BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Sejarah Oxyhydrogen (HHO) HHO atau yang juga dikenal dengan nama oxyhydrogen adalah teknologi yang sengaja dibuat open source tanpa paten. Strategi ini dibuat oleh sang penemu dengan niat tulus untuk menyelamatkan bumi dari polusi yang tidak terkendali sekaligus membantu warga dunia mendapatkan bahan bakar yang murah dan mudah didapat. Sejarah penemuan HHO sebagai bahan bakar dimulai pada tahun 1897 saat luther wattles dikabarkan menggunakan air sebagai bahan bakar untuk menggerakkan mobilnya. Selanjutnya pada tahun 1930 Rudolf A. Erren berhasil melakukan percobaan menggunakan air sebagai pengganti bahan bakar fosil. Kemudian pada tahun 1932 Henry Dad Garret asal Texas Amerika serikat menemukan sistem karburator untuk bahan bakar air. Hasil penemuannya ini kemudian di beli oleh perusahaan minyak dan tidak ada kabarnya lagi sampai hari ini. Setelah itu dapat dikatan bahwa inovasi teknologi HHO telah mati suri sampai pada tahun 1974 Yull Brown berhasil menemukan gas hasil elektrolisasi yang berupa campuran antara hidrogen dan oksigen (HHO) yang secara sempurna mampu dijadikan 6
7 bahan bakar untuk menggerakkan mesin. Oleh Yull Brown gas ini dipatenkan dengan namanya sendiri sebagai brown gas. Setelah penemuan ini ada beberapa penemuan penting tentang bahan bakar air ini, tapi yang paling fenomenal adalah penemuan Stenley Meyer yang berhasil dengan sempurna menemukan sistem elektrolisa air. Kemudian oleh stenley meyer gas hasil elektrolisa itu digunakan untuk menjalankan mobilnya tanpa tangki hidrogen dan tanpa bahan bakar fosil. Hasilnya pada tahun 1995 VW kodok miliknya berhasil menempuh jarak 160 km hanya dengan 3 liter air.(poempida, 2008) Sejak penemuan Stenly meyer tersebut, perkembangan teknologi gas HHO dari proses elektrolisi air berkembang sangat pesat. Banyak sekali penelitian-penelitian yang telah dilakukan dalam rangka menerapkan teknologi ini sebagai salah satu cara untuk menghemat energi. Salah satu contohnya adalah penelitian tentang penggunaan gas HHO sebagai penghemat bahan bakar kendaran bermotor yang terbukti dapat mengurangi konsumsi bahan bakar sampai 40% pada mobil Toyota Avansa. (Kompas, 20 juni 2008) 2.2 Elektrolisis Air Elektrolisis air adalah suatu proses reaksi kimia dengan cara mengalirkan arus listrik searah kedalam air atau larutan elektrolit (campuran air dan katalis). Proses elektrolisis tersebut bertujuan untuk melepaskan atom hidrogen dan atom oksigen yang merupakan struktur kimia air, sehingga akan didapatkan gas hidrogen dan oksigen dari reaksi ini. Dalam proses elektrolisasi air terdapat komponen-komponen yang menunjang proses untuk menghasilkan gas HHO seperti tabung elektrolizer, elektroda (katoda dan anoda), dan larutan elektrolit (Wahyudzin, 2012).
8 Gambar 2.1 Proses elektrolisis air [13] Proses elektrolisis yang terjadi adalah pada katoda, dua molekul air bereaksi dan menangkap dua elektron yang mengalir masuk kedalam katoda lalu tereduksi menjadi gas H 2 dan ion hidroksida (OH - ). Ion hidroksida hasil reaksi air pada katoda bergerak menuju anoda. Di anoda tersebut elektron terlepas menuju permukaan anoda dan bergerak kembali menuju power supply, akibat terlepasnya elektron tersebut dua buah ion OH - terurai membentuk air dan gelembung oksigen. Gas H 2 yang timbul dalam katoda dan gas O 2 yang timbul pada anoda hasil elektrolisis tersebut muncul berbentuk gelembung-gelembung gas kecil pada permukaan masing-masing elektroda. Sehingga dapat ditulis reaksinya : Katoda : 2H 2 O (l) +2e - 2OH-(aq) + H 2 Anoda : 2OH - ½ O 2 (g) + H 2 O (aq) + 2e - 2.3 Bahan 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
9 menjadi dua kutup yaitu positif sebagai anoda dan negatif sebagai katoda. Material serta luasan elektroda yang digunakan sangat berpengaruh pada gas HHO yang dihasilkan dari proses elektrolisis air sehingga material elektroda harus dipilih dari material yang memiliki konduktifitas listrik yang tinggi serta ketahanan terhadap korosi yang baik. Stainless steel pada dasarnya adalah baja paduan logam besi (Fe) denga unsur paduan utama carbon (C), nikel (Ni), dan chromium (Cr). Stainless merupakan logam paduan yang memiliki konduktifitas dan ketahanan terhadap korosi yang relatife lebih baik dibanding dengan logam-logam paduan ataupun logam murni yang lainnya serta harganya juga relative lebih terjangkau. Secara garis besar stainless steel dapat dibedakan menjadi lima kelompok ( Harrold M. Cobb, 1999), yaitu : 1. Austenitic Stainless steel 2. Ferritic Stainless steel 3. Martensitic Stainless steel 4. Duplex Stainless steel (Austenitic Ferritic) 5. Precipitation Hardening Stainless steel
10 Tabel 1. Standart komposisi stainless steel Sumber : www.indonesian.alibaba.com Berdasarkan Tabel 1 dapat dilihat bahwa stainless steel tipe SS 316F, 316L, 316N, 317, 329, dan 304 mempunyai ketahanan korosi diberbagai lingkungan, sehingga stainless steel tipe ini sangat cocok digunakan sebagai elektroda pada proses elektrolisis air untuk memproduksi HHO (Wahyudzin, 2012). Salah satunya stainless steel tipe SS 316L merupakan stainless steel yang relatif banyak tersedia dipasaran. SS 316L juga merupakan elektroda yang paling baik untuk memproduksi gas HHO dikarenakan memiliki tingkat ketahanan korosi yang sangat baik dan dapat menghasilkan produksi gas yang paling besar (Gunawan, 2012).
11 2.4 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. [12] 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. Dan apabila jumlah elektrolit yang dilarutkan ke air semakin banyak maka konduktifitas dari air akan semakin tinggi, maka laju produksi gas HHO yang dihasilkan akan semakin meningkat, akan tetapi 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. Maka dari itu penting sekali untuk menentukan jumlah elektrolit yang akan digunakan pada proses elektrolisis air tersebut. (Wahyudzin, 2012) Larutan elektrolit yang biasa digunakan pada proses elektrolisis terdiri dari campuran antara KOH dan Aquades. KOH sendiri termasuk dari larutan basa (dari golongan IA, alkali tanah). Penggunaan larutan KOH dan aquades sebagai katalis dikarenakan dapat menghasilkan jumlah produksi gas paling banyak dan juga banyak tersedia di pasaran.
12 2.5 Generator HHO Generator HHO tersusun atas 2 komponen dasar, yaitu tabung atau tempat berlangsungnya proses elektrolisi, dan elektroda. Prinsip kerja generator ini adalah elektrolisiasi air, dimana sumber tenaganya berupa listrik yang berasal dari baterai ataupun aki. Generator HHO diklasifikasikan menjadi 2 jenis, (Yanur, 2013) yaitu : 1. Tipe Kering (dry type/ dry cell) 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 seperlunya, yaitu hanya air yag terjebak diantara lempengan cell. Panas yang ditimbulkan relatif kecil, karena selalu terjadi sirkulasi antara air panas dan dingin pada reservoir. Arus listrik yang digunakan relatif lebih kecil, karena daya yang terkonversi menjadi panas lebih sedikit.
13 Gambar 2.2 Generator HHO dry cell [3] 2. Tipe Basah (wett cell) Adalah generator HHO dimana semua elektrodanya terendam larutan elektrolit didalam sebuah bejana air. Keuntungan generator tipe basah adalah sebagai berikut : Gas yang dihasilkan umumnya lebih banyak dan stabil. Perawatan generator lebih mudah. Rancang bangun pembuatan generator HHO lebih mudah. Gambar 2.3 Generator HHO tipe wett cell [3]
14 2.6 Daya Generator HHO Untuk menghasilkan gas HHO dari air melalui proses elektolisis, dibutuhkan energi listrik. Energi listrik ini bisa bersumber dari baterai aki. Untuk menghitung besarnya daya yang dibutuhkan dapat menggunakan rumus sebagai berikut (Teguh, 2013) : P = V.I...(2.1) Dimana P = Daya yang dibutuhkan generator HHO (watt) (J/s) V = Beda potensial/voltase (Volt) I = Arus listrik (Ampere) 2.7 Laju Produksi Gas HHO Produk utama dari elektrolisis air pada generator HHO adalah gas HHO sehingga untuk mengetahui seberapa baik kinerja generator HHO perlu diketahui seberapa banyak gas yang dapat dihasilkan oleh sistem tersebut. Sehingga untuk mengetahui flowrate HHO dapat dicari menggunakan persamaan berikut ini (Teguh, 2013): Q HHO = V gashho /t (m 3 /s)...(2.2) Dimana Q HHO = Laju produksi gas HHO (m 3 /s) V gashho = Volume gas HHO yang dihasilkan (m 3 ) t = Waktu yang dibutuhkan untuk menghasilkan gas HHO (s)
15 2.8 Efesiensi Generator HHO Performa dari generator merupakan perbandingan antara energi yang berguna dengan energi yang diberikan pada suatu sistem. Adapun kegunaan perhitungan performa suatu alat-alat konversi energi adalah untuk mengetahui seberapa optimal alat tersebut dapat bekerja. Untuk mengetahui besarnya efisiensi generator HHO dapat dicari dengan persamaan sebagai berikut (Teguh, 2013) : ƞ HHO = Q HHO x ρ T HHO x LHV HHO P x 100 %...(2.3) Dimana ƞ HHO = Efisensi generator HHO Q HHO = Laju produksi gas HHO (m 3 /s) ρ HHO = Densitas HHO (kg/m 3 ) LHV HHO = Low Heating Value Gas HHO (J/kg) P = Daya generator gas HHO (watt) atau (J/s) Dimana menurut (Harman, 2013) setelah melakukan penelitian tentang HHO didapat nilai ρ HHO = 0.491167 kg/m 3 dan nilai LHV HHO = 13.25 J/kg. 2.9 PWM (Pulse Width Modulation) PWM merupakan rangkaian alat elektronika untuk mengontrol arus pull in yang besar dan untuk menghindari disipasi daya yang berlebihan pada baterai dan generator. PWM merupakan suatu metode untuk mengatur arus dan tegangan dengan cara
16 mengatur prosentase lebar pulsa terhadap periode dari suatu sinyal persegi dalam bentuk tegangan periodic yang diberikan ke motor sebgai sumber daya. (Ribut Pujo S., 2011) Sinyal PWM pada umumnya memiliki amplitudo dan frekuensi dasar yang tetap, namun memiliki lebar pulsa yang bervariasi. Lebar pulsa PWM berbanding lurus dengan amplitudo sinyal asli yang belum termodulasi. Artinya, sinyal PWM memiliki frekuensi gelombang tetap namun duty cycle bervariasi (antara 0% sampai 100%). Gambar 2.4 Sinyal PWM dan rumus perhitungannya Sebenarnya sinyal PWM dapat dibangkitkan dengan banyak cara, dapat menggunakan metode analog dengan rangkaian op-amp atau menggunakan metode digital. Dengan metode analog setiap perubahan PWM-nya sangat halus, sedangkan menggunakan metode digital setiap perubahan PWM dipengaruhi oleh resolusi dari PWM tersebut. Misalkan suatu PWM memiliki resolusi 8 bit berarti PWM ini memiliki variasi perubahan nilai sebanyak 28 = 256 variasi mulai dari 0 255 perubahan nilai yang mewakili 0% - 100% dari keluaran PWM tersebut.
17 Gambar 2.5 Pulsa PWM