for Measuring Earth Resistivity, Ground Impedance, and Earth Surface Potentials of a Grounding System. New York: Institute of Electrical and ElectronicsEngineers, Inc

10. Rosadalima Dee Panda, Modifikasi Bnetonit Terpilar Al dengan Kitosan untuk Absorsi Logam Berat, Universitas Indonesia, Depok, Januari 2012, hal 22