BAB I
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang
Secara geografis Indonesia terletak tepat dilalui garis ekuator dan diapit di
antara dua samudera, Samudera Pasifik dan Samudera Hindia, serta diantara dua
benua, benua Asia dan Australia. Hal ini mempengaruhi iklim di Indonesia yang
dikenal dengan sebutan iklim tropis. Daerah yang memiliki iklim tropis hanya
akan mengenal dua musim, yakni musim hujan dan musim kemarau.
Normalnya pembagian antara musim hujan dan musim kemarau akan merata
terjadi dalam sepanjang tahun. Musim hujan akan terjadi setiap 6 bulan sekali
begitupulah dengan musim kemarau. Hal ini tidak bersifat mutlak karena sangat
dipengaruhi oleh ketinggian suatu wilayah dan suhu permukaan laut di daerah
tersebut. Hal ini disebabkan karena tiap daerah juga memiliki kedalaman laut
yang berbeda-beda dan arah sirkulasi angin muson Asia-Australia yang terjadi
secara bergantian.
Musim hujan dan musim kemarau ini sangat mempengaruhi variasi suhu,
kelembaban udara, kepadatan gas serta intensitas radiasi sinar ultraviolet (UV)
yang berasal dari cahaya matahari. Rata-rata curah hujan tahunan sangat beragam,
mulai kurang dari 1.000 mm/tahun di kawasan semi-arid tropik, 1.780-3.175
mm/tahun di dataran rendah, hingga 6.100 mm/tahun di kawasan pegunungan.
Kelembaban udara umumnya sangat tinggi, dengan nilai kelembaban relatif (RH)
umumnya di atas 80%. Suhu udara umumnya hangat dengan keragaman tahunan
1
yang kecil, sebagai contoh kisaran suhu rata-rata di Jakarta adalah 26-30oC atau
sekitar 79–86oF.
Kondisi suhu, kelembaban, kepadatan gas dan intensitas radiasi UV yang
selanjutnya disebut sebagai parameter iklim tropis memiliki nilai atau kadar yang
bervariasi pula tiap daerah sebagaimana persebaran musim hujan dan musim
kemarau. parameter iklim tropis ini dapat mempengaruhi kinerja isolator tegangan
tinggi, Dalam hal ini yang dipengaruhi adalah nilai kapasitansinya.
Tersedianya berbagai macam bahan isolator tegangan tinggi dengan
kualitas yang beragam menjadi kunci perkembangan dan kemajuan bagi ilmu
peralatan tenaga listrik. Sistem isolasi dibutuhkan untuk memisahkan antara
bagian yang bertegangan (penghantar) dengan bagian lain. Bahan isolasi yang
banyak digunakan pada sistem tenaga listrik di Indonesia sampai saat ini adalah
bahan isolasi keramik dan gelas.
Kelebihan isolator jenis ini adalah harganya yang cukup murah
dibandingkan dengan isolator polimer. Selain itu juga mempunyai sifat termal
yang baik (seperti, tahan panas). Namun, isolator jenis ini memiliki kelemahan
dari segi mekanis yaitu berat dan permukaannya yang bersifat menyerap air
(hygroscopic) sehingga lebih mudah terjadi arus bocor pada permukaan yang
akhirnya dapat menyebabkan kegagalan isolasi.
Salah satu alternatif untuk mengatasi kelemahan porselin dan gelas adalah
digunakan isolator polimer. Dibanding dengan bahan keramik atau bahan gelas,
maka bahan isolasi polimer memiliki keuntungan antara lain: sifat dielektrik dan
2
sifat termal lebih baik, konstruksi relatif lebih ringan, proses pembuatan relatif
lebih cepat, dan kedap air (hidrophobik).
Meskipun memiliki keunggulan tetap saja suatu bahan pasti juga memiliki
kelemahan. Kondisi lingkungan sangat menjadi faktor yang sangat berpengaruh
terhadap material isolasi. Semakin tinggi tingkat polusi gas, kelembaban, suhu
dan terpaan sinar uv dari cahaya matahari maka semakin tinggi tingkat kerusakan
yang dapat ditimbulkan pada bahan isolasi. Apalagi pada saat terjadi hujan,
polutan yang mengendap pada permukaan bahan isolasi akan larut dalam air dan
membentuk jalur konduktif yang kontinu sehingga dapat menyebabkan arus
bocor.
Adanya arus bocor ini menimbulkan panas yang akan mengeringkan
polutan pada permukaan isolator. Hal inilah yang menyebabkan terbentuknya pita
kering. Adanya pita kering memicu terjadinya pelepasan muatan ke udara
dikarenakan distribusi medan listrik pada pita kering lebih tinggi dibanding daerah
lainnya. Jika pita kering semakin meningkat, maka semakin lama akan
menyebabkan terjadinya flashover yang merupakan kegagalan suatu isolator. Jika
hal ini dibiarkan terjadi maka lama kelamaan akan menyebabkan kerusakan pada
isolator. Besar arus bocor yang terjadi pada suatu material isolator tergantung dari
seberapa besar kemampuan bahan tersebut memikul tegangan, tentunya hal ini
terkait langsung dengan besar kecilnya nilai kapasitansi material tersebut
Berdasarkan uraian tersebut, maka dalam tugas akhir ini kami merasa
perlu melakukan perekayasaan atau rancang bangun alat berbasis mikrokontroller
dengan memanfaatkan berbagai jenis sensor untuk memonitoring parameter iklim
3
tropis yang ada di wilayah kami pada khususunya. Selanjutnya akan dihubungkan
dengan unjuk kerja sampel isolator polimer (Silicon Rubber) yang ditandai dengan
perubhan nilai kapasitansi setelah dilakukan penjemuran secara langsung. Setiap
sampel isolator polimer yang diuji adalah silikon rubber berbahan pengisi fly ash
dengan kompisisi campuran yang berbeda-beda di setiap sampelnya.
Hasil analisa akan dapat dijadikan dasar pemanfaatan bahan isolasi dengan
komposisi bahan yang tepat untuk wilayah dengan parameter iklim tropis
setempat. Sehingga dapat meningkatkan keandalan dan performansi sistem
penyaluran listrik.
I.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas maka dapat dirumuskan beberapa
masalah, seperti :
1. Bagaimana rancang bangun rekayasa alat ukur berbasis
mikrokontroller untuk pengukuran parameter iklim tropis ?
2. Bagaimana membandingkan kondisi iklim tropis yang terukur
dengan perubahan nilai kapasitansi bahan isolator polimer yang telah
diuji melalui proses penjemuran ?
I.3 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Untuk mengetahui parameter iklim tropis berupa suhu, kepadatan
gas, kelembaban dan intensitas radiasi ultraviolet yang ada di
wilayah Makassar.
4
2. Untuk mengetahui pengaruh iklim tropis terhadap karakteristik nilai
kapasitansi isolasi polimer yang dilakukan penjemuran.
3. Untuk mengetahui isolasi polimer dengan komposisi campuran
antara silicon rubber dan fly ash yang tepat digunakan sesuai dengan
parameter iklim tropis di wilayah makassar.
I.4 Batasan Masalah
Masalah yang akan dibahas pada penelitian ini terbatas untuk :
1. Rekayasa alat ukur yang dibuat adalah berbasis mikrokontroller yang
dilengkapai dengan 4 macam sensor. Sensor yang digunakan berfungsi
untuk mengukur parameter iklim tropis berupa kepadatan gas, suhu,
keklembaman, dan intensitas radiasi ultraviolet.
2. Data karakteristik isolator polimer yang ingin dibandingkan dengan
parameter iklim tropis adalah nilai kapasitansinya.
3. Isolator polimer yang digunkan dalam percobaan ini terbuat dari
silikon rubber dengan campuran berupa bahan fly ash dimana takaran
komposisinya berbeda-beda setiap sampel, diantaranya 0, 25, 30, 35
dan 40%. Jadi total ada 6 sampel yang diuji.
4. Pengujian isolator polimer dilakukan dengan penjemuran secara
langsung sehari semalam.
I.5 Metode Penelitian
Metode yang akan dilaksanakan untuk mewujudkan penelitian ini antara
lain:
1. Studi Literatur (Library Research)
5
Merupakan kajian penulis atas referensi-referensi yang ada baik berupa
buku, artikel, maupun sumber-sumber lain yang berhubungan dengan
masalah tugas akhir.
2. Diskusi dan Konsultasi
Melakukan tanya jawab secara langsung kepada pembimbing dan kepada
pihak-pihak profesional yang berhubungan dan berkompeten di bidang ini.
3. Perancangan dan Pembuatan Alat Ukur
Berdasarkan dari hasil studi literatur dan diskusi maka diperoleh
perancangan alat ukur baik itu rancangan elektronis atau mekanis. Setelah
tahap perancangan selesai maka dilanjutkan ke tahap pembuatan alat ukur.
4. Pembuatan Sampel
Sampel dibuat dari bahan silikon rubber dengan menggunakan bahan
pengisi berupa fly ash batubara dengan komposisi yang berbeda-beda pada
setiap sampel uji.
5. Pengujian dan analisa hasil uji
Tahap terakhir adalah pengujian sampel dengan parameter uji berupa suhu,
kepadatan gas, kelembaban dan intensitas radiasi UV. Hasilnya dianalisis
hubungannya terhadap karakteristik bahan isolator polimer berupa
perubahan nilai kapasitansinya.
I.6 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan tugas akhir ini terbagi dalam lima bab yaitu :
BAB I PENDAHULUAN
6
Bab ini berisi tentang penguraian secara singkat latar belakang, tujuan,
perumusan masalah, batasan masalah, metode penelitian dan sistematika
penulisan.
BAB II TEORI DASAR
Pada bab ini akan dijelaskan tentang teori dasar yang digunakan dalam
penelitian ini. Teori tersebut antara lain mengenai pengenalan iklim tropis di
wilayah Makassar, Rancangan serta komponen alat ukur, prinsip kerja isolasi
tegangan tinggi, dan karakteristik bahan isolator tegangan tinggi.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini berisi tentang pembahasan mengenai metode dan langkah-langkah
yang digunakan dalam menyelesaikan penelitian ini .
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini membahas tentang bagaimana hasil ukur iklim tropis dengan
menggunakan alat yang telah dibuat dan membandingkan parameter iklim
tropis yang telah diukur dengan karakteristik nilai kapasitansi bahan isolator
polimer yang telah diuji.
BAB V PENUTUP
Bab ini berisi tentang kesimpulan dari pembahasan permasalahan dan saran-
saran untuk perbaikan dan penyempurnaan penelitian ini.
7
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
II.1 Pengertian Iklim
Untuk mempelajari iklim, maka yang harus diketahui pertama kali adalah
cuaca. Cuaca adalah semua keadaan atau peristiwa fisik yang terjadi di atmosfer
pada suatu saat dan tempat tertentu. sedangkan iklim adalah penyebaran cuaca
dari waktu ke waktu (jam demi jam, hari demi hari, bulan demi bulan, tahun demi
tahun) dan termasuk didalamnya harga rata-rata dan harga-harga ekstrim (harga
maksimum dan minimum). Oleh karena itu, iklim juga dapat dismpulkan sebagai
pola statistik jangka panjang tentang perilkau atmosfer yang mencirikan keadaan
rata-rata cuaca pada suatu periode yang cukup lama dan daerah yang cukup luas.
Ilmu yang mempelajari mengenai cuaca disebut meteorologi, sedangkan ilmu
yang mempelajari mengenai iklim disebut klimatologi. Meteorologi lebih
menekankan kepada proses terjadinya cuaca (misalnya kenapa terjadi hujan lebat,
suhu ekstrim, awan, dan sebagainya), sedangkan klimatologi lebih menekankan
kepada penyebaran dari hasil proses tersebut (misalnya penyebaran suhu udara,
curah hujan, frekuensi terjadinya banjir, kekringan dan sebagainya).
Iklim disetiap daerah berbeda dan cuaca akan selalu berubah dari waktu dari
waktu ke waktu. hal ini disebabkan karena variasi intensitas dan penyebran unsur-
unsur cuaca dan iklim. Terdapat kedelapan unsur yang sulit dipisahkan antara satu
sama lain. dengan berubahnya satu unsur maka akan mempengaru satu atau lebih
unsur lainnya. Unsur-unsur tersebut adalah matahari/surya, suhu udara dan tanah,
tekanan udara, arah dan kecepatan angin, kelembaban udara dan tanah, awan
8
presipitasi/hujan, dan penguapan (evapopotranspirasi). Perubahan secara
menyeluruh terhadap unsur-unsur tersebut itulah yang dikenal sebagai perubahan
cuaca/iklim.
Perubahan cuaca/iklim sangat bergantung kepada faktor pengendalinya,
diantaranya : ketinggian tempat (altitude), letak lintang (latitude), penyebaran
perairan dan daratan, arus laut, kondisi atmosfer, satu atau lebih unsur cuaca dan
iklim, terutama radiasi surya.
II.2 Geografis Kota Makassar
Secara geografis kota Makassar terletak 119º 24' 17'' Bujur Timur (BT) dan 5º 8'
6''Lintang Selatan(LS)
Batas-batas wilayah :
Di sebelah Utara : Kabupaten Maros
Di sebelah Selatan : Kabupaten Gowa
Di sebelah Timur : Kabupaten Maros
Di sebelah Barat : Selat Makassar
Kota Makassar beriklim tropis dengan temperatur rata-rata berkisar antara
26,20oC – 29,30oC dan kelembaban udara berkisar 77 persen dan rata-rata
kecepatan angin 5,2 knot. Secara umum Kota Makassar mengalami musim hujan
pada bulan November – April dan musim kemarau pada bulan Mei – Oktober.
Curah hujan rata-rata tahunan sekitar 256.08 mm/ bulan (Badan Pusat Statistika
Kota Makassar, 2015).
9
II.3 Keadaan Umum Curah Hujan Makassar
Berdasarkan dari hasil pantauan curah hujan dari tiga stasiun pengamatan di
wilayah Makassar memberikan gambaran tentang keadaan curah hujan rata-rata di
wilayah Makassar dan sekitarnya,, selengkapnya dapat dilihat dari pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 : Rata-Rata Curah Hujan Wilayah Makassar
(Sumber : BMKG Wil. 4 Makassar)
II.4 Mikontroler Arduino Uno
Uno Arduino adalah board berbasis mikrokontroler pada ATmega328.
Board ini memiliki 14 digital input / output pin (dimana 6 pin dapat digunakan
sebagai output PWM), 6 input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jack
listrik tombol reset. Pin-pin ini berisi semua yang diperlukan untuk mendukung
mikrokontroler, hanya terhubung ke komputer dengan kabel USB atau sumber
tegangan bisa didapat dari adaptor AC-DC atau baterai untuk menggunakannya.
10
Arduino uno merupakan salah satu jenis rangkaian mikrokontroller yang
menggunakan system physical computing. Physical computing adalah membuat
sebuah sistem atau perangkat fisik dengan menggabungkan software dan
hardware yang sifatnya interaktif yaitu dapat menerima rangsangan dari
lingkungan dan merespon balik. Physical computing adalah sebuah konsep untuk
memahami hubungan antara kondisi lingkungan dengan dunia digital.
Pada prakteknya konsep ini diaplikasikan dalam desain alat atau project
yang menggunakan sensor. Selanjutnya fungsi microcontroller adalah
menerjemahkan input analog atau digital yang dikeluarkan sensor menggunakan
sistem software dan meresponnya dalam bentuk gerakan alat-alat elektro-mekanik
seperti lampu, motor dan sebagainya atau hanya menampilkan pembacaan sensor.
II.5 Sensor
Sensor secara umum didefinisikan sebagai alat yang mampu menangkap
fenomena fisika atau kimia kemudian mengubahnya menjadi sinyal elektrik baik
arus listrik ataupun tegangan. Fenomena fisika yang mampu menstimulus sensor
untuk menghasilkan sinyal elektrik meliputi temperatur, tekanan, gaya, medan
11
Gambar 2.1 Arduino Uno
magnet cahaya, pergerakan dan sebagainya. Sementara fenomena kimia dapat
berupa konsentrasi dari bahan kimia baik cairan maupun gas
Sensor merupakan transducer yang digunakan untuk mendeteksi kondisi
suatu proses. Transducer yaitu perangkat keras untuk mengubah informasi suatu
bentuk energi ke informasi bentuk energi yang lain secara proporsional. Sensor
sering digunakan untuk pendeteksian pada saat melakukan pengukuran atau
pengendalian.
Pada perancangan Tugas Akhir ini digunakan beberapa jenis sensor, antara
lain sebagai berikut:
II.5.1 DHT11
Sensor DHT11 adalah sensor digital yang dapat mengukur kelembaban
udara di sekitarnya. Memiliki tingkat stabilitas yang sangat baik serta fitur
kalibrasi yang sangat akurat. Koefisien kalibrasi disimpan dalam OTP program
memori, sehingga ketika internal sensor mendeteksi sesuatu, maka sensor
menyertakan koefisien tersebut dalam kalkulasinya. DHT11 termasuk sensor yang
memiliki kualitas terbaik, dinilai dari respon, pembacaan data yang cepat, dan
kemampuan anti-interference.
Single-wire serial interface membuat integrasi sistem cepat dan mudah.
Ukurannya yang kecil, konsumsi daya yang rendah dan up-to-20 transmisi sinyal
meteran menjadikannya pilihan terbaik untuk berbagai aplikasi.
12
Gambar 2.2 Sensor DHT 11
Gambar 2.3 Konfigurasi Pin DHT 11
Bila kabel yang menghubungkan sensor dan mikro computer unit lebih
pendek dari 20 meter, resistor pull-up 5K dianjurkan, ketika kabel penghubung
lebih panjang dari 20 meter, memilih resistor pull-up yang tepat sebagai
dibutuhkan.
II.5.2 Sensor Gas MQ
Sensor MQ merupakan suatu sensor untuk mengukur kadar konsentrasi
gas dan memiliki tingkat sensivitas terhadap perubahan konsentrasi sangat cocok
13
untuk digunakan dalam pemantaun tingkat konsentrasi polusi suatu daerah. Sensor
ini mengeluarkan sinyal analog sehingga bisa digunakan dan dikonversi oleh
mikrokontroler. Terdapat beberapa jenis dari sensor MQ, setiap jenis sensor MQ
mempunyai karakteristik masing tergantung jenis penggunaan dan kebutuhan
jenis yang diamati. Sensor ini terdiri dari keramik Al2 O3 , lapisan tipis SnO2 ,
elektroda serta heater yang digabungkan dalam suatu lapisan kerak yang terbuat
dari plastik dan stainless.
Salah satu jenisnya adalah sensor gas MQ-2 adalah sebuah sensor gas
yang dapat mendeteksi gas monoksida (CO) dengan sensitivitas yang tinggi dan
respon yang cepat, berfungsi untuk mengetahui konsentrasi gas karbon monoksida
(CO).
Keluaran yang dihasilkan oleh sensor ini adalah berupa sinyal analog,
Pada sensor terdapat nilai resistansi sensor (Rs) yang dapat berubah bila terkena
gas. Nilai konduktivitas sensor akan semakin meningkat seirirng menigkatnya
konsentrasi gas yang dibacanya.
Sensor ini menggunakan catu daya heater : 5V AC/DC dan menggunakan
catu daya rangkaian : 5VDC, jarak pengukuran : 10 – 2000 ppm mengukur gas
karbon monoksida. Jadi satuan dari pengukuran sensor MQ-2 ialah ppm (part per
million).
14
Konfigurasi pin sensor MQ-2
Gambar 2.4 Konfigurasi Pin MQ-2
Kurva karakteristik sensor MQ-2
Gambar 2.5 Kurva Karakteristik MQ-2
II.5.3 Sensor Suhu LM35
Sensor suhu LM35 bekerja dengan mengubah besaran suhu menjadi
besaran tegangan. Tegangan ideal yang keluar dari LM35 mempunyai
perbandingan 100˚C setara dengan 1 Volt. Sensor ini mempunyai pemanasan diri
(self heating) kurang dari 0,08 ˚C, dapat dioperasikan dengan menggunakan
power supply tunggal dan dapat dihubungkan antar muka (interface) rangkaian
control yang sangat mudah. Self heating adalah efek pemanasan oleh komponen
15
itu sendiri akibatnya adanya arus yang bekerja melewatinya sehingga
menyebabkan kesalahan pembacaan.
Output LM35 yang berupa anolog output dapat langsung
dihubungkan port mikrokontroler yang memiliki ADC di Arduino,
karena Arduino memiliki port ADC (analog input) sebanyak 6 buah. Modul
suhu LM35 adalah sebagai berikut :
Gambar 2.6a Sensor suhu/Temperature (LM35)
Gambar 2.6b Tampak bawah sensor suhu (LM35)
Dari penjelasan (Gambar 2.6a) dan seperti (Gambar 2.6b) diatas bahwa struktur
kaki-kaki yang merupakan bagian dari sensor suhu/temperature LM35 memiliki
tiga buah kaki yaitu: pada bagian kaki(+Vs),dihubungkan ke bagian (Vcc) yg
bernilai sebesar 5V,pada board arduino uno dan untuk bagian kaki GND
dihubungkan ke ground (GND)pada board arduino uno,sedangkan pada bagian
kaki(VOut)yang merupakan keluaran(Output)dari hasil pengolahan data analog dari
16
sensor LM35 yang dihubungkan ke bagian analog input0(pin A0) pada board
arduino uno.
II.5.4 Sensor UV
Sensor UV yang digunakan adalah sensor UV ML8511 yang berfungsi
mendeteksi pancaran sinar UV dan mengubahnya menjadi besaran tegangan.
Sensor ini menghasilkan output analog dengan range 0 – 5 VDC dan bekerja pada
suhu -20 ˚C hingga 85 ˚C. Sensor UV ML8511 mampu mendeteksi sinar UV (A
dan B) dengan panjang gelombang 280nm – 390 nm dengan tingkat sensitivitas
yang tinggi.
Gambar 2.7 Sensor UV ML8511
Sensor UV ML8511 dilengkapai dengan amplifier internal yang mengubah foton-arus ke
tegangan tergantung pada intensitas UV. Fitur unik ini menawarkan antarmuka yang
mudah untuk sirkuit eksternal seperti ADC. Konsumsi arusnya adalah sebesar 0.1 A,
sehingga memungkinkan baterai lebih lama. Berikut adalah spesifikasi dari sensor UV
ML 8511 dan Kurva karakteristik ML8511 :
Fotodioda sensitif terhadap UV-A dan UV-B
penguat operasional Tertanam
Tegangan output Analog
Rendah pasokan saat ini (300A typ.) Dan rendah saat ini siaga (0.1A typ.)
Kecil dan permukaan tipis gunung paket (4.0mm x 3.7mm x 0.73mm)
17
Gambar 2.8 Kurva Karakteristik ML8511
II.6 RTC DS1307 (REAL TIME CLOCK)
Real Time Clock adalah suatu chip (IC) yang memiliki fungsi sebagai
penyimpanan waktu dan tanggal. DS1307 Serial adalah RTC daya rendah, dengan
jam/kalender dapat dikonversi ke desimal kode-biner (BCD).
Gambar 2.9 RTC DS 1307
Beberapa fitur yang terdapat dalam RTC DS 1307 adalah sebagai berikut :
Mampu Memonitoring data, mulai dari hari atau perminggu, jam, menit hingga
detik.
Sistem deteksi automatis kegagalan daya dan switch circuit.
18
Keluaran berupa Programmable Square-Gelombang Signal
Membutuhkan Kurang dari 500A di Battery-Backup
Mode dengan Oscillator Menjalankan Opsional Suhu Industri antara -40 ° C
hingga + 85 ° C
Tersedia dalam 8-Pin
Underwriters Laboratories (UL) Diakui
II.7 Pengertian Isolasi
Isolasi adalah sifat bahan yang berfungsi dapat memisahkan secara elektris
dua buah atau lebih penghantar listrik bertegangan yang berdekatan, sehingga
tidak terjadi kebocoran arus, lompatan api (flashover), ataupun percikan api
(sparkover). Sedangkan isolator adalah alat yang dipakai untuk mengisolasi.
Kemampuan bahan isolasi untuk menahan tegangan disebut kekuatan
dielektrik, semakin tinggi kekuatan dielektrik bahan isolasi semakin baik dipakai,
terutama pada peralatan listrik tegangan tinggi.
Di dalam bahan isolasi elektron terikat kuat pada atom nukleusnya sehingga
konduksi oleh elektron tidak akan terjadi. Material ini akan menunjukkan sifatnya
bila dipengaruhi oleh medan listrik. Bilamana medan listrik berasal dari arus
bolak-balik maka gejalanya adalah sangat kompleks.
Al-Araji (2014) menulis dalam papernya yang menyatakan bahwa isolator
tegangan tinggi dibagi dalam dua kelompok yaitu isolator keramik (ceramic
insulator) dan isolator bukan keramik (non ceramic insulator) sebagaimana
diperlihatkan pada Gambar 2.10. Selanjutnya Al-Araji menjelaskan tentang
isolator keramik yang terbagi atas dua bagian yaitu isolator gelas (glass insulator)
dan isolator porselin (porcelain insulator). Isolator bukan keramik terbagi atas
19
isolator komposit (composit insulator) dan isolator resin epoksi (epoxy resin
insulator). Dan terakhir Al-Araji membagi isolator komposit menjadi isolator
ethylene propylene diene monomer (EPDM) rubber dan isolator silicone rubber.
Gambar 2.10 Klasifikasi material isolator tegangan tinggi(Al-Araji, 2014)
II.7.1 Konstruksi dan Jenis Isolator
Bagian utama dari suatu isolator terdiri dari bahan dielektrik, jepitan logam dan
tonggak logam. Umumnya dielektrik isolator terbuat dari bahan porselen, gelas,
polimer (silicon rubber), sedangkan jepitan terbuat dari besi tuangan atau baja.
Dilihat dari lokasi pemasangan, isolator terdiri dari isolator pasang dalam
(indoor) dan isolator pasang luar (outdoor). Isolator pasang luar dibuat bersirip
untuk memperpanjang lintasan arus bocor dan mencegah terjadinya jembatan air
yang terbentuk jika isolator dibasahi oleh air hujan. Dilihat dari konstruksinya
isolator terdiri dari isolator pendukung dan isolator gantung/suspension. Isolator
pendukung terdiri dari tiga jenis, yaitu : isolator pin, isolator post, dan isolator pin
20
– post. Dilihat dari bentuknya, isolator gantung terdiri dari dua jenis yaitu isolator
piring dan isolator silinder.
Sedangkan menurut Masoud (2009), isolator terbagi ke dalam tiga macam
berdasarkan jenis bahannya, yaitu : isolator porselin, isolator gelas, dan isolator
polimer.
1. Isolator Porselin
Isolator porselin dibuat dari dari bahan campuran tanah yang bagian luarnya
dilapisi dengan bahan glazuur agar bahan isolator tersebut tidak berpori-pori.
Dengan lapisan glazuur ini permukaan isolator menjadi licin dan berkilat,
sehingga tidak dapat mengisap air. Oleh sebab itu isolator porselin ini dapat
dipakai dalam ruangan yang lembab maupun di udara terbuka.
Gambar 2.11 Isolator porselin
Isolator porselin memiliki sifat tidak menghantar (non conducting) listrik yang
tinggi, dan memiliki kekuatan mekanis yang besar dan dapat menahan beban yang
menekan serta tahan akan perubahan-perubahan suhu. Akan tetapi isolator
porselin ini tidak tahan terhadap kekuatan yang menumbuk atau memukul.
Ukuran isolator porselin ini tidak dapat dibuat lebih besar, karena pada saat
pembuatannya terjadi penyusutan bahan. Walaupun ada yang berukuran lebih
21
besar namun tidak seluruhnya dari bahan porselin, akan tetapi dibuat rongga di
dalamnya, yang kemudian akan diisi dengan bahan besi atau baja tempaan
sehingga kekuatan isolator porselin bertambah. Cara yang demikian ini akan
menghemat bahan yang digunakan.
Karena kualitas isolator porselin ini lebih tinggi dan tegangan tembusnya
lebih besar maka banyak disukai pemakaiannya untuk jaringan transmisi dan
jaringan distribusi primer. Walaupun harganya lebih mahal tetapi lebih memenuhi
persyaratan yang diinginkan. Kadang-kadang isolator porselin ini dijumpai pada
jaringan distribusi sekunder, tetapi ukurannya lebih kecil.
2. Isolator gelas / kaca
Isolator gelas pada umumnya terbuat dari bahan campuran antara pasir silikat,
dolomit, dan phospat. Komposisi dari bahan-bahan tersebut dan cara
pengolahannya dapat menentukan sifat dari isolator gelas ini. Isolator gelas
memiliki sifat mengkondensir (mengembun) kelembaban udara, sehingga lebih
mudah debu melekat dipermukaan isolator tersebut. Makin tinggi tegangan sistem
makin mudah pula terjadi peristiwa kebocoran arus listrik (leakage current) lewat
isolator tersebut, yang berarti mengurangi fungsi isolasinya. Oleh karena itu
isolator gelas ini lebih banyak dijumpai pemakaiannya pada jaringan distribusi
sekunder.
22
Gambar 2.12 Isolator gelas / kaca
Kelemahan isolator gelas ini adalah memiliki kualitas tegangan tembus yang
rendah, dan kekuatannya berubah dengan cepat sesuai dengan perubahan
temperatur. Oleh sebab itu bila terjadi kenaikan dan penurunan suhu secara tiba-
tiba, maka isolator gelas ini akan mudah retak pada permukaannya. Berarti
isolator gelas ini bersifat mudah dipengaruhi oleh perubahan suhu sekitarnya.
Tetapi bila isolator gelas ini mengandung campuran dari bahan lain, maka
suhunya akan turun. Selain dari pada itu, isolator gelas ini harganya lebih murah
bila dibandingkan dengan isolator porselin.
3. Isolator Polimer
Isolator polimer atau sering disebut isolator komposit dilengkapi dengan
mechanical load-bearing fiberglass rod, yang diselimuti oleh weather shed
polimer untuk mendapatkan nilai kekuatan eletrik yang tinggi.
Gambar 2.13 Isolator polimer
23
Isolator listrik yang biasa dipakai di Indonesia saat ini adalah isolator
berbahan porselin dan gelas. Pemakaian isolator jenis ini pada sistem transmisi
listrik yang cenderung bertegangan semakin tinggi tidaklah cocok karena rapat
masa (density) porselin maupun gelas yang semakin tinggi akan menyebabkan
semakin besarnya biaya menara transmisi. Disamping itu proses pembuatan
porselin maupun gelas memerlukan suhu berkisar 1000 °C.
Beberapa kelebihan yang dimiliki oleh isolator polimer yaitu ringan,
kepadatan material polimer lebih rendah dibandingkan porselin maupun gelas,
sehingga mudah dalam penanganan maupun instalasi, bentuk geometri sederhana,
karena mempunyai karakteristik jarak rambat yang relatif besar menyebabkan
desain isolator polimer sederhana, tahan terhadap polusi, karena bahan polimer
mempunyai sifat menolak air (hydropobic) yang baik. Sehingga air atau kotoran
lainnya akan sukar menempel pada permukaannya meskipun dioperasikan pada
kondisi lingkungan yang berpolusi maka isolator polimer mempunyai ketahanan
tegangan yang baik.
Sedangkan kekurangan yang dimilki oleh isolator polimer adalah
penuaan / degradasi pada permukaannya (surface ageing), stress yang disebabkan
antara lain karena korona, radiasi uv (ultra violet) atau zat kimia dapat
menyebabkan reaksi kimia pada permukaan polimer, sehingga dapat merusak
permukaan polimer (penuaan) yang dapat menghilangkan sifat hidropobiknya,
mahal, bahan penyusun polimer lebih mahal dibandingkan dengan porselin
maupun gelas, kekuatan mekaniknya kecil, isolasi polimer biasanya tidak mampu
untuk menyokong dirinya sendiri.
24
II.7.2 Karakteristik Isolator
1. Karakteristik elektrik isolator
Karakteristik elektrik dari isolator yang dimaksud adalah kemampuan
menahan flashover dan arus bocor. Isolator yang terpasang pada jaringan udara
(terutama jaringan outdoor) sangat mudah dipengaruhi oleh perubahan kondisi
lingkungan udara sekitar. Perubahan-perubahan tersebut dapat mempengaruhi
kinerja dari isolator, yaitu kemampuan isolator menahan tegangan. Apabila di
permukaan isolator terbentuk lapisan polutan akan mempengaruhi kinerja dari
isolator tersebut. Kinerja isolator juga akan berbeda apabila permukaan isolator
dalam kondisi basah dan dalam kondisi kering.
2. Karakteristik mekanis isolator
Karakteristik mekanis suatu isolator ditandai dengan kekuatan mekanisnya,
yaitu beban mekanis terendah yang mengakibatkan isolator tersebut rusak.
Kekuatan mekanis ini ditentukan dengan membebani isolator dengan beban yang
bertambah secara bertahap hingga isolator terlihat rusak. Kekuatan mekanis suatu
isolator dinyatakan dalam tiga keadaan beban, yaitu kekuatan mekanis tarik,
kekuatan mekanis tekan dan kekuatan mekanis tekuk.
II.8 Resin Epoksi Sebagai Salah Satu Bahan Polimer
Cairan resin epoksi merupakan cairan yang memiiki sifat kekentalan yang
rendah sehingga mudah bercampur (masuk tahap termoset) didalam
pembuatannya. Cairan resin yang lain diantaranya : phenolic, polyester, acrylics
dibuat dalam proses yang sama, tetapi resin epoksi mempunyai kombinasi antara
25
lain : Sifat kekentalan rendah, mudah dibentuk, penyusutan rendah, kerekatan
tinggi, sifat mekanis tinggi, isolasi listrik yang tinggi, ketahanan kimia baik.
Resin epoksi mempunyai kegunaan yang luas dalam industri teknik kimia,
listrik, mekanik, dan sipil, sebagai perekat, cat pelapis, percetakan cor dan
bendabenda cetakan. Sedikitnya terdapat keuntungan resin epoksi yaitu bahan ini
memiliki dielektrik yang baik dan mudah dibentuk sesuai desain yang diinginkan
pada temperatur ruang.
Penggunaan bahan isolasi polimer resin epoksi dalam teknik energi listrik
antara lain pada isolator pasangan dalam, trafo tegangan, trafo arus, trafo uji,
isolasi lilitan pada motor dan generator, serta peralatan elektronik.
II.9 Bahan Pengisi Isolator Polimer
Penggunaan filler (pengisi) bertujuan untuk memperbaiki kinerja polimer
sekaligus menekan biaya pembuatan isolator polimer. Silane atau Silicone rubber
merupakan salah satu contoh bahan pengisi (filler).
Secara teknis, penggunaan bahan pengisi untuk meningkatkan sifat
mekanis dan secara ekonomis penggunaan bahan pengisi sebagai bahan upaya
untuk mereduksi biaya. Bahan pengisi silane (silicone rubber) dan sisa fly ash
batu bara digunakan untuk memperbaiki karakteristik dari isolator polimer,
dengan komposisi silane (silicone rubber), dan fly ash batu bara yang bervariasi.
Silane yang disebut juga silicon rubber adalah bahan yang tahan terhadap
temperatur tinggi yang biasanya digunakan untuk isolasi kabel dan bahan isolasi
tegangan tinggi. Silicone Rubber merupakan polymeric synthetic yang relatif baru
penggunaannya sebagai bahan isolasi dalam bidang teknik listrik dibanding
26
dengan polimer lainnya seperti resin epoksi atau polyethylene. Kepopuleran bahan
ini dibanding dengan bahan keramik/porselin dan jenis polimer lainnya karena
memiliki sifat hidrofobik tinggi, dengan demikian konduktivitas permukaan
isolator tetap rendah, sehingga dapat meminimalkan arus bocor. Selain itu
memiliki sifat dielektrik yang baik, sangat ringan, mudah penanganan dan
pemasangannya.
Keuntungan dari silicone rubber adalah flexibility meskipun di suhu
rendah, high mechanical strength, tahan terhadap cuaca seperti ozon, radiasi
ultraviolet (uv) dan panas. Selain itu, silicone rubber juga superior di kelas
hidrofobik. Silicone rubber merupakan satu-satunya housing yang membentuk
layer terhadap polusi di permukaannya. Sehingga arus bocor (leakage current)
dan tegangan denyar (flashover) dapat direduksi. Sebagai tambahan, silicone
rubber tidak membutuhkan pembersihan secara berkala. Selain kelebihan-
kelebihan tersebut, tidak kalahnya kelebihan tentang massanya yang ringan.
Karena ringannya pemasangan dan pemeliharaannya lebih mudah dibandingkan
isolator porselin dan isolator gelas.
II.10 Sifat-sifat Penting Isolator Silicone Rubber
Karakteristik isolator sangat ditentukan oleh sifat-sifat yang melekat pada
bahan silicone rubber yang merupakan daya dukung terhadap kinerja isolator
silicone rubber. beberapa sifat-sifat isolator yang sangat penting diketahui dalam
aplikasi teknik tegangan tinggi, yaitu:
27
a. Sifat hidrofobik
Salah satu sifat yang terpenting yang dimiliki silicone rubber adalah
kemampuannya menolak serangan air karena komposisi struktur kimianya lebih
banyak didominasi oleh gugus metil hidrokarbon (CH3) yang hidrofobik
(Kinderberger, 1989; Kim, 1992). Adanya gugus-gugus metil yang berotasi bebas
dan polarisabilitas ikatan Si-O, rantai siloksan mampu menyejajar sendiri untuk
bersekutu menghasilkan sifat hidrofobik pada permukaannya. Selain itu silicone
rubber mampu membuat lapisan polusi yang menutupi permukaannya ikut
bersifat menolak air. Gambar 15 memperlihatkan sifat tolak air silicone rubber
yang mempunyai gugus metil yang bebas berotasi (Adamson, 1982).
Gambar 2.14. Sifat tolak air gugus metil yang bebas berotasi
Sifat hidrofobik permukaan silicone rubber dinotasikan dengan besarnya
sudut kontak antara silicone rubber yang terkena kontaminasi bersamaan dengan
tetesan air permukaan yang mengenai silicone rubber tersebut. Sudut kontak
silicone rubber akan menurun pada saat awal terkontaminasi, tetapi akan
meningkat secara bertahap setelah sifat hidrofobik silicone rubber telah tertransfer
ke permukaan. Besarnya sudut kontak ini akan menentukan karakteristik isolator
silicone rubber apakah isolator itu bersifat hidrofobik yang mempunyai sifat
28
menolak air atau hidrofilik yang mempunyai sifat menyerap air. Jika sudut kontak
kurang dari 30° maka bahan tersebut bersifat hydrophilic (bersifat basah), sudut
kontak antara 30° sampai 89° disebut parttially wetted (basah sebagian) dan jika
lebih besar dari 90° bersifat hydrophobic (menolak air). Bahan isolator silicone
rubber diharapkan mempunyai sifat hidrofobik karena dengan sifat tersebut
isolator silicone rubber akan mampu menahan tegangan listrik baik dalam kondisi
basah maupun terkontaminasi.
b. Sifat dielektrik
Adapun sifat dielektrik yang dibutuhkan untuk suatu bahan isolasi yaitu:
1. Memiliki permitivitas relatif atau konstanta dielektrik yang tepat dan
cocok, sehingga membuat arus pemuatan (charging current) tidak
melebihi yang diizinkan.
2. Mempunyai kekuatan dielektrik yang tinggi, agar dimensi sistem isolasi
menjadi kecil dan penggunaan bahan semakin sedikit, sehingga harganya
semakin murah.
3. Rugi-rugi dielektriknya rendah, agar suhu badan isolasi tidak melebihi
batas yang ditentukan.
4. Memiliki kekuatan kerak (tracking strenght) tinggi, agar tidak terjadi erosi
karena tekanan elektrik permukaan.
Sifat dielektrik merupakan suatu keadaan yang menggambarkan sifat
kekuatan silicone rubber sebagai material isolator kelistrikan. Sifat ini
digambarkan oleh permitivitas relatif (εr) dan faktor disipasi (tan δ). Silicone
rubber dengan struktur kimia yang dimiliki sebagian besar terdiri dari gugus metil
29
yang hidrofobik sehingga material ini tidak banyak menyerap air. Namun dengan
adanya filler yang dikandung memberi peluang molekul air terdifusi diantara
partikel-partikel bahan pengisi dengan polimer (Musa, 2013).
Sifat dielektrik material polimer tergantung pada susunan atom / molekul
dan komponen kimianya. Bilamana suatu material isolator ingin dikaji biasanya
digunakan tegangan tinggi yang kuat, namun tidak mungkin untuk menyimpulkan
penyebab peluahan tembus dengan hanya mengetahui tegangan peluahan tembus
karena isolasi dalam daerah tembus menjadi rusak. Oleh karena itu parameter
ukur yang digunakan untuk mengkaji material isolasi yang tidak merusak adalah
permitivitas relatif (εr) dan faktor disipasi tan δ.
Semua bahan dielektrik termasuk silicone rubber memiliki tingkat
ketahanan yang disebut dengan kekuatan dielektrik, diartikan sebagai tegangan
listrik tertinggi yang dapat ditahan oleh silicone rubber tersebut tanpa merubah
sifatnya menjadi konduktif. Apabila silicone rubber berubah sifatnya menjadi
konduktif, maka silicone rubber tersebut telah tembus listrik (breakdown).
Kekuatan dielektrik ini disebut juga dengan kuat medan kritis.
c. Sifat Termal
Isolator listrik akan mengalami kenaikan suhu selama beroperasi baik
pada kerja normal maupun dalam kondisi gangguan, sehingga bahan isolator
harus memiliki sifat termal sebagai berikut:
1. Kemampuan menahan panas tinggi
2. Konduktivitas panas yang tinggi
3. Koefisien muai panas rendah
30
4. Tidak mudah terbakar
5. Tahan terhadap tembus listrik dan busur api.
Kekuatan termal suatu material isolator mutlak dimiliki (Luiz, 2004).
Kejadian tegangan flashover melalui permukaan dapat menimbulkan panas yang
tinggi di bagian. Jika hal ini terjadi berulang-ulang maka akan menyebabkan
kerusakan yang berdampak terhadap penurunan resistansi permukaan. Hasil
pengujian sifat termal silicone rubber dengan menggunakan termografimetrik
dapat memberikan kestabilan termal sampai mencapai suhu 260 °C, bahkan
silicone rubber kelompok RTV masih stabil sampai 300 °C.
d. Sifat mekanis
Disamping harus memenuhi persyaratan listrik dan termal tersebut di
atas, isolator listrik harus memiliki kekuatan mekanis guna memikul beban
mekanis penghantar yang diisolasinya.
e. Sifat Kimia
Jika ada zat asing dari luar menyusup ke dalam bahan isolator, maka hal
ini dapat menyebabkan perubahan sifat kimia bahan isolator tersebut. Hanya
bahan anorganik seperti gelas dan bahan keramik padat yang kedap terhadap zat-
zat lain di sekitarnya. Bahan isolator organik menyerap uap air secara difusi.
Sehingga sifat dielektrik dan listriknya memburuk. Kecepatan difusi tergantung
kepada struktur bahan dan gaya tarik-menarik molekul bahan dengan molekul zat
asing. Sebagai tambahan, penyerapan air menyebabkan perubahan dimensi
(menggelembung) dan kerusakan elektroda. Sehingga diharapkan bahan isolator
31
pasangan luar harus memiliki kemampuan menyerap air yang rendah untuk
mencegah pengurangan kekuatan dielektrik.
II.11 Faktor Lingkungan Terhadap Kinerja Material Isolator Polimer
Kinerja material isolator bila dioperasikan diluar (outdoor) haruslah tahan
terhadap penuaan akibat kondisi lingkungan disamping tekanan medan listrik
karena penuaan material polimer yang ditempatkan di udara terbuka terutama
disebabkan oleh pengaruh kelembaban dan hujan, temperatur lingkungan, dan
radiasi UV dari matahari, serta proses pengotoran udara (Vasudev, 2012). Oleh
karena itu berikut ini akan diuraikan pengaruh dari faktor-faktor tersebut.
a. Pengaruh Kelembaban (air) Atas Penuaan Isolator Polimer
Salah satu syarat material isolator polimer pasang luar harus tahan
terhadap pengaruh air. Pada kondisi tekanan yang berbeda antara material dan
lingkungan sekitar, maka air yang berasal dari kelembaban dapat penetrasi ke
dalam polimer. Jumlah air yang diserap dan kecepatan difusi tergantung pada
polimer itu sendiri dan keadaan lingkungan atmosfir disekitar polimer
ditempatkan.
Dalam material isolasi polimerik gugus polar seperti hidroksil atau amino
dan gugus ester sensitive terhadap molekul air sehingga gugus tersebut tidak
hanya mampu menyerap air tetapi juga menaikkan sifat dielektrik. Tingginya
momen dipol molekul air (m= 1,84 Debye) dan permitivitas relatifnya r 81
pada suhu 200oC akan berpengaruh kuat pada sifat dielektrik dari material yang
menyerap air, ditambah dengan ketidakmurnian material menjadikan subjek
diisolasi oleh air yang menyebabkan degradasi sifat isolasi material.
32
b. Pengaruh radiasi uv atas penuaan material Isolator polimer
Isolator pasang luar (outdoor) yang dipergunakan pada tower transmisi
listrik tidak mungkin terhindar dari terpaan cahaya matahari dan karenanya akan
terkena radiasi uv. Absorpsi radiasi UV oleh material isolator polimer
menyebabkan material isolator tersebut mengalami penuaan melalui fotodegradasi
dengan pemutusan ikatan molekul.
Komposisi permukaan material di bawah terpaan radiasi uv dapat berubah
secara signifikan sehingga menyebabkan penurunan sifat hidrofobiknya. Hal ini
terjadi karena berkurangnya polimer silicone pada bagian permukaan, sementara
presentase partikel filler muncul di permukaan meningkat. Jika terpaan raidasi uv
berlangsung terus menerus kemungkinan akan mengakibatkan material
kehilangan sifat hidrofobiknya sehingga menyebabkan arus bocor meningkat
(Imakoma, 1994).
c. Kombinasi Temperatur dan Radiasi UV Atas Penuaan Isolator Polimer
Menurut Sahu (1976) radisasi uv dapat memecahkan ikatan-ikatan polimer
akibat penggabungan energi dari radiasi dengan temperatur tinggi. Laju penuaan
polimer di bawah terpaan radiasi uv mengalami peningkatan dua kali lebih cepat
setiap kenaikan temperatur 100oC (Schneider, 1993). Penuaan oleh matahari
terutama akibat radiasi uv bergelombang pendek dan energik. Menurut Salama
(2000), konstribusi radiasi uv dari sinar matahari pada daerah panjang gelombang
antara 290-400 nm adalah berkisar antara 4-6% dari keseluruhan radiasi matahari.
Energi foton pada uv bergelombang pendek antara 300-400 kj/mol cukup
mengakibatkan pemecahan ikatan polimer.
33
d. Pengaruh Polusi Udara Atas Penuaan Isolator Polimer
Pencemaran udara yang terutama adalah CO, NxOy, senyawa hidrokarbon,
ozon, dan partikel-partikel (seperti senyawa karbon dan SO2). Adanya zat-zat
pencemar ini dapat menyebabkan rendahnya PH air hujan. Jika air hujan bersifat
asam mengenai material terutama polimer, hal ini dapat menyebabkan penuaan
seperti perubahan warna, kerapuhan dan pengapuran. Ozon bersama-sama dengan
radiasi UV memungkin sebagai penyebab keretakan pada permukaan polimer.
II.12 Kapasitansi Isolator
Semua Isolator dibentuk sebagai bahan dielektri yang diapit oleh dua buah
konduktor sehingga terbentuk susunan konduktor - dieklektrik - konduktor.
suusnan tersebut juga merupakan susunan kapasitor. oleh karena itu isolator dapat
pula dianggap sebagai suatu kapasitor.
Gambar 2.15 Ekuivalensi suatu Isolator Piring
Besar nilai kapasitansi bahan isolator mempengaruhi besar tegangan yang akan
dipikul dari setiap bahan isolator. Semakin besar tegangan yang dipikul maka
sebaiknya semakin kecil nilai kapasitansinya, begitupun berlaku sebaliknya. Hal
34
ini supaya isolator dapat bekerja secara optimal sebagai material pembatas
tegangan.
II.13 Fly Ash Batu Bara
Fly ash (abu terbang) merupakan sisa dari hasil pembakaran batubara pada
power plants. Fly ash mempunyai titik lebur sekitar 1300oC dan berdasarkan uji
komposisi kimia fly ash mengandung CAS (CO-Al2O3-SiO2) dalamjumlah besar
yang merupakan pembentuk utama network glass . Fly ashmempunyai kerapatan
massa (densitas), antara 2,0 – 2,5 g/cm3 (Bienias, 2003).
Gambar 2.16 Fly ash
Secara kimia fly ash merupakan mineral alumino silikat yang banyak
mengandung unsur-unsur Ca, K, dan Na disamping juga mengandung sejumlah
kecil unsur C dan N. Bahan nutrisi dalam fly ash yang diperlukan dalam tanah
diantaranya adalah B, P dan unsur-unsur lainnnya seperti Cu, Zn, Mn, Mo dan Se.
Fly ash sendiri dapat bersifat sangat asam (pH 3 – 4) tetapi pada umumnya
bersifat basa (pH 10 – 12). Secara fisika fly ash batubara tersusun dari partikel
berukuran silt yang mempunyai karakteristik kapasitas pengikat air dari sedang
sampai tinggi. (Retno, 2006).
Abu batubara sebagai limbah tidak seperti gas hasil pembakaran, karena
merupakan bahan padat yang tidak mudah larut dan tidak mudah menguap
35
sehingga akan lebih merepotkan dalam penanganannya. Apabila jumlahnya
banyak dan tidak ditangani dengan baik, maka abu batubara tersebut dapat
mengotori lingkungan terutama yang disebabkan oleh abu yang beterbangan di
udara dan dapat terhisap oleh manusia danhewan juga dapat mempengaruhi
kondisi air dan tanah di sekitarnya sehingga dapat mematikan tanaman. Akibat
buruk terutama ditimbulkan oleh unsur-unsur Pb, Cr dan Cd yang biasanya
terkonsentrasi pada fraksi butiran yang sangat halus ( 0,5 – 10 µm). Butiran
tersebut mudah melayang dan terhisap oleh manusia dan hewan, sehingga
terakumulasi dalam tubuh manusia dengan konsentrasi tertentu dapat memberikan
akibat buruk bagi kesehatan ( Putra,D.F. et al, 1996 ).
Abu terbang batubara umumnya dibuang di ash lagoon atau ditumpuk
begitu saja di dalam area industri. Penumpukan abu terbang batubara ini
menimbulkan masalah bagi lingkungan. Berbagai penelitian mengenai
pemanfaatan abu terbang batubara sedang dilakukan untuk meningkatkan nilai
ekonomisnya serta mengurangi dampak buruknya terhadap lingkungan. Saat ini
abu terbang batubara digunakan dalam pabrik semen sebagai salah satu bahan
campuran pembuat beton. Selain itu, sebenarnya abu terbang batubara memiliki
berbagai kegunaan yang amat beragam:
1. Penyusun beton untuk jalan dan bendungan
2. Penimbun lahan bekas pertambangan
3. Recovery magnetic, cenosphere, dan karbon
4. Bahan baku keramik, gelas, batu bata, dan refraktori
5. Bahan penggosok (polisher)
36
6. Filler aspal, plastik, dan kertas
7. Pengganti dan bahan baku semen
8. Aditif dalam pengolahan limbah (waste stabilization)
9. Konversi menjadi zeolit dan adsorben
Ada beberapa jenis fly ash menurut SNI S-15-1990-F tentang spesifikasi
abu terbang sebagai bahan tambahan untuk campuran beton, abu batubara (fly
ash) digolongkan menjadi 3 jenis, yaitu :
a. Kelas N
Buangan atau pozzolan alam terkalsinasi yang dipenuhi dengan kebutuhan
yang memenuhi syarat yang dapat dipakai sesuai kelasnya, seperti beberapa tanah
diatomaceous, opalinse chert dan serpihanserpihan tuff dan debu-debu vulkanik
atau pumicities, dan bahan-bahan lainnya yang mungkin masih belum terproses
oleh kalsinasi; dan berbagai material yang memerlukan kalsinasi untuk
memperoleh sifat-sifat yang memuaskan, misalnya beberapa jenis tanah liat dan
serpihan-serpihan.
b. Kelas F
Abu batubara yang umumnya diproduksi dari pembakaran anthracite (batubara
keras yang mengkilat) atau bitumen-bitumen batubara yang memenuhi syarat-
syarat yang dapat dipakai untuk kelas ini sperti yang disyaratkan. Abu batubara
jenis ini memiliki sifat Pozzolanic.
c. Kelas C
37
Abu batubara yang umumnya diproduksi dari lignite atau batubara subitumen
yang memenuhi syarat yang dapat dipakai untuk kelas ini seperti yang
disyaratkan. Abu batubara kelas ini, selain memiliki sifat pozzolan juga memiliki
beberapa sifat yang lebih menyerupai semen. Untuk beberapa abu batubara kelas
C bias mengandung kapur lebih tinggi dari 10 %.
38
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
III.1 Tahapan Penelitian
Dalam menyusun penelitian ini, penulis melewati beberapa tahapan karena
bermaksud ingin menggali lebih dalam mengenai hubungan dan pengaruh
parameter iklim terhadap karakteristik isolator polimer berbahan campuran silicon
rubber dan fly ash sisa batu bara . Tahapan tersebut sebanyak enam tahap, antara
lain:
1. Mengamati permasalahan yaitu beragamnya ketersedian bahan isolator
tegangan tinggi dengan memiliki kelabihan dan kekurangan masing-
masing.
2. Merumuskan dan mengadakan pembatasan masalah mengenai salah satu
jenis bahan isolator yang akan diteliti untuk menjadi solusi tepat di dalam
peralatan tegangan tinggi.
3. Menetapkan teknik pengumpulan pustaka yang akan digunakan.
4. Membuat teknik perancangan sistem prototipe
5. Mengadakan pengujian dan analisa
6. Menarik kesimpulan
7. Menyusun saran atau rekomendasi
III.2 Teknik Pengumpulan Data
Dalam melakukan perancangan dan pembuatan sistem prototipe, penulis
melakukan teknik pengumpulan data terlebih dahulu. Teknik yang digunakan
dalam penulisan ini adalah teknik analisa dokumen. Penulis mengumpulkan data
39
dari berbagai sumber baik buku, jurnal maupun literature guna mendukung
penelitian ini. Setelah itu penulis menganalisis dokumen-dokumen dan data-data
dari sumber yang relevan tersebut untuk menyimpulkan hasil, dan memberikan
saran.
III.3 Pengujian dan Analisa
Setelah selesai melakukan perancangan dan pembuatan prototipe,
selanjutnya dilakukan pengujian kalibrasi dan pengambilan data iklim tropis
berupa suhu, kelembaban, kepadan gas, dan intensitas sinar uv. Pengambilan data
dilakukan secara real time setiap menit dan secara otomatis akan disimpan di
sebuah komputer yang telah terhubung dengan sistem protitpe. Setelah itu, data
tersebut akan dibandingkan dengan data Badan Meteorologi, Klimatologi dan
Geofisika (BMKG) dan dilakukan proses analisis data terhadap karakteristik
bahan isolator yang diuji. Proses analisis dilakukan dengan cara proses reduksi
data melalui proses pemilihan dan pemusatan bahasan mengenai sampel bahan
isolator uji, bagaimana komposisi campuran silicon rubber dan fly ash yang tepat
sebagai bahan isolator, apa saja manfaat dan bagaimana implikasi dari sampel uji
bahan isolator yang dianggap tepat. Setelah proses analisis diperoleh suatu
penarikan kesimpulan mengenai sampel tersebut.
40
III.4 Flow Chart
41
Perancangan & Pembuatan Sistem Prototipe
Pengujian/Kalibrasi
Pengambilan Data
BMKG
Komputer
Grafik
Data Uji Sampel Bahan Isolator 0, 25, 30, 35, dan 40
%
Campuran Sampel Yang
Tepat
YesNo
Membandingkan
Save
pengolahan
Membandingkan
Output