BAB II LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Prinsip Kerja HHO Generator Seiring dengan meningkatnya perkembangan energi baru terbarukan, penggunaan energi yang lebih efisien dan efektif adalah dalam bentuk Energi Listrik yang hingga saat ini dihasilkan melalui turbin air, turbin uap, kincir angin, solarcell, biomasa dengan biogasnya dan lain sebagainya. Memang yang terbaik adalah mendapatkan energi listrik langsung seperti solarcell atau hydrocell, akan tetapi masih ada kesulitan dalam penyimpanan energi listrik tersebut apabila tidak ada matahari (malam hari). Hydrocell adalah energi baru yang sekarang digunakan untuk kendaraan bermotor dengan tenaga listrik, tetapi disini pun masih banyak masalah yang harus disempurnakan. Mengatasi adanya energi listrik yang tersimpan didalam H 2 yang juga berasal dari air (H 2 O), kini dengan melalui proses elektrolisa air (H 2 O) dapat terpisahkan menjadi H2 (Hidrogen) dan O 2 (Oksigen). UNIVERSITAS MERCU BUANA 8

2 HHO Generator adalah alat elektrolisa air yang memproduksi hidrogen (H 2 ) yang tersimpan didalam air (H 2 O), sehingga air (H 2 O) dapat terpisahkan menjadi H 2 (hidrogen) dan O 2 (oksigen). Perlu diketahui bahwa proses ini adalah konvensional yang pernah dikomersilkan 80 tahun lalu, jadi bukan merupakan proses baru lagi, tetapi sekarang pengembangannya lebih bervariasi mulai dari bahan, proses, design untuk alat tertentu dan modifikasi modifikasi teknis untuk mendapatkan hasil yang lebih optimal yang dibuktikan melalui data akurat penelitian teknis. 2.2 Prinsip Elektrolisa Air Air adalah substansi kimia yang memiliki rumus H 2 O. satu molekul air tersusun atas dua atom hidrogen yang terikat secara kovalen pada satu atom oksigen. Dalam bentuk ion, air dapat dideskripsikan sebagai sebuah ion hidrogen (H + ) yang berikatan dengan sebuak ion hidroksida (OH - ). Prinsip untuk mengembangkan air sebagai energy adalah dengan mengubahnya menjadi senyawa senyawa penyusunnya yaitu Hidrogen (H) dan Oksigen (O). elektrolisa air menjadi prinsip dasar untuk mengubah air menjadi senyawa senyawa penyusunannya. Gas H 2 hasil elektrolisa tersebut digunakan sebagai energi bahan bakar yang memiliki tingkat pembakaran lebih tinggi, dibandingkan dengan energi lainnya. Elektrolisa air merupakan kunci utama dalam mengubah air menjadi energi. Dalam proses elektrolisa digunakan sumber energi yang berfungsi untuk memecah molekul H 2 O menjadi unsur unsur asalnya. Pada katoda dua molekul air bereaksi dengan menangkap dua electron, dan akan tereduksi menjadi gas H 2 dan UNIVERSITAS MERCU BUANA 9

3 OH. Sedangkan pada anoda dua molekul air terurai menjadi gas O 2 dan melepaskan 4H + serta mengalirkan elektron ke katoda. Ilustrasi tentang reaksi elektrolisa H 2 O dapat dilihat pada gambar dibawah. Pada proses elektrolisa ini, akan timbul gelembung berupa gas H 2 yang dapat dikumpulkan menjadi energi. Sumber: Modul HHO Generator Penghemat Bahan Bakar Untuk Motor Bakar Bensin dan Diesel. Gambar 2.1 Proses Elektrolisa Air 2.3 Teknologi Elektrolisa HHO (Hydrogen Oxygen) Teknologi pemanfaatan air sebagai energi telah banyak dikembangkan, dari beberapa teknologi yang ada, semuanya menggunakan proses elektrolisa air sebagai prinsip dasarnya. Hingaa saat ini sudah ditemukan teknologi untuk memanfaatkan air sebagai energi yaitu fuel cell sistem HOD (Hydrogen Oxgen Demand) yaitu sistem pembangkit tenaga listrik dari hasil pencampuran H 2 dengan O 2 langsung pada saat listrik dibutuhkan dan elektrolisa HHO (Hydrogen Oxygen). Teknologi elektrolisa HHO lebih murah dan lebih efisien, teknologi optimalisasi air dengan fuel cell memiliki kelemahan terhadap biaya yang UNIVERSITAS MERCU BUANA 10

4 diperlukan dan efisiensi terhadap penerapannya. Sedangkan untuk sitem HOD memiliki kelemahan terhadap tingginya biaya yang diperlukan dan masih sulit untuk menampung fase hidrogen dalam satu tempat. Perbandingan yang lebih lengkap tentang teknologi optimalisasi sebagai energy alternative. 2.4 Proses Elektrolisa Air Sudah lebih dari 80 tahun proses elktrolisa ini dipergunakan secara komersial, seperti halnya penyepuhan emas, perak dan lain sebagainya. Prinsip elektrolisa pada air biasa adalah unutuk memecahkan ikatan kimia air (H 2 O) menjadi H 2 dan O 2, diperlukan tegangan listrik searah (DC), yang dialirkan melalui lempengan plat stainless. Proses elektrolisa air dikenal juga sebagai elektrolisa alkalis, karena untuk berjalannya proses ini diperlukan larutan katalisator yaitu larutan alkalis seperti (KOH, NaOH, Baking Soda dan sebagainya). Proses elektrolisa menggunakan 2 buah plat kondensator, satu plat digunakan untuk elektroda Kathoda (-) dan yang satu lagi digunakan untuk elektroda Anoda (+), kedua plat kondensator tersebut terendam dalam cairan Air yang dicampur dengan KOH, apabila Kathoda dan Anoda diberi tegangan listrik maka akan terjadi pada elektroda Kathoda akan terkompres gas H 2 dan pada elektroda Anoda terkompres gas O 2, hasil dari perpecahan tersebut dapat digunakan gas H 2 nya untuk menambah atau mengganti sebagian dari bahan bakar yang digunakan untuk kendaraan bermotor, sehingga akan mengurangi pemakaianbahan bakar secara otomatis. UNIVERSITAS MERCU BUANA 11

5 2.5 Ada 3 Macam Proses Elektrolisa 1. Elektrolisa basah (wet electrolyze) 2. Elektrolisa kering (Dry Electrolyze) 3. Elektrolisa Hybrid (Hybrid Electrolyze) Elektrolisa Basah (Wet Electrolyze) Elektrolisa Basah adalah proses dengan cara memasukkan kedua plat kondensator tersebut kedalam air destilasi atau air RO (Reverse Osmosis = Air Murni), apabila kedua elektroda tersebut diberi tegangan listik maka akan terjadi proses pemisahan HH 2 dan O 2 kemudian hail H 2 tersebut perlu dihitung dan di data dari hasil percobaan, selain itu perlu diteliti variabel variabel yang mempengaruhi produksi H 2 tersebut, sehingga dapat diambi kesimpulan penggunaan elektrolisa yang paling efektif dan efisien. Sumber: Modul HHO Generator Penghemat Bahan Bakar Untuk Motor Bakar Bensin dan Diesel. Gambar 2.2 Proses Elektrolisa Basah UNIVERSITAS MERCU BUANA 12

6 2.5.2 Elektrolisa Kering (Dry Electrolyze = Dry Cell) Elektrolisa Kering (Dry Electrolyze) adalah proses dengan cara plat kondensatornya tidak direndam kedalam larutan, akan tetapi plat nya berada disebelah luar dan larutannya didalam plat tersebut. Pada proses Dry Cell panas yang ditimbulkan oleh plat kondensator dapat dibuang langsung keluar, sehingga tidak membuat larutan menjadi lebih panas, dibandingkan dengan elekrolisa bisa atau elektrolisa basah (Wet Electrolyze). Sumber: Modul HHO Generator Penghemat Bahan Bakar Untuk Motor Bakar Bensin dan Diesel. Gambar 2.3 Proses Elektrolisa Kering UNIVERSITAS MERCU BUANA 13

7 2.5.3 Elektrolisa Hybrid (Hybrid Electrolyze) Elektrolisa Hybrid (Hybrid Electrolyze) merupakan pengembangan terbaru dari proses Elektrolisa Basah (Wet Electrolyze) dan Elektrolisa Kering (Dry Electrolyze). Keunggulan Elektrolisa Hybrid dibandingkan dengan Elektrolisa Basah maupun Elektrolisa Kering ialah Plat Stainles Steel tidak dilubangi. Hal ini tentunya sangat berpengaruh kepada kinerja dari HHO Generator itu sendiri, sebab tegangan pada tiap plat stainless steel akan tetap konstan dan stabil jika tidak dilubangi, tetapi tidak untuk elektrolisa kering yang dimana platnya dilubangi. Hal itu pun akan berpengaruh terhadap tegangan dari setiap plat stailess steel generator tersebut. Didalam sistem elektrolisa hybrid yang diberi lubang ialah plastic HDPE nya jadi bukan platnya, sedangkan untuk poros ulirnya menggunakan las titik yang ditempatkan pada plat pertama (plat 1) dan plat terakhir (plat ke 7). Sumber: Data Pribadi. Gambar 2.4 Proses Elektrolisa Hybrid UNIVERSITAS MERCU BUANA 14

8 Rumus Kimia Pada Proses Elektrolisa Pada elektroda Kathoda terjadi penambahan Elektron (e-), sehingga reaksi Kimia yang terjadi sebagai berikut: Kathode (reduksi): 2H + (cair) + 2e H2(gas) Sumber: Modul HHO Generator Penghemat Bahan Bakar Untuk Motor Bakar Bensin dan Diesel. Sedangkan pada elektroda Anoda, terjadi proses oxidase dimana pelepasan electron yang bergerak ke arah elektroda kathoda, sehingga reaksi kimia yang terjadi pada Anoda sebagai berikut: Anode (oxidasi) : 2H2O(l) O2(gas) + 4H + (cair) + 4e ; (l = Larutan) Reaksi Kimia Penyeimbangann reaksi air dengan larutan basa sebagai berikut: Kathode (reduksi): 2H2O(l) + 2e H2(gas) + 2OH (cair) Anode (oxidasi) : 4OH (cair) O2(gas) + 2H2O(l) + 4e Sumber: Modul HHO Generator Penghemat Bahan Bakar Untuk Motor Bakar Bensin dan Diesel. Gambar 2.5 Rumusan Kimia Pada Proses Elektrolisa Air UNIVERSITAS MERCU BUANA 15

9 Bahwa pemisahan air (H2O) akan menjadi: 2H2O(l) 2H2(gas) + O2(gas) H2O (liquid) disebut HHO. 2.6 Manfaat Gas HHO Gas HHO ini bila dimasukan ke dalam ruang bakar dan terbakar maka proses pembakaran akan menjadi lebih baik bahkan nyaris sempurna, ruang bakar akan menjadi lebih bersih. Karena keistimewaan dari gas HHO ini antara lain: Oktan bahan bakar akan menjadi lebih tinggi, selain itu kecepatan rambat bakar (Flame Speed) tinggi, yaitu 130 m/s. Oleh karena itu dapat disimpulkan bahwa dari beberapa keistimewaan gas HHO tersebut, maka akan terdapat banyak sekali manfaat dari gas HHO untuk kendaran yang akan digunakan, antara lain sebagai berikut: 1. Proses pembakaran yang nyaris sempurna diharapkan akan dapat menghilangkan kerak (kotoran) yang terdapat pada ruang bakar, serta dapat mengurangi emisi gas buang yang berbahaya bagi manusia, maka dengan demikian hal ini juga akan mengurangi efek pemanasan global dari sisa pembakaran yang tidak sempurna. 2. Meningkatkan performa serta ketahanan mesin pada kendaraan motor itu sendiri, dapat menurunkan suhu mesin, suara dari mesin menjadi lebih halus, masa pemakaian (umur) mesin akan lebih panjang, dapat menghemat bahan bakar jadi terjadi pengiritan bahan bakar setidak tidaknya hingga 40%. UNIVERSITAS MERCU BUANA 16

10 Sumber: Modul HHO Generator Penghemat Bahan Bakar Untuk Motor Bakar Bensin dan Diesel. Gambar 2.6 Diagram Pemasangan HHO Generator 2.7 Komponen komponen HHO Generator Generator HHO Pada generator hidrogen tersusun oleh beberapa bagian yang berfungsi mengelektrolisa air dan menghasilkan hidrogen yang keluar ke atas melalui slang menuju reservoir. a. Plat Stainless Steel Tipe 316L Proses selanjutnya dimulai dengan memotong plat stainless steel dengan ukuran 10 cm x 10 cm = 100 cm 2 (untuk kendaraan mobil) sedangkan dengan ukuran 5 cm x 5 cm = 25 cm 2 (untuk kendaraan sepeda motor) dan mempunyai ketebalan 1 mm. b. Karet Seal Mempunyai ketebalan 4 mm, didalam proses elektrolisa air tegangan yang terdapat dalam 1 cell adalah 2,2 volt dikarenakan metode elektrolisa ini menggunakan sumber tegangan arus searah UNIVERSITAS MERCU BUANA 17

11 (DC) 12 volt. Jadi agar setiap cell dapat terpenuhi 2,2 volt maka pembulatan jumlah cell ada 6 cell, yang terdiri dari 7 plat. c. Bubbler Hidrogen adalah bahan bakar yang berupa gas yang mudah terbakar, karena kecepatan bakar hidrogen 10x lebih cepat dari pada bensin. Agar tidak membahayakan penggunanya maka hidrogen harus lebih safety. Bubbler merupakan pengaman untuk hidrogen, dengan menggunakan shock peralon 1 ¼ inch. d. Accu Tegangan accu yang dibutuhkan untuk memproses kinerja generator HHO adalah 12 volt dan arus keseluruhan pada sepeda motor 2 Ampere, sedangkan tegangan yang dibutuhkan pada generator HHO 12 volt dan ampere pada generator 1,8 Ampere. Oleh karena itu arus yang digunakan unutk kinerja generator HHO lebih kecil, maka perancangan tegangan dan arus aman. e. Motor atau Mesin Motor atau mesin merupakan sumber tenaga dari pengisian dan sumber gerak mula pada kendaraan, oleh karena itu motor atau mesin dapat berfungsi sebagai sistem penggerak untuk menjalankan sistem pengisian pada kendaraan bermotor. f. Sistem Pengisian Sistem pengisian pada kendaraan berfungsi sebagai pengisi kembali tegangan dari accu yang telah terpakai oleh kinerja UNIVERSITAS MERCU BUANA 18

12 keseluruhan mesin anatara lain: generator HHO, sistem lampu, motor starter dll. g. Anduk (Anti Meleduk) Anduk berfungsi untuk melindungi slang gas agar tidak terbakar pada saat gas HHO generator mengalir, oleh karena itu harus ada pengaman agar api tidak menyambar ke HHO generator. h. Katalis Konsentrasi katalis pada air akan mempengaruhi konduktivitas larutan tersebut. Maka dalam perancangan pembangkit gas hidrogen ini jumlah volume katalis harus diperhitungkan. Diketahui bahwa setiap cell pada elektrolisa air harus memiliki 2,2 volt, maka cara konduktivitas air + elektrolit dengan alat Konductivity Meter dan cari hambatannya, lalu dapat diketahui arus nya, kemudian hitung massa total, dan dapat diketahui volume total (Massa jenis total = massa jenis air massa jenis elektrolit) lalu dapat diketahui % volume elektrolit = 5% volume. Pengisian elektrolit sebesar 5% dari 1 liter air, ini hanya sebagai patokan awal saja, penambahan atau pengurangan tergantung dari keinginan kita mau jalan berapa ampere. Katalis yang digunakan adalah KOH atau NaOH dan dicampurkan kedalam air dengan presentase 5% = Air Katalis (KOH atau NaOH) dan 95% air murni. UNIVERSITAS MERCU BUANA 19

13 2.8 Sifat Bahan Bakar Bensin a. Struktur kimia C4 C12. b. Cetane Number c. Angka Oktan d. Massa jenis 0,71 0,77 gr/cm 3. e. Mudah menguap pada temperature 40 o C bensin menguap 30 65%, pada temperature 100 o C bensin menguap 80 90%. f. Kandungan energy: 30,381 34, 381 kj/l. g. Mudah dikabutkan cukup dengan aliran udara. h. Berbau menyengat dan menghasilkan gas buang yang berbahaya Laju Konsumsi Bahan Bakar.(2.1) Dimana: t : waktu konsumsi bahan bakar setiap 100 ml (s) Pbb : Massa Jenis bahan bakar (gr/cm 3 ) Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Dalam pengujian mesin konsumsi bahan bakar diukur sebagai laju aliran massa bahan bakar per unit waktu (Mf). Konsumsi bahan bakar spesifik fuel consumption (SFC) adalah laju aliran bahan bakar per satuan daya. UNIVERSITAS MERCU BUANA 20

14 Pengukuran ini dilakukan untuk mengetahui bagaimana effisiensi mesin menggunakan bahan bakar untuk menghasilkan daya.. (2.2) Dimana: SFC : Konsumsi bahan bakar spesifik (kg/kw) Mf : Massa bahan bakar (kg/jam) Pb : Daya (kw) 2.9 Performa Mesin Performa adalah proses yang dilakukan dan hasil yang dicapai oleh suatu mesin, untuk menghasilkan sebuah tenaga atau power yang maksimal. Untuk tercapainya performa mesin yang maksimal dan stabil diharuskan mencari beberapa bagian tertentu, bagian bagian tersebut anatara lain: Daya Tenaga atau daya adalah kemampuan unutuk melakukan kinerja yang dinyatakan dalam satuan Nm/s, watt, ataupun HP (Horse Power). Menurut sejarah besarnya satuan 1 HP dinyatakan sebagai setara dengan kemampuan seekor kuda menarik beban 366 pound dengan kecepatan 1 foot per second. Semakin besar daya maksimum yang bisa dicapai oleh mesin kendaraan, maka semakin besar kemampuan mesin tersebut dalam UNIVERSITAS MERCU BUANA 21

15 memberikan putaran yang tinggi untuk disalurkan dalam menggerakan kendaraan. Secara umum, semakin besar daya maksimum yang bisa diraih, maka kecepatan maksimum (Top Speed) akan semakin tinggi (dengan asumsi factor transmisi, bobot kendaraan, dan banyak lagi yang diabaikan). 1. Brake Horse Power (Daya) Dimana:. (2.3) BHP n T : daya keluaran mesin (Hp) : putaran mesin (rpm) : Torsi Keluaran Mesin (Nm) Torsi Torsi adalah satuan gaya ayun atau momen (gaya yang memiliki besar dan titik acuan putar), semakin besar torsi maksimum yang bisa dihasilkan oleh mesin kendarann, maka mesin semakin kuat memberikan gaya ayun yang digunakan untuk menggerakan mesin. Secara umum, semakin besar torsi maksimum yang dihasilkan, maka kemampuan untuk berakselerasi akan semakin baik. (2.4) Dimana: T : Torsi keluaran mesin (Nm) UNIVERSITAS MERCU BUANA 22

16 BHP : Daya keluaran mesin (Hp) N : putaran mesin 5252 : konstanta 2.10 Emisi Gas Buang Atmosfir bumi yang biasa disebut udara, terdiri dari: oksigen (O 2 ) yang menempati 21% volume atmosfir dan Nitrogen (N 2 ) yang menempati 78% volume atmosfir. Sisanya yang 1% ditempati oleh berbagai macam gas, termasuk Argon (Ar) yang berjumlah 0,94% dari sisa 1% dan karbondioksida (CO 2 ). Gas lain 1% Oksigen ( O 2 ) 21% Nitrogen ( N 2 ) 78% Sumber : PT. ASTRA INTERNATIONAL, Tbk-HONDA Gambar 2.7 Susunan Atmosfir Bumi Disamping gas Argon dan karbondioksida, masih banyak lagi zat yang dihasilkan manusia, seperti gas Karbonmonoksida (CO), Hidrokarbon (HC), Nitrogenoksida (Nox), Sulfurdioksida (So 2 ) dan lain lain. Zat yang tidak diinginkan ini disebut Air Polutan (Pencemaran Udara). Zat pencemar udara tersebut dihasilkan oleh gas buang kendaraan bermotor, thermo electric power UNIVERSITAS MERCU BUANA 23

17 plant, heater bangunan, asap pembakaran sampah, asap dari pabrik pabrik dan masih banyak lainnnya. Sumber : PT. ASTRA INTERNATIONAL, Tbk-HONDA Gambar 2.8 Sumber Pencemaran Udara Semakin banyaknya pencemaran udara, maka akan berakibat buruk pada lingkungan hidup manusia, hewan ataupun tumbuhan dan juga memepercepat terjadinya pemanasan global (Global Warming Potential). Data data dari kementerian lingkungan hidup (KLH) menyatakan bahwa penyebab terbesar pencemaran udara di Indonesia adalah alat transportasi yang hampir mencapai 70% (terutama kendaraan bermotor), 20% adalah dari proses indudtri dan sisanya dari sampah rumah tangga Pengaruh Emisi Gas Buang Terhadap Lingkungan Secara umum pengaruh emisi gas buang terhadap lingkungan dikelompokkan kedalam 5 kategori, yaitu: 1. Pengaruh terhadap kesehatan dan keselamatan manusia. 2. Pengaruh terhadap tumbuhan dan binatang. UNIVERSITAS MERCU BUANA 24

18 3. Pengaruh terhadap material dan bangunan. 4. Pengaruh terhadap nilai estetika. 5. Pengaruh terhadap ekosistem (udara, tanah dan air). Pengaruh dan zat zat yang terkandung dalam emisi gas buang pada kesehatan manusia dapat dijabarkan sebagai berikut: 1. CO (Karbon Monoksida) Senyawa karbon monoksida dapat mengakibatkan antara lain gejala kekurangan oksigen dalam darah terjadinya sesak nafas, sakit kepala, dan dalam akumulasi yang cukup tinggi dapat mengakibatkan kematian. 2. Pb (Timbal atau Timah Hitam) Timbal atau timah hitam merupakan logam berat yang bila terhisap tidak bisa hilang dari dalam tubuh manusia. 3. HC (Hidro Carbon) Hidro carbon dalam tubuh manusia dapat menyebabkan anatara lain rusaknya jaringan lemak dalam tubuh dan terganggunya fungsi hati. 4. SOx (Sulfur Oksida) Sulfur oksida dalam tubuh manusia dapat mengakibatkan terjadinya sesak pada sistim pernapasan manusia atau bahkan dapat menyebabkan terjadinya bronchitis. 5. NOx (Nitrogen Oksida) Nitrogen oksida merupakan gas yang berbahaya karena mengganggu saraf pusat. Dengan adanya O 2 akan bereaksi membentuk NO 2 yang mengeluarkan bau yang merangsang dan dapat menyebabkan edema UNIVERSITAS MERCU BUANA 25

19 paru paru bronchitis. NO 2 dalam tubuh manusia dapat mengakibatkan terganggunya kinerja haemoklobin dan darah sehingga dapat menyebabkan lemas atau bahkan dapat merusak organ dalam paru paru. 6. Partikulat Pengaruh partikulat pada tubuh manusia anatara lain dapat memicu terjadinya kanker, terjadinya gangguan pernapasan dan dapat mengganggu pernapasan dan dapat mengganggu proses metabolism tubuh. UNIVERSITAS MERCU BUANA 26