TUGAS AKHIR - TM 091486 (KE) PENGARUH VARIASI ELEKTROLIT KALIUM HIDROKSIDA (KOH) PADA GENERATOR HHO TERHADAP UNJUK KERJA & EMISI GAS BUANG MESIN SUPRA X PGMFi 125 cc ANDRIAN DWI PURNAMA 2105 100 003 Dosen Pembimbing : Prof. Dr. Ir. H D Sungkono K, M.Eng.Sc
ABSTRAK Pada umumnya proses pembakaran pada kendaraan bermotor yang kurang sempurna menghasilkan beberapa unsur yang berbahaya bagi lingkungan. Generator HHO merupakan alat yang menggunakan prinsip elektrolisis air untuk memisahkan unsur kandungan air murni (H 2 O) menjadi H 2 dan O 2 (Brown s Gas). Penelitian ini dilakukan secara eksperimental dengan mengaplikasikan generator HHO pada mesin Supra X PGMFi yang berkapasitas 125 cc. Pada generator HHO tersebut menggunakan larutan elektrolit KOH yang divariasikan yaitu 0.50 gram, 0.55 gram, 0.60 gram, 0.65 gram, 0.70 gram dan 0.75 gram dalam setiap 1 liter aquades. Untuk pengujian, perubahan kecepatan dilakukan secara full open throttle dan menggunakan chasis water brake dynamometer. Pengujian ini dilakukan di Laboratorium Teknik Pembakaran dan Bahan Bakar Teknik Mesin ITS. Hasil penelitian ini didapatkan bahwa generator HHO dengan konfigurasi KOH 0.60 gram, 0.65 gram dan 0.70 gram merupakan penghasil gas HHO yang dapat digunakan pada mesin bensin, dan mampu meningkatkan unjuk mesin bensin. Generator HHO dengan konsentrasi larutan KOH 0,70 gram merupakan yang terbaik karena bisa meningkatkan unjuk kerja mesin bensin yang paling besar. Untuk hasilnya, pada torsi dan daya terjadi kenaikan sebesar 9,93% dan 10,75%; pada sfc terjadi penurunan sebesar 18,16%. Sedangkan untuk kadar gas buang CO dan HC terjadi penurunan sebesar 18,87% dan 14,16%.
LATAR BELAKANG Ketersediaan bahan bakar minyak bumi semakin hari semakin terbatas Kendaraan bermotor mengeluarkan zat-zat berbahaya yang dapat menimbulkan dampak negatif, baik terhadap kesehatan manusiamaupun terhadaplingkungan Harus dicari bahan bakar alternatif yang renewable dan ramah terhadap lingkungan HHO gas diyakini dapat menghemat bahan bakar pada kendaraan bermotor Penambahan KOH pada larutan elektrolit mempengaruhi laju produksi gas HHO
PERUMUSAN MASALAH Bagaimana pengaruh penambahan brown s gas terhadap unjuk kerja mesin motor bensin. Bagaimana menemukan optimasi penggunaan generator HHO yang tepat pada mesin motor bensin jika jumlah katalis KOH didalam elektrolitnya divariasikan. Bagaimana pengaruh dari penggunaan generator HHO tersebut terhadap emisi gas buang yang dihasilkan oleh mesin motor bensin.
BATASAN MASALAH Mesin yang digunakan adalah motor Supra X PGM-Fi 125 cc tahun 2010. Kondisi mesin yang digunakan untuk penelitian dalam kondisi standar dan tidak melakukan perubahan pada sistem injeksi dan timing pengapian. Bahan bakar yang digunakan adalah jenis pertamax yang ada di pasaran Indonesia dan dikeluarkan oleh Pertamina. Variasi elektrolit KOH yang digunakan pada generator HHO adalah 0,5gr, 0,55gr, 0,6gr, 0,65gr, 0,7gr dan 0,75gr pada setiap 1 liter aquades. Elektroda yang digunakan adalah jenis pipa stainless steel 316, dengan spesifikasi: Pipa Dalam Pipa Luar : Ukuran Ø = 1,5in, tebal = 3mm, panjang = 5,5cm : Ukuran Ø = 2in, tebal = 3mm, panjang = 5,5cm Pengujian dilakukan di Laboratorium Teknik Pembakaran dan Bahan Bakar Teknik Mesin ITS. Analisa dilakukan pada unjuk kerja Generator HHO dengan indikasi : Arus listrik yang dibutuhkan, Laju produksi gas HHO dan Effisiensi generator. Analisa dilakukan pada unjuk kerja engine dengan indikasi : Daya yang dihasilkan, Tekanan Efektif rata-rata, dan Konsumsi bahan bakar spesifik. Analisa gas buang yang dicermati hanya berupa : kandungan karbon monoksida (CO) dan hydrocarbon (HC).
TUJUAN PENELITIAN Mengetahui pengaruh penambahan Brown s gas terhadap perubahan unjuk kerja dan emisi gas buang mesin motor bensin. Mengetahui pengaruh dari adanya variasi jumlah katalis KOH dalam larutan elektrolit yang mampu menghasilkan unjuk kerja paling baik pada mesin motor bensin. Mengurangi tingkat konsumsi bahan bakar fosil yang digunakan oleh mesin mesin motor bensin.
MANFAAT PENELITIAN Hasil dari penelitian ini diharapkan bisa bermanfaat dalam kehidupan masyarakat sebagai salah satu teknologi otomotif yang ramah terhadap lingkungan dan mendukung program pemerintah. Untuk memberikan informasi tentang penggunaan generator HHO pada mesin bensin agar bisa menjadi salah satu ide awal yang masih memiliki potensial untuk bisa dikembangkan lagi oleh masyarakat Indonesia.
ELEKTROLISA Menurut ElectrochemistryDictionary: Elektrolisa adalah suatu proses untuk memisahkan senyawa kimia menjadi unsur-unsurnya atau memproduksi suatu molekul baru dengan memberi arus listrik.
BROWN S GAS Brown s Gas merupakan gas hasil dari proses pemecahan air murni (H2O) dengan proses elektrolisis. Brown s gas yang juga lebih dikenal dengan nama gas HHO telah ditemukan sejak tahun 1800, namun baru dipatenkan pada tahun 1974 oleh Prof Yull Brown. selain itu gas HHO juga dikenal dengan oxy-hydrogen. Gas yang dihasilkan oleh generator HHO dari hasil elktrolisa air murni digunakan sebagai suplemen pada Engine.
GENERATOR HHO Komponen penyusun generator HHO: Tabung generator Dibuat dari kaca dan tahan panas hingga suhu 110 o C Elektroda Berupa pipa stainless steel tipe 316 : Din = 1,5 in Tebal = 3 mm Panjang = 5,5 cm Dout = 2 in Tebal = 3 mm Panjang = 5,5 cm Larutan elektrolit Dibuat dari KOH yang dilarutkan dalam aquades
TABUNG & ELEKTRODA GENERATOR HHO
PENELITIAN TERDAHULU Poempida Hidayatullah dan Futung Mustari, 2008 Penelitian dilakukan dengan 30 kendaraan bermotor roda empat dari berbagai jenis baik yang berbahan bakar bensin maupun solar, pada kendaraan tersebut dipasang alat elektrolisa dan hasilnya dimasukkan ke ruang pembakaran. Dengan bentuk generator dengan mika plastik ditengah sebagai penahan lilitan. Hasil peneltian : Salah satu uji coba yang dilakukan dengan menggunakan Toyota Avanza pada bulan Mei 2008, menunjukkan hasil efisiensi bahan bakar sampai 40 persen atau 1 liter untuk 18 km. Pada Mitsubishi L300 penghematan sampai 94 persen atau 1liter dapat mencapai 23,3 km.
Handoro Dewa S, Teknik Mesin, 2009 Penelitian dilakukan menggunakan genset bensin Yasuka di Laboratorium Teknik Pembakaran dan Bahan Bakar Teknik Mesin ITS. Pada kedua elektroda generator HHO-nya menggunakan pipa stainless steel yang divariasikan diameter pipanya. Hasil peneltian : hasil maksimal dari percobaan yang telah dilakukan ditunjukkan pada variasi pipa 1,5 in - 0,5 in yaitu, kenaikan torsi, bmep, efisiensi thermal dan penurunan konsumsi bahan bakar spesifik masing-masing sebesar 31,44%, 31,44%, 34,03%dan 29,02%. Sedangkan untuk emisi gas buang terjadi penurunan nilai HC dan CO masing-masing sebesar 14,62% dan 36,06%. Tutup tabung Kawat SS Selang pernafasan Pipa SS luar Pipa SS dalam
FLOWCHART PENELITIAN
FLOWCHART PENELITIAN
GENERATOR HHO PROSEDUR PENGUJIAN GENERATOR HHO PARAMETER GENERATOR HHO : o DAYA YANG DIBUTUHKAN o LAJU PRODUKSI GAS HHO o EFISIENSI GENERATOR HHO o VISUALISASI LARUTAN - Grafik - Grafik
ENGINE PROSEDUR PENGUJIAN ENGINE PARAMETER ENGINE : o TORSI o DAYA o BMEP o SFC o EMISI GAS BUANG - Grafik - Grafik - Grafik - Grafik - Grafik
Grafik Gabungan Unjuk Kerja Engine Mesin Standar VS Mesin yang telah ditambahkan Gas HHO (0,70 gr)
KESIMPULAN Dari pengujian performa generator HHO untuk masing-masing konsentrasi larutan elektrolit KOH 0.5 gram, 0.55 gram, 0.6 gram, 0.65 gram, 0.7 gram dan 0.75 gram didapatkan : Jumlah KOH (gram) Daya (watt) Laju Produksi (m 3 /s) Effisiensi (%) 0,50 55,5 3,1x10-7 6,8 0,55 60,3 5,2x10-7 10,7 0,60 69,3 7,5x10-7 14,6 0,65 74,4 8,8x10-7 15,7 0,70 75,6 9,2x10-7 16,1 0,75 94,2 9,7x10-7 13,5
Dari pengujian unjuk kerja mesin Supra X 125 PGMFi yang telah ditambahkan gas HHO jika dibandingkan dengan mesin standar didapatkan : Prosentase kenaikan unjuk kerja engine Jumlah KOH (gram) Torsi (%) Daya (%) Bmep (%) Sfc (%) CO (%) HC (%) 0,60 4,72 4,57 3,91-8,55-7,38-5,64 0,65 8,09 8,32 7,61-15,57-14,3-10,55 0,70 9,93 10,75 9,76-18,16-18,87-14,16
SEKIAN
Performa Generator HHO Laju Produksi Gas HHO thinking
Performa Generator HHO Arus Listrik Yang Dibutuhkan Oleh Generator HHO thinking
Performa Generator HHO Temperatur Dalam Generator HHO thinking
Performa Generator HHO Efisiensi Generator HHO thinking
Visualisasi Warna Larutan Dalam Generator HHO - KOH 0,50 gram - KOH 0,55 gram 30 menit 1 jam Hasil 30 menit 1 jam Hasil - KOH 0,60 gram - KOH 0,65 gram 30 menit 1 jam Hasil 30 menit 1 jam Hasil - KOH 0,70 gram - KOH 0,75 gram 30 menit 1 jam Hasil 30 menit 1 jam Hasil
UNJUK KERJA ENGINE Torsi thinking
UNJUK KERJA ENGINE Daya thinking
UNJUK KERJA ENGINE DayaEfektif Rata-Rata thinking
UNJUK KERJA ENGINE Konsumsi Bahan Bakar Spesifik thinking
KADAR GAS BUANG Karbon Monoksida thinking
KADAR GAS BUANG Hydro Carbon thinking
CARA PENGUJIAN GENERATOR HHO 1) Persiapkan rangkaian peralatan seperti pada gambar skema pengujian generator. 2) Periksa setiap sambungan selang flowmeter ke generator HHO dan pastikan tidak terdapat kebocoran. 3) Hubungkan manometer dengan flowmeter. 4) Catat temperatur awal larutan elektrolit. 5) Catat ketinggian cairan di dalam manometer sebelum generator dinyalakan. 6) Kemudian tekan saklar ke posisi ON, kemudian catat perbedaan ketinggian cairan dalam manometer dan temperatur larutan dalam generator HHO ± setiap 15 menit selama 1 jam pengujian. 7) Matikan saklar kemudian tunggu hingga temperatur larutan elektrolit turun hingga ± 30 ºC. 8) Ulangi langkah 1-7 dengan mengganti larutan generator HHO dengan variasi yang sama, ulangi pengujian 2 kali. 9) Ulangi langkah 1-8 dengan mengganti larutan generator HHO dengan variasi massa elektrolit KOH yang lainnya.
SKEMA PENGUJIAN GENERATOR HHO Water trap Lubang pernafasan SEKRING (+) (-)
CARA PENGUJIAN ENGINE Persiapan pengujian. 1) Dilakukan pengecekan kondisi mesin sehingga siap untuk digunakan dalam percobaan. 2) Pengecekan yang dilakukan antara lain pengecekan kondisi pompa bahan bakar, oli pelumas, busi dan bahan bakar. 3) Pengecekan alat-alat ukur yang akan digunakan untuk pengukuran. 4) Mencatat kondisi awal, antara lain suhu, kelembaban udara saat pengujian. Pengujian 1) Mesin dihidupkan pada putaran idle (sekitar 1500 rpm) 2) Blower pendingin dihidupkan 3) Melakukan pemanasan mesin tersebut selama ± 10 menit. 4) Mengatur bukaan throttle sampai kondisi bukaan throttle yang tercapai diinginkan yaitu bukaan penuh dan pengamatan dilakukan setelah mesin stabil. 5) Beban dari dynamometer diatur dengan membuka katub air masuk sampai engine menunjukkan putaran yang diinginkan yaitu antara 3500, 4000, 4500, 5000, 5500, 6000, 6500, 7000, 7500, 8000, 8500 rpm (pengamatan dilakukan setelah tercapai keseimbangan). 6) Pada setiap perubahan putaran engine dilakukan pencatatan data sebagai berikut: Putaran poros water brake dynamometer, Torsi, Waktu konsumsi bahan bakar setiap 25 cc, ketinggian fluida pada manometer, dan Emisi gas buang (CO dan HC). Nb : untuk pengujian engine dengan generator, atur rangkaian peralatan seperti gambar skema pengujian engine, lalu setelah langkah (1) dilakukan, generator HHO dinyalakan dengan menekan saklar pada posisi ON.
SKEMA PENGUJIAN ENGINE
SKEMA PENGUJIAN ENGINE Keterangan : 1. Tangki Bahan Bakar 2. Pompa Bahan Bakar 3. Tabung Ukur 4. Engine 5. Induksi Udara 6. Kabel Busi 7. Ignition Coil 8. ECM / CDI 9. Fleksibel Coupling 10.Knalpot 11. Water Brake Dynamometer 12. Katup Air 13. Pompa 14. Tangki Air 15. Tachometer 16. Sensor Unit 17. Blower 18. Generator HHO 19. Orifice 20. Manometer
CARA PENGUJIAN ENGINE Akhir Pengujian 1) Katup air pembebanan ditutup secara perlahan-lahan 2) Putaran engine diturunkan perlahan sampai putaran idlenya. 3) Untuk sesaat engine dibiarkan pada putaran idle tersebut. 4) Mesin dimatikan 5) Blower dimatikan bila mesin sudah dingin.
SPESIFIKASI ENGINE Mesin Supra X 125 PGM Fi Merk : Supra X125 PGM-Fi. Tipe mesin : 4 langkah, SOHC, pendinginan udara Diameter x langkah : 52,4 x 57,9 mm Volume langkah : 124,9 cc Perbandingan kompresi : 9,0 : 1 Kapasitas pelumas mesin : 0,7 liter pada penggantian periodic Kopling : Ganda, otomatis, sentrifugal, tipe basah Gigi Transmisi : 4 kecepatan, rotary Pola pengoperan gigi : N 1 2 3 4 N Aki : MF, 12 V-3,5 Ah Busi : NGK CPR6EA-9 Sistem Pengapian : Full transistorized
PEMBUATAN GENERATOR HHO
PARAMETER UNJUK KERJA Daya yang dibutuhkan GENERATOR HHO P = V I Dimana: P = Daya yang dibutuhkan generator HHO (watt) V = Beda potensial/voltase (volt) I = Arus listrik (Ampere)
PARAMETER UNJUK KERJA Laju Produksi Gas HHO GENERATOR HHO V gashho =. m gashho ρ HHO Dimana: gashho V gashho ṁ = Laju produksi gas HHO [m 3 /s] = Laju aliran massa gas HHO [kg/s] ρ HHO = massa jenis gas HHO [kg/m 3 ]
PARAMETER UNJUK KERJA GENERATOR HHO Laju Aliran Gas HHO Pengukuran yang menggunakan Orrifice meter, didapatkan :. m gashho ( 2g P ) = K A Y ρ 2 c HHO Dimana: ṁ gashho K = Laju aliran massa gas HHO [kg/s] = koefisien aliran A 2 = luas permukaan lubang d pada orrifice [m 2 ] g c = Dimensional constant [kg.m/n.s 2 ] Y = faktor ekspansi ρ HHO = Massa jenis gas HHO [kg/m 3 ] P = selisih tekanan P 1 - P 2 [N.m]
PARAMETER UNJUK KERJA Efisiensi Generator HHO GENERATOR HHO η HHO = m HHO P NKB HHO HHO 100% Dimana : η HHO = Effisiensi generator HHO [%] NKB HHO P HHO = Nilai kalor bawah gas HHO [J/kg] = Konsumsi Daya generator HHO [Watt]
PARAMETER UNJUK KERJA Daya Efektif (Hp) ENGINE bhp = Ne = 2π n T Dimana: n T = Putaran poros [rpm] = Torsi [N.m]
BMEP (Kpa) PARAMETER UNJUK KERJA ENGINE Tekanan efektif (bmep) rata-rata didefinisikan sebagai tekanan tetap rata-rata teoritis yang bekerja sepanjang volume langkah piston sehingga menghasilkan daya yang besarnya sama dengan daya efektif. bmep = Ne z A L n i z = 2 (4 langkah) dan 1 (2 langkah) A= luas penampang torak [m²] L= panjang langkah torak [m] n= putaran motor [rpm] i = jumlah silinder
PARAMETER UNJUK KERJA Sfc (kg/hp.jam) ENGINE Spesific fuel consumption adalah massa bahan bakar yang dikonsumsi mesin untuk menghasilkan daya efektif sebesar 1 hp selama 1 jam. Sfc = mbb bhp s mbb = massa bahan bakar [kg] Ne = daya motor [hp] s = waktu untuk menghabiskan sejumlah mbb [s]
PARAMETER UNJUK KERJA Emisi Gas Buang Carbon Monoksida (CO) ENGINE Karbon monoksida hanya terdapat pada gas buang produk pembakaran yang tidak sempurna karena jumlah udara tidak cukup atau tidak cukupnya waktu untuk siklus yang sempurna dari proses pembakaran. Hidrocarbon (HC) Emisi hidrokarbon adalah hasil langsung dari pembakaran yang tak sempurna. Hidrokarbon (HC) naik dengan cepat ketika campuran menjadi kaya.
PARAMETER UNJUK KERJA ENGINE Emisi Gas Buang (CO) fungsi Kecepatan