APLIKASI TEKNIK RESONANSI PADA GENERATOR HHO UNTUK MOTOR BAKAR INTERNAL SKRIPSI IGNATIUS INDRAWAN SUMAWINATA F

APLIKASI TEKNIK RESONANSI PADA GENERATOR HHO UNTUK MOTOR BAKAR INTERNAL

SKRIPSI

IGNATIUS INDRAWAN SUMAWINATA F14080101

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2013

RESONANCE TECHNIQUE IN HHO GENERATOR FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE Ignatius Indrawan Sumawinata and Radite Praeko Agus Setyawan Department of Mechanical and Biosystem Engineering, Faculty of Agricultural Technology, Bogor Agricultural University, IPB Darmaga Campus, PO Box 220, Bogor, West Java, Indonesia Phone 62 81386430057, e-mail: [email protected]

ABSTRACT Application of HHO gas as fuel had been generaly used. Though there was still controversy regarding its efficiency and efectiveness . In this research, hydrogen that hopefully could become an alternative renewable energy was produced by the electrolysis process. HHO was the mixture of hydrogen gas and oxygen gas that was formed in HHO dry generator. In HHO cell (dry) generator contained 10 cells, and each cell required 2.4 voltage. Furthermore, resonance DC application was evaluated to gain the better electrolysis efficiency. The test was held by using 2 level of electrolyte consentration, 0.178 M KOH and 0.446 M KOH. Each concentration was tested by 3 size of inductors, 8uH, 40uH, and 100uH. Not only single frequency was used, but modulatedfrequency was used also as well. In order to measure the improvement of resonance techinique application, specific energy was compared between using resonance technique and conventionaltechnique.Specific energy was calculated between output (mass of hydrogen) and input energy (watt hour). In this test,input of specific energy was measured in two condition:energy from the source (total) and energy in HHO generator only. From the test, it could be concluded that modulated frequency, by using40 Hz and 2405 Hz frequency, 100uH inductor, and 0.446 M OH, only 61% of total specific energy that was used in HHO generator. It needed23.91 watt hour energy (total) to produce 1 gram of hydrogen gas.On the other hand, the worst performance was happened in single frequency, 11270Hz, 8uH of inductor, and 0.178 KOH, where the loss of specific energy was 82%. The conventional technique only loosed about 0.5% of specific energy in 0.178 KOH needed 51.37watt hour to provide one gram of hydrogen. The loss was happened due to the excess of current that was converted into head in MOSFET. Hopefully the further research will be held again by using wet type of HHO generator because dry generator did not have fixed capacity value and it maked difficulty for calculating the perfect resonance condition. Keywords: HHO, Resonance, Frequency, Specific Energy

Ignatius Indrawan Sumawinata.F14080101.Aplikasi Teknik Resonansi Pada Generator HHO Untuk Motor Bakar Internal.Di bawah bimbingan Radite Praeko Agus Setyawan. 2013.

RINGKASAN Penggunaan gas hidrogen sebagai sumber energi pada masa kini sudah umum digunakan.Meskipun demikian, masih terdapat kontroversi tentang efisiensi dan efektivitas dari pengaplikasian gas hidrogen tersebut. Pada penelitian ini, akan diteliti kemungkinan penggunaan gas hidrogen pada traktor pertanian yang diumpankan langsung melalui proses elektrolisis air dengan menggunakan generator HHO tipe kering di traktor pertanian dengan sistem Hydrogen on demand. Terdapat 2 jenis generator HHO yang umumnya digunakan yakni tipe sel basah dan tipe sel kering.Generator HHO tipe sel kering memiliki tingkat efisiensi lebih tinggi dibandingkan dengan tipe sel basah karena dapat memindahkan panas ke lingkungan secara lebih cepat. Namun demikian, teknik resonansi yang berprinsip mengurangi hambatan dalam yang terjadi pada generator HHO dapat meningkatkan efisiensi proses elektrolisis, sehingga daya yang terbuang menjadi lebih sedikit. Pada penelitian ini, generator HHO tipe sel kering akan diujicoba dengan tujuan antara lain: mengetahui performa elektrolisis tipe sel kering, mendapatkan respon frekuensi yang sesuai untuk menghasilkan resonansi, dan menguji apakah resonansi memiliki efek positif dalam produksi volume HHO maupun penggunaan daya dari proses elektrolisist tersebut. Langkah-langkah yang dilakukan dalam pengujian ini antara lain: manufaktur generator HHO, uji fungsional, pengukuran kapasitansi generator HHO, perancangan gelombang PWM, dan uji performa efek resonansi. Pada proses manufaktur dan perancangan generator HHO, bagian utama dari sistem ini adalah generator HHO dan reservoir. Generator HHO ini terdiri dari 2 buah 5 sel yang disusun secara paralel sehingga menjadi 10 sel dan membutuhkan tegangan sebesar 12 volt.Reservoir berfungsi sebagai wadah penampungan karena pada sistem sel kering, larutan elektrolit (KOH) bergerak secara sirkulasi. Hal selanjutnya yang perlu dilakukan adalah uji fungsional untuk memastikan agar generator HHO ini berjalan dengan baik sebelum dilakukan pengujian selanjutnya, yakni uji kebocoran dan pengujian apakah generator HHO ini dapat berjalan dengan baik.Bila pada uji fungsional ini terdapat kegagalan, maka perlu diperbaiki sebelum dilanjutkan ke tahap selanjutnya. Dalam teknik resonansi DC ini, diperlukan gelombang agar tegangan dapat berosilasi untuk kemudian dapat terjadi keadaan resonansi, oleh karena itu diperlukan perancangan gelombang PWM.Gelombang PWM dihasilkan melalui IC 555 yang kemudian diumpankan ke MOSFET sebagai saklar elektrik dan penguat arus. Generator HHO yang terdiri dari lempeng-lempeng tipis yang dipisahkan oleh elektrolit memiliki sifat yang sama dengan kapasitor.Dilakukan pengukuran nilai kapasitansi generator HHO agar dapat diketahui pada frekuensi berapa gelombang dapat diumpankan dan besaran induktansi berapa agar respon resonansi dapat tercapai. Metoda pengukuran yang dilakukan adalah dengan menyusun generator HHO secara seri dengan resistor dan diukur waktu yang dibutuhkan sampai mencapai 0.693 besaran tegangan maksimum bila dimulai dari tegangan minimum, atau 0.693 dari besaran tegangan minimum bila dimulai dari tegangan maksimum. Untuk mengetahui tingkat efisiensi yang terjadi setelah dilakukan teknik resonansi, besaran yang diukur antara lain, daya yang dibutuhkan, daya yang digunakan di generator HHO, dan jumlah gas hidrogen yang dihasilkan pada satuan waktu tertentu. Pengujian dilakukan dengan menggunakan 2 buah konsentrasi larutan KOH, yakni 0.178 M dan 0.446 M. Masing- masing larutan terdiri dari 3 jenis penggunaan induktor, yakni 8uH, 40uH, dan 100uH.Pada tiap perlakuan induktor dilakukan

pengujian 5 buah frekuensi tunggal dan 3 buah frekuensi majemuk dengan masing-masing perlakuan dilakukan 3 kali ulangan. Setelah dilakukan pengujian, didapatkan hasil bahwa penggunaan larutan KOH 0.178 M mengalirkan arus yang lebih rendah, yakni 3.6 Ampere dibandingkan dengan penggunaan larutan KOH 0.446 M, yang mampu mengalirkan 7.2 Ampere, sehingga terjadi perbedaan sekitar 50%. Meskipun demikian, pada bagian debit gas HHO yang dihasilkan, penggunaan KOH 0.446 Mampu mengalirkan debit sebesar 5.12 ml/.detik hanya lebih baik sebesar 46% dibandingkan dengan penggunaan larutan KOH 0.178 M air yang menghasilkan debit sebesar 2.77 ml/ detik. Setelah dilakukan pengukuran kapasitansi generator HHO, baik pada penggunaan larutan KOH 0.178 Mmaupun 0.446 M, tidak menunjukan hasil yang konsisten. Pada penggunaan KOH 10 gram per liter air, pada penggunaan resistor 492 Ω, nilai kapasitansi yang didapat adalah 165mF yang merupakan nilai terkecil. Sedangkan nilai kapasitansi yang terbesar terjadi pada penggunaan resistor 984Ω yakni sebesar 249mF.Sedangkan pada penggunaan resistor 1973Ω, nilai kapasitansi yang didapat adalah 198mF. Pada penggunaan KOH 0.446 M, nilai kapasitansi terbesar yakni 246mF terjadi pada penggunaan resistor 1973Ω, sedangkan nilai kapasitansi terkecil terjadi pada penggunaan resistor 984Ω sebesar 129mF, sedangkan pada penggunaan 495Ω resistor nilai kapasitansi yang didapatkan adalah 167mF. Oleh karena tidak adanya nilai kapasitansi yang tetap, pengujian titik resonansi dilakukan dengan mencari frekuensi yang menghasilkan tingkat arus tertinggi. Pada pengujian kinerja MOSFET, diketahui bahwa ketika input menuju MOSFET adalah on, maka tegangan output yang terjadi mencapai nilai minimum, sedangkan ketika input MOSFET adalah off, maka tegangan output yang terjadi mencapai nilai maksimum. Meskipun demikian, terjadi keterlambatan antara aksi dan reaksi dari perubahan nilai MOSFET ini. Dari berbagai perlakuan, dapat terlihat bahwa hal yang menyebabkan kehilangan energi spesifik yang begitu besar adalah, ketika MOSFET dalam keadaan on, maka antara kaki d dan kaki s yang memiliki hambatan yang rendah berada pada lokasi paralel dengan generator HHO, ketika generator HHO diberi tegangan sebesar 10volt, pada saat yang sama antara kaki d dan kaki s terjadi tegangan yang sama dan menyebabkan adanya arus yang sangat besar yang tidak termanfaatkan dan terbuang menjadi panas. Perlakuan frekuensi termodulasi dapat memberikan efisiensi yang lebih tinggi karena waktu on yang terjadi lebih sedikit dibandingkan ketika pada frekuensi tunggal. Berdasarkan seluruh perlakuan yang dilakukan dapat disimpulkan bahwa generator HHO sudah dapat berfungsi dengan baik pada keadaan normal dengan larutan KOH mempengaruhi arus yang dikonsumsi dan debit HHO yang dihasilkan. Selain itu, generator HHO tidak memiliki nilai kapasitansi yang tetap, sehingga perhitungan untuk mencapai resonansi tidak dapat dilakukan, melainkan hanya dengan pemantauan melalui penggunaan arus tertinggi.Penggunaan efek resonansi yang terbaik terjadi pada frekuensi termodulasi yang dengan penggunaan induktor 100uH, larutan KOH 0.446 M, dan memiliki tingkat kehilangan energi spesifik sekitar 39% dengan total energi yang digunakan adalah 123.91 (watt jam/ gram hidrogen) dan energi yang digunakan di generator adalah 75.12 (watt jam/ gram hidrogen) pada frekuensi 40 Hz dan 2405 Hz. Pada pengujian dengan cara konvensional, penggunaan larutan KOH 0.178 M memiliki tingkat kehilangan energi spesifik yang lebih kecil, yakni hanya sebesar 0.5%, dengan total energi yang digunakan adalah 51.37 watt jam/ gram hirdogen, energi yang digunakan pada generator adalah 51.34 watt jam/ gram hidrogen. Sedangkan penggunaan larutan KOH 0.446 M memiliki tingkat kehilangan energi sebesar 1.1%, dengan total energi yang digunakan sebesar 54.09 watt jam/ gram hidrogen, dan energi yang digunakan di generator adalah 53.46 watt jam/ gram hidrogen. Berdasarkan pengujian yang dilakukan, meskipun dengan menggunakan larutan KOH 0.446 M yang mampu menghasilkan debit hidrogen sebesar 5.12 ml/ detik, masih tidak mampu untuk menghasilkan penghematan bahan bakar sebesar 10% pada traktor diesel, karena membutuhkan debit hidrogen sebesar 145 ml/ detik debit hidrogen pada rpm 2200.

Judul Skripsi : Aplikasi Teknik Resonansi Pada Generator HHO Untuk Motor Bakar Internal Nama : Ignatius Indrawan Sumawinata NRP : F14080101

Menyetujui Dosen Pembimbing Akademik

Dr. Ir. Radite P.A. Setiawan, M.Agr NIP. 19621223 1986 01 1 001

Mengetahui Ketua Departemen

(Dr. Ir. Desrial, M.Eng) NIP. 19661201 199103 1004

Tanggal Lulus:

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi dengan judul Aplikasi Teknik Resonansi pada Generator HHO untuk Motor Bakar Internaladalah hasil karya saya sendiri dengan arahan Dosen Pembimbing Akademik, dan belum disajikan dalam bentuk apapun pada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.

Bogor,Februari 2013 Yang membuat pernyataan

Ignatius Indrawan Sumawinata F14080101

© Hak Cipta milik Institut Pertanian Bogor, tahun 2013 Hak cipta dilindungi Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa ijin tertulis dari Institut Pertanian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam bentuk apapun, baik cetak, fotokopi, microfilm, dan sebagainya.

BIODATA PENULIS

Ignatius Indrawan Sumawinata. Lahir di Kyoto, 20 Januari 1990 sebagai putra pertama dari dua bersaudara. Penulis menamatkan SMA pada tahun 2008 dari SMA Regina Pacis Bogor dan pada tahun yang sama diterima di IPB melalui Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Penulis memilih program studi Teknik Pertanian, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian.Pada tahun 2011 penulis menjadi asisten mata kuliah mekanika fluida.Pada tahun 2011 penulis melakukan praktik lapangan di PT. Riau Andalan Pulp and Paper, Riau dengan judul “Mempelajari Perawatan dan Pemeliharaan Mesin Produksi Area Woodyard PT. Riau Andalan Pulp and Paper”.Pada bulan Februari tahun 2012 penulis berkesempatan untuk melakukan seminar international pada International Agricultural Student Symposium di Universitas Putera Malaysia dengan judul “Mechanization Challenges on Sugarcane Harvesting and Transportation in Indonesia”. Pada bulan Maret tahun 2012 penulis juga berkesempatan untuk mengikuti Good Practice Program yang diadakan di Niigata University, Jepang, dan mempresentasikan makalah yang berjudul: “Addition of Hydrogen Gas in Internal Combustion Engine”. Sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian, penulis menyelesaikan skripsi yang berjudul “Aplikasi Teknik Resonansi pada Generator HHO untuk Motor Bakar Internal”.

KATA PENGANTAR Puji serta syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan karena penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul ”Aplikasi Teknik Resonansi Pada Generator HHO Untuk Motor Bakar Internal”. Dalam skripsi ini penulis mencoba menjelaskan latar belakang dan tujuan yang dipilih penulis dalam hal memilih judul penelitian serta dibahas juga hasil dari penelitian yang telah dilakukan. Latar belakang dan tujuan pun didampingi dengan literatur – literatur yang mendasari penulis untuk melakukan penelitian dan menyusun metode yang akan digunakan pada saat penelitian. Pada kesempatan kali ini.penulis mengucapkan terimakasih kepada: 1. Dr. Ir. Radite P.A.S. M.Agr selaku dosen pembimbing akademik yang telah membantu dan membimbing penulis sehingga dapat menyelesaikan skripsi ini. 2. Dr. Ir. Wawan Hermawan. MS dan Dr. Ir. Faiz Syuaib. MS selaku dosen penguji skripsi yang terlah membantu penulis sehingga dapat menyelesaikan skripsi ini. 3. Kedua Orangtua penulis serta kakak yang senantiasa memberikan doa dan tiada berhenti memberikan dukungan terhadap penulis selama ini. 4. Pihak RAMP-IPB yang telah mendukung penelitian ini dengan memberikan dana bagi untuk kebutuhan penelitian ini. 5. Bapak Bandi beserta seluruh teknisi yang telah membantu selama penelitian ini berlangsung. 6. Saudara Pandu Gunawan. Tahir Sapsal.Ahmad Eriska. Salman Al-Farisi. Bintarjo Agus.Trio Andrelov yang tanpa pamrih membantu selama penelitian berlangsung. 7. Micha Gracianna Devi.terima kasih atas dukungan dan bantuannya selama ini. 8. Teman – teman Teknik Mesin dan Biosistem angkatan 45 yang sudah sangat banyak membantu dan memberikan dukungan terhadap penulis. Akhirnya penulis berharap semoga tulisan ini bermanfaat dan memberikan kontribusi nyata terhadap perkembangan ilmu pengetahuan di bidang teknologi pertanian.

Bogor, Februari 2013

Penulis

iii

DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR ............................................................................................................................................. 1 DAFTAR ISI .......................................................................................................................................................... iv DAFTAR GAMBAR............................................................................................................................................... v DAFTAR TABEL .................................................................................................................................................. vi DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................................................................... vii I.

PENDAHULUAN ......................................................................................................................................... 8

A.

LATAR BELAKANG ............................................................................................................... 8

B.

TUJUAN ................................................................................................................................... 9

II.

TINJAUAN PUSTAKA .............................................................................................................................. 10

A.

Hidrogen .................................................................................................................................. 10

B.

Sel Elektrolisis ......................................................................................................................... 10

C.

Kapasitor ................................................................................................................................. 13

D.

Induktor ................................................................................................................................... 14

F.

Resonansi................................................................................................................................. 15

G.

PWM ....................................................................................................................................... 16

III.

METODE PENELITIAN ............................................................................................................................ 17

A.

Waktu Dan Tempat .................................................................................................................. 17

B.

Alat Dan Bahan ....................................................................................................................... 17

C.

Tahapan Penelitian .................................................................................................................. 17

IV.

PERANCANGAN ....................................................................................................................................... 26

A.

Rancangan Fungsional ............................................................................................................. 26

B.

Rancangan Struktural .............................................................................................................. 28

C.

Perancangan Kebutuhan Gas Hidrogen ................................................................................... 26

V.

HASIL dan PEMBAHASAN ...................................................................................................................... 30

A.

Perbandingan Konsentrasi KOH.............................................................................................. 30

B.

Kapasitansi Generator HHO .................................................................................................... 31

C.

Pengujian Kinerja MOSFET ................................................................................................... 31

D.

Perbandingan Daya Yang Digunakan Pada KOH 0.178 M ..................................................... 32

E.

Perbandingan Daya Yang Digunakan Pada KOH 0.446 ......................................................... 36

VI.

KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................................................................... 42

A.

Kesimpulan .............................................................................................................................. 42

B.

Saran ........................................................................................................................................ 42

DAFTAR PUSTAKA............................................................................................................................................ 43

iv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.

Halaman Elektrolisis dengan 2 pelat elektroda .............................................................................. 11

Gambar 2.

Sel elektrolisis dengan menggunakan lilitan kawat ........................................................ 12

Gambar 3.

Sel elektrolisis tipe basah ............................................................................................... 12

Gambar 4.

Sel elektrolisis tipe kering .............................................................................................. 13

Gambar 5.

Hubungan arus dan tegangan pada kapasitor ................................................................. 13

Gambar 6.

Hubungan arus dan tegangan pada induktor .................................................................. 14

Gambar 7.

a.) Rangkaian RLC paralel.b) rangkaian RLC seri ......................................................... 16

Gambar 8.

Sinyal siklus kerja pada PWM ....................................................................................... 16

Gambar 9.

Tahapan penelitian ......................................................................................................... 18

Gambar 10. Generator Pulsa .............................................................................................................. 20 Gambar 11. Skema resonansi ............................................................................................................. 20 Gambar 12. Sirkuit pengukuran kapasitansi generator HHO ............................................................. 22 Gambar 13. Skema pengujian efek resonansi .................................................................................... 22 Gambar 14. Sirkuit pengukuran energi listrik .................................................................................... 23 Gambar 15. Alat pengukur debit gas .................................................................................................. 24 Gambar 16. a. Pelat elektroda positif, b Pelat elektroda negatif ........................................................ 28 Gambar 17. Viton O-ring ................................................................................................................... 29 Gambar 18. Napel .............................................................................................................................. 29 Gambar 19. Perbandingan konsentrasi larutan dengan arus yang terjadi ........................................... 30 Gambar 20. Perbandingan konsentrasi larutan dengan debit HHO yang dihasilkan .......................... 30 Gambar 21. Perbandingan tegangan input dan output mosfet ............................................................ 31 Gambar 22. Pengaruh frekuensi terhadap energi spesifik pada 10 gram KOH dan induktor 8uH ..... 34 Gambar 23. Pengaruh frekuensi terhadap energi spesifik pada 10 gram KOH dan induktor 10uH ... 34 Gambar 24. Pengaruh frekuensi terhadap energi spesifik KOH 0.178 M dan induktor 100uH ......... 35 Gambar 25. Gelombang tegangan pada frekuensi 11270 Hz induktor 8uH ....................................... 36 Gambar 26. Gelombang tegangan pada frekuensi majemuk 43 Hz dan 2430 Hz induktor 100uH .... 36 Gambar 27. Pengaruh frekuensi terhadap energi spesifik KOH 0.446 M dan induktor 8uH ............. 38 Gambar 28. Pengaruh frekuensi terhadap energi spesifik KOH 0.446 M dan induktor 40uH ........... 38 Gambar 29. Pengaruh frekuensi terhadap energi spesifik KOH 0. 446 M dan induktor 100uH ........ 39 Gambar 30. Gelombang tegangan yang terjadi pada frekuensi 14280 Hz induktor 8uH ................... 39 Gambar 31. Gelombang tegangan pada frekuensi 40 Hz dan 2405 Hz induktor 100uH ................... 40 Gambar 32. Skema Rangkaian generator HHO ................................................................................. 41

v

DAFTAR TABEL

Tabel 1.

Halaman Nilai kalor dari beberapa bahan bakar ................................................................................ 10

Tabel 2.

Spesifikasi traktor uji (Sumber : Yanmar Indonesia 2012)................................................. 26

Tabel 3.

Data kapasitansi generator HHO dengan larutan KOH 0.178 M ........................................ 32

Tabel 4.

Data kapasitansi generator HHO dengan larutan KOH 0.446 M ........................................ 32

Tabel 5.

Data hubungan frekuensi dan arus pada larutan KOH 0.178 M pada induktor 8 uH ......... 33

Tabel 6.

Data hubungan frekuensi dan arus pada larutan KOH 0.178 M pada induktor 40 uH ....... 33

Tabel 7.

Data hubungan frekuensi dan arus pada larutan KOH 0.178 M pada induktor 100 uH ..... 33

Tabel 8.

Data hubungan frekuensi dan arus pada KOH 0.446 M pada induktor 8 uH ..................... 37

vi

DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1.

Daftar komponen yang digunakan pada generator PWM ......................................................... 45

Lampiran 2.

Kegunaan dari masing-masing kaki pada IC NE 555 ............................................................... 46

Lampiran 3.

Kegunaan dari kaki pada MOSFET IRFP 460.......................................................................... 47

Lampiran 4.

Data pengukurandengan larutan KOH 0.178 M. induktor 8 uH ............................................... 48

Lampiran 5.

Data pengukurandengan larutan KOH 0.178 M. induktor 40 uH ............................................. 49

Lampiran 6.

Data pengukurandengan larutan KOH 0.178 M. induktor 100 uH ........................................... 50

Lampiran 7.

Data pengukuran dengan larutan KOH 0.446 M. induktor 8 uH .............................................. 51

Lampiran 8.

Data pengukuran dengan larutan KOH 0.446 M.induktor 40 uH ............................................. 52

Lampiran 9.

Data pengukuran dengan larutan KOH 0.446 M. induktor 100 uH .......................................... 53

Lampiran 10.

Data Pengukuran dengan larutan KOH dalam keadaan konvensional ...................................... 54

vii

I. PENDAHULUAN

A.

Latar Belakang

Meningkatnya penggunaan mesin-mesin pertanian pada masa kini diikuti dengan meningkatnya akan kebutuhan energi fosil untuk menjalankan kegiatan pertanian. Sebagai contoh.semakin banyak digunakannya traktor pada pengolahan tanah.yang sebelumnya tenaga orang maupun tenaga hewan digunakan sebagai sumber tenaga. Pada masa depan.dengan bertambahnya penduduk.maka usaha pertanian akan semakin intensif dilakukan. Dampak yang mungkin terjadi dari hal tersebut adalah kebutuhan minyak bumi yang meningkat dibandingkan dengan keadaan sebelumnya. Di sisi lain.terdapat kenyataan bahwa energi fosil semakin langka dan berakibat dengan harganya yang meningkat juga.sehingga dapat meningkatkan biaya produksi bila mekanisasi diterapkan pada bidang pertanian. Oleh karena itu.dikembangkan sumber energi selain fosil.seperti: biomassa.energi surya.energi air.energi angin.dan lain sebagainya. Salah satu sumber energi yang menarik untuk dikembangkan adalah dengan menggunakan gas hidrogen. Terdapat 2 jenis pemanfaatan gas hidrogen: 1) dengan mengkonversi gas hidrogen menjadi listrik yang umumnya disebut fuel cell.dan 2) dengan memanfaatkan energi bakar dari gas hidrogen itu sendiri. Pada sistem fuel cell.gas hidrogen diumpankan ke dalam suatu elemen yang mengubah gas hidrogen yang beraksi dengan oksigen menjadi air.dan efek lain yang ditimbulkan dari reaksi tersebut adalah dihasilkannya energi listrik. Sedangkan pada metode 2).gas hidrogen yang diumpankan ke ruang bakar dari suatu motor bakar sebagai suplemen bahan bakar.sehingga bahan bakar fosil yang digunakan dapat berkurang volume yang diperlukannya. Dari kedua fakta tersebut.dapat terlihat bahwa pemanfaatan gas hidrogen sebagai energi bakar memiliki tingkat kemungkinan yang lebih besar untuk diterapkan di traktor pada masa kini. Gas hidrogen memiliki tingkat energi yang cukup tinggi per satuan berat.namun karena materi tersebut berwujud gas.hidrogen memiliki massa jenis yang rendah yang menyebabkan tingkat energi per satuan volume menjadi rendah. Oleh karena itu.dibutuhkan wadah yang sangat besar.atau wadah dengan tekanan yang sangat tinggi untuk memampatkan gas hidrogen tersebut.Perancangan wadah dengan tekanan sangat tinggi selain sulit juga membutuhkan waktu yang lama dan modal yang cukup tinggi.sehingga alternatif penggunaan gas hidrogen yang lebih mudah diaplikasikan untuk traktor pertanian adalah dengan sistem hidrogen on demand. Pada sistem hidrogen on demand.hidrogen diproduksi pada suatu generator dan langsung diumpankan ke ruang bakar.Terdapat 2 jenis generator hidrogen pada sistem ini.yakni tipe generator basah.dan tipe generator kering.Baik generator basah dan generator kering menggunakan pelat tipis berlapis yang dibatasi oleh insulator.Perbedaannya adalah.pada generator basah.seluruh bagian pelat terendam dalam larutan elektrolit.sedangkan pada generator kering.larutan elektrolit bergerak secara sirkulasi.sehingga membutuhkan bejana tambahan.namun memiliki efisiensi dalam pengoperasian elektrolisis yang lebih tinggi. Kedua jenis generator hidrogen ini berfungsi untuk mengkonversi air menjadi gas hidrogen dengan memanfaatkan energi listrik yang berasal dari aki.Pada dasarnya.sistem ini berkebalikan dari sistem fuel cell yang telah dijelaskan pada paragraf sebelumnya. Dengan peran gas hidrogen ini sebagai komplemen bahan bakar fosil.maka semakin tinggi massa gas hidrogen yang dapat diumpankan ke ruang bakar.maka semakin rendah kebutuhan dari bahan bakar fosil tersebut. Meskipun demikian.terdapat kontroversi tentang pemanfaatan gas hidrogen ini untuk dimanfaatkan dimotor bakar.yakni.apakah penggunaan gas hidrogen yang hanya memanfaatkan energi 8

listrik yang berasal dari aki ini dapat memberikan pengaruh yang signifikan terhadap konsumsi bahan bakar di suatu motor bakar. Oleh karena itu.pada penelitian yang dilaksanakan paralel dengan penelitian ini.dilakukan pengujian efek penggunaan gas hidrogen di trator 2 roda. Selain itu.digunakannya prinsip resonansi untuk meningkatkan produksi gas hidrogen ini.Tujuan dari penerapan prinsip resonansi ini adalah berkurangnya hambatan yang terdapat di dalam generator hidrogen tersebut.sehingga efisiensi yang lebih tinggi dalam konversi air menjadi gas hidrogen meningkat.dan diharapkan volume gas hidrogen yang dihasilkan juga meningkat. Tidak seperti prinsip resonaansi yang umumnya menggunakan gelombang sinusoidal.pada penelitian ini.resonansi akan dicapai dengan menggunakan gelombang kotak. Pada dasarnya gelombang kotak ini adalah tegangan DC yang memiliki waktu on dan off tertentu. Generator hidrogen yang terdiri dari pelat-pelat tipis yang dipisahkan oleh larutan elektrolit memiliki sifat kapasitansi. Dengan merangkaikan generator hidrogen tersebut secara seri.dan menggunakan frekuensi tertentu.keadaan resonansi dapat tercapai. Dengan demikian.penelitian diperlukan untuk menguji kemungkinan penerapan efek resonansi pada generator hidrogen tersebut.

B.

Tujuan

Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui performa dan tingkat efisiensi dari generator sel HHO tipe kering.mendapatkanrespon frekuensi yang sesuai untuk menghasilkan resonansi pada rangkaian generator HHO dan menguji apakah resonansi memiliki efek positif dalam produksi volume HHO maupun penggunaan daya dari proses elektrolisis tersebut.

9

II. TINJAUAN PUSTAKA

A.

Hidrogen

Hidrogen adalah unsur yang paling banyak ditemukan dijagat raya.Diperkirakan 75% dari masa semua materi yang ada di alam semesta terbentuk dari hidrogen.Hidrogen yang memiliki inti atom dengan satu elektron yang mengorbit mengelilingi ininya.Hidrogen berubah menjadi cair ketika berada pada suhu 20 K (-423 º F; -253 º C).dan membeku pada suhu 14 K (-434 º F; -259 º C) (lanz 2001). Setiap bahan bakar akan menghasilakn sejumlah energi ketika bereaksi sepenuhnya dengan oksigen. Kandungan energinya pada beberapa bahan bakar dapat dilihat pada table dibawah ini : Tabel 1. Nilai kalor dari beberapa bahan bakar fuel Higher heating value (at 25°C and 1 atm) Hydrogen Methane Propane Gasoline Diesel Methanol

141.86 MJ/kg 55.53 MJ/kg 50.36 MJ/kg 47.5 MJ/kg 44.8 MJ/kg 19.96 MJ/kg

Lower heating value (at 25°C and 1 atm) 119.93 MJ/kg 50.02 MJ/kg 45.6 MJ/kg 44.5 MJ/kg 42.5 MJ/kg 18.05 MJ/kg

Auto ignition point adalah suhu minimum yang diperlukan campuran bahan bakar dengan oksigen untuk terbakar sendirinya ketika sumber pengapian tidak ada. Dengan kata lain.campuran bahan bakar dipanaskan sampai terbakar dengan sendirinya. Setiap bahan bakar memilki auto ignition point yang berbeda-beda.Untuk hidrogen auto ignition point nya relative tinggi. yaitu pada suhu 1085 F (585 C).hal ini membuat hidrogen sulit terbakar di udara tanpa ada sumber pengapian Kecepatan pembakaran (burning speed) adalah kecepatan jalanya pembakaran pada campuran bahan bakar. Burning speed hidrogen adalah berkisar 2.65-3.25 m/s. dengan demikian pembakaran hidrogen sangat cepat dan relatif sebentar (lanz 2001).

B.

Sel Elektrolisis

Pada tahun 1883.Michael Faraday menemukan bahwa air murni merupakan insulator yang hampir sempurna.sedangkan suatu larutan dengan kandungan substansi tertentu dapat menghantarkan listrik.Bila dua buah logam elektroda direndam dalam air distilasi.dan salah satu elektroda dihubungkan dengan kutub positive dari sumber listrik DC.dan elektroda lainnya dihubungkan dengan kutub positif.maka tidak ada arus listrik yang mengalir. Meskipun dalam jumlah kecil.asam.seperti asam sulfat (H2SO4).ataupun basa seperti natrium hidroksida (NaOH).ataupun garam.seperti garam dapur (NaCl).ketika dilarutkan dalam air.menjadi sebuah larutan yang memiliki hambatan yang rendah sehingga arus dapat mengalir. Hambatan pada larutan ini tergantung pada konsentrasi maupun temperatur dari larutan tersebut.Meskipun demikian.senyawa organic umumnya tidak dapat menghantarkan listrik.seperti contohnya pada larutan gula. Larutan yang menghantarkan arus listrik disebut elektrolit.Fenomena konduktivitas ini.yang menggunakan efek kimia disebut juga elektrolisis.Wadah yang menampung elektrolit dan 10

elektrodadisebut dengan sel elektrolisis.Hal yang menyebabkan elektrolisis ini adalah reaksi kimia yang terjadi pada pelat elektroda.Sehingga.bila elektroda platinum diberi larutan asam sulfat.hidrogen terbentuk dan menimbulkan gelembung gas pada kutub elektroda negatif.sedangkan oksigen akan terbentuk dan menimbulkan gelembung gas pada kutub elektroda positif. Hukum Faraday berbunyi bahwa “ Jumlah berat gram ekuivalen dari suatu bahan yang dikeluarkan.diuraikan.atau direaksikan dalam suatu elektroda adalah sama dengan jumlah listrik Faraday yang mengalir melalui suatu elektrolit”. Satu Faraday sama dengan jumlah listrik setara dengan 96500 coulomb. Proses reaksi kimia yang terjadi pada elektrolisis air adalah dengan energi listrik terhadap air.sehingga hidrogen dan oksigen dapat berpisah. Berdasarkan perhitungan.tegangan minimum yang dibutuhkan untuk proses ini adalah 1.49 volt. 2H2O + energi → 2H2 + O2 Pada persamaan di atas. baik air maupun gas hidrogen memiliki jumlah molekul yang sama. yakni sebanyak 2 buah. Sehingga bila terdapat 1kg air. atau setara dengan 55.56 mol air. karena massa atom H=1 dan massa atom O= 18. maka akan dihasilkan 55.56 mol gas hidrogen juga. atau setara dengan 111.11 gram gas hidrogen. Aliran listrik melalui elektrolit pertama kali dikemukakan oleh Svanta Arrhenius (18591928).Suatu senyawa asam.basa.maupun garam terdiri dari bagian yang memiliki partikel bermuatan yang disebut ion.Ion dapat berupa atom.ataupun kumpulan dari beberapa atom yang bermuatan positif ataupun negatif.

Gambar 1. Elektrolisis dengan 2 pelat elektroda (http://chemistryh2t13.blogspot.com/2011/02/electrolytic-cell.html) Ketika elektroda positif dan elektroda negatif berada pada tempat yang berbeda pada larutan.ion positif akan berpindah secara perlahan menuju elektroda negatif.sedangkan ion negatif akan berpindah menuju elektroda positif namun tidak dengan kecepatan yang sama. Kecepatan pergerakan ion ini sangat rendah.hanya sekitar 100 sampai 1000 cenitmeter per jam.Arus yang terdapat pada larutan ini.terdiri dari pergerakan ion bermuatan yang saling berlawanan arah.sedangkan arus yang mengalir pada konduktor logam.elektron hanya mengalir dari kutub negatif ke kutub positif.Dengan adanya perbedaan kecepatan dari kedua jenis ion ini.pada umumnya ion positif memuat arus dalam jumlah yang berbeda dengan arus yang dimuat dalam ion negatif. Perkembangan sel elektrolisis yang lain adalah dengan menggunakan lilitan kawat yang terdiri dari elektroda positif dan elektroda negatif yang dipisahkan oleh isolator. Elektroda ini saling 11

berhadapan satu sama lain dan reaksi elektrolisis terjadi di antara elektroda positif dan negatif tersebut. Kelemahan dari penggunaan kawat sebagai elektroda ini adalah luas permukaannya rendah.sehingga volume gas HHO yang dihasilkan juga termasuk rendah. Selain itu.kelemahan lainnya adalah sulit untuk mendapatkan jarak yang presisi antar tiap sel kawat elektrolisis sehingga tegangan yang terjadi antar masing-masing sel belum tentu sama karena perbedaan jarak tersebut.

Gambar 2. Sel elektrolisis dengan menggunakan lilitan kawat (http://deoryz.blogspot.com/2008_08_01_archive.html) Untuk meningkatkan luas permukaan yang terjadi di antara larutan elektrolit.dikembangkanlah suatu sel elektrolisis dengan menggunakan pelat berjajar yang seluruh bagiannya terendam dalam larutan elektrolit.atau disebut juga sel basah.Tegangan yang diharapkan terjadi antar masing-masing sel adalah berkisar antara 1.5 sampai 2.5 volt.Tiap sel dibatasi oleh insulator.sehingga larutan elektrolit bersifat sebagai satu-satunya konduktor dalam sel tersebut.Kelemahan dari penggunaan sel basah adalah terjadinya panas yang cukup tinggi diakibatkan reaksi elektrolisis tersebut dan pelat elektroda selalu terendam dalam larutan elektrolit yang suhunya meningkat juga. Sehingga terjadi kelebihan panas pada bagian pelat elektroda yang dapat menyebabkan proses produksi gas HHO tidak sempurna karena adanya campuran dari mendidihnya air yang diakibatkan oleh panas berlebih tersebut.

Gambar 3. Sel elektrolisis tipe basah (http://freshhelm.wordpress.com/category/lain-lain/) 12

Jenis generator HHO yang merupakan perbaikan dari sel basah adalah tipe sel kering.Pada tipe sel kering ini.pelat elektroda tidak seluruhnya terendam dalam air.melainkan ada bagian elektroda yang berhubungan langsung dengan udara sehingga perpindahan panas dapat terjadi secara lebih cepat dan kandungan gas HHO lebih tinggi tingkat kemurniannya.Namun demikian.pada sistem sel kering ini.larutan elektrolit bergerak secara sirkulasi.sehingga membutuhkan reservoir tambahan yang menyebabkan generator sel kering ini memerlukan lebih banyak ruang dibandingkan generator sel basah(Sears dan Zemansky. 1960).

Gambar 4. Sel elektrolisis tipe kering (http://hho4u.wordpress.com/category/hho-generators/)

C.

Kapasitor

Kapasitor merupakan salah satu elemen pasif.yakni sebuah elemen yang tidak memasok daya rata-rata lebih besar daripada nol. selama interval waktu yang terbatas.Kapasitansi dapat didefinisikan berdasarkan hubungan tegangan arus di mana v mengikuti konvensi yang digunakan untuk elemen rangkaian pasif.sebagaimana diperlihatkan Gambar 5.

Gambar 5.

dapat tidak dan i dalam

Hubungan arus dan tegangan pada kapasitor (Sears.1960)

i= C dv/dt [1] Satuan dari kapasitansi adalah farad (F) yang sama dengan satu coulomb per volt. Selain itu.nilai kapasitansi juga ditentukan oleh luas penampang pelat (A).jarak antar pelat (d) dan konstanta permitivitas dari bahan isolator yang digunakan (ɛ) (Hayt et al. 2005). C=ɛA/d[2] 13

Pada rangkaian listrik bolak-balik.kapasitor memiliki hambatan yang disebut dengan kapasitansi.yang dilambangkan dengan XC.Kapasitansi menyebabkan tegangan terlambat 90° dibandingkan dengan arus seperti diperlihatkan pada gambar 1.(Sears dan Zemansky. 1960). Hubungan XCdengan C dapat ditunjukan pada persamaan (3). XC= 1/ 2πf0C [3] Dari persamaan (1).hubungan arus dan tegangan pada kapasitor menjadi: V= I/ XC [4]

D.

Induktor

Induktor merupakan komponen elektronik yang berfungsi untuk menghasilkan efek induksi.Efek induksi terjadi ketika sebuah magnet bergerak di sekitar kumparan yang kemudian menyebabkan adanya arus di sekitar kumparan (Bishop. 2004). Induktansi.yang dilambangkan dengan L. merupakan konstanta kesebandingan yang menghubungkan besaran tegangan dan perubahan arus terhadap waktu. Dengan demikian v=L di/dt [5] Simbol rangkaian untuk induktor.diperlihatkan dalam gambar 6.Besaran induktansi diukur dalam satuan henry (H).dan dari persamaan induktor ideal di atas kita dapat mengetahui bahwa satuan ini hanyalah kependekan dari volt-detik per ampere. Sebuah induktor secara fisik dibentuk dengan cara melilitkan seutas kawat menjadi sebuah kumparan. Konstruksi yang demikian secara efektif dapat „memperbanyak‟ arus yang membangkitkan medan magnet.dan juga „menambah jumlah‟ rangkaian di sekitarnya yang akan terinduksi dengan tegangan Faraday. Sebagai resultan dari kedua faktor ini.besarnya induktansi sebuah kumparan sebanding dengan nilai kuadrat dari jumlah lilitan kawat yang membentuknya(Hayt et al. 2005).

Gambar 6.

Hubungan arus dan tegangan pada induktor (Sears.1960)

Pada rangkaian arus listrik bolak-balik.induktor memiliki hambatan yang disebut induktansi.yang dilambangkan dengan XL. Setelah melalui induktor.tegangan akan mendahului arus sebesar 90° seperti diperlihatkan pada gambar 2.( Sears dan Zemansky. 1960) Hubungan XLdengan L dapat ditunjukan pada persamaan 4. XL=2πf0L [6] Dari persamaan 5.hubungan tegangan dan arus pada induktor menjadi. V= XLI [7] Terdapat 2 jenis induktor yang beredar saat ini.yakni induktor sarang madu dan induktor toroid. Pada induktor sarang madu.lilitan dililit dengan cara bersilangan untuk mengurangi efek 14

kapasitansi terdistribusi. Sedangkan induktor toroid dililit dengan bentuk silinder menciptakan medan magnet eksternal dengan kutub utara selatan. E.

Transistor

Transistor merupakan komponen elektronika yang memiliki 3 buah terminal. Ketiga terminal tersebut antara lain: emitter.basis.dan kolektor. Pada dasarnya.emitter.basis.dan kolektor memiliki lokasi yang sama pada setiap transistor.namun yang membedakan adalah arah dari emitter tersebut. Emitter memiliki tanda panah dari bahan tipe-P menuju bahan tipe-N.Terdapat 2 buah jenis transistor.yakni PNP dan NPN. Transistor PNP dibentuk dengan cara menumpuk lapisan tipis dari bahan tipe-N di antara 2 lapisan bahan tipe-P. Sedangkan Transistor NPN disusun dengan lapisan tipis bahan tipe-P yang berada di antara lapisan tipis bahan tipe-N. Salah satu kegunaan transistor adalah dapat berfungsi sebagai saklar aliran listrik DC.Keuntungan utama dari penggunaan transistor adalah untuk menggantikan saklar mekanis yang mudah terjadi kerusakan bila frekuensi ON dan OFF bekerja sangat tinggi. Hambatan yang terjadi antara kolektor C dan emitter E ditentukan dari besaran arus yang mengalir antara basis B dan E. Ketika tidak ada arus yang mengalir antara B dan E. hambatan yang terjadi antara kolektor dan emitter sangat tinggi.seperti halnya yang terjadi pada kondisi saklar terbuka. Namun bila terdapat arus meskipun kecil yang mengalir antara B dan E. maka hambatan antara kolektor dan emitter akan menurun hingga sangat rendah.seperti halnya yang terjadi pada saklar tertutup. Pada saat ON.transistor bekerja pada daerah saturasi.Daerah saturasi merupakan arus maksimum yang dapat mengalir di sirkuit transistor.Pada keadaan saturasi.hambatan kolektor dapat mendekati nol dan arus terbatas hanya oleh hambatan beban. Secara matematika.hal tersebut dapat dirumuskan seperti:

F.

Resonansi

Dalam hal elektronika.resonansi merupakan suatu keadaan dimana fase induktansi sama dengan fase kapasitansi.sehingga menghasilkan reaktansi minimum. Impedansi merupakan gabungan hambatan reaktansi dan resistansi.Dengan reaktansi yang minimum.maka impedansi yang dihasilkan dari rangkaian tersebut adalah juga minimum (Sears dan Zhemansky. 1960). Berdasarkan (Hayt et al. 2005) terdapat dua jenis resonansi pada bidang elektronika.yakni resonansi paralel dan resonansi seri. Pada resonansi paralel yang digerakkan oleh sebuah sumber sinusoid.rangkaian resistor.induktor.dan kapasitor berada dalam rangkaian paralel.Kombinasi paralel digerakkan oleh sebuah sumber energi yang memiliki impedansi keluaran yang sangat tinggi pada keadaan resonansi. Berdasarkan hal itu.rangkaian resonansi paralel akan menghasilkan arus induktor dan arus kapasitor yang mempunyai amplitudo Q0 kali lebih besar daripada arus sumber. Pada resonansi seri.rangkaian resistor.induktor.dan kapasitor berada dalam rangkaian seri.Rangkaian resonansi seri dicirikan oleh nilai impedansi minimum pada keadaan resonansi. Dampak dari hal tersebut adalah rangkaian resonansi akan menghasilkan tegangan induktor dan tegangan kapasitor yang mempunyai amplitudo Q0s kali lebih besar daripada tegangan sumber pada kondisi resonansi. Jadi rangkaian seri akan menghasilkan pernguatan tegangan pada kondisi resonansi. 15

a Gambar 7.

b a.) Rangkaian RLC paralel.b) rangkaian RLC seri (Hayt. et al .2005)

Menurut Sears dan Zemansky (1960).kondisi resonansi pada rangkaian seri akan tercapai ketika XLsama dengan XC. Dengan demikian.untuk mencapai kondisi tersebut.diperlukan frekuensi f0 yang akan dijabarkan pada persamaan 8. XL=Xc 2πf0L=1/(2πf0C) f0=(1/2π)(1/LC)1/2 [8]

G.

PWM

PWM merupakan pulse width modulation.atau dalam bahasa Indonesia dapat diterjemahkan menjadi permodulasian lebar pulsa. Hal ini merupakan proses perubahan daya listrik untuk suatu alat beroperasi atau tidak pada frekuensi yang ditentukan.dengan waktu yang bervariasi. Keadaan beroperasi dan tidak ini disebut juga “siklus kerja”.

Gambar 8. Sinyal siklus kerja pada PWM (http://www.dprg.org/tutorials/2005-11a/index.html) Siklus kerja dapat bervariasi.sebagai contoh seperti pada gambar 8.terdapat siklus kerja 10%. 50%.dan 90%. Pada siklus kerja 10%.maka daya yang beroperasi sebanyak 10%.dan tidak beroperasi sebanyak 90%.Sinyal yang dikonkersi dari PWM ini kemudian ditransmisikan ke alat elektronik dengan frekuensi yang tinggi sehingga pulsa ini tidak mempengaruhi kerja pada alat elektronik. Hasil akhir dari PWM ini adalah keseluruhan daya yang ditransmisikan pada alat elektronik dapat diatur dari mati (siklus kerja 0%) hingga beroperasi total (siklus kerja 100%) dengan efisiensi yang tinggi dan kontrol yang stabil 16

III.

A.

METODE PENELITIAN

Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan pada bulan April hingga September 2012.Pembuatan prototype dan pengujian dilaksanakan di Laboratouriun Mekanika dan Robotika Departemen Teknik Mesin dan Biosistem.Institut Pertanian Bogor.

B.

Alat dan Bahan

Alat- alat dan perlengkapan utama yang diperlukan dalam kegiatan penelitian ini meliputi: 1) peratalatan untuk pembuatan generator HHO. 2) Peralatan untuk pengujian kinerja generator HHO. Peralatan untuk pembuatan generator HHO antara lain: mesin bor. mesin gergaji listrik. obeng. tang jepit. penyedot timah. solder. dan pemotong akrilik. Sedangkan peralatan untuk pengujian kinerja generator HHO antara lain: avometer. osiloskop. charger aki 12 volt.stopwatch. dan LCR meter. Bahan-bahan yang digunakan untuk pembuatan generator HHO antara lain: 

PCB



Timah



Pelat stainless steel 316L tebal 1mm



Selang udara



Selang air



Kabel



Resistor



Sekring



Botol kapasitas 2 liter



Akrilik tebal 10 mm



Katup udara



MOSFET IRFP 460



Baut dan mur

 Heatsink Bahan-bahan yang digunakan untuk pengujian kinerja generator HHO antara lain: air aquades. bahan kimia KOH teknis. ember. dan botol kapasitas 800 ml.

C.

Tahapan Penelitian

Tahapan- tahapan yang dilakukan dalam penelitian ini secara umum meliputi perancangan.pembuatan generator HHO.pengukuran kapasitansi generator HHO.perancangan generator pembangkit PWM.perancangan untuk mendapatkan efek resonansi.dan pengujian performa dari efek resonansi yang diaplikasikan pada generator HHO. Diagram alir jalannya penelitian disajikan pada Gambar 9.

17

Mulai

Identirikasi Masalah

Analisis Masalah

Perancangan dan Pembuatan

Uji Fungsional ya tidak Berhasil

Modifikasi

Pengukuran Kapasitansi Generator HHO

Perlakuan Pengujian Pada Efek Resonansi Gambar 9.

D.

Tahapan penelitian

Identifikasi Dan Analisis Masalah

Sebelumnya. sudah terdapat suatu aplikasi penggunaan generator HHO tipe basah dengan menggunakan teknik resonansi. meskipun belum diuji peningkatan performanya. Generator HHO tipe basah memiliki tingkat efisiensi yang lebih rendah dibandingkan dengan generator HHO tipe kering dikarenakan oleh panas yang tinggi yang terjadi pada generator HHO tipe basah. Bila generarot HHO tipe kering diberikan efek resonansi. maka akan menghasilkan efisiensi yang paling baik dibandingkan dengan penggunaan efek resonansi pada generator HHO tipe basah. Selain itu. pada umumnya tipe generator HHO tipe kering menggunakan jumlah sel sebesar 9 sel dan 15 sel untuk penggunaan tegangan 12 Volt seperti yang dijelaskan pada situs website (http://futuregreenenviro.blogspot.com/2010/11/915-21-plates-dry-cell-hho-generator.html). Bila jumlah sel yang digunakan adalah 9 buah. maka tegangan yang terjadi pada setiap sel adalah 1.33 volt. sedangkan bila jumlah sel adalah 15 buah. maka tegangan yang terjadi pada setiap sel adalah 0.8 volt. Kedua jumlah sel tersebut terlalu rendah untuk terjadinya proses elektrolisis. sehingga dibutuhkan modifikasi agar proses elektrolisis terjadi lebih optimum.

18

E.

Perancangan Generator HHO Dan Induktor

Pada penelitian ini. hal yang perlu dirancang adalah bagian generator HHO dan bagian generator PWM. Generator HHO yang akan digunakan merupakan tipe sel kering. dengan menggunakan 10 buah sel yang pada setiap 5 buah sel yang dirangkai secara paralel. sehingga bila menggunakan sumber tegangan 12 volt. pada masing- masing sel terjadi tegangan sebesar 2.4 volt. Jenis elektrolit yang digunakan pada generator ini adalah larutan basa KOH. Arus yang dapat mengalir pada generator HHO ini adalah sekitar 2 sampai 10 Ampere. Dengan penggunaan sistem kering generator HHO yang mengandalkan sistem sirkulasi. maka dibutuhkan reservoir sebagai wadah penampung dari elektrolit dan gas HHO pada proses elektrolisis ini. Reservoir diletakan pada posisi yang lebih tinggi dibandingkan dengan generator HHO. sehingga larutan elektrolit dapat mengalir menuju generator HHO dengan mengandalkan gravitasi. Sedangkan gas HHO yang telah dihasilkan di generator HHO karena memiliki massa jenis yang rendah akan menuju ke atas dan masuk ke dalam reservoir. Selanjutnya gas HHO ini dapat dialirkan dari reservoir menuju ke ruang bakar ataupun bejana pengukur debit dengan posisi keluaran pada bagian atas. Induktor yang digunakan merupakan yang memiliki bentuk solenoida. Induktor dibutuhkan dalam rangkaian ini untuk mencapai kondisi resonansi, karena sifat kapasitansi sudah ada yang berasal dari generator HHO. Pemilihan besaran induktor yang digunakan didasarkan pada besaran nilai kapasitansi yang terukur. Bila nilai kapasitansi generator HHO tersebut tidak konsisten, maka digunakan besaran induktor 8 uH. 40 uH, dan 100 uH. Cara perhitungan untuk mencapai besaran induktor tersebut antara lain:

Dengan: L = Besaran Induktor (uH) d = Diameter Solenoid (inchi) n = Jumlah Putaran Solenoid l = Panjang Solenoid (inchi)

F.

Perancangan Gelombang PWM

Gelombang PWM dibangkitkan dengan menggunakan rangkaian IC 555.Jenis pembangkit gelombang yang digunakan adalah tipe variabel frekuensi dengan duty cycle yang tetap sehingga mudah dalam pengaturan perubahan frekuensi.Pada rangkaian ini terdapat 2 buah variabel resistor (Rp).yang pertama untuk mengubah duty cycle.dan yang kedua digunakan untuk mengubah frekuensi. [9] [10] [11] [12] Berdasarkan persamaan 9. 10.dan 11 dapat terlihat bahwa nilai kapasitor berpengaruh dalam frekuensi PWM yang dihasilkan.Untuk memperluas daerah frekuensi yang dapat terjadi.digunakanchannel selector yang terdiri dari 4 buah pilihan kapasitor.

19

Gambar 10. Generator Pulsa (http://electroschematics.com/5834/pulse-generator-with-555/) Pada penelitian ini resistor (R1 dan R2) bernilai sama yakni 1000Ω. Sedangkan Rp yang digunakan memiliki ukuran 200kΩ. Kapasitor yang digunakan dalam penelitian ini antara lain: 470nF. 100nF. 10 nF.dan 2nF. Pada Gambar 10 ditunjukkan skema 1 buah generator PWM.untuk menghasilkan frekuensi majemuk.dibutuhkan 2 buah generator.Frekuensi majemuk yang dihasilkan memiliki bentuk penggabungan antara frekuensi rendah dan frekuensi tinggi.Frekuensi utama yang terjadi adalah frekuensi rendah.Pada fase on dari frekuensi rendah tersebut.terjadi gelombang kedua yakni frekuensi tinggi.Generator yang menghasilkan frekuensi rendah.pada bagian output (3) dihubungkan dengan generator yang menghasilkan frekuensi tinggi pada kaki (4).

Gambar 11. Skema resonansi 20

Pada Gambar 11.menunjukan skema rangkaian induktor.generator HHO dan MOSFET untuk mencapai kondisi resonansi. Gelombang PWM yang sudah dibentuk di generator HHO ditransmisikan ke transistor MOSFET pada kaki G. Sinyal kemudian dialirkan ke kaki D. ketika sinyal masukan bersifat ON.maka antara kaki D dan kaki S terhubung.sedangkan ketika sinyal masukan bersifat OFF.maka antara kaki D dan kaki S terhubung.namun terdapat hambatan yang sangat besar sehingga sangat sedikit arus yang mengalir. Transistor MOSFET digunakan untuk menguatkan sinyal yang dibangkitkan di generator PWM agar sampai ke sistem resonansi.Hal ini dikarenakan arus kerja di sistem resonansi melebihi arus maksimum yang dapat ditransmisikan di IC 555

G.

Uji Fungsional

Uji fungsional dilakukan untuk mengecek apakah generator HHO ini beroperasi dengan baik atau tidak.Indikator yang penting dalam uji ini adalah.apakah timbul kebocoran pada generator tersebut.apakah timbul kebocoran udara pada selang dan bagian lainnya.apakah listrik mengalir dengan baik atau tidak.dan apakah gas HHO dihasilkan atau tidak. Uji fungsional juga dilakukan pada generator PWM. dengan indikator antara lain: apakah gelombang PWM dapat dihasilkan. apakah rentang frekuensi yang terjadi sesuai dengan yang diinginkan. Sedangkan pada transistor MOSFET diuji apakah transistor ini dapat menyalurkan gelombang yang dihasilkan dari generator PWM ini menuju output dan bagaimana bentuk gelombang yang terjadi pada bagian output. Bila seluruh indikator tersebut sudah berjalan dengan baik.maka penelitian bisa dilanjutkan ke tahap selanjutnya.namun bila ada masalah pada salah satu indikator tersebut.maka harus segera diperbaiki sebelum melanjutkan ke tahap berikutnya. Pada uji ini juga dilakukan pengukuran daya dan debit yang dihasilkan pada larutan dengan konsentrasi KOH 10 gram/ liter dan 25 gram/ liter. atau setara dengan 0. 178 M dan 0.446 seperti yang diuraikan pada persamaan di bawah ini: Massa atom K = 39 Massa atom O = 16 Massa atom H = 1

H.

10 gram KOH=

x1

= 0.178 M

25 gram KOH=

x1

= 0.446 M

Pengukuran Kapasitansi Generator HHO

Nilai kapasitansi diperlukan untuk menghitung besaran induktansi dan frekuensi yang dibutuhkan untuk mencapai kondisi resonansi.Dalam hal ini.generator HHO yang merupakan kapasitor jenis elektroliktik memiliki nilai kapasitansi yang besar sehingga salah satu cara yang mudah untuk mengukur kapasitansi HHO ini adalah dengan menggunakan waktu. Bila kapasitor dan resistor berada dalam rangkaian seri dan diberi arus listrik.maka tegangan waktu yang dibutuhkan untuk mencapai 0.632 dari tegangan total merupakan perkalian dari besaran resistansi dan besaran kapasitansi pada rangkaian tersebut. [9] T= waktu yang dibutuhkan untuk mencapai 0.632 dari tegangan puncak (detik) R= resistansi yang digunakan (ohm) C= kapasitansi yang ada pada rangkaian tersebut. 21

Gambar 12. Sirkuit pengukuran kapasitansi generator HHO Pengukuran ini dilakukan dengan 2 cara.yakni dengan menggunakan tegangan 0 ke tegangan maksimum.dan tegangan maksimum ke tegangan 0. Dalam pengukuran ini.digunakan 3 buah resistansi.yakni 500 ohm.1000 ohm.dan 2000 ohm dengan masing-masing resistansi dilakukan 5 buah ulangan pengukuran..

I.

Perlakuan Pengujian Pada Efek Resonansi

Untuk membandingkan adanya perbedaan yang terjadi dengan digunakanya efek resonansi.maka beberapa parameter yang penting untuk diketahui antara lain: konsumsi daya total.konsumsi daya yang digunakan generator HHO.dan debit gas HHO yang dihasilkan. Sumber energi yang digunakan adalah aki 12 Volt 40AH yang pada saat beroperasi dicharge dengan arus 5 ampere. Pengujian dilakukan dengan menggunakan 2 jenis konsentrasi larutan katalis.yakni0.178 M KOH dan 0.446 M KOH.Pada setiap jenis larutan digunakan 3 jenis ukuran induktor.yakni 8uH.40uH. dan 100uH.Pada tiap ukuran induktor dilakukan pengujian 5 buah frekuensi tunggal.dan 3 buah frekuensi termodulasi.Bila nilai kapasitansi generator yang didapatkan adalah tetap.makapenentuan frekuensi yang digunakan dapat menggunakan persamaan 13.namun bila tidak.penentuan frekuensi tunggal dilakukan dengan memilih arus maksimum yang digunakan. f0=(1/2π)(1/LC)1/2 [13] Sedangkan penentuan frekuensi termodulasi dilakukan dengan memilih frekuensi pertama yang memiliki debit produksi gas tertinggi dan memodulasikan dengan urutan kedua.ketiga.dan keempat dari frekuensi yang memiliki debit produksi gas tertinggi.masing- masing 3 ulangan.

8 uH 0.178 M KOH

40 uH 100 uH

Pengujian 8 uH 0.446 M KOH

40 uH 100 uH

Gambar 13. Skema pengujian efek resonansi 22

[14] RP = Hambatan parallel (ohm) R1. R2. R3.Rx= Hambatan (ohm)

Gambar 14. Sirkuit pengukuran energi listrik Untuk mengukur arus total yang dikonsumsi oleh sistem.digunakan hambatan yang sangat kecil.yakni 10 buah resistor ukuran 0.5ohm yang disusun paralel dan kemudian diukur kembali hambatan totalnya yakni 0.05 ohm. Dengan mengukur tegangan dan mengetahui besar hambatan tersebut.maka arus yang mengalir dapat dihitung dengan persamaan: [15] Dengan. Itotal= arus total (ampere) V= tegangan (volt) R= hambatan (ohm) Untuk mengukur konsumsi daya total.dibutuhkan parameter antara lain: tegangan sistem dan arus total. Tegangan sistem didapat dari pengurangan antara tegangan sumber dari aki.dengan tegangan yang diukur di antara hambatan. [16] Vs Vb Vr

= tegangan sistem (volt) = tegangan sumber daya aki (volt) = tegangan yang terjadi pada hambatan (volt)

23

Tegangan sistem dan arus total dilakukan untuk mengukur konsumsi daya total yang digunakan pada seluruh sistem generator HHO dan sistem resonansi. Sedangkan untuk pengukuran tegangan pada generator HHO menggunakan voltmeter. dan pengukuran arus pada generator HHO dilakukan dengan menghubungkan kutub negatif generator HHO dengan ground. Daya yang diukur dari sistem disebut dengan daya total. sedangkan daya yang diukur pada generator disebut dengan daya generator. Pengukuran daya total dan daya generator dilakukan untuk memantau besaran daya yang hilang dalam transmisi daya tersebut. [17] P= daya (watt) V= tegangan (volt) I= arus (ampere) Dalam pengujian tersebut juga diamati gelombang yang terjadi di antara kutub positif generator HHO dengan ground. Tujuan dari pengamatan ini adalah agar dapat terlihat tegangan maksimum yang tercapai pada frekuensi tertentu dan apakah bentuk gelombang tersebut mempengaruhi tingkat efisiensi dari efek resonansi ini. Untuk pengukuran debit HHO.digunakan botol yang memiliki volume 800mL. Pada bagian tutup dari botol tersebut diberi 2 buah lubang.Salah 1 lubang dihubungkan dengan selang yang dihubungkan dengan reservoir.lubang ini merupakan tempat masuknya gas HHO.

Gambar 15. Alat pengukur debit gas Sedangkan bagian lubang yang lainnya berguna untuk mengeluarkan air yang ada di dalam botol.Di bagian selang di antara botol dan bubbler terdapat katup untuk membuka atau menutup aliran udara dari bubbler ke botol. Metode untuk mengukur debit ini antara lain: 1. Air diisi secara penuh ke dalam botol pengukur debit dengan tidak menyisakan udara sedikit pun. Kemudian botol tersebut dibalik di dalam air yang berada di ember untuk menghindari masuknya udara luar. Pada saat ini.katup yang mengarah ke botol pengukur debit dalam keadaan tertutup. 2. Ketika generator HHO beroperasi.maka katup yang mengarah ke botol pengukur debit dibuka. Ketika gelembung keluar pertama kali dari botol pengukur.makastopwatch dijalankan. Stopwatch dimatikan ketika air di botol sudah habis dan gelembung diluar botol pengukur (di ember) timbul. 24

3. Waktu yang diukur di stopwatch merupakan waktu total yang dibutuhkan untuk mengalirkan 800ml air dalam botol tersebut. Penghitungan debit dapat dilakukan dengan cara: [18] Q= debit (ml/ detik) V= volume (ml) T= waktu (detik) Debit yang dihasilkan merupakan debit gas HHO. yang merupakan campuran antara gas hidrogen dan oksigen. sehingga untuk mengetahui jumlah gas hidrogen merupakan 2/3 dari volume gas HHO yang dihasilkan karena berdasarkan persamaan reaksi gas hidrogen memiliki 2 buah molekul sedangkan gas oksigen memiliki 1 buah molekul. Pada penelitian ini juga diterapkan parameter energi spesifik. yakni jumlah energi yang dibutuhkan untuk menghasilkan 1 gram hidrogen. Dikarenakan terdapat 2 jenis daya. yakni daya total dan daya generator. maka energi spesifik juga terdapat 2 jenis yaitu energi spesifik total dan energi spesifik generator. Cara perhitungan untuk mendapatkan energi spesifik ini diawali dengan konversi untuk mendapatkan debit gas hidrogen dengan basis massa seperti pada persamaan berikut:

QH= debit gas hidrogen ( gram/ detik) QH2= Debit gas hidrogen (L/ detik) R= 0.082 ( atm L/ mol K) P= tekanan (atm) MR= massa atom relatif gas hidrogen Sedangkan untuk menghitung besaran energi spesifik dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan berikut ini:

ES= energi spesifik (watt jam/ gram hidrogen) P= daya yang digunakan (watt) QH= debit gas hidrogen ( gram/ detik)

25

IV.

A.

PERANCANGAN

Perancangan Kebutuhan Gas Hidrogen

Pada Tabel 2 dapat terlihat bahwa traktor yang menggunakan motor diesel ini memiliki daya keluaran 8.5 PS pada rpm 2200. Untuk menganalisis jumlah gas hidrogen yang dibutuhkan.maka dilakukan perhitungan sebagai berikut: Tabel 2. Spesifikasi traktor uji (Sumber : Yanmar Indonesia 2012) Spesifikasi Model Dimensi

Berat Motor penggerak

Transmisi

Jalur penggerak

penggandengan diameter roda

Traktor uji (Yanmar) Bromo DX

Panjang-mm

2716

Lebar-mm

840

Tinggi-mm

1065

berat-kg

251

model

TF 85 MLY-di

Sistem pembakaran

Injeksi langsung

Volume langkah (cc)

493

Daya keluaran. KW(PS)/rpm

8.5/2200

Bahan bakar

Solar

Kapasitas tangki bahan bakar. L

10.5

Metode penyalaan

Manual (engkol)

Tipe transmisi

Roda gigi-rantai

Transmisi mundur

-

Transmisi utama

Roda gigi-rantai

Transmisi tambahan

-

Jumlah gigi

F4/R2

Roda depan

13-May

Kopling

Cakram majemuk kering

rem

Bantalan rem

kemudi

Kopling belok stay hitch

karet-cm

58

besi-cm

90

1 PS= 0.74 kW.sehingga daya yang dihasilkan traktor adalah:

Berdasarkan (Davis.1983) tingkat efisiensi dari motor diesel adalah 40 %.sehingga daya yang dibutuhkan adalah:

26

Bila target penghematan bahan bakar solar yang diharapkan adalah 10%.atau 1.5725 kJoule/ detik.maka kebutuhan gas hidrogen yang memiliki kalor jenis 119930 kJoule/ kg adalah:

Dengan massa jenis gas hidrogen sebesar 0.09 kg/ m3( Eichsleder et al. 2010).maka jumlah gas hidrogen yang perlu dihasilkan pada proses elektrtolisis ini adalah:

Untuk dapat menghasilkan 1.31 x 10-5 kg/ detik gas hidrogen. maka diperlukan larutan elektrolit sebesar:

Karena air dan gas hidrogen memiliki jumlah molekul yang sama dalam reaksi elektrolisis. maka jumlah air yang dibutuhkan per detik adalah:

Air memiliki densitas 1 gram/ mL. maka jumlah air yang bereaksi dan berubah menjadi gas HHO adalah 0.1179 mL/ detik.

B.

Rancangan Fungsional

Generator HHO ini memiliki fungsi utama yakni merubah elektrolit KOH menjadi gas hidrogen dan gas oksigen dengan menggunakan prinsip elektrolisis. Untuk memenuhi fungsi utama tersebut terdapat beberapa fungsi pendukung, antara lain: B.1. Menampung air dan gas HHO Generator HHO ini menggunakan prinsip elektrolit yang tersirkulasi, sehingga diperlukan suatu fungsi untuk menampung air dan gas HHO. Penampungan air yang terjadi ada pada generator HHO dan pada bagian luar dari sistem generator HHO.Pada generator HHO, penampungan dapat terjadi melalui komponen viton O-ring, sedangkan pada bagian luar dari sistem generator HHO penampungan terjadi dengan menggunakan botol. B.2. Menyalurkan air dan gas HHO Pada penggunaan generator HHO dengan prinsip sirkulasi, dibutuhkan suatu fungsi untuk menyalurkan air yang berasal dari botol penampungan menuju ke generator HHO yang merupakan tempat terjadinya reaksi elektrolisis.Pada bagian penyaluran air, terdapat katup penyearah sehingga hanya aliran air yang mengalir melalui jalur tersebut, sedangkan gas HHO mengalir melalui jalur lainnya. Untuk memenuhi fungsi penyaluran air dan gas HHO ini, komponen- komponen yang digunakan antara lain: selang, napel, dan katup penyearah.

27

B.3. Menyalurkan energi listrik Fungsi ini diperlukan agar proses elektrolisis dapat terjadi di seluruh sel. Komponen yang dibutuhkan untuk menyalurkan energi listrik dari sumber listrik ke beberapa sel, antara lain: kabel, pelat stainless steel, dan larutan elektrolit. B.4. Membangkitkan gelombang PWM dari sumber listrik DC Penggunaan efek resonansi membutuhkan gelombang PWM yang berasal dari sumber listrik DC.Fungsi untuk membangkitkan gelombang PWM dapat dikerjakan melalui generator PWM.Untuk memenuhi fungsi tersebut, digunakan komponen IC NE 555.

C. 1.

a.

Rancangan Struktural Generator HHO Dalam rangka sebagai untuk memenuhi percobaan, generator HHO ini terdiri dari 2 buah elektroda positif dan 1 buah elektroda negatif yang terdiri dari 12 sel elektrolisis yang disusun secara paralel.Sumber tegangan yang digunakan adalah berasal dari aki 12 volt sehingga tegangan masing-masing sel sebesar 2.4 volt.Arus yang mengalir pada generator HHO ini berkisar antara 0 sampai 20 Ampere bergantung terhadap konsentrasi larutan KOH dan suhu. Pelat stainless steel Jenis pelat yang digunakan adalah stainless steel 316 L. Jenis pelat ini digunakan karena mampu meredam korosi yang terjadi karena asam maupun basa.Tebal pelat yang digunakan adalah 0.5 mm. Pada pelat yang memisahkan elektroda positif dan negatif.yang berguna untuk membagi tegangan.bentuk pelat adalah segi 8.sedangkan pada elektroda positif dan negatif memiliki bentuk seperti segi 8.namun terdapat tambahan untuk menyambungkan elektroda dengan baut menuju sumber tegangan.Lubang 8mm dan 6mm. panjang masing-masing sisi 110mm. tebal 1mm.

a Gambar 16. b. c.

b a. Pelat elektroda positif, b Pelat elektroda negatif

Phiton O-ring Ukuran O-ring yang digunakan adalah diameter100 mm dan tebal 3mm. Mika Ukuran mika yang diguanakn dalam generator HHO ini adalah 10mm dan penampang 120 mm x 120 mm. Masing-masing mika memiliki lubang dengan diameter 10mm sebagai dudukan untuk napel input maupun output. Jarak antar mika adalah 5cm. Lubang pada mika berjarak 2 cm dari bagian atas. 28

d.

e.

2. a.

b.

Gambar 17. Viton O-ring Baut Baut yang digunakan adalah ukuran 10 dan terbuat dari bahan stainless steel 316L.panjang 10cm dan ukuran kepala baut 10.untuk menghindari korosi yang diakibatkan oleh larutan KOH. Jumlah baut yang digunakan adalah sebanyak 4 buah. Napel Napel yang digunakan sebanyak 2 buah.yakni untuk input ke generator HHO dan output generator HHO. Napel yang digunakan berasal dari bahan stainless steel 316 L untuk menghindari korosi.

Gambar 18. Napel Sistem resonansi elektrik IC 555 Masing- masing IC pewaktu ini menggunakan resistor variabel 200kΩ sebagai pengatur frekuensi (Rv) dan pengatur duty cycle. Sedangkan pada R1 dan R2 digunakan resistor tetap dengan ukuran 1000Ω.Digunakan 4 buah ukuran kapasitor untuk memperbanyak variasi tingkat frekuensi.Pada tingkat pertama frekuensi.menggunakan kapasitor 470nF dengan rentang nilai 1 Hz hingga 1535 Hz. Pada tingkat kedua. menggunakan kapasitor 100nF dengan rentang nilai antara 7 hingga 7215 Hz. Pada tingkat ketiga dengan menggunakan kapasitor 10nF memiliki rentang nilai frekuensi antara 72 hingga 72150 Hz. Sedangkan tingkat keempat dengan menggunakan kapasitor berukuran 2nF memiliki rentang nilai frekuensi antara 360 hingga 360750 Hz. MOSFET IRFP460 Perkiraan penggunaan arus yang terjadi pada generator HHO ini adalah sekitar 0 sampai 20 Ampere.MOSFET IRFP 460 yang memiliki spesifikasi dapat mengalirkan pulsa dengan arus maksimum mencapai 80 Ampere.Dari sisi tegangan.tipe ini dapat menghantarkan tegangan maksimum sebesar 500 Volt..sedangkan perkiraan tegangan maksimum yang terjadi ketika gelombang resonansi terjadi adalah sekitar 100 volt. Berdasarkan hal tersebut maka MOSFET IRFP 460 ini digunakan.

29

V. HASIL DAN PEMBAHASAN

A.

Perbandingan Konsentrasi KOH

Arus (ampere)

Pada penelitian ini.digunakan 2 jenis konsentrasi larutan KOH.yakni0.178 M dan 0.446 M. Larutan KOH yang digunakan ini merupakan larutan elektrolit.sehingga dapat mengalirkan arus listrik. Pada Gambar 19 dapat terlihat bahwa larutan KOH 0.446 M mampu mengalirkan arus 50% lebih tinggi dibandingkan dengan larutan KOH 0.178 M. Hal ini terjadi karena semakin tinggi konsentrasi larutan elektrolit berimplikasi pada meningkatnya konduktivitas elektrik atau hambatan elektrik yang terjadi. Berdasarkan hukum listrik.pada tegangan yang sama.bila hambatan dalam lebih kecil.maka arus yang mengalir lebih tinggi.

Konsentrasi KOH (Molar) Gambar 19. Perbandingan konsentrasi larutan dengan arus yang terjadi

Debit HHO (ml/ detik)

Dampak dari peningkatan arus yang mengalir seharusnya diikuti dengan meningkatnya produksi gas HHO yang dihasilkan, karena menurut hukum Faraday bahwa arus yang mengalir sebanding dengan kecepatan reaksi elektrolisis yang terjadi.Bila reaksi elektrolisis terjadi semakin cepat.maka debit yang terjadi akan semakin cepat. Setelah dilakukan penelitian. dapat terlihat pada Gambar 20 bahwa pada larutan KOH 0.446 M dapat menghasilkan gas HHO 46% lebih cepat dibandingkan dengan penggunaan larutan KOH 0.178 M. Debit digunakan sebagai parameter dalam perbandingan ini karena cukup spesifik untuk melihat perbandingan dari kecepatan reaksi yang terjadi pada masing-masing larutan.

0.178

0.446

Konsentrasi KOH (Molar) Gambar 20. Perbandingan konsentrasi larutan dengan debit HHO yang dihasilkan 30

B.

Pengujian Kinerja MOSFET

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kinerja dari transistor MOSFET ketika sinyal PWM masuk melalui kaki G dan dikeluarkan melalui kaki D. Pada Gambar 19 ditunjukan fase ketika sinyal yang dihasilkan generator PWM masuk ke kaki G sebagai input dan keluar ke kaki D sebagai output. Keluaran dari kaki D ini yang kemudian dihubungkan dengan generator HHO pada kutub positinya.Frekuensi yang digunakan pada pengujian ini adalah 3333 Hz. Dalam Gambar 21 tersebut terlihat bahwa ketika tegangan input ke kaki G mencapai 9 volt.maka pada saat ini transistor berada dalam keadaan on.pada saat yang sama.tegangan output yang terjadi mencapai minimum.meskipun terjadi sedikit keterlambatan. Ketika transistor MOSFET dalam keadaan on tersebut tegangan output MOSFET meningkat dari 2 volt sampai mencapai puncaknya yakni 6 volt. Sedangkan ketika transistor MOSFET dalam keadaan off.atau input dari transistor MOSFET ini adalah 0 volt.sama seperti pada keadaan on.terjadi keterlambatan antara aksi dan reaksi yang terjadi. Pada keadaan off ini.tegangan output dari MOSFET ini langsung melonjak sampai 18 volt.yang kemudian turun sampai tegangan 10 volt.

Gambar 21. Perbandingan tegangan input dan output mosfet

C.

Kapasitansi Generator HHO

Pada penelitian ini.digunakan pengukuran generator HHO menggunakan waktu yang dibutuhkan untuk turun dari tegangan yang tinggi ke tegangan yang rendah. Hal ini dikarenakan pengukuran dari tegangan rendah ke tegangan tinggi tidak dapat dilakukan karena pada penggunaanberbagai resistor.waktu yang terukur selalu di bawah 1 detik.sehingga pengukuran dari tegangan rendah ke tegangan tinggi tidak cukup akurat. Pada Tabel 3 terlihat bahwa tegangan minimum yang dapat dicapai pada generator HHO ini adalah 0.35 volt.bukan 0 volt. Hal ini karena adanya elektrolit yang menyebabkan listrik masih tersimpan pada generator HHO ini.Selain itu. dapat terlihat bahwa tegangan maksimum yang dapat tercapai pada generator HHO ini cukup rendah dibandingkan dengan sumber tegangan yang diberikan melalui aki.Hal ini disebabkan karena tegangan dalam dari generator HHO ini yang sangat kecil bila dibandingkan dengan hambatan resistor yang digunakan dalam rangkaian ini.Hal ini dapat terlihat dari semakin meningkatnya hambatan resistor yang digunakan maka semakin rendah pula tegangan maksimum yang dapat tercapai generator HHO ini.Meskipun demikian.bila resistor yang digunakan 31

lebih rendah.maka waktu yang terukur terlalu rendah dan hal ini mengakibatkan pengukuran tidak akurat. Berdasarkan pengukuran tersebut.terdapat ketidaksesuaian.yakni berapapun nilai resistor yang digunakan.seharusnya nilai kapasitor yang terukur adalah sama.atau bilapun berbeda.hanya berbeda sedikit. Namun pada Tabel 3.terlihat bahwa nilai kapasitor yang terukur berbeda cukup jauh pada masing- masing resistor yang berbeda .dan resistor dengan hambatan 984Ω. Sama seperti halnya pada penggunaan larutan KOH 0.178 M. pada larutan KOH 0.446 M juga tegangan minimum yang tidak dapat tercapai sebesar 0 volt seperti terlihat pada Tabel 4 Tegangan minimum pada larutan KOH 0.446 M lebih tinggi dibandingkan dengan pada larutan KOH 0.178 M karena tingkat konsentrasi elektrolit yang lebih tinggi menyebabkan tegangan yang dapat disimpan pada generator HHO tersebut lebih besar. Tabel 3. Data kapasitansi generator HHO dengan larutan KOH 0.178 M V sumber Resistor V max V min Vpantau Waktu Nilai (volt) (ohm) (volt) (volt) (volt) (detik) Kapasitansi(mF) 12.26

492

2.4

0.35

1.10

81.21

165.05

12.26

984

2.06

0.35

0.98

245.12

249.10

12.26

1973

1.58

0.35

0.80

392.57

198.97

Tabel 4. Data kapasitansi generator HHO dengan larutan KOH 0.446 M V sumber (volt)

Resistor (ohm)

V max (volt)

V min (volt)

Vpantau (volt)

Waktu (detik)

Nilai Kapasitansi (mF)

12.26

495

1.97

0.9

1.294

83

167.68

12.26

984

1.76

0.9

1.21

127.8

129.88

12.26

1973

1.60

0.9

1.16

486.8

246.73

Sama seperti halnya pada larutan KOH 0.178 M. pada larutan KOH 0.446 per liter air juga peningkatan hambatan resistor berimplikasi pada semakin kecilnya tegangan maksimum yang dapat tercapai pada generator HHO. Pada larutan KOH 0.446 M ini.nilai kapasitansi yang terukur juga tidak konsisten.dan nilai kapasitansi yang paling tinggi berbeda dengan pada larutan 0.178 M. yakni terjadi pada penggunaan resistor 1973Ω.

D.

Perbandingan Daya Yang Digunakan Pada KOH 0.178 M

Pada penelitian ini. larutan KOH dengan konsentrasi 0.178 M diuji performanya dengan cara menghitung energi spesifik yang diperlukan untuk menghasilkan tiap gram gas hidrogen. Pada konsentrasi ini. diuji efek resonansi dengan menggunakan 5 buah frekuensi tunggal dan 3 buah frekuensi termodulasi pada setiap kombinasi penggunaan induktor. Hal ini dilakukan setelah melakukan pengukuran nilai kapasitansi dari generator HHO ini. dan tidak dapat ditemukan nilai yang tetap dari kapasitansi generator HHO ini. Frekuensi tunggal yang akan diuji ditentukan dari frekuensi yang menghasilkan jumlah arus total tertinggi pada setiap rentangfrekuensi. Hal ini didasarkan pada prinsip bahwa ketika resonansi tercapai. maka hambatan dalam berada dalam kondisi minimum yang menyebabkan dengan jumlah tegangan yang sama akan lebih banyak arus yang mengalir. Sedangkan frekuensi termodulasi didapatkan dari tiap frekuensi tunggal yang memiliki nilai kehilangan energi 32

spesifik paling rendah untuk dikombinasikan dengan yang menghasilkan kehilangan energi spesifik kedua dan ketiga terendah dari seluruh frekuensi tunggal tersebut. Tabel 5. Data hubungan frekuensi dan arus pada larutan KOH 0.178 M pada induktor 8 uH Induktor 8 uH Frekuensi I total (Hertz) (Ampere) 48 10.54 113 10.84 318 10.5 1695 10.96 11270 12.28 48 dan 1695 9.84 114 dan 1695 9.86 1695 dan 11270 10.53

I generator (Ampere) 2.03 2.37 2.38 2.40 2.15 3.23 3.13 3.02

Tabel 6. Data hubungan frekuensi dan arus pada larutan KOH 0.178 M pada induktor 40 uH Induktor 40 uH Frekuensi I total (Hertz) (Ampere) 51 11.19 86 11.42 432 11.57 2600 11.78 7160 10.80 51 dan 2600 10.50 86 dan 2600 10.14 432 dan 2600 9.29

I generator (Ampere) 2.13 2.40 2.98 4.37 3.20 4.40 5.20 5.22

Tabel 7. Data hubungan frekuensi dan arus pada larutan KOH 0.178 M pada induktor 100 uH Induktor 100 uH Frekuensi

I total

I generator

(Hertz)

(Ampere)

(Ampere)

43

11.39

3.18

135

10.69

2.98

440

10.49

3.15

2430

10.89

4.40

9260

10.00

4.07

43 dan 135

9.40

4.03

43 dan 2430

8.45

4.00

43 dan 9260

8.80

5.08

Berdasarkan Tabel 5, 6, dan 7 dapat terlihat bahwa pada frekuensi tunggal yang terjadi. arus total yang terjadi lebih besar dibandingkan dengan penggunaan frekuensi termodulasi. Bila hanya mengandalkan data ini. dapat terlihat bahwa penggunaan frekuensi tunggal memiliki efek resonansi yang lebih baik karena dapat mengalirkan nilai arus yang lebih tinggi. Meskipun demikian. bila diamati melalui Gambar 22. dapat terlihat bahwa penggunaan frekuensi tunggal pada induktor 8 uH menyebabkan kehilangan energi spesifik yang lebih besar 33

dibandingkan dengan penggunaan frekuensi termodulasi. Kehilangan energi spesifik yang terbesar terjadi pada penggunaan frekuensi 11270 Hertz sebesar 82%. Sedangkan kehilangan energi spesifik yang paling rendah terjadi pada penggunaan frekuensi termodulasi antara 48 dan 1695 Hertz sebesar 67%. Bila dilihat kembali di Tabel 5, 6, 7. sebenarnya frekuensi 11270 Hertz mampu mengalirkan arus paling tinggi dibandingkan dengan frekuensi lainnya baik tunggal maupun termodulasi. Sedangkan frekuensi termodulasi 48 dan 1695 Hertz merupakan frekuensi yang mengalirkan arus terendah dibandingkan dengan frekuensi lainnya pada penggunaan induktor 8 uH.

Gambar 22. Pengaruh frekuensi terhadap energi spesifik pada 10 gram KOH dan induktor 8uH Pada pengujian efek resonansi dengan menggunakan induktor 40 uH. yang hasilnya ditunjukkan pada Gambar 23. dapat terlihat bahwa sama seperti halnya yang terjadi pada penggunaan induktor 8 uH. frekuensi tunggal menghasilkan kehilangan energi spesifik yang lebih besar bila dibandingkan dengan penggunaan frekuensi termodulasi. Kehilangan energi spesifik yang terbesar terjadi pada frekuensi 51 Hertz sebesar 80%. Sedangkan kehilangan energi spesifik yang paling rendah dengan menggunakan efek resonansi terjadi pada frekuensi termodulasi 86 dan 2600 Hertz sebesar 50%.

Gambar 23. Pengaruh frekuensi terhadap energi spesifik pada 10 gram KOH dan induktor 10uH Pada pengujian efek resonansi dengan menggunakan induktor 100 uH yang ditunjukkan pada Gambar 24. sama seperti kedua pengujian sebelumnya. penggunaan frekuensi tunggal memiliki kehilangan energi spesifik yang lebih besar dibandingkan dengan penggunaan frekuensi termodulasi. Kehilangan energi spesifik yang terbesar pada penggunaan induktor 100 uH adalah sebesar 73 % pada frekuensi 135 Hertz. Sedangkan penggunaan frekuensi yang menghasilkan kehilangan energi spesifik yang terendah terjadi pada frekuensi 43 dan 2430 Hertz sebesar 41%.

34

Gambar 24. Pengaruh frekuensi terhadap energi spesifik KOH 0.178 M dan induktor 100uH Pada penggunaan frekuensi termodulasi dengan induktor 100 uH. efisiensi tertinggi terjadi pada penggunaan frekuensi 43 Hz dan 2430 Hz yakni kehilangan energi spesifik yang terjadi sebesar 41%.Sedangkan efisiensi terendah terjadi pada penggunaan frekuensi 43 Hz dan 135 Hz dengan kehilangan energi yang terjadi sebesar 58%. Dari seluruh pengujian dengan menggunakan berbagai ukuran induktor dan beragam frekuensi baik tunggal maupun termodulasi. dapat terlihat bahwa semakin besar ukuran induktor. semakin kecil kehilangan energi spesifik yang terjadi. Dari seluruh perlakuan pengujian pada penggunaan KOH 0.178 M ini. kehilangan energi spesifik yang terbesar terjadi pada frekuensi 11270 Hertz dan induktor 8 uH. Pada Gambar 25. diperlihatkan gelombang tegangan yang terjadi pada frekuensi tersebut. Salah satu penyebab tingginya kehilangan energi spesifik pada frekuensi ini adalah karena arus yang diserap merupakan yang paling tinggi. namun demikian hasil gas hidrogen yang dihasilkan merupakan yang terendah. Selain itu. kurangnya tegangan yang terjadi juga merupakan salah satu penyebab tingginya kehilangan energi spesifik tersebut. Generator HHO tersebut dirancang untuk menerima tegangan 11 hingga 12 volt. namun demikian pada gelombang tegangan yang terjadi. tegangan 12 volt hanya tercapai pada waktu yang sangat singkat. sehingga jumlah gas hidrogen yang optimum untuk dihasilkan hanya terjadi dalam waktu yang singkat juga. Di sisi lain. tegangan yang paling banyak terjadi pada frekuensi ini hanyalah sebesar 10 volt dan sangat tidak efektif untuk dapat terjadinya proses elektrolisis secara sempurna. Perlakuan pengujian efek resonansi yang terbaik terjadi pada penggunaan induktor 100 uH dengan frekuensi termodulasi 43 dan 2430 Hertz. Melalui Gambar 26. yang menunjukkan gelombang tegangan yang terjadi. dapat terlihat bahwa fase off yang terjadi lebih dominan dibandingkan dengan fase on yang terjadi. Hal ini dikarenakan fase on yang merupakan bagian dari frekuensi 43 Hertz masih dibagi kembali pada frekuensi 2430 Hertz menjadi berbagai fase on dan fase off. Hal ini menyebabkan proporsi fase on menjadi 25% dan proporsi fase off menjadi 75%. Selain itu. ketika fase off. tegangan yang terjadi mencapai 18 volt. dan memakan waktu yang cukup lama sampai tercapai tegangan konstan 11 volt. Ketika fase on terjadi. besaran tegangan yang tercapai adalah 11 volt dan sudah cukup untuk terjadinya proses elektrolisis. Dari seluruh perlakuan pengujian yang dilakukan pada larutan KOH 0.178 M. kehilangan energi efisiensi yang paling rendah terjadi pada saat cara konvensional dilakukan yakni sebesar 0.5 %. Hubungan- hubungan yang mempengaruhi kehilangan energi spesifik pada konsentrasi larutan ini adalah arus total yang terjadi. besaran induktor. perbedaan antara frekuensi tunggal dan majemuk. dan tegangan maksimum yang tercapai. Pada pengujian resonansi yang memiliki kehilangan energi spesifik terendah. terjadi pada frekuensi yang menyebabkan mengalirnya arus paling minimum dibandingkan dengan seluruh frekuensi dan besaran induktor lainnya. 35

Gambar 25. Gelombang tegangan pada frekuensi 11270 Hz induktor 8uH Selain itu. semakin besar induktor yang digunakan. semakin rendah kehilangan energi spesifik yang terjadi. hal ini dikarenakan semakin banyak arus yang tersimpan. maka semakin tinggi efisiensi yang dihasilkan. Meskipun demikian. bila induktor yang digunakan terlalu besar. dapat menghambat proses penyimpanan tegangan yang terjadi pada generator HHO. Ketika tegangan maksimum yang tercapai lebih rendah daripada tegangan yang dibutuhkan untuk terjadinya proses elektrolisis. hal tersebut akan menyebabkan proses elektrolisis tidak berjalan dengan efektif. sehingga menyebabkan energi yang terserap besar. namun hasilnya sedikit. Sedangkan ketika tegangan maksimum yang tercapai sedikit lebih tinggi dibandingkan dengan tegangan yang dibutuhkan. prosess elektrolisis dapat berjalan dengan cepat dan efektif sehingga produk gas hidrogen lebih tinggi jumlahnya.

Gambar 26. Gelombang tegangan pada frekuensi majemuk 43 Hz dan 2430 Hz induktor 100uH

E.

Perbandingan Daya Yang Digunakan Pada Larutan KOH 0.446 M

Sama halnya seperti pengujian pada larutan KOH 0.178 M. pada pengujian ini juga dilakukan pengukuran untuk mendapatkan frekuensi tunggal yang mampu mengalirkan arus tertinggi dan kemudian dilakukan pengukuran dengan menggunakan frekuensi termodulasi. Pada Tabel 8, 9, 10 36

ditunjukkan hubungan antara besaran frekuensi dengan besaran arus yang dialirkan pada frekuensi tersebut. Dapat terlihat bahwa pada umumnya frekuensi termodulasi hanya mampu mengalirkan arus yang lebih kecil dibandingkan dengan penggunaan frekuensi tunggal. Sedangkan pengaruh induktor dengan besaran arus tidak terlalu nyata perbedaannya. Tabel 8. Data hubungan frekuensi dan arus pada KOH 0.446 M pada induktor 8 uH Frekuensi (Hertz) 39 115 397 2573 14280 39 dan 2573 115 dan 2573 400 dan 2573

Induktor 8 uH I total (Ampere) 11.24 11.33 10.51 10.92 11.47 9.59 10.07 9.32

I generator (Ampere) 3.17 3.18 3.77 4.02 2.65 5.42 5.78 4.87

Tabel 9. Data hubungan frekuensi dan arus pada KOH 0.446 M pada induktor 40 uH Induktor 40 uH Frekuensi

I total

I generator

(Hertz)

(Ampere)

(Ampere)

40

11.53

3.97

123

11.01

4.23

396

10.96

4.80

2367

11.29

5.33

9990

11.73

3.90

40 dan 2367

10.22

5.03

123 dan 2367

10.25

5.97

396 dan 2367

10.01

6.40

Tabel 10. Data hubungan frekuensi dan arus pada KOH 0.446 M pada induktor 100 uH Induktor 100 uH Frekuensi

I total

I generator

(Hertz)

(Ampere)

(Ampere)

40

11.42

3.85

154

11.32

4.17

338

11.37

4.62

2405

12.22

5.17

13910

12.41

3.20

40 dan 154

11.58

5.45

40 dan 335

11.27

5.95

40 dan 2405

9.85

6.25

37

Pada Gambar 27. ditunjukkan hubungan antara frekuensi dengan energi spesifik yang terjadi pada penggunaan induktor 8 uH. Kehilangan energi spesifik yang paling besar terjadi pada frekuensi tunggal 14280 Hertz sebesar 77%. Pada frekuensi ini sebenarnya mengalir arus paling tinggi di antara frekuensi lainnya pada penggunaan induktor 8 uH. meskipun demikian. rendahnya debit gas hidrogen yang terjadi menyebabkan energi spesifiknya menjadi sangat besar. Sedangkan pada frekuensi termodulasi 115 dan 2573 Hertz terjadi kehilangan energi spesifik yang paling rendah yakni sebesar 44%. Meskipun pada frekuensi tersebut arus yang mengalir cukup rendah. namun merupakan yang paling tinggi di antara penggunaan frekuensi termodulasi lainnya. Pada umumnya dapat terlihat bahwa frekuensi termodulasi terjadi kehilangan energi spesifik yang lebih rendah dibandingkan dengan yang terjadi pada penggunaan frekuensi tunggal.

Gambar 27. Pengaruh frekuensi terhadap energi spesifik KOH 0.446 M dan induktor 8uH Pada Gambar 28. ditunjukkan pengaruh frekuensi dengan energi spesifik yang terjadi. Kehilangan energi spesifik yang terbesar terjadi pada frekuensi 9990 Hertz sebesar 69%. Bila ditelaah kembali melalui Tabel 8, 9 10. pada frekuensi tersebut arus yang mengalir merupakan yang terbesar di antara penggunaan frekuensi lainnya. Sedangkan kehilangan energi spesifik yang terkecil terjadi pada frekuensi termodulasi 396 dan 2367 Hertz sebesar 40%. Pada frekuensi termodulasi tersebut. arus yang dialirkan merupakan yang paling minimum dibandingkan dengan penggunaan frekuensi lainnya.

Gambar 28. Pengaruh frekuensi terhadap energi spesifik KOH 0.446 M dan induktor 40uH Pada Gambar 29. ditunjukkan pengaruh antara frekuensi yang digunakan dengan energi spesifik yang terjadi. Kehilangan energi spesifik yang paling besar terjadi pada frekuensi 40 Hertz sebesar 67%. Sedangkan kehilangan energi spesifik yang paling kecil di antara berbagai perlakuan efek resonansi ini terjadi pada penggunaan frekuensi termodulasi 40 dan 2405 Hertz sebesar 39 %. 38

Arus yang mengalir pada frekuensi ini merupakan yang terendah dari seluruh perlakuan resonansi dengan menggunakan larutan KOH 0.446 M.

Gambar 29.

Pengaruh frekuensi terhadap energi spesifik KOH 0. 446 M dan induktor 100uH

Pada penggunaan frekuensi tunggal 14280 Hertz dan induktor 8 uH terjadi kehilangan energi terbesar di antara seluruh perlakuan resonansi pada penggunaan KOH 0.446 M. Dalam Gambar 30. terlihat gelombang tegangan yang terjadi pada frekuensi tersebut. Dapat terlihat bahwa tegangan 12 volt yang terjadi hanya dalam waktu yang sangat singkat. sedangkan tegangan minimum mencapai 6 volt.

Gambar 30. Gelombang tegangan yang terjadi pada frekuensi 14280 Hz induktor 8uH Pada Gambar 31. ditunjukan gelombang tegangan yang terjadi pada frekuensi termodulasi 40 dan 2405 Hertz dengan induktor 100 uH yang merupakan terjadinya kehilangan energi spesifik yang paling kecil dibandingkan dengan seluruh perlakuan pengujian dengan efek resonansi pada larutan KOH 0.446 M. Dapat terlihat bahwa fase off dari frekuensi yang rendah. 40 Hertz berada pada tegangan 11 volt. sedangkan pada fase on dari frekuensi 40 Hertz masih dibagi kembali menjadi frekuensi 2405 Hertz. hal ini menyebabkan fase off memiliki proporsi sebesar 75% bila dibandingkan 39

dengan fase on. Pada frekuensi 2405 Hertz tersebut. pada fase on.tegangan minimum yang tercapai adalah 5 volt. sedangkan pada fase off.tegangan maksimum yang dapat tercapai adalah 14 volt. Tegangan sebesar 11 volt sudah cukup untuk menjalankan reaksi elektrolisis dengan baik. meskipun demikian. pada tegangan 14 volt. reaksi elektrolisis akan lebih mudah terjadi sehingga meskipun tegangan 14 volt tersebut berkurang sampai 11 volt. namun proses elektrolisis masih terjadi pada selang tersebut

Gambar 31. Gelombang tegangan pada frekuensi 40 Hz dan 2405 Hz induktor 100uH Pada penggunaan KOH 0.446 M. kehilangan energi spesifik terkecil terjadi pada saat penggunaan konvensional tanpa menggunakan gelombang resonansi. Kehilangan energi yang terjadi pada penggunaan konvensional adalah sebesar 1.1 %. Bila diamati dari seluruh perlakuan pengujian efek resonansi. baik dengan menggunakan larutan KOH 0.178 M dan 0.446 M dengan berbagai ukuran induktor dan frekuensi. semakin sedikit fase on yang terjadi pada gelombang tegangan. menyebabkan semakin sedikit juga kehilangan energi yang terjadi. Setelah ditelaah lebih lanjut. pada Gambar 30 ditunjukkan skema yang terjadi ketika fase on. Pada fase tersebut akan terdapat hambatan yang sangat kecil yang memiliki posisi paralel dengan generator HHO. Ketika tegangan yang terjadi pada generator HHO adalah sekitar 12 volt. maka pada hambatan tersebut juga terdapat tegangan 12 volt. Dampak dari hal tersebut adalah mengalirnya arus dalam jumlah yang sangat besar di antara hambatan tersebut dengan ground. Arus tersebut tidak dapat dimanfaatkan dan pada akhirnya hanya hilang sebagai panas. Hal ini dapat dibuktikan dari panas yang sangat tinggi yang terjadi pada MOSFET. Ada baiknya skema diagram resonansi tidak mengikuti bentuk tersebut karena menyebabkan mengalirnya arus dalam jumlah yang sangat tinggi pada hambatan di antara kaki S dan ground. Frekuensi termodulasi selalu mampu menghasilkan kehilangan energi spesifik yang lebih rendah dibandingkan dengan frekuensi tunggal yang terjadi. Hal ini dikarenakan pada frekuensi termodulasi. fase off yang terjadi lebih banyak dibandingkan dengan fase on. Dikarenakan terjadinya sirkulasi elektrolit dan udara. menyebabkan nilai kapasitansi dari generator HHO ini berubah setiap waktu. Hal ini menyebabkan pengujian resonansi hanya dapat dilakukan dengan mengambil frekuensi yang mengalirkan arus tertinggi. Oleh karena itu. penggunaan efek resonansi ini lebih baik dilakukan pada generator HHO yang memiliki nilai kapasitansi tetap. dalam hal ini adalah generator HHO tipe basah. 40

Dari seluruh perlakuan yang dilakukan pada pengujian ini.baik dengan menggunakan konsentrasi larutan.ukuran induktor.dan frekuensi yang berbeda-beda.tidak mampu lebih baik dibandingkan dengan kondisi proses elektrolisis tanpa menggunakan frekuensi (normal). Ada kemungkinan hal ini disebabkan karena sifat dari sifat kapasitansi generator HHO ini yang tidak stabil.seperti yang sudah dijelaskan pada tahap sebelumnya.Terdapat juga kemungkinan bahwa ketidakmampuan generator HHO ini untuk mengosongkan tegangan yang ada menyebabkan kegagalan dalam mencapai titik optimum dari penggunaan efek resonansi. Ketidakmampuan generator HHO untuk mengosongkan tegangan juga berpengaruh pada kegagalan dari efek resonansi ini.Ada kemungkinan dengan tidak adanya fase kosong pada generator HHO.menyebabkan ketika diberi arus listrik generator HHO ini tidak mencapai tegangan yang cukup tinggi.karena tegangan maksimum yang tercapai pada pengujian ini hanya sekitar 10 volt hingga 18 volt. Bila tegangan maksimum yang terjadi tidak lebih dari 12 volt.maka proses elektrolisis yang terjadi tidak optimum karena generator HHO ini dirancang untuk beroperasi pada tegangan normal 12 volt. Dari sisi efisiensi energi.pada fase on selalu terjadi kehilangan energi yang berubah menjadi panas dalam jumlah yang cukup besar yang seharusnya dihindari.seperti yang diperlihatkan pada gambar 31 dengan adanya hambatan yang sangat kecil yang paralel dengan generator HHO. Salah satu upaya untuk mengurangi ini adalah mengubah duty cycle sehingga fase off lebih besar porsinya dibandingkan fase on.

Gambar 32. Skema Rangkaian generator HHO Dari seluruh perlakuan yang dilakukan pada penelitian ini.efisiensi tertinggi terjadi pada perlakuan dengan menggunakan larutan KOH 0. 178 M dengan tingkat kehilangan energi spesifik hanya sebesar 0.5%.meskipun debit produksi hidrogennya lebih rendah dibandingkan dengan penggunaan larutan KOH 0.446 M yang tingkat kehilangan energinya sebesar 1.1%. Hal ini kemungkinan disebabkan karena pada larutan KOH 0.446 M. kandungan elektrolit sudah terlalu jenuh.sehingga menyebabkan energi yang termanfaatkan untuk proses elektrolisis tidak bertambah secara signifikan.namun terdapat peningkatan terbuangnya energi menjadi panas. Meskipun demikian.pada larutan KOH 0.178 M hanya menghasilkan debit sebesar 2.77 ml/ detik. sedangkan pada larutan KOH 0.446 M menghasilkan debit gas hidrogen sebesar 5.12 ml/ detik.Hal ini masih jauh dari nilai yang diharapkan untuk terjadinya penghematan sebesar 10% pada traktor yang diuji.Hal ini dikarenakan berdasarkan perhitungan diperlukan debit gas hidrogen sebesar 145 ml/ detik. 41

VI.

A.

Kesimpulan 1.

2.

3.

4.

5.

B.

KESIMPULAN DAN SARAN

Generator HHO sudah dapat beroperasi dengan baik pada keadaan normal dengan konsentrasi larutan KOH mempengaruhi arus yang dikonsumsi dan debit HHO yang dihasilkan. Debit yang terjadi pada penggunaan larutan KOH 0.178 M adalah 2.77 ml/ detik.sedangkan debit yang terjadi pada penggunaan larutan KOH 0.446 M adalah 5.12 ml/ detik. Penggunaan efek resonansi pada frekuensi termodulasiyang terbaik memiliki tingkat kehilangan energi spesifik sekitar 39% dengan total energi yang digunakan adalah 123.91 (watt jam/ gram hidrogen) dan energi yang digunakan di generator adalah 75.12 (watt jam/ gram hidrogen) pada frekuensi 40 dan 2405 Hz. induktor 100uH dan larutan KOH 0.446 M. Penggunaan larutan KOH 0.178 M memiliki tingkat kehilangan energi spesifik yang lebih kecil.yakni hanya sebesar 0.5%.dengan total energi yang digunakan adalah 51.37 watt jam/ gram hirdogen.energi yang digunakan pada generator adalah 51.34 watt jam/ gram hidrogen. Sedangkan penggunaan larutan KOH 0.446 M air memiliki tingkat kehilangan energi sebesar 1.1%.dengan total energi yang digunakan sebesar 54.09 watt jam/ gram hidrogen.dan energi yang digunakan di generator adalah 53.46 watt jam/ gram hidrogen. Penggunaan rangkaian generator HHO dengan menghubungkan kutub positif dengan kaki D pada MOSFET dan kutub negatif dengan ground tidak efektif karena menyebabkan kehilangan arus menjadi panas ketika terjadi fase ON. Dengan debit maksimum gas hidrogen yang tercapai adalah 5.12 ml/ detik.tidak mampu menghasilkan penghematan pada motor bakar diesel sebesar 10%.karena kebutuhan debit gas hidrogen pada motor bakar diesel tersebut adalah 145 ml/ detik.

Saran 1. 2.

Penelitian sejenis dilanjutkan dengan mengubah rangkaian posisi generator HHO pada skema diagram MOSFET. Generator HHO yang digunakan dengan menggunakan tipe basah agar kapasitansi generator HHO tersebut bernilai tetap.

42

DAFTAR PUSTAKA

Abdillah.FNU. Water Fuel Cell. http://freshhelm.wordpress.com/category/lain-lain/ [10 Desember 2012] Bickle R. 2005. A simple PWM ciruit based on IC 555 timer. http://www.dprg.org/tutorials/200511a/index.html. [15 April 2012] Bishop O. 2002. Electronics-A first Course. Kidlington: Elsevier Ltd ChemistryElectrolyctic Cell.http://chemistryh2t13.blogspot.com/2011/02/electrolytic-cell.html [10 Desember 2012] Davis G.L. 1983.Agricultural and Automotive Diesel Mechanics. New Jersey: Prentice-Hall Deoriz. 2008. Bahan bakar air elektrolisa sederhana. http://deoryz.blogspot.com/2008_08_01_archive.html. [10 Desember 2012] Eichlseder.et al. 2010.Hydorgen Internal Combustion Engine. In: Detlef Stolten (ed). Weinhem: Hydrogen and Fuel Cells.Willey-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. pp 811-829 EngineersGarage.555 timer IC. http://www.engineersgarage.com/electronic-components/ne555-timeric-datasheet [10 Desember 2012] FutureGreenEnviro. 9, 15 & 21Plates Dry Cell HHO Generator. [ 4 Februari 2013] Hayt.et al. 2005.Rangkaian Listrik. Bandung: Erlangga HHO4u‟s Weblog. 2013. http://hho4u.wordpress.com/category/hho-generators/[ 4 Februari 2013] Keenan.et al. 1980.General College University(sixth edition):Harper&Row.Publisher. Inc Lanz A. 2001. Hidrogen Fuel Cell Engines and Related Technologies. United States of America Marian. P. Pulse generator circuit with 555.http://electroschematics.com/5834/pulse-generator-with555 [10 Desember 2012] Philips Semiconductor.http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/philips/IRFP460.pdf [15 Desember 2012] Pudjanarsa A. Nursuhud D. 2006. Mesin Konversi Energi. Yogyakarta: ANDI OFFSET PT. Yanmar Indonesia. 2012. Yanmar Bromo DX. http://id.yanmar.com//product/agriculture/tiller/bromoSeries/spec_index.php [6 Sept 2012] Rockis. G. 1985. Solid State Fundamentals for Electricans.United States of America Sears FW. Zemansky MW. 1960. College Phisycs. Massachusetts: Addison-Wesley Publishing Company

43

LAMPIRAN

44

Lampiran 1.

Daftar komponen yang digunakan pada generator PWM

Jenis komponen

Jumlah

IC NE555 Resistor 1000Ω Resistor 10kΩ Resistor Variabel 200kΩ Kapasitor 2nF Kapasitor 10nF Kapasitor 100nF Kapasitor 470nF Kapasitor 470uF Dioda Channel selector Saklar

2 6 2 4 2 4 2 2 2 4 2 1

45

Lampiran 2.

Pin No 1 2 3 4 5 6 7 8

Kegunaan dari masing-masing kaki pada IC NE 555

Function

Name

Ground (0V) Voltage below 1/3 Vcc to trigger the pulse Pulsating output Active low; interrupts the timing interval at Output Provides access to the internal voltage divider; default 2/3 Vcc The pulse ends when the voltage is greater than Control Open collector output; to discharge the capacitor Supply voltage; 5V (4.5V - 16 V)

Ground Trigger Output Reset Control Voltage Threshold Discharge Vcc

46

Lampiran 3.

Kegunaan dari kaki pada MOSFET IRFP 460

47

Lampiran 4.

Data pengukurandengan larutan KOH 0.178 M. induktor 8 uH

frekuensi

Vr

Vb

Vs

V generator

I total

I generator

waktu

debit

daya total

daya generator

21.71

wh/ g h2 total (watt jam/ gram) 325.27

wh/ g h2 generator (watt jam/gram) 61.21

(hertz)

(volt)

(volt)

(volt)

(volt)

(ampere)

(ampere)

(detik)

(mL/ detik)

(watt)

(watt)

48

0.73

11.67

10.95

10.68

10.54

2.03

444.33

1.80

115.38

113

0.75

11.44

10.69

10.43

10.84

2.37

446.33

1.79

115.90

24.68

328.28

69.90

318

0.72

11.46

10.74

10.50

10.50

2.38

477.00

1.69

112.78

25.02

338.86

75.16

1695

0.76

11.43

10.67

10.40

10.96

2.40

432.00

1.85

117.01

24.96

320.75

68.43 65.02

11270

0.85

11.26

10.41

10.16

12.28

2.15

469.00

1.71

127.88

21.85

380.57

1695 dan 48

0.68

11.54

10.86

10.62

9.84

3.23

269.33

2.97

106.91

34.33

182.66

58.66

1695 dan 114

0.68

11.46

10.78

10.55

9.86

3.13

287.67

2.79

106.34

33.05

193.61

60.18

1695 dan 11270

0.73

11.42

10.69

10.45

10.53

3.02

309.00

2.59

112.61

31.52

220.74

61.80

48

Lampiran 5.

Data pengukurandengan larutan KOH 0.178 M. induktor 40 uH

Vb

Vs

V generator

I total

I generator

waktu

debit

daya total

daya generator

(hertz)

Vr (volt )

(volt)

(volt)

(volt)

(ampere)

(ampere)

(detik)

(mL/ detik)

(watt)

(watt)

51

0.77

11.70

10.93

11.31

11.19

2.13

563.00

1.43

122.25

86

0.79

11.70

10.91

11.30

11.42

2.40

518.33

1.54

432

0.80

11.73

10.93

11.33

11.57

2.98

486.00

1.65

frekuensi

wh/ g h2 total

wh/ g h2 generator

24.13

(watt jam/ gram) 435.33

(watt jam/gram) 85.94

124.62

27.12

409.77

89.19

126.40

33.80

388.90

103.98 136.07

2600

0.81

11.70

10.89

11.29

11.78

4.37

441.33

1.84

128.23

49.30

353.89

7160

0.74

11.53

10.79

11.16

10.80

3.20

577.33

1.39

116.49

35.71

425.98

130.59

432 dan 2600

0.64

11.72

11.08

10.57

9.29

4.40

321.00

2.50

102.99

46.49

160.44

76.00

86 dan 2600

0.70

11.66

10.96

10.68

10.14

5.20

238.33

3.36

111.16

55.52

167.98

83.90

55.39

209.48

94.55

51 dan 2600

0.72

11.86

11.14

10.62

10.50

5.22

216.33

3.70

116.93

49

Lampiran 6.

Data pengukurandengan larutan KOH 0.178 M. induktor 100 uH

frekuensi

Vr

Vb

Vs

V generator

I total

I generator

waktu

debit

daya total

daya generator

wh/ g h2 total

wh/ g h2 generator

(hertz)

(volt)

(volt)

(volt)

(volt)

(ampere)

(ampere)

(detik)

(mL/ detik)

(watt)

(watt) 32.35

(watt jam/ gram) 241.95

(watt jam/gram) 64.73

43

0.78

11.40

10.62

10.16

11.39

3.18

315.33

2.54

120.91

135

0.74

11.26

10.52

10.09

10.69

2.98

447.00

1.90

112.56

30.11

301.26

80.58

440

0.72

11.45

10.72

10.30

10.49

3.15

583.00

1.38

112.46

32.43

413.98

119.37

2430

0.75

11.31

10.56

10.16

10.89

4.40

483.67

1.66

114.97

44.68

350.89

136.37 94.44

9260

0.69

11.28

10.59

10.19

10.00

4.07

359.67

2.23

105.88

41.42

241.41

43 dan 9260

0.61

11.74

11.13

10.79

8.80

4.03

269.67

2.97

97.98

43.52

160.20

65.78

43 dan 135

0.65

11.54

10.89

10.51

9.40

4.00

246.67

3.24

102.39

42.04

132.90

77.43

43 dan 2430

0.58

11.59

11.00

10.66

8.45

5.08

225.33

3.55

92.98

54.17

167.34

74.33

50

Lampiran 7.

Data pengukuran dengan larutan KOH 0.446 M. induktor 8 uH

I total

I generator

waktu

debit

daya total

daya generator

(volt)

(ampere)

(ampere)

(detik)

(mL/ detik)

(watt)

(watt)

11.01

10.72

11.24

3.17

335.00

2.39

123.78

11.74

10.96

10.66

11.33

3.18

348.00

2.31

0.72

11.30

10.58

10.18

10.51

3.77

375.00

0.75

11.28

10.53

10.13

10.92

4.02

324.67

frekuensi

Vr

Vb

Vs

(hertz)

(volt)

(volt)

(volt)

39

0.77

11.79

115

0.78

397 2573

V generator

wh/ g h2 total

wh/ g h2 generator

33.95

(watt jam/ gram) 263.12

(watt jam/gram) 72.16

124.14

33.94

272.85

74.59

2.13

111.17

38.36

264.44

91.24

2.47

115.00

40.67

236.63

83.68 70.45

14280

0.79

11.26

10.47

10.18

11.47

2.65

412.33

1.94

120.11

26.96

313.82

39 dan 2573

0.66

11.31

10.65

10.36

9.59

5.42

180.33

4.45

102.17

56.13

116.61

64.07

115 dan 2573

0.69

11.60

10.91

10.58

10.07

5.78

159.33

5.07

109.82

61.19

109.92

61.24

400 dan 2573

0.64

11.37

10.72

10.46

9.32

4.87

230.67

3.47

99.96

50.88

146.23

74.43

51

Lampiran 8.

Data pengukuran dengan larutan KOH 0.446 M.induktor 40 uH

frekuensi

Vr

Vb

Vs

V generator

I total

I generator

waktu

debit

daya total

daya generator

38.29

wh/ g h2 total (watt jam/ gram) 234.73

wh/ g h2 generator (watt jam/gram) 74.50

(hertz)

(volt)

(volt)

(volt)

(volt)

(ampere)

(ampere)

(detik)

(mL/ detik)

(watt)

(watt)

40

0.79

11.26

10.47

9.65

11.53

3.97

306.67

2.61

120.65

123

0.76

11.32

10.56

9.64

11.01

4.23

329.00

2.44

116.24

40.80

242.04

84.95

396

0.76

11.16

10.40

9.60

10.96

4.80

358.33

2.23

114.00

46.10

259.10

104.76

2367

0.78

11.65

10.87

10.13

11.29

5.33

368.00

2.17

122.73

54.04

286.52

126.15 94.24

9990

0.81

11.52

10.72

9.81

11.73

3.90

388.33

2.06

125.68

38.25

309.70

40 dan 2367

0.70

11.45

10.74

10.04

10.22

5.03

225.00

3.56

109.80

50.54

156.60

72.09

123 dan 2367

0.71

11.49

10.78

10.06

10.25

5.97

204.33

3.92

110.52

60.04

143.26

77.84

396 dan 2367

0.69

11.44

10.75

10.07

10.01

6.40

187.33

4.27

107.69

64.46

127.97

76.60

52

Lampiran 9.

frekuensi

Data pengukuran dengan larutan KOH 0.446 M. induktor 100 uH daya total

daya generator

(detik)

debit (mL/ detik)

(watt)

(watt)

3.85

312.67

2.56

122.74

39.36

wh/ g h2 total (watt jam/ gram) 243.54

11.32

4.17

336.00

2.38

120.10

41.91

255.97

89.31

9.99

11.37

4.62

331.67

2.41

119.87

46.11

252.23

97.03

9.93

12.22

5.17

376.67

2.13

127.89

51.31

304.92

122.33 79.66

Vr

Vb

Vs

V generator

I total

I generator

(hertz)

(volt)

(volt)

(volt)

(volt)

(ampere)

(ampere)

40

0.79

11.54

10.75

10.23

11.42

154

0.78

11.39

10.61

10.06

338

0.78

11.33

10.54

2405

0.84

11.31

10.47

waktu

wh/ g h2 generator (watt jam/gram) 78.10

13910

0.86

11.16

10.31

9.74

12.41

3.20

402.67

1.99

127.88

31.18

326.71

40 dan 154

0.80

11.56

10.76

10.26

11.58

5.45

200.67

3.99

124.61

55.92

158.67

71.21

40 dan 335

0.78

11.43

10.65

10.18

11.27

5.95

191.00

4.19

120.02

60.56

145.46

73.40

40 dan 2405

0.68

11.35

10.67

10.21

9.85

6.25

185.67

4.31

105.19

63.78

123.91

75.12

53

Lampiran 10.

KOH (M)

Vr (volt)

Vb (volt)

0.178

0.25

11.93

0.446

0.50

11.79

Data Pengukuran dengan larutan KOH dalam keadaan konvensional

V generator (volt)

I total (ampere)

I generator (ampere)

Waktu (detik)

11.68

11.60

3.61

3.63

192.00

11.29

11.20

7.26

7.23

104.00

Vs (volt)

daya total (watt)

daya generator (watt)

4.17

42.17

7.69

81.95

Debit (mL/ detik)

42.15

wh/ g h2 total (watt jam/ gram) 51.37

wh/ g h2 generator (watt jam/ gram) 51.34

81.00

54.09

53.46

54