BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Gas HHO Gas HHO merupakan hasil dari pemecahan air murni ( H 2 O (l) ) dengan proses elektrolisis air. Elektrolisis air akan menghasilkan gas hidrogen dan gas oksigen, dengan komposisi 2 hidrogen dan 1 oksigen (H-H-O) (Peter E.W Lowrie, 2005). Gas Hidrogen- Hidrogen-Oksida ini lebih dikenal dengan sebutan gas HHO atau Oxy-hydrogen. Dikutip dari hasil penelitian Rugerro Santilli gas HHO memiliki sifat : Gas HHO tidak berbau, tidak berwarna dan lebih ringan dari udara. Saat proses produksi gas HHO, tidak terjadi proses penguapan, karena tidak ada cukup energi listrik untuk terjadinya penguapan. Gas HHO tidak memerlukan gas oksigen dari luar (alam atau oksigen tambahan) saat proses pembakaran, karena gas HHO sudah memiliki unsur oksigen pada ikatannya. Gas HHO tidak mengikuti aturan baku gas PVT (Pressure-Volume- Temperature). Gas HHO akan kembali pada wujud cair saat berada di tekanan 150psi. Gas HHO memiliki kemampuan ikatan (adhesi) yang berbeda, sehingga mampu berperan sebagai aditif untuk meningkatkan kualitas bahan bakar. Kemampuan tersebut tidak mungkin ditemukan pada gas hidrogen (H 2 ) dan oksigen (O 2 ) biasa. 6
Suhu pembakaran gas HHO memiliki rentang 150 o C sampai 9000 o C, tergantung pada proses aplikasi. Santili menjelaskan jika proses terjadinya gas HHO dari air distilasi pada suhu dan tekanan atmosfer, berbeda dengan proses penguapan. Hal diatas dijadikan sebagai dasar jika gas HHO adalah bentuk baru dari air. Alat untuk menghasilkan gas HHO disebut generator HHO atau unit elektrolisis. Pada dasarnya gas HHO adalah gas yang mudah meledak. Dimana hidrogen akan terbakar jika terdapat unsur oksigen, pada gas HHO semua telah tersedia dengan campuran stoikometri 2:1 (hidrogen:oksigen). 2 H 2 (g) + O 2 (g) 2 H 2 O(l) + 572 kj (286 kj/mol) Pada tekanan atmosfer normal ( 1 atm = 101325 Pa ) pembakaran spontan gas HHO akan terjadi saat suhu pada 570 o C (1065 o F). Energi minimum yang diperlukan untuk memicu pembakaran spontan campuran tersebut dengan percikan api sekitar 20 microjoule. Hal ini menjadi dasar gas HHO umumnya langsung dipakai tanpa dilakukan proses penyimpanan, khususnya dilakukan pengompresian. Gas HHO berbeda dari gas bahan bakar pada umumnya. Sebagai contoh, tabung gas hidrogen tidak akan meledak jika didalam tabung terdapat percikan api, hal ini terjadi karena pada tabung hidrogen tidak terdapat unsur oksigen untuk meimbulkan pembakaran atau ledakan. 7
2.2 Elektrolisis Air Elektrolisis adalah suatu proses untuk memisahkan senyawa kimia menjadi unsur-unsurnya atau memprosuksi suatu molekul baru dengan cara memberikan arus listrik. Sedangkan elektrolisis air merupakan proses memecah molekul air (H 2 O) menjadi dua hidrogen (2H 2 ) dan satu oksigen (O 2 ). Reaksi kimia akan terjadi jika arus listrik dialirkan melalui larutan elektrolit, yaitu energi listrik (arus listrik) diubah menjadi energi kimia (reaksi redoks). Gambar 2.1 Proses Elektrolisis Air Persamaan reaksinya adalah sebagai berikut (Reka Susilo, 2012) : Anoda (oksidasi) : 2H 2 O (l) O 2(g) + 4H (aq) + 4e E = -0,82 V Katoda (reduksi) : 2H + (aq) + 2e H 2(g) E = -0,40 V Kedua reaksi di atas dapat digabungkan menjadi 2H 2 O (l) O 2(g) + 2H 2(g) E = -1,22 V 8
2.3 Generator HHO Unit elektrolisis atau HHO generator adalah alat untuk memisahkan air menjadi hdrogen dan oksigen sehingga menghasilkan gas HHO. Pada dasarnya semua unit elektrolisis gas HHO sama saja. Dengan ciri utama, yaitu: 1. Ada larutan elektrolit yang mengandung ion bebas. Ion-ion ini dapat memberikan atau menerima elektron sehingga elektron dapat mengalir melalui larutan. 2. Ada sumber arus listrik dari luar, seperti baterai yang mengalirkan arus listrik searah (DC). 3. Ada elektroda dalam sel elektrolisis. Gambar 2.2 Rangkaian Generator HHO 9
Elektroda yang menerima elektron dari sumber arus listrik luar disebut Katoda, sedangkan elektoda yang mengalirkan elektron kembali ke sumber arus listrik luar disebut Anoda. Katoda adalah tempat terjadinya reaksi reduksi yang elektrodanya negatif (-) dan Anoda adalah tempat terjadinya reaksi oksidasi yang elektrodanya positif (+). HHO tipe kering Adalah generator HHO dimana sebagian elektrodanya tidak terendam elektrolit dan larutan elektrolit hanya mengisi celah antara elektroda itu sendiri. Keuntungan generator tipe kering adalah sebagai berikut : Air yang dielektrolisis hanya air yang berada diantara lempengan cell. Arus listrik yang digunakan relatif lebih kecil, karena daya yang terkonversi menjadi panas lebih sedikit. Panas yang ditimbulkan relatif kecil, karena selalu terjadi sirkulasi antara air panas dan dingin pada reservoir. Gambar 2.3 Generator HHO dry cell 10
2.3.1 Stainless Steel Sebagai Elektroda Elektroda berfungsi sebagai penghantar arus listrik dari sumber tegangan ke air yang akan dielektrolisis. Pada elektrolisis yang menggunakan arus DC, elektroda terbagi menjadi dua kutup yaitu positif sebagai anoda dan negatif sebagai katoda. Material serta luasan elektroda yang digunakan sangat berpengaruh terhadap gas HHO yang dihasilkan dari proses elektrolisis air sehingga material elektroda harus dipilih dari material yang memiliki konduktifitas listrik dan ketahanan terhadap korosi yang baik. Berdasarkan tabel 2.1 dapat dilihat bahwa stainless steel mempunyai ketahanan korosi diberbagai lingkungan, sehingga stainless steel sangat cocok digunakan sebagai elektroda pada proses elektrolisa air untuk memproduksi gas HHO (Iqbal Wahyudzin, 2012). Pada penelitian kali ini penulis menggunakan SS 316 sebagai elektroda. Tabel 2.1 Ketahanan Korosi Bahan Stainless Steel Stainless steel pada dasarnya adalah baja paduan logam besi (Fe) denga unsur paduan utama carbon (C), nikel (Ni), dan chromium (Cr). Stainless merupakan logam 11
paduan yang memiliki konduktifitas dan ketahanan terhadap korosi yang relatif lebih baik dibanding dengan logam-logam paduan ataupun logam murni yang lainnya serta harganya juga relatif lebih terjangkau. Secara garis besar stainless steel dapat dibedakan menjadi lima kelompok ( Harrold M. Cobb, 1999), yaitu : 1. Austenitic Stainless steel (bersifat non-magnetis) 2. Ferritic Stainless steel (bersifat magnetis) 3. Martensitic Stainless steel (bersifat magnetis) 4. Duplex Stainless steel (gabungan Austenitic Ferritic) 5. Precipitation Hardening Stainless steel Tabel 1. Standar komposisi stainless steel Berdasarkan Tabel diatas dapat dilihat bahwa stainless steel tipe SS 316F, 316L, 316, 317, 329, dan 304 mempunyai ketahanan korosi diberbagai lingkungan, sehingga 12
stainless steel tipe ini sangat cocok digunakan sebagai elektroda pada proses elektrolisis air untuk memproduksi HHO (Iqbal Wahyudzin, 2012). Stainless steel tipe SS 316 merupakan stainless steel yang banyak tersedia dipasaran dan harga yang lebih terjangkau dari SS 316L. SS 316 juga merupakan elektroda yang baik untuk memproduksi gas HHO dikarenakan memiliki tingkat ketahanan korosi yang sangat baik dan dapat menmproduksi gas HHO yang besar (Gunawan, 2012). 2.3.2 Katalis Katalis adalah suatu zat yang digunakan untuk mempercepat laju reaksi kimia pada suhu tertentu tanpa mengalami perubahan atau terpakai oleh reaksi itu sendiri. Suatu katalis berperan dalam reaksi tapi bukan sebagai pereaksi ataupun produk. Dalam proses elektrolisis air, digunakan larutan elektrolit sebagai katalis. Dengan melarutkan elektrolit kedalam air akan meningkatkan konduktifitas listrik dari air. Oleh karena itu, dengan menambahkan elektrolit sebagai katalis dalam proses elektrolisis akan menurunkan energi yang dibutuhkan, sehingga laju reaksi pemecahan molekul air menjadi lebih cepat. Semakin banyak campuran elektrolit pada air akan meningkatkan nilai konduktifitas dari air, sehingga laju produksi gas HHO yang dihasilkan akan semakin meningkat. Namun, jika elektrolit yang dilarutkan ke air terlalu banyak maka energi yang dibutuhkan untuk menghasilkan gas HHO semakin besar, karena larutan elektrolit akan semakin jenuh dan hal ini akan menghambat pergerakan ion-ion yang ada di dalamnya. Sehingga, penting sekali untuk menentukan jumlah elektrolit yang akan digunakan pada proses elektrolisis air tersebut. (Iqbal Wahyudzin, 2012). 2.4 Rasio Kompresi 13
Rasio kompresi adalah nilai yang mewakili rasio volume ruang dari kapasitas terbesar ke kapasitas terkecil. Rasio kompresi berhubungan erat dengan rasio tekanan, yang dapat dilihat pada tabel berikut : Tabel 2.2 Contoh rasio kompresi Rasio Kompresi 2:1 3:1 5:1 10:1 15:1 20:1 Rasio kompresi dapat dijelaskan dengan rumus berikut,... (1) Dimana : CR = rasio kompresi (tanpa satuan) V1 = Volume awal gas (L atau Liter) V2 = Volume akhir gas (L atau Liter) Untuk melakukan uji kompresi gas akan dipakai tabung dari pipa PVC. Tabung akan dibentuk sedemikian rupa sehingga akan memiliki volume ruang 1 liter. Vtabung =... (2) Dimana : Vtabung = volume Tabung (m 3 ) D = diameter pipa (m) t = tinggi pipa (m) 14
2.5 Daya Generator HHO (P HHO ), [watt] Untuk menghasilkan gas HHO dengan menggunakan proses elektrolisis air maka dibutuhkan energi listrik. Pada umumnya generator HHO menggunakan aki sebagai sumber listrik. Setiap aki memiliki beda potensial (voltase) yang sama (12 volt), namun memiliki arus yang berbeda-beda. Hal ini disesuaikan dengan besar kecil ukuran mesin kendaraan. Semakin besar mesin kendaraan, energi listrik yang dihasilkan dari engine akan semakin besar, sehingga arus yang dialirkan ke baterai aki juga semakin besar. Berikut ini adalah perhitungan untuk pencarian daya yang dibutuhkan generator HHO (Purnomo, 2010) P HHO = V. I... (3) Dimana P = daya yang dibutuhkan generator HHO (watt) V = Beda potensial/voltase (volt) I = Arus saat uji (ampere) Pada penelitian kali ini, akan dipakai dua aki motor yang akan disusun secara pararel. Pemilihan rangkaian paralel bertujuan untuk mendpatkan nilai arus yang lebih besar. Berikut ini adalah perhitungan arus total rangkaian paralel aki. I total = I 1 + I 2 + I 3 +...... (4) Dimana I total = Arus listrik total (ampere) I 1 = Arus listrik aki 1 (ampere) I 2 = Arus listrik aki 2 (ampere) 15