TUGAS AKHIR
ANALISA KOMPOSIT ARANG SEKAM PADI DAN
ARANG SERBUK GERGAJI PADA REKAYASA
FILTER AIR
NASKAH PUBLIKASI
Penguji :
Ir. Bibit Sugito, MT
M. Alfatih Hendrawan, ST. MT
Ir. Subroto, MT
Disusun Oleh :
ANTON WIDAYANTO
NIM : D 200 050 064
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
iii
ANALISA KOMPOSIT ARANG SEKAM PADI DAN ARANG
SERBUK GERGAJI PADA REKAYASA FILTER AIR
Anton Widayanto , Bibit Sugito, M. Alfatih Hendrawan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura Telp. (0271) 715448
e-mail: ntoen19@yahoo.com
ABSTRAKSI
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui hasil rekayasa filter air dengan komposit arang sekam padi dan serbuk gergaji dan mengetahui pengaruh penggunaan komposit terhadap kekeruhan, pH, besi, mangan dan zat organik.
Pada penelitian diawali dengan pembuatan komposit arang sekam padi dan serbuk gergaji lalu perakitan alat disusun sedemikian rupa berbahan pipa PVC ukuran 3 inchi , ¾ inchi, dan did alamnya terdapat susunan media penyaringan busa,komposit, batu zeolit, pasir silika. air baku yang digunakan untuk sample pengujian adalah aliran air sungai bengawan solo. Hasil uji penyaringan langsung ditentukan kadar unsurnya berdasarkan SNI di laboratorium PDAM Surakarta.
Hasil dari analisa penelitian mengalami penurunan pada kadar Kekeruhan menjadi 8.20 NTU,penurunan kadar pH 7.40 menjadi penurunan kadar Besi (Fe) menjadi 0.12 mg/L, penurunan kadar Mangan (Mn) menjadi 0.18 mg/L,penurunan kadar Zat organik menjadi 9.60 mg/L. untuk hasil pengujian air mengetahui bahwa penggunaan komposit arang sekam padi dan arang serbuk gergaji sebagai filter mampu mengurangi zat berbahaya yang terkandung dalam kadar air, sehingga dapat meningkatkan kualitas air.
1
PENDAHULUAN
Didalam perkembangan dunia industri Penggunaan serta pemanfaatan material komposit akhir-akhir ini semakin banyak peminatnya. seiring berjalannya waktu dengan meningkatnya penggunaan bahan tersebut yang semakin meluas mulai dari yang sederhana seperti pengrajin alat-alat perabotan rumah tangga sampai sektor industri baik industri menengah kebawah maupun industri menengah keatas. Komposit mempunyai keunggulan tersendiri dibandingkan dengan bahan teknik alternatif lain seperti mudah didapat bahannya, mudah pembuatannya, kuat, ringan, rapat, tahan korosi dan ekonomis.
Mengutip dari latar belakang masalah diatas, maka dalam penelitian ini membuat terobosan baru dalam pemanfaatan limbah dari sisa hasil penggilingan padi berupa sekam padi dan hasil penggergajian kayu berupa serbuk gergaji untuk dijadikan komposit arang sebagai pemfilter air. Supaya bisa bermanfaat bagi kehidupan manusia dan dapat berguna untuk penjernih air.
TUJUAN PENELITIAN
Tujuan penelitian tugas akhir ini adalah :
1. Mengetahui hasil rekayasa filter air dengan komposit arang sekam padi dan serbuk gergaji.
2. Mengetahui pengaruh penggunaan komposit terhadap kandungan kekeruhan, pH, besi(Fe) ,mangan(Mn) dan zat organik yang ada disungai bengawan solo.
BATASAN MASALAH
Untuk memudahkan pelaksanaan penelitian sehingga tujuan penelitian dapat dicapai, perlu adanya pembatasan masalah yaitu :
1. Sample air berasal dari aliran air sungai Bengawan Solo. 2. Standar mutu air bersih untuk patokan adalah SNI.
- SNI 06-6989.25-2005 pada Metode uji kandungan kekeruhan - SNI 06-6989.11-2004 pada Metode uji kandungan pH
- SNI 06-6989.4-2004 pada Metode uji kandungan Besi (Fe) - SNI 06-6989.41-2005 pada Metode uji kandungan Mangan (Mn) - SNI 06-6989.22-2004 pada Metode uji kandungan Zat organik
TINJAUAN PUSTAKA
2
keduanya.bahan yang dipilih berdaasarkan sifat masing-masing bahan penyusun untuk menghasilkan material baru dengan sifat yang unik.
Said,N.I.Widayat(1999), Kombinasi proses penyaringan dengan bahan filter yang berisi karbon aktif, batu zeolit dan pasir silica. dari hasil proses penyaringan dapat menurunkan kandungan zat besi dan mangan cukup efektif proses ini juga dapat menghilangkan bau.
(Esti,Hariyanto Sahar2000), Didalam melakukan pembuatan filter air menggunakan arang sekam padi. Pemanfaatan limbah seperti arang sekam padi dan serbuk gergaji apabila dilakukan dengan maksimal akan sangat berguna, Selain itu arang sekam padi dan serbuk gergaji juga dapat digunakan sebagai bahan dasar filter air.
LANDASAN TEORI
A. Komposit
Kata komposit (Composite) merupakan kata sifat yang berarti susunan atau gabungan. Composite ini berasal dari kata kerja “to compose” berarti menyusun atau menggabung. Jadi, pengertian komposit adalah suatu sistem material yang merupakan campuran atau kombinasi dari dua atau lebih bahan pada skala makroskopis, maksudnya bahan penyusunnya masih dapat dilihat dan dibedakan secara kasat mata baik itu partikel maupun matriknya.(Eko Heri Purwanto, 2009)
B. Komposit Partikel (Particulate Composite)
Komposit partikel (particulate composite) mempunyai dua unsur bahan yaitu partikel dan bahan pengikat yang disebut matriks. Unsur utama komposit adalah partikel, partikel inilah yang menentukan karakteristik suatu bahan seperti kekuatan, kekakuan dan sifat mekanik yang lain. Serbuk menahan sebagian besar gaya yang bekerja pada material komposit, sedangkan matriks mengikat serbuk, melindungi dan meneruskan gaya antar serbuk.(Eko Heri Purwanto, 2009)
1. Partikel
3
keuletan, kekuatan. Partikel mempunyai beberpa ukuran mm sampai ukuran nano.
2. Matriks
Syarat pokok matriks yang digunakan dalam komposit adalah matriks harus bisa meneruskan beban sehingga serbuk harus bisa merekat pada matriks dan kompatibel antara serbuk dan matriks artinya tidak ada reaksi yang mengganggu.
C. Fraksi berat Komposit
Fraksi berat adalah perbandingan antara berat material penyusun dengan berat komposit. Fraksi berat material penyusun komposit dapat dihitung dengan persamaan (Mujtahid, 2010):
Dimana:
wi= fraksi berat, i, material penyusun Wi= berat material penyusun (gr) Wc= berat komposit (gr)
D. PENGARANGAN
Pengarangan atau karbonasi adalah proses pengubah bahan menjadi karbon berwarna hitam melalui pembakaran dalam ruang tertutup dengan udara yang terbatas atau seminimal mungkin. Proses pembakaran dikatakan sempurna jika hasil pembakaran berupa abu dan seluruh energi didalam bahan organik dibebaskan kelingkungan dengan perlahan. (Kurniawan dan Marsono, 2008)
E. Mekanisme penjernihan air
1. Secara Fisika
Mekanisme penjernihan secara Fisika yaitu penjernihan air hanya dari partikel-partikel yang terbawa oleh air. Mekanisme penjernihan secara mekanik ini yaitu dilakukan dengan cara penyaringan, perinsip kerja penyaringan yaitu bila partikel yang disaring lebih besar dari pori-pori bahan penyaring. Mekanisme penjernihan air secara mekanik yaitu dapat dilakukan dengan menggunakan bahan berpori seperti busa filter dan arang sekam padi. Penggunakan bahan arang yang memiliki sifat absorben, dapat mengabsorben kotoran yang terkandung didalam air, dimana air pada parameter fisika idealnya adalah tak berbau tak berasa, tak berkeruh, dan tak berwarna.
4 2. Secara Kimia
Parameter yang termasuk dalam mekanisme secara kimia yaitu senyawa logam seperti besi dan mangan yang umumnya ditemukan dalam tanah dalam bentuk oksida, yaitu ferri oksida dan mangan oksida. Didalam air besi dan mangan sering dijumpai berikatan dengan bikarbonat terlarut (ferro bikabornat dan mangan bikabornat) ferro terlarut atau mangan sulfat. Penyebab keberadaan besi dan mangan dalam air menyebabkan warna coklat atau kuning hitam pada pakaian, peralatan, perpipaan, air menjadi berasa dan berbau besi, merangsang pertumbuhan bakteri pada besi dan mangan. (Said,1999).
Penghilangan Mn dan Fe dengan batu Ziolit Na2Z + Fe(HCO3)2 FeZ + 2Na(HCO3)
Na2Z + Mn(HCO3)2 MnZ + 2Na(HCO3)
F. Kemampuan Filter
Untuk mengetahui kemampuan filter dalam menyaring air, maka dilakukan uji filter dengan menggunakan air sungai sebagai bahan uji Kandungan di dalam air yang diteliti adalah :
1. kekeruhan ( Turbiditas)
Kekeruhan adalah Ukuran yang menggunakan efek cahaya sebagai dasar untuk mengukur keadaan air baku dengan skala NTU (nephelo metrix turbidity unit) kekeruhan ini disebabkan oleh adanya benda tercampur di dalam air. Hal ini membuat perbedaan nyata dari segi kualitas air itu sendiri.
2. pH (Power of Hydrogen)
pH adalah derajat keasaman yang digunakan untuk menyatakan tingkat keasaman atau kebasaan yang dimiliki oleh suatu larutan.
3. Besi (Fe)
Besi dalam air biasanya terlarut dalam bentuk senyawa atau garam bikarbonat, garam sulfat, hidroksida dan juga dalam bentuk kolloid atau dalam keadaan bergabung dengan senyawa organik.
4. Mangan (Mn)
Mangan (Mn) adalah Unsur yang mempunyai sifat – sifat yang sangat mirip dengan besi sehingga pengaruhnya juga hampir sama berbeda pada nilai ambang batas maksimum 0.4 mg/l,didalam air biasanya terlarut dalam bentuk senyawa atau garam bikarbonat, garam sulfat, dan juga dalam keadaan bergabung dengan senyawa organik.
5. Zat Organik
5
karbon, protein, dan lemak. Zat organik ini mudah sekali mengalami pembusukan oleh bakteri dengan menggunakan oksigen terlarut.
METODE PENELITIAN
Berikut ini diagram alir yang menggambarkan proses alur penelitian
:
A. BAHAN dan ALAT 1. BAHAN
1. Arang sekam padi 2. Arang serbuk gergaji 3. Lem putih PVAc(lemfox)
Komposisi pada lem putih PVAc (Lem Fox):
Polyvynil Acetat ( PVAC ) 55 % solid………29,1 % Polyvynil Alkohol ( PVA )…3,6 %
Dextrin……….10,9 % Resol 65 %……….25,5 % Air ………30,9 % (Tanti, 2011)
4. Bahan media filter lainnya
- Batu zeolit Berfungsi sebagai penjernih air dan menyerap berbagai racun yang terkandung dalam air.
- pasir silica Berfungsi untuk menghilangkan kandungan lumpur atau tanah pada air.
6 2. Alat-Alatnya
1. Manci Pengarangan 2. Blender
3. Centakan pipa PVC 3 inchi dan kawat strimin 4. Alat-alat bantunya :
a. Penggaris dan gergaji.
b. Amplas, lakban, pisau, dan gunting. 5. Oven elektrik
6. Timbangan digital 7. Meteran
8. Pipa pvc 3 inchi, ¾ inchi penutup pipa dan sambungan L 9. Lem pipa PVC
10. Mesin Bor
11. Saringan 20 mesh
B. PENGOLAHAN BAHAN
1. Cara pembuatan arang
Urutan kerja pembuatan arang sekam padi dan arang serbuk gergaji adalah sebagai berikut:
1. Sekam padi dimasukkan kedalam manci hingga mencapai1/4 bagian manci. 2. Dilakukan pembakaran pertama dengan menyalakan sabut kelapa yang
dicelupkan kedalam minyak tanah sebagai umpan.
3. Setelah api menyala secara sempurna kemudian ditambahkan sekam padi didalam drum secara perlahan-lahan agar api tidak padam, penutup drum dipasang, tetapi lubang asap pada bagian tutup dibiarkan terbuka.
4. Setelah asap yang keluar dari lubang asap tidak lagi pekat, kemudian dimasukkan serbuk gergaji dan lubang asap ditutup rapat.
5. Karena didalam manci hampa udara, api yang ada didalam manci akan padam dengan sendirinya (sekitar 1,5 jam setelah ditutup)
6. Hasi pembakarang sekam padi dan serbuk gergaji lalu dikeluarkan kemudian didinginkan.
7
2. Cara pembuatan komposit
Urutan kerja pembuatan komposit arang sekam padi dan arang serbuk gergaji adalah sebagai berikut:
1. Arang sekam padi disiapkan terlebih dahulu sedangkan arang serbuk gergaji disaring menggunakan saringan 20 mesh
2. Lem putih PVAc (lemfox) dimasukkan keblender dengan air secukupnya lalu blender dihidupkan hingga tidak ada lagi gumpalan-gumpalan lem tersebut. 3. Arang sekam padi dan arang serbuk gergaji yang telah diayak kemudian
ditimbang dengan perbandingan yang telah ditentukan kemudian dicampur dengan lem putih PVAc yang telah dibleder sebanyak 100ml, adonan arang sekam padi, arang serbuk gergaji dan lem putih PVAc kemudian diaduk hingga merata.
4. Masukkan hasil campuran arang sekam padi, arang serbuk gergaji dan lem putih PVAc kedalam cetakan yang telah diberi lapisan kawat strimin.
5. Setelah didiamkan didalam cetakan selama 4 jam, keluarkan komposit dari cetakan kemudian dijemur hingga benar-benar kering.
6. Komposit arang yang sudah kering kemudian dioven dengan suhu 100o C selama 5 menit.
7. Komposit arang sekam padi siap digunakan untuk pemfilteran.
Gambar 2. Komposit arang sekam padi dan arang serbuk gergaji.
3. cara pembuatan alat filter
urut-urutan cara perakitan alat filter air adalah sebagai berikut :
1. mencari perlengkapan bahannya di toko besi terdekat berupa pipa 3 inchi, ¾ inchi, penutup pipa (shok) 3 inchi sejumlah 4, sambungan L sejumlah 2, shoc pipa ¾ inchi 3, lem pipa PVC, selang,
2. potong dengan gergaji pipa 3 inchi dengan ukuran 40 cm sediakan 3 potongan untuk ukuran yang sama, lalu dilubangi dengan bor untuk penempatan sambungan L ¾ inchi dan menghubungkan ke pipa berikutnya juga untuk penempatan kran airnya.
3. Potong pipa ¾ inchi dengan ukuran 10 cm sebanyak 3.
4. Perakitan alat pasang penutup pipa (shock) 3 inchi , pasang L ¾ inchi lalu masukkan pipa ukuran 10 cm atas bawah, pasang penyambung pipa ¾ inchi dengan lem biar tidak terjadi kebocoran.
5. Dalam pengeliman pada penutup pipa 3 inchi yaitu yang dilem bagian bawah pipanya karena atas unruk memasukkan bahan pemfilterannya. 6. Selang untuk penghubung antara pipa L atas dan bawah dan juga untuk
8
7. Pasang keran untuk aliran air keluar dan siap digunakan.
C.Skema Instalasi Pengujian
Gambar 3. Skema aliran dan alat penjernih air
Keterangan gambar :
: Pipa PVC ukuran ¾ inchi : Aliran air
1. Busa penyaring air
2. Komposit arang sekam padi dan arang serbuk gergaji 3. Pasir Silika
4. Batu Zeolit
5. Busa penyaring air 6. kran air
7. Pipa PVC ukuran 3 inchi
Adapun alat-alat laboratorium yang digunakan untuk pengujian air yaitu: 1. Spectrophotometer
Spectrophotometer yaitu alat yang digunakan untuk mengetahui kandungan Besi dan Mangan dalam air.
Gambar 4. Spektrophotometer
2. Hellige
9
Gambar 5. Hellige
3. Turbidimeter
Turbidimeter yaitu alat yang digunakan untuk menentukan tingkan kekeruhan pada air dengan satuan NTU
Gambar 6. Turbidimeter
HASIL DAN PEMBAHASAN
10
Parameter pada kandungan kekeruhan
Parameter pada kandungan pH
11
Parameter pada Kandungan Mangan (Mn)
Parameter pada kandungan Zat Organik
PEMBAHASAN
Parameter pada kandungan kekeruhan
12 Parameter pada kandungan pH
Analisa pembahasan diatas keasaman pH air sebelum diuji 7.50 sedangkan pada uji menggunakan komposit mengalami kenaikan dari komposit 100%:0% : 7.68, 70%:30% mengalami penurunan pada pengujian komposit 100% menjadi 7.43 dan pengujian 50%:50% turun menjadi 7.42 ketidak stabilan ini masih dalam kondisi yang wajar. disebabkan karena semakin banyak campuran arang serbuk gergaji maka akan semakin kecil pori-pori dari filter tersebut karena arang dari serbuk gergaji itu akan mengisi dari pori-pori sekam padi yang lebih besar sehingga pori-pori menjadi lebih rapat.(Asmadi, Khayan & Heru, SJ., 2011)
Parameter pada kandungan Besi (Fe)
Pada analisa pembahasan sebelum diuji 0.58 hasil mengalami penurunan pada uji komposit mengalami penurunan lebih 0.12 karena dipengaruhi adanya arang, batu zeolit dan pasir silika.Hal ini dikarenakan adanya arang sebagai material karbon yang bertindak untuk menjaring partikel maupun absorben sifat fisis yang mempengaruhi efektifitas penggunaan arang sebagai media filter ukuran partikel selain itu ukuran partikel juga mempengaruhi ukuran aliran yang mempengaruhi arang tersebut, batu zeolit dan pasir silika memiliki muatan negatif, muatan negatif inilah yang digunakan untuk mengikat kation-kation pada air seperti besi dan mangan. Besi dan mangan dalam air berbentuk ion-ion yang bermuatan positip, disinilah terjadi pengikatan ion dengan cara tarik menarik antara ion positip dan ion negatip (Kusnaedi, 2010). besi merupakan salah satu unsur yang merupakan hasil pelapukan batuan induk yang banyak ditemukan diperairan umum. Dimana air yang banyak mengandung besi akan berwarna kuning dan menyebabkan rasa logam besi dalam air, serta menimbulkan korosi pada bahan yang terbuat dari metal.
Parameter pada kandungan Mangan (Mn)
13
membuatnya mampu bertindak sebagai penukar ion yang baik. Selain itu zeolit mempunyai luas permukaan besar dengan distribusi ukuran pori yang kecil. mempunyai kemampuan mengurangi kandungan mangan dari dalam air yang besar melalui kemampuan adsorbsinya yang didukung dengan kemampuannya sebagai penukar ion. (Anis Rahmawati, 2010) Parameter pada kandungan Zat Organik
Hasil analisa data yang ada diatas sebelum diuji 26.38mg/l sedangkan pengujian menggunakan komposit lebih mengalami penurunan 6.20mg/l disebabkan adanya komposit arang yang bisa mengikat beberapa sumber zat organik pada air alam adalah dari tanaman yang membusuk, adanya zat organik dapat mengakibatkan gangguan misalnya menimbulkan warna,menimbulkan rasa dan bau, mengurangi kandungan oksigen terlarut dan mangganggu proses pengolahan air. Senyawa organik sendiri merupakan gabungan dari unsur karbon, hidrogen, oksigen,nitrogen dan sulfur (Asmadi, Khayan & Heru, SJ., 2011).
KESIMPULAN
Dengan melihat dari hasil penelitian ini, maka dapat disimpulkan sebagai berikut :
1. Sesudah diuji dengan komposit arang sekam padi dan arang serbuk gergaji dapat mengurangi kandungan air yang berkeruh .
2. pengaruh filter komposit dapat menurunkan unsur-unsur pada kadar kekeruhan dari 18.02 menjadi 8.20 NTU, kadar zat organik dari 26.38 menjadi 9.60 mg/L, kadar besi (Fe) dari 0.58 menjadi 0.12 mg/L mangan (Mn) dari 1.09 menjadi 0.18 mg/l, dan pH 7.50 menjadi 7.40.
SARAN
1. Agar penelitian yang akan datang dapat menyempurnkan rekayasa alat filter ini supaya dapat digunakanan lebih baik lagi.
2. Komposisi pemfilteran lebih bervariasi lagi untuk penelitian selanjutnya.
DAFTAR PUSTAKA
Anis Rahmawati, 2010, Penurunan Kandungan Mangan (Mn) Dari Dalam Air Menggunkan Metode Filtrasi,
14
Asmadi, Khayan & Heru, SJ., 2011, Teknologi Pengolahan Air Minum, Penerbit : Gosyen Publishing, edisi pertama, Yogyakarta
Eko Heri Purwanto, 2009, Tugas Akhir : Sifat Fisis Dan Mekanis Fraksi Volume 5%,10%,15%,20%,25% Core Arang Bamboo Apus Pada Komposit Sandwich Dengan Cara Tuang,
http://www.etd.eprints.ums.ac.id/5949/1/D200030069.pdf
diakses :25 Desember 2011
Esti, Haryanto Sahar, 2000, Penjernih Air Menggunakan Arang Sekam Padi, http://www.warintek.ristek.go.id/air/penjernih air sekam padi.pdf : diakses :16 Mei 2011
Kurniawan dan Marsono, 2008, Proses Karbonasi Sekam Padi menjadi arang aktif Sebagai Bahan Utama Briket.
http://www.repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/28807 /.../Chapter%20II.pdf , diakses : 20 juli 2012
Kusnaedi, 2010, Mengolah Air Kotor Untuk Air Minum, Penerbit : Penebar Swadaya, Jakarta
Maman Kartaman, 2010, Skripsi berjudul : Penguat Pada Fabrikasi Komposit dari fakultas teknik universitas Indonesia ,http://www.lontar.ui.ac.id/file?file...Fabrikasi%20komposit.p df ,diakses: 21 juli 2012 pukul 22.00 wib.
Mujtahid, 2010, Skripsi : Pengaruh Ukuran Serbuk Aren Terhadap Kekuatan Bending, Densitas Dan Hambatan Panas Komposit Semen-Serbuk Aren(Arenga Pinata),
http://www.eprints.uns.ac.id/1/11407525.pdf diakses : 19 juli 2012
Said, N.I, 1999, Pembuatan Filter Untuk Menghilangkan Zat besi dan Mangan Di Dalam Air,
http://www.kelair.bppt.go.id/sitpa/artikel/filter/filter.html . diakses : 29 juli 2012
SNI 06-6989.25-2005 Metode Uji Kandungan Kekeruhan SNI 06-6989.11-2004 Metode Uji Kandungan pH
SNI 06-6989.4-2004 Metode Uji Kandungan Besi (Fe) SNI 06-6989.41-2005 Metode Uji Kandungan Mangan (Mn) SNI 06-6989.22-2004 Metode Uji Kandungan Zat Organik
Tanti, 2011, Cara Pembuatan Lem Putih,