STUDI EKSPERIMEN PENGARUH PENGGUNAAN KOH TERHADAP PERFORMA GENERATOR HHO TIPE DRY CELL BERDIMENSI mm

Transkripsi

1 STUDI EKSPERIMEN PENGARUH PENGGUNAAN TERHADAP PERFORMA GENERATOR HHO TIPE DRY CELL BERDIMENSI mm Nofriyandi. R., S.Pd., MT Jurusan Teknik Mesin, Universitas Dharma Andalas, Padang Kampus Simpang Haru Sawahan Padang nofriyandi05@gmail.com Abstrak Penggunaan energi oleh manusia selalu mengalami peningkatan. Saat ini minyak bumi merupakan sumber utama dalam kebutuhan energi nasional pada semua jenis kendaraan. Kualitas pembakaran pada kendaraan dapat ditingkatkan dengan penambahan gas hidrogen dan oksigen yang diperoleh dari elektrolisis air, sehingga dapat megurangi pemakaian bahan bakar utama. Pada penelitian ini dapat melihat besarnya energi HHO yang di hasilkan dengan penggunaan generator tipe dry. Penelitian ini dilakukan secara eksperimen. Tahapan pertama membuat generator HHO tipe dry menggunakan plate SS316L. Ukuran plate 70 mm x 70 mm, bagian tengah plate di lubangi Ø 12 mm, bagian atas dan bagian bawah plat dilubangi Ø 10 mm, dengan luas permukaan yang bekerja aktif saat elektrolisis mm. Generator HHO terdiri dari 3 cell dan 4 plat netral untuk masing-masing cell dengan penambahan 5, 7 dan 9 gram. Dari hasil penelitian ini penggunaan 5 gram menghasilkan gas HHO 7,181 ml/s, efisiensi 91,3%. Untuk 7 gram menghasilkan gas HHO 11,128 ml/s, efisiensi 87,3%. Untuk 9 gram menghasilkan gas HHO 12,283 ml/s, efisiensi 86,8%. Kata kunci : HHO,, plate, cell. 1. Pendahuluan Indonesia merupakan negara yang masih menggunakan bagan bakar minyak sebagai bahan bakar utama pada kendaraan. Hasil pembakaran dari bahan bakar minyak yang terdiri dari campuran karbon, hidrokarbon, oksigen dan hidrogen dapat menghasilkan nilai polutan yang besar sehingga berbahaya bagi lingkungan. Dalam pencagahan besarnya efek polutan tersebut, berbagai peneliti terus melakukan penelitian dan pengembangan dengan berbagai metode guna menghasilkan bahan bakar alternatif yang ramah lingkungan. Perkembangan dan penggunaan biodiesel dan bioethanol masih belum optimal karena beberapa faktor diantaranya adalah sumber bahan bakunya belum memadai secara kuantitas dan kualitas, sebagian dari bahan bakunya adalah bahan pangan yang masih mungkin mengganggu ketersediaan bahan pangan, dan peraturan tentang kualitas emisi belum seketat di negara lain, serta kesiapan dari segi budi daya, kesiapan teknologi proses, kesiapan sarana-prasarana pemasaran. Bahan bakar yang dihasilkan dari pemanfaatan energi dengan cara elektolisa air murni menjadi bahan bakar atau HHO dinilai sebagai bahan bakar masa depan yang ramah lingkungan, efisien dan mempunyai nilai energi yang besar dari pada bahan bakar gasolin. Berikut perbandingan bahan bakar gasoline dengan hydrogen. The properties of hydrogen Properties Unleaded gasoline Autoignition temperature (K) Minimum ignition 0.24 energy (mj) Flammability limits (volume % in air) Stoichiometric air-fuel 14.6 ratio on mass basis Limits of flammability Hidrogen

2 (equivalence ratio) Density at 16 _C and 1.01 bar (kg/m3) Net heating value (MJ/kg) Flame velocity (cm/s) Quenching gap in NTP air (cm) Diffusivity in air (cm2/s) Research octane number Motor octane number Flashpoint Approximatel y 45 ºF ( 43 ºC; 230 K) < 423 ºF (< 253 ºC; 20 K) Sumber : International journal of hydrogen energy 35 (Ali Can Yilmaz, Erinc Uludamar, Kadir Aydin 2010) dan hydrogen fuel cell engines and related technologies: Rev 0, December 2001 Penelitian ini bertujuan agar dapat mengetahui jumlah dari gas HHO yang di hasilkan serta nilai efisiensi dari generator HHO type dry. Variasi dalam setian penelitian hanya melihat perbedaan hasil dari jumlah yang di berikan yaitu 5 gram, 7 gram dan 9 gram. Pengambilan data dilakukan secara eksperimen, dengan melihat secara langsung banyaknya gas HHO yang di peroleh dalam 500 liter/detik. Setiap pengujian dilakukan selama 120 menit pada setiap variasi. Pada penelitian Saharuddin, Djoko Sungkono Kawano, (2014), meneliti tentang penghasilan HHO pada generator sistem basah (wet) dengan penambahan elektrolit 1 gr /liter Aquades dengan nilai efisiensi tertinggi % ke 46,03 % selama 120 menit percobaan. Pada penelitian Sugeng Heri Purnomo dan Djoko Sungkono, (2014), meneliti tentang Komparasi Penghasilan HHO pada Generator Tipe Kering (Dry) dengan Susunan Kerucut Diameter Lubang 7 mm dan 10 mm Terpasang Vertikal dengan nilai efisiensi tertinggi % ke 47,04 % selama 120 menit percobaan. Dari hasil penelitian diatas penggunaan generator HHO tipe dry dan wet dengan susunan kerucut pada plat generator, efisiensi dari generator HHO terbuang sebesar 52,005% dan 48,69 %. Pada penelitian ini penggunaan generator tipe dry cell di harapkan dapat meningkatkan laju produksi serta efisiensi dari generator HHO. Hasil dari penelitian ini diharapkan mampu memberikan kemudahan bagi para peneliti berikutnya dalam pengaplikasian bahan bakar HHO pada kendaraan sepeda motor, karna dari hasil pengujian yang diperoleh dapat ditentukan penggunaan terbaik pada aplikasi kendaraa motor dalam setiap variasi. 1.1 Tujuan Penelitian a. Untuk mengetahui laju produksi gas HHO generator tipe dry cell dengan penambahan 5, 7 dan 9 gram larutan b. Untuk mengetahui efisiensi generator gas HHO tipe dry cell dengan penambahan 5, 7 dan 9 gram larutan 1.2 Batasan Penelitian Batasan masalah dalam penelitian ini sebagai berikut : a. Hasil percobaan hanya berlaku untuk generator HHO tipe kering (dry) dengan elektroda plat stainless steel tipe 316L dengan luas permukaan yang bekerja aktif saat elektrolisi mm. b. Menggunakan larutan elektrolit 5 gram, 7 gram dan 9 gram pada1 liter aquades. c. Analisa dilakukan pada generator HHO meliputi daya yang dibutuhkan generator HHO, temperatur pada generator HHO, Laju produksi gas HHO dan efisiensi generator HHO. 2. Tinjauan Pustaka Jika air dipanaskan akan berubah bentuk menjadi uap air atau gas dengan simbol H 2 O (g). Jika air dipecah dengan menggunakan energi yang sesuai, maka akan terurai menjadi gas H 2(g) dan gas O 2(g). Gas yang keluar ketika air dipanaskan bukan gas hidrogen. Air hanya dapat dipecah menjadi gas hidrogen dan gas oksigen (sebagai bahan penyusunnya) dengan teknik tertentu. Banyak teknik untuk memecah air menjadi gas H 2(g) dan gas O 2(g) yaitu dengan menggunakan energi nuklir dan elektrolisis. Cara elektrolisis sangat mungkin dilakukan, karena selain aman, cara ini juga mudah untuk dilakukan. Elektrolisis yaitu proses yang 293

3 memerlukan energi listrik untuk terjadinya reaksi kimia, seperti penguraian air menjadi gas hidrogen dan gas oksigen. Gambar 1. Keterangan umum unsur air 3. Metode Penelitian a. Pengujian Alat Metode pada penelitian ini dilakukan secara eksperimental. Pengujian langsung pada alat yang telah di rancang, sesuai dengan ukuran yang telah ditentukan dalam pengujian. Generator HHO tipe dray cell dipasang secara vertikal dengan menggunakan 3 cell, pada masing-masing cell terdiri dari 4 plat netral. Luas permukaan yang bekerja pada masing-masing plat di batasi oleh O-ring seals dengan ukuran Ø luar 60 mm. Gambar 2. Cara Pemasangan Generator HHO Variasi hasil data uji diperoleh dari jumlah banyaknya penggunaan yaitu, 4, 5 dan 7 gram. Pegujian dilakukan selama 120 menit secara continue agar mendapatkan hasil yang lebih akurat. Sumber energi di peroleh dari enegi baterai (DC) yang terpasang langsung carger dari listrik PLN guna menjaga kestabilan energi baterai. 294

4 National Conference of Applied Sciences, Engineering, Business and Gambar 3. Skema Pengujia Generator HHO b. Parameter unjuk kerja generator HHO 1) Daya Generator HHO (P HHO ), [Watt] Perumusan untuk daya yang dibutuhkan adalah sebagai berikut: (2.1) Dimana: P = daya generator HHO (watt) V = beda potensial/voltase (volt) I = arus listrik (ampere) 2) Laju Produksi Gas HHO ( ) Menghitung flowrate gas HHO dengan persamaan berikut ini: ṁ = Q x ρ (2.2) Dimana : ṁ = Laju Produksi Gas HHO (Kg/s) Q = Debit Produksi gas HHO (m 3 /s) = Massa Jenis HHO (Kg/m 3 ) Persamaan debit Produksi gas HHO: Q = V/t (2.3) Dimana : V = Volume gas Terukur (m 3 ) t = Waktu produksi gas HHO 3) Efisiensi Generator HHO (η HHO ), [%] Efisiensi dihitung agar mengetahui optimalitas generator selama bekerja, yaitu dilihat dari perbandingan jumlah energi yang masuk dan terpakai dalam sistim kerja dengan energi yang dihasilkan atau energi keluar. Adapun persamaan efisiensi secara umum adalah sebagai berikut : (2.4) Energi yang terpakai (input) merupakan komponen yang bekerja dalam proses elektrolisa pada generator gas HHO, dalam hal ini adalah entalpi generator, entalpi bernilai positif karena reaksi pada generator gas HHO adalah reaksi endoterm atau reaksi yang menyerap panas untuk menghasilkan produk. Sedangkan energi yang berguna (output) adalah energi yang diberikan dari generator. Nilai input yaitu nilai entalpi gas ideal. H 2 O (l) H 2(g) + ½ O 2(g) = + 285,84 x 10 3 J/mol Lalu untuk nilai energi ikatan yang dibutuhkan dapat diketahui melalui rumusan dibawah ini : p x V = n x x T (2.5) Jika persamaan 1.5 ditinjau persatuan waktu, maka : p x = x x T (2.6) (2.7) Dimana : p = Tekanan Gas ideal (1atm = 100 kpa) = Volume per satuan waktu (liter/s) = Konstanta Gasideal ( J/mol.K) = Mol per satuan waktu (Mol/s) 295

5 Amper National Conference of Applied Sciences, Engineering, Business and T = 298 K (STP) Ouput = P Gen = V x I, Maka nilai Effisiensi dari generator gas HHO: η= x100% (2.8) 4. Hasil dan Pembahasan a. Amper terhadap waktu Amper Generator 3 Cell Pengujian / menit 5 Gram 7 Gram 9 Gram Gambar 4. Grafik Hasil Pengujian Amper Hasil pengujian generator pada Gambar 3 di atas merupakan hasil pengujian yang dilakukan selama 120 menit setiap cell dengan kandungan jumlah konsentrasi yang berbeda, yaitu dengan penambahan 5, 7 dan 9 gram. Dari hasil uji terlihat adanya beberapa faktor yang menyebabkan terjadinya peningkatan besar amper yaitu jumlah campuran larutan elektrolit (), semakin besar jumlah yang digunakan semakin besar jumlah amper yang dihasilkan untuk proses kerja pada generator HHO. Larutan elektrolit akan mempengaruhi besarnya energi yang dibutuhkan agar bias terjadi reaksi kimia dalam larutan. Larutan elektrolit yang mengandung ion-ion (anion dan kation) berguna sebagai penghantar arus listrik, hal inilah yang mempengaruhi besarnya arus listrik. Efek dari arus listrik yang semakin besar menyebabkan pergerakkan ion-ion tersebut akan semakin cepat. Semakin cepat pergerakan ion-ion akan menimbulkan gesekkan antara ion yang semakin besar sehingga temperature larutan semakin tinggi dan semakin lama suatu larutan bereaksi menyebabkan kondisi larutan akan semakin jenuh hal inilah yang menyebabkan berkurangnya nilai amper saat melakukan pengujian pada menit ke 100. b. Laju prduksi terhadap waktu Hasil dari elektrolisis air pada generator gas HHO tipe dry cell ini produk utamanya ialah gas hidrgen (H₂) dan ksigen (O₂) atau dapat dituliskan sebagai gas HHO. semua data yang tertulis dalam grafik adalah gas HHO, artinya terdiri dari gas H₂ dan gas O₂, sehingga untuk mengetahui seberapa banyak gas HHO yang dihasilkan oleh generator gas HHO tersebut dapat dilihat dari laju produksi gas yang di hasilkan. 296

6 Efisiensi Laju Produksi National Conference of Applied Sciences, Engineering, Business and Laju Produksi / 500 ml Pengujian / menit 5 Gram 7 Gram 9 Gram Gambar 5. Grafik Hasil Pengujian Produksi HHO Waktu dan lama serta perlakuan pengambilan data hasil uji generator pada Gambar 5 diambil bersamaan dengan hasil uji amper pada generator HHO. Dari hasil uji gambar 5 diatas terlihat tren yang berbanding lurus dengan hasil pengujian arus yaitu pada gambar 4, dimana semakin besar arus atau energi listrik yang diberikan pada pengujian generator maka akan semakin besar laju prduksi gas HHO yang dihasilkan, karna jika arus listrik semakin besar pergerakkan ion-ion yang bekerja dalam generator HHO akan semakin cepat. Semakin cepat pergerakan ion-ion akan menimbulkan gesekkan antara ion yang semakin besar sehingga temperatur larutan semakin tinggi dan semakin lama suatu larutan bereaksi menyebabkan kondisi larutan akan semakin jenuh hal inilah yang menyebabkan terjadinya penurunan peningkatan laju produksi di menit ke 100 pada 9 gram jika dibandingkan dengan 5 gram yang menghasilkan peningkatan produksi signifikan. Besarnya suhu temperature pada generator juga akan mempengaruhi penghasilan gas HHO. Semakin lama waktu pengujian dilakukan maka temperature generator akan semakin besar, jika tempratur semakin besar akan menyebabkan banyaknya energi yang keluar sehingga menyebabkan berkurangnya kemampuan elektrolisasi pada generator yang berakibat terhadap ikut berkurangnya hasil produksi gas HHO. c. Efisiensi Generator 1.2 Efisiensi Generator Pengujian / menit 5 Gram 7 Gram 9 Gram Gambar 6. Grafik Hasil Efisiensi Generator HHO Dari gambar 6 diatas terlihat bahwa trendline yang berbanding terbalik dengan grafik pada gambar 4, dan gambar 5. Hal ini di sebabkan karena semakin besar arus yang masuk pada generator maka semakin besar pula nilai losses panas yang keluar dari generator sehingga terjadi pengurangan nilai efisiensi pada kerja generator. Nilai efisiensi tertinggi terdapat pada penambahan 5 gram dengan nilai rata-rata 91,3 %. Pada trendline 9 gram adanya penurunan efisiensi yang sangat signifikan pada grafik di atas, ini 297 di

7 sebabkan temperatur yang sangat tinggi pada generator HHO ketika menggunakan cell empat, lima dan enam. 5. Kesimpulan dan Saran Adapun kesimpulan dari penelitian ini adalah : a. Dari penelitian membuktikan bahwa dengan semakin banyaknya penambahan larutan pada saat elektrolisis menyebabkan semakin besarnya daya yang akan dihasilkan untuk terjadinya proses elektrolisa pada generator. Semakin besar daya yang bekerja pada saat terjadi elektrolisa pada generator HHO maka akan semakin menambah laju produksi gas HHO yang dihasilkan namun terjadi penurunan efisiensi kerja pada generator yang disebabkan oleh banyaknya panas yang terbuang. b. Jika jumlah dikurangkan maka akan mengurangi besarnya daya yang dihasilkan pada saat terjadinya proses elektrolisa. Semakin berkurang daya maka akan semakin kecil laju produksi gas HHO yang dihasilkan, namun akan menaikan nilai efisiensi generator karna tidak adanya panas berlebihan yang keluar banyak pada saat terjadinya proses elektrolisa. c. Selanjutnya penulis menyarankan, jika dari hasil pengujian di atas akan diaplikasikan pada kendaraan sepeda motor agar menggunakan dengan penambahan sebanyak 7 gram, karna dengan daya yang tidak terlalu besar dapat menghasilkan laju produksi gas HHO yang tinggi serta nilai efisiensi yang besar dan lebih stabil. Daftar Pustaka [1] A. Ammar dan Al-Rousan Reduction of fuel consumption in gasoline engines by introducing HHO gas into intake manifold fuel, Vol. 35, hal [2] 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] Cobb, H.M. (1999). Steel Product Manual: Stainless Steel. Warrendale P.A: Iron & Steel Society. [4] Guntur, H.L., Rasiawan, Sampurno B, Sutantra I.N.(2011), Pengembangan Sistem Suplai Brown Gas Model 6 Ruang Tersusun pada Mesin Mobil 1300cc dengan Sistem Karburator, Jurnal Teknik Mesin, Vol.13,No.1,hal [5] Gaikwad, K.S. (2004), Development of a Solid Electrolyte for Hydrogen Production. Thesis. Master of Science in Electrical EngineeringDepartment of Electrical Engineering College of Engineering University of South Florida. [6] Lowrie, Peter. W.E. (2005). Electrolytic Gas. /pdf.files/egas -calculations.pdf [7] Musmar, Sa ed A dan Al-Rousan, Ammar A, Effect of HHO gas on combustion emissions in gasoline engines fuel, Vol 90, hal [8] Nofriyandi. R, 2014, Aplikasi Gas HHO pada Sepeda Motor 150 cc, [9] Sugeng Heri Purnomo dan Djoko Sungkono Kawano, 2014, Komparasi Penghasilan HHO pada Generator Tipe Kering (Dry) dengan Susunan Kerucut Diameter Lubang 7 mm dan 10 mm Terpasang Vertikal, [10] Saharudin dan Djoko Sungkono Kawano, 2014, Komparasi Penghasilan HHO pada Generator Sistem Basah (Wet) dengan Susunan Kerucut dan Plat Datar Terpasang Horizontal, [11] Pusdatin ESDM, (2010), Handbook of Energy & Economic Statistics of Indonesia), Jakarta. [12] Pusdatin ESDM, (2011), Handbook of Energy & Economic Statistics of Indonesia), Jakarta. [13] Widyantara, Dendy, (2011), Pengaruh Penambahan Generator HHO dengan Variasi Rangkaian Generator HHO Seri dan Paralel Terhadap Unjuk Kerja Mesin Honda Supra X 125 PGM-FI, Tugas Akhir ITS, Surabaya [14] Yilmaz, Ali Can., Erinc., Uludamar., Aydin Kadir, (2010), Effect of hydroxy (HHO) gas addition on performance and exhaust emissions in compression ignition engines hydrogen energy, Vol. 35, hal Biodata Penulis Nama Penulis, memperleh gelar Sarjana Pendidikan (S.Pd), Program Studi Teknik Otomotif Fakultas Teknik [Universitas Negeri Padang], lulus tahun Tahun 2014 memperoleh gelar Magister Teknik (M.T) dari Program Rekayasa Konversi Energi, Jurusan Teknik Mesin [Institut Teknologi Sepuluh November]. Saat ini sebagai Staf pada Jurusan/Prodi Teknik Mesin [Universitas Dharma Andalas]. 298