BAB II KAJIAN PUSTAKA, KERANGKA BERFIKIR DAN HIPOTESIS
A. Kajian Pustaka 1. Spark Iginition Engine a. Prinsip Kerja Motor Bensin Empat Langkah Sepeda motor di Indonesia saat ini umumnya menggunakan motor bensin 4 langkah. Konstruksi dasar sebuah motor 4 langkah terdiri dari: katup hisap, katup buang, silinder, piston, ring piston, poros engkol, dan roda penerus. Prinsip kerja utama motor bensin yakni membakar campuran antara udara dan bensin untuk memperoleh tenaga panas. Tenaga panas diubah menjadi tenaga gerak atau tenaga mekanik melalui mekanisme piston dan poros engkol.
Gambar 2.1. Siklus Kerja Motor Bensin 4 Langkah (A) Langkah Hisap (B) Langkah Kompresi (C) Langkah Kerja (D) Langkah Buang (Sumber: Jalius Jama, 2008: 70)
Siklus kerja motor bensin 4 langkah secara sederhana ditunjukkan pada Gambar 2.1 di atas. Mesin 4 langkah membutuhkan 2 putaran poros engkol (4 gerakan piston) untuk menyelesaikan 1
7
8 siklus di dalam silinder. Berikut adalah uraian cara kerja mesin bensin empat langkah: 1) Langkah Hisap Katup pemasukan dalam keadaan terbuka dan katup buang tertutup. Piston bergerak ke bawah dari titik mati atas (TMA) ke titik mati bawah (TMB) sehingga tekanan di ruang pembakaran menjadi hampa (vakum). Perbedaan tekanan udara di luar dan di dalam ruang pembakaran menyebabkan campuran udara dan bensin mengalir menuju ruang pembakaran. 2) Langkah Kompresi Katup masuk dan katup buang dalam keadaan tertutup. Piston bergerak dari TMB ke TMA. Karena ruang bakar dalam keadaan tertutup maka campuran udara dan bahan bakar menjadi padat sehingga tekanan dan suhu juga turut meningkat. Beberapa derajat sebelum piston mencapai TMA, busi mulai memercikkan bunga api. 3) Langkah Kerja Katup masuk dan katup buang masih dalam keadaan tertutup. Campuran udara dan bahan bakar terbakar dengan sangat cepat sehingga
proses
ini
menyebabkan
campuran
gas
mengembang dan memuai. Energi panas yang dihasilkan oleh pembakaran menimbulkan tekanan ke segala arah sehingga piston terdorong ke TMB. Gerakan piston ke bawah juga turut memutar poros engkol melalui connecting rod. 4) Langkah Buang Sesaat sebelum piston bergerak ke bawah pada langkah kerja, katup buang mulai terbuka. Katup masuk dalam keadaan tertutup. Saat piston mulai naik menuju TMA, piston mendorong gas sisa hasil pembakaran keluar melalui katup buang menuju saluran buang dan atmosfer.
9 Langkah tersebut berulang kali dilakukan dalam motor bensin yang sedang bekerja. Semakin banyak campuran bensin dan udara yang dibakar, semakin tinggi pula energi panas yang dihasilkan. Hal tersebut juga menyebabkan motor bensin berputar lebih cepat. b. Proses Pembakaran Proses
pembakaran
pada
ruang
bakar (combustion
chamber) suatu motor bakar adalah gabungan antara proses fisika dan kimia yang kompleks, meliputi persiapan pembakaran, perkembangan pembakaranan dan proses setelah pembakaran. Proses tersebut sangat bergantung pada jenis dan kecepatan reaksi kimia, keadaan panas dan pertukaran
masa
selama
proses,
serta
perambatan panas ke
sekelilingnya. Pembakaran juga didefinisikan sebagai reaksi kimia bahan bakar dengan oksigen dan diikuti oleh panas. Mekanisme pembakaran normal pada motor bensin dimulai dari loncatan bunga api pada busi. Selanjutnya api membakar gas di sekelilingnya dan terus menjalar sampai semua partikel habis terbakar. Pada pembakaran normal pembagian nyala api pada waktu ignition delay terjadi secara merata pada seluruh bagian. Pada keadaan yang sebenarnya mekanisme pembakaran pada motor ini bersifat kompleks dan berlangsung dalam beberapa fase. Pada saat gas baru dikompresikan, tekanan dan temperaturnya akan naik sehingga
molekul-molekul hidrokarbon
akan terurai dan bergabung dengan oksigen, dan sebelum berakhir langkah kompresi dipercikan bunga api pada busi yang kemudian akan membakar gas tersebut. Di bawah ini gambar hubungan antara tekanan
dan sudut engkol mulai saat penyalaan sampai akhir
pembakaran.
10
Gambar 2.2. Pembakaran campuran udara-bensin dan perubahan tekanan pada silinder (Sumber: B. Waluyo, 2009: 31) Berdasarkan mendapatkan
gambar
ekspansi
di
maksimal
atas maka
terlihat
bahwa
tekanan
untuk
pembakaran
maksimum (3) harus terjadi beberapa derajat setelah TMA, sehingga saat pengapian harus maju beberapa derajat sebelum TMA. c. Batas Pengapian (Limits Ignition) Batas pengapian yang sesuai dengan rasio campuran ditunjukkan pada gambar 2.3. Pada ujung skala kurus dan kaya, panas yang dilepaskan oleh percikan bunga api tidak lagi cukup untuk memulai pembakaran dalam campuran yang tidak terbakar.
Gambar 2.3. Batas Pengapian Hydrocarbon (Sumber: Rajput, 2007: 64) Berikut ini adalah uraian mengenai batas pengapian: 1) Batas pengapian yang semakin luas mengalami peningkatan suhu karena tingkat yang lebih tinggi dari reaksi dan koefisien difusivitas termal lebih tinggi daripada campuran.
11 2) Batas bawah dan atas pengapian tergantung pada suhu dan rasio campuran. 3) Untuk bahan bakar hidrokarbon, stoikiometri air fuel ratio adalah sekitar 15:1 dan air fuel ratio terletak di antara 30:1 dan 7:1. d. Knocking/ Detonation Peristiwa pembakaran normal, api menyebar ke seluruh bagian ruang bakar dengan kecepatan konstan dan busi berfungsi sebagai pusat penyebaran. Gas baru yang belum terbakar terdesak oleh gas yang telah terbakar, sehingga tekanan dan temperaturnya naik sampai mencapai keadaan hampir terbakar, jika pada saat ini gas tadi terbakar dengan sendirinya, maka akan timbul ledakan (detonasi) yang menghasilkan gelombang kejutan berupa suara ketukan (knocking noise). Fluktuasi tekanan yang besar dan cepat ini terjadi pada akhir pembakaran. Sebagai akibatnya tenaga mesin akan berkurang dan jika sering terjadi akan memperpendek umur mesin. Gambar di bawah ini merupakan grafik yang memperlihatkan proses terjadinya fenomena detonasi (knocking) pada motor bensin.
Gambar 2.4. Fenomena detonasi (Sumber: B. Waluyo, 2009: 31) e. Faktor Penyebab Terjadinya Detonasi Beberapa faktor pada desain atau pengoperasian sebuah mesin yang cenderung mengurangi temperatur campuran udara dan bahan bakar
dapat
mengurangi
kemungkinan
terjadinya
knocking.
12 Sebaliknya, faktor-faktor yang mengurangi kepadatan campuran udara dan bahan bakar cenderung mengurangi knocking dengan memberikan pelepasan energi yang lebih rendah. Beberapa faktor pada desain atau pengoperasian
suatu
mesin
mempunyai
pengaruh
terhadap
kemungkinan terjadinya knocking. Efek yang ditimbulkan oleh beberapa parameter berikut ini baik yang langsung atau tidak langsung berhubungan dengan faktor temperatur, tekanan, dan kepadatan, berpengaruh terhadap kemungkinan terjadinya knocking. 1) Rasio Kompresi Rasio kompresi sebuah mesin adalah salah satu faktor penting yang berpengaruh terhadap tekanan dan temperatur pada awal proses pembakaran. Peningkatan pada rasio kompresi berarti peningkatan pada tekanan dan temperatur gas saat akhir langkah kompresi. Hal tersebut mengurangi ignition lag dan meningkatkan kemungkinan terjadinya knocking. 2) Temperatur Saluran Masuk pada Campuran Udara dan Bahan Bakar Temperatur campuran udara dan bahan bakar yang tinggi menyebabkan temperatur kompresi juga turut meningkat. Hal tersebut
cenderung mengakibatkan
terjadinya knocking.
3) Nilai Oktan Bahan Bakar Jika semakin tinggi nilai temperatur self-ignition pada bahan bakar dan rendahnya reaksi pre-flame dapat menurunkan kemungkinan detonasi. Bahan bakar dengan nilai oktan yang rendah menyebabkan kemungkinan detonasi yang lebih tinggi.
2. Bahan Bakar Bahan bakar yang umum digunakan di Indonesia adalah jenis premium. Premium merupakan salah satu hasil penyulingan (distilasi) dari minyak bumi. Bensin merupakan bahan bakar untuk motor bakar jenis SI (Spark Ignition), yaitu mesin yang proses penyalaannya
13 menggunakan percikan api dari busi. Premium yang dipasarkan adalah bensin yang ditambah dengan bahan aditif untuk meningkatkan nilai anti-knock. Zat aditif digunakan untuk meningkatkan nilai oktan dari 75-78 menjadi 86 hingga 89. Bahan bakar mempunyai nilai tingkatan untuk mengukur tingkat anti-knock charateristic yang disebut dengan nilai oktan. Semakin tinggi nilai oktan, semakin tinggi pula ketahanan terhadap munculnya gejala knocking pada suatu mesin dibandingkan bahan bakar dengan nilai oktan yang lebih rendah. Mutu bahan bakar bensin ditentukan oleh mudahtidaknya bensin mengalami ketukan (knocking). Knocking akan berkurang oleh bertambahnya cabang dan rantai pada alkana. Mutu bensin terus dikembangkan agar bersifat tidak boros pada saat proses pembakaran dalam mesin kendaraan. Nilai oktan yang harus dimiliki oleh bahan bakar ditampilkan dalam tabel 2.1. Tabel 2.1. Nilai Oktan Gasolin Indonesia No Jenis 1 Premium 2 Pertamax 3 Pertamax Plus 4 Bensol (Sumber: Ardiansyah, 2011: 1)
Angka Oktan (RON) 88 92 95 98
Seperti yang sudah dijelaskan di atas apabila semakin tinggi nilai oktan suatu bahan bakar, daya ledak yang dihasilkan oleh bahan bakar tersebut akan lebih dahsyat. Efek ledakan tersebut membuat tenaga mesin akan meningkat dan konsumsi bahan bakar menjadi lebih irit. Menurut (Sudirman, 2008: 14) brown gas atau gas oksihidrogen memiliki nilai oktan lebih tinggi dari pada bahan bakar pada Tabel 2.1. yaitu sekitar 130 sehingga penambahan brown gas diperkirakan mampu meningkatkan tenaga mesin dan menurunkan konsumsi bahan bakar.
14 3. Konsumsi Bahan Bakar Konsumsi bahan bakar adalah suatu ukuran yang menyatakan berapa banyak bahan bakar yang digunakan suatu motor atau kendaraan pada suatu jarak tertentu, dan ini menggambarkan seberapa jauh efisiensi motor atau kendaraan ditinjau dari pemakaian bahan bakarnya. Konsumsi bahan
bakar
adalah
parameter yang
biasa
digunakan pada sistem motor pembakaran dalam untuk menggambarkan pemakaian bahan bakar (As’adi, 2011: 5). Konsumsi bahan bakar dapat didefinisikan sebagai jumlah volume bahan bakar yang dikonsumsi per satuan waktu (cc/menit). Mesin yang mempunyai efisiensi bahan bakar yang baik diindikasikan dengan nilai konsumsi bahan bakar yang rendah. Berikut adalah rumus perhitungan konsumsi bahan bakar:
FC = Dimana, FC
: Fuel Consumption atau konsumsi bahan bakar (cc/menit)
V
: Volume (cc)
t
: waktu (menit)
Hal-hal yang mempengaruhi besarnya konsumsi bahan bakar menurut As’adi (2011: 237) yakni: (1) sistem bahan bakar rusak (bensin bocor, permukaan bensin di karburator terlalu tinggi, saringan udara kotor dan penyetelan kecepatan rendah tidak baik), (2) sistem pengapian rusak (waktu penyalaan tidak tepat, busi meletup secara salah, titik kontak pemutus arus rusak), (3) tekanan kompresi mesin rendah, (4) sistem penggerak katup salah, (5) pipa saluran gas buang tersumbat, (6) kopling selip, (7) rem menahan, dan (8) penggunaan sepeda motor yang tidak benar. Perbandingan campuran bensin dan udara harus ditentukan sedemikian rupa agar bisa diperoleh efisiensi dan pembakaran yang sempurna. Secara tepat perbandingan campuran bensin dan udara
15 yang ideal (perbandingan stokiometrik) untuk proses pembakaran yang sempurna pada mesin adalah 1:14,7. Namun pada prakteknya, perbandingan campuran optimum tersebut tidak bisa diterapkan terus menerus pada setiap keadaan operasional, contohnya: saat putaran idle dan beban penuh kendaraan mengkonsumsi campuran udara bensin yang gemuk, sedangkan dalam keadaan lain pemakaian campuran udara bensin bisa mendekati yang ideal. Dikatakan campuran kurus/miskin, jika di dalam campuran bensin dan udara tersebut terdapat lebih dari
14,7
persentase udara. Sedangkan jika kurang dari angka tersebut disebut campuran kaya/gemuk. Pada penelitian ini konsumsi bahan bakar akan dikur pada saat putaran mesin 5000 rpm. Menurut Pulkrabek (1997:57) konsumsi bahan bakar berkurang seiring dengan meningkatnya kecepatan putaran mesin sampai pada titik minimum, kemudian meningkat pada kecepatan tinggi. Konsumsi bahan bakar meningkat pada kecepatan putaran mesin tinggi karena kerugian-kerugian akibat gesekan yang lebih besar, dan pada kecepatan putaran mesin rendah waktu tiap siklus lebih lama sehingga menyebabkan karugian panas berlebih dan konsumsi bahan bakar meningkat.
4. Hydrogen Eco Booster Hydrogen Eco Booster atau biasa dikenal dengan sebutan elektroliser sebenarya adalah alat yang sama yang digunakan untuk mengelektrolisis air, tetapi dalam penelitian ini hanya menggunakan istilah atau sebutan baru untuk elektroliser yaitu Hydrogen Eco Booster yang terdiri dari kata Hydrogen, Eco, dan Booster. Hydrogen yang berarti gas hidrogen, Eco dapat berarti hemat/ekonomis, dan Booster yang berarti penambah. Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh yang dilakuakan oleh Kosar, M. , Ozdalyan, B. dan Celik, M. B (2010: 106) menyimpulkan bahwa penambahan gas hidrogen dapat menurunkan SFC(Specific Fuel consumption) rata-rata sebesar 57% dan menurunkan tingkat emisi gas NOx sebesar 66%.
16
Gambar 2.5 Rancang Disain Hydrogen Eco Booster tipe Wet Cell (Sumber: Dokumen Pribadi) Elektroliser sendiri terdapat berbagai macam model dan bentuknya. Model Elektroliser secara umum dapat dipisahkan menjadi elektroliser tipe basah (Wet Cell) dan elektroliser tipe kering (Dry Cell). Bentuk dari elektrodanya pun juga bermacam-macam, secara garis besar dapat dibedakan menjadi dua, yaitu elektroda bentuk koil atau lilitan dan elektroda bentuk plat. Pada penelitian ini tipe elektroliser yang digunakan adalah tipe basah (Wet Cell) dengan menggunakan elektroda plat stainless steel. a. Tipe Hydrogen Eco Booster Model Hydrogen Eco Booster secara umum dapat dipisahkan menjadi dua tipe antara lain: 1) Tipe Kering (Dry Cell) Adalah generator HHO dimana sebagian elektrodanya tidak terendam elektrolit dan elektrolit hanya mengisi celah-celah antara elektroda itu sendiri. Luasan pada plat elektroda yang terendam
air
adalah
area
terjadinya
elektrolisis
untuk
menghasilkan gas HHO, sedangkan bagian luasan yang lainnya tidak terendam air dan plat dalam kondisi kering.
17 2) Tipe Basah (Wet Cell) Adalah generator HHO dimana semua elektrodanya terendam cairan elektrolit di dalam sebuah bejana air. Pada tipe wet cell atau tipe basah, semua area luasan elektroda platnya terendam air untuk proses elektrolisis menghasilkan gas HHO. Sehingga luasan elektrolisis tersebut sama dengan luasan setiap plat yang digunakan. Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Wahyudzin, I. dan Guntur H. L (2012:6) hasil penelitiannya menunjukan aplikasi pemakaian generator wet cell pada mobil Avanza 1300cc dengan penggunaan campuran elektrolit 25% KOH dan 75% aquades dengan jumlah ruangan yang digunakan adalah 6 ruang. Pada aplikasinya terhadap mobil dapat meningkatkan torsi sebesar 3,15% dan daya 3,2% dengan penurunan SFC(Specific Fuel
consumption)
rata-rata
12,30%.
Demikian
dengan
kandungan emisi gas buang yang mengalami penurunan cukup signifikan. Sedangkan
berdasarkan
penelitian
lainnya
yang
dilakukan oleh Bari dan Esmaeil (2010:381) menyimpulkan bahwa dengan penambahan 6,1% campuran H2/O2 ke diesel , efisiensi termal rem meningkat dan konsumsi bahan bakar spesifik mesin berkurang. Emisi HC, CO2 dan CO berkurang karena proses pembakaran yang lebih baik sementara, NOx meningkat karena suhu yang lebih tinggi dicapai selama pembakaran. b. Komponen Hydrogen Eco Booster Komponen yang menunjang proses elektrolisis untuk menghasilkan brown gas
adalah tabung elektroliser, elektroda
(katoda dan anoda), larutan elektrolit dan water trap.
18 1) Tabung Elektroliser Tabung elektroliser merupakan tempat terjadinya proses elektrolisis untuk menghasilkan brown gas . Tabung elektroliser yang digunakan terbuat dari plastik tahan panas. Tabung elektrolisis harus kuat, kokoh, dan tahan banting. Tabung elektrolisis sebaiknya menggunakan tabung yang tidak terlalu tebal, karena dikhawatirkan meledak dan akan menghasilkan suara yang sangat kencang.
Gambar 2.6 Tabung Elektroliser (Sumber: Dokumen Pribadi) 2) Elektroda Elektroda terdiri dari dua kutub, yaitu katoda (-) dan anoda (+) yang dimasukkan ke dalam larutan elektrolit. Jika elektroda tersebut diberi arus listrik, akan muncul gelembunggelembung
kecil
berwarna
putih
(brown
gas)
hal
ini
menunjukkan bahwa air dan gas HHO telah terpisah. Pada penelitian ini elektroda yang digunakan adalah stainless steel grade 201 L agar lebih tahan terhadap korosi. Elektroda dipasang dengan jarak tertentu. Jika kedua elektroda tersebut saling bersentuhan, akan menyebabkan hubungan pendek listrik yang akan merusak accu motor. Secara teori tegangan yang digunakan untuk dapat memproduksi brown gas tidak terlalu besar. Batas
19 tegangan maksimum yang tidak lagi berpengaruh pada tingkat produksi brown gas adalah 1,24 Volt (Hidayatullah & Mustari, 2008:95). Tegangan yang lebih besar dari 1,24 Volt pada elektroliser akan mengakibatkan timbulnya panas dan tidak berpengaruh secara signifikan terhadap produksi brown gas. Oleh karena itu elektroliser pada penelitian ini menggunakan elektroda plat stainless steel sebanyak 9 plat yang terbagi menjadi 2 yang tersusun dari 2 plat stainless steel sebagai katoda, 6 plat stainless steel nertal dan 1 plat stainless steel sebagai anoda.
Gambar 2.7 Elektroda (Sumber: Dokumen Pribadi) 3) Larutan Elektrolit Elektrolit digunakan untuk menghasilkan brown gas pada proses elektrolisis. Elektrolit terdiri atas campuran air murni (aquades) dan katalisator. Air murni tidak mengandung mineral seperti air minum, sehingga kemungkinan merusak ruang bakar sangat kecil. Katalisator yang dicampurkan kedalam air murni akan
larut
Berdasarkan
dan
menyatu
percobaan
membentuk
yang
dilakukan
larutan oleh
elektrolit. (Sudirman,
2008:11), komposisi yang paling ideal antara air murni dengan
20 katalisator adalah 1,5 sendok teh atau sekitar 12 gram berbanding dengan 0,9-1 liter air. Komposisi tersebut hasilnya cukup baik, terlihat dari produksi brown gas dan temperatur tabung elektroliser yang cukup, yaitu 50oC sampai dengan 70oC. Pada penelitian ini menggunakan aquades ditambah dengan katalis KOH dan NaOH NaHCO3. a) Kalium Hidroksida (KOH) KOH merupakan senyawa basa, jika dilarutkan kedalam air maka akan KOH
tersebut
akan
membentuk
larutan
KOH.
menjadi katalisator yang berfungsi
untuk mempermudah pemutusan ikatan gas hidrogen dan oksigen dalam air. Semakin besar kosentrasi larutan KOH ketika dielektrolisis, diduga semakin besar pula peluang untuk menghasilkan gas hidrogen dan oksigen dalam jumlah yang banyak. Begitu pula pengaruh arus yang diberikan oleh sumber tenaga. Semakin besar arus yang diberikan maka semakin banyak gelembung-gelembung yang
muncul
dari
permukaan
katoda.
Gelembung-
gelembung tersebut merupakan proses pemutusan ikatan antara H2 dan O2 didalam senyawa air sehingga H2 dan O2 semakin banyak.
Gambar 2.8 KOH (Sumber: Dokumen Pribadi)
21 b) Natrium Hidroksida (NaOH) Natrium
hidroksida
adalah
senyawa
alkali
berbentuk butiran padat berwarna putih dan memiliki sifat higroskopis,
serta
reaksinya dengan
asam
lemak
menghasilkan sabun dan gliserol. NaOH sering digunakan dalam industri pembuatan hard soap. NaOH merupakan salah satu jenis alkali (basa) kuat yang bersifat korosif serta mudah menghancurkan jaringan organik yang halus. Natrium hidroksida murni berbentuk putih tersedia
dalam
padat
dan
bentuk pelet, serpihan, butiran ataupun
larutan jenuh 50%. Ia bersifat lembap cair dan secara spontan menyerap karbon dioksida dari udara bebas. Ia sangat larut dalam air dan akan melepaskan panas ketika dilarutkan.
Gambar 2.9 NaOH (Sumber: Dokumen Pribadi) c) Natrium Bikarbonat (NaHCO3) Natrium bikarbonat adalah senyawa kimia dengan rumus NaHCO3. Dalam penyebutannya kerap disingkat menjadi biknat. Senyawa ini termasuk kelompok garam dan telah digunakan sejak lama. Senyawa ini disebut juga soda kue (baking soda), sodium bikarbonat, dan natrium hidrogen. Senyawa ini merupakan kristal yang sering terdapat dalam bentuk serbuk. Natrium bikarbonat larut dalam air. Senyawa
22 ini digunakan dalam roti atau kue karena bereaksi dengan bahan lain yang kemudian akan membentuk gas karbon dioksida, yang menyebabkan roti dapat "mengembang". Senyawa ini juga digunakan sebagai obat antasid (penyakit maag) juga digunakan sebagai obat penetral asam bagi penderita Asidosis Tubulus Renalis (ATR) atau rhenal tubular
acidosis (RTA). NaHCO3 umumnya diproduksi
melalui proses solvay, yang memerlukan reaksi natrium klorida, amonia, dan karbon dioksida dalam air. Karena bersifat alkaloid (basa), senyawa ini melalui penambangan bijih trona, yang dilarutkan dalam air lalu direaksikan dengan karbon dioksida. Kemudian NaHCO3 mengendap sesuai persamaan berikut : Na2CO3 + CO2 + H2O → 2 NaHCO3
Gambar 2.10 NaHCO3 (Sumber: Dokumen Pribadi) 4) Water Trap Alat ini berfungsi sebagai penangkap uap air agar tidak masuk ke dalam ruang bakar. Water trap hanya berisi air murni tanpa
katalis
sebanyak
(Sudirman,2008:11).
sepertiga
dari
isi
tabung
23
Gambar 2.11 Water Trap (Sumber: Dokumen Pribadi) c. Cara Kerja Hydrogen Eco Booster Cara kerja elektroliser adalah memecah air (H2O) menjadi gas hidrogen hidrogen oksigen (HHO) atau sering disebut sebagai brown gas. Elektroliser dapat menghasilkan gas HHO dengan cara mengalirkan arus listrik pada elektroda yang dihubungkan dengan larutan elektrolit. Tidak seperti pemanas, elektroda dalam elektroliser ini, kutup anoda dan katodanya tidak saling bersentuhan, sehingga mampu menghasilkan medan magnet buatan. Medan magnet yang terdapat diantara anoda dan katoda dapat mengubah struktur atom hidrogen (H) dan oksigen (O) pada air dari bentuk diatomik menjadi bentuk monoatomik. Selain itu, ikatan neutron yang mengikat partikel H dan O akan terlepas, sehingga partikel O akan tertarik ke kutub positif (anoda) partikel H akan tertarik ke kutub negatif (katoda). Proses pecahnya bentuk diatomik menjadi monoatomik dan tertariknya partikel O ke kutub positif dan partikel H ke kutub negatif ini yang disebut sebagai proses disosiasi. Sejalan dengan proses tersebut, gelembung gas H dan O yang melekat pada elektroda akan semakin bertambah, kemudian terlepas dan mengambang, kemudian gelembung bergerak naik. Saat gelembung gas hidrogen dan oksigen
24 monoatomik terlepas dari permukaan air, partikel gas H dan O akan berikatan kembali di udara sebagai brown gas atau gas HHO. Penjelasan dapat dilihat pada gambar.
Gambar 2.12 Proses Elektrolisis Air (Sumber: Melfiana, Harto & Agung. 2007: 109) Gelembung-gelembung
brown
gas
akan
bergerak
ke
permukaan larutan elektrolit dan melayang ke atas dan terisap oleh putaran mesin. Selanjutnya, brown gas bercampur dengan campuran bahan bakar dan udara dari karburator. Reaksi kimia saat brown gas bercampur dengan bahan bakar dan udara dapat dituliskan sebagai berikut: H2O (g) + C8H18 + 9O2
9H2O (g) + 4CO2 + 2CO + 2HC
Brown gas yang mempunyai nilai oktan lebih tinggi, secara otomatis akan meningkatkan kalori bahan bakar (bensin), bensin yang memiliki nilai oktan jauh di bawah brown gas akan terbakar habis tanpa sisa (pembakaran sempurna). Semakin tinggi nilai oktan suatu bahan bakar, daya ledak yang dihasilkan akan lebih dahsyat. Efek ledakan tersebut membuat tenaga mesin akan meningkat dan konsumsi bahan bakar menjadi lebih irit.
25 d. Instalasi Hydrogen Eco Booster pada Sepeda Motor Langkah-langkah instalasai pada sepeda motor adalah sebagai berikut: 1) Menyiapkan tabung elektroliser yang telah isi dengan air murni (aquades) sebanyak 1 liter dan menambahkan 12 gram katalis, lalu diaduk hingga rata dan menutup tabung dengan rapat. 2) Langkah selanjutnya adalah memasang kabel kutub positif pada spull jalan, setelah itu disolder dan diisolasi. 3) Memasang skun pada kabel kemudian mengisolasi, dan menghubungkan kabel ke diode bridge. 4) Memasang
kabel
ground,
selanjutnya
memasang
tabung
elektroliser pada tempat yang aman serta mengikat dengan kabeltis. 5) Menghubungkan ke saluran intake manifold. Memasang elbow dan selang brown gas, kemudian merapikan kabel-kabel. 6) Menghidupkan motor
B. Kerangka Berfikir Berbagai inovasi dilakukan masyarakat untuk meningkatkan performa mesin, mengurangi konsumsi bahan bakar serta mengurangi emisi gas buang kendaraan bermotor. Salah satu upaya tersebut adalah penggunaan Hydrogen Eco Booster pada mesin suatu kendaraan bermotor. Tujuan utama penggunaan Hydrogen Eco Booster adalah untuk mengurangi detonasi pada mesin dengan menambahakan gas HHO dari hasil elektrolisasi Hydrogen Eco Booster guna meningkatkan nilai oktan dari bahan bakar yang digunakan. Detonasi dapat terjadi akibat beberapa hal misalnya penggunaan bahan bakar beroktan rendah pada mesin kompresi tinggi, panas berlebihan pada ruang pembakaran, waktu penyalaan pengapian yang terlalu awal dan sebagainya. Detonasi menimbulkan kerugian pada mesin. Kerugian akibat adanya Detonasi pada motor di antaranya adalah peningkatan konsumsi bahan bakar dan emisi gas buang. Hal ini dapat terjadi karena pembakaran berlangsung secara tidak sempurna. Hydrogen Eco
26 Booster adalah suatu modifikasi mesin dengan cara menginjeksikan gas HHO dari hasil elektrolisasi Hydrogen Eco Booster ke dalam ruang bakar melalui intake manifold penggunaan Hydrogen Eco Booster akan menambah kadar nilai oktan dari bahan bakar yang digunakan yang akan memberikan efek peningkatan nilai oktan pada bahan bakar sehingga laju proses pembakaran bensin menjadi lebih baik dan proses pembakaran menjadi lebih sempurna. Berdasarkan kajian teori dan penelitian yang relevan, maka kerangka pemikiran dirumuskan seperti berikut: 1. Pengaruh Penggunaan Hydrogen Eco Booster tipe Wet Cell terhadap Konsumsi Bahan Bakar Hydrogen Eco Booster tipe Wet Cell adalah alat yang digunakan untuk mengelektrolisis air dan menghasilkan gas HHO. Gas HHO yang mempunyai nilai oktan6 lebih tinggi, apabila tercampur dengan bahan bakar secara otomatis akan meningkatkan kalori pada bahan bakar (bensin). Gas HHO yang diinjeksikan keruang bakar melalui intake manifold yang kemudian akan bercampur dengan campuran bahan bakar dan udara yang akan saling berkaitan dan meningkatkan kalori dari bahan bakar sehingga akan terbakar habis tanpa sisa (pembakaran sempurna). Efek dari pembakaran sempurna yakni konsumsi bahan bakar akan menjadi lebih hemat dan ramah lingkungan. 2. Pengaruh Jenis Larutan Elektrolit terhadap Konsumsi Bahan Bakar Larutan katalis pada elektroliser berfungsi untuk meningkatkan laju reaksi. Dalam penelitian ini menggunakan larutan NaOH, NaHCO3 dan KOH. NaOH, NaHCO3 dan KOH merupakan basa kuat maka akan lebih cepat dalam memicu terjadinya reaksi dibandingkan dengan larutan asam, sehingga produksi brown gas yang dihasilkan optimal dibandingkan dengan Hydrogen Eco Booster tipe Wet Cell yang hanya mengggunakan air murni ataupun larutan asam. KOH adalah senyawa alkali yang reaksi kimianya lebih lambat dari NaHCO3 dan NaOH yang mengakibatkan produksi brown gas tidak optimal akan tetapi peningkatan suhunya juga lambat sehingga tidak cepat
27 panas. NaOH adalah senyawa alkali yang reaksi kimianya lebih cepat dari NaHCO3 dan KOH akan tetapi peningkatan suhunya juga cepat sehingga cepat panas yang mengakibatkan produksi brown gas menjadi kurang optimal. Sedangkan NaHCO3 adalah senyawa alkali yang reaksi kimianya lebih cepat dari KOH tetapi tidak lebih cepat dari NaOH akan tetapi peningkatan suhunya lambat sehingga tidak cepat panas dan diperkirakan produksi brown gas yang dihasilkan oleh NaHCO3 lebih optimal dari larutan lain, Sehingga brown gas yang akan diinjeksikan ke ruang bakar menjadi optimal dan konsumsi bahan bakar menjadi lebih hemat jika dibandingkan dengan konsumsi bahan bakar dengan penggunaan larutan NaOH dan KOH.
NaOH (X1) Jenis Larutan (X)
NaHCO3 ( X2)
Konsumsi Bahan Bakar (Y)
KOH (X3)
Gambar 2.13 Kerangka Berfikir C. Hipotesis Penelitian Berdasarkan uraian kajian pustaka dan kerangka berfikir di atas, maka dapat dirumuskan hipotesis penelitian sebagai berikut: 1. Ada pengaruh jenis larutan eketrolit yang digunakan pada Hydrogen Eco Booster tipe Wet Cell terhadap konsumsi bahan bakar pada sepeda motor. 2. Penggunaan jenis larutan elektrolit NaHCO3 pada Hydrogen Eco Booster tipe Wet Cell menghasilkan konsumsi bahan bakar paling irit pada sepeda motor apabila dibandingkan dengan penggunaan larutan NaOH dan KOH serta konsusmsi bahan bakar pada keadaan standar.
