ANALISIS KINERJA SEL ELEKTROLISIS BERBASIS KONTROL TEGANGAN PULSE WIDTH MODULATION UNTUK PENINGKATAN KINERJA MOTOR BAKAR SKRIPSI

UNIVERSITAS INDONESIA

ANALISIS KINERJA SEL ELEKTROLISIS BERBASIS KONTROL TEGANGAN PULSE WIDTH MODULATION UNTUK PENINGKATAN KINERJA MOTOR BAKAR

SKRIPSI

BAGUS REKA SUSILO 0806329880

FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN DEPOK JULI 2012

Analisis kinerja..., Bagus Reka Susilo, FT UI, 2012

UNIVERSITAS INDONESIA

ANALISIS KINERJA SEL ELEKTROLISIS BERBASIS KONTROL TEGANGAN PULSE WIDTH MODULATION UNTUK PENINGKATAN KINERJA MOTOR BAKAR

SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

BAGUS REKA SUSILO 0806329880

FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN DEPOK JULI 2012


HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS

Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, Dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk Telah saya nyatakan dengan benar.

Nama

: Bagus Reka Susilo

NPM

: 0806329880

Tanda Tangan :

Tanggal

: 11 Juli 2012

ii


HALAMAN PENGESAHAN Skripsi ini diajukan oleh : Nama

: Bagus Reka Susilo

NPM

: 0806329880

Program Studi

: Teknik Mesin

Judul Skripsi

: Analisis Kinerja Sel Elektrolisis Berbasis Kontrol Tegangan Pulse Width Modulation untuk Peningkatan Kinerja Motor Bakar

Telah berhasil dipertahankan di hadapan Dewan Penguji dan diterima sebagai bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia.

DEWAN PENGUJI

Pembimbing : Dr. Ir. R. Danardono Agus Sumarsono, DEA. PE

Penguji

: Yudan Whulanza, S.T., M.Sc., Ph.D

Penguji

: Prof. Dr. Ir. Bambang Sugiarto, M. Eng.

Penguji

: Jos Istiyanto, S.T.,M.T., Ph.D

Penguji

: Dr.Ir. Gatot Prayogo, M.Eng.

Ditetapkan di : Fakultas Teknik Universitas Indonesia, Depok Tanggal

: 11 Juli 2012 iii


KATA PENGANTAR Puji syukur kepada Allah SWT yang telah memberikan rahmat, hidayah serta inayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini tepat waktu. Penulisan skripsi ini dilakukan dalam rangka memenuhi salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin pada Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Skripsi ini berisi tentang pemanfaatan hidrogen dalam lingkup peralihan dari energi yang bergantung pada bahan bakar minyak ke arah energi alternatif. Energi yang bersumber dari hidrogen itu rendah emisi, sangat cocok dengan bumi kita yang sedang hangat-hangatnya mencuat isu global warming. Jika memang infrastruktur sudah memadai, diharapkan gas hidrogen dapat digunakan untuk menghasilkan listrik (hydrogen fuel cell) dan menggerakkan alat transportasi dengan energi listrik di masa depan. Banyak pihak yang telah mendukung penulis selama empat tahun masa perkuliahan hingga tugas akhir ini dapat terselesaikan. Penulis mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada : 1. Marbono dan Sutirah selaku orang tua yang selalu memberikan dukungan yang diberikan tanpa hentinya sehingga skripsi ini dapat terselesaikan. 2. Dr. Ir. R. Danardono Agus Sumarsono DEA. PE selaku dosen pembimbing yang telah memberikan arahan, kepercayaan kepada penulis dalam penyusunan skripsi ini. 3. Dr. Ir. Harinaldi M.Eng selaku penasehat akademis yang telah memberi masukan tentang persoalan akademis kepada penulis 4. Dr. Ir. Gandjar Kiswanto M.Eng yang telah mencontohkan keteladanan dan memberikan arahan selama penulis menjalani mata kuliah tugas merancang 5. Seluruh dosen DTM selaku dosen program studi Teknik Mesin yang telah menginspirasi, mendidik penulis menjadi lulusan teknik yang insyaallah dapat survive di masyarakat iv


6. Anak mesin 2008, senior, dan junior yang telah mengubah penulis dari anak SMA yang manja menjadi anak mesin yang punya visi dan peduli 7. Termonator Geng yang di masa jayanya terus berada di samping penulis, menemani, refreshing bersama dan mengisi kehidupan empat tahun perkuliahan 8. Trio Kontrakan: Ono, Fikri, Ezat yang sudah mengizinkan penulis menjadi benalu di kontrakan dengan menumpang istirahat, mengacak-acak dan sering meminjam kunci 9. Keluarga besar Shell Eco Marathon UI yang telah memberikan keluarga baru selama dua tahun ke belakang, keluarga yang diabadikan dengan mobil-mobil hasil perjuangan bersama. Semoga SEM UI terus berprestasi dan mobil-mobil tersebut tetap terjaga. 10. Anak Laboratorium Lantai 2 yang telah membantu penulis mencari troubleshooting dunia elektronika yang masih awam bagi penulis 11. Laboran dan staff DTM: Mas Syarif, Mas Yasin, Mas Supri, Mas Udi, Mas Suryadi, Pak Maruih, Mbak Ida, Mbak Tina dan yang lainnya atas keramahannya, dukungannya dan memberikan kemudahan ketika penulis beraksi di DTM selama masa perkuliahan Akhir kata, semoga Allah SWT berkenan membalas segala kebaikan semua pihak yang telah disebutkan di atas. Semoga skripsi ini membawa manfaat untuk perkembangan ilmu pengetahuan. Depok, Juli 2012

Bagus Reka Susilo

v


HALAMAN PERNYATAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai sivitas akademik Universitas Indonesia, saya yang bertanda tangan di bawah ini: Nama

: Bagus Reka Susilo

NPM

: 0806329880

Program Studi

: Teknik Mesin

Departemen

: Teknik Mesin

Fakultas

: Teknik

Jenis Karya

: Skripsi

demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Indonesia Hak Bebas Royalti Noneksklusif (Non-exclusive RoyaltyFree Rights) atas karya ilmiah saya yang berjudul: “Analisis Kinerja Sel Elektrolisis Berbasis Kontrol Tegangan Pulse Width Modulation untuk Peningkatan Kinerja Motor Bakar” Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan hak bebas royalty noneksklusif

ini,

Universitas

Indonesia

berhak

menyimpan,

mengalih

media/formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), merawat dan mempublikasikan tugas akhir saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis/pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta. Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di

: Depok

Pada tanggal : 11 Juli 2012 Yang menyatakan,

Bagus Reka Susilo vi


ABSTRAK

Nama Program Studi Judul Skripsi

: Bagus Reka Susilo : Teknik Mesin : Analisis Kinerja Sel Elektrolisis Berbasis Kontrol Tegangan Pulse Width Modulation untuk Peningkatan Kinerja Motor Bakar

Penelitian ini bertujuan untuk mengoptimalisasi kinerja sel elektrolisis. Elektrolisis adalah proses pemecahan senyawa air menjadi gas hidrogen dan gas oksigen dan gas hasil elektrolisis dimanfaatkan untuk meningkatkan kinerja motor bakar. Namun energi listrik yang dibutuhkan untuk elektrolisis terkadang terlalu besar dan sulit dikendalikan. Untuk mengoptimalisasi kinerja sel elektrolisis, dirancang kontroler reaktor yang adjustable berbasis pulse width modulation dengan mempertimbangkan nilai tegangan aki, suhu reaktor, indikator gigi persneling dan kecepatan putaran mesin. Kinerja sel elektrolisis dapat dilihat dari debit gas yang dihasilkan, konsumsi energi listrik dan suhu reaktor elektrolisa. Parameter kinerja motor bakar dapat diamati dari torsi, daya, emisi dan konsumsi bahan bakar. Dengan menerapkan modul kontrol, dapat meningkatkan maksimum BHP hingga 0,05HP, meningkatkan maksimum torsi sebesar 0,1 ft-lbs dan penghematan bensin sebesar 18,51% dibandingkan dengan motor standar. Kata kunci : pulse width modulation, elektrolisis, kontroler, adjustable

vii


ABSTRACT

Name Study Program Title

: Bagus Reka Susilo : Mechanical Engineering : Performance Analysis of Electrolysis Cell based on Voltage Control Pulse Width Modulation to Improve Internal Combustion Engine Performance

This research is about to optimalize the performance of electrolysis cell. Electrolysis is process that can break the chemical bonding of water into hydrogen and oxygen gas. Both gasses is used to improve internal combustion engine performance. But the electric energy needed for electrolysis is excessive and hard to be controlled. To optimalize electrolysis cell performance, an adjustable controller is designed, based on pulse width modulation with consideration of battery voltage, electrolizer temperature, gear position and engine rotation spees. Electrolysis cell performance can be observed from gas flow rate, electric energy consumption and electrolyzer temperature. Engine performance parameter can be observed from torque, power, emission and fuel consumption. By using this control module, maximum BHP can increase up to 0,05HP, maximum torque up to 0,1 ft-lbs and decrease fuel consumption up to 18,51% compared with standard motorcycle. Keyword : pulse width modulation, electrolysis, controller, adjustable

viii


DAFTAR ISI Halaman Pernyataan Orisinalitas ............................................................................. ii Halaman Pengesahan ..............................................................................................iii Kata Pengantar ........................................................................................................ iv Halaman Pernyataan Persetujuan Publikasi ............................................................ vi Abstrak ................................................................................................................... vii Abstract .................................................................................................................viii Daftar Isi ................................................................................................................. ix Daftar Gambar ........................................................................................................ xi Daftar Tabel ..........................................................................................................xiii BAB I Pendahuluan ................................................................................................. 1 1.1 Latar belakang.................................................................................................... 1 1.2 Permasalahan ..................................................................................................... 3 1.3 Tujuan ................................................................................................................ 3 1.4 Batasan masalah ................................................................................................. 4 1.5 Metodologi penelitian ........................................................................................ 4 BAB II Landasan Teori............................................................................................ 6 2.1 Mesin otto .......................................................................................................... 6 2.2 Siklus otto empat langkah .................................................................................. 7 2.3 Reaksi pembakaran ............................................................................................ 9 2.4 Sistem bahan bakar sepeda motor .................................................................... 11 2.5 Emisi gas buang ............................................................................................... 12 2.6 Elektrolisis ....................................................................................................... 15 2.7 Gas hidrogen .................................................................................................... 17 2.8 Microcontroller ................................................................................................ 20 2.9 Pulse Width Modulation .................................................................................. 23 BAB III Metode Penelitian .................................................................................... 28 3.1 Rancangan penelitian ....................................................................................... 28 3.2 Peralatan uji ..................................................................................................... 28 3.3 Prosedur penggunaan alat uji ........................................................................... 34 3.4 Prosedur pengambilan data .............................................................................. 36 BAB IV Desain Sistem Kontrol............................................................................. 38 4.1 Deskripsi kebutuhan sistem kontrol ................................................................. 38 4.2 Desain sel elektrolisis ...................................................................................... 39 4.3 Perancangan sistem kontrol ............................................................................. 43 4.4 Mikrokontroler ATMEGA16 ........................................................................... 45 4.5 Komponen masukan sistem kontrol ................................................................. 50 4.6 Komponen keluaran sistem kontrol ................................................................. 54 BAB V Hasil Pengolahan Data dan Analisis ......................................................... 58 5.1 Data debit gas hasil elektrolisis ....................................................................... 59 5.2 Data daya dan torsi .......................................................................................... 59 5.3 Data emisi gas buang ....................................................................................... 61 5.4 Data tes jalan .................................................................................................... 62 5.5 Analisa debit gas elektrolisis ........................................................................... 63 5.6 Analisa daya dan torsi ...................................................................................... 64 ix


5.7 Analisa emisi gas buang .................................................................................. 65 5.8 Analisa konsumsi bahan bakar ........................................................................ 70 5.9 Analisa konsumsi energi listrik........................................................................ 71 5.10 Analisa suhu sel elektrolisis setelah tes jalan ................................................ 72 BAB VI Kesimpulan dan Saran ............................................................................. 73 6.1 Kesimpulan ...................................................................................................... 73 6.2 Saran ................................................................................................................ 73 Daftar Referensi ..................................................................................................... 74 Lampiran ................................................................................................................ 75

x


DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Grafik produksi minyak bumi dunia

.....................................................................1

Gambar 1.2 Grafik peningkatan produksi karbon dioksida di dunia Gambar 2.1 Proses kerja motor empat langkah

........................................2

.....................................................................7

Gambar 2.2 siklus otto teoritis

..................................................................................................7

Gambar 2.3 siklus otto aktual

..................................................................................................7

Gambar 2.4 proses pembangkitan sinyal pada ATMEGA

.....................................................24

Gambar 2.5 Perbedaan clear up dan clear down

.................................................................25

Gambar 2.6 Tegangan rata-rata Sinyal PWM

....................................................................26

Gambar 2.7 Grafik load voltage dan average voltage ....................................................................26 Gambar 2.8 Sinyal PWM dan Persamaan Vout PWM

.....................................................27

Gambar 3.1 Motor Supra X125 Tahun 2005 ..................................................................................29 Gambar 3.2 alat uji Gas analyzer .................................................................................................30 Gambar 3.3 flowmeter Dwyer RMA-11

..................................................................................31

Gambar 3.4 Multitester

.......................................................................31

Gambar 3.5 Wattmeter Turnigy 130A

.......................................................................32

Gambar 3.6 Alat dynojet 250i

.......................................................................33

Gambar 4.1 Perbedaan wet cell dan dry cell ..................................................................................39 Gambar 4.2 sel elektrolisis tipe wet cell Gambar 4.3 intake manifold

..................................................................................40

.................................................................................................40

Gambar 4.4 desain sel elektrolisis .................................................................................................41 Gambar 4.5 susunan plat sel elektrolisis

..................................................................................41

Gambar 4.6 penempatan sel elektrolisis

..................................................................................42

Gambar 4.7 penempatan tabung cadangan air Gambar 4.8 skema kerja sel elektrolisis

....................................................................42

..................................................................................43

Gambar 4.9 diagram alir sistem kontrol elektrolisis ....................................................................44 Gambar 4.10 grafik PWM vs rpm mesin

..................................................................................45

Gambar 4.11 Konfigurasi pin ATMega16 ..................................................................................47 Gambar 4.12 skema rangkaian sistem microcontroller ATMEGA16 yang digunakan

..........49

Gambar 4.13 rangkaian voltage divider menggunakan potensiometer .......................................50 Gambar 4.14 skema rangkaian pengkondisian sinyal ....................................................................51 Gambar 4.15 skema rangkaian sensor suhu LM35 Gambar 4.16 sensor LM35

....................................................................52

.................................................................................................53

Gambar 4.17 Rangkaian Sensor LM35

..................................................................................54

Gambar 4.18 konfigurasi pin LCD .................................................................................................55 Gambar 4.19 skema rangkaian driver dengan mikrokontroller .....................................................57

xi


Gambar 5.1 Daya dan Torsi Motor Standar .................................................................................59 Gambar 5.2 Daya dan Torsi Motor dengan Hidrogen tanpa Sistem Kontrol

.........................60

Gambar 5.3 Daya dan Torsi Motor dengan Hidrogen dengan Sistem Kontrol

.........................60

Gambar 5.4 Grafik hubungan antara flow rate gas elektrolisis dengan kuat arus .........................63 Gambar 5.5 Grafik hubungan antara flow rate gas elektrolisis dengan tegangan .........................63 Gambar 5.6 Grafik emisi HC

.................................................................................................65

Gambar 5.7 Grafik kadar CO

.................................................................................................66

Grafik 5.8 Grafik kadar CO2............................................................................................................68 Gambar 5.9 Grafik kadar O2

.................................................................................................69

Gambar 5.10 Grafik penghematan konsumsi bensin ....................................................................70 Gambar 5.11 Grafik penghematan konsumsi energi listrik

.....................................................71

xii


DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Sifat hidrogen ...............................................................................................................19 Tabel 3.1 Spesifikasi dynojet 250i Tabel 4.1 konfigurasi pin LCD

.......................................................................33 ................................................................................................55

Tabel 5.1 Tabel Debit Gas Hasil Elektrolisis ..................................................................................59 Tabel 5.2 data hasil emisi gas buang pada kondisi motor standar

.......................................61

Tabel 5.3 data hasil emisi pada kondisi motor dengan hidrogen tanpa sistem kontrol

..........61

Tabel 5.4 Data hasil emisi pada kondisi motor dengan hidrogen dengan kontrol PWM

..........62

Tabel 5.5 Data Hasil Tes Jalan pada Berbagai Kondisi Motor .....................................................62 Tabel 5.6 Data Hasil Dynotest pada Berbagai Kondisi Motor .....................................................64 Tabel 5.7 penurunan kadar HC

................................................................................................65

Tabel 5.8 penurunan kadar CO

.................................................................................................67

Tabel 5.9 selisih kadar CO2

.................................................................................................68

Tabel 5.10 penurunan kadar O2

.................................................................................................69

Tabel 5.11 Penghematan konsumsi bensin ..................................................................................70 Tabel 5.12 penghematan konsumsi energi listrik

....................................................................71

Tabel 5.13 Suhu sel elektrolisis setelah tes jalan

....................................................................72

xiii


BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Energi memegang peranan penting dalam kehidupan manusia. Pada berbagai lingkup kehidupan seperti transportasi, komunikasi dan lainnya, energi menjadi pemegang peranan utama. Selama ini manusia bergantung pada energi yang berasal dari minyak bumi untuk menjalankan sistem transportasi dan industri. Namun minyak bumi yang termasuk energi tak terbaharukan, lama kelamaan mengalami kelangkaan. Cadangan minyak bumi semakin menipis, dampaknya semakin lama harga minyak bumi dunia semakin melonjak naik.

Gambar 1.1 Grafik produksi minyak bumi dunia (Sumber: The expected dates of resource-limited maxima in the global production of oil and gas. R. W. Bentley. 18 Desember 2009. Springerlink science)

Kendala dari penggunaan minyak bumi bukan hanya pada kelangkaan yang terjadi, tetapi juga gas sisa hasil reaksi pembakaran (emisi) minyak bumi yang memiliki kandungan berbahaya bagi lingkungan. Penumpukan CO2 dalam lapisan atmosfer menyebabkan terjadinya peningkatan suhu bumi sehingga terjadi pemanasan global. Produksi gas sisa pembakaran lainnya seperti CO, HC dan Nox menimbulkan polusi yang dapat mencemari lingkungan.

1 Universitas Indonesia Analisis kinerja..., Bagus Reka Susilo, FT UI, 2012

2

Gambar 1.2 Grafik peningkatan produksi karbon dioksida di dunia (Sumber: Carbon Dioxide Information Analyst Center. http://cdiac.ornl.gov/trends/emis/glo.html )

Menanggapi penurunan cadangan minyak bumi dan kerusakan lingkungan dari gas emisi, penelitian mengenai energi alternatif mulai dikembangkan. Dari panas bumi, biofuel, hingga kendaraan listrik diteliti dengan harapan energi alternatif ini dapat menghilangkan ketergantungan terhadap minyak bumi. Sebagai peralihan dari penggunaan minyak bumi ke energi alternatif, penggunaan hidrogen hasil elektrolisa air pada motor pembakaran dalam digunakan pada kehidupan sehari-hari. Gas hidrogen dapat dimasukkan ke ruang bakar pada intake manifold ataupun pada filter udara. Dengan adanya bahan bakar hidrogen di masa transisi ini diharapkan dapat meningkatkan efisiensi mesin sehingga cadangan minyak bumi dapat lebih lama habisnya. Penggunaan gas hasil elektrolisa atau biasa disebut HHO sudah banyak diterapkan pada mesin kendaraan baik roda dua maupun roda tiga. Namun sebagian besar pengguna dan produsen menaruh fokusnya terhadap efeknya pada kinerja motor bakar, bukan pada energi listrik dan performa dari sel elektrolisa. Pada umumnya, untuk sepeda motor listrik elektrolisa diperoleh dari arus untuk pengisian aki dari alternator ataupun dari kabel lampu depan. Tegangan dan arus yang mengalir pada kedua kabel tersebut meningkat seiring dengan meningkatnya

Universitas Indonesia


3

rpm mesin, sesuai dengan asumsi bahwa kebutuhan gas hidrogen untuk pembakaran meningkat dengan meningkatnya rpm mesin. Hal ini mengakibatkan listrik untuk menghasilkan gas elektrolisa sulit untuk divariasikan. Dengan adanya keterbatasan tersebut, dirancanglah kontroller berbasis pulse width modulation dengan diharapkan dapat menjadikan sistem produksi gas elektrolisa dapat terkontrol secara elektronik sehingga kinerjanya dapat menjadi lebih optimal.

1.2 Permasalahan Sistem tambahan penerapan gas hidrogen pada sepeda motor masih sederhana (mengambil listrik dari pengisian aki/lampu depan), belum dilengkapi dengan sistem kontrol untuk mengatur kinerja sel elektrolisis. Dengan adanya kontroler, diharapkan pengguna dapat mengendalikan kinerja sel elektrolisis dan penggunaannya disesuaikan dengan kondisi kendaraan yang digunakan. Kontroler berbasis pulse width modulation dengan tujuan untuk memvariasikan persentase pulse listrik yang diberikan ke reaktor berdasarkan kecepatan putaran mesin dan melihat pengaruhnya terhadap prestasi mesin. 1.3 Tujuan Tujuan dari penulisan ini adalah: •

Menerapkan teknologi kontrol untuk mengatur produksi gas hidrogen yang dimasukkan ke ruang bakar dan mengendalikan sistem pengaktifan sel elektrolisis

•

Membandingkan dan mengetahui perbedaan kinerja sel elektrolisis dan kinerja motor bakar yang dihasilkan antara sebelum dan sesudah mengaplikasikan kontroler ke sel elektrolisis



4

1.4 Batasan Masalah Batasan masalah pada penelitian ini yaitu: •

Pembahasan dilakukan pada hal-hal yang berkaitan dengan perancangan kontroler untuk sel elektrolisis dan pengaruhnya terhadap kinerja motor bakar

•

Parameter kinerja sel elektrolisis yang diamati adalah konsumsi energi listrik, suhu pada plat elektrolisis, dan debit gas hasil sel elektrolisis

•

Parameter kinerja motor bakar yang diamati saat penelitian hanyalah pada konsumsi bahan bakar, daya keluaran dan torsi kendaraan, serta kandungan emisi gas buang (HC, O2, CO, CO2).

•

Penelitian ini mengkaji variasi energi listrik yang masuk ke reaktor dan mengamati pengaruhnya terhadap laju elektrolisis.

1.5 Metodologi Penulisan 1. Studi Literatur Studi literatur dilakukan sebagai landasan teori pengerjaan tugas akhir ini , diantaranya adalah buku, artikel, skripsi, jurnal dan internet. Literatur tersebut digunakan sebagai dasar pengambilan keputusan dan metodologi perancangan dan pengujian alat. 2. Persiapan Alat Uji Alat uji dipersiapkan untuk mendukung berlangsungnya proses pengujian pengambilan data yang diperlukan. 3. Proses Pengambilan Data Pengujian dilakukan untuk melihat unjuk kerja sistem yang telah dibuat, dan melakukan modifikasi jika diperlukan. 4. Analisis dan Kesimpulan Hasil Pengujian Setelah pengambilan data, maka dilakukan proses pengolahan data yang ditampilkan lewat tabel maupun grafik sehingga didapat kesimpulan dari proses pengujian yang terlihat dari unjuk kerja sistem dan dapat memberikan saran dalam pengembangan desain selanjutnya. 5. Sistematika Penulisan



5

Penulisan tugas akhir ini mengikuti sistematika penulisan sebagai berikut: BAB I,

PENDAHULUAN Bab ini membahas tentang latar belakang, permasalahan yang timbul, tujuan, batasan masalah, metodologi penulisan, dan sistematika penulisan.

BAB II, LANDASAN TEORI Bab ini membahas tentang konsep-konsep yang menjadi dasar teori dalam penelitian ini, seperti dasar teori motor bakar, dasar teori elektrolisis air, dan teori kontrol dengan mikrokontroller BAB III, METODE PENELITIAN Bab ini membahas skema alat pengujian, prosedur dan metode dalam pengujian dan pengambilan data untuk melihat unjuk kerja sistem yang telah dibuat. BAB IV, DESAIN SISTEM KONTROL Bab ini membahas tentang konsep rancangan modul kontrol yang digunakan untuk elektrolisis serta komponen masukan dan keluaran sistem. BAB V , HASIL DAN ANALISIS Bab ini membahas hasil pengujian yang dianalisis dari data yang berupa tabel dan grafik. BAB VI, KESIMPULAN Bab ini membahas kesimpulan dari hasil pengujian dan memberikan saran untuk pengembangan desain berikutnya.



BAB II LANDASAN TEORI

2.1 Mesin Otto

Mesin otto adalah tipe motor pembakaran dalam yang menggunakan nyala busi sebagai pemicu terjadinya proses pembakaran pada suatu sistem tertutup yang dapat mengkonversi energi kimia yang terkandung pada bahan bakar menjadi energi mekanik pada putaran poros. Sebagian energi yang terkandung pada bahan bakar akan diubah menjadi energi mekanik, dan sisanya menjadi panas dan gas buang. Motor otto beroperasi berdasarkan prinsip siklus otto. Proses pembakaran pada siklus otto terjadi ketika campuran bahan bakar dan udara dalam keadaan terkompresi dan dipicu dengan bunga api dari nyala busi untuk memastikan terjadinya ledakan dan kenaikan tekanan ruang bakar, yang membuat piston bergerak translasi, memutar poros crankshaft. Siklus langkah kerja yang terjadi pada mesin jenis ini dinamakan siklus otto. Berdasarkan langkah kerjanya, mesin Otto terbagi menjadi dua, mesin otto dua langkah dan mesin otto empat langkah. Pada mesin otto dua langkah, satu siklus otto terjadi pada satu putaran crankshaft, sedangkan pada mesin otto empat langkah satu siklus terjadi pada dua putaran crankshaft.


7

2.2 Siklus Otto Empat Langkah

Gambar 2.1 Proses kerja motor empat langkah (Sumber: web.mit.edu)

Gambar 2.2 siklus otto teoritis (Sumber: web.mit.edu)

Gambar 2.3 siklus otto aktual (Sumber: web.mit.edu)



8

Intake (Langkah hisap) Piston bergerak kebawah. Intake valve terbuka dan exhaust valve menutup. Campuran udara dan bahan bakar dihisap masuk melalui intake valve. Pada langkah hisap, klep inlet membuka sebelum Titik Mati Atas (TMA), setelah itu tetap terbuka sampai pison melewati Titik Mati Bawah (TMB). Klep inlet harus tetap terbuka sampai melewati TMB alasannya adalah untuk membiarkan inertia dari tingginya kecepatan bahan bakar dan udara yang tadi dihisap ke dalam silinder untuk benar-benar memadatkan campuran bahan bakar dan udara yang mana saat itu piston mulai naik untuk memulai langkah kompresi.

Compression (Langkah Kompresi) Piston ke atas menuju TMA. Intake valve an exhaust valve menutup, sehingga tak ada udara yang keluar ataupun masuk ruang bakar. Campuran udara dan bahan bakar terkompresi pada langkah ini. Setelah Piston melewati TMB, maka klep Inlet menutup. saat itulah langkah kompresi dimulai. jadi langkah kompresi dimulai bukan dari TMB, melainkan setelah melewati TMB. gerakan piston menuju ke TMA menekan campuran bahan bakar dan udara yang tadi dihisap ke dalam silinder.

Power (Langkah Usaha) Sebelum piston berada pada TMA, campuran udara dan bahan bakar terkompresi maksimum. Sesaat sebelum itu, busi melakukan pengapian shingga menimbulkan ledakan. Tekanan meningkat dan piston terdorong ke arah Titik Mati Bawah. Daya mekanik yang mendorong piston ini akan dikonversi oleh crankshaft menjadi putaran. Putaran inilah yang dimanfaatkan untuk menggrakkan mesin. Intake valve dan exhaust valve beraa pada posisi tertutup.



9

Exhaust (Langkah Buang) Piston bergerak ke atas menuju TDC. Intake valve tetutup dan exhaust valve membuka. Gerakan piston menyebabkan gas sisa pembakaan terdorong keluar ruang bakar melalui exhaust valve. Klep buang membuka lama sebelum piston mencapai TMB. membukanya klep buang sebelum TMB tujuannya untuk membiarkan tekanan di dalam silinder berkurang, sehingga pada saat setelah piston melewati TMB, momentum dari gas pembuangan digunakan untuk membilas silinder secara efisien. karena pada saat itu juga klep inlet membuka sebelum TMA ( periode ini disebut overlapping atau kedua klep membuka secara bersamaan ) dan klep buang menutup setelah melewati TMB. pada saat itu inertia dari gas sisa pembakaran benar-benar membantu pengisian silinder dengan membuat sebagian kevakuman di dalam silinder dan jalur pemasukan. karena pada saat itu klep masuk sudah terbuka dan memulai langkah hisap.

2.3 Reaksi Pembakaran

Bahan bakar yang digunakan pada Motor Pembakaran Dalam – jenis Otto biasanya sejenis Hidro Carbon (HC). Berikut ini adalah persamaan umum untuk pembakaran hidrokarbon dengan udara.

(2.1) Nilai 3,76 didapat dari perbandingan %vol N2 dengan %vol O2 pada udara bebas yaitu 79% / 21% = 3,76 dengan menganggap gas lainnya seperti argon, CO2 dan lainya sangat kecil. Untuk pembakaran yang sesuai dengan stokiometri, digunakan nilai γ=1. Untuk pembakaran yang lean, pada reaksi terdapat excess air, maka nilai γ>1. Untuk pembakaran yang rich, perbandingan jumlah bahan bakarnya meningkat dibanding udara, maka nilai γ<1. Untuk menghitung nilai air



10

fuel ratio (AFR) dari persamaan reaksi sesuai stokiometri dapat dihitung menggunakan persamaan berikut.

(2.2) Dengan menganggap bahwa bahan bakar yang digunakan adalah isooctane maka reaksi pembakaran yang terjadi sebagai berikut : C8H18 + 12,5O2 + 12,5 (3,76)N2 à 8CO2 + 9H2O + 12,5(3,76)N2

(2.3)

Untuk pembakaran isooctane (C8H18), nilai heat of combustion yang dapat dihasilkan adalah sebesar 47,9 MJ/kg pada kondisi STP (Sumber: Slide Teknik Pembakaran Combustion Theory p20. Yulianto S. Nugroho). Reaksi pembakaran tersebut terjadi di dalam ruang bakar pada tekanan dan suhu yang tinggi. Motor pembakaran dalam yang baik mempunyai komposisi gas buang berupa CO2, H2O, N2 seperti reaksi di atas, namun adakalanya terjadi pembakaran yang kurang sempurna sehingga akan menghasilkan emisi gas berupa CO, HC, gas tersebut juga bersifat beracun. Agar dapat terjadi pembakaran yang sempurna diperlukan perbandingan yang tepat antara massa bahan-bakar / massa udara (AFR). Pembakaran Dengan Penambahan Gas Elektrolisis Dalam percobaan yang dilakukan dengan penambahan gas elektrolisis air, bahan bakar yang masuk ke ruang bakar bukan hanya bensin saja melainkan bensin dan gas elektrolisis air ( H2 + 0,5 O2) dan dengan asumsi bahwa jumlah gas H2 + O2 yang di hasilkan reaktor elektrolisis air adalah proporsional, maka stoikiometri pembakaran yang terjadi adalah: C8H18 + 12,5O2 + 12,5 (3,76)N2 + n (H2 + 0,5 O2) à 8CO2 + (9 + n) H2O + 12,5(3,76)N2

(2.4)

Dengan menambah sejumlah n H2 + 0,5 O2 , di mana nilai n adalah jumlah mol gas elektrolisis yang masuk ke ruang bakar. Penambahan gas elektrolisis ini secara ideal tidak mempengaruhi AFR standarnya, karena oksidator gas H2 telah



11

setimbang dari yang dihasilkan oleh reaktor elektrolisis air. (Sumber: Analisis Penggunaan Gas Hidrogen Hasil Elektrolisis Air Pada Motor Bakar 4 Langkah Yang Diinjeksikan Setelah Karburator Dengan Variasi Derajat Timing Pengapian, Arandityo Narutomo)

2.4 Sistem Bahan Bakar pada Sepeda Motor

Karburator adalah sebuah alat yang mencampur udara dan bahan bakar untuk sebuah mesin pembakaran dalam. Karburator masih digunakan dalam mesin kecil dan dalam mobil tua atau khusus seperti yang dirancang untuk balap mobil stock. Kebanyakan mobil yang diproduksi pada awal 1980-an telah menggunakan injeksi bahan bakar elektronik terkomputerisasi. Mayoritas motor masih menggunakan karburator dikarenakan lebih ringan dan murah, namun pada 2005 sudah banyak model baru diperkenalkan dengan injeksi bahan bakar.

Prinsip Kerja Pada dasarnya karburator bekerja menggunakan Prinsip Bernoulli: semakin cepat udara bergerak maka semakin kecil tekanan statis-nya namun makin tinggi tekanan dinamis-nya. Pedal gas pada mobil sebenarnya tidak secara langsung mengendalikan besarnya aliran bahan bakar yang masuk kedalam ruang bakar. Pedal gas sebenarnya mengendalikan katup dalam karburator untuk menentukan besarnya aliran udara yang dapat masuk kedalam ruang bakar. Udara bergerak dalam karburator inilah yang memiliki tekanan untuk menarik serta bahan bakar masuk kedalam ruang bakar. Kebanyakan mesin berkarburator hanya memiliki satu buah karburator, namun ada pula yang menggunakan satu karburator untuk tiap silinder yang dimiliki. Bahkan sempat menjadi trend modifikasi sepeda motor di Indonesia penggunaan multi-carbu (banyak karburator) namun biasanya hal ini hanya digunakan sebagai hiasan saja tanpa ada fungsi



12

teknisnya. Mesin-mesin generasi awal menggunakan karburator aliran keatas (updraft), dimana udara masuk melalui bagian bawah karburator lalu keluar melalui bagian atas. Keuntungan desain ini adalah dapat menghindari terjadinya mesin banjir, karena kelebihan bahan bakar cair akan langsung tumpah keluar karburator dan tidak sampai masuk kedalam intake mainfold; keuntungan lainnya adalah bagian bawah karburator dapat disambungkan dengan saluran oli supaya ada sedikit oli yang ikut kedalam aliran udara dan digunakan untuk membasuh filter udara; namun dengan

menggunakan

filter

udara

berbahan

kertas

pembasuhan

menggunakan oli ini sudah tidak diperlukan lagi sekarang ini. Pada setiap saat beroperasinya, karburator harus mampu: •

Mengatur besarnya aliran udara yang masuk kedalam ruang bakar Menyalurkan bahan bakar dengan jumlah yang tepat sesuai dengan aliran udara yang masuk kedalam ruang bakar sehingga rasio bahan bakar/udara tetap terjaga.

•

Mencampur airan udara dan bahan bakar dengan rata dan sempurna Hal diatas bakal mudah dilakukan jika saja bensin dan udara adalah

fluida ideal; tapi kenyataannya, dengan sifat alami mereka, yaitu adanya viskositas, gaya gesek fluida, inersia fluida, dan sebagainya karbrator menjadi sangat kompleks dalam mengatasi keadaan tidak ideal ini. Juga karburator harus tetap mampu memproduksi campuran bensin/udara yang tepat dalam kondisi apapun, karena karburator harus beroperasi dalam temperatur, tekanan udara, putaran mesin, dan gaya sentrifugal yang sangat beragam.

2.5 Emisi Gas Buang

Dalam proses pembakaran, tiap macam bahan bakar selalu membutuhkan rasio yang tepat antara udara dan bahan bakar agar bahan bakar dapat dibakar secara sempurna. Jika pembakaran tidak sempurna, maka akan timbul zat sisa



13

hasil pembakaran seperti HC, CO, CO2, NOx dan O2. Gas sisa hasil pembakaran tersebut juga dapat dijadikan indikasi bagaimana kinerja proses pembakaran dalam sebuah mesin otto.

2.5.1 Hidrokarbon (HC) HC adalah gas buang yang diakibatkan karena bahan bakar yang tidak terbakar. HC ini adalah bagian dari bensin yang dilepaskan baik dalam bentuk tidak berbakar atau terpecah dengan tidak sempurna. Ada beberapa faktor yang menyebabkan adanya HC; sebagi contoh: pembkaran yang tidak sempurna oleh oksigen yang tidak mencukupi, nyala yang tertekan di dekat dinding mesin interior, turunnya suhu yang disebabkan oleh rendahnya kandungan bensin, dan lain-lain. Dengan kata lain, kita dapat mengatakan bahwa HC adalah komponen bensin yang tersisa dan tidak terbakar atau bentuknya berubah tanpa terbakar dengan sempurna. •

Molekul ringan, tidak terlihat sehingga melayang di udara

•

Berbahaya bagi kesehatan, mengikat hemoglobin darah kita

•

Semakin kecil HC semakin bagus

2.5.2 Karbon Monoksida (CO) “Membakar sesuatu” adalah reaksi oksidasi. Ketika terdapat kekurangan oksigen sebagai zat oksidator, senyawa yang terbakar tidak teroksidasi dengan sempurna, yakni tidak menjadi CO2, tapi hanya menjadi CO. •

Adalah gas yang timbul sebagai reaksi dari pembakaran yang tidak sempurna

•

Bersifat ringan, tidak terlihat sehingga melayang di udara

•

Berbahaya bagi kesehatan, ISPA, Kanker, penurunan kecerdasan

•

Diukur dalam persentase 0,5 – 3% adalah hasil yang ideal

2.5.3 Karbon Dioksida (CO2)



14

CO2 adalah produk akhir proses oksidasi bensin. Senyawa ini dihasilkan dari penggabungan C dalam bensin dengan O2 dalam udara. CO2 itu sendiri bukan komponen yang berbahaya. Namun, jika konsentrasi CO2 tinggi di bumi, maka akan mencegah panas permukaan keluar ke angkasa luar, yang akhirnya akan meningkatkan suhu bumi. Gas-gas, seperti CO2, yang memiliki efek meningkatkan suhu di bumi, disebut gas rumah kaca. 2.5.4 Nox Dua komponen di atas (HC dan CO) adalah produk yang dihasilkan karena mereka tidak terbakar dengan sempurna, sehingga mereka tidak menjadi CO2 selama proses pembakaran bensin (reaksi oksidasi). Di sisi lain, mekanisme pembentukan Nox adalah sangat jauh berbeda dari dua komponen ini. N dan O dalam NOx berasal dari udara. N2 dan O2 masing-masing bersifat inert di udara , namun, mereka bereaksi antara satu dengan lainnya dan menghasilkan NOx pada kondisi suhu tinggi ketika pembakaran bensin. Karena itu, semakin tinggi suhunya, semakin banyak NOx dihasilkan.

2.5.5 Oksigen (O2) Excess air adalah persentase oksigen dalam fraksi massa yang terkandung di dalam udara hasil pembakaran Dalam usaha untuk mengontrol pembakaran pada sebuah ruang bakar, nilai excess air ini digunakan untuk mengontrol supply udara yang digunakan pada proses pembakaran. Semakin besar nilai excess air maka hal ini merupakan indikasi pembakaran yang sempurna di dalam ruang bakar semakin baik. Sebaliknya, jika nilai excess air rendah maka hal ini mengindikasikan proses pembakaran yang kurang sempurna. Dan untuk mengatasinya, supply udara untuk proses pembakaran perlu ditambah debitnya. Jika bahan bakar yang dimasukkan jumlahnya lebih banyak, maka excess air



15

ratio menjadi semakin kecil, sedangkan jika jumlah bahan bakar menjadi sedikit, excess air ratio menjadi semakin besar

2.6 Elektrolisis

Elektrolisis adalah peristiwa penguraian elektrolit dalam sel elektrolisis oleh arus listrik pada sebuah sel elektrolisis. Sel Elektrolisis adalah sel yang menggunakan arus listrik untuk menghasilkan reaksi redoks yang diinginkan dan digunakan secara luas di dalam masyarakat kita. Baterai aki yang dapat diisi ulang merupakan salah satu contoh aplikasi sel elektrolisis dalam kehidupan sehari-hari. Baterai aki yang sedang diisi kembali (recharge) mengubah energi listrik yang diberikan menjadi produk berupa bahan kimia yang diinginkan. Air, H2O, dapat diuraikan dengan menggunakan listrik dalam sel elektrolisis. Proses ini akan mengurai air menjadi unsur-unsur pembentuknya. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: 2 H2O(l) ——> 2 H2(g) + O2(g) Rangkaian

sel

elektrolisis

(2.5) hampir

menyerupai

sel

volta.

Yang

membedakan sel elektrolisis dari sel volta adalah, pada sel elektrolisis, komponen voltmeter diganti dengan sumber arus (umumnya baterai). Larutan atau lelehan yang ingin dielektrolisis, ditempatkan dalam suatu wadah. Selanjutnya, elektroda dicelupkan ke dalam larutan maupun lelehan elektrolit yang ingin dielektrolisis. Elektroda yang digunakan umumnya merupakan elektroda inert, seperti Grafit (C), Platina (Pt), dan Emas (Au). Elektroda berperan sebagai tempat berlangsungnya reaksi. Reaksi reduksi berlangsung di katoda, sedangkan reaksi oksidasi berlangsung di anoda. Kutub negatif sumber arus mengarah pada katoda (sebab memerlukan elektron) dan kutub positif sumber arus tentunya mengarah pada anoda. Akibatnya, katoda bermuatan negatif dan menarik kation-kation yang akan tereduksi menjadi endapan logam. Sebaliknya, anoda bermuatan positif dan menarik anion-anion yang akan teroksidasi menjadi gas. Terlihat jelas bahwa



16

tujuan elektrolisis adalah untuk mendapatkan endapan logam di katoda dan gas di anoda. Reaksi : Elektrolisis larutan KOH dalam air : Katoda : [2H2O(l) + 2e → 2OH-(aq) + H2(g)] x 2 E= -0,82V Anoda : 4OH-(aq) → 2H2O(l) + O2(g) + 4e +

E= -0,40V

2H2O(l) → 2 H2(g) + O2(g)

E= -1,22V

(2.6)

Nilai potensial reduksi sel adalah sebesar -1,22V. Hal ini berarti reaksi elektrolisis dengan elektrolit KOH tidak terjadi secara spontan. Proses elektrolisis ini membutuhkan sumber energi tambahan dari luar (tak dapat berjalan dengan sendirinya). Satuan yang sering ditemukan dalam aspek kuantitatif sel elektrolisis adalah Faraday (F). Faraday didefinisikan sebagai muatan (dalam Coulomb) mol elektron. Satu Faraday equivalen dengan satu mol elektron. Demikian halnya, setengah Faraday equivalen dengan setengah mol elektron. Sebagaimana yang telah kita ketahui, setiap satu mol partikel mengandung 6,02 x 1023 partikel. Sementara setiap elektron mengemban muatan sebesar 1,6 x 10-19 C. Dengan demikian : 1

Faraday

=

1

mol

23

elektron = 6,02 x 10 partikel elektron x 1,6 x 10-19 C/partikel elektron 1 Faraday = 96320 C (sering dibulatkan menjadi 96500 C untuk

mempermudah

perhitungan) Hubungan antara Faraday dan Coulomb dapat dinyatakan dalam persamaan berikut : Faraday = Coulomb / 96500

(2.7)

Coulomb = Faraday x 96500

(2.8)

Coulomb adalah satuan muatan listrik. Coulomb dapat diperoleh melalui perkalian arus listrik (Ampere) dengan waktu (detik). Persamaan yang menunjukkan hubungan Coulomb, Ampere, dan detik adalah sebagai berikut :



17

Coulomb = Ampere x Detik Q = I x t

(2.9)

Dengan demikian, hubungan antara Faraday, Ampere, dan detik adalah sebagai berikut : Faraday = (Ampere x Detik) / 96500 Faraday = (I x t) / 96500

(2.10)

Dengan mengetahui besarnya Faraday pada reaksi elektrolisis, maka mol elektron yang dibutuhkan pada reaksi elektrolisis dapat ditentukan. Selanjutnya, dengan memanfaatkan koefisien reaksi pada masing-masing setengah reaksi di katoda dan anoda, kuantitas produk elektrolisis dapat ditemukan. Berikut ini adalah hukum Faraday tentang terjadinya proses elektrolisis air. "Massa zat yang terbentuk pada masing-masing elektroda sebanding dengan kuat arus/arus listrik yang mengalir pada elektrolisis tersebut". Rumus: m=e.I.t/F

(2.11)

Keterangan: F = 96.500 q=i.t m = massa zat yang dihasilkan (gram) e = berat ekivalen = Ar/ Valensi= Mr/Valensi i = kuat arus listrik (amper) t = waktu (detik) q = muatan listrik (coulomb) (Sumber: Analisis Penggunaan Gas Hidrogen Hasil Elektrolisis Air Pada Motor Bakar 4 Langkah Yang Diinjeksikan Setelah Karburator Dengan Variasi Derajat Timing Pengapian, Arandityo Narutomo)

2.7 Gas Hidrogen

Hidrogen telah digunakan bertahun-tahun sebelum akhirnya dinyatakan sebagai unsur yang unik oleh Cavendish di tahun 1776. Dinamakan hidrogen oleh



18

Lavoisier, hidrogen adalah unsur yang terbanyak dari semua unsur di alam semesta. Elemen-elemen yang berat pada awalnya dibentuk dari atom-atom hidrogen atau dari elemen-elemen yang mulanya terbuat dari atom-atom hidrogen. Hidrogen diperkirakan membentuk komposisi lebih dari 90% atom-atom di alam semesta (sama dengan tiga perempat massa alam semesta). Unsur ini ditemukan di bintang-bintang dan memainkan peranan yang penting dalam memberikan sumber energi jagat raya melalui reaksi proton-proton dan siklus karbon-nitrogen. Proses fusi atom-atom hidrogen menjadi helium di matahari menghasilkan jumlah energi yang sangat besar. Hidrogen dapat dipersiapkan dengan berbagai cara: •

Uap dari elemen karbon yang dipanaskan

•

Dekomposisi beberapa jenis hidrokarbon dengan energi kalor

•

Reaksi-reaksi natrium atau kalium hidroksida pada aluminium

•

Elektrolisis air

•

Pergeseran asam-asam oleh metal-metal tertentu Hidrogen dalam bentuk cair sangat penting untuk bidang penelitian suhu

rendah (cryogenics) dan studi superkonduktivitas karena titik cairnya hanya 20 derajat di atas 0 Kelvin. Tritium (salah satu isotop hidrogen) dapat diproduksi dengan mudah di reaktor-reaktor nuklir dan digunakan dalam produksi bom hidrogen. Hidrogen adalah komponen utama planet Jupiter dan planet-planet gas raksasa lainnya. Karena tekanan yang luar biasa di dalam planet-planet tersebut, bentuk padat hidrogen molekuler dikonversi menjadi hidrogen metalik. Di tahun 1973, ada beberapa ilmuwan Rusia yang bereksperimen memproduksi hidrogen metalik pada tekanan 2.8 megabar. Pada titik transisi, berat jenisnya berubah dari 1.08 menjadi 1.3 gram/cm3. Satu tahun sebelumnya di Livermore, California, satu grup ilmuwan juga memberitakan eksperimen yang hampir sama di mana fenomena yang mereka amati terjadi pada titik tekananvolume yang berpusar pada 2 megabar. Beberapa prediksi mengemukakan bahwa hidrogen metalik mungkin metastabil. Yang lainnya memprediksikan hidrogen mungkin berupa superkonduktor di suhu ruangan.



19 Tabel 2.1 sifat hidrogen

(Sumber: Ali Can Yilmaz. Effect of Gas Hidroxy (HHO) Gas Adition on Performance and Exhaust Emissions in Compression Ignition Engine)

Senyawa Walau

hidrogen

adalah

benda

gas,

kita

sangat

jarang

menemukannya di atmosfer bumi. Gas hidrogen yang sangat ringan, jika tidak terkombinasi dengan unsur lain, akan berbenturan dengan unsur lain dan terkeluarkan dari lapisan atmosfer. Di bumi hidrogen banyak ditemukan sebagai senyawa (air) di mana atom-atomnya bertaut dengan atom-atom oksigen. Atom-atom hidrogen juga dapat ditemukan di tetumbuhan, petroleum, arang, dan lain-lain. Sebagai unsur yang independen, konsentrasinya di atmosfer sangat kecil (1 ppm by volume). Sebagai gas yang paling ringan, hidrogen berkombinasi dengan elemenelemen lain . kadang-kadang secara eksplosif ? untuk membentuk berbagai senyawa. Kegunaan Hidrogen banyak digunakan untuk mengikat nitrogen dengan unsur lain dalam proses Haber (memproduksi amonia) dan untuk proses hidrogenasi lemak dan minyak. Hidrogen juga digunakan dalam jumlah yang

banyak

dalam

produksi

methanol,

di

dealkilasi

hidrogen

(hydrodealkylation), katalis hydrocracking, dan sulfurisasi hidrogen. Kegunaan-kegunaan lainnya termasuk sebagai bahan bakar roket, memproduksi asam hidroklorida, mereduksi bijih-bijih besi dan sebagai



20

gas pengisi balon. Daya angkat 1 kaki kubik gas hidrogen sekitar 0.07 lbf pada suhu 0 derajat Celsius dan tekanan udara 760 mm Hg. Baterai yang berbahan bakar hidrogen (Hydrogen Fuel cell) adalah teknologi baru yang sedang dikembangkan, di mana tenaga listrik dalam jumlah besar dapat dihasilkan dari gas hidrogen. Pabrik-pabrik baru dapat dibangun dekat dengan laut untuk melakukan proses elektrolisis air laut guna memproduksi hidrogen. Gas yang bebas polusi ini lantas dapat dialirkan melalui pipa-pipa dan disalurkan ke daerah-daerah pemukiman dan kota-kota besar. Hidrogen dapat menggantikan gas alam lainnya, bensin, agen dalam proses metalurgi dan berbagai proses kimia (penyulingan), dan mengubah sampah menjadi metan dan etilen. Kendalakendala yang ada untuk mewujudkan impian tersebut masih banyak. Di antaranya persetujuan publik, penanaman modal yang besar dan harga hidrogen yang masih jauh lebih mahal ketimbang bahan bakar lainnya sekarang. Dalam keadaan yang normal, gas hidrogen merupakan campuran antara dua molekul, yang dinamakan ortho- dan parahidrogen, yang dibedakan berdasarkan spin elektron-elektron dan nukleus. Hidrogen normal pada suhu ruangan terdiri dari 25% parahidrogen dan 75% ortho-hidrogen. Bentuk ortho tidak dapat dipersiapkan dalam bentuk murni. Karena kedua bentuk tersebut berbeda dalam energi, sifatsifat kebendaannya pun juga berbeda. Titik-titik lebur dan didih parahidrogen sekitar 0.1 derajat Celcius lebih rendah dari hidrogen normal.

2.8 Mikrokontroler

Mikrokontroler adalah single chip computer yang memiliki kemampuan untuk diprogram dan digunakan untuk tugas-tugas yang berorientasi kontrol. Mikrokontroler datang dengan dua alasan utama, yang pertama adalah kebutuhan pasar (market need) dan yang kedua adalah perkembangan teknologi baru. Yang



21

dimaksud dengan kebutuhan pasar adalah kebutuhan yang luas dari produkproduk elektronik akan perangkat pintar sebagai pengontrol dan pemroses data. Sedangkan yang dimaksud dengan perkembangan teknologi baru adalah perkembangan teknologi semikonduktor yang memungkinkan pembuatan chip dengan kemampuan komputasi yang sangat cepat, bentuk yang semakin mungil, dan harga yang semakin murah. Perbedaan Mikrokontroller dan Mikroprosesor Terdapat

perbedaan

yang

signifikan

antara

mikrokontroler

dan

mikroprosessor. Perbedaan yang utama antara keduanya dapat dilihat dari dua faktor utama yaitu arsitektur perangkat keras (hardware architecture) dan aplikasi masing-masing. •

Ditinjau dari segi arsitekturnya, mikroprosesor hanya merupakan single chip CPU, sedangkan mikrokontroler dalam IC-nya selain CPU juga terdapat device lain yang memungkinkan mikrokontroler berfungsi sebagai suatu single chip computer. Dalam sebuah IC mikrokontroler telah terdapat ROM, RAM, EPROM, serial interface dan paralel interface, timer, interrupt controller, konverter Anlog ke Digital, dan lainnya (tergantung feature yang melengkapi mikrokontroler tersebut).

•

Sedangkan dari segi aplikasinya, mikroprosessor hanya berfungsi sebagai Central Processing Unit yang menjadi otak komputer, sedangkan mikrokontroller, dalam bentuknya yang mungil, pada umumnya ditujukan untuk melakukan tugas–tugas yang berorientasi kontrol pada rangkaian yang membutuhkan jumlah komponen minimum dan biaya rendah (low cost).

Aplikasi Mikrokontroler Karena kemampuannya yang tinggi, bentuknya yang kecil, konsumsi dayanya yang rendah, dan harga yang murah maka mikrokontroler begitu banyak digunakan di dunia. Mikrokontroler digunakan mulai dari mainan anak-anak, perangkat elektronik rumah tangga, perangkat pendukung otomotif, peralatan industri, peralatan telekomunikasi, peralatan medis dan



22

kedokteran, sampai dengan pengendali robot serta persenjataan militer. Terdapat beberapa keunggulan yang diharapkan dari alat-alat yang berbasis mikrokontroler (microcontroller-based solutions) : •

Kehandalan tinggi (high reliability) dan kemudahan integrasi dengan komponen lain (high degree of integration)

•

Ukuran yang semakin dapat diperkecil (reduced in size)

•

Penggunaan komponen dipersedikit (reduced component count) yang juga akan menyebabkan biaya produksi dapat semakin ditekan (lower manufacturing cost)

•

Waktu pembuatan lebih singkat (shorter development time) sehingga lebih cepat pula dijual ke pasar sesuai kebutuhan (shorter time to market)

•

Konsumsi daya yang rendah (lower power consumption)

Perkembangan Mikrokontroler Karena kebutuhan yang tinggi terhadap “chip-chip pintar” dengan berbagai fasilitasnya, maka berbagai vendor juga berlomba untuk menawarkan produk-produk mikrokontrolernya. Hal tersebut terjadi semenjak tahun 1970an.

Motorola

mengeluarkan

seri

mikrokontroler

6800

yang

terus

dikembangkan hingga sekarang menjadi 68HC05, 68HC08, 68HC11, 68HC12, dan 68HC16. Zilog juga mengeluarkan seri mikroprosesor Z80-nya yang terkenal dan terus dikembangkan hingga kini menjadi Z180 dan kemudian diadopsi juga oleh mikroprosesor Rabbit. Intel mengeluarkan mikrokontrolernya yang populer di dunia yaitu 8051, yang karena begitu populernya maka arsitektur 8051 tersebut kemudian diadopsi oleh vendor lain seperti Phillips, Siemens, Atmel, dan vendor-vendor lain dalam produk mikrokontroler mereka. Selain itu masih ada mikrokontroler populer lainnya seperti Basic Stamps, PIC dari Microchip, MSP 430 dari Texas Instrument dan masih banyak lagi. Selain mikroprosesor dan mikrokontroler, sebenarnya telah bemunculan chip-chip pintar lain seperti DSP prosesor dan Application Spesific Integrated



23

Circuit (ASIC). Di masa depan, chip-chip mungil berkemampuan sangat tinggi akan mendominasi semua desain elektronik di dunia sehingga mampu memberikan kemampuan komputasi yang tinggi serta meminimumkan jumlah komponen-komponen konvensional. (Sumber: Pemrograman Mikrokontroler AVR ATMEGA16 Menggunakan Bahasa C [Codevision AVR], Heri Andrianto)

2.9 Pulse Width Modulation

PWM merupakan suatu teknik teknik dalam mengatur kerja suatu peralatan yang memerlukan arus pull in yang besar dan untuk menghindari disipasi

daya

yang

berlebihan

dari

peralatan

yang

akan

dikontrol.

PWM merupakan suatu metoda untuk mengatur kecepatan perputaran motor dengan cara mengatur prosentase lebar pulsa high terhadap perioda dari suatu sinyal persegi dalam bentuk tegangan periodik yang diberikan ke motor sebagai sumber daya. Semakin besar perbandingan lama sinyal high dengan perioda sinyal maka semakin cepat motor berputar. Sinyal PWM dapat dibangun dengan banyak cara, dapat menggunakan metode analog menggunakan rankaian op-amp atau dengan menggunakan metode digital. Dengan metode analog setiap perubahan PWM-nya sangat halus, sedangkan menggunakan metode digital setiap perubahan PWM dipengaruhi oleh resolusi dari PWM itu sendiri. Misalkan PWM digital 8 bit berarti PWM tersebut memiliki resolusi 2 pangkat 8 = 256, maksudnya nilai keluaran PWM ini memiliki 256 variasi, variasinya mulai dari 0 – 255 yang mewakili duty cycle 0 – 100% dari keluaran PWM tersebut. Pada perancangan driver ini, sinyal PWM akan diatur secara digital yang dibangkitkan oleh mikrokontroler ATMEGA 16. Proses pembangkitan sinyal PWM pada mikrokontroler AVR ATMEGA 16 adalah sebagai berikut.



24

Gambar 2.4 proses pembangkitan sinyal pada ATMEGA Sumber: digilib.ittelkom.ac.id

Resolusi adalah jumlah variasi perubahan nilai dalam PWM tersebut. Misalkan suatu PWM memiliki resolusi 8 bit berarti PWM ini memiliki variasi perubahan nilai sebanyak 2 pangkat 8 = 256 variasi mulai dari 0 – 255 perubahan nilai. Compare adalah nilai pembanding. Nilai ini merupakan nilai referensi duty cycle dari PWM tersebut. Nilai compare bervariasi sesuai dengan resolusi dari PWM. Dalam gambar nilai compare ditandai dengan garis warna merah, dimana posisinya diantara dasar segitiga dan ujung segitiga. Clear digunakan untuk penentuan jenis komparator apakah komparator inverting atau

non-inverting. Mikrokontroler akan membandingkan posisi

keduanya, misalkan bila PWM diset pada kondisi clear down, berarti apabila garis segitiga berada dibawah garis merah (compare) maka PWM akan mengeluarkan logika 0. Begitu pula sebaliknya apabila garis segitiga berada diatas garis merah (compare) maka PWM akan mengeluarkan logika 1. Lebar sempitnya logika 1 ditentukan oleh posisi compare, lebar sempitnya logika 1 itulah yang menjadi nilai keluaran PWM,dan kejadian ini terjadi secara harmonik terusmenerus. Maka dari itu nilai compare inilah yang dijadikan nilai duty cycle PWM. Clear Up adalah kebalikan (invers) dari Clear Down pada keluaran logikanya.



25

Gambar 2.5 Perbedaan clear up dan clear down Sumber: digilib.ittelkom.ac.id

Prescale digunakan untuk menentukan waktu perioda dari pada PWM. Nilai prescale bervariasi yaitu 1, 8, 32, 64, 128, 256, 1024. Misalkan jika prescale diset 64 berarti timer/PWM akan menghitung 1 kali bila clock di CPU sudah 64 kali, Clock CPU adalah clok mikrokontroler itu sendiri. Perioda dari PWM dapat dihitung menggunakan rumus

(2.12) Setting prescale disini digunakan untuk mendapatkan frekuensi dan periode kerja PWM sesuai dengan spesifikasi yang dibutuhkan. Dengan cara mengatur lebar pulsa “on” dan “off” dalam satu perioda gelombang melalui pemberian besar sinyal referensi output dari suatu PWM akan didapat duty cycle yang diinginkan. Duty cycle dari PWM dapat dinyatakan sebagai

(2.13) Duty cycle 100% berarti sinyal tegangan pengatur motor dilewatkan seluruhnya. Jika tegangan catu 100V, maka motor akan mendapat tegangan 100V.



26

pada duty cycle 50%, tegangan pada motor hanya akan diberikan 50% dari total tegangan yang ada, begitu seterusnya.

Gambar 2.6 Tegangan rata-rata Sinyal PWM Sumber: http://ini-robot.blogspot.com/2012/05/pulse-width-modulation-pwm.html

Perhitungan Pengontrolan tegangan output motor dengan metode PWM cukup sederhana.

Gambar 2.7 Grafik load voltage dan average voltage Sumber: digilib.ittelkom.ac.id

Dengan menghitung duty cycle yang diberikan, akan didapat tegangan output yang dihasilkan. Sesuai dengan rumus yang telah dijelaskan pada gambar. (2.14) Average voltage merupakan tegangan output pada motor yang dikontrol oleh sinyal PWM. a adalah nilai duty cycle saat kondisi sinyal “on”. b adalah



27

nilai duty cycle saat kondisi sinyal “off”. V full adalah tegangan maximum pada motor. Dengan menggunakan rumus diatas, maka akan didapatkan tegangan output sesuai dengan sinyal kontrol PWM yang dibangkitkan.

Gambar 2.8 Sinyal PWM dan Persamaan Vout PWM Sumber: http://ini-robot.blogspot.com/2012/05/pulse-width-modulation-pwm.html



BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Rancangan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk mengendalikan proses elektrolisis air dengan desain sistem kontrol berbasis PWM untuk menghasilkan gas hidrogen untuk dimasukkan ke intake manifold pada motor bakar empat langkah. Parameter proses elektrolisis tersebut berupa konsumsi energi yang digunakan untuk mengelektrolisis dan debit gas hidrogen yang dihasilkan. Untuk mendapatkan pembakaran yang lebih baik, belum ada teori yang membuktikan tentang bagaimanakah efek jumlah hidrogen yang perlu dimasukkan ke ruang bakar terhadap pembakaran yang sempurna. Oleh karena itu dirancang sistem Pulse Width Modulation (PWM) untuk mengatur masukan energi listrik ke sel elektrolisis. Dengan pengaturan tersebut, produksi gas hidrogen dapat dikontrol berdasarkan nilai masukan kecepatan putaran dari mesin. Pengujian sel elektrolisis dilakukan dengan parameter tegangan, kuat arus, suhu, debit gas dan besar energi listrik yang digunakan untuk elektrolisis. Pengujian kinerja motor bakar dilakukan dengan beberapa kondisi uji, yaitu : 1. Kondisi 1: Motor standar tanpa hidrogen 2. Kondisi 2: Motor dengan hidrogen hasil elektrolisis air dengan sumber listrik dari kabel lampu depan motor 3. Kondisi 3: Motor dengan hidrogen hasil elektrolisis air dilengkapi dengan sistem kontrol

3.2 Peralatan Uji 1. Sepeda Motor Supra X 125 Sepeda motor yang digunakan memiliki spesifikasi sebagai berikut:


29

Gambar 3.1 Motor Supra X125 Tahun 2005

Panjang X lebar X tinggi

:

1.932x711x1.092 mm

Jarak sumbu roda

:

1.234 mm

Jarak terendah ke tanah

:

147 mm

Berat kosong

:

107 kg

Tipe rangka

:

Tulang punggung

Tipe suspensi depan

:

Teleskopik

Tipe suspensi belakang

:

Lengan ayun dan peredam kejut ganda

Ukuran ban depan

:

70/90 - 17M/C 38P

Ukuran ban belakang

:

80/90 - 17M/C 44P

Rem depan

:

Cakram Hidrolik, Piston ganda

Rem belakang

:

Tromol

Kapasitas tangki bahan bakar

:

3,7 liter

Tipe mesin

:

4 langkah, SOHC, pendinginan udara

Diameter x langkah

:

50 x 49,5 mm

Volume langkah

:

124,8 cc

Perbandingan kompresi

:

9,3 : 1

Kopling Otomatis

:

Ganda, otomatis sentrifugal, tipe basah

Gigi transmsi

:

4 kecepatan, bertautan tetap

Pola pengoperan gigi

:

N-1-2-3-4-N (rotari)

Starter

:

Pedal dan elektrik

Aki

:

12 V; 3,5 Ah

Busi

:

ND U20FS, U22FS-U ; NGK C6HSA, C7HSA

Sistem pengapian

:

AC-CDI, Magneto



30

2. Gas analyzer Alat uji emisi yang digunakan adalah tipe 488 plus dari technotest.Spesifikasi gas analyzer yang digunakan adalah:

Gambar 3.2 alat uji Gas analyzer (Sumber: www.technotest.com )

Mains power supply

110/220/240 V (±15%) 50-60 Hz (±3%)

Measuring range CO

0-99,9% Vol (res. 0.01)

CO2

0-19,9% Vol (res. 0.1)

HC

0-9999 ppm Vol (res.1)

O2

0-4% Vol. (res.0.01)

O2

4-25,0% Vol (res. 0.1)

Nox

0-2000 ppm Vol (res.5)

Lambda

0.5-2,000(res. 0,001)

Induction rpm counter Electronic Lambda test

0-9990 rpm (res. 10) YES

Operati ng temperature (°C) 5-40 Measuring gas induction

8 l/min (approx)

Response time

<10sec (probe length 3mt)

Zero setting

Electronic and automatic

Condensate drain

Continuous and automatic

Warm up time

Max 15 min

Serial output

RS232

Dimension

400x180x420 mm

Weight

13.5kg



31

3. Alat Ukur Flowmeter Gas Flowmeter gas digunakan untuk mengukur debit gas hasil proses elektrolisis. Debit dapat dinyatakan dengan satuan LPM (liter per menit) ataupun dengan cc/menit. Berikut ini adalah spesifikasi flowmeter yang digunakan.

Gambar 3.3 flowmeter Dwyer RMA-11 (Sumber: www.ebay.com )

Tipe

: Dwyer RMA-11SSV

Range pengukuran

: 30-240 cc/menit

Batas suhu

: 130oF (54oC)

Batas tekanan

: 100psi (6,9bar)

4. Multitester Dekko 86D Multitester digunakan untuk mengukur kuat arus dan tegangan. Berikut adalah spesifikasi alat tersebut.

Gambar 3.4 Multitester (Sumber: www.indonetwork.com)



32

Max DC Voltage : 1000V Max DC Ampere : 10 A Max AC Voltage : 750V 5. Tachometer digital 6. Gelas ukur 25mL 7. Wattmeter Turnigy 130A Wattmeter digunakan untuk mengukur konsumsi energi listrik pada sel elektrolisis. Berikut ini adalah spesifikasi wattmeter yang digunakan.

Gambar 3.5 Wattmeter Turnigy 130A (Sumber: www.ebay.com )

Operating voltage: 4.8~60V (0V with optional auxiliary battery) Measures; 0~130A, resolution 0.01A 0~60V, resolution 0.01V 0~6554W, resolution 0.1W 0~65Ah, resolution 0.001Ah 0~6554Wh, resolution 0.1Wh Screen: 16x2, backlit LCD display Size: 85x42x25mm Weight: 82g 8. Dynojet 250i Dynojet 250i digunakan untuk mendapatkan data Brake Horse Power (BHP) dan torsi dari sepeda motor. Berikut ini adalah spesifikasinya.



33

Gambar 3.6 Alat dynojet 250i (Sumber: www.dynojet.com ) Tabel 3.1 Spesifikasi dynojet 250i (Sumber: www.dynojet.com )

Base Length

79.83"

Base Width

29.83" (202.8 cm)

Base Height

18.10" (45.9 cm)

Drum Diameter

18" (45.72 cm) per wheel

Drum Width

16.37" (41.59 cm)

Drum Concentricity

+/- 0.001" (+/-0.025 mm)

Maximum Length (Front of Front Wheel to Center of Rear Wheel)

84" (213.4 cm)

Dynamometer

2375 lbs (1077 Kg) (approx.)

Crated Dynamometer

2500 lbs (1134 Kg) (approx.)

Drum

A 106 Steel

Shaft

2 3/16 inch 1144 turned ground & polished steel

Frame

10 Gauge Cold Roll Steel



34

Modeled Mass (Standard)

450 lbs (204 Kg) (approx.)

Modeled Mass (High-Inertia)

650 lbs (295 Kg) (approx.)

Maximum Horsepower

750 hp

Maximum Speed

200 mph

Maximum Torque

750 ft/lbs

Temperature Range

32 o F to 158 o (0 o C to 70 o C)

Calibration

Not Required (Factory Calibrated)

Inductive Pickup

Primary Wire RPM Pickup

Power Requirement

240v 30amp single phase circuit

Remote Switches

Remote Software Control

Timing Accuracy

+/-1 microsecond

Drum Speed Accuracy

+/- 1/100th MPH

RPM Accuracy

+/- 1/10th RPM

3.3 Prosedur Penggunaan Alat Uji

3.3.1 Prosedur pengukuran konsumsi energi listrik Pengukuran

konsumsi

energi

listrik

dilakukan

menggunakan

Wattmeter.Wattmeter adalah alat ukur yang mampu mengukur energi listrik yang melewati alat ini. Hasilnya dinyatakan dalam satuan Watt.hour. Tahapan penggunaan alat ujinya adalah sebagai berikut: 1. Hubungkan socket positif dan negatif yang dari sumber tegangan alat elektrolisis ke socket wattmeter yang bertanda source (input energi listrik)



35

2. Hubungkan socket positif dan negatif yang menuju ke alat elektrolisis ke socket wattmeter yang bertanda load (output energi listrik) 3. Nyalakan kontak alat elektrolisis 4. Lakukan pengujian tes jalan sepeda motor 5. Ukur waktu dan jarak yang ditempuh 6. Amati konsumsi energi listrik pada tampilan wattmeter 3.3.2 Prosedur pengujian konsumsi bensin Pengujian konsumsi bensin dilakukan menggunakan gelas ukur dengan tempat penampungan bensin eksternal. Material tangki bensin harus transparan untuk mempermudah melakukan pengukuran. Pengujian dilakukan dengan tes jalan dengan kecepatan yang idealnya konstan 30 km per jam pada gigi dua. Jarak yang di tempuh sekitar 3,1 km. Berikut ini adalah prosedur pengujiannya. 1. Tandai garis ketinggian bensin sebelum jalan 2. lihat perubahan ketinggian setelah 1lap. 3. Tambahkan bensin ke tabung hingga mencapai ke ketinggian awal 4. Catat volume bensin yang ditambahkan 3.3.3 Prosedur penggunaan gas analyzer Tahapan penggunaan alat uji gas analyzer tipe techno test 488 plus adalah sebagai berikut: 1. Menekan tombol on pada bagian belakang alat uji yang kemudian akan muncul angka 01 pada layar RPM 2. Tunggu beberapa saat untuk alat uji melakukan warming up sebelum pengujian. 3. Setalah mesin telah selesai melakukan warming up dan muncul angka 21 pada layar yang merupakan autozero setting, 4. Setelah proses autozero setting selesai, semua layar pada alat uji akan menyala. Jika semua layar telah menyala maka inilah tanda alat uji siap digunakan 5. Masukan probe gas analyzer pada lubang exhaust motor



36

6. Pasang clamp pada selang busi untuk mengetahui RPM pada mesin 7. Baca hasil pengukuran yang tertera pada layar. 3.3.4. Prosedur pengukuran dengan dynotest Pada pengujian performa mesin ini menggunakan alat dynojet untuk bisa melihat performa mesin pada berbagai tingkat kecepatan. Pada pengujian ini juga didapat data konsumsi bahan bakar berdasarkan tingkat kecepatan tersebut. Tahapan pengujian adalah sebagai berikut: 1. Menaikan sepeda motor ke atas alat uji 2. Mengunci roda depan pada alat uji dan roda belakang tepat berada diatas roller 3. Mengikat bagian belakang 4. Mengecek tekanan ban belakang 5. Beban pengendara di setting seberat 60 Kg 6. Kondisi transmisi motor yang digunakan saat dilakukan pengujian adalah gear 3st. 7. Sepeda motor siap untuk dilakukan pengujian.

3.4 Prosedur Pengambilan Data Pengujian secara keseluruhan terbagi menjadi dua bagian, yaitu pengujian kinerja sel elektrolisis dan pengujian kinerja pada motor bakar. Pengujian kinerja sel elektrolisis adalah untuk mengetahui hubungan antara nilai PWM, dengan arus yang masuk ke alat elektrolisis dan debit gas yang dihasilkan. Prosedur melakukan pengujian kinerja penerapan pada motor bakar adalah sebagai berikut: 1. Pengujian mesin motor standar. Data yang diambil adalah daya dan torsi, emisi dan nilai konsumsi bahan bakar 2. Pengujian mesin motor yang telah dimasukkan gas hidrogen dengan listrik yang bersumber dari kabel lampu depan. Listrik lampu depan berasal dari alternator, sehingga semakin besar rpm mesin, maka semakin besar listrik yang mengalir. Data yang diambil adalah daya dan torsi, emisi , nilai



37

konsumsi bahan bakar, suhu reaktor dan energi listrik yang digunakan untuk mengelektrolisis. 3. Pengujian mesin motor yang telah dimasukkan gas hidrogen dengan listrik yang bersumber dari aki setelah menggunakan modul kontroler Data yang diambil adalah daya dan torsi, emisi , nilai konsumsi bahan bakar, suhu reaktor dan energi listrik yang digunakan untuk mengelektrolisis



BAB IV DESAIN SISTEM KONTROL ELEKTROLISIS 4.1 Deskripsi Kebutuhan Sistem Kontrol Sel elektrolisis adalah suatu sistem yang fungsinya untuk memecah air menjadi gas hidrogen dan oksigen. Untuk melakukan proses pemecahan tersebut dibutuhkan energi listrik sebesar 0,83 volt untuk 1 mol H2O secara teoritis (tercantum pada landasan teori). Umumnya sel elektrolisis yang berada di pasaran menggunakan catu daya dari kabel lampu depan untuk digunakan pada elektrolisis.

(Sumber:

teknologi.kompasiana.com/otomotif/2010/10/30/alat-

penghemat-bbm-hho-gas-generator, Win Wan Nur) . Hal ini dilakukan untuk menghindari ‘tekor’ nya aki serta karena tegangan dan arus listrik pada kabel lampu depan akan meningkat dengan meningkatnya rpm mesin (kebutuhan gas elektrolisis juga cenderung meningkat). Namun jarang ada pihak yang meriset mengenai besar arus listrik yang masuk ke sel elektrolisis untuk mengatur debit produksi sel elektrolisis. Akan lebih baik jika listrik untuk elektrolisis berasal dari aki, tetapi melalui proses pengontrolan terlebih dahulu, dan sistem akan mematikan produksi elektrolsisis jika kondisi aki berada di batas bawah tegangan operasi. Untuk diterapkan pada motor bakar, memasukkan gas elektrolisis pada rpm bawah (di bawah 1750) sebaiknya dihindari. Hal ini dikarenakan kecepatan buka tutup katup masuk ruang bakar yang lambat, sehingga gas elektrolisis yang masuk terlalu banyak dan dapat mengganggu proses pembakaran yang terjadi. (Sumber: Ali Can Yilmaz. Effect of Gas Hidroxy (HHO) Gas Adition on Performance and Exhaust Emissions in Compression Ignition Engine). Oleh karena itu, sebaiknya dilakukan pengontrolan laju produksi hidrogen pada rpm bawah sehingga gas elektrolisis yang masuk ke ruang bakar tidak mengganggu pembakaran. Mengamati berbagai kondisi penerapan gas hasil elektrolisis tersebut, dibutuhkan suatu modul kontrol sel elektrolisis yang dapat me-mapping laju produksi gas elektrolisis berdasarkan perubahan kecepatan putaran mesin. Sumber listrik mengambil dari keluaran aki. Sistem akan mematikan sel elektrolisis jika


39

tegangan aki berada di bawah tegangan operasinya, yaitu 12,4 volt (Sumber: Buku Pedoman Servis Supra X125). Diharapkan dengan adanya desain sistem kontrol ini dapat meningkatkan efisiensi kinerja sel elektrolisis dan kinerja motor bakar.

4.2 Desain Sel Elektrolisis

Sel elektrolisis yang digunakan pada penelitian ini menerapkan jenis dry cell. Ada dua jenis sel elektrolisis berdasarkan lokasi tabung air nya, yaitu wet cell dan dry cell. Pada wet cell, tabung reservoir air menyatu dengan sel elektrolisis. Plat-plat sel elektrolisis berada dalam kondisi terendam dalam larutan air sesuai kapasitas cadangan air yang diinginkan. Oleh karena itu, biasanya sel elektrolisis pada wet cell memiliki ukuran yang lebih besar karena menampung volume air yang akan digunakan untuk elektrolisis. Pada dry cell, tabung reservoir berada pada wadah yang terpisah dengan sel elektrolisis. Sel elektrolisis tipe dry cell biasanya berukuran kecil karena jajaran volume jajaran plat memang hanya dimaksudkan untuk berlangsungnya proses elektrolisis (bukan untuk menampung cadangan air).

Gambar 4.1 Perbedaan wet cell dan dry cell Sumber: artechbdg.wordpress.com



40

Karena cadangan air hanya tertampung pada sel (tidak adanya sirkulasi), maka suhu sel elektrolisis pada wet cell cenderung lebih tinggi dibanding pada dry cell, karena panas yang terakumulasi. Dengan temperatur yang tidak stabil, kuat arus pun menjadi tidak stabil dan cenderung terus meningkat dan hal ini mempengaruhi efisiensi sel elektrolisis. Pada dry cell, suhu lebih stabil karena adanya sirkulasi air dari sel ke tabung reservoir, sehingga arusnya lebih stabil.

Gambar 4.2 sel elektrolisis tipe wet cell

Gas hasil elektrolisis dimasukkan ke mesin motor melalui pipa tambahan pada intake manifold. Pipa tambahan terbuat dari material aluminium yang dilas ke intake manifold dan posisi pemasangannya dibuat tegak lurus terhadap arah aliran fluida dari karburator menuju mesin. Untuk menghasilkan efek pembakaran yang lebih baik, aliran gas hasil elektrolisis harus mampu tercampur dengan baik dengan bensin dan udara yang mengalir dari karburator. Untuk mendesain efek percampuran tersebut, diperlukan simulasi fluida yang dapat menghasilkan campuran yang lebih homogen.

Gambar 4.3 intake manifold



41

Dimensi sel elektrolisis disesuaikan dengan jenis kendaraan dan penempatan pada kendaraan. Pada penelitian ini, kendaraan yang digunakan adalah sepeda motor Honda Supra X125. Penempatan sel elektrolisis dipilih berdasarkan segi estetis lokasi dan aliran udara yang baik (untuk pelepasan panas dari sel), maka dipilih penempatannya pada arm belakang motor di dekat poros roda belakang. Dimensinya sel elektrolisis adalah 80mmx120mmx40mm. Sel terdiri dari 2 plat stack, 5 plat stainless steel dan lapisan seal. Material untuk lapisan seal antar plat terbuat dari karet. Untuk sel, plat stainless steel yang digunakan berdimensi 80mmx120mm dengan ketebalan 1mm. Stainless steel yang digunakan adalah tipe SS-304L. Stainless steel dipilih untuk mampu menahan larutan air + KOH yang bersifat korosif terhadap logam dan stainless steel memiliki corrosion ressistance yang baik.

Gambar 4.4 desain sel elektrolisis

Gambar 4.5 susunan plat sel elektrolisis



42

Gambar 4.6 penempatan sel elektrolisis

Gambar 4.7 penempatan tabung cadangan air

Tipe sel elektrolisis dry cell menggunakan tabung terpisah sebagai cadangan air yang akan di elektrolisa. Tempat cadangan air ditempatkan di dalam bagasi motor. Dari dalam tabung, air turun menuju sel elektrolisis. Lalu gas hasil elektrolisis mengalir kembali ke dalam tabung untuk ditampung dan disalurkan ke intake manifold. Pada penelitian ini digunakan dua variasi sumber kelistrikan elektrolisis, yaitu pertama dari kabel lampu depan dan kedua dari aki motor (melalui kunci kontak) dengan menerapkan modul kontrol. Berikut ini adalah skema kerja sel elektrolisis.



43

Tabung air

Gas Elektrolisis masuk ke mesin melalui intake manifold

Gas Elektrolisis masuk ke tabung

Air masuk ke Sel Elektrolisis

Sel Elektrolisis

Mesin Motor

+

-

+

-

Modul kontrol

Sumber listrik

Gambar 4.8 skema kerja sel elektrolisis

4.3 Perancangan Sistem Kontrol Modul kontrol sel elektrolisis bertugas untuk menghasilkan output berdasarkan input yang terjadi dan program yang dimasukkan ke dalam mikon. Mikrokontroler utama yang digunakan sebagai prosesor pada modul kontrol ini adalah ATMEGA16. Komponen masukan terdiri dari sensor tegangan, sensor kecepatan putaran mesin dan sensor suhu yang membaca suhu sel elektrolisis.



44

Komponen keluaran terdiri dari LCD (untuk menampilkan hasil pembacaan), relay dan driver PWM. Berikut ini adalah diagram alir kerja modul kontrol sel elektrolisis.

Mulai

-‐tegangan aki -‐rpm mesin -‐suhu sel

Tampilkan LCD

Ya

Volt<12,4V

Relay memutus arus elektrolisis

tidak Ya

RPM<1750

PWM=0%

tidak Driver PWM memberi PWM sesuai program

Selesai Gambar 4.9 diagram alir sistem kontrol elektrolisis

Untuk menghasilkan proses elektrolisis yang efisien, tegangan antar plat elektrolisis dianjurkan memiliki tegangan maksimum 1,25Volt (Sumber: A Practical Guide to Free Energy). Jika melebihi tegangan itu, maka persentase energi listrik yang diubah menjadi panas akan semakin besar sehingga efisiensi elektrolisis menjadi berkurang. Sel elektrolisis yang digunakan pada penelitian ini terdiri dari 7 plat yang disusun seri, yang berarti tegangan total yang baik untuk diberikan pada sel elektrolisis adalah sebesar 1,25Vx7, yaitu sebesar 8,75V atau



45

jika dikonversi menjadi persentase PWM adalah sebesar 73% (dapat diamati pada tabel 5.1). Tegangan ini digunakan sebagai acuan pemrograman tegangan maksimum yang diberikan pada sel elektrolisis. Penyusunan grafik persentase PWM dilakukan dengan memberikan tegangan PWM 0% pada rpm di bawah 1750 dan semakin meningkat seiring dengan meningkatnya rpm mesin setiap kenaikan 1000rpm hingga puncaknya berada pada tegangan PWM 8,75V atau PWM 73% dengan frekuensi PWM 2,73Hz. Berikut ini adalah grafik persentase PWM berdasarkan perubahan PWM yang dimasukkan dalam pemrograman mikrokontroler.

Graﬁk PWM 100 90

Persentase PWM

80 73 70 70 70

70 60

73

60 60 60

50

50

40

40

50

30 20 10 0 0

0 0 0 0 0 1000 2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000 10000

RPM Mesin Gambar 4.10 grafik PWM vs rpm mesin

4.4 Mikrokontroller ATMEGA16 AVR merupakan seri mikrokontroler CMOS 8-bit buatan Atmel, berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer). Hampir semua instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. AVR mempunyai 32 register general-purpose,



46

timer/counter fleksibel dengan mode compare, interrupt internal dan eksternal, serial UART, programmable Watchdog Timer, dan mode power saving, ADC dan PWM internal. AVR juga mempunyai In-System Programmable Flash on-chip yang mengijinkan memori program untuk diprogram ulang dalam sistem menggunakan hubungan serial SPI ATMega16. ATMega16 mempunyai throughput mendekati 1 MIPS per MHz membuat desainer sistem untuk mengoptimasi konsumsi daya versus kecepatan proses. Beberapa keistimewaan dari AVR ATMega16 antara lain: 1. Advanced RISC Architecture •

130 Powerful Instructions – Most Single Clock Cycle Execution

•

32 x 8 General Purpose Fully Static Operation

•

Up to 16 MIPS Throughput at 16 MHz

•

On-chip 2-cycle Multiplier

2. Nonvolatile Program and Data Memories •

8K Bytes of In-System Self-Programmable Flash

•

Optional Boot Code Section with Independent Lock Bits

•

512 Bytes EEPROM

•

512 Bytes Internal SRAM

•

Programming Lock for Software Security

3. Peripheral Features •

Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescalers and Compare Mode

•

Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescalers and Compare Modes.

•

One 16-bit Timer/Counter with Separate Prescaler, Compare Mode, and Capture Mode

•

Real Time Counter with Separate Oscillator

•

Four PWM Channels

•

8-channel, 10-bit ADC

•

Byte-oriented Two-wire Serial Interface

•

Programmable Serial USART

4. Special Microcontroller Features



47

•

Power-on Reset and Programmable Brown-out Detection

•

Internal Calibrated RC Oscillator

•

External and Internal Interrupt Sources

•

Six Sleep Modes: Idle, ADC Noise Reduction, Power-save, Powerdown, Standby and Extended Standby

5. I/O and Package •

Programmable I/O Lines

•

40-pin PDIP, 44-lead TQFP, 44-lead PLCC, and 44-pad MLF

6. Operating Voltages •

2.7 - 5.5V for Atmega16L

•

4.5 - 5.5V for Atmega16

Gambar 4.11 Konfigurasi pin ATMega16 Sumber: Manual ATMega16

Pin-pin pada ATMega16 dengan kemasan 40-pin DIP (dual in-line package) ditunjukkan oleh gambar 1. Guna memaksimalkan performa, AVR menggunakan arsitektur Harvard (dengan memori dan bus terpisah untuk program dan data). Terlihat pada gambar diatas, terdapat 4 buah port, yaitu PORTA, PORTB, PORTC dan PORTD yg semuanya dapat diprogram sebagai input ataupun output. Keempat port tersebut merupakan jalur bi-directional dengan pilihan internal pullup.



48

Tiap port mempunyai tiga buah register bit, yaitu DDxn, PORTxn, dan PINxn. Huruf ‘x’ mewakili nama huruf dari port sedangkan huruf ‘n’ mewakili nomor bit. Bit DDxn terdapat pada I/O address DDRx, bit PORTxn terdapat pada I/O address PORTx, dan bit PINxn terdapat pada I/O address PINx. Bit DDxn dalam regiter DDRx (Data Direction Register) menentukan arah pin. Bila DDxn diset 1 maka Px berfungsi sebagai pin output. Bila DDxn diset 0 maka Px berfungsi sebagai pin input. Bila PORTxn diset 1 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin input, maka resistor pull-up akan diaktifkan. Untuk mematikan resistor pull-up, PORTxn harus diset 0 atau pin dikonfigurasi sebagai pin output. Pin port adalah tri-state setelah kondisi reset. Bila PORTxn diset 1 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin output maka pin port akan berlogika 1. Dan bila PORTxn diset 0 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin output maka pin port akan berlogika 0. Pin I/O pada mikrokontroler AVR dapat dikonfigurasi sebagai input atau output dengan cara mengubah isi I/O register Data Direction Register. Misalnya jika ingin Port B dikonfigurasikan sebagai out maka DDRB harus diset sebagai 0xFFH (sama dengan 255). Jika sebagai input maka diset 0x00H (sama dengan 0). Contoh : •

DDRB = 255 // Port B dikonfigurasikan sebagai output

•

DDRD = 0x00 // Port d dikonfigurasikan sebagai input.

Untuk mendeteksi input pada salah satu port, dapat digunakan fungsi PINx, sedangkan untuk mendeteksi per pin pada suatu port dapat digunakan fungsi Pinx.bit. Berikut ini adalah penjelasan mengenai pin-pin yang terdapat pada ATMEGA16. •

VCC = Voltage Power Supply

•

GND = Ground

•

PORT A (A0-A7) = Berfungsi sebagai I/O dan juga berfungsi sebagai A/D Converter

•

PORT B (B0-B7) = Berfungsi sebagai I/O

•

PORT C (C0-C7) = Berfungsi sebagai I/O

•

PORT D (D0-D7) = Berfungsi sebagai I/O

•

RESET = Untuk men-reset Input Universitas Indonesia


49

•

XTAL1 = Sebagai masukan dalam proses Oscillator amplifier

•

XTAL2 = Sebagai keluaran dalam proses Oscillator amplifier

•

AVCC = Supply voltage untuk PORT A dan A/D Converter

•

AREF = Referensi pin analog pada A/D Converter Untuk dapat beroperasi, ATMEGA16 tak dapat berdiri sendiri, melainkan

membutuhkan dukungan komponen elektronik pada bagian input dan output mikon. ATMEGA16 memerlukan catu daya sekitar 5 volt yang masuk ke kaki vcc pada microcontroller. Oleh karena itu digunakan IC lm7805 yang berfungsi untuk mengubah tegangan masukan (sebesar 9 atau 12 volt) menjadi tegangan yang dapat mengoperasikan mikrokontroller, yaitu 5 volt. ATMEGA16 juga membutuhkan dukungan ISP untuk mendownload codingan ke dalam microcontroller. Berikut ini adalah skema rangkaian ATMEGA16 yang digunakan. (Sumber: Pemrograman Mikrokontroler AVR ATMEGA16 Menggunakan Bahasa C [Codevision AVR], Heri Andrianto)

Gambar 4.12 skema rangkaian sistem microcontroller ATMEGA16 yang digunakan Sumber: User manual modul AVR DINS



50

4.5 Komponen Masukan Sistem Kontrol 4.5.1 Sensor Tegangan Listrik Pembacaan tegangan pada aki dapat dilakukan dengan menggunakan nilai ADC dari port microcontroller. Tegangan aki motor berada pada kisaran 12 volt, namun aktualnya tegangan aki berada di atas nilai tegangan 12 volt (aki penuh pada tegangan 13,8volt dan perlu dilakukan pengisian jika tegangannya sudah mencapai 12,4 volt). Nilai tegangan dari aki diperkecil dengan menggunakan potensiometer 50k untuk dapat dibaca pada mikon yaitu menjadi tegangannya dibawah 5volt (pada percobaan ini dibuat menjadi 3,5volt).

Gambar 4.13 rangkaian voltage divider menggunakan potensiometer Sumber: id.wikipedia.org

Nilai tegangan yang telah diperkecil diukur menggunakan multitester dan tegangan tersebut dimasukkan ke port ADC. Dari dua data tersebut dapat diketahui hubungan antara nilai tegangan yang telah diperkecil dengan nilai ADC. Nilai ADC deisetting untuk menampilkan nilai dalam besaran 8 bit (255). Maka nilai tegangan yang terbaca dapat dihitung sebagai berikut. !"#$%#$% !"#$%&% =

!"#$" !"# !"#$%&% !"#$" !"# !"!#

! !"#$%#$% !"!#

(4.1)

Nilai tegangan aki yang terbaca kemudian ditampilkan pada LCD. Aki berada pada kondisi yang memerlukan pengisian pada tegangan 12,4 volt. Oleh karena itu, jika nilai tegangan yang terbaca menunjukkan tegangan 12,4 volt, maka port C akan memberikan sinyal ke relay dan relay akan memutus arus yang mengalir ke sel elektrolisis.



51

4.5.2 Kecepatan Putaran Mesin Penghitungan kecepatan putaran mesin dilakukan menggunakan fasilitas timer interrupt pada mikrokontroller. Frekuensi yang dihitung mengambil dari sinyal pulsa dari pulser. Pulser merupakan sensor magnet yang mengandalkan prinsip Hall effect yang memberikan sinyal listrik ketika flywheel telah mengalami 1 putaran. Tegangan output pulser masih terlalu rendah untuk dapat dibaca mikon. Jika dilanjutkan, maka akan menghasilkan pembacaan yang tidak stabil. Oleh karena itu, tegangan keluaran pulser dimodifikasi dengan menggunakan rangkaian op-amp dengan transistor sebagai komponen utamanya. Tegangan pulsa masuk ke port interrupt 0 pada mikon (Port D2). Jumlah pulsa per menit dihitung dengan menggunakan fungsi timer yang menghitung jumlah pulsa yang dibaca mikon per detiknya, lalu ditampilkan ke LCD dalam satuan rpm setelah dikalikan 60.

Pulse r

Gambar 4.14 skema rangkaian pengkondisian sinyal Sumber: manual modul rotary encoder DINS

4.5.3 Suhu Sel Elektrolisis Pengukuran suhu sel elektrolisis dilakukan dengan menggunakan sensor suhu LM35. Sensor dipasang pada dinding luar sel elektrolisis dan diisolasi dari lingkungan dengan menggunakan aluminium foil. Hasil bacaan sensor



52

ditampilkan pada LCD. Berikut ini adalah gambar rangkaian sensor suhu yang digunakan dan penjelasan mengenai sensor suhu LM35.

Gambar 4.15 skema rangkaian sensor suhu LM35

Sensor suhu LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. Sensor Suhu LM35 yang dipakai dalam penelitian ini berupa komponen elektronika elektronika yang diproduksi oleh National Semiconductor. LM35 memiliki keakuratan tinggi dan kemudahan perancangan jika dibandingkan dengan sensor suhu yang lain, LM35 juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian kendali khusus serta tidak memerlukan penyetelan lanjutan.



53

Gambar 4.16 sensor LM35 Sumber: manual sensor LM35

1. Memiliki sensitivitas suhu, dengan faktor skala linier antara tegangan dan suhu 10 mVolt/ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius. 2. Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5ºC pada suhu 25 ºC seperti terlihat pada gambar 2.2. 3. Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC. 4. Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt. 5. Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 µA. 6. Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 ºC pada udara diam. 7. Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA. 8. Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC. Sensor LM35 bekerja dengan mengubah besaran suhu menjadi besaran tegangan. Tegangan ideal yang keluar dari LM35 mempunyai perbandingan 100°C setara dengan 1 volt. Sensor ini mempunyai pemanasan diri (self heating) kurang dari 0,1°C, dapat dioperasikan dengan menggunakan power supply tunggal dan dapat dihubungkan antar muka (interface) rangkaian control yang sangat mudah. IC LM 35 sebagai sensor suhu yang teliti dan terkemas dalam bentuk Integrated Circuit (IC), dimana output tegangan keluaran sangat linear terhadap perubahan suhu. Sensor ini berfungsi sebagai pegubah dari besaran fisis suhu ke besaran tegangan yang memiliki koefisien sebesar 10 mV /°C yang berarti bahwa kenaikan suhu 1° C maka akan terjadi kenaikan tegangan sebesar 10 mV.



54

Gambar 4.17 Rangkaian Sensor LM35 Sumber: manual sensor LM35

.Secara prinsip sensor akan melakukan penginderaan pada saat perubahan suhu setiap suhu 1 ºC akan menunjukan tegangan sebesar 10 mV. Pada penempatannya LM35 dapat ditempelkan dengan perekat atau dapat pula disemen pada permukaan akan tetapi suhunya akan sedikit berkurang sekitar 0,01 ºC karena terserap pada suhu permukaan tersebut. Dengan cara seperti ini diharapkan selisih antara suhu udara dan suhu permukaan dapat dideteksi oleh sensor LM35 sama dengan suhu disekitarnya, jika suhu udara disekitarnya jauh lebih tinggi atau jauh lebih rendah dari suhu permukaan, maka LM35 berada pada suhu permukaan dan suhu udara disekitarnya . 4.6 Komponen Keluaran Sistem Kontrol 4.6.1 Liquid Crystal Digital (LCD) Banyak sekali kegunaan LCD dalam perancangan suatu system yang menggunakan mikrokontroler. LCD berfungsi menampilkan suatu nilai hasil sensor,menampilkan teks,atau menampilkan menu pada aplikasi mikrokontroler. LCD yang digunakan adalah jenis LCD M1632. LCD M1632 merupakan modul LCD dengan tampilan 16 x 2 baris dengan konsumsi daya rendah. Modul tersebut dilengkapi dengan mikrokontroler yang didesain khusus untuk mengendalikan LCD. Berikut ini adalah konfigurasi pin dari LCD.



55

Gambar 4.18 konfigurasi pin LCD Sumber: elektro-kontrol.blogspot.com

Tabel 4.1 konfigurasi pin LCD

Sumber: elektro-kontrol.com

Pada modul kontrol elektrolisis ini, LCD digunakan untuk menampilkan kecepatan putaran mesin (rpm), tegangan aki, dan suhu sel elektrolisis. Dalam proses pemantauan dan pengambilan data, tampilan lcd direkam sehingga datadata yang ditampilkan lcd dapat ditabulasi dan diolah.



56

4.6.2 Relay Relay adalah sebuah saklar elekronis yang dapat dikendalikan dari rangkaian elektronik lainnya. Arus listrik yang mengalir pada kumparan relay akan menciptakan medan magnet yang kemudian akan menarik lengan relay dan mengubah posisi saklar, yang sebelumnya terbuka menjadi terhubung. Relay memiliki tiga kutub, yaitu COMMON : kutub acuan yang terhubung dengan sumber arus, NC (Normally Closed) : saklar dari relay yang dalam keadaan normal (relay tidak diberi tegangan) terhubung dengan common, NO (Normally Open) : saklar dari relay yang dalam keadaan normal (relay tidak diberi tegangan) tidak terhubung dengan common. Pole adalah jumlah common sedangkan throw adalah jumlah terminal output (NO dan NC). Berdasarkan jumlah kutub pada relay, maka relay dibedakan menjadi 4 jenis, yaitu: •

SPST = Single Pole Single Throw

•

SPDT = Single Pole Double Throw

•

DPST = Double Pole Single Throw

•

DPDT = Double Pole Double Throw

Pada modul kontrol sel elektrolisis, relay digunakan untuk memutus arus listrik yang mengalir ke sel elektrolisis saat sensor tegangan pada aki membaca nilai tegangan berada di bawah 12,4V (nilai tegangan dimana aki memerlukan pengisian). Ketika mikon membaca tegangan yang diperoleh dari nilai ADC aki berada di bawah 12,4V, mikon akan memberi nilai 1 ke port yang terhubung ke relay. Output relay dihubungkan ke kutub NC, sehingga begitu relay diberi nilai 1 maka arus listrik dari common ke keluaran relay akan terputus. (Sumber: manual modul relay DINS) 4.6.3 Driver PWM Untuk driver PWM, menggunakan IC motor driver A3995 yang biasa digunakan sebagai modul pengendali motor DC yang ringkas dan handal serta cocok untuk aplikasi robotik. Modul ini dapat digunakan untuk mengendalikan arah dan kecepatan putaran 2 buah motor DC menggunakan metode Pulse Width Modulation (PWM). Modul ini sudah dilengkapi dengan dual full H-bridge driver



57

serta antarmuka UART level TTL dan I2C sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan sistem lain. Berikut ini adalah spesifikasi driver yang digunakan. •

Sumber catu daya modul menggunakan tegangan 4,8 – 5,4 Volt.

•

Sumber catu daya motor menggunakan tegangan 8 – 36 Volt.

•

Menggunakan IC motor driver A3995

•

Modul kontrol terhubung dengan mikon ATTINY2313

•

Kemampuan Arus Kontinu tiap driver 2,4 A.

•

Pilihan frekuensi PWM yang tersedia 21,68 kHz, 2,71 kHz (default), 338,8 Hz, dan 84,7 Hz.

•

Dilengkapi dengan antarmuka UART TTL dan I2C.

Gambar 4.19 skema rangkaian driver dengan mikrokontroller Sumber: innovativeelectronics.com



BAB V HASIL PENGOLAHAN DATA DAN ANALISIS Pengujian sistem kontrol elektrolisis ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh yang ditimbulkan oleh digunakannya modul kontrol PWM pada sel elektrolisis. Pengujian secara keseluruhan terbagi menjadi dua bagian, yaitu pengujian kinerja sel elektrolisis dan pengujian kinerja pada motor bakar. Pengujian kinerja sel elektrolisis adalah untuk mengetahui hubungan antara nilai PWM, dengan arus yang masuk ke alat elektrolisis dan debit gas yang dihasilkan. Prosedur melakukan pengujian kinerja penerapan pada motor bakar adalah sebagai berikut: 1.

Pengujian mesin motor standar. Data yang diambil adalah daya dan torsi, emisi dan nilai konsumsi bahan bakar

2.

Pengujian mesin motor yang telah dimasukkan gas hidrogen dengan listrik yang bersumber dari kabel lampu depan. Listrik lampu depan berasal dari alternator, sehingga semakin besar rpm mesin, maka semakin besar listrik yang mengalir. Data yang diambil adalah daya dan torsi, emisi , nilai konsumsi bahan bakar, suhu reaktor dan energi listrik yang digunakan untuk mengelektrolisis.

3.

Pengujian mesin motor yang telah dimasukkan gas hidrogen dengan listrik yang bersumber dari aki setelah menggunakan modul kontroler Data yang diambil adalah daya dan torsi, emisi , nilai konsumsi bahan bakar, suhu reaktor dan energi listrik yang digunakan untuk mengelektrolisis


59

5.1 Data Debit Gas Hasil Elektrolisis Tabel 5.1 Tabel Debit Gas Hasil Elektrolisis

No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Persen PWM (%)

Nilai PWM (8bit)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Tegangan sinyal PWM ( V)

0 2550 5100 7650 10200 12750 15300 17850 20400 22950 25500

Arus (A) 0 1,2 2,4 3,6 4,8 6 7,2 8,4 9,6 10,8 12

0 0,22 0,48 0,6 0,83 0,9 1,02 1,14 1,21 1,35 1,4

Flowrate (cc/menit) 0 0 20 40 60 100 120 120 140 140 160

5.2 Data Daya dan Torsi 5.2.1 Daya dan Torsi Motor Standar

Gambar 5.1 Daya dan Torsi Motor Standar



60

5.2.2 Data Daya dan Torsi Motor dengan Hidrogen tanpa Sistem Kontrol

Gambar 5.2 Daya dan Torsi Motor dengan Hidrogen tanpa Sistem Kontrol

5.2.3 Data Daya dan Torsi Motor dengan Hidrogen dengan Sistem Kontrol

Gambar 5.3 Daya dan Torsi Motor dengan Hidrogen dengan Sistem Kontrol



61

5.3 Data Emisi Gas Buang 5.3.1 Data Emisi Motor Standar Berikut ini adalah data hasil percobaan dengan kondisi motor standar. Tabel 5.2 data hasil emisi gas buang pada kondisi motor standar

HC RPM CO (%) CO2 (%) (ppm) O2 (%) 2000 1,75 4,2 244 13,9 2500 2,16 4,4 189 14 3000 3,19 4,1 234 13,8 3500 3,25 4,1 223 13,6 4000 3,57 4,2 210 13,4 4500 3,61 4,4 201 13,4 5000 3,63 4,5 210 13,3

5.3.2 Data Emisi Motor dengan Hidrogen tanpa Sistem Kontrol Berikut ini adalah data hasil percobaan dengan kondisi motor dengan penambahan hidrogen tanpa sistem kontrol dan listrik mengambil langsung dari kabel lampu depan. Tabel 5.3 data hasil emisi gas buang pada kondisi motor dengan penambahan hidrogen tanpa sistem kontrol

HC RPM CO (%) CO2 (%) (ppm) O2 (%) 2000 1,67 3,5 236 13,9 2500 1,82 3,7 242 13,8 3000 1,88 3,8 232 13,7 3500 2,03 3,8 218 13,5 4000 2,31 3,9 203 13,4 4500 2,4 4 201 13,4 5000 2,69 4,1 205 13,3

5.3.3 Data Emisi Motor dengan Hidrogen menerapkan Sistem Kontrol Berikut ini adalah data hasil percobaan dengan kondisi motor dengan penambahan hidrogen dengan menerapkan modul sistem kontrol PWM.



62 Tabel 5.4 Data hasil emisi gas buang pada kondisi motor dengan penambahan hidrogen dengan kontrol PWM

RPM CO (%) CO2 (%) 2000 1,73 3,4 2500 1,82 3,5 3000 1,89 3,5 3500 1,97 3,8 4000 2,09 3,8 4500 2,22 3,9 5000 2,4 4,1

HC (ppm) O2 (%) 229 13,6 211 13,4 199 13,4 179 13,2 185 13,3 194 13,1 180 13,1

5.4 Data Tes Jalan Berikut ini adalah data hasil percobaan tes jalan dengan kecepatan teoritis konstan 30km per jam pada posisi gigi dua dengan jarak tempuh 3,1km dan perkiraan waktu 6,2 menit. Tabel 5.5 Data Hasil Tes Jalan pada Berbagai Kondisi Motor

1 2 3 1 2 3

Trial #

No Kondisi

1

Bensin Volume bensin terpakai (mL) 76 73 75 66 68

Motor standar

Dengan hidrogen 2 tanpa kontrol Hidrogen dengan 3 sistem kontrol

Listrik

Suhu (oC)

Konsumsi Listrik Konsumsi Suhu bensin terpakai listrik Lingkungan setelah (km/L) (W.h) (km/Wh) 40,79 42,47 41,33 46,97 45,59

0 0 0 1,2 1,4

0 0 0 2,6 2,2

35,5 35,4 35 35 34,8

36,7 36,4 37,1 41,8 43,2

67

46,27

1,3

2,4

35,1

42

1 2

62 64

50,00 48,44

1,8 1,7

1,7 1,8

35,2 36

43,2 44,1

3

63

49,21

1,8

1,7

35,7

44,9

5.5 Analisis Debit Gas Hasil Elektrolisis Pengambilan data dilakukan dengan melakukan variasi terhadap nilai persentase PWM dan melihat pengaruhnya terhadap tegangan sinyal PWM, kuat arus dan debit gas yang dihasilkan. Data tersebut ditampilkan dengan hubungan



63

antara debit gas dan kuat arus, serta hubungan antara debit gas dengan tegangan sinyal PWM.

Flowrate vs Ampere 180 Flowrate (cc/menit)

160 140 120 100 80 60 40 20 0 0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

Ampere Gambar 5.4 Grafik hubungan antara flow rate gas elektrolisis dengan kuat arus

Flowrate vs Volt 180 Flowrate (cc/menit)

160 140 120 100 80 60 40 20 0 0

2

4

6

8

10

12

14

Volt Gambar 5.5 Grafik hubungan antara flow rate gas elektrolisis dengan tegangan

Dari grafik 5.4, dapat dilihat bahwa kuat arus maksimum yang terjadi adalah 1,4A. Arus ini dapat dikarakterisasi sebagai arus yang kecil, sehingga



64

dapat dikatakan bahwa reaktor ini memiliki nilai hambatan yang besar. Untuk menghasilkan reaktor yang mampu memproduksi debit gas yang lebih besar, nilai hambatan reaktor harus dibuat sekecil mungkin dengan luasan permukaan yang sama. Caranya dapat dilakukan dengan memvariasikan bentuk reaktor, mengganti material plat ataupun dengan mengubah komposisi katalis atau dapat juga dengan mengganti air sebagai zat yang dielektrolisis. Pada grafik, terlihat bahwa debit gas semakin meningkat dengan meningkatnya besar kuat arus pada pengambilan data. Pada grafik 5.5, dapat dilihat hubungan antara besar tegangan sinyal PWM dengan debt gas yang dihasilkan. Semakin tinggi tegangan, maka semakin tinggi pula debit gas yang dihasilkan. Untuk menghasilkan efisiensi yang lebih tinggi, seperti disebutkan sebelumnya bahwa sel elektrolisis harus berada pada kondisi operasional kerja yaitu tegangan yang rendah (dibawah 1,25 Volt), dengan Ampere yang tinggi. Cara mewujudkannya adalah dengan mendesain reaktor dengan luas permukaan yang proporsional dan memiliki nilai hambatan yang rendah. 5.6 Analisis Daya dan Torsi Daya (BHP) dan torsi diperoleh dengan dynotest sepeda motor dengan pengambilan data berdasarkan putaran mesin. Data yang dapat dibandingkan adalah nilai maksimum dari BHP dan torsi sepeda motor. Berikut adalah data yang bersangkutan. Tabel 5.6 Data Hasil Dynotest pada Berbagai Kondisi Motor

No

Daya maksimum Torsi Maksimum RPM BHP (hp) RPM Torsi (ft-‐lbs) 1 Motor standar 7200 7,47 5000 6,4 2 Dengan hidrogen tanpa kontrol 7200 7,48 5400 6,32 Hidrogen dengan sistem 3 7400 7,52 5400 6,41 kontrol Kondisi

Dari tabel 5.6, dapat dilihat bahwa penambahan gas hasil elektrolisa ke dalam ruang bakar dapat meningkatkan nilai maksimum daya. Daya maksimum yang terjadi pada rpm 7400 sebesar 7,52HP dengan kondisi motor yang diberikan gas hidrogen dan menggunakan kontroler. Torsi maksimum yang terjadi pada rpm



65

5400 sebesar 6,41 ft-lbs dengan kondisi motor yang diberikan gas hidrogen dan menggunakan kontroler. Hal ini dapat dikarenakan nilai cepat rambat api pada gas hidrogen yang tinggi (dapat mencapai sekitar 300 cm/s lebih besar dibanding solar sekitar 40 cm/s). Jika hidrogen telah bercampur dengan udara dan bensin, ketika terjadi pengapian dari busi pada ruang bakar, hidrogen akan membantu meningkatkan kecepatan perambatan api pada ruang bakar, sehingga pembakaran dapat terjadi lebih sempurna. 5.7 Analisis Emisi Gas Buang 5.7.1 Analisis kandungan HC pada gas buang Kandungan HC pada emisi gas buang mengindikasikan banyaknya bahan bakar yang tidak terbakar pada proses pembakaran. Pembakaran yang baik memiliki kadar HC yang rendah. Semakin rendah kadar HC, proses pembakaran yang terjadi semakin mendekati sempurna. Berikut ini hasil percobaan pengambilan data emisi HC.

Emisi HC kadar HC (ppm)

300 250 200

Standar

150

H2 tanpa Kontrol

100

H2 dengan Kontrol

50 0 1500

2500

3500

4500

5500

RPM Gambar 5.6 Grafik emisi HC Tabel 5.7 penurunan kadar HC

Kadar ppm HC Standar H2 tanpa kontrol H2 dengan kontrol

Rata-‐rata kadar HC (ppm)

Penurunan kadar HC (ppm) 216 220 197

0 -‐4 19



66

Dari Grafik dan tabel, dapat dilihat bahwa kondisi penurunan HC tertinggi terjadi pada kondisi mesin yang diinjeksikan hidrogen dengan modul kontrol. Hal ini dikarenakan jumlah asupan flow rate hidrogen yang besar. Nilai HC yang rendah mengindikasikan bahwa bahan bakar terbakar lebih sempurna, sehingga emisi HC menurun. Nilai HC yang besar di rpm rendah

dikarenakan putaran mesin yang lebih

lambat sehingga katup intake lebih lama terbuka dan terlalu banyak hidrogen masuk ke ruang bakar, sehingga pembakaran menjadi kurang baik. 5.7.2 Analisis kandungan CO pada gas buang Gas CO merupakan produk dari hasil proses pembakaran yang tidak sempurna. Gas yang berbahaya untuk manusia Nilai kandungan CO yang semakin tinggi menunjukkan proses pembakaran dalam ruang bakar tidak baik. Kadar CO memiliki kecenderungan meningkat dengan meningkatnya putaran mesin (RPM), hal ini disebabkan putaran mesin tinggi membutuhkan pasokan bahan bakar dan udara yang lebih banyak sehingga produk hasil pembakarannya juga meningkat. Berikut ini grafik hasil pengukuran kandungan CO pada emisi gas buang kendaraan

Emisi CO 4

Kadar CO (%)

3.5 3 2.5

Standar

2

H2 tanpa Kontrol

1.5

H2 dengan Kontrol

1 0.5 0 1500

2500

3500 RPM

4500

5500

Gambar 5.7 Grafik kadar CO



67

Tabel 5.8 penurunan kadar CO

Kadar CO Standar H2 tanpa kontrol H2 dengan kontrol

Rata-‐rata kadar CO (%) Selisih kadar CO (%) 3,0 2,1 2,0

0,0 0,9 1,0

Dari grafik dan tabel terlihat bahwa kadar CO terendah terjadi pada kondisi mesin yang diinjeksikan hidrogen dengan kontrol. Hal ini dikarenakan jumlah asupan debit hidrogen yang besar. Nilai CO yang rendah mengindikasikan bahwa bahan bakar terbakar lebih sempurna, sehingga emisi CO menurun. 5.7.3 Analisis kandungan CO2 pada gas buang Gas CO2 merupakan produk hasil pembakaran sempurna. Pembakaran sempurna menghasilkan gas CO2 yang tinggi. Semakin tinggi kandungan CO2 pada emisi gas buang, semakin baik pembakaran yang terjadi. CxHy (g) + O2 (g)

CO2 (g) + H2O (g)

(5.1)

Dari reaksi pembakaran di atas menunjukkan CO2 merupakan produk hasil pembakaran sempurna. Oleh karena itu salah 1 indikator pembakaran yang baik yaitu memiliki kandungan CO2 yang tinggi pada emisi gas buang.



68

Kadar CO2 (%)

Emisi CO2 5 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 1500

Standar H2 tanpa Kontrol H2 dengan Kontrol

2500

3500

4500

5500

RPM Grafik 5.8 Grafik kadar CO2 Tabel 5.9 selisih kadar CO2

Kadar CO2 Standar H2 tanpa kontrol H2 dengan kontrol

Rata-‐rata kadar CO2 (%) Penurunan kadar CO2 (%) 4,3 0,0 3,8 0,5 3,7 0,6

Dari grafik dan tabel, kadar CO2 justru menurun pada motor yang diinjeksikan hidrogen. Tingginya kadar CO2

mengindikasikan

pembakaran yang sempurna. Data ini bertentangan dengan data emisi gas buang HC dan CO, yang menunjukkan kondisi mesin dengan hidrogen

yang

dilengkapi

modul

kontrol

sebagai

penghasil

pembakaran yang lebih baik. Perbedaan persepsi ini dapat terjadi karena kesalahan atau keakurasian alat gas analyzer yang mengalami error.

5.7.4 Analisis kandungan O2 pada gas buang Gas O2 yang dihasilkan merupakan sisa dari pereaksi proses pembakaran yang tidak bereaksi. Pembakaran yang baik menghasikan emisi dengan kadar O2 yang rendah karena O2 bereaksi dengan bahan bakar.



69

Emisi O2 14.2

Kadar O2 (%)

14 13.8

Standar

13.6

H2 tanpa Kontrol

13.4

H2 dengan Kontrol

13.2 13 1500

2500

3500

4500

5500

RPM Gambar 5.9 Grafik kadar O2 Tabel 5.10 penurunan kadar O2

Kadar O2 Standar H2 tanpa kontrol H2 dengan kontrol

Rata-‐rata kadar O2 (%) Penurunan kadar O2 (%) 13,6 0,0 13,6 0,0 13,3 0,3

Dari grafik dan tabel terlihat bahwa kadar O2 terendah terjadi pada kondisi mesin yang diinjeksikan hidrogen dengan kontrol. Hal ini dikarenakan jumlah asupan flow rate hidrogen yang besar. Nilai O2 yang rendah mengindikasikan bahwa bahan bakar terbakar lebih sempurna, sehingga emisi O2 menurun. O2 yang bereaksi dengan bahan bakar menjadi lebih banyak, sehingga sisa O2 yang keluar pada saluran gas buang menjadi lebih sedikit.



70

5.8 Analisis Konsumsi Bensin Tabel 5.11 Penghematan konsumsi bensin

Tri al #

N Kondisi o

1 2 3 1 2 3 1 2 3

1 Motor standar Dengan 2 hidrogen tanpa kontrol Hidrogen 3 dengan sistem kontrol

Volume bensin terpakai (mL) 76 73 75 66 68 67 62 64 63

Bensin Konsumsi Rataan Penghe bensin konsumsi matan (km/L) bensin (km/L) (%) 40,79 42,47 41,53 0,00 41,33 46,97 45,59 46,28 11,43 46,27 50,00 48,44 49,21 18,51 49,21

Konsumsi Bensin 49.21

Konsumsi bensin (km/L)

50.00 48.00

46.28

46.00 44.00 42.00

41.53

40.00 38.00 36.00 Motor standar

Dengan hidrogen tanpa kontrol

Hidrogen dengan sistem kontrol

Gambar 5.10 Grafik penghematan konsumsi bensin

Dari tabel di atas, dapat diketahui bahwa penghematan terbesar terjadi pada kondisi uji motor dengan hidrogen yang dilengkapi dengan modul sistem kontrol. Hal ini dapat disebabkan karena pada kecepatan 30km/jam, mesin butuh suplemen gas hasil elektrolisis pada proses pembakaran.



71

Sehingga

jumlah

hidrogen

yang

dihasilkan

sel

elektrolisis

dapat

mendongkrak kinerja mesin. Simpangan baku yang terjadi pada data pengukuran konsumsi bensin adalah sebesar 1,71%. Kecilnya nilai simpangan baku menandakan bahwa sebaran data yang terjadi memiliki simpangan yang kecil. 5.9 Analisis Konsumsi Energi Listrik Tabel 5.12 penghematan konsumsi energi listrik

No

Trial #

Kondisi

1 Motor standar Dengan 2 hidrogen tanpa kontrol Hidrogen 3 dengan sistem kontrol

1 2 3 1 2 3 1 2 3

Listrik Listrik Konsumsi Rataan Konsumsi Penghem terpakai listrik listrik (km/Wh) atan (%) (W.h) (km/Wh) 0 0 0 0 0 0 0 0 1,2 2,6 1,4 2,2 2,4 0 1,3 2,4 1,8 1,7 1,7 1,8 1,8 -‐26,65 1,8 1,7

Konsumsi Listrik Konsumsi listrik (km/w.h)

3.00 2.39

2.50

1.76

2.00 1.50 1.00 0.50 0.00

0.00 Motor standar

Dengan hidrogen tanpa kontrol

Hidrogen dengan sistem kontrol

Gambar 5.11 Grafik penghematan konsumsi energi listrik



72

Dari tabel di atas, dapat diketahui bahwa penghematan terbesar terjadi pada kondisi uji motor dengan hidrogen tanpa sistem kontrol, Hal ini dikarenakan arus listrik mengalir dari kabel lampu depan ke sel elektrolisis. Listrik mengalir dengan tegangan dan arus yang meningkat seiring dengan meningkatnya putaran mesin. Konsumsi listrik sel elektrolisis dengan modul kontrol lebih boros diakibatkan karena mapping PWM nya memang ditargetkan untuk menghasilkan debit gas hasil elektrolisa yang lebih besar. Simpangan baku yang terjadi pada data pengukuran konsumsi energi listrik adalah sebesar 3,68%. Kecilnya nilai simpangan baku menandakan bahwa sebaran data yang terjadi memiliki simpangan yang kecil.

5.10 Analisis Suhu Sel Elektrolis Setelah Tes Jalan Tabel 5.13 Suhu sel elektrolisis setelah tes jalan

No Kondisi

Trial #

1 Motor standar

2 Dengan hidrogen tanpa kontrol

3 Hidrogen dengan sistem kontrol

1 2 3 1 2 3 1 2 3

Suhu (oC) Lingkungan Suhu setelah 35,5 36,7 35,4 36,4 35 37,1 35 41,8 34,8 43,2 35,1 42 35,2 43,2 36 44,1 35,7 44,9

Dari tabel 5.8, dapat terlihat bahwa sel elektrolisis yang telah dilengkapi modul kontrol menghasilkan kalor yang lebih tinggi. Hal ini dapat dikarenakan oleh lebih besarnya laju produksi elektrolisis di dalam sel. Namun peningkatan suhu tersebut masih dalam batas yang rendah. Penyebabnya adalah desain sel elektrolisis dengan sistem dry cell. Dengan bentuk desain ini, panas yang dihasilkan sel elektrolisis mengalir kembali ke reservoir cairan aquades. Sebagian panas tersebut masuk bersama gas hidrogen ke ruang bakar, sebagian hilang saat



73

konduksi pada reservoir, dan sebagian kembali ke sel elektrolisis. Pada sel elektrolisis dengan sistem wet cell, suhu sel elektrolisis dapat mencapai diatas 60 o

C.



BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN 6.1 Kesimpulan Dari Penelitian ini dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut : 1. Secara umum, penerapan sel elektrolisis berbasis Pulse Width Modulation memperbaiki kinerja motor bakar 4 langkah dengan meningkatnya debit gas hasil elektrolisis, dapat dilihat dari meningkatnya daya dan torsi, menurunnya emisi polutan gas buang HC dan CO dan penghematan konsumsi bensin dan energi listrik. 2. Dengan menerapkan modul kontrol, dapat meningkatkan maksimum BHP hingga 0,05HP, meningkatkan maksimum torsi sebesar 0,1 ft-lbs dan penghematan bensin sebesar 18,51% dibandingkan dengan motor standar.

6.2 Saran 1. Untuk penelitian selanjutnya, kontrol sel elektrolisis dapat dilakukan dengan menentukan timing pemasukan hidrogen dan jumlahnya seperti injektor bertekanan pada motor injeksi. 2. Dapat digunakan zat cair lain (selain air) sebagai zat yang dielektrolisis. Kriteria zat cair tersebut adalah yang berdasarkan reaksinya membutuhkan beda

potensial

terkecil

dan

dapat

menghasilkan

dielektrolisis.

74


hidrogen

jika

DAFTAR REFERENSI

Andrianto, Heri. (2008). Pemrograman Mikrokontroler AVR ATMEGA16 Menggunakan Bahasa C [Codevision AVR]. Bandung: Penerbit Informatika. Bentley, R. W. (2009). The expected dates of resource-limited maxima in the global production of oil and gas. Springerlink science. Duncan, Richard C dan Walter Youngquist. (1999). Encircling the Peak of World Oil Production. Springerlink Journal. Kelly, Patrick. (2007). A Practical Guide to Free Energy Devices. Narutomo, Arandityo. (2011). Analisis Penggunaan Gas Hidrogen Hasil Elektrolisis Air Pada Motor Bakar 4 Langkah Yang Diinjeksikan Setelah Karburator Dengan Variasi Derajat Timing Pengapian. Skripsi, Program Sarjana Fakultas Teknik UI, Depok. Sugiarto, Bambang. Motor Pembakaran Dalam. Jakarta: Universitas Indonesia Utama, Didi Widya. (2011). Pengembangan Model Sistem Kontrol Traksi Kendaraan Hibrida Berpenggerak Motor Listrik yang Terintegrasi. Tesis, Departemen Teknik Mesin UI, Depok. Yilmaz, Ali Can, Erinc Uludamar dan Kadir Aydin. (2010). Effect of Gas Hidroxy (HHO) Gas Adition on Performance and Exhaust Emissions in Compression Ignition Engine. International Journal of Hydrogen Energy, sciencedirect. Buku Pedoman Reparasi Supra X-125 Helm-In. Jakarta: PT Astra Honda Motor artechbdg.wordpress.com , diakses pada 24 Juni 2012 digilib.ittelkom.ac.id , diakses pada 28 Juni 2012 dynojet.com , diakses pada 25 Juni 2012 ebay.com , diakses pada 11 Juni 2012 elektro-kontrol.blogspot.com , diakses pada 25 Juni 2012 ini-robot.blogspot.com , diakses pada 2 Juli 2012 innovativeelectronis.com , diakses pada 25 Juni 2012 technotest.com , diakses pada 15 Juni 2012 web.mit.edu , diakses pada 20 Juni 2012

75


LAMPIRAN

76



77

Grafik Perbandingan Power dan Torsi Hasil Dynotest antara Motor Standar, Dengan Hidrogen Menggunakan Listrik dari Alternator, dan Dengan Hidrogen dengan Penggunaan Kontroler



78

Grafik Power dan Torsi Hasil Dynotest pada Motor Standar



79 Grafik Power dan Torsi Hasil Dynotest Motor Dengan Hidrogen Menggunakan Listrik dari Alternator



80 Grafik Power dan Torsi Hasil Dynotest Motor Dengan Hidrogen dengan Penggunaan Kontroler



ANALISIS KINERJA SEL ELEKTROLISIS BERBASIS KONTROL TEGANGAN PULSE WIDTH MODULATION UNTUK PENINGKATAN KINERJA MOTOR BAKAR SKRIPSI

Recommend Documents