Filtrasi Jeruk Nipis Yang Ditambahkan NaCl + Na-Edta Sebagai Elektrolit Baterai Dengan Charger Solar Cell
FILTRASI JERUK NIPIS
YANG DITAMBAHKAN NaCl + Na-EDTA
SEBAGAI ELEKTROLIT BATERAI
DENGAN CHARGER SOLAR CELL
TESIS
Oleh
MORANAIN MUNGKIN
117026032/FIS
SEKOLAH PASCASARJANA
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2014
Universitas Sumatera Utara
FILTRASI JERUK NIPIS
YANG DITAMBAHKAN NaCl + Na-EDTA
SEBAGAI ELEKTROLIT BATERAI
DENGAN CHARGER SOLAR CELL
TESIS
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Magister Sains
dalam Program Studi Ilmu Fisika pada Sekolah Pascasarjana
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Oleh
MORANAIN MUNGKIN
117026032/FIS
SEKOLAH PASCASARJANA
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2014
Universitas Sumatera Utara
PENGESAHAN TESIS
Judul Tesis
: FILTRASI
JERUK
NIPIS
YANG
DITAMBAHKAN
NaCl
+
Na-EDTA
SEBAGAI
ELEKTROLIT
BATERAI
DENGAN CHARGER SOLAR CELL
Nama Mahasiswa
: MORANAIN MUNGKIN
Nomor Induk Mahasiswa : 117026032
Program Studi
: Magister Fisika
Fakultas
: Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Menyetujui,
Komisi Pembimbing
(Dr. Tulus Ikhsan Nst, M.Sc)
Ketua
Ketua Program Studi,
(Dr. Nasruddin MN, M. Eng.Sc)
NIP 195507061981021002
(Dr. Nasruddin MN, M. Eng.Sc)
Anggota
Dekan,
(Dr. Sutarman, M.Sc)Prof.
NIP 196310161991031001
Tanggal lulus: 5 Nopember 2014
Universitas Sumatera Utara
Telah diuji pada
Tanggal: 5 Nopember 2014
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua
Anggota
: Dr. Tulus Ikhsan Nst, M.Sc
: 1. Dr. Nasruddin MN, M. Eng.Sc
2. Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc
3. Dr. Bisman Perangin-angin, M.Eng.Sc
4. Dr. Kerista Sebayang, M.S
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
Judul Tesis
“ FILTRASI JERUK NIPIS
YANG DITAMBAHKAN NaCl + Na-EDTA
SEBAGAI ELEKTROLIT BATERAI
DENGAN CHARGER SOLAR CELL”
Dengan ini penulis menyatakan bahwa tesis ini disusun sebagai syarat
untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Program Studi Fisika Sekolah
Pascasarjana Universitas Sumatera Utara adalah benar merupakan hasil karya
penulis sendiri.
Adapun pengutipan-pengutipan yang penulis lakukan pada bagian-bagian
tertentu dari hasil karya orang lain dalam penulisan tesis ini, telah penulis
cantumkan sumbernya secara jelas sesuai dengan norma, kaidah, dan etika
penulisan ilmiah.
Apabila di kemudian hari ternyata ditemukan seluruh atau sebagian tesis
ini bukan hasil karya penulis sendiri atau adanya plagiat dalam bagian-bagian
tertentu, penulis bersedia menerima sanksi pencabutan gelar akademik yang
penulis sandang dan sanksi-sanksi lainnya sesuai dengan peraturan perundangan
yang berlaku.
Medan, 5 Nopember 2014
Penulis,
Moranain Mungkin
Universitas Sumatera Utara
FILTRATION OF LEMON ADDED NaCl + Na-EDTA
AS AN ELECTROLYTE BATTERY WITH SOLAR CELL CHARGER
ABSTRACT
Has done research on the study of filtration of lemon added NaCl+ Na-EDTA as an
electrolyte batteries. During this time the battery electrolyte used H 2 SO 4 . Because the
H 2 SO 4 result in itching and sores, even are toxic to the body when inhaled, so I am
looking for an environmentally friendly alternative to the electrolyte of a vegetable by
using lemon water filtration (FJN) so voltage up to gained 7.40 Volts while the
electrolyte Grade up to 12 Volts. To be continued in the future how can enhance the
characteristics of electrolyte FJN so to equal the electrolyte H 2 SO 4 .
Keywords : Filtration of Lemon, Lemon Batteries, Battery Electrolyte Alternative.
i
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Bismillahirrahmanirrahim,
Syukur Alhamdulillah penulis Panjatkan atas kehadirat ALLAH SWT dan
karena dengan limpahan Rahmat dan Hidayah-Nya sehingga Tesis ini dapat
diselesaikan.
Dengan selesainya Tesis ini, saya mengucapkan terima kasih sebesarbesarnya kepada:
1.
Bapak
Prof.Dr.
dr.
Syahril
Pasaribu,
DTM&H,M.Sc,
(CTM),
Sp.A(K)selaku Rektor Universitas Sumatera Utara.
2.
Bapak Dr. Sutarman, M.Sc, selaku Dekan Fakultas Matematika Ilmu
Pengetahuan Alam, yang telah memberi kesempatan kepada penulis menjadi
mahasiswa program Magister Ilmu Fisika pada Sekolah Pascasarjana FMIPA
Universitas Sumatera Utara.
3.
Bapak Dr. Nasruddin MN, M.Eng, Sc, sebagai Ketua Program Studi
Magister Fisika, Bapak Dr. Anwar Darma Sembiring,MS, sebagai
Sekretaris Program Studi MagisterFisika beserta seluruh Staf Pengajar pada
Program Studi Fisika Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara.
Terimakasih yang tak terhingga dan penghargaan yang setinggi-tingginya
saya ucapkan kepada Bapak Dr. Tulus Ikhsan Nst, M.Sc selaku Pembimbing I
yang dengan penuh perhatian dan telah memberikan dorongan dan bimbingan,
demikian juga kepada Bapak Dr. Nasruddin MN, M.Eng, Sc selaku Pembimbing
II yang dengan penuh kesabaran menuntun dan membimbing saya hingga
selesainya penelitian ini.
Kepada Ayahanda almAchmad Murad Harianjadan BundaRosmala
Deli Harahap, serta istriku tercinta Syaiyidinna Sari Ayu, ST, kakanda Arfan
Budiman, ST, dan seluruh keluargaku yang memberikan semangat dan dorongan
bagi saya dalam menyelesaikan pendidikan pada Program Studi Fisika Universitas
Sumatera Utara.
Ucapan terimakasih atas nasehat dan dukungannya kepada Ketua Yayasan
Pendidikan Haji Agus Salim UMA Bapak Drs. H. Erwin Siregar, MBA.
ii
Universitas Sumatera Utara
Kawan-kawan Program Studi Fisika Universitas Sumatera Utara angkatan
2011 yang telah memberikan bantuan dan dorongan kepada saya, Pegawai Biro
Administrasi Sekolah Pascasarjana USU Medan yang telah memperlancar
administrasi selama penulis menempuh pendidikan, dan berbagai pihak yang
banyak membantu saya yang tidak bisa disebutkan satu persatu.
Dengan segala kerendahan hati, tulisan ini masih mempunyai kekurangan,
namun penulis berharap dapat memberikan manfaat sebagai bahan referensi dan
untuk keperluan pengembangan ilmu pengetahuan.
Medan, 5 Nopember 2014
Moranain Mungkin
iii
Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP
DATA PRIBADI
Nama Lengkap berikut Gelar
: Moranain Mungkin, ST
Tempat dan Tanggal Lahir
: Padang Sidimpuan, 2 Juli 1986
Alamat Rumah
: Jalan Kolam No. 1 Komp. UMA Medan
Estate, Medan
Telepon/Faks/HP
: 0813 9683 4847
Instansi Tempat Bekerja
: Universitas Medan Area
Alamat Kantor
: Jalan Kolam No. 1 Komp. UMA Medan
Estate, Medan
Telepon/Faks/HP
: (061) 736878
DATA PENDIDIKAN
SD
: SD Negeri 5 P. Sidimpuan
Tamat : 1999
SMP
: SMP Negeri 6 P. Sidimpuan
Tamat : 2002
SMK
: SMK Negeri 2 P. Sidimpuan
Tamat : 2005
Srata-1
: Universitas Medan Area
Tamat : 2009
Strata-2
: Program Studi Magister Fisika
Sekolah Pasca Sarjana USU Medan
Tamat : 2014
iv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ....................................................................................................
i
ABSTRACT ................................................................................................... ii
KATA PENGANTAR .................................................................................. iii
RIWAYAT HIDUP ...................................................................................... v
DAFTAR ISI ................................................................................................. vi
DAFTAR TABEL ........................................................................................ ix
DAFTAR GAMBAR .................................................................................... xi
DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................ xiv
BAB I
PENDAHULUAN ........................................................................
1.1. Latar Belakang .....................................................................
1.2. Perumusan Masalah .............................................................
1.3. Batasan Masalah ..................................................................
1.4. Tujuan Penelitian .................................................................
1.5. Manfaat Penelitian ...............................................................
1
1
2
3
3
4
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA ..............................................................
2.1. Analisis Kualitatif ................................................................
2.2. Unsur dan Penggolongannya ...............................................
2.2.1. Unsur Logam dan Nonlogam ...................................
2.3. Jenis-jenis Senyawa .............................................................
2.3.1. Oksida.......................................................................
2.3.2. Asam dan Basa .........................................................
2.4. Garam ...................................................................................
2.5. Garam Kompleks dan Garam Rangkap................................
2.6. Reaksi-reaksi Penggaraman .................................................
2.6.1. NaCl .........................................................................
2.7. Reaksi Ionisasi .....................................................................
2.7.1. Reaksi Ionisasi Elektrolit Kuat .................................
2.7.2. Reaksi Ionisasi Elektrolit Lemah .............................
2.8. Elektronegativitas dan Energi Ionisasi .................................
2.9. Senyawa Kompleks ..............................................................
2.10. Teori Dasar pH .....................................................................
2.10.1. Dasar Pengukuran Derajat Keasaman ......................
2.11. Hubungan Tingkat Keasaman dengan pH............................
2.12. Filtrasi Jeruk Nipis ...............................................................
2.13. Baterai ..................................................................................
2.13.1. Reaksi Kimia pada Baterai .......................................
2.14. Aki Kendaraan .....................................................................
2.15. Buah Jeruk Nipis ..................................................................
2.15.1. Kandungan dan Manfaat Jeruk Nipis .......................
2.15.2. Asam Sitrat pada Jeruk Nipis ...................................
2.15.3. Sifat Fisis dan Kimia Asam Sitrat ............................
2.16. Baterai Jeruk Nipis sebagai Sel Volta ..................................
5
5
5
8
8
8
9
13
17
18
22
24
26
27
27
29
29
30
33
34
34
37
38
39
40
42
44
44
v
Universitas Sumatera Utara
2.17. Na-EDTA ............................................................................. 46
2.18. Sel Surya .............................................................................. 47
2.18.1. Proses Pembangkitan Arus pada Solar Sel ............... 51
BAB III METODOLOGI PENELITIAN.................................................
3.1. Metode Eksperimen .............................................................
3.2. Metode Pengolahan dan Analisis Data ................................
3.3. Persiapan Alat dan Bahan ....................................................
3.3.1. Alat ...........................................................................
3.3.2. Bahan ........................................................................
3.3.3. Model Sampel ..........................................................
3.4. Langkah Kerja ......................................................................
3.4.1. Proses Pembuatan Bahan .........................................
3.5. Proses Pencampuran ............................................................
3.5.1. Pencampuran FJN dengan Larutan NaCl .................
3.6. Proses Pemasukan Sampel ke dalam Baterai .......................
3.7. Proses Pengujian ..................................................................
3.8. Diagram Alir Penelitian .......................................................
52
52
52
53
53
54
54
54
54
55
56
56
57
58
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN....................................................
4.1. Hasil Pengukuran Nilai pH Elektrolit FJN...........................
4.1.1. Hasil Pengukuran Baterai Elektrolit FJN
(Kondisi Setelah Elektrolit FJN
Dimasukkan ke dalam Baterai) ................................
4.1.2. Hasil Pengukuran Baterai Elektrolit FJN
(Kondisi Dibebani) ...................................................
4.1.3. Hasil Pengujian Recharge Baterai FJN
(Menggunakan Sumber Listrik PLN 220 VAC
dengan Adaptor 12 VDC/2 A) .................................
4.1.4. Hasil Pengujian Recharge Baterai FJN
(Menggunakan Sumber Listrik SolarCell
PWM SCC 12 VDC/1 A) ..........................................
4.2. Hasil Pengukuran Nilai pH Elektrolit (FJN + NaCl) ...........
4.2.1. Hasil Pengukuran Baterai
(Kondisi setelah Elektrolit FJN + Larutan NaCl +
Na-EDTA Dimasukkan ke dalam Baterai)...............
4.2.2. Hasil Pengukuran Baterai Elektrolit FJN +
Larutan NaCl + Na-EDTA (Kondisi Dibebani) .......
4.2.3. Hasil dan Pembahasan terhadap Recharge
Baterai Elektrolit FJN + Larutan NaCl + Na-EDTA
(Menggunakan Sumber Listrik PLN 220 VAC/
Adaptor 12 VDC/2 A) ..............................................
4.2.4. Hasil Pengujian Recharge Baterai Elektrolit
FJN + Larutan NaCl + Na-EDTA
(Menggunakan Sumber Listrik SolarCell) ...............
4.3. Hasil dan Pembahasan Baterai Elektrolit H 2 SO 4 ................
4.4. Grafik Perbandingan Baterai Elektrolit FJN,
FJN + Larutan NaCl + Na-EDTA, dan H 2 SO 4 ...................
59
59
61
66
70
73
74
79
82
85
87
89
95
vi
Universitas Sumatera Utara
BAB V
HASIL DAN KESIMPULAN ..................................................... 100
5.1 Kesimpulan .......................................................................... 100
5.2 Saran .................................................................................... 101
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................... 102
LAMPIRAN .................................................................................................. 104
vii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
No.
Judul
Halaman
2.1.
Pembagian Jumlah Unsur ...................................................................
6
2.2.
Periodik Unsur....................................................................................
7
2.3.
Sifat Fisika Unsur Logam dan Nonlogam ..........................................
8
2.4.
Sifat Kimia Unsur Logam dan Nonlogam..........................................
8
2.5.
Teori Asam dan Basa ......................................................................... 12
2.6.
Bilangan Oksidasi .............................................................................. 16
2.7.
Sifat NaCl ........................................................................................... 24
2.8.
Jenis Asam.......................................................................................... 41
2.9.
Sifat Asam Sitrat ................................................................................ 43
3.1.
Pencampuran Filtrasi Jeruk Nipis + Larutan NaCl ............................ 56
4.1.
Nilai pH Elektrolit FJN dengan Beberapa Kali Penyaringan ............. 59
4.2.
Nilai Tegangan untuk Baterai Elektrolit FJN
(Kondisi Baterai tanpa Beban) ........................................................... 61
4.3.
Nilai Tegangan untuk Baterai Elektrolit FJN
(Kondisi Baterai Dibebani) ................................................................ 67
4.4.
Data Hasil Pengujian Recharge Baterai FJN Sumber Listrik PLN .... 70
4.5.
Perbedaan Senyawa Organik dan Nonorganik ................................... 72
4.6.
Data Hasil Pengujian Recharge Baterai FJN
Sumber Listrik SolarCell ................................................................... 73
4.7.
pH Elektrolit FJN Murni + NaCl (Sebelum Dibebani) ...................... 75
4.8.
Tegangan Baterai Elektrolit FJN + Larutan NaCl + Na-EDTA
(Kondisi Belum Dibebani) ................................................................. 79
4.9.
Tegangan dengan Beban Lampu 12V, 8W untuk Baterai
Elektrolit FJN Murni + NaCl + Na-EDTA......................................... 83
viii
Universitas Sumatera Utara
4.10. Data Hasil Pengujian Recharge Baterai FJN + NaCl + Na-EDTA
(Menggunakan Sumber Listrik PLN 220 VAC/12 VDC/2 A) ........... 85
4.11. Data Hasil Pengujian Recharge Baterai FJN + NaCl + Na-EDTA
(Menggunakan Sumber Listrik SolarCell/12 VDC/1 A ..................... 87
4.12. Nilai pH Sebelum Dimasukkan ke dalam Baterai .............................. 89
4.13. Tegangan tanpa Beban untuk Baterai Elektrolit H 2 SO 4 .................... 89
4.14. Tegangan dengan Beban Lampu 12 V, 8 W
untuk Baterai Elektrolit H 2 SO 4 .......................................................... 91
4.15. Data Hasil Pengujian Recharge Baterai Elektrolit H 2 SO 4
(Menggunakan Sumber Listrik PLN 220 VAC/12 VDC/2 A) .......... 92
4.16. Hasil Pengujian Recharge Baterai Elektrolit H 2 SO 4 ......................... 94
ix
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
No.
Judul
Halaman
2.1.
Garam Dapur (NaCl) .......................................................................... 23
2.2.
Skala Derajat Ionisasi ......................................................................... 25
2.3.
Nilai Keelektronegatifan Unsur ......................................................... 28
2.4.
AKI Basah Merek Vios ...................................................................... 35
2.5.
Buah Jeruk Nipis ................................................................................ 40
2.6.
Struktur EDTA ................................................................................... 46
2.7.
Bentuk Fisik Na-EDTA ...................................................................... 47
2.8.
Panel Solar Cell Monokristalin .......................................................... 48
2.9.
Solar Cell Multikristalin..................................................................... 48
2.10. Solar Cell Omorphous ........................................................................ 49
2.11. SolarCellGalliumArsenide ................................................................. 49
3.1.
Spesifikasi SolarCell .......................................................................... 53
3.2.
Proses Penyaringan Air Jeruk Nipis .................................................. 55
3.3.
Diagram Alir Penelitian ..................................................................... 58
4.1.
Grafik Nilai pH FJN -Vs- Jumlah Penyaringan
(Kondisi Elektrolit Belum Dimasukkan ke dalam Baterai) ............... 60
4.2.
Grafik Tegangan -Vs- Waktu untuk Baterai Elektrolit FJN
(Kondisi tanpa Beban) ........................................................................ 62
4.3.
Grafik Tegangan -Vs- Waktu untuk Baterai Elektrolit FJN
(Kondisi Dibebani) ............................................................................. 67
4.4.
Rantai Struktur Reaksi Pb + C 6 H 8 O 7 ................................................ 69
4.5.
Rantai Struktur Reaksi PbO 2 + C 6 H 8 O 7 ............................................ 70
4.6.
Nilai Tegangan -Vs- Waktu untuk Kondisi Recharge Baterai
x
Universitas Sumatera Utara
Elektrolit FJN Menggunakan Sumber Listrik PLN 220 VAC,
Adaptor 12 VDC/ 2 A ....................................................................... 71
4.7.
Nilai Tegangan -Vs- Waktu untuk Kondisi Recharge Baterai
Elektrolit FJN Menggunakan Sumber Listrik SolarCell,
Adaptor 12 VDC/1A .......................................................................... 73
4.8.
Grafik Nilai pH -Vs- Jumlah Molaritas Larutan NaCl
(Kondisi Elektrolit sebelum Dimasukkan ke dalam Baterai) ............. 76
4.9.
Grafik Tegangan -Vs- Waktu untuk Baterai Elektrolit
FJN + NaCl + Na-EDTA (Kondisi tanpa Beban) .............................. 80
4.10. Tegangan -Vs- Waktu untuk Baterai Elektrolit
FJN + NaCl + Na-EDTA (Kondisi Dibebani).................................... 83
4.11. Nilai Tegangan -Vs- Waktu untuk Kondisi Recharge Baterai
Elektrolit FJN + NaCl + Na-EDTA Menggunakan Sumber
Listrik PLN 220 VAC, Adaptor 12 VDC/2 A ................................... 86
4.12. Nilai Tegangan -Vs- Waktu untuk Kondisi Recharge Baterai
Elektrolit FJN + NaCl + Na-EDTA Menggunakan Sumber
Listrik SolarCell, Adaptor 12 VDC/1 A ........................................... 88
4.13. Grafik Nilai Tegangan -Vs- Baterai Elektrolit
Baterai H 2 SO 4 (Kondisi tanpa Beban) ............................................... 90
4.14. Grafik Nilai Tegangan -Vs- Baterai Elektrolit H 2 SO 4
(Kondisi Dibebani) ............................................................................. 91
4.15. Grafik Nilai Tegangan Pengisian Baterai -Vs- Waktu
untuk Baterai Elektrolit H 2 SO 4 Menggunakan Sumber Listrik
PLN 220 VAC/Adaptor 12 VDC/2 A ............................................... 93
4.16. Grafik Nilai Tegangan Pengisian Baterai -Vs- Waktu
untuk Baterai Elektrolit H 2 SO 4 Menggunakan Sumber Listrik
SolarCell /PWM SCC/12VDC/1 A .................................................... 95
4.17. Grafik Hasil Pengujian Tegangan Keluaran Masing-masing
Baterai -Vs- Waktu (Kondisi tanpa Beban) ....................................... 96
4.18. Grafik Hasil Pengujian Tegangan Keluaran Masing-masing
Baterai -Vs- Waktu (Kondisi Dibebani)............................................. 96
4.19. Grafik Tegangan Pengisian Masing-masing
Baterai -Vs- Waktu Menggunakan Sumber Listrik
PLN 220 VAC/12 VDC/2A ............................................................... 97
xi
Universitas Sumatera Utara
4.20. Grafik Tegangan Pengisian Masing-masing
Baterai -Vs- Waktu Menggunakan Sumber Listrik
SolarCell/PWMSCC/12 VDC/1 A ..................................................... 97
xii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
No.
Judul
Halaman
1.
pH Meter Digital ................................................................................ 104
2.
BeakerGlass ....................................................................................... 104
3.
Erlenmeyer ......................................................................................... 104
4.
Corong Kaca ....................................................................................... 105
5.
Gelas Ukur.......................................................................................... 105
6.
Corong Pisah ...................................................................................... 105
7.
Kertas Saring ...................................................................................... 106
8.
Multimeter dan Baterai Basah Merek Vios ........................................ 106
9.
Lampu 12 Volt/12 Watt...................................................................... 106
10.
PWMSolarChargeController ............................................................. 107
11.
Spesifikasi PWMSolarChargeController ........................................... 107
12.
SolarCell............................................................................................. 107
13.
Spesifikasi SolarCell .......................................................................... 107
14.
Bola Lampu SolarCell ........................................................................ 107
15.
Spesifikasi Lampu SolarCell .............................................................. 107
16.
Buah Jeruk Nipis ................................................................................ 108
17.
NaCl ................................................................................................... 108
18.
Na-EDTA ........................................................................................... 108
19.
Sampel FJN dengan Pengendapan Corong Pisah ............................... 109
20.
Sampel FJN Satu Kali Penyaringan dengan Kertas Saring ................ 109
21.
Sampel FJN Empat Kali Penyaringan Kertas Saring ......................... 109
xiii
Universitas Sumatera Utara
22.
Baterai FJN Murni sebelum Dibebani ................................................ 110
23.
Baterai FJN Murni sesudah Dibebani ................................................ 110
24.
Baterai FJN + Larutan NaCl + Na-EDTA sebelum Dibebani ............ 110
25.
Baterai FJN + Larutan NaCl + Na-EDTA sesudah Dibebani ............ 110
xiv
Universitas Sumatera Utara
YANG DITAMBAHKAN NaCl + Na-EDTA
SEBAGAI ELEKTROLIT BATERAI
DENGAN CHARGER SOLAR CELL
TESIS
Oleh
MORANAIN MUNGKIN
117026032/FIS
SEKOLAH PASCASARJANA
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2014
Universitas Sumatera Utara
FILTRASI JERUK NIPIS
YANG DITAMBAHKAN NaCl + Na-EDTA
SEBAGAI ELEKTROLIT BATERAI
DENGAN CHARGER SOLAR CELL
TESIS
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Magister Sains
dalam Program Studi Ilmu Fisika pada Sekolah Pascasarjana
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Oleh
MORANAIN MUNGKIN
117026032/FIS
SEKOLAH PASCASARJANA
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2014
Universitas Sumatera Utara
PENGESAHAN TESIS
Judul Tesis
: FILTRASI
JERUK
NIPIS
YANG
DITAMBAHKAN
NaCl
+
Na-EDTA
SEBAGAI
ELEKTROLIT
BATERAI
DENGAN CHARGER SOLAR CELL
Nama Mahasiswa
: MORANAIN MUNGKIN
Nomor Induk Mahasiswa : 117026032
Program Studi
: Magister Fisika
Fakultas
: Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Menyetujui,
Komisi Pembimbing
(Dr. Tulus Ikhsan Nst, M.Sc)
Ketua
Ketua Program Studi,
(Dr. Nasruddin MN, M. Eng.Sc)
NIP 195507061981021002
(Dr. Nasruddin MN, M. Eng.Sc)
Anggota
Dekan,
(Dr. Sutarman, M.Sc)Prof.
NIP 196310161991031001
Tanggal lulus: 5 Nopember 2014
Universitas Sumatera Utara
Telah diuji pada
Tanggal: 5 Nopember 2014
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua
Anggota
: Dr. Tulus Ikhsan Nst, M.Sc
: 1. Dr. Nasruddin MN, M. Eng.Sc
2. Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc
3. Dr. Bisman Perangin-angin, M.Eng.Sc
4. Dr. Kerista Sebayang, M.S
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
Judul Tesis
“ FILTRASI JERUK NIPIS
YANG DITAMBAHKAN NaCl + Na-EDTA
SEBAGAI ELEKTROLIT BATERAI
DENGAN CHARGER SOLAR CELL”
Dengan ini penulis menyatakan bahwa tesis ini disusun sebagai syarat
untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Program Studi Fisika Sekolah
Pascasarjana Universitas Sumatera Utara adalah benar merupakan hasil karya
penulis sendiri.
Adapun pengutipan-pengutipan yang penulis lakukan pada bagian-bagian
tertentu dari hasil karya orang lain dalam penulisan tesis ini, telah penulis
cantumkan sumbernya secara jelas sesuai dengan norma, kaidah, dan etika
penulisan ilmiah.
Apabila di kemudian hari ternyata ditemukan seluruh atau sebagian tesis
ini bukan hasil karya penulis sendiri atau adanya plagiat dalam bagian-bagian
tertentu, penulis bersedia menerima sanksi pencabutan gelar akademik yang
penulis sandang dan sanksi-sanksi lainnya sesuai dengan peraturan perundangan
yang berlaku.
Medan, 5 Nopember 2014
Penulis,
Moranain Mungkin
Universitas Sumatera Utara
FILTRATION OF LEMON ADDED NaCl + Na-EDTA
AS AN ELECTROLYTE BATTERY WITH SOLAR CELL CHARGER
ABSTRACT
Has done research on the study of filtration of lemon added NaCl+ Na-EDTA as an
electrolyte batteries. During this time the battery electrolyte used H 2 SO 4 . Because the
H 2 SO 4 result in itching and sores, even are toxic to the body when inhaled, so I am
looking for an environmentally friendly alternative to the electrolyte of a vegetable by
using lemon water filtration (FJN) so voltage up to gained 7.40 Volts while the
electrolyte Grade up to 12 Volts. To be continued in the future how can enhance the
characteristics of electrolyte FJN so to equal the electrolyte H 2 SO 4 .
Keywords : Filtration of Lemon, Lemon Batteries, Battery Electrolyte Alternative.
i
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Bismillahirrahmanirrahim,
Syukur Alhamdulillah penulis Panjatkan atas kehadirat ALLAH SWT dan
karena dengan limpahan Rahmat dan Hidayah-Nya sehingga Tesis ini dapat
diselesaikan.
Dengan selesainya Tesis ini, saya mengucapkan terima kasih sebesarbesarnya kepada:
1.
Bapak
Prof.Dr.
dr.
Syahril
Pasaribu,
DTM&H,M.Sc,
(CTM),
Sp.A(K)selaku Rektor Universitas Sumatera Utara.
2.
Bapak Dr. Sutarman, M.Sc, selaku Dekan Fakultas Matematika Ilmu
Pengetahuan Alam, yang telah memberi kesempatan kepada penulis menjadi
mahasiswa program Magister Ilmu Fisika pada Sekolah Pascasarjana FMIPA
Universitas Sumatera Utara.
3.
Bapak Dr. Nasruddin MN, M.Eng, Sc, sebagai Ketua Program Studi
Magister Fisika, Bapak Dr. Anwar Darma Sembiring,MS, sebagai
Sekretaris Program Studi MagisterFisika beserta seluruh Staf Pengajar pada
Program Studi Fisika Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara.
Terimakasih yang tak terhingga dan penghargaan yang setinggi-tingginya
saya ucapkan kepada Bapak Dr. Tulus Ikhsan Nst, M.Sc selaku Pembimbing I
yang dengan penuh perhatian dan telah memberikan dorongan dan bimbingan,
demikian juga kepada Bapak Dr. Nasruddin MN, M.Eng, Sc selaku Pembimbing
II yang dengan penuh kesabaran menuntun dan membimbing saya hingga
selesainya penelitian ini.
Kepada Ayahanda almAchmad Murad Harianjadan BundaRosmala
Deli Harahap, serta istriku tercinta Syaiyidinna Sari Ayu, ST, kakanda Arfan
Budiman, ST, dan seluruh keluargaku yang memberikan semangat dan dorongan
bagi saya dalam menyelesaikan pendidikan pada Program Studi Fisika Universitas
Sumatera Utara.
Ucapan terimakasih atas nasehat dan dukungannya kepada Ketua Yayasan
Pendidikan Haji Agus Salim UMA Bapak Drs. H. Erwin Siregar, MBA.
ii
Universitas Sumatera Utara
Kawan-kawan Program Studi Fisika Universitas Sumatera Utara angkatan
2011 yang telah memberikan bantuan dan dorongan kepada saya, Pegawai Biro
Administrasi Sekolah Pascasarjana USU Medan yang telah memperlancar
administrasi selama penulis menempuh pendidikan, dan berbagai pihak yang
banyak membantu saya yang tidak bisa disebutkan satu persatu.
Dengan segala kerendahan hati, tulisan ini masih mempunyai kekurangan,
namun penulis berharap dapat memberikan manfaat sebagai bahan referensi dan
untuk keperluan pengembangan ilmu pengetahuan.
Medan, 5 Nopember 2014
Moranain Mungkin
iii
Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP
DATA PRIBADI
Nama Lengkap berikut Gelar
: Moranain Mungkin, ST
Tempat dan Tanggal Lahir
: Padang Sidimpuan, 2 Juli 1986
Alamat Rumah
: Jalan Kolam No. 1 Komp. UMA Medan
Estate, Medan
Telepon/Faks/HP
: 0813 9683 4847
Instansi Tempat Bekerja
: Universitas Medan Area
Alamat Kantor
: Jalan Kolam No. 1 Komp. UMA Medan
Estate, Medan
Telepon/Faks/HP
: (061) 736878
DATA PENDIDIKAN
SD
: SD Negeri 5 P. Sidimpuan
Tamat : 1999
SMP
: SMP Negeri 6 P. Sidimpuan
Tamat : 2002
SMK
: SMK Negeri 2 P. Sidimpuan
Tamat : 2005
Srata-1
: Universitas Medan Area
Tamat : 2009
Strata-2
: Program Studi Magister Fisika
Sekolah Pasca Sarjana USU Medan
Tamat : 2014
iv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ....................................................................................................
i
ABSTRACT ................................................................................................... ii
KATA PENGANTAR .................................................................................. iii
RIWAYAT HIDUP ...................................................................................... v
DAFTAR ISI ................................................................................................. vi
DAFTAR TABEL ........................................................................................ ix
DAFTAR GAMBAR .................................................................................... xi
DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................ xiv
BAB I
PENDAHULUAN ........................................................................
1.1. Latar Belakang .....................................................................
1.2. Perumusan Masalah .............................................................
1.3. Batasan Masalah ..................................................................
1.4. Tujuan Penelitian .................................................................
1.5. Manfaat Penelitian ...............................................................
1
1
2
3
3
4
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA ..............................................................
2.1. Analisis Kualitatif ................................................................
2.2. Unsur dan Penggolongannya ...............................................
2.2.1. Unsur Logam dan Nonlogam ...................................
2.3. Jenis-jenis Senyawa .............................................................
2.3.1. Oksida.......................................................................
2.3.2. Asam dan Basa .........................................................
2.4. Garam ...................................................................................
2.5. Garam Kompleks dan Garam Rangkap................................
2.6. Reaksi-reaksi Penggaraman .................................................
2.6.1. NaCl .........................................................................
2.7. Reaksi Ionisasi .....................................................................
2.7.1. Reaksi Ionisasi Elektrolit Kuat .................................
2.7.2. Reaksi Ionisasi Elektrolit Lemah .............................
2.8. Elektronegativitas dan Energi Ionisasi .................................
2.9. Senyawa Kompleks ..............................................................
2.10. Teori Dasar pH .....................................................................
2.10.1. Dasar Pengukuran Derajat Keasaman ......................
2.11. Hubungan Tingkat Keasaman dengan pH............................
2.12. Filtrasi Jeruk Nipis ...............................................................
2.13. Baterai ..................................................................................
2.13.1. Reaksi Kimia pada Baterai .......................................
2.14. Aki Kendaraan .....................................................................
2.15. Buah Jeruk Nipis ..................................................................
2.15.1. Kandungan dan Manfaat Jeruk Nipis .......................
2.15.2. Asam Sitrat pada Jeruk Nipis ...................................
2.15.3. Sifat Fisis dan Kimia Asam Sitrat ............................
2.16. Baterai Jeruk Nipis sebagai Sel Volta ..................................
5
5
5
8
8
8
9
13
17
18
22
24
26
27
27
29
29
30
33
34
34
37
38
39
40
42
44
44
v
Universitas Sumatera Utara
2.17. Na-EDTA ............................................................................. 46
2.18. Sel Surya .............................................................................. 47
2.18.1. Proses Pembangkitan Arus pada Solar Sel ............... 51
BAB III METODOLOGI PENELITIAN.................................................
3.1. Metode Eksperimen .............................................................
3.2. Metode Pengolahan dan Analisis Data ................................
3.3. Persiapan Alat dan Bahan ....................................................
3.3.1. Alat ...........................................................................
3.3.2. Bahan ........................................................................
3.3.3. Model Sampel ..........................................................
3.4. Langkah Kerja ......................................................................
3.4.1. Proses Pembuatan Bahan .........................................
3.5. Proses Pencampuran ............................................................
3.5.1. Pencampuran FJN dengan Larutan NaCl .................
3.6. Proses Pemasukan Sampel ke dalam Baterai .......................
3.7. Proses Pengujian ..................................................................
3.8. Diagram Alir Penelitian .......................................................
52
52
52
53
53
54
54
54
54
55
56
56
57
58
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN....................................................
4.1. Hasil Pengukuran Nilai pH Elektrolit FJN...........................
4.1.1. Hasil Pengukuran Baterai Elektrolit FJN
(Kondisi Setelah Elektrolit FJN
Dimasukkan ke dalam Baterai) ................................
4.1.2. Hasil Pengukuran Baterai Elektrolit FJN
(Kondisi Dibebani) ...................................................
4.1.3. Hasil Pengujian Recharge Baterai FJN
(Menggunakan Sumber Listrik PLN 220 VAC
dengan Adaptor 12 VDC/2 A) .................................
4.1.4. Hasil Pengujian Recharge Baterai FJN
(Menggunakan Sumber Listrik SolarCell
PWM SCC 12 VDC/1 A) ..........................................
4.2. Hasil Pengukuran Nilai pH Elektrolit (FJN + NaCl) ...........
4.2.1. Hasil Pengukuran Baterai
(Kondisi setelah Elektrolit FJN + Larutan NaCl +
Na-EDTA Dimasukkan ke dalam Baterai)...............
4.2.2. Hasil Pengukuran Baterai Elektrolit FJN +
Larutan NaCl + Na-EDTA (Kondisi Dibebani) .......
4.2.3. Hasil dan Pembahasan terhadap Recharge
Baterai Elektrolit FJN + Larutan NaCl + Na-EDTA
(Menggunakan Sumber Listrik PLN 220 VAC/
Adaptor 12 VDC/2 A) ..............................................
4.2.4. Hasil Pengujian Recharge Baterai Elektrolit
FJN + Larutan NaCl + Na-EDTA
(Menggunakan Sumber Listrik SolarCell) ...............
4.3. Hasil dan Pembahasan Baterai Elektrolit H 2 SO 4 ................
4.4. Grafik Perbandingan Baterai Elektrolit FJN,
FJN + Larutan NaCl + Na-EDTA, dan H 2 SO 4 ...................
59
59
61
66
70
73
74
79
82
85
87
89
95
vi
Universitas Sumatera Utara
BAB V
HASIL DAN KESIMPULAN ..................................................... 100
5.1 Kesimpulan .......................................................................... 100
5.2 Saran .................................................................................... 101
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................... 102
LAMPIRAN .................................................................................................. 104
vii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
No.
Judul
Halaman
2.1.
Pembagian Jumlah Unsur ...................................................................
6
2.2.
Periodik Unsur....................................................................................
7
2.3.
Sifat Fisika Unsur Logam dan Nonlogam ..........................................
8
2.4.
Sifat Kimia Unsur Logam dan Nonlogam..........................................
8
2.5.
Teori Asam dan Basa ......................................................................... 12
2.6.
Bilangan Oksidasi .............................................................................. 16
2.7.
Sifat NaCl ........................................................................................... 24
2.8.
Jenis Asam.......................................................................................... 41
2.9.
Sifat Asam Sitrat ................................................................................ 43
3.1.
Pencampuran Filtrasi Jeruk Nipis + Larutan NaCl ............................ 56
4.1.
Nilai pH Elektrolit FJN dengan Beberapa Kali Penyaringan ............. 59
4.2.
Nilai Tegangan untuk Baterai Elektrolit FJN
(Kondisi Baterai tanpa Beban) ........................................................... 61
4.3.
Nilai Tegangan untuk Baterai Elektrolit FJN
(Kondisi Baterai Dibebani) ................................................................ 67
4.4.
Data Hasil Pengujian Recharge Baterai FJN Sumber Listrik PLN .... 70
4.5.
Perbedaan Senyawa Organik dan Nonorganik ................................... 72
4.6.
Data Hasil Pengujian Recharge Baterai FJN
Sumber Listrik SolarCell ................................................................... 73
4.7.
pH Elektrolit FJN Murni + NaCl (Sebelum Dibebani) ...................... 75
4.8.
Tegangan Baterai Elektrolit FJN + Larutan NaCl + Na-EDTA
(Kondisi Belum Dibebani) ................................................................. 79
4.9.
Tegangan dengan Beban Lampu 12V, 8W untuk Baterai
Elektrolit FJN Murni + NaCl + Na-EDTA......................................... 83
viii
Universitas Sumatera Utara
4.10. Data Hasil Pengujian Recharge Baterai FJN + NaCl + Na-EDTA
(Menggunakan Sumber Listrik PLN 220 VAC/12 VDC/2 A) ........... 85
4.11. Data Hasil Pengujian Recharge Baterai FJN + NaCl + Na-EDTA
(Menggunakan Sumber Listrik SolarCell/12 VDC/1 A ..................... 87
4.12. Nilai pH Sebelum Dimasukkan ke dalam Baterai .............................. 89
4.13. Tegangan tanpa Beban untuk Baterai Elektrolit H 2 SO 4 .................... 89
4.14. Tegangan dengan Beban Lampu 12 V, 8 W
untuk Baterai Elektrolit H 2 SO 4 .......................................................... 91
4.15. Data Hasil Pengujian Recharge Baterai Elektrolit H 2 SO 4
(Menggunakan Sumber Listrik PLN 220 VAC/12 VDC/2 A) .......... 92
4.16. Hasil Pengujian Recharge Baterai Elektrolit H 2 SO 4 ......................... 94
ix
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
No.
Judul
Halaman
2.1.
Garam Dapur (NaCl) .......................................................................... 23
2.2.
Skala Derajat Ionisasi ......................................................................... 25
2.3.
Nilai Keelektronegatifan Unsur ......................................................... 28
2.4.
AKI Basah Merek Vios ...................................................................... 35
2.5.
Buah Jeruk Nipis ................................................................................ 40
2.6.
Struktur EDTA ................................................................................... 46
2.7.
Bentuk Fisik Na-EDTA ...................................................................... 47
2.8.
Panel Solar Cell Monokristalin .......................................................... 48
2.9.
Solar Cell Multikristalin..................................................................... 48
2.10. Solar Cell Omorphous ........................................................................ 49
2.11. SolarCellGalliumArsenide ................................................................. 49
3.1.
Spesifikasi SolarCell .......................................................................... 53
3.2.
Proses Penyaringan Air Jeruk Nipis .................................................. 55
3.3.
Diagram Alir Penelitian ..................................................................... 58
4.1.
Grafik Nilai pH FJN -Vs- Jumlah Penyaringan
(Kondisi Elektrolit Belum Dimasukkan ke dalam Baterai) ............... 60
4.2.
Grafik Tegangan -Vs- Waktu untuk Baterai Elektrolit FJN
(Kondisi tanpa Beban) ........................................................................ 62
4.3.
Grafik Tegangan -Vs- Waktu untuk Baterai Elektrolit FJN
(Kondisi Dibebani) ............................................................................. 67
4.4.
Rantai Struktur Reaksi Pb + C 6 H 8 O 7 ................................................ 69
4.5.
Rantai Struktur Reaksi PbO 2 + C 6 H 8 O 7 ............................................ 70
4.6.
Nilai Tegangan -Vs- Waktu untuk Kondisi Recharge Baterai
x
Universitas Sumatera Utara
Elektrolit FJN Menggunakan Sumber Listrik PLN 220 VAC,
Adaptor 12 VDC/ 2 A ....................................................................... 71
4.7.
Nilai Tegangan -Vs- Waktu untuk Kondisi Recharge Baterai
Elektrolit FJN Menggunakan Sumber Listrik SolarCell,
Adaptor 12 VDC/1A .......................................................................... 73
4.8.
Grafik Nilai pH -Vs- Jumlah Molaritas Larutan NaCl
(Kondisi Elektrolit sebelum Dimasukkan ke dalam Baterai) ............. 76
4.9.
Grafik Tegangan -Vs- Waktu untuk Baterai Elektrolit
FJN + NaCl + Na-EDTA (Kondisi tanpa Beban) .............................. 80
4.10. Tegangan -Vs- Waktu untuk Baterai Elektrolit
FJN + NaCl + Na-EDTA (Kondisi Dibebani).................................... 83
4.11. Nilai Tegangan -Vs- Waktu untuk Kondisi Recharge Baterai
Elektrolit FJN + NaCl + Na-EDTA Menggunakan Sumber
Listrik PLN 220 VAC, Adaptor 12 VDC/2 A ................................... 86
4.12. Nilai Tegangan -Vs- Waktu untuk Kondisi Recharge Baterai
Elektrolit FJN + NaCl + Na-EDTA Menggunakan Sumber
Listrik SolarCell, Adaptor 12 VDC/1 A ........................................... 88
4.13. Grafik Nilai Tegangan -Vs- Baterai Elektrolit
Baterai H 2 SO 4 (Kondisi tanpa Beban) ............................................... 90
4.14. Grafik Nilai Tegangan -Vs- Baterai Elektrolit H 2 SO 4
(Kondisi Dibebani) ............................................................................. 91
4.15. Grafik Nilai Tegangan Pengisian Baterai -Vs- Waktu
untuk Baterai Elektrolit H 2 SO 4 Menggunakan Sumber Listrik
PLN 220 VAC/Adaptor 12 VDC/2 A ............................................... 93
4.16. Grafik Nilai Tegangan Pengisian Baterai -Vs- Waktu
untuk Baterai Elektrolit H 2 SO 4 Menggunakan Sumber Listrik
SolarCell /PWM SCC/12VDC/1 A .................................................... 95
4.17. Grafik Hasil Pengujian Tegangan Keluaran Masing-masing
Baterai -Vs- Waktu (Kondisi tanpa Beban) ....................................... 96
4.18. Grafik Hasil Pengujian Tegangan Keluaran Masing-masing
Baterai -Vs- Waktu (Kondisi Dibebani)............................................. 96
4.19. Grafik Tegangan Pengisian Masing-masing
Baterai -Vs- Waktu Menggunakan Sumber Listrik
PLN 220 VAC/12 VDC/2A ............................................................... 97
xi
Universitas Sumatera Utara
4.20. Grafik Tegangan Pengisian Masing-masing
Baterai -Vs- Waktu Menggunakan Sumber Listrik
SolarCell/PWMSCC/12 VDC/1 A ..................................................... 97
xii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
No.
Judul
Halaman
1.
pH Meter Digital ................................................................................ 104
2.
BeakerGlass ....................................................................................... 104
3.
Erlenmeyer ......................................................................................... 104
4.
Corong Kaca ....................................................................................... 105
5.
Gelas Ukur.......................................................................................... 105
6.
Corong Pisah ...................................................................................... 105
7.
Kertas Saring ...................................................................................... 106
8.
Multimeter dan Baterai Basah Merek Vios ........................................ 106
9.
Lampu 12 Volt/12 Watt...................................................................... 106
10.
PWMSolarChargeController ............................................................. 107
11.
Spesifikasi PWMSolarChargeController ........................................... 107
12.
SolarCell............................................................................................. 107
13.
Spesifikasi SolarCell .......................................................................... 107
14.
Bola Lampu SolarCell ........................................................................ 107
15.
Spesifikasi Lampu SolarCell .............................................................. 107
16.
Buah Jeruk Nipis ................................................................................ 108
17.
NaCl ................................................................................................... 108
18.
Na-EDTA ........................................................................................... 108
19.
Sampel FJN dengan Pengendapan Corong Pisah ............................... 109
20.
Sampel FJN Satu Kali Penyaringan dengan Kertas Saring ................ 109
21.
Sampel FJN Empat Kali Penyaringan Kertas Saring ......................... 109
xiii
Universitas Sumatera Utara
22.
Baterai FJN Murni sebelum Dibebani ................................................ 110
23.
Baterai FJN Murni sesudah Dibebani ................................................ 110
24.
Baterai FJN + Larutan NaCl + Na-EDTA sebelum Dibebani ............ 110
25.
Baterai FJN + Larutan NaCl + Na-EDTA sesudah Dibebani ............ 110
xiv
Universitas Sumatera Utara