Studi Eksperimen Pengaruh Pencampuran Gas HHO dari Generator HHO Tipe Kering dengan Bahan Bakar LPG pada Distribusi Temperatur Nyala Api Bunsen Burner

Transkripsi

1 Studi Eksperimen Pengaruh Pencampuran Gas HHO dari Generator HHO Tipe Kering dengan Bahan Bakar LPG pada Distribusi Temperatur Nyala Api Bunsen Burner Agus Harianto 1*, Djoko Sungkono Kawano 2 1) Jurusan Teknik Mesin, Pascasarjana, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Kampus ITS, Sukolilo, Surabaya ) Pengajar di Jurusan Teknik Mesin, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Kampus ITS, Sukolilo, Surabaya ) agus.harianto80@gmail.com ABSTRAK Kualitas pembakaran pada bahan bakar LPG dapat ditingkatkan dengan berbagai cara. Salah satu cara yaitu mencampur gas LPG dengan bahan bakar baru dan terbarukan yaitu gas HHO yang diproduksi dari generator HHO tipe kering. Penambahan gas HHO pada pembakaran LPG akan mengurangi volume pemakaian gas LPG. Penelitian ini dilakukan dengan metode eksperimen untuk mendapatkan distribusi temperatur rata-rata pada tiap ketinggian dan daya bahan bakar bunsen burner. Pencampuran gas HHO dengan gas LPG secara premixed pada bunsen burner. Variasi pencampuran gas HHO adalah 0%, 25%, dan 50% terhadap gas LPG. Dari penelitian didapatkan bahwa semakin besar pencampuran gas HHO pada gas LPG, maka daya bahan bakar bunsen burner menurun yaitu variasi pertama 903 watt, variasi kedua 691 watt, dan variasi ketiga 479 watt. Rata-rata temperatur maksimal semakin naik dari variasi pertama 520 o C, variasi kedua 594 o C, dan variasi ketiga 641 o C. Kata kunci: Gas HHO, gas LPG, temperatur, daya bahan bakar, gas buang. ABSTRACT Combustion quality of the LPG can be improved in various ways. One of way is to mix LPG with alternative fuel HHO gas that is produced from the HHO generator dry type. The addition of HHO gas in the LPG s combustion will be reduce of LPG s consumption volume. This research was conducted with an experimental method to average temperature distribution at each elevation and power of bunsen burner s fuel. Mixing of HHO gas and LPG with premixed at a bunsen burner. Mixture variations of HHO gas with LPG is 0%, 25%, and 50% based on volume flowrate. From this research was found that increasing HHO gas rate on LPG rate, power of bunsen burner s fuel decreased that is first variation is 903 watt, second variation is 691 watt, and third variation is 479 watt. The highest average temperature increased, the first variation is 520 o C, second variation is 594 o C, and third variation is 641 o C. Keywords: HHO gas, LPG gas, Temperature,Power Fuel, Premixed Pendahuluan Permintaan akan Bahan Bakar Minyak (BBM) terus meningkat dari tahun ke tahun, mengingat sampai saat ini minyak bumi merupakan sumber utama energi Nasional. Setiap tahunnya sejak tahun 2004 pemerintah menganggarkan dana sekitar Rp. 70 Triliun untuk mensubsidi BBM, yaitu minyak tanah, premium dan solar. Dari ketiga jenis bahan bakar ini, minyak tanah adalah jenis bahan bakar yang mendapat subsidi terbesar karena lebih dari 50% anggaran subsidi BBM digunakan untuk subsidi minyak tanah. Dari tahun ke tahun anggaran pemerintah untuk subsidi BBM semakin tinggi seiring SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

2 dengan harga minyak dunia yang cenderung meningkat. Oleh karena itu, pemerintah menerapkan Kebijakan Reformasi Energi Nasional, antara lain diversifikasi energy untuk mengurangi ketergantungan terhadap Bahan Bakar Minyak, khususnya minyak tanah untuk dialihkan ke LPG. Program pemerintah mengalihkan minyak tanah ke LPG dinilai berhasil karena dapat menghemat subsidi sebesar Rp. 11,24 triliun/tahun. LPG memiliki kelebihan dari minyak tanah, yaitu lebih sedikit emisi, lebih bersih, dan nilai kalori lebih tinggi dari minyak tanah, atau 1 liter minyak tanah setara dengan 0,57 kg LPG. Selain mengalihkan minyak tanah ke LPG, cara lain yang bisa dilakukan adalah mencampur dengan energy baru dan terbarukan, dan mengoptimalkan pembakaran, sehingga diperoleh panas yang maksimal pada pembakaran. Hidrogen merupakan salah satu energy 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 (Based on JANAF, 1971). Salah satu cara untuk mendapatkan gas hydrogen adalah dengan cara elektrolisa air, yaitu memisahkan hydrogen dan oksigen pada air. Alat yang digunakan adalah HHO generator tipe kering atau tipe basah. Proses elektrolisa pada HHO generator akan memisahkan ikatan atom 2H2O menjadi 2H2 dan O2 dan dikenal dengan sebutan gas HHO atau brown gas. Gas HHO ini dapat dijadikan bahan bakar campuran pada pembakaran LPG maupun bahan bakar lainnya. Penelitian yang dilakukan oleh Zhen dkk pada tahun 2012 yaitu mencampur gas hydrogen pada bahan bakar LPG pada pembakaran bunsen burner dengan diameter dalam laluan api 13 mm. Pada penelitian ini, besar prosentase volume flow rate campuran gas hydrogen adalah α= 10%, 20%, 30%, 40%, dan 50% pada Re = 1500 dan Ф = 1. Api yang dihasilkan dari penelitian tersebut adalah api laminer. Dari penelitian tersebut didapatkan hasil bahwa dengan penambahan gas hydrogen terjadi kenaikan temperatur api. Penelitian selanjutnya dilakukan oleh Sulharman pada tahun 2013, yaitu mencampur gas HHO pada bahan bakar LPG pada pembakaran kompor LPG. Pada penelitian ini yang di variasikan adalah bukaan katup LPG 100%, bukaan LPG 100% ditambah bukaan gas HHO 100% dan bukaan LPG 75% ditambah bukaan gas HHO 100%. Bukaan LPG 100% flow mass LPG adalah 0,14 kg/jam, bukaan LPG 75% flow mass LPG adalah 0,09 kg/jam, sedangkan laju produksi generator HHO adalah 0,638 liter per menit. Dari penelitian tersebut didapatkan hasil bahwa dengan penambahan gas HHO terjadi kenaikan daya dan efisiensi pada kompor. Pada penelitian Zhen dkk, campuran yang digunakan adalah murni gas hydrogen, sedangkan gas hydrogen memiliki nilai kalor bawah lebih besar daripada gas HHO. Zen dkk juga tidak melakukan penelitian bagaimana distribusi temperatur api bunsen burner, dimana distribusi temperatur ini sangat penting untuk mengetahui letak titik api puncak, sehingga dapat dijadikan acuan untuk merancang ketinggian tungku pada kompor maupun pada ketel uap. Pada penelitian Sulharman, alat pembakaran yang digunakan adalah kompor yang memiliki lebih dari satu laluan api. Sulharman juga tidak membahas distribusi temperatur dan gas buang dari proses pembakaran kompor. Apabila tungku diletakkan berdasarkan pada temperatur titik api puncak, pasti akan meningkatkan kecepatan titik didit air pada tungku. Dimotivasi oleh peneliti di atas, peneliti ingin melengkapi dan menyempurnakan penelitian, dimana penelitian ini memvariasikan prosentase volume flow rate campuran gas HHO volume flowrate 0%, 25%, dan 50% pada bahan bakar LPG. Pencampuran bahan bakar LPG, HHO, dan udara secara premixed. Pada penelitian ini nantinya akan diketahui distribusi temperatur rata-rata pada tiap ketinggian dan daya bahan bakar bunsen burner. Metode Penelitian 1. Elektrolisasi Air Pada prinsipnya air memang dapat diubah menjadi hidrogen dengan teknik elektrolisis dan gas hidrogen digunakan sebagai bahan bakar. Gas hidrogen sangat mudah terbakar dan akan terbakar pada konsentrasi serendah 4% H2 di udara bebas. Hidrogen terbakar menurut persamaan kimia: SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

3 2 H2(g) + O2(g) 2 H2O(l) kj (286 kj/mol) Gambar 1. Generator HHO tipe kering (dry type/dry cell) Pada penelitian ini peneliti menggunakan generator HHO tipe kering (dry type). 2. Pengujian PEFORMANCE GENERATOR HHO Pengujian performance generator HHO tipe dry bertujuan melihat kemampuan generator dalam memproduksi gas HHO yang akan dicampurkan ke gas LPG. 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 500CC per menit. Dalam penelitian ini, produksi gas yang diperlukan adalah 500CC per menit. Hal ini dapat dicari dengan memvariasikan besar kecilnya elektrolisa. Gambar 2. Skema Pengujian Generator HHO 3. SKEMA PENELITIAN Penelitian dilaksanakan berdasarkan skema berikut: SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

4 Gambar 3. Skema penelitian Skema penelitian dapat dilihat pada gambar 3. Dalam penelitian ini, variasi campuran gas HHO pada gas LPG adalah = 0%, 25%, dan 50% volume flowrate dengan persamaan: sehingga didapat: 0% = gas LPG 0,5 liter permenit dan gas HHO 0 liter per menit 25% = gas LPG 0,375 liter per menit dan gas HHO 0,125 liter per menit 50% = gas LPG 0,25 liter per menit dan gas HHO 0,25 liter per menit. Pencampuran gas HHO, gas LPG, dan oksigen terjadi secara premixed pada pembakaran bunsen burner. Volume oksigen tidak diukur, oksigen diambil dari udara bebas dan tercampur secara premixed dengan bahan bakar pada ventilasi udara bunsen burner. Gas LPG menggunakan LPG 3 kg yang dipasarkan oleh Pertamina Unit Gresik dengan komposisi volume propane 49,06% dan volume butane 50,81%. Pengukuran distribusi temperatur menggunakan delapan termokopel yang disusun sejajar dengan jarak 3 mm, dan incremental 3 mm ke atas sampai di ketinggian api. Pengukuran dilakukan dengan cara menggunakan termokopel Type K (range pengukuran: o C). 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). Data tersebut dicatat dan dimasukkan ke dalam software ORIGINLAB untuk mendapatkan kontur isothermal. Dari kontur isothermal akan diolah menjadi distribusi rata-rata temperatur menggunakan persamaan sebagai berikut: SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

5 dimana :...(1) Keterangan: Ti = temperatur rata rata diantara 2 garis isothermal ro = jari-jari luar ri = jari-jari dalam...(2)...(3) Pengukuran daya bahan bakar pada bunsen burner dilakukan dengan cara mengukur volume flowrate bahan bakar gas LPG dan gas HHO dengan persamaan sebagai berikut:... (4) dimana: mf = Konsumsi bahan bakar selama pengukuran (kg) E = Nilai kalor netto bahan bakar (kj/kg) pada tabel 2.5 t = Waktu pengukuran (s) Hasil dan Pembahasan 1. Bentuk Api dan kontur Isothermal ( = 0%) ( = 25%) ( = 50%) Gambar 4. Bentuk api dan kontur isothermal premixed HHO 0%,25%, dan 50% pada LPG Pada gambar 4 dapat dilihat bahwa semakin besar campuran gas HHO pada gas LPG, maka tinggi nyala api bunsen burner semakin pendek, dan lebar nyala api semakin bertambah. SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

6 Gambar 5. Grafik pencampuran gas HHO terhadap tinggi dan lebar api Hal ini sesuai dengan persamaan panjang nyala api premixed yang diusulkan oleh Rokke. 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, (Rokke [3]). Juga sejalan dengan penelitian Zhen dkk, bahwa semakin besar campuran volume flowrate gas hidrogen pada gas LPG, maka panjang nyala api semakin menurun, (Zhen et al.,[8]). 2. Distribusi Temperatur Rata-rata Gambar 6. Distribusi temperatur rata-rata tiap ketinggian 3 mm api Pada gambar 6 dapat dilihat bahwa semakin besar pencampuran gas HHO pada gas LPG, maka temperature rata-rata pada pembakaran bunsen burner semakin naik. Hal ini terjadi karena pada pembakaran bunsen burner berbahan bakar murni LPG adalah pembakaran kaya bahan bakar, atau dengan kata lain kekurangan oksigen dalam pembakaran, sehingga pembakaran kurang sempurna. Sedangkan pembakaran yang menggunakan campuran gas HHO, pembakaran bisa dikatakan pembakaran stoikiometric, dimana campuran bahan bakar dan udara sesuai dengan reaksi kimia. Pembakaran yang menggunakan campuran gas HHO juga membantu meratakan distribusi bahan bakar dengan oksigen sehingga pembakaran menjadi sempurna karena setiap unsur bahan bakar dapat mengikat oksigen dengan sempurna. SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

7 3. Daya Bahan Bakar Bunsen Burner Gambar 7. Grafik pencampuran gas HHO terhadap daya bahan bakar Pada gambar 7 dapat dilihat bahwa semakin besar campuran gas HHO pada gas LPG, maka daya semakin kecil. Hal ini terjadi karena massa jenis dan NKB dari gas HHO lebih kecil dibanding dengan massa jenis dan NKB pada gas LPG. Sedangkan perbandingan campuran/premixed bahan bakar berdasarkan volume flow rate bahan bakar menggunakan alat ukur flowmeter jenis rotameter. Kesimpulan Dari penelitian ini dapat disimpulkan bahwa: 1. Pencampuran gas HHO 50% pada gas LPG, maka panjang nyala api pada pembakaran bunsen burner berkurang sebesar 14%, dan lebar nyala api semakin bertambah sebesar 25%. 2. Distribusi temperatur rata-rata maksimal meningkat sebesar 23,27%, namun daya pada bahan bakar menurun sebesar 46,95%. 3. Penambahan gas HHO mengurangi pemakaian gas LPG, namun meningkatkan temperatur pada pembakaran bunsen burner. Ucapan Terima Kasih Penghargaan dan ucapan terimakasih kepada Istri dan anak tercinta, kedua orang tua dan keluarga, kepada pembimbing tesis (Prof. Dr. Ir. H. Djoko Sungkono K, M.Eng.Sc), kepada teman-teman lab TPBB ITS, kepada teman-teman angkatan 2012 RKE. Daftar Pustaka 1. Baukal E., Charles, Combustion Handbook, John zink A Koch Industries Company, CRC Press, USA, Based on JANAF Thermochemical Tables, NSRDS-NBS-37, (1971); Selected Value Note 270-3, 1968; and API Research Project 44, Carnegie Press, Heating values calculated. 3. Nils A Rokke, A Study of Partially Premixed Unconfined Propane Flames, Combustion and Flame 97, 1986, hal P. Kumar., D. P. Mishra, Experimental Investigation of Laminar LPG-H2 Jet Diffusion Flame, Int. Journal of Hydrogen Energy, Vol 33, 2008, hal SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

8 5. Pradipta, A Brillyano, Studi Eksperimen Pengaruh Pencampuran Gas Hidrogen Dari Generator HHO Tipe Kering Dengan Bahan Bakar Kerosene Pada Distribusi Temperatur Nyala Api Kompor Tekan Blowtorch, Tugas Akhir, Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, R, Nofriyandi, Aplikasi Gas HHO pada Sepeda Motor 150 CC, Tesis, Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, Turn, Stephen R, An Introduction to Combustion, McGraw-Hill Book Co, Singapore, Zhen, H.S., Cheung, C.S., Leung, C.W., Choy, Y.S., Effect of Hydrogen Concentration on the Emission and Heat Transfer of a Premixed LPG-Hydrogen Flame, Int. Journal of Hydrogen Energy, Vol.37, 2012, hal SENATEK 2015 Malang, 17 Januari