JU URNAL TEKN NIK POMITS S Vol. 2, No. 2, 2 (2013) ISSN N: 2337-3539 9 (2301-9271 Print) P
B-3305
Stuudi Ekksperim men P Pengarruh Peencam mpuran n Gas Hidroogen dari d Genera G ator HH HO Tipe Keering dengaan Bahaan Bakkar Keerosenne pad da Disttribusii Tem mperatuur Nyaala Ap pi Kom mpor Tekan T n Blow wtorch h Brillyano o Agni Pradiipta dan Djok ko Sungkono o Kawano, Jurussan Teknik Mesin, M Fakulltas Teknologgi Industri, Institut Tekno ologi Sepuluuh Nopemberr (ITS) Jl. Arieef Rahman H Hakim, Surab baya 60111 In ndonesia e-mail: hhdkawano@m me.its.ac.id Abstrak—Gaas hidrogen mempunyai m nila ai kalor yang d dapat diimanfaatkan untuk menam mbah energi pada berrbagai bahkan da keeperluan peembakaran, apat mengu urangi peenggunaan bahan bakar koonvensional ya ang digunakan n saat in ni. Blowtorch k kerosin digunaakan sebagai alat uji. Penggujian diilakukan denggan menggabungkan bahan bakar kerosin n dan ga as hidrogen daalam HHO yan ng dihasilkan dari d generator HHO tip pe kering deengan plat SS S316L beruku uran 16mmx116mm seebanyak 15 plaat sebagai elekttroda dan laru utan elektrolit KOH diilengkapi Pulsse Width Modulation (PW WM) sebagaii alat peengontrol geneerator HHO dengan d duty cyycle 25%, 50% %, dan 75 5%. Penggabu ungan bahan bakar dilaku ukan secara difusi menggunakan m eejector. Hasil yang y didapatk kan bahwa efiisiensi un njuk kerja generator HHO O tertinggi pad da duty cycle 25%, ya aitu sebesar 554,32% dan effisiensi terend dah pada geneerator HHO tanpa PW WM, yaitu sebeesar 13,2%. Teemperatur apii yang ungan kerosin dan gas HHO O lebih panass dari diihasilkan gabu peembakaran keerosin saja. Gaabungan daya bahan bakar yang diihasilkan gas H HHO sebesar 16,5W 1 dan day ya yang dikeluaarkan keerosin murni sebesar 25,777kW, menaikk kan temperatu ur api leb bih dari 100oC dari temperaatur api hasil pembakaran p keerosin murni m .
Gamb bar 1. Proses ellektrolisis air (Sum mber:http://www w.byexample.coom/library/illusttrations/electrolys is/eleectrolysis.jpg/im mage_view. Dia iakses pada tan nggal 10 Agusstus 2013 pukul 22.00)
—blowtorch, diifusi, duty cyclee, kerosene, HH HO. Kata Kunci—
I. PEND DAHULUAN
S
EJAK waccana krisis energi e non-reenewable muuncul, berkembangg penelitian – penelitian n terhadap eenergi terbarukan ataau renewablle energi. Energi E terbarrukan tersebut kini ssedikit demi sedikit menjaadi alternatiff bagi masyarakat m daalam menunjaang aktifitas sehari-hari. S Salah saatunya adalahh bahan bakkar hidrogen n.Ketersediaann air (H H2O) yang saangat melimppah di permu ukaan bumi dapat diimanfaatkan ssebesar-besarnnya oleh manu usia untuk berb rbagai keeperluan. Munnculnya teknoologi elektroliisis air sejak ttahun 19 900-an yang ddiubah menjaadi hidrogen dan d oksigen aadalah diimulainya era pemanfaatann gas HHO meenjadi bahan bbakar alternatif. m muncuul ide Berangkat ddari pemikiraan tersebut, maka peenelitian bagaaimana karaktteristik api yaang dihasilkann dari peenggabungan kerosin dan gas HHO secara s difusi pada bllowtorch yangg dipakai padaa kebutuhan teeknik. II. TINJAU UAN PUSTAK KA A.. Elektrolisis A Air Elektrolisis aair seperti yaang ditunjukkaan pada gambbar 1 ad dalah proses eelektrolisis yanng dimanfaatk kan untuk
Gamb bar 2. Rangkaia an IC555 sebaggai Multivibrato or A stabil (Sum mber:www.sooko ogroup.blogspoot.com. Diaksess pada tanggal 10 Agusstus 2013 pukull 22.00)
mem mecah moleku ul air (H2O) menjadi Hid drogen (H2) dan d Oksiigen (O2)[1]. Elektrolisis aair pada dasaarnya dilakukkan deng gan mengalirk kan arus listrrik ke air meelalui dua buuah elekttroda (katoda dan anoda). A Agar proses elektrolisa e dappat terjaadi dengan ceepat maka aiir tersebut diicampur denggan elekttrolit sebagai katalis. k B. Pulse P Width Modulation M PW WM (Pulse Width Moddulation) meerupakan suaatu rang gkaian alat teknik dalam meengatur atau mengontrol m keerja suatu u peralatan yang memerluukan arus pulll in yang bessar dan untuk mengh hindari disipassi daya yang berlebihan dari d peralatan yang akan dikontrol[22]. PWM meng gatur prosentaase lebarr pulsa terhad dap periode daari suatu sinyaal persegi dalaam bentu uk tegangan periodik p yangg diberikan ke generator HH HO sebaagai sumber daya. d Seperti yang ditunjuk kkan gambar 2, salah h satu rangkaian PWM sedderhana.
JU URNAL TEKN NIK POMITS S Vol. 2, No. 2, 2 (2013) ISSN N: 2337-3539 9 (2301-9271 Print) P
B-3306
outlet
Gamb bar 6. Rangkaiaan instalasi gennerator HHO daan blowtorch Gaambar 3. Ejektoor (S Sumber:http://coommons.wikim media.org/wiki/F File:Ejector_or__Injec tor.svg. Diakses ppada tanggal 100 Agustus 2013 pukul 22.00)
Gaambar 4. Rangkkaian peralatan uji gas HHO (d direct)
2. Peengujian Temp peratur Api Peengujian temp peratur api ddilakukan settelah pengujiian perfo orma generato or HHO yang bertujuan untuk menentukkan temp peratur lidah api yang ddihasilkan blo owtorch denggan profi fil api yang terrlihat. Temperratur api diuku ur menggunakkan therm mocoupletipe K yang disuusun horizonttal sebanyak 25 buah h dengan jaraak antar senssor 1cm dim mulai dari ujuung nozzzle. Sk kema instalasii pengujian sep eperti pada gam mbar 6 yaitu gas g HHO O masuk melaalui ejektor sebbagai low preessure fluid yaang terhiisap karena kevakuman k akkibat motive fluid (kerosiin). Padaa pengujian in ni ditimbang berat kerosin n yang terpakkai untu uk menghittung daya bahan bakar yaang terpaakai.Perbandin ngan yang ddidapat adalaah pembakarran kerosin saja deng gan kerosin ddicampur gass HHO masinngmasiing duty cycle. Diagram Aliir Penelitian Peenelitian dilak ksanakan berrdasarkan pad da diagram alir a dapaat dilihat pada Gambar 7. IV V. HASIL DA AN DISKUSII
Gaambar 5. Rangkkaian peralatan uji gas HHO (P PWM)
C. C Ejektor Ejjektor meruppakan mixing device deng gan menggunnakan motive fluid beerkecepatan tinggi t yang menimbulkan m efek e adalah h mendorong aaliran vaakum.Prinsip kkerja sebuah ejektor flu uida sekunderr dengan mem manfaatkan trransfer momeentum daan energi darii fluida pengggerak berkecep patan tinggi (jjet)[3]. Gambar G 3 mennunjukkan fluida sekunder yang terhisapp lalu beercampur denggan fluida prim mer berkecepatan tinggi meelalui co onverging inleet nozzle. IIII. III. METO ODE PENELIT TIAN 1. Pengujian Laaju Produksi HHO H Pengujian iini dilakukann untuk meengukur perfforma HO dalam kondisi tanp pa PWM, yang geenerator HH diitunjukkan gaambar 4 dann dengan diitambahkan P PWM deengan duty cyycle 25%, 50% %, dan 75%, yang ditunjuukkan sk kemanya padaa gambar 5. Pengukuran dilakukan deengan mengukur m wakttu produksi gas g HHO sebaanyak 500cc ddalam beejana ukur.Seelain itu, diukkur pula tegaangan listrik, arus lisstrik, dan teemperatur eleekrolit.Pengujiian ini dilakkukan seelama 60 meniit pada masingg-masing variabel.
1. Pengujian P Laju Produksi HH HHO Laaju produksi gas HHO ddiukur dari generator tannpa PWM M dan dengan n PWM dengaan duty cycle 25%, 50%, dan d 75% %. Dari gambar 11 1 terlihat perbaandingan kon nsumsi arus paada tanpa PW WM geneerator HHO. Generatorr HHO mengkonsumsi arrus listrik yanng sangat ting ggi, sebesar 799A padaa saat mulai dijalankan ddan meningkaat sangat ceppat, dalam m waktu dua menit m saja aruus mencapai 135A. Arus yaang dibu utuhkan generrator HHO yyang ditambaahkan perangkkat PWM M relatif keciil. Duty cyclee 25% yang rata-rata r selam ma peng gujian menyerrap arus sebeesar 4,6A dan n nilainya terrus meningkat seiring g berjalannya w waktu pengujian dan nilainnya da angka 5A. semaakin stabil pad Gambar 12 merupakan .graffik yang menu unjukkan bahw wa peratur elektro olit generator m meningkat bersamaan denggan temp bertaambahnya waaktu. Namun, pada grafik generator tannpa PWM M, temperatur meningkkat sangat signifikan dan d mencapai suhu 90oC kurang ddari tiga men nit.Dibandingkkan gan menggu unakan PW WM, temperratur elektroolit deng meningkat secarra bertahap dan stabil seiring wakktu peng gujian berjalan n dikarenakann waktu peny yalaan generator HHO O bisa dikontrol. Trren grafik pada gambar 13 memperlihatkan bahw wa wakttu produksi gas HHO sebaanyak 500cc semakin s singkkat. Laju u produksi yan ng meningkatt diakibatkan oleh temperatur yang g mana apabila temperaturr tinggi makaa mempermuddah penin ngkatan enerrgi molekul-m molekul, seh hingga semakkin bany yak molekul yang mencapaii energi pengaaktifan dan
JU URNAL TEKN NIK POMITS S Vol. 2, No. 2, 2 (2013) ISSN N: 2337-3539 9 (2301-9271 Print) P
B-3307
Gamb bar 8. Dutycyclle 25% (Kondisi: freq 97,2 Hz, H On Duty cyycle 24%, OFF F Duty cycle 75% %)
bar 9. Dutycyclle 50% Gamb (Kondisi: freq 157,2 Hz, On Duuty cycle 50%, OFF Duty cyycle 49%))
A
Pembuatan blowtorch
Blowtorch sesuai kriteria
Peengujian unjuk kerja blowtoorch
Kriteria: K Tidak ada kebocoran gas Blowtorch dapat bekerja baik
Gamb bar 10. Dutycycle 75% (Kondisi: freq 244,1 Hz, On Duuty cycle 75%, OFF Duty cyycle 24%))
Kelompok kkontrol: Pengujian unnjuk kerja blowtorch keroosene standar
Datta : Temperatur lidah api Daya hasil kerja bahan bbakar
Kelomppok uji: Pengujjian unjuk kerja blowtorchh dengan ditambbahkan gas H2 secara difusi
Gamb bar 11.Grafik arus a generator fu fungsi waktu Datta : Temperatur lidah api Daya hasil kerja bahan bbakar
Analisa dan komparaasi temperatur dan Daya hhasil kerja bahan bakar pada kedua pengujian
Kesimpulan
End
Gaambar 7. Diagrram alir penelitiian
Gamb bar 12.Grafik teemperatur elekttrolit fungsi waaktu
JU URNAL TEKN NIK POMITS S Vol. 2, No. 2, 2 (2013) ISSN N: 2337-3539 9 (2301-9271 Print) P
B-3308
Gaambar 13.Grafiik laju produksii gas HHO fung gsi waktu
Gamb bar 16. Grafik temperatur t lidah ah api fungsi jarrak dari nozzle
Gaambar 14.Grafiik efisiensi geneerator HHO fun ngsi waktu
Gamb bar 17.Grafik daya d bahan bakaar
(a) (b) Gaambar 15.Visuaalisasi api : (a) Kerosene. (b) Kerosene K + HH HO.
Tiitik puncak teertinggi dari panas lidah api juga sediikit lebih h maju dibandingkan keroosene murni. Pada campurran kerosene dan gas HHO terjadii peningkatan n temperatur api a ni terjadi kareena jika duty cycle semakin ditingkkatkan. Hal in H semakin n besar dan ggas yang berccampur semakkin ṁ HHO bany yak. Teerjadi pening gkatan daya, tetapi nilainy ya tidak beggitu signiifikan karenaa ṁHHO nilainnya tidak beegitu besar dan d kemu urnian massa dari hidrogen en (H2) hanyaa 1/9 dari masssa total gas. Akan tetapi, peninngkatan enerrgi yang hannya 0,08%, yang didaapat dari besaarnya energi yang dihasilkkan pemb bakaran hidrogen dibbandingkan energi haasil pemb bakaran kero osin pada bloowtorch mam mpu menaikkkan temp peratur api seb besar 100oC.PPeningkatan daaya bahan bakkar yang g dihasilkan pembakaran p ppada blowtorcch dapat dilihhat dari banyaknya bahan b bakar yyang dipakai dan nilai kalor m niilai dari bahan bakar tersebut.Keroosene murni mempunyai s 43MJJ/kg, sedang gkan hidroggen kalorr bawah sekitar mem mpunyai nilai kalor tiga kalli lebih besar dari nilai kalor kerosin.
deengan demikiaan reaksi pem mecahan air beerlangsung deengan ceepat. ningkatan efissiensi Gambar 14 menunjukkann grafik pen terjadi sangat signifikan pada grafik denganpenggujian geenerator HH HO mengguunakan PWM M dibandinngkan geenerator HHO O tanpa peraangkat PWM M. Peningkatan an ini diikarenakan ennergi entalpi untuk u memban ngkitkan geneerator attau energi ikattan untuk mennguraikan air (H2O) menjaddi gas HHO H bergantunng pada nilai V, V I, dan wak ktu produksi.D Dalam peerumusan efiisiensi diketaahui bahwa efisiensi e geneerator merupakan m perrbandingan anntara entalpi penguraian p airr dan daaya yang diberrikan per mol. ∆ ηGen = 100 % 2. Pengujian T Temperatur Appi Dapat dilihaat pada Gambbar 15 dari visualisasi v apii, api mbakaran kerosene murni berwarna jinngga, haasil dari pem seedangkan padda campuran dengan hid drogen, warnaa api beerwarna putihh. Secara teoori, warna jiingga mempuunyai paanjang gelomb mbang yang jaauh lebih panjjang dibandinngkan pu utih dan pancaaran energi paanas dari warn na jingga jauh lebih keecil dibandinngkan putih.. Api yang dihasilkan dari peencampuran seecara difusi anntara kerosenee dengan gas H HHO ternyata mengghasilkan api yang jauh lebih panas dari keerosene murnii.
V. KESIM MPULAN Bebeerapa kesimpu ulan yang dappat diambil daari penelitian ini adalaah sebagai berrikut: 1. Arus mengalami peningkkatan seiring g bertambahnnya waktu. Arus menanjak takk terkendali pada p pengujiian generator HH HO tanpa PW WM yang aru usnya mencappai 135A dalam kurun waktu kurang dari tiga t menit. Arrus terkecil ada pada penggujian mengg gunakan PW WM dengan duty cycle 25% yang arusny ya stabil dalaam waktu yang cukup lama dan an besarnya hanya 4,95A. 2. Temperatur elektrolit m mengalami keenaikan seiriing bertambahnyaa waktu. T Temperatur elektrolit paada generator HH HO tanpa PW WM naik darri 28oC samppai 90oC hanya dalam d waktu kurang dari dua d menit. Paada generator HH HO yang mennggunakan PW WM temperattur naik tapi tidak secara dra rastis dan berrangsur konsttan pada semua variasi v duty cyc ycle.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 2, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print) 3.
4.
5.
6.
7.
8.
Laju produksi menunjukkan bahwa tren mengalami peningkatan seiring dengan bertambahnya waktu untuk semua generator HHO. Laju produksi terbesar dicapai oleh pengujian generator tanpa PWM yaitu 1.79E-05 kg/s. Laju produksi terkecil dicapai oleh pengujian menggunakan PWM dengan duty cycle 25% yaitu dengan rata-rata 1,24E-06 kg/s. Efisiensi mengalami peningkatan seiring dengan bertambahnya waktu untuk grafik pengujian menggunakan PWM. Efisiensi generator yang terbesar dicapai pada pengujian generator dengan duty cycle 25% yaitu 54,32%. Sedangkan pada generator tanpa PWM efisiensi hanya sebesar 13,92%. Pada pengujian temperatur lidah api menunjukkan bahwa temperatur lidah api dari blowtorch dengan bahan bakar kerosene murni jauh lebih rendah, yaitu pada temperatur 602,8oC dibandingkan dengan campuran kerosin + gas HHO. Titik temperatur tertinggi dari api dari bahan bakar terjadi pada kerosin + gas HHO dari generator HHO dengan duty cycle 75%, yaitu mencapai temperatur 802,4oC. Titik temperatur api puncak pada campuran kerosin dan gas HHO juga lebih maju dibandingkan kerosin murni. Daya yang dihasilkan bahan bakar menunjukkan peningkatan. Daya tertinggi dicapai oleh campuran kerosene dan generator HHO dengan duty cycle 75% , yaitu sebesar 25893,3229 watt dan yang terendah dicapai oleh kerosin murni, yaitu sebesar 25726,91 watt. Penggabungan daya bahan bakar dari HHO yang hanya sebesar 16,5W dan daya yang dikeluarkan kerosin murni sebesar 25,77kW, menaikkan temperatur api lebih dari 100oC dari temperatur api hasil pembakaran kerosin murni. Artinya bisa didapatkan penghematan jika diaplikasikan dalam rumah tangga jika mensubstitusi dengan bahan bakar hydrogen dengan kebutuhan kalor yang sama. Gas hidrogen bisa menjadi bahan bakar alternatif pengganti bahan bakar konvensional yang ada dengan jumlah ketersediannya di alam yang sangat melimpah dengan proses yang begitu sederhana, yaitu elektrolisis air. VI. SARAN
Beberapa saran yang dapat diambil dari penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Pada penelitian selanjutnya bisa menggunakan power supply dari PLN sebagai sumber energi agar lebih stabil. 2. Alat kontrol PWM generator menggunakan microprocessor agar lebih stabil pengaturan daya generator. 3. Dapat dilakukan uji emisi pada gas sisa hasil pembakaran. 4. Hati – hati dalam penggunaan hidrogen untuk pembakaran karena kesalahan SOP bisa menyebabkan kecelakaan yang fatal. 5. Perangkat keamaan harus diperhatikan betul untuk menjamin keselamatan pengguna. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis B.A.P. mengucapkan terima kasih kepada Jurusan
B-309
Teknik Mesin ITS dan Bapak Djoko Sungkono Kawano selaku dosen pembimbing Tugas Akhir. Ibu Musriatin dan Bapak Harjono P.S. selaku orang tua penulis atas dukungan moril dan materiil. Dosen-dosen dan karyawan Jurusan Teknik Mesin ITS Surabaya, terutama Bapak Witantyo selaku dosen wali, rekan – rekan Lab.TPBB Teknik Mesin ITS. Teman-teman angkatan M51 dan tim HHO TPBB ITS. DAFTAR PUSTAKA [1] [2] [3] [4]
Dopp, R.B. 2007. Hydrogen Generation Via Water Electrolysis Using Highly Efficient Nanometal Electrodes. DSE Quantum Sphere, Inc. Poularikas, Alexander.2010. Transforms and Applications Handbook.CRC Munson, Bruce. 2004. Fundamentals of Fluid Mechanics. Jakarta : Erlangga Anggorosari, Yoni Wahyu. 2011 “Unjuk Kerja Kompor Minyak Tanah Sumbu Tunggal Yang Dioperasikan Tanpa Sumbu Berbahan Bakar Etanol”. Surabaya: Teknik Mesin – Institut Teknologi Sepuluh Nopember
