PENGARUH PENAMBAHAN KARBON NANO TERHADAP ...

PENGARUH PENAMBAHAN KARBON NANO TERHADAP

KONDUKTIVITAS LISTRIK PCM CAMPURAN

MINYAK JAGUNG DAN AIR

SKRIPSI

Diajukan Sebagai Salah Satu Persyaratan

Guna Memperoleh Gelar Sarja Teknik (S.T)

Program Studi Teknik Mesin

Disusun Oleh :

UZIA DWI INDRAWAN

NIM : 175214038

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2021

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

i

EFFECT OF ADDITIONAL CARBON NANO ON

ELECTRICAL CONDUCTIVITY OF MIXED PCM

CORN OIL AND WATER

HALAMAN JUDUL

SKRIPSI

Submitted As One of Requirements

To Obtain the Engineering Degree (S.T)

Mechanical Engineering

Arranged by :

UZIA DWI INDRAWAN

STUDENT NUMBER: 175214038

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2021


ii

LEMBAR PENGESAHAN

Mengesahkan skripsi dengan judul




Disusun oleh :

UZIA DWI INDRAWAN

NIM : 175214038

Disetujui oleh,

Dosen Pembimbing

Dr. I Gusti Ketut PujaTUJUAN


iii




Telah dipertahankan dihadapan Dewan Penguji

Pada tanggal 23 Juli 2021

dan dinyatakan lulus memenuhi syarat

Susunan Dewan Penguji

Nama Lengkap Tanda Tangan

Ketua : Wibowo Kusbandono, M.T. ...............

Sekertaris : Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T. ...............

Anggota : Dr. I Gusti Ketut Puja ...............

Skripsi ini diterima sebagai salah satu persyaratan untuk

memperoleh gelar Sarjana Teknik

Yogyakarta, 28 Juli 2021

Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Sanata Dharma

Dekan,

Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D.


iv

LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Dengan ini saya menyatakan dalam skripsi dengan judul :




Yang dibuat guna memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Strata 1,

Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata

Dharma. Dalam penulisan yang saya lakukan tidak terdapat tiruan dari skripsi atau

penelitian yang sebelumnya dilakukan oleh pihak lain yang bersangkutan, kecuali

kalimat yang diacu dalam naskah penelitian ini sebagaimana disebutkan dalam

daftar pustaka.

Yogyakarta, 18 Juni 2021

Penulis

Uzia Dwi Indrawan


v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

Yang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata

Dharma :

Nama : Uzia Dwi Indrawan

Nomor Mahasiswa : 175214038

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan

Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul :




Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata

Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media yang lain,

mengelolanya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu

meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama

mencantumkan nama saya sebagai penulis. Demikian pernyataan ini saya buat

dengan sebenarnya.


Penulis

Uzia Dwi Indrawan


vi

INTISARI

Phase change material (PCM) adalah material yang mampu menyimpan

energi saat perubahan fase, dimana banyak diterapkan pada “latent heat thermal

energy storage” (LHTES). Konduktivitas termal material PCM yang rendah

menjadi salah satu hambatan pada penerapan sistem LHTES. Penelitian ini

bertujuan untuk mengkaji konduktivitas listrik PCM campuran minyak jagung dan

air, serta untuk mengetahui gugus molekul PCM. Penelitian ini menggunakan

material PCM organik campuran minyak jagung dan air ditambah karbon nano

arang tempurung kelapa. Karbon nano arang tempurung kelapa disintesis dengan

metode top-down dengan menggunakan mesin shaker mills selama kurang lebih

2.000.000 siklus. Pada penelitian ini menggunakan konsentrasi karbon nano 50

ppm, 100 ppm, dan 150 ppm yang dicampurkan pada 25% dan 30% minyak jagung

dan air dengan volume total 100 ml. Pengujian yang dilakukan pada penelitian ini

yaitu uji konduktivitas dan FTIR (Fourier Trasnform Infrared). Pengujian

konduktivitas dilakukan untuk mengetahui nilai konduktvitas listrik, sedangkan

FTIR dilakukan untuk mengetahui gugus fungsional material PCM. Hasil pengujian

menunjukkan peningkatan nilai konduktivitas listrik seiring dengan penambahan

konsentrasi karbon nano. Peningkatan konduktivitas listrik pada konsentrasi 25%

dan 30% minyak jagung dengan penambahan 150 ppm karbon nano masing -

masing sebesar 0,02 mS/cm dan 0,03 mS/cm, dengan persentase masing - masing

28,57% dan 60% dibanding tanpa penambahan karbon nano. Analisis spektrum

FTIR menunjukkan adanya gugus fungsional carboxylic. Carboxylic membantu

karbon nano bereaksi dengan air dan menyebar dengan baik. Penyebaran partikel

nano yang baik membantu meningkatkan nilai konduktivitas material PCM.

Kata Kunci: PCM Organik, Konduktivitas listrik, FTIR


vii

ABSTRAC

Phase change material (PCM) is a material that is able to store energy during

phase changes, which is widely applied to “latent heat thermal energy storage”

(LHTES). The low thermal conductivity of PCM material is one of the obstacles in

the application of the LHTES system. This study aims to examine the electrical

conductivity of a PCM mixture of corn oil and water, as well as to determine the

PCM molecular group. This research uses organic PCM material, a mixture of corn

oil and water plus carbon nano coconut shell charcoal. Coconut shell charcoal nano

carbon was synthesized by a top-down method using shaker mills for approximately

2,000,000 cycles. In this study, the concentration of nano carbon 50 ppm, 100 ppm,

and 150 ppm were mixed with 25% and 30% corn oil and water with a total volume

of 100 ml. The tests carried out in this study were the conductivity test and FTIR

(Fourier Transform Infrared). Conductivity testing was carried out to determine the

value of electrical conductivity, while FTIR was carried out to determine the

functional groups of PCM materials. The test results showed an increase in the value

of the electrical conductivity along with the addition of carbon nano concentrations.

The increase in electrical conductivity at concentrations of 25% and 30% of corn

oil with the addition of 150 ppm of nano carbon was 0.02 mS/cm and 0.03 mS/cm,

respectively, with a percentage of 28.57% and 60% compared to without the

addition of nano carbon. FTIR spectrum analysis showed the presence of a

carboxylic functional group. Carboxylic helps nano carbon react with water and

spread well. Better dispersion of nanoparticles helps to increase the conductivity

value of PCM materials.

Keywords: Organic PCM, Electrical conductivity, FTIR


viii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Kasih karena skripsi ini telah

selesai tepat pada waktunya. Skripsi ini berjudul “Pengaruh Penambahan Karbon

Nano Terhadap Konduktivitas Listrik PCM Campuran Minyak Jagung dan Air”

dapat berjalan dari awal hingga akhir dengan lancar. Skripsi tugas akhir ini dibuat

guna menjadi syarat kelulusan untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik di Program

Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma .

Pada kesempatan yang dapat dituliskan ini, penulis menyadari bahwa

pembuatan skripsi tugas akhir masih jauh dari kata sempurna, baik dari segi tata

tulisan, pemilihan diksi kata-kata, maupun pembahasaannya dikarenakan

kurangnya ilmu pengetahuan bagi penulis. Maka dari itu, penulis berharap adanya

kritik, dan saran dalam penulisan pada tugas akhir skripsi ini. Penulis juga

menyadari bahwa banyaknya dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu,

penulis ingin menyampaikan rasa apresiasi kepada beberapa pihak :

1. Bapak Sudi Mungkasi, Ph.D., selaku dekan Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Sanata Dharma.

2. Bapak Budi Setyahandana, S.T., M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik

Mesin Universitas Sanata Dharma.

3. Bapak Dr. I Gusti Ketut Puja, selaku dosen pembimbing yang telah

meluangkan waktu dalam membimbing, memberikan kritik dan saran untuk

skripsi ini.

4. Bapak Raden Benedictus Dwiseno Wihadi S.T., M.Si., selaku dosen

pembimbing akademik yang telah banyak memberikan petunjuk akademik

serta non-akademik dari awal hingga akhir perkuliahan.

5. Dosen penguji yang telah meluangkan waktu dalam memberikan

bimbingan, kritik, dan saran untuk kesempurnaan skripsi ini

6. Kedua orang tua saya (Filemon Harman dan Penina Mindari), serta keluarga

besar yang selalu mendukung, mendorong, dan memberikan doa untuk

penulis.


ix

7. Seluruh teman-teman dari Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata

Dharma Yogyakarta.

8. Seluruh teman-teman kelas Teknik Mesin A dari awal hingga akhir semester

yang selalu bersama, serta teman-teman saat penjurusan material.

9. Seluruh teman-teman seperjuangan yang memberikan dukungan, semangat,

motivasi, dan doa untuk penulis.

10. Segenap dosen, laboran, karyawan, dan staff sekretariat Teknik Mesin,

Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, yang telah

banyak membagikan ilmu serta pengalamannya dari awal hingga akhir

perkuliahan.

11. Semua pihak yang tidak bisa disebutkan satu per satu yang telah

memberikan banyak dukungan dan bantuan.

Dengan segala ketidaksempurnaan dan kekurangan dalam penulisan skripsi

tugas akhir ini, penulis berharap bahwa skripsi tugas akhir dapat menjadi manfaat,

informasi, dan acuan dalam kemajuan penulisan penulisan skripsi tugas akhir

selanjutnya.


Penulis

Uzia Dwi Indrawan


x

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ................................................................................................ i

LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................... ii

LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI .............................................. iv

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI.................................. v

INTISARI ............................................................................................................... vi

ABSTRAC ............................................................................................................ vii

KATA PENGANTAR ......................................................................................... viii

DAFTAR ISI ........................................................................................................... x

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiii

DAFTAR TABEL ................................................................................................ xiv

DAFTAR GRAFIK ............................................................................................... xv

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

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

1.2. Rumusan Masalah .................................................................................... 3

1.3. Batasan Masalah ....................................................................................... 3

1.4. Tujuan Penelitian ...................................................................................... 4

1.5. Manfaat Penelitian .................................................................................... 4

BAB II DASAR TEORI ......................................................................................... 5

2.1. Penelitian Sebelumnya ............................................................................. 5

2.2. Phase Change Material ( PCM ) ............................................................... 7

2.2.1. Klasifikasi PCM ................................................................................ 8

2.2.2. Sifat PCM ......................................................................................... 8

2.2.3. Kelemahan PCM ............................................................................. 10

2.2.4. Konduktivitas termal ....................................................................... 10

2.2.5. Konduktivitas listrik ........................................................................ 12

2.2.6. PCM Organik .................................................................................. 12

2.2.7. PCM Anorganik .............................................................................. 15


xi

2.3. Air ........................................................................................................... 17

2.4. Minyak Jagung (Corn Oil) ..................................................................... 19

2.5. Nano Teknologi ...................................................................................... 20

2.5.1. Pendekatan Top-down ..................................................................... 21

2.5.2. Pendekatan Bottom-up .................................................................... 21

2.6. Karbon .................................................................................................... 22

2.7. FTIR (Fourier Transform Infrared Spectrometer) .................................. 23

BAB III METODE PENELITIAN....................................................................... 26

3.1 Bahan dan Alat Penelitian ...................................................................... 26

3.1.1. Bahan............................................................................................... 26

3.1.2. Alat .................................................................................................. 27

3.2 Parameter yang divariasikan................................................................... 29

3.2.1. Variabel yang divariasikan .............................................................. 29

3.2.2. Variabel yang diteliti ....................................................................... 29

3.2.3. Variabel terkontrol .......................................................................... 29

3.2.4. Variabel tak terkontrol .................................................................... 29

3.3 Diagram Alir Penelitian .......................................................................... 30

3.4 Tempat Penelitian ................................................................................... 31

3.5 Prosedur Penelitian ................................................................................. 32

3.5.1. Pembuatan karbon nano .................................................................. 32

3.5.2. Pembuatan Material PCM ............................................................... 32

3.5.3. Pengujian konduktivitas listrik ........................................................ 34

3.5.4. Pengujian FTIR (Fourier Transform Infrared) ................................ 34

3.6 Rencana Analisis Data ............................................................................ 35

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................................. 36

4.1 Data Pengujian Konduktivitas Listrik .................................................... 36

4.2 Data Pengujian FTIR .............................................................................. 37

4.3 Analisis Konduktivitas Listrik ................................................................ 38

BAB V KESIMPULAN ........................................................................................ 45

5.1 Kesimpulan ............................................................................................. 45

5.2 Saran ....................................................................................................... 46


xii

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 47

LAMPIRAN .......................................................................................................... 50


xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1 Cara kerja PCM .................................................................................. 7

Gambar 2. 2 Klasifikasi PCM ................................................................................. 8

Gambar 2. 3 Metode untuk meningkatkan konduktivitas ..................................... 11

Gambar 2. 4 Ikatan kovalen tunggal H2O ............................................................. 17

Gambar 2. 5 Perbandingan nilai kapasitas penyimpanan (storage capacity)

beberapa material .................................................................................................. 18

Gambar 2. 6 Sintesis nanomaterial ....................................................................... 22

Gambar 2. 7 Karbon tempurung kelapa ................................................................ 23

Gambar 2. 8 Skema diagram FTIR ....................................................................... 24

Gambar 3. 1 Karbon nano arang tempurung kelapa .............................................26

Gambar 3. 2 Air..................................................................................................... 27

Gambar 3. 3 Minyak jagung.................................................................................. 27

Gambar 3. 4 Shaker mills ...................................................................................... 28

Gambar 3. 5 Conductivity meter ........................................................................... 28

Gambar 3. 6 Alat uji FTIR ................................................................................... 29

Gambar 3. 7 Diagram alur penelitian .................................................................... 31

Gambar 3. 8 25% MJ (a), 30% MJ (b), 25% MJ + 50 ppm karbon nano (c), 25%

MJ + 100 ppm karbon nano (d), 25 % MJ + 150 ppm karbon nano (e), 30 % MJ +

50 ppm karbon nano (f), 30 % MJ + 100 ppm karbon nano (g), 30% MJ + 150

ppm karbon nano (h). ............................................................................................ 34


xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 2. 1 Sifat PCM yang diinginkan (sumber : Rathod & Banerjee, 2013). ....... 8

Tabel 2. 2 Klasifikasi air berdasarkan harga konduktivitas ................................. 12

Tabel 2. 3 Beberapa jenis material parafin............................................................ 13

Tabel 2. 4 Titik leleh dan panas laten peleburan beberapa jenis material parafin 13

Tabel 2. 5 Beberapa jenis material non-parafin .................................................... 15

Tabel 2. 6 Beberapa jenis material hidrat garam.................................................. 16

Tabel 2. 7 Beberapa jenis material PCM logam ................................................... 17

Tabel 2. 8 Komposisi asam lemak dalam minyak jagung ..................................... 19

Tabel 2. 9 Contoh asam lemak jenuh dan tak jenuh. ........................................... 20

Tabel 2. 10 Daerah gugus fungsi FTIR ................................................................. 25

Tabel 3. 1 Sampel Material PCM….......................................................................33

Tabel 4. 1 Data Pengujian Konduktivitas Listrik 25% Minyak Jagung.................36

Tabel 4. 2 Data Pengujian Konduktivitas Listrik 30% Minyak Jagung. ............... 36

Tabel 4. 3 Tabel Pengujian FTIR Minyak Jagung. ............................................... 37

Tabel 4. 4 Tabel Pengujian FTIR 25 % Minyak Jagung Tanpa Penambahan

Karbon Nano ......................................................................................................... 37

Tabel 4. 5 Tabel Pengujian FTIR 25% Minyak Jagung (150 ppm karbon nano). 38


xv

DAFTAR GRAFIK

Grafik 4. 1 Grafik hubungan konduktivitas listrik dan konsentrasi karbon nano. 39

Grafik 4. 2 Grafik spektrum FTIR minyak jagung tanpa penambahan nano ........ 41

Grafik 4. 3 Grafik spektrum FTIR material PCM dengan 25% minyak jagung

tanpa penambahan karbon nano. ........................................................................... 42

Grafik 4. 4 Grafik spektrum FTIR 25% minyak jagung ditambah 150 ppm karbon

nano. ...................................................................................................................... 43


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Kebutuhan akan energi semakin meningkat setiap tahunnya di

Indonesia. Peningkatan kebutuhan energi dipengaruhi oleh pola konsumsi

dan pertumbuhan ekonom yang semakin meningkat. Pengolahan dan

pengembangan energi terbarukan sangat panting untuk dilakukan untuk

menjaga kelangsungan hidup manusia dan lingkungan itu sendiri. Oleh

karena itu salah satu topik yang menarik untuk dikaji yaitu pengembangan

thermal energy storage (TES). TES merupakan media penyimpan energi

listrik, panas, kimia, dan mekanik. TES memanfaatkan energi panas laten

untuk menyimpan dan melepaskan energi selama perubahan fase. Penyimpan

energi panas laten dapat menggunakan material PCM.

PCM (Phase Change Material) atau Material Perubah Fasa merupakan

suatu zat yang dapat menyerap panas laten dalam jumlah yang besar.

Penyerapan panas laten terjadi ketika mengalami perubahan pada keadaan

fisiknya, yaitu padat menjadi cair atau sebaliknya. Perubahan fase pada

material PCM terjadi setelah material mencapai temperatur perubahan fase

spesifiknya. Selama proses penyerapan atau pelepasan panas laten,

temperatur PCM tetap konstan. Aplikasi PCM dalam menyerap dan

melepaskan panas dalam jumlah besar dengan cara yang terkontrol dapat

digunakan untuk meningkatkan kinerja suatu produk. Oleh karena itu, PCM

dianggap sebagai sarana penyimpanan panas yang sangat efisien (Pause,

2018).

Ester minyak jagung merupakan salah satu jenis PCM organik. Ester

minyak jagung mengandung asam lemak yang tinggi serta memiliki metil

ester dengan rantai kabron tunggal. Ester asam lemak merupakan material

PCM yang baru dan data yang tersedia dalam literatur masih terbatas (Aydin


2

dan Okutan, 2011). Ester minyak jagung dipilih sebagai bahan campuran

karena memiliki superior properties sebagai PCM organik. Air juga

merupakan salah satu material PCM digunakan penelitian ini. Air memiliki

keandalan, stabilitas, panas jenis yang tinggi, kepadatan yang tinggi,

kapasitas panas laten yang tinggi, dan mudah didapat. Material yang

mempunyai kepasitas panas yang tinggi dan temperatur perubahan fase yang

konstan dianggap sebagai PCM yang baik (Nyoman Suamir et al., 2019). Air

merupakan senyawa dengan rumus kimia H2O. Atom oksigen (O) dari satu

molekul air dapat berikatan dengan atom hidrogen (H+) dari molekul air yang

lain, hal tersebut menyebabkan terjadi penggabungan molekul-molekul air

melalui ikatan hidrogen. Pencampuran ester minyak jagung dan air akan

membentuk suatu larutan. Metil ester yang terkandung dalam minyak jagung

memicu kelarutan ester minyak jagung dalam air.

PCM mempunyai keunggulan dan kekurangan. Keunggulan material

PCM yaitu kepadatan penyerap panas yang tinggi, kontrol temperatur yang

konstan, hemat energi, dan rentang temperatur perubahan fase yang tinggi (-

20 hingga 1000◦C). Kekurangan material PCM salah satunya yaitu,

konduktivitas termal yang rendah. Konduktivitas termal PCM yang rendah

akan membatasi kinerja penyerapan dan pelepasan energi yang disimpan.

Oleh karena itu, masih diperlukan variabel pendukung untuk mengatasi

kekurangan tersebut. Salah satunya variabel pendukung yaitu penambahan

karbon nano.

Penambahan material karbon nano diharapkan dapat meningkatkan

nilai konduktvitas PCM. Material karbon dipilih karena memiliki

konduktivitas termal yang tinggi, sifat kimia yang stabil, dan densitas yang

rendah (Wang dkk, 2012). Material karbon telah disintesis dengan metode

top-down sehingga diperoleh material berukuran nano. Material karbon nano

yang digunakan dalam penelitian ini adalah karbon nano arang tempurung

kelapa. Arang tempurung kelapa dipilih karena memiliki karakteristik sebagai

aditif untuk meningkatkan konduktivitas termal material PCM.


3

Penambahan material aditif memungkinkan material PCM mengalami

penambahan atau pengurangan unsur-unsur kimia yang terkandung

didalamnya. Oleh karena itu, perlu dikaji efek penambahan material karbon

nano arang tempurung kelapa pada material PCM. Penambahan unsur-unsur

baru dapat dilihat dengan adanya gugus fungsional baru yang muncul.

Berdasarkan uraian diatas maka dalam penelitian ini dilakukan

pengujian konduktivitas dengan conduktivity meter dan pengujian gugus

fungsional dengan FTIR dari material PCM minyak jagung dengan

penambahan material karbon nano arang tempurung kelapa.

1.2. Rumusan Masalah

Permasalahan yang dapat dirumuskan pada penelitian ini adalah

sebagai berikut :

1) Bagaimana konduktivitas listrik larutan PCM dengan komposisi 25%

dan 30% minyak jagung tanpa penambahan karbon nano, dan

penambahan masing – masing 50, 100, dan 150 ppm karbon nano?

2) Bagaimana gugus molekul larutan 100% minyak jagung?

3) Bagaimana gugus molekul larutan PCM dengan komposisi 25%

minyak jagung tanpa penambahan karbon nano dan penambahan 150

ppm nano?

1.3. Batasan Masalah

Agar terarah dan sistematis, penulis memberikan batasan masalah

sebagai berikut :

1) Material yang diuji adalah PCM campuran minyak jagung-air dengan

volume 100 ml.

2) Komposisi material PCM berbasis air dengan penambahan karbon 50,

100, dan 1500 ppm, serta minyak jagung dengan komposisi 25% dan

30%.

3) Pengujian yang dilakukan adalah menguji konduktivitas listrik PCM

berbasis air dengan volume sampel 100 ml dengan berbagai variasi

penambahan karbon nano dan minyak jagung.


4

4) Pengujian dilakukan dengan metode FTIR untuk mengetahui gugus

molekul dari larutan PCM.

1.4. Tujuan Penelitian

1) Mengkaji pengaruh penambahan karbon nano arang tempurung kelapa

pada larutan PCM terhadap peningkatan konduktivitas listrik.

2) Mengetahui gugus molekul larutan 100% minyak jagung.

3) Mengetahui gugus molekul larutan PCM berbahan campuran air dan

minyak jagung ditambah karbon nano.

1.5. Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian pengaruh penambahan karbon nano dan

minyak jagung terhadap PCM berbasis air adalah :

1) Memperkaya dan menambah referensi hasil pengujian dengan kondisi

pengujian yang dilakukan.

2) Menjadi referensi untuk pengembangan dan penelitian selanjutnya

dalam lingkup teknik mesin.


5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Penelitian Sebelumnya

M E Arsana, I W Temaja, I B G Widiantara, I B P Sukadana (2019)

melakukan penelitian yang berjudul Corn Oil Phase Change Material (PCM)

In Frozen Food Cooling Machine to Improve Energy Efficiency. Penelitian

tersebut bertujuan untuk meningkatkan efisiensi energi pada mesin pendingin

makanan dengan menggunakan minyak jagung sebagai material PCM. Mesin

pendingin (Cooling Machine) telah dimodifikasi dengan penambahan PCM

layer pada bagian evaporator.

Penambahan PCM layer pada penelitian ini mampu meningkatakan

nilai COP (Coefficient of Performance). Sebelum penambahan PCM nilai

COP sebesar 2,1, sedangkan setelah penambahan PCM nilai COP naik

sebesar 6% menjadi 2,25. Periode siklus on-off kompresor selama

penggunaan evaporator dengan PCM menjadi lebih lama. Hal tersebut terjadi

karena temperatur ruang evaporator menjadi lebih stabil. Penggunaan daya

kompresor dalam 12 juga menurun. Penurunan daya kompresor dari 1770,0

kW menjadi 906,50 kW atau menurun sebesar 4% (Arsana et al., 2020).

Manila Chieruzzi, Gian F Cerritelli, Adio Miliozzi, dan Jose M Kenny

(2013) melakukan penelitian yang berjudul Effect of Nanoparticles on Heat

Capacity of Nanofluids Based on Molten Salts as PCM for Thermal Energy

Storage. Penelitian tersebut bertujuan untuk mengetahui efek dari

penambahan nanofluida berdasar garam cair sebagai material PCM untuk

penyimpan energi panas yang dapat diaplikasikan pada pembangkit tenaga

surya. Penelitian tersebut dilakukan dengan cara mencampurkan garam cair

murni dengan dengan nanopartikel. Material nanopertikel yang digunakan

yaitu : silika (7 nm), alumina (13 nm), hydrophilic fumed mixed oxide silika

dan alumina (2-200 nm), dan titania (20 nm). Masing – masing dengan tiga


6

konsentrasi berat (wt%) : 0,5; 1,0; 1,5, dicampurkan kedalam campuran 60%

NaOH3 dan 40% KOH3.

Hasil dari penelitian tersebut nanofluida temperatur tinggi dengan

penambahan nanopartikel yang bervariasi terhadap garam dasar (60% NaOH3

dan 40% KOH3) meningkatkan panas fusi. Temperatur onset dan temperatur

leleh menurun dengan penambahan nanopartikel. Nilai CP meningkat dengan

penambahan 1,0 wt% nanopertikel. Peningkatan tertinggi diperoleh dengan

penambahan 1,0 wt% SiO2-Al2O3. Nilai kapasitas panas yang ditingkatkan

dapat secara signifikan mengurangi jumlah media penyimpan panas yang

dibutuhkan di pembangkit tenaga surya dan mengurangi beban biaya listrik

(Chieruzzi et al., 2013).

Tessy Theres Baby dan S Ramaprabhu melakukan penelitian yang

berjudul Investigation of thermal and electrical conductivity of graphene

based nanofluids. Penelitian tersebut dilakukan untuk mengetahui

konduktivitas termal dan konduktivitas listrik material nanofluida berbasis

graphene. Pada penelitian ini menggunakan material air dan etilen glikol

sebagai fluida basa. Graphene disintesis dengan metode thermal exfoliation

of graphene oxide (pengelupasan termal graphene oksida) pada temperatur

1050°C pada tekanan atmosfer. Graphene yang telah disintesis selanjutnya

didispersikan kedalam fluida dasar tanpa surfaktan apapun. Hasil dari

penelitian ini menunujukkan peningkatan konduktivitas listrik sejalan dengan

peningkatan konduktivitas termal. Konduktivitas termal untuk nanofluid

berbasis air meningkat sebesar 14% dan 64% pada temperatur masing-masing

25°C dan 50°C dengan fraksi volume sebesar 0,056%. Pengukuran

konduktivitas listrik juga menunjukkan peningkatan sebesar 60 μS/cm pada

fraksi volume 0,03%, dimana konduktivitas listrik air sekitar 4 μS/cm.

Peningkatan sebesar 1400% pada fraksi volume 0,03% pada temperatur 25°C

(Baby & Ramaprabhu, 2010).


7

2.2. Phase Change Material ( PCM )

Phase change material atau yang disebut material perubah fase

merupakan salah satu media penyimpan energi. Energi yang disimpan dalam

bentuk energi panas laten. Latent heat storage (LHS) mempunyai kepadatan

penyimpanan yang tinggi (Rathod & Banerjee, 2013). Latent heat storage

(LHS) atau penyimpan panas laten memanfaatkan energi panas laten pada

material PCM untuk menyimpan energi. Panas laten yaitu jumlah panas yang

dapat diserap selama proses perubahan fasa. Panas laten dibagi menjadi

beberapa jenis, yaitu panas peleburan (heat of fusion), panas pemadatan (heat

of solidification), panas penguapan (heat of vaporization), panas kondensasi

(heat of condentation). Panas peleburan adalah jumlah energi yang diserap

ketika terjadi perubahan fasa dari padat ke cair. Panas pemadatan adalah

jumlah energi panas yang diserap ketika terjadi perubahan fasa dari cair ke

padat. Panas penguapan adalah jumlah energi panas yang diserap ketika

terjadi perubahan fasa dari cair ke gas. Panas kondensasi adalah jumlah energi

panas yang diserap ketika terjadi perubahan fasa dari gas ke cair.

Penggunaan material PCM untuk aplikasi LHS mempunyai kentungan

yaitu, dengan volume material yang kecil dapat menyimpan panas dalam

kapasitas yang besar dengan proses penyerapan/ pengisian dan pelepasan

energi panas yang terjadi pada temperatur yang hampir konstan. Akan tetapi,

konduktivitas termal material PCM yang rendah membatasi proses

penyerapan dan pelepasan energi panas. Gambar 2.1 menunjukkan skema

sederhana dari cara kerja material PCM.

Gambar 2. 1 Cara kerja PCM (sumber : https://bit.ly/3xlndRe )


https://bit.ly/3xlndRe

8

Material PCM secara umum dibagi menjadi tiga jenis yaitu, organik,

inorganik, dan eutectic. PCM organik terdiri dari parrafin dan non-parrafin.

PCM inorganik dibagi menjadi dua jenis, yaitu garam hidrat (salt hydrate)

dan metallics. Sedangkan PCM eutectic terdiri dari PCM organik-organik,

inorganik-inorganik, dan inorganik-organik (campuran). Klasifikasi PCM

dapat dilihat pada gambar 2.1.

2.2.1. Klasifikasi PCM

Gambar 2. 2 Klasifikasi PCM

2.2.2. Sifat PCM

Pemilihan material PCM mempertimbangkan beberapa sifat –

sifat material tersebut. Beberapa sifat yang dipertimbangkan yaitu,

termal, fisik, kinetik, kimia dan kriteria ekonomis tercantum pada

Tabel 2.1.

Tabel 2. 1 Sifat PCM yang diinginkan (sumber : Rathod & Banerjee, 2013).

Sifat termal Titik leleh yang sesuai untuk

aplikasi tertentu.

Panas fusi laten yang tinggi

per unit volum.

PCM

solid-liquid

solid-solid

solid-gas

iquid-gas

organic

inorganik

eutectic

organic-organic

salt hydrate

non-paraffin

paraffin

metallics

inorganic-inorganic

Inorganic-organik


9

Konduktivitas termal yang

tinggi pada fase padat dan cair

untuk perpndahan kalor yang

lebih baik.

Panas spesifik yang lebih

tinggi untuk penyimpanan

panas sensible tambahan.

Sifat fisik Kesetimbangan fase yang

baik

Densitas yang tinggi

Perubahan volum yang kecil

selama transisi fase

Tekanan uap yang rendah

Sifat kinetik Sedikit atau hampir tidak ada

supercooling.

Laju nukleasi dan laju

pertumbuhan kristal yang

tinggi.

Perpindahan panas yang

efektif pada saat kondisi

isotermal.

Sifat kimia Tidak terjadi degradasi

selama siklus pencairan atau

pembekuan.

Tidak korosif

Tidak ada dekomposisi

kimiawi

Tidak beracun

Tidak mudah terbakar

Tidak berpolusi


10

Tidak eksplosif

Kriteria ekonomi Mudah diperoleh

Murah

Kemudahan daur ulang dan

perawatan.

2.2.3. Kelemahan PCM

Material PCM masih mempunyai beberapa kelemahan.

Kelemahan utama material PCM adalah konduktivitas termal dan

stabilitas termal yang rendah. Untuk material PCM organik nilainya

antara 0,15-0,3 W/ mK, dan untuk garam hidrat antara 0,4-0,7 W/

mK. Nilai konduktivitas yang rendah mempengaruhi proses

charging dan discharging dengan penuruan temperatur yang cukup

besar. Akibatnya laju proses perubahan fase (peleburan dan

pemadatan PCM) tidak sesuai dengan yang diharapkan atau

menyembabkan sistem tersebut menjadi kurang efisien.

Pemilihan material PCM didadasarkan pada sifat – sifat PCM

pada tabel 2.1. Masing – masing material PCM memiliki

karakteristik, aplikasi, kelebihan dan batasan. Karena tidak ada

material tunggal yang dapat memenuhi semua kriteria untuk media

penyimpan panas yang ideal (Rathod & Banerjee, 2013). Oleh

karena itu, material PCM dapat dimodifikasi dengan bahan lain

untuk dapat mencapai sifat – sifat yang diinginkan.

2.2.4. Konduktivitas termal

Konduktivitas termal merupakan kemampuan suatu material

untuk menghantarkan panas. Nilai konduktivitas termal suatu

material menunjukkan seberapa cepat perpindahan panas yang

mengalir pada suatu material. Semakin cepat molekul berpindah,

maka semakin cepat energi yang diangkut. Material dengan nilai


11

konduktivitas yang tinggi disebut konduktor, sedangkan material

dengan nilai konduktivitas yang rendah disebut isolator.

Konduktivitas termal material PCM yang rendah membatasi

proses kinetika pengisian dan pemakaian energi (charging dan

discharging) (Lin et al., 2018). Terdapat dua cara yang digunakan

untuk mengatasi kelemahan PCM yaitu dengan penambahan bahan

pengisi yang memiliki nilai konduktivitas yang tinggi dan atau

metode pengkapsulan seperti ditunjukkan pada gambar 2.2.

Penambahan nanofluida diaplikasikan untuk meningkatkan

konduktivitas termal (Septiadi et al., 2017).

Gambar 2. 3 Metode untuk meningkatkan konduktivitas termal PCM. (sumber :

Lin et al., 2018)


12

2.2.5. Konduktivitas listrik

Konduktivitas listrik merupakan kemampuan suatu larutan

untuk menghantarkan arus listrik. Arus listrik di dalam larutan

dihantarkan oleh ion-ion yang bergerak dalamnya. Ion memiliki

karakteristik tersendiri dalam menghantarkan arus listrik. Maka dari

itu nilai konduktivitas listrik hanya menunjukkan konsentrasi ion

atau elektrolit total dalam larutan. Ion dari konsentrasi padatan

terlarut dalam air menciptakan kemampuan pada air untuk

menghasilkan arus listrik yang dapat diukur menggunakan

conductivity meter.

Pengukuran dengan condukctivity meter dinyatakan dengan

satuan mS/cm. Pengukuran konduktivitas bertujuan untuk mengukur

kemampuan ion dalam menghantarkan arus listrik. Kandungan ion

mempengaruhi daya hantar arus listrik. Hubungan antara harga

konduktivitas dan macam air seperti terlihat pada Tabel 2.2.

Tabel 2. 2 Klasifikasi air berdasarkan harga konduktivitas

2.2.6. PCM Organik

PCM organik merupakan suatu material yang mempunyai

rentang temperatur antara 0◦C sampai 200◦C. PCM organik cukup

stabil diaplikasikan pada temperatur rendah. PCM organik

mempunyai massa jenis lebih rendah dari PCM anorganik, dengan

nilai kurang dari 103 kg/ m3. Kalor fusi laten PCM lebih kecil per

No. Konduktivitas (mS/cm) Klasifiasi

1 0,0055 Air murni

2 0,5 – 5 Air suling

3 5 – 30 Air hujan

4 30 – 200 Air tanah

5 45000 – 55000 Air laut


13

volume daripada PCM anorganik. PCM organik dibagi menjadi dua

jenis yaitu, parafin dan non-parafin (Pudjiastuti, 2011).

2.2.5.1. Parafin

Parafin alami merupakan campuran alkana murni.

Parafin terdiri dari rantai lurus n-alkana CH3-(CH2)-CH3

dengan kisaran temperatur 23◦C-67◦C. Kristalisasi rantai

(CH3)- menyebabkan pelepasan sejumlah panas laten.

Semakin panjang rantai titik leleh dan panas peleburan

semakin meningkat. Parafin mempunyai rentang temperatur

perubahan fasa yang cukup luas.

Tabel 2. 3 Beberapa jenis material parafin

Sumber : (Sharma et al., 2009)

Tabel 2. 4 Titik leleh dan panas laten peleburan beberapa jenis

material parafin

Paraffin Freezing point/range

(◦C)

Heat of fusion

(KJ/kg)

6106 42-44 189

P166c 45-48 210

5838 48-50 189

6035 58-60 189

6403 62-64 189

6499 66-68 189

No. of carbon

atoms

Melting point (◦C) Laten heat of fusion

(KJ/kg)

14 5,5 228

15 10 205

16 16,7 237,1

17 21,7 213

18 28 244


14


2.2.5.2. Non-parafin

PCM organik non-parafin merupakan material yang

paling banyak diteliti dan mempunyai banyak variasi.

Material non-parafin merupakan kandidat yang baik untuk

media penyimpan panas (Sharma et al., 2009). Beberapa

jenis material non-parafin diantaranya ester, asam lemak,

alkohol, dan glikol (Abhat et al., 1981). Beberapa ciri

material tersebut yaitu, panas fusi yang tinggi, mudah

terbakar, konduktivitas termal yang rendah, titik nyala

yang rendah, tingkat toksisitas yang bervariasi, dan stabil

pada temperatur tinggi. Beberapa jenis material non-

parafin dapat dilihat pada tabel 2.5.

19 32 222

20 36,7 246

21 40,2 200

22 44 249

23 47,5 232

24 50,6 255

25 49,4 238

26 56,3 256

27 58,8 236

28 61,6 253

29 63,4 240

30 65,4 251

31 68 242

32 69,5 170

33 73,9 268

34 75,9 269


15

Tabel 2. 5 Beberapa jenis material non-parafin


2.2.7. PCM Anorganik

PCM anorganik dibagi menjadi dua jenis yaitu hidrat garam

(salt hydrate) dan logam (metallic).

2.2.7.1. Hidrat garam (salt hydrate)

Hidrat garam merupakan campuran garam organik dan

air yang membentuk kristal tertentu. Beberapa sifat dari

PCM jenis ini adalah:

1) Panas laten peleburan per satuan volume yang tinggi,

2) Konduktivitas termal yang tinggi (hampir dua kali PCM

parafin),

3) Perubahan volume yang kecil selama mencair,

4) Tidak terlalu korosif,

5) Tingkat toksisitas kecil dan tidak mudah bereaksi

dengan material plastik.

Material Formula Melting

Point ( ̊ C)

Latent

heat

(kJ/kg)

Acetic acid CH3COOH 16,7 184

Polyethylene

glycol 600 H(OC2H2)n

-OH 20 - 25 146

Capric acid CH3(CH2)8-COOH 36 152

Eladic acid C8H7C9H16-COOH 47 218

Lauric acid CH3(CH2)10-COOH 49 178

Tristearin (C17H35COO)C3H5 56 191

Stearic acid CH3(CH2)16-COOH 69,4 199

Acetamide CH3CONH2 81 241


16

Tabel 2. 6 Beberapa jenis material hidrat garam

Material Melting Point

(◦C)

Latent Heat

(KJ/Kg)

K2HPO4.6H2O 14,0 109

FeBr3.6H2O 21,0 105

Mn(NO3)2.6H2O 25,5 148

FeBr3.12H2O 27,0 105

CaCl2.12H2O 29,8 174

LiNO3.2H2O 30,0 296

LiNO3.3H2O 30 267

Na2O3.10H2O 32,0 241

Na2SO3.10H2O 32,4 173

KFe(SO4)2.12H2O 33 138

CaBr2.6H2O 34 124

LiBr2.2H2O 34 134

Zn(NO3)2.6H2O 36,1 223


2.2.7.2. Logam (metallic)

PCM jenis ini merupakan golongan logam dengan titik

leleh yang rendah dan logam campuran. PCM logam belum

banyak digunakan karena sangat berat. PCM logam

mempunyai panas laten peleburan yang tinggi dan

mempunyai nilai konduktivitas termal yang tinggi sehingga

tidak diperlukan penambahan bahan pengisi lain.


17

Tabel 2. 7 Beberapa jenis material PCM logam

Material Melting Point

(◦C)

Latent Heat

(KJ/Kg)

Gallium-gallium

Antimony eutectic

29,8 -

Gallium 30,0 80,3

Cerrolow-eutectic 58 90,9

Bi-Cd-In eutectic 61 25

Cerrobend eutectic 70 32,6

Bi-Pb-In eutectic 70 29

Bi-In eutectic 72 25

Bi-Pb-Tin eutectic 96 -

Bi-Pb eutectic 125 -


2.3. Air

Air merupakan senyawa dengan rumus kimis H2O. Dalam satu molekul

air tersusun dari dua atom hidrogen yang terikat secara konvalen pada saru

atom hidrogen.

Gambar 2. 4 Ikatan kovalen tunggal H2O


18

Air pada temperatur 0°C yang menunjukan titik beku (freezing point).

Pada temperatur 100°C merupakan titik didih (boiling point) air. Air memiliki

berat molekul sebesar 18 gram/mol. Air mempunyai perubahan temperatur

yang lambat. Pergantian temperatur air berlangsung lambat sehingga air

mempunyai sifat sebagai penyimpan panas yang sangat baik. Sifat ini

memungkinkan air tidak menjadi panas atau dingin dalam rentang waktu yang

relatif cepat. Perubahan temperatur air yang lambat dapat mencegah

terbentuknya ketegangan (stress) pada makhluk hidup yang disebabkan

adanya perubahan temperatur yang signifikan dan memelihara suhu bumi

agar sesuai bagi makhluk hidup. Sifat ini juga menyebabkan air sangat baik

digunakan sebagai pendingin mesin (Effendi, 2003).

Gambar 2. 5 Perbandingan nilai kapasitas penyimpanan (storage capacity)

beberapa material (Khadiran et al., 2015)

Air memiliki panas laten penguapan dan fusi yang tinggi. Panas laten

penguapan adalah energi yang dibutuhkan untuk menguapkan 1 gram air pada

suhu 20° C. Sedangkan panas laten fusi merupakan energi yang dibutuhkan

untuk mencairkan 1 gram es pada suhu 0° C. Besarnya energi panas laten

penguapan adalah 586 kalori dan untuk panas laten fusi adalah 80 kalori.

Tingginya energi yang diperlukan untuk menguapkan air penting untuk

menjaga stabilitas suhu.

Air memiliki viskositas (hambatan untuk pengaliran) rendah.

Viskositas air yang rendah dipengaruhi oleh ikatan hidrogen. Setiap ikatan

hidrogen dimiliki bersama-sama oleh dua molekul air lainnya, sehingga


19

ikatan hidrogennya menjadi lemah dan mudah terputus. Inilah yang

menyebabkan viskositas air rendah. Viskositas air yang rendah menyebabkan

air menjadi pelarut yang baik.

2.4. Minyak Jagung (Corn Oil)

Minyak nabati adalah jenis minyak yang terbuat dari bahan alam seperti

tumbuhan. Minyak nabati juga digunakan sebagai bahan makanan. Minyak

jagung merupakan salah satu jenis minyak nabati. Minyak jagung berpotensi

menjadi sumber energi terbarukan. Minyak jagung merupakan jenis material

PCM organik yang tersusun dari gliserol dan asam lemak. Minyak jagung

mengandung trigliserida dengan komposisi 98,6 persen trigliserida,

sedangkan sisanya merupakan bahan nonminyak, seperti abu, zat warna atau

lilin. Asam lemak yang terdapat dalam minyak jagung terdiri dari asam lemak

jenuh dan asam lemak tak jenuh.

Tabel 2. 8 Komposisi asam lemak dalam minyak jagung (Dwiputra,

2015)

Jenis asam lemak Jumlah (%)

Oleat 19-49

Linoleat 34-62

Palmitat 8-12

Stearat 2,5-4,5

Vitamin E >40

Miristat 0,1

Palmitoleat 0,1

Linolenat 1,2

Minyak jagung tidak hanya tinggi kandungan asam lemak, tetapi juga

tinggi kandungan metil ester. Ester merupakan salah satu jenis rantai

hidrokarbon yang membentuk suatu ikatan hidrogren (Mahardiani et al.,

2011). Secara kimiawi minyak jagung terdiri dari metil ester 38,54%, benzena

17.45%, sikloheksadiena 8,29%, beta-sesquiphellandrene 23,83%.


20

Komposisi minyak jagung paling besar yaitu metil ester, dapat memicu

kelarutan minyak jagung dalam air. Metil ester tidak mengikat molekul

hidrogen dengan sendirinya tetapi, metil ester dapat menghidrogenkan ikatan

dengan molekul air. Metil ester memiliki gugus molekul –OH yang kemudian

diionisasi dengan melepaskan atom hidrogen untuk membuat ion H+

(Nyoman Suamir et al., 2019).

Tabel 2. 9 Contoh asam lemak jenuh dan tak jenuh.

Nama Asam Struktur Sumber

Jenuh

Butirat C3H2COOH Lemak susu

Palmitat C15H31COOH Lemak hewani dan nabati

Stearat C17H35COOH Lemak hewani dan nabati

Kaproat C5H11COOH Lemak hewani dan nabati

Tak jenuh

Palmitoleat C15H29COOH Lemak hewani dan nabati

Oleat C17H33COOH Lemak hewani dan nabati

Linoleat C17H31COOH Minyak nabati

Linolenat C17H29COOH Minyak biji sawit

Arakidonat C21H31COOH Minyak

2.5. Nano Teknologi

Pengertian teknologi nano oleh US Environmental Protection Agency

(2007) sebagai “the science of understanding and control of matter at

dimensions of roughly 1–100 nm, where unique physical properties make

novel applications possible.”(Savage et al., 2007). Sementara, the US

National Nanotechnology Initiative (NNI (tanpa tahun) mendefinisikan

teknologi nano sebagai “science, engineering, and technology conducted at

the nanoscale, which is about 1 to 100 nanometers.”(Roco, 2004). Definisi

lain dari teknologi nano dikemukakan oleh Institute of Technology di Inggris,

yang mendefinisikan teknologi nano sebagai "science and technology where


21

dimensions and tolerances in the range of 0.1 nanometer (nm) to 100 nm play

a critical role."(Srivastava & Srivastava, 2009). Ukuran dari 1 nanometer

adalah 1 x 10−9 meter. Teknologi nano meliputi karakterisasi, fabrikasi,

manipulasi struktur, perangkat atau bahan yang memiliki setidaknya satu

dimensi (atau mengandung komponen dengan satu dimensi) yang kira-kira

panjangnya 1-100 nm (Duncan, 2011). Ukuran partikel yang sangat kecil

menghasilkan suatu material dengan sifat-sifat fisik dan kimia yang berbeda

dari material berukuran makro yang terdiri dari substansi yang sama.

Terdapat dua pendekatan sintesis partikel nano secara umum, yaitu top-

down dan bottom-up (Ariningsih, 2016).

2.5.1. Pendekatan Top-down

Pendekatan top-down merupakan pendekatan dengan cara

memecah partikel dengan ukuran yang besar menjadi partikel

dengan ukuran nanometer. Keunggulan dari pendekatan ini adalah

menghasilkan sifat atau kemampuan yang lebih baik. Kekurangan

dari metode sintesis ini, yaitu adanya tekanan internal, kerusakan

permukaan, dan kontaminasi.

2.5.2. Pendekatan Bottom-up

Pendekatan bottom-up merupakan pendekatan dengan cara

memulai dari atom-atom atau molekul-molekul yang kemudian

membentuk partikel berukuran nanometer. Keunggulan

menggunakan pendekatan bottom-up, yaitu dapat mempeoleh

struktur nano dengan lebih sedikit cacat dan komposisi kimia yang

lebih homogen. Kelemahan dari pendekatan ini adalah faktor biaya

yang cukup besar.


22

Gambar 2. 6 Sintesis nanomaterial

2.6. Karbon

Material berbasis karbon merupakan salah satu aditif paling umum

karena mempunyai konduktivitas termal yang tinggi, sifat kimia yang stabil,

kegunaan yang luas dan densitas yang rendah (Lin et al., 2018). Beberapa

variasi material berbasis karbon, yaitu expended graphite (EG), carbon fiber

(CF), graphene, dan carbon nanotube (CNT). Expended graphite (EG)

memiliki struktur berpori. Kombinasi antara PCM organik dan EG

menghasilkan PCM/EG komposit, dimana PCM organik mempunyai

temperatur perubahan fase pada 44◦C dan kapasitas panas laten yang baik

(diatas 200 kJ/kg). Carbon fiber merupakan senyawa serat karbon

anoraganik. CF mempunyai ketahanan korosi yang baik, tahan terhadap

reaksi kimia, dan kompatibel dengan berbagai macam PCM. Graphene

memiliki struktur lapisan tunggal dua dimensi yang mempunyai sifat fisik dan

kimia yang khas, dan konduktivitas termal yang baik. Carbon nanotubes

mempunyai konduktivitas termal yang baik, kepadatan yang rendah dan rasio

luas permukaan terhadap volume yang besar. CNT terdiri dari atom-atom

karbon dengan kepadatan yang mendekati kepadatan bahan organik, sehingga

memungkinkan membuat campuran yang stabil untuk material berbasis

organik (Lin et al., 2018).

Karbon komposit merupakan salah satu pengembangan dari expended

graphite composite. Karbon komposit dapat diperoleh dari arang tempurung

kelapa dan polyvinyl alcohol (PVA) (Rampe et al., 2011). Komposisi utama

Bulk Top – Down

Dipecah

Bottom – Up

Disusun (Assembly)

Nanopartikel Atoms/ Clusters


23

arang tempurung kelapa, yaitu selulosa, lgnin hemiselulosa dengan

kandungan atom-atom C, O, H, dan N. Material organik ini memiliki gugus

fungsional seperti hridroksil (R-OH), alkana (R-(CH2)n-R’), karboksil (R-

COOH), karbonil (R-CO-R’), ester (R-CO-O-R’), gugus eter dan siklik (R-

O-R’) dengan variasi karbon.

Gambar 2. 7 Karbon tempurung kelapa

2.7. FTIR (Fourier Transform Infrared Spectrometer)

Spektrometer inframerah (spektrofotometer) merupakan salah satu

instrumen yang banyak digunakan untuk mengetahui spektrum vibrasi suatu

molekul yang dapat digunakan untuk memprediksi struktur senyawa kimia

(Sulistyani, 2018). Menggunakan jalur optical untuk menghasilkan pola yang

disebut interferogram. Interferogram berupa sinyal kompleks dengan pola

seperti gelombang, berisi semua frekuensi yang membentuk spektrum

inframerah. Menggunakan operasi matematika fourier transform (FT) untuk

menghasilkan spektrum interferogram, sehingga alat ini dinamakan Fourier

Transform Infrared Spectrometer atau FT-IR (Pavia et al., 2008).

Keuntungan menggunakan FTIR yaitu dapat memperoleh spektrum

interferogram dengan cepat dan tingkat akurasi yang baik. Skema diagram

FTIR dapat dilihat pada gambar 5.


24

Gambar 2. 8 Skema diagram FTIR (sumber : Lampman et al., 1973).

Prinsip kerja FTIR menggunakan interferometer untuk menyalurkan

energi ke sampel. Sumber energi atau radiasi didalam interferometer (infrared

source) dipancarkan melalui beam splitter (sebuah kaca dengan sudut 45

derajat terhadap sumber radiasi). Interferometer berfungsi untuk mengatur

intensitas sinar inframerah dengan mengubah posisi beam splitter. Sinar

radiasi yang melalui beam splitter akan dipecah menjadi dua sinar tegak lurus.

Sinar radiasi kemudian dipantulkan oleh fixed mirror dan moving mirror lalu

kembali ke beam splitter untuk saling berinteraksi. Dari beam splitter,

sebagian sinar diarahkan menuju sampel dan sebagian menuju sumber.

Gerakan cermin (moving mirror) menyebabkan sinar yang diterima detektor

akan berfluktuasi. Gabungan dari dua sinar yang berfluktuasi disebut dengan

interferogram.

Interferogram yang dihasilkan dari kombinasi dua sinar diorientasikan

melewati sampel oleh beam splitter. Kemudian sampel menyerap setiap

panjang gelombang (wavelength) yang melewatinya. Sinyal interferogram

yang terbaca oleh detektor akan diubah menjadi spektrum antara intensitas

dan frekuensi. Sinyal diproses secara matematis dengan fourier transform.

Menggunakan software komputer yang secara otomatis menganalisa

spektrum senyawa yang terdapat dalam sampel dalam bentuk grafik. (Pavia

et al., 2014). Tabel 2. 10 digunakan untuk menganalisis grafik hasil uji FTIR.


25

Tabel 2. 10 Daerah gugus fungsi FTIR (Hanlan et al., 1973).

Ikatan Tipe Senyawa Daerah

frekuensi (cm-1)

Intensitas

C – H Alkana 2850 – 2970

1340 - 1470

Kuat

Kuat

C – H Alkena

3010 – 3095

675 - 995

Sedang

Kuat

C – H Alkuna

3300 Kuat

C – H Cincin Aromatik 3010 – 3100

690 – 900

Sedang

Kuat

O – H Fenol, Manomer

Alkohol, Alkohol ikatan

hidrogen, Fenol,

manomer asam

karboksilat, ikatan

hidrogen asam

karboksilat

3590 – 3650

3200 – 3600

3500 – 3650

2500 - 2700

Berubah – ubah

Berubah – ubah,

terkadang

melebar

Sedang

Melebar

N – H Amina, Amida 3300 – 3500 Sedang

C = C Alkena 1610 – 1680 Berubah – ubah

C = C Cicin Aromatik 1500 – 1600 Berubah – ubah

C ≡ C Alkuna 2100 – 2260 Berubah – ubah

C – N Amina, Amida 1180 – 1360 Kuat

C ≡ N Nitril 2210 – 2280 Kuat

C – O Alkohol, Eter, Asam

Karboksilat, Ester

1050 – 1300 Kuat

C = O Alhedid, Keton, Asam

Karboksilat, Ester

1690 – 1760 Kuat


26

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Bahan dan Alat Penelitian

3.1.1. Bahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah :

- Arang tempurung kelapa

Arang tempurung kelapa disintesis dengan menggunakan alat

shaker mills hingga berukuran nano meter, yang akan menjadi bahan

tambah pada sampel uji PCM.

Gambar 3. 1 Karbon nano arang tempurung kelapa

- Air

Air merupakan bahan utama dalam pembuatan sampel PCM pada

penelitian ini.


27

Gambar 3. 2 Air

- Ester minyak jagung

Ester minyak jagung merupakan jenis PCM organik yang menjadi

bahan campuran air dalam sampel uji PCM.

Gambar 3. 3 Minyak jagung

3.1.2. Alat

Alat yang digunakan untuk mendukung penelitian ini adalah :

- Mesin Shaker Mills

Pembuatan karbon nano dilakukan dengan mesin shaker

mills. Pada penelitian ini, putaran yang digunakan sebesar 150 rpm,

dan ukuran bola baja (ball mills) yang digunakan 5/32 inchi. Gambar

mesin shaker mills terdapat pada gambar 3.4.


28

Gambar 3. 4 Shaker mills

- Conductivity Meter CT – 303

Pengujian konduktivitas listrik dilakukan dengan alat

conductivity meter (Model : CT – 303), seperti pada gambar 3.2.

Alat ini berfungsi untuk mengambil nilai konduktivitas listrik pada

sampel PCM.

Gambar 3. 5 Conductivity meter


29

- Mesin uji Fourier Transform Infra Red

Digunakan untuk mengetahui gugus molekul pada sampel

material PCM. Gambar Mesin Fourier Transform Infra Red

terdapat pada gambar 3.6.

Gambar 3. 6 Alat uji FTIR

3.2 Parameter yang divariasikan

3.2.1. Variabel yang divariasikan

- Konsetrasi minyak jagung

- Konsentrasi karbon nano

3.2.2. Variabel yang diteliti

- Konduktivitas

- Gugus fungsi

3.2.3. Variabel terkontrol

- Suhu pengujian (temperatur sampel) : 25 ◦C.

3.2.4. Variabel tak terkontrol

- Kondisi lingkungan (temperatur ruangan, kelembaban, dan

tekanan).


30

3.3 Diagram Alir Penelitian

Tahapan – tahapan dalam pelaksanaan penelitian ini adalah sebagai

berikut :

Mulai

Studi Literatur

Konduktivitas Termal

Phase Change Material

Karbon Nano Phase Change Material

Phase Change Material Organik

A


31

Gambar 3. 7 Diagram alir penelitian

3.4 Tempat Penelitian

Tempat penelitian ini dilakukan di dua tempat :

1. Pembuatan material PCM dan karbon nano dilakukan di Laboraturium

Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Analisis dan Pembahasan

Kesimpulan

Selesai

Kajian Pustaka

Komposisi Phase Change Material

Conductivity Meter Fourier Transform Infra Red

Gugus Molekul Konduktivitas Listrik

A


32

2. Pengujian konduktivitas listrik material PCM dan karbon nano

dilakukan di Laboraturium Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta.

3. Pengujian FTIR material PCM dan karbon nano dilakukan di

Laboraturium Pendidikan Kimia Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta.

3.5 Prosedur Penelitian

3.5.1. Pembuatan karbon nano

Bahan uji yang digunakan pada penelitian ini adalah arang

tempurung kelapa. Pembuatan bahan uji menjadi nano partikel

menggunakan metode top-down yaitu metode membentuk

nanopartikel dengan peralatan mekanik dengan proses milling. Pada

prosesnya, material ditumbuk hingga ukuran partikel material akan

tereduksi hingga ukuran nano, penghancuran serbuk arang bambu

dengan metode tumbukan menggunakan bola baja (Ball mills) ukuran

5/32 inchi pada alat Shaker Mills. Serbuk arang bambu dan bola baja

dimasukkan dalam tabung uji dengan takaran ukuran 1/3 tabung diisi

bola baja, 1/3 arang bambu dan 1/3 lagi berisi udara. Selanjutnya

tabung uji diletakkan ke alat Shaker Mills untuk dilakukan pengujian.

Prinsip kerja alat Shaker Mills seperti ayunan, sehingga tabung uji

yang diletakkan pada alat di ayun-ayunkan untuk membuat bola baja

(Ball mills) di dalam tabung saling bertumbukan untuk menumbuk

serbuk arang. Proses ini digunakan untuk pembuatan bahan uji dan

mengubah material serbuk arang tempurung kelapa menjadi ukuran

nanometer.

3.5.2. Pembuatan Material PCM

Untuk tahap awal dalam penelitian ini disiapkan 3 material yang

akan digunakan yaitu air sebagai bahan terdispersi kemudian minyak

jagung sebagai bahan pemicu nukleasi dan nano karbon tempurung


33

kelapa sebagai karbon aktif. Kemudian siapkan minyak jagung

dengan komposisi 25% dan 30% dari volume total 100 ml, setelah itu

disiapkan karbon nano 50 ppm, 100 ppm, 150 ppm untuk

dicampurkan ketiga naterial tersebut menjadi satu dengan volume

masing – masing komposisi 100 ml. Setelah semua sampel siap

dengan komposisi masing-masing kemudian sampel dimasukan

kedalam botol kaca dengan volume 100 ml. Setelah itu sampel diaduk

selama 1 menit supaya material dapat bercampur secara merata.

Dalam penelitian ini akan menggunakan 8 sampel dengan komposisi

yang dapat dilihat pada tabel 3.1.

Tabel 3. 1 Sampel Material PCM

Kode

Sampel Air

Minyak

Jagung

Nano

Karbon Jumlah

1 75 ml 25 ml - 100 ml

2 70 ml 25 ml 50 ppm 100 ml

3 65 ml 25 ml 100 ppm 100 ml

4 60 ml 25 ml 150 ppm 100 ml

5 70 ml 30 ml - 100 ml

6 65 ml 30 ml 50 ppm 100 ml

7 60 ml 30 ml 100 ppm 100 ml

8 55 ml 30 ml 150 ppm 100 ml


34

Gambar 3. 8 25% MJ (a), 30% MJ (b), 25% MJ + 50 ppm karbon nano (c), 25%

MJ + 100 ppm karbon nano (d), 25 % MJ + 150 ppm karbon nano (e),

30 % MJ + 50 ppm karbon nano (f), 30 % MJ + 100 ppm karbon nano

(g), 30% MJ + 150 ppm karbon nano (h).

3.5.3. Pengujian konduktivitas listrik

Pengujian konduktivitas listrik dilakukan dengan cara

mencelupkan conductivity meter kedalam material PCM. Alat uji

yang digunakan mempunyai ketelitian 0 – 19,99 mS/cm. Hasil

pengukuran akan ditampilkan pada bagian layar berupa angka.

3.5.4. Pengujian FTIR (Fourier Transform Infrared)

Pengujian FTIR dilakukan menggunakan alat di Laboratorium

Pendidikan Kimia Universitas Sanata Dharma. Pengujian dilakukan

terhadap beberapa sampel, yaitu : sampel 100% minyak jagung,

sampel dengan komposisi 25% minyak jagung tanpa penambahan

karbon nano, dan sampel dengan komposisi 25% minyak jagung

dengan penambahan 150 ppm karbon nano.


35

3.6 Rencana Analisis Data

Phase Change Material atau PCM sangat berkaitan dengan sifat

termal. Pemanfaatan sifat termal material PCM perlu dioptimalkan.

Optimalisasi sifat termal PCM bisa dilakukan dengan penambahan karbon

aktif sebagai bahan tambah untuk meningkatkan konduktivitas termal

material PCM. Hal ini perlu dilakukan pengujian dengan baik dan benar

untuk menghasilkan data pengembangan PCM yang lebih akurat.

Pengujian dilakukan dengan dua metode yaitu pengukuran dengan alat

condukctivity meter dan pengujian FTIR (Fourier Transform Infrared).

Pengujian dengan conductivity meter dilakukan untuk memperoleh

data konduktivitas listrik material PCM pada masing-masing konsentrasi.

Data yang diperoleh kemudian dibuat grafik hubungan antara nilai

konduktivitas listrik dan konsentrasi masing-masing sampel. Grafik

hubungan tersebut dikorelasikan dengan teori konduktivitas termal dari

penelitian sebelumnya, sehingga didapat perkembangan sifat termal dari

material PCM tersebut setelah ditambah material karbon nano.

Pengujian FTIR (Fourier Transform Infrared) dilakukan untuk

memperoleh gugus molekul dari sampel yang diuji. Gugus molekul

diperoleh dari suatu pola yang disebut interferogram. Interferogram yaitu

berupa sinyal kompleks dengan pola seperti gelombang. Analisis gugus

molekul diperoleh dengan membaca titik puncak atau peak pada pola

gelombang tersebut. Nilai titik puncak tersebut menentukan gugus

molekul yang terkandung dalam sampel tersebut. Nilai tersebut dapat

dicari dengan menggunakan tabel 2.10.


36

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Penelitian yang dilakukan meliputi pengujian konduktivitas listrik dan

pengujian FTIR (Fourier Transform Infrared). Pengujian pertama yang

dilakukan yaitu pengujian konduktivitas listrik. Dari pengujian konduktivitas

listrik didapat nilai konduktivitas listrik material PCM, kemudian dikonversi

dalam grafik untuk melihat perubahan yang terjadi. Pengujian kedua yaitu

pengujian FTIR. Dari pengujian FTIR didapat data berupa spektrum

interferogram. Spektrum interferogram digunakan untuk menentukan gugus

molekul dari peak yang diperoleh, dengan membaca tabel.

4.1 Data Pengujian Konduktivitas Listrik

Tabel 4. 1 Data pengujian konduktivitas listrik 25% minyak jagung.

Waktu

(menit)

Konduktivitas (mS/cm)

Tanpa

Nano 50 ppm 100 ppm 150 ppm

0 0,07 0,08 0,09 0,09

5 0,07 0,08 0,09 0,09

10 0,07 0,08 0,08 0,09

Rata-

rata 0,07 0,08 0,087 0,09

Tabel 4. 2 Data pengujian konduktivitas listrik 30% minyak jagung.

Waktu

(menit)

Konduktivitas (mS/cm)

Tanpa

Nano 50 ppm 100 ppm 150 ppm

0 0,05 0,06 0,07 0,08

5 0,05 0,06 0,07 0,08


37

10 0,05 0,06 0,07 0,08

Rata-

rata

0,05 0,06 0,07 0,08

4.2 Data Pengujian FTIR

Tabel 4. 3 Tabel pengujian FTIR minyak jagung.

Tabel 4. 4 Tabel pengujian FTIR 25 % minyak jagung tanpa

penambahan karbon nano.

No. Peak Intensity Area

1 920,57 78,7 189,583

2 991,27 83,36 337,423

3 1040,55 70,54 1006,39

4 1079,11 82,02 226,162


1 836,3 57,47 932,274

2 921,28 59,67 1194,213

3 989,84 61,43 795,842

4 1037,69 26,17 2939,755

5 1077,69 59,93 1249,817

6 1135,53 63,97 1091,895

7 1227,66 83,72 46,249

8 1287,65 79,93 56,978

9 1330,5 79,56 211,073

10 1374,07 74,25 173,542

11 2873,11 82,26 487,117

12 2930,25 80,71 54,863

13 2970,96 80,52 354,267

14 3313,76 66,26 72,151


38

5 1136,25 83,5 551,362

6 1641,88 72,61 58,156

7 3297,33 48,93 109,364

Tabel 4. 5 Tabel pengujian FTIR 25% minyak jagung ditambah 150

ppm karbon nano.


1 990,56 84,19 208,358

2 1041,26 73,17 879,057

3 1081,26 83,54 34,92

4 1137,68 84,88 258,706

5 1639,74 73,15 57,288

6 1700,44 68,09 43,425

7 3310,19 52,45 101,825

4.3 Analisis Konduktivitas Listrik

Hasil pengukuran konduktivitas listrik selanjutnya dibuat grafik

hubungan antara konduktivitas listrik dan konsentrasi karbon nano seperti

terlihat pada grafik 4.1 dibawah ini.


39

Grafik 4. 1 Grafik hubungan konduktivitas listrik dan konsentrasi karbon nano.

Grafik diatas merupakan grafik hubungan antara konduktivitas listrik dan

konsentrasi karbon nano pada PCM. Dari grafik diatas menunjukkan bahwa tingkat

konsentrasi karbon nano yang semakin meningkat, juga meningkatkan nilai

konduktivitas listrik material PCM. Pada PCM dengan konsentrasi 25% minyak

jagung tanpa nano mempunyai nilai konduktivitas listrik 0,07 mS/cm. PCM dengan

konsentrasi 25% minyak jagung ditambah 50 ppm karbon nano, nilai konduktivitas

listrik sebesar 0,08 mS/cm. PCM dengan konsetrasi 25% minyak jagung ditambah

100 ppm karbon nano, nilai konduktivitas listrik sebesar 0,087 mS/cm. PCM

dengan konsetrasi 25% minyak jagung ditambah 150 ppm karbon nano, nilai

konduktivitas sebesar 0,09 mS/cm. Rata-rata peningkatan nilai konduktivitas listrik

dengan penambahan konsentrasi karbon nano yang bervasiasi adalah 0,0075

mS/cm.

PCM dengan konsentrasi 30% minyak jagung tanpa tambahan karbon nano

mempunyai nilai konduktvitas listrik sebesar 0,05 mS/cm. Pada PCM dengan

konsentrasi 30% minyak jagung ditambah 50 ppm karbon nano, nilai konduktivitas

listrik sebesar 0,06 mS/cm. PCM dengan konsetrasi 30% minyak jagung ditambah

100 ppm karbon nano, nilai konduktivitas listrik sebesar 0,07 mS/cm. Pada PCM

0,07

0,080,087 0,09

0,05

0,06

0,07

0,08

y = 0,0067x + 0,065

y = 0,01x + 0,04

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

0,1

Tanpa nano 50 ppm 100 ppm 150 ppm

Ko

nd

ukti

vit

as L

istr

ik (

mS

/cm

)

Konsentrasi Karbon Nano

Grafik Hubungan Konduktivitas Listrik dan

Konsentrasi Karbon Nano

25% Minyak Jagung30% Minyak Jagung


40

dengan konsentrasi 30% minyak jagung ditambah 150 ppm karbon nano, nilai

konduktivitas listrik sebesar 0,08 mS/cm. Rata-rata peningkatan nilai konduktivitas

listrik pada konsentrasi 30% minyak jagung adalah 0,01 mS/cm.

Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa nilai konduktivitas listrik meningkat

dengan penambahan karbon nano yang bervariasi. Peningkatan nilai konduktivitas

listrik disebabkan karena penambahan karbon nano arang tempurung kelapa.

Penambahan karbon nano berpotensi meningkatkan nilai konduktivitas listrik

karena material karbon dalam skala nano mempermudah interaksi antara molekul

air dengan karbon, sehingga dapat menyebar dengan baik. Penyebaran nanopertikel

yang baik membantu meningkatkan nilai konduktivitas termal dan listrik material

PCM (Baby & Ramaprabhu, 2010). Korelasi peningkatan konduktivitas termal dan

listrik ditunjukkan pada penelitian Tessy Theres Baby dan S Ramaprabu.

Konduktivitas termal untuk nanofluid berbasis air meningkat sebesar 14% dan 64%

pada temperatur masing-masing 25°C dan 50°C dengan fraksi volume sebesar

0,056%. Pengukuran konduktivitas listrik juga menunjukkan peningkatan sebesar

60 μS/cm pada fraksi volume 0,03%, dimana konduktivitas listrik air sekitar 4

μS/cm. Peningkatan sebesar 1400% pada fraksi volume 0,03% pada temperatur

25°C (Baby & Ramaprabhu, 2010).

Penambahan karbon yang bersifat aktif meningkatkan jumlah ion yang

terkandung dalam larutan PCM. Proses menambahkan partikel yang bermuatan

(ionisasi) membuat struktur semakin rapat sehingga arus listrik dapat mengalir

dengan baik. Ukuran partikel nano mempengaruhi kecepatan gerak Brown.

Semakin kecil ukuran partikel menyebabkan derak Brown semakin cepat. Gerakan

partikel yang semakin cepat berpotensi meningkatkan nilai konduktivitas listrik.


41

Grafik 4. 2 Grafik spektrum FTIR minyak jagung tanpa penambahan nano

Grafik 4.2 merupakan spektrum FTIR dari minyak jagung. Nilai puncak yang

ditunjukkan pada grafik diatas terdapat pada 3313, 76 cm-1. Nilai area puncak antara

3200-3600 cm-1 menunjukkan gugus O – H. Menurut (Pavia et al., 2014) hampir

semua jenis ikatan mempunyai gugus molekul tersebut. Nilai puncak dari gugus O

– H menunjukkan intensitas yang berubah – ubah. Hal ini terjadi karena penguraian

gugus molekul dan air yang terabsorsi. Gugus O – H merupakan kelompok senyawa

fenol, manomer alkohol, alkohol ikatan hidrogen, asam karboksilat, ikatan hidrogen

asam karboksilat. Selanjutnya terdapat tiga puncak dengan nilai puncak antara 2850

– 2970 cm-1 dengan intensitas yang kuat. Ketiga nilai puncak tersebut

mengindikasikan gugus C – H. Gugus C – H merupakan jenis senyawa alkana.

Nilai puncak antara 1050 – 1300 cm-1 menunjukkan gugus C – O. Pita

penyerapan yang muncul antara 1050 – 1300 cm-1 merupakan ester umum yaitu,

ester dari asam aromatic. Gugus C – O merupakan kelompok senyawa alkohol,

ether, ester, asam carboxylic, dan anhydrides. Metil ester yang terkandung dalam

minyak jagung dapat memicu kelarutan minyak jagung dalam air. Pita penyerapan

antara 675 – 995 cm-1 menunjukkan gugus C – H (C = C – H) dengan intensitas

kuat. Gugus C – H (C = C – H) merupakan jenis senyawa alkena.


42

Grafik 4. 3 Grafik spektrum FTIR material PCM dengan 25% minyak jagung

tanpa penambahan karbon nano.

Grafik 4.3 dibagi menjadi beberapa area puncak. Area puncak pada nilai

antara 3200-3600 cm-1 ( 3297,33 cm-1). Pada area tersebut terdapat gugus O – H

stretching (peregangan). Dari hasil yang didapat terjadi penguraian gugus hidroksil

dan air yang terabsorsi, hal tersebut menunjukkan adanya ikatan hidrogen yang

kuat. Puncak penyerapan pada 1641,88 cm-1 mengindikasi adanya gugus C = C.

Gugus C = C merupakan senyawa alkena dengan intesitas yang berubah – ubah.

Puncak serapan pada nilai antara 1050-1300 cm-1 mengindikasikan adanya

gugus C – O. Ditandai dengan adanya dua atau lebih pita absorsi peregangan

getaran pada kisaran 1050-1300 cm-1. Pada kisaran nilai 1150 cm-1 terindikasi

terjadi absorsi ester dari asam jenuh. Gugus C – O untuk ”alkohol” (bagian dari

ester) terindikasi lemah pada kisaran 1000-1150 cm-1. Pada area puncak antara 675

– 995 cm-1, dengan nilai masing – masing 920,57 cm-1 dan 991,27 cm-1. Nilai

puncak tersebut mengindikasikan gugus molekul C – H (C = C – H). Gugus C – H

(C = C – H) merupakan senyawa alkena.


43

Grafik 4. 4 Grafik spektrum FTIR 25% minyak jagung ditambah 150 ppm karbon

nano.

Grafik 4.4 menunjukkan Spektrum FTIR 25% minyak jagung dengan

penambahan 150 ppm karbon nano. Area puncak pada nilai antara 3200-3600 cm-1

( 3310,19 cm-1). Pada area tersebut terdapat gugus O – H stretching (peregangan).

Dari hasil yang didapat terjadi penguraian gugus hidroksil dan air yang terabsorsi,

hal tersebut menunjukkan adanya ikatan hidrogen yang kuat. Selanjutnya muncul

nilai puncak absorsi pada 1700,44 cm-1. Puncak absorsi pada nilai antara 1690-1760

cm-1, mengindikasi adanya gugus C = O. Gugus C = O merupakan suatu gugus khas

yang menunjukkan adanya karbon aktif dalam sampel tersebut. Pada puncak absorsi

sekitar 1700 cm-1, merupakan kelompok carboxylic acid. Kelompok ini membantu

karbon nano ketika berinteraksi dengan molekul air dan menyebar dengan baik.

Penyebaran partikel nano yang baik membantu pengingkatan konduktivitas termal

dan listrik.

Puncak serapan pada nilai antara 1050-1300 cm-1 mengindikasikan adanya

gugus C – O. Ditandai dengan adanya dua atau lebih pita absorsi peregangan

getaran pada kisaran 1050-1300 cm-1. Pada kisaran nilai 1150 cm-1 terindikasi

terjadi absorsi ester dari asam jenuh. Gugus C – O untuk ”alkohol” (bagian dari

ester) terindikasi lemah pada kisaran 1000-1150 cm-1. Pada area puncak antara 675


44

– 995 cm-1, dengan nilai 990,56 cm-1. Nilai puncak tersebut mengindikasikan gugus

molekul C – H (C = C – H). Gugus C – H (C = C – H) merupakan senyawa alkena.

Dari ketiga grafik spektrum FTIR diatas dapat dilihat pola gelombang yang

hampir sama. Hal tersebut menunjukkan bahwa penambahan karbon nano dengan

volume yang relatif kecil (150 ppm paling tinggi) tidak terlalu berpengaruh

terhadap gugus fungsional sampel tersebut. Akan tetapi, pada grafik 4.1

menunjukkan penambahan karbon nano dengan konsentrasi yang berbeda dapat

meningkatkan nilai konduktivitas listrik sampel tersebut. Itu terjadi karena kabon

merupakan material konduktor listrik yang baik. Penambahan karbon nano

menyebabkan terbentuk gugus C = O atau gugus karbonil. Gugus karbonil

merupakan gugus khusus berupa karbon aktif yang dapat meningkatkan

konduktivias PCM. Berbagai gugus molekul yang muncul pada material PCM

menunjukkan adanya gelombang. Gelombang yang muncul menyebabkan getaran

pada molekul – molekul material PCM yang disebut dengan fonon. Fonon

merupakan energi getaran atau vibrasi yang merambat. Rambatan energi tersebut

menghasilkan gelombang listrik.


45

BAB V

KESIMPULAN

5.1 Kesimpulan

Pada penelitian ini telah dilakukan pengujian konduktivitas listrik

material PCM minyak jagung berbasis air dengan konsentrasi 25% dan 30%

minyak jagung ditambah variasi penambahan karbon nano (50 ppm, 100 ppm,

dan 150 ppm) guna meningkatkan konduktivitas listrik dan termal material

PCM. Dari pengujian yang telah dilakukan, diperoleh kesimpulan sebagai

berikut:

1. Dari pengujian konduktivitas listrik dengan menggunakan

conductivity meter diperoleh peningkatan nilai konduktivitas listrik

PCM setelah penambahan karbon nano arang tempurung kelapa.

peningkatan rata-rata sebesar 0,01 mS/cm. Konduktivitas listrik

tertinggi diperoleh pada campuran 25% minyak jagung ditambah

150 ppm karbon nano dengan nilai 0,09 mS/cm, sedangkan

campuran 30% minyak jagung ditambah 150 ppm karbon nano nilai

konduktivitas listrik sebesar 0,08 mS/cm. Persentase peningkatan

tertinggi sebesar 60% pada 30% minyak jagung, sedangkan pada

25% minyak jagung sebesar 28,57% dibandingkan campuran tanpa

penambahan karbon nano.

2. Minyak jagung murni mempunyai 4 puncak penyerapan dan

membentuk gugus fungsioanl berupa O – H (Gugus hidroksil) ,C –

H (Alkana), C – O (Ester), C – H (C = C – H) (Alkena).

3. Hasil uji FTIR pada 25 % minyak jagung tanpa nano diperoleh gugus

molekul O – H, C = C, C – O, dan C = C – H, sedangkan pada 25%

minyak jagung ditambah nano diperoleh gugus molekul Hasil

pengujian dengan penambahan karbon nano diperoleh gugus

molekul O – H, C = O, C – O, dan C = C – H.


46

Dari pengujian tersebut dapat disimpulkan bahwa penambahan material

karbon nano arang tempurung kelapa pada PCM minyak jagung dapat

meningkatkan konduktivitas listrik dan termal.

5.2 Saran

Saran dari penulis untuk memperbaiki penelitian berikutnya, antara

lain:

1. Pengujian konduktivitas listrik dan termal harus menggunakan alat

yang sesuai agar diperoleh hasil yang lebih akurat, maka perlu alat

uji konduktivitas termal agar dapat mengetahui nilai konduktivitas

secara lebih tepat.

2. Material PCM mempunyai variasi yang beragam, untuk itu perlu

dikembangkan variasi material PCM yang memiliki karakteristik

baik, aman, dan ramah lingkungan.


47

DAFTAR PUSTAKA Abhat, A., Heine, D., Heinisch, M., Malatidis, N. A., & Neuer, G. (1981).

Development of a modular heat exchanger with an integrated latent heat

storage. Report No. BMFT FBT.

Ariningsih, E. (2016). Prospek Penerapan Teknologi Nano dalam Pertanian dan

Pengolahan Pangan di Indonesia. Forum Penelitian Agro Ekonomi, 34(1).

https://doi.org/10.21082/fae.v34n1.2016.1-20

Arsana, M. E., Temaja, I. W., Widiantara, I. B. G., & Sukadana, I. B. P. (2020).

Corn oil phase change material (PCM) in frozen food cooling machine to

improve energy efficiency. Journal of Physics: Conference Series, 1450(1).

https://doi.org/10.1088/1742-6596/1450/1/012107

Baby, T. T., & Ramaprabhu, S. (2010). Investigation of thermal and electrical

conductivity of graphene based nanofluids. Journal of Applied Physics,

108(12). https://doi.org/10.1063/1.3516289

Chieruzzi, M., Cerritelli, G. F., Miliozzi, A., & Kenny, J. M. (2013). Effect of

nanoparticles on heat capacity of nanofluids based on molten salts as PCM

for thermal energy storage. Nanoscale Research Letters, 8(1).

https://doi.org/10.1186/1556-276X-8-448

Duncan, T. V. (2011). Applications of nanotechnology in food packaging and

food safety: Barrier materials, antimicrobials and sensors. Journal of Colloid

and Interface Science, 363(1). https://doi.org/10.1016/j.jcis.2011.07.017

Dwiputra, D. (2015). Minyak Jagung Alternatif Pengganti Minyak yang Sehat.

Jurnal Aplikasi Teknologi Pangan, 04(02).

https://doi.org/10.17728/jatp.2015.09

Effendi, H. (2003). Telaah Kualitas Air. In Kanisius.

Hanlan, J., Skoog, D. A., & West, D. M. (1973). Principles of Instrumental

Analysis. Studies in Conservation, 18(1). https://doi.org/10.2307/1505543

Khadiran, T., Hussein, M. Z., Zainal, Z., & Rusli, R. (2015). Encapsulation


48

techniques for organic phase change materials as thermal energy storage

medium: A review. In Solar Energy Materials and Solar Cells (Vol. 143).

https://doi.org/10.1016/j.solmat.2015.06.039

Lampman, P., Vyvyan, K., Pavia, D. L., & Kriz, G. S. (1973). INTRODUCTION

TO SPECTROSCOPY (4th Edition).

Lin, Y., Jia, Y., Alva, G., & Fang, G. (2018). Review on thermal conductivity

enhancement, thermal properties and applications of phase change materials

in thermal energy storage. In Renewable and Sustainable Energy Reviews

(Vol. 82). https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.10.002

Mahardiani, L., Kurniawan, E., Trisunaryanti, W., & Triyono, T. (2011).

HIDRORENGKAH METIL ESTER ASAM LEMAK (MEPO)

MENGGUNAKAN ZEOLIT ALAM TERAKTIVASI HYDROCRACKING

OF FATTY ACID METIL ESTER (FAME) USING ACTIVATED

NATURAL ZEOLITE. Molekul, 6(2).

https://doi.org/10.20884/1.jm.2011.6.2.98

Nyoman Suamir, I., Made Rasta, I., Sudirman, & Tsamos, K. M. (2019).

Development of corn-oil ester and water mixture phase change materials for

food refrigeration applications. Energy Procedia, 161.

https://doi.org/10.1016/j.egypro.2019.02.082

Pause, B. (2018). Phase change materials and their application in coatings and

laminates for textiles. In Smart Textile Coatings and Laminates.

https://doi.org/10.1016/B978-0-08-102428-7.00008-0

Pavia, D. L., Lampman, G. M., & Kriz, G. S. (2014). Introduction to

Spectroscopy fifth edition. In Thomson Learning, Inc.

Pudjiastuti, W. (2011). Jenis-Jenis Bahan Berubah Fasa dan Aplikasinya. Jurnal

Kimia Dan Kemasan, 33(1). https://doi.org/10.24817/jkk.v33i1.1838

Rampe, M. J., Setiaji, B., Trisunaryanti, W., & Triyono, T. (2011).

FABRICATION AND CHARACTERIZATION OF CARBON


49

COMPOSITE FROM COCONUT SHELL CARBON. Indonesian Journal of

Chemistry, 11(2). https://doi.org/10.22146/ijc.21398

Rathod, M. K., & Banerjee, J. (2013). Thermal stability of phase change materials

used in latent heat energy storage systems: A review. In Renewable and

Sustainable Energy Reviews (Vol. 18).

https://doi.org/10.1016/j.rser.2012.10.022

Roco, M. C. (2004). The US National Nanotechnology Initiative after 3 years

(2001-2003). In Journal of Nanoparticle Research (Vol. 6, Issue 1).

https://doi.org/10.1023/B:NANO.0000023243.25838.73

Savage, N., Thomas, T. A., & Duncan, J. S. (2007). Nanotechnology applications

and implications research supported by the US Environmental Protection

Agency STAR grants program. In Journal of Environmental Monitoring

(Vol. 9, Issue 10). https://doi.org/10.1039/b704002d

Septiadi, W. N., Sukadana, I. G. K., Astawa, K., Nyoman, N. P. I. A., Trisdadewi,

T., & Iswari, G. A. (2017). Konduktivitas Termal Hybrid Nanofluid Al 2 O 3

-TiO 2 -Air pada Fraksi Volume Rendah. Prosiding Konferensi Nasional

Engineering Perhotelan VIII - 2017, 2017.

Sharma, A., Tyagi, V. V., Chen, C. R., & Buddhi, D. (2009). Review on thermal

energy storage with phase change materials and applications. In Renewable

and Sustainable Energy Reviews (Vol. 13, Issue 2).

https://doi.org/10.1016/j.rser.2007.10.005

Srivastava, A. K., & Srivastava, N. B. (2009). Nanotechnology and nanofibers.

Man-Made Textiles in India, 52(3).

Sulistyani, M. (2018). Spektroskopi Fourier Transform Infra Red Metode

Reflektansi (Atr-Ftir) Pada Optimasi Pengukuran Spektrum Vibrasi Vitamin

C. Jurnal TEMAPELA, 1(2). https://doi.org/10.25077/temapela.1.2.39-

43.2018


50

LAMPIRAN


PENGARUH PENAMBAHAN KARBON NANO TERHADAP ...

Documents

Transcript of PENGARUH PENAMBAHAN KARBON NANO TERHADAP ...