Handini Novita Sari Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya

Transkripsi

1 Studi Study Eksperimen eksperimen Pengaruh penambahan Penambahan gas HHO Gas HHO STUDI EKSPERIMEN PENGARUH PENAMBAHAN GAS HHO TERHADAP DISTRIBUSI TEMPERATUR API PADA KOMPOR TEKAN (BLOW-TORCH BURNER) BERBAHAN BAKAR KEROSENE+OLI BEKAS Handini Novita Sari Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Abstrak Kualitas pembakaran pada kompor tekan (blow-torch burner) dapat ditingkatkan dengan berbagai cara. Salah satunya adalah dengan mengunakan bahan bakar baru dan terbarukan yaitu gas HHO yang diproduksi dari generator HHO tipe kering, juga dengan memanfaatkan oli bekas sebagai bahan bakar. Penambahan gas HHO dan oli bekas pada pembakaran kompor tekan (blow-torch burner)akan mengurangi volume pemakaian kerosene.penelitian ini dilakukan dengan metode true eksperiment dengan bahan bakar kerosene + oli bekas sebagai kelompok kontrol yang kemudian dibandingkan dengan bahan bakar campuran kerosene + oli bekas dan gas HHO. Pengujian dilakukan pada kompor uji dan digabungkan dengan generator HHO yang dirancang sendiri. Laju produksi gas HHOyang masuk ke ruang bakar sebesar 2,3 LPM. Pencampuran Gas HHO dan uap kerosene + oli bekas digabungkan secara premix menggunakan ejector, dengan memvariasikan bukaan katup bahan bakar pada bukaan 25% dan 50%. Parameter nyala api yang diukur adalah struktur api berdasarkan kontur isothermal, distribusi temperatur pada tiap ketinggian, tinggi api, lebar api, daya bahan bakar serta perpindahan panas konduksi yang terjadi.berdasarkan hasil penelitian didapatkan bahwa bukaan katup bahan bakar dan penambahan gas HHO pada pembakaran kompor tekan (blow-torchburner) menyebabkan terjadinya penurunan tinggi nyala api, peningkatan lebar nyala api, peningkatan distribusi temperatur, daya bahan bakar, serta perpindahan panas konduksi dengan semakin meningkatnya bukaan katup bahan bakar dan penambahan gas HHO. Kata Kunci : kompor tekan (blow-torch), kerosene, oli bekas, gas HHO, generator HHO. Abstract The quality of combustion in stoves press (blow-torch burner) can be improved in various ways. One way is use renewable fuel that is HHO gas, which is produced from HHO generator dry type, also by utilizing the waste oils as fuel. The addition of HHO gas and used oil in stove press (blow-torch burner) burning will reduce the volume of kerosene consumption.this study was conducted using true experiment with fuel kerosene + used oil as a control group were then compared to the fuel mix used oil and kerosene + HHO gas. Tests conducted on a test stove and combined with a self-designed HHO generator. HHO gas production rate that entering to combustion chamber as much as 2.3 LPM. HHO Gas and vapor mixing kerosene + used oil are combined in premix using ejector, by varying the fuel valve opening at openings 25% and 50%. Parameters measured were flame fire structure based on the contours of isothermal, the temperature distribution at each altitude, high fire, flame width, power fuel and conduction heat transfer that occurs.based on the results of research showed that the fuel valve openings and the addition of HHO gas on the stove press (blow-torch burner) burning led to a decline in flame height, increase the width of the flame, increasing the temperature distribution, power fuel, as well as conduction heat transfer with increasing fuel valve openings and the addition of HHO gas. Keywords: stove press (Blow-torch burner), kerosene, used oil, HHO gas, HHO generator. 37

2 Jurnal Reaktom, Study eksperimen Volume 01 penambahan Nomor 01 Tahun gas HHO 2016, PENDAHULUAN Beberapa tahun terakhir ini energi merupakan persoalan yang krusial didunia. Seiring berjalannya waktu kebutuhan akan energi dunia semakin meningkat khususnya energi fosil, dimana kita ketahui bahwa energi fosil seperti minyak bumi dan batu bara merupakan salah satu sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui. Meningkatnya kebutuhan akan energi ini tidak diimbangi oleh ketersediaanya yang semakin menurun. Dewasa ini, peningkatan akan teknologi membuat semua menjadi mungkin menciptakan energi baru terbaharukan salah satunya adalah hidrogen-oksigen dimana teknologi ini berbahan dasar air yang banyak tersedia di negara kita. Hidrogen merupakan salah satu energi baru dan terbarukan dan mempunyai nilai kalor bawah sebesar kj/kg. Nilai energi tersebut jauh lebih besar dibandingkan dengan bahan bakar LPG, premium, pertamax, solar, CNG, dan etanol pada massa yang sama.salah satu cara untuk mendapatkan gas hidrogen adalah dengan cara elektrolisa air. Proses elektrolisis air merupakan salah satu cara untuk memisahkan unsur kimia dari air (H 2O) menjadi hidrogen (H 2) dan oksigen (O 2). Alat yang digunakan untuk proses tersebut adalah generator HHO namun dalam percobaannya ada beberapa faktor yang mempengaruhi jumlah gas HHO yaitu arus listrik, jenis dan jumlah katalis dalam larutan, dan luas penampang pada masing-masing elektroda. Maka dari itu penelitian dilakukan untuk mendapatkan hasil gas HHO yang diinginkan. Dr. Yull Brown mematenkan gas hasil elektolisis air dengan namanya juga menggunakan gas HHO sebagai suplemen bahan bakar mesin dan pengelasan (cutting and welding torch).stanley Meyer Menemukan sistem bahan bakar elekrolisa air yang sempurna sekaligus sistem kontrol elektroniknya untuk menjalankan mobil VW kodok dan berhasil berjalan sejauh 160 km dengan menggunakan 3 liter air.djoko Sungkono melakukan penelitian mengenai gas HHO dalam pemilihan jenis air, tipe pelat, pemakaian PWM dan penggunaan jenis katalis. Sampai saat ini, jenis air yang paling bagus untuk proses elektrolisis air adalah air Aquades, untuk pelat digunakan jenis pelat stainless steel tipe 316L, sedangkan untuk katalis menggunakan Kalium Hidroksida (KOH). Wahyu Purwo Raharjo menggunakan campuran minyak tanah dan oli bekas sebagai bahan bakar dari kompor tekan (blow-torch burner), dengan perbandingan volume minyak tanah 10%, 20%, 30% dan 40%, disimpulkan bahwa nilai kalor oli bekas secara umum naik seiring dengan penambahan minyak tanah dengan temperatur pembakaran paling tinggi terletak di tengah nyala api Berdasarkan penelitian terdahulu di atas, masih belum ada penelitian yang menggunakan pemanfaatan campuran kerosene + oli bekas dan gas HHO yang diaplikasikan pada kompor tekan (blow-torch burner) berbentuk vertikal, sehingga peneliti ingin melengkapi dan menyempurnakan penelitian, dimana penelitian ini mengkomparasikandistribusi temperatur nyala api pada kompor tekan (blow-torch burner) berbahan bakar kerosene + oli bekas dengan kerosene + oli bekas dan gas HHO dengan memvariasikan bukaan katup bahan bakar pada bukaan 25% dan 50%. Generator HHO yang digunakan dengan kriteria produktivitas lebih dari 1 liter/menit.penelitian ini nantinya dapat di aplikasikan untuk proses peleburan logam yang membutuhkan suhu di atas 1000 o C, serta penghematan penggunaan bahan bakar utama (kerosene + oli bekas) dengan adanya penambahan gas HHO (Brown Gas). METODE Proses elektrolisis air digunakan untuk memproduksi gas HHO. Proses Elektrolisis merupakan suatu proses untuk memisahkan senyawa kimia menjadi unsur-unsurnya atau memproduksi suatu molekul baru dengan memberi arus listrik. Pada penelitian ini proses elektrolisa air untuk memproduksi gas HHO menggunakan generator HHO yang memiliki properties yakni elektroda yang digunakan terbuat dari material yang tahan terhadap korosi dan memiliki konduktifitas listrik yang baik serta tersedia di pasaran (SS316L). Generator HHO yang digunakan dalam penelitian ini adalah generator HHO tipe kering, 1 cell masing-masing 12 plat netral, dengan kapasitas produksi HHO rata-rata 2,3 liter/menit. Gambar 1. Generator HHO tipe kering (dry type/dry cell) 38 37

3 Study eksperimen penambahan gas HHO Pengujian performance generator HHO tipe dry bertujuan melihat kemampuan generator dalam memproduksi gas HHO yang akan dicampurkan pada bahan bakar kerosene. Gas HHO diproduksi oleh generator HHO kemudian diukur di tabung pengukur flowrate gas HHO. Apabila tabung penuh dalam waktu 1 menit, maka produksi gas HHO pada generator HHO adalah 500 CC per menit. Dalam penelitian ini, produksi gas yang diperlukan adalah 500 CC per menit dengan larutan KOH sebesar 12 gram. Gambar 2. Skema pengujian besaran debit HHO Kompor uji yang dipakai adalah blowtorch berbahan bakar kerosene buatan peneliti sebagaimana pada gambar 3. Kompor ini bekerja pada tekanan 0,4 MPa. Bahan bakar dipompa menggunakan kompresor sampai mencapai tekanan kerja yaitu 0,4 MPa. Setelah itu menyalakan pre-heat cup dengan membakar sejumlah bahan bakar (spirtus) dalam cup yang tersedia untuk menguapkan bahan bakar yang sudah ditekan selama dua menit lalu mulai membuka hand wheel secara perlahan sampai bukaan penuh dan lidah api mulai membesar. Pengukuran distribusi temperatur menggunakan termokopel yang diletakkan didepan ejektor pada jarak 45 mm kemudian digeser kesamping sejauh 5 mm hingga mencapai jarak 50 mm. Thermocouple dinaikkan terus tiap jarak 5 mm, hingga mencapai jarak 230 mm dan pada tiap-tiap jarak dilakukan pengukuran temperatur. Pengukuran dilakukan dengan cara menggunakan termokopel Type K. Output tegangan analog dari termokopel dikonversi kedalam bentuk digital oleh ADC data Logger Type 128 C merek Omega kemudian ditransfer ke dalam komputer menggunakan Software peralatan ADC data logger merek omega. Dengan Software tersebut signal digital diterjemahkan kedalam bentuk Temperatur ( o C). Biarkan blowtorch bekerja selama 7 menit, lalu matikan. Setelah pemakaian selama 7 menit, timbang kembali berat blowtorch dengan bahan bakar yang tersisa. Kemudian yang kedua adalah pengujian temperatur api kelompok uji Gambar 3. Kompor tekan (blow-torch burner) Skema penelitian dibagi menjadi dua pengujian, yang pertama adalah pengujian temperatur api kelompok kendali yang ditunjukkan oleh gambar 4. Gambar 4. Skema pengujian temperatur api kerosene+oli bekas Gambar 5. Skema pengujian temperatur api dicampur dengan gas HHO Pengujian temperatur api kelompok uji pada dasarnya sama dengan pengujian temperatur api kelompok kendali. Pada pembukaan hand wheel bersamaan dengan menyalakan generator HHO secara bersamaan sehingga gas HHO yang terbentuk dan uap kerosene bercampur dan lidah api mulai membesar dan stabil, kemudian juga dilakukan pengukuran distribusi temperatur menggunakan termokopel yang diletakkan didepan ejektor pada jarak 45 mm kemudian digeser kesamping sejauh 5 mm hingga mencapai jarak 50 mm. Thermocouple dinaikkan terus tiap jarak 5 mm, hingga mencapai jarak 230 mm dan pada tiap

4 Jurnal Study Reaktom, eksperimen Volume penambahan 01 Nomor 01 gas Tahun HHO 2016, tiap jarak dilakukan pengukuran temperatur. Biarkan blowtorch bekerja selama 7 menit, lalu matikan. Setelah pemakaian selama 7 menit, timbang kembali berat blowtorch dengan bahan bakar yang tersisa. Ulangi langkah- langkah tersebut pada bukaan katup blow-torch burner 25% dan 50%. Analisa distribusi temperatur dapat dilakukan berdasarkan luasan temperatur, yang nantinya dapat diketahui temperatur rata rata pada ketinggian tertentu, dengan persamaan sebagai berikut: T rata rata = (A T) tot A tot (1) dimana : n A tot = i=1 [π(ro 2 i ri 2 i )] (2) n (A T) tot = i=1 [π(ro 2 i ri 2 i ) T i ] (3) Berdasarkan Gambar 6 terlihat perbedaan kontur dari ketiga variasi (a), (b), (c) baik terhadap ketinggian api, lebar api, serta luasan daerah temperatur tinggi. Variasi (c) dengan bahan bakar kerosene+oli bekas dengan bukaan katup 50% dan HHO memiliki tinggi api terpendek dibandingkan variasi sebelumnya namun memiliki lebar api yang lebih besar, serta luasan daerah temperatur tinggi yang lebih luas dibandingkan dengan variasi (a) dan variasi (b), lebar api yang lebih besar, serta luasan daerah temperatur tinggi akibat pembakaran yang lebih sempurna karena adanya oksigen yang terkandung pada gas HHO yang berperan sebagai oksidator sehingga produk hasil pembakarannya meningkat, selain itu kandungan H 2 pada gas HHO juga memberikan sumbangan panas pada nyala api premix blow-torch burner, mengingat nilai kalor dari H 2 yang cukup tinggi. Pengukuran daya bahan bakar pada blow-tourch burner dilakukan dengan cara mengukur volume flowrate bahan bakar kerosene dan gas HHO dengan persamaan sebagai berikut: P = m f E ( kj t s) (4) HASIL DAN PEMBAHASAN Kontur isothermal nyala api blow-toch burner ditunjukkan oleh Gambar 6, dimana (a) berbahan bakar kerosene+oli bekas, (b) berbahan bakar kerosene+oli bekas dengan bukaan katup 25% dan HHO, (c) berbahan bakar kerosene+oli bekas dengan bukaan katup 50% dan HHO. Gambar 6. Grafik daya generator HHO terhadap fungsi waktu Gambar 7. Grafik temperatur rata-rata api maksimal terhadap bukaan katup bahan bakar Temperatur rata-rata yang nyala api blowtorch burner dengan bahan bakar kerosene dan oli bekas sebesar 793 o C pada ketinggian 70 mm, temperatur nyala api blow-torch burner bahan bakar kerosene dan oli bekas bukaan katup 25% dan HHO temperatur rata-ratanya meningkat menjadi 910 o Cdan menurun di ketinggian 65 mm, yang terakhir pada kerosene dan oli bekas bukaan katup 50% dan HHO memiliki temperatur rata-rata yang semakin tinggi yaitu sebesar o C dengan ketinggian temperaturnya yang juga menurun yakni pada ketinggian 60 mm. Kedua grafik menunjukkan adanya peningkatan temperatur ratarata dengan penambahan gas HHO dan dengan semakin besarnya bukaan katup bahan bakar namun berbanding terbalik dengan ketinggian api, Hal ini terjadi karena flammability dari hidrogen lebih tinggi dari kerosene dan oli bekas akibatnya temperatur api yang lebih tinggi membuat atomisasi kerosene dan oli bekas menjadi lebih 40 39

5 Study eksperimen penambahan gas HHO halus setelah melewati pipa dan membuat pembakaran menjadi lebih stoikiometric. Sedangkan nyala api yang semakin pendek dengan penambahan gas HHO, hal ini sesuai dengan persamaan panjang nyala api yang diusulkan oleh Rokke, (Rokke, 1986). Persamaan Rokke menunjukkan korelasi antara panjang nyala yang sebanding dengan fraksi massa bahan bakar. Semakin turun nilai AFR berarti fraksi massa bahan bakar semakin tinggi sehingga panjang nyala api juga meningkat. Gambar 8. Diagram daya terhadap variasi bukaan katup bahan bakar Daya bahan bakar seiring dengan semakin besarnya bukaan katup bahan bakar dan penambahan gas HHO. Pada bahan bakar kerosen dan oli bekas memiliki daya sebesar 40,3 KW, pada bahan bakar kerosene dan oli bekas bukaan katup 25% terjadi peningkatan daya sebesar 41,4 KW, dan pada bahan bakar kerosene dan oli bekas bukaan katup 50% daya juga semakin meningkat yaitu 41,9 KW, lebih besar dibanding dua variasi sebelumnya. Kenaikkan daya bahan bakar yang cukup signifikan hal ini dikarenakan nilai kalor dari hidrogen dan laju aliran produksi gas HHO (ṁ HHO) cukup besar sehingga untuk melakukan proses pembakaran tidak perlu membutuhkan bahan bakar terlalu banyak. PENUTUP Simpulan Pengaruh dari bukaan katup bahan bakar dan penambahan gas HHO pada pembakaran blowtorchburner menyebabkan terjadinya penurunan tinggi nyala api, peningkatan lebar nyala api, dan peningkatan temperatur maksimal dengan semakin meningkatnya bukaan katup bahan bakar dan penambahan gas HHO dengan temperatur maksimal tertinggi terdapat pada bahan bakar kerosene+oli bekas dengan bukaan katup 50% dan gas HHO yaitu sebesar o C dengan tinggi api 185 mm, lebar api 100 mm dan temperatur rata-rata maksimal api sebesar o C dan terletak pada ketinggian 60 mm dari laluan api. Terjadi peningkatan daya bahan bakar pada blowtorchburner. Pada campuran bahan bakar kerosene+oli bekas, daya yang dihasilkan sebesar 40,3 KW pada campuran bahan bakar kerosene+oli bekas bukaan katup 25% dan gas HHO daya yang dihasilkan sebesar 41,4 KW dan pada campuran bahan bakar kerosene+oli bekas bukaan katup 50% dan gas HHO, daya yang dihasilkan sebesar 41,9 KW. Oli bekas dan gas HHO dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar alternatif untuk mengurangi konsumsi pemakain bahan bakar utama dengan ketersediannya yang semakin menurun. DAFTAR NOTASI P : Daya yang dibutuhkan generator HHO (watt) V : Beda potensial / tegangan (volt) I : Arus listrik (Ampere) m : Laju produksi gas HHO (Kg/s) Q : Debit produksi gas HHO (m 3 /s) ρ : Massa jenis HHO (Kg/m 3 ) hf : Energi entalphi yang dihasilkan (J/mol) n : Molaritas senyawa per waktu (mol/s) m f : Konsumsi bahan bakar selama pengukuran (kg) E : Nilai kalor netto bahan bakar (kj/kg) t : Waktu pengukuran (s) DAFTAR PUSTAKA Kadir Abdul, Energi sumber daya inovasi, tenaga listrik, potensi ekonomi. Depok:UI Press Mallove, Eugene Stanley Meyer, Water-Fuel Cell Inventor & Promoter, Dies Suddenly Kawano, Sungkono D Penelitian Mengenai Gas HHO(Generasi I sampai VIII).Surabaya. Raharjo, Wahyu Purwo. (2009), Pemanfaatan Oli Bekas dengan Pencampuran Minyak Tanah Sebagai Bahan Bakar pada Atomizing Burner, Jurnal Penelitian Sains & Teknologi, Teknik MesinUniversitas Sebelas Maret, Surakarta. Purwadi, Aris. Energi Alternatif dari Elektrolisa Air. Solo : Kimia MIPA-UNS