Optimalisasi Generator Gas HHO Tipe Wet Cell Dimensi 160x160 mm & 120x120mm Dengan Penambahan Digital Pulse Width Modulation Dan Netral Plat

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2014) 1-9

1

Optimalisasi Generator Gas HHO Tipe Wet Cell Dimensi 160x160 mm & 120x120mm Dengan Penambahan Digital Pulse Width Modulation Dan Netral Plat Chandra Silaen dan Djoko Sungkono Kawano Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail: [email protected] Abstrak — Panas yang ditimbulkan dari proses elektrolisa dapat mencapai temperatur 800C, bila dioperasikan dalam waktu lama membuat pengguna generator gas HHO merasa tidak aman terjadi kebocoran pada bejana generator gas HHO. Dari permasalahan yang ada ditambahkan Digital Pulse Width Modulation untuk mengatur arus yang digunakan pada proses elektrolisa dan menambahkan plat netral pada elektroda generator gas HHO tipe wet cell yang nantinya meningkatkan laju produksi gas HHO. Penelitian menggunakan generator gas HHO tipe wet cell, elektroda berbentuk plat berdimensi 160x160 mm & 120x120 mm yang masing – masing elektroda berjumlah 31 plat ss 316L yang tersusun dari 6 cell dimana tiap cellnya terdapat 4 plat netral dengan tebal plat 1.5 mm dan jarak antara plat dibatasi o-ring karet dengan tebal 2 mm. Larutan elektrolit yang digunakan adalah campuran tiap 1 liter aquades dengan 2 gr KOH, pengujian generator gas HHO dilakukan selama 60 menit untuk menguji performa optimal dari generator gas HHO. Pengujian dilakukan dengan 2 metode yaitu tanpa PWM dan dengan PWM, pengujian menggunakan PWM dilakukan dengan variasi duty cycle 50%, 70%, 90% dan dengan frekuensi 1000 Hz dan 500. Hasil penelitian didapatkan bahwa generator gas HHO dengan penambahan plat netral dapat menurunkan daya yang dibutuhkan serta meningkatkan laju produksi gas HHO. Dengan penambahan PWM daya untuk generator gas HHO lebih dapat dikontrol, laju produksi gas HHO dengan PWM lebih kecil dengan produksi gas HHO pada generator gas HHO tanpa PWM namun temperatur elektrolit dari generator gas HHO dengan PWM lebih rendah. Pada 120x120mm dengan duty cycle 90% frekuensi 500 Hz didapat daya terbesar yaitu 264 watt, laju produksi terbesar 6,462x10-6 kg/s dan efisiensi terbaik 52,75%. Pada 160x160mm dengan duty cycle 90% frekuensi 500 Hz didapat daya terbesar yaitu 264 watt, laju produksi terbesar 6,462x10-6 kg/s dan efisiensi terbaik sebesar 49,89% pada pengujian dengan duty cycle 90% dan frekuensi 1000 Hz.

Kata Kunci - HHO, Wet Cell, Duty Cycle Cell, Frekuensi I. PENDAHULUAN

M

UNCULNYA gagasan - gagasan mengenai energi alternatif salah satunya sangat memungkinkan menggunakan air sebagai sumber energi alternatif dimana air menutupi hampir sebagian besar luasan dari permukaan bumi dan air merupakan sumber daya alam yang dapat diperbaharui. Air dapat dimanfaatkan sebagai energi alternatif dikarenakan kandungan air terdiri dari struktur kimia H2O dan jika dipisahkan melalui proses elektrolisis menjadi H2 dan O2. Proses elektrolisis air merupakan salah satu cara untuk memisah kandungan H2 dan O2 dari air atau

hasil gas dari proses elektrolisis ini lebih dikenal dengan istilah gas HHO [4]. Ada banyak faktor yang mempengaruhi jumlah gas HHO yang dihasilkan pada proses elektrolisis, antara lain besarnya arus listrik yang dialirkan, material, luas penampang elektroda dan jenis dan jumlah katalis yang terkandung pada larutan elektrolit yang digunakan pada proses elektrolisis. Dan pada proses elektrolisis menghasilkan panas yang berlebih pada generator HHO sehingga panas yang berlebihan bisa menyebabkan generator HHO mengalami kebocoran dikarenakan generator yang dirancang menggunakan bahan dari akrilik, panas yang berlebihan bisa menyebabkan akrilik memuai. Jika terjadi kebocoran penggunaan generator gas HHO mengurangi rasa aman saat nantinya akan digunakan, bisa jadi pengguna generator gas HHO akan timbul rasa takut bila sewaktu – waktu terjadinya kebocoran saat digunakan. II. URAIAN PENELITIAN A. Gas HHO Gas HHO merupakan produk dari elektrolisa air murni (H2O) dimana molekul air murni dipecah menjadi 2 molekul hidrogen (H2) dan 1 molekul oksigen (O2). Proses elektrolisis air dapat terjadi beberapa reaksi antara lain asam, basa maupun dengan setengah reaksi asam ataupun basa (alkaline electrolysis). Jika elektrolit yang digunakan adalah larutan basa seperti KOH, NaOH (basa dari golongan periode IA, alkali tanah) maka akan terjadi reaksi basa. Pada reaksi basa, reaksi reduksi terjadi di katoda dimana molekul air mengikat elektron (e−) sehingga terpecah menjadi gas H2(g) dan anion OH−. Anion OH− tersebut kemudian tertarik kesisi anoda dan terpecah menjadi gas oksigen dan molekul H2O (l), sebagaimana dapat dilihat pada persamaan reaksi kimia berikut: • Reaksi reduksi di katoda (-): 2H2O(l) + 2e−→ H2(g) + 2OH−(aq) • Reaksi oksidasi di anoda (+): 4OH−(aq)→ O2(g) + 2H2O(l) + 4e− • Reaksi keseluruhan : 2H2O(l) → 2H2(g) + O2(g)

Gas hidrogen mempunyai beberapa karakteristik yaitu : tidak berwarna, mudah terbakar (flammeble), sangat ringan, dan sangat mudah bereaksi dengan zat kimia lainnya. Namun gas HHO pada kondisi normal tidak akan terbakar dengan sendirinya tanpa ada sulutan api. B. Netral Plat Generator HHO Netral plat adalah suatu plat elektroda pada generator gas HHO yang tidak dialiri oleh listrik, sehingga elektroda ini bukan merupakan suatu kutub negatif maupun positif, oleh

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2014) 1-9 karena itu disebut sebagai elektroda netral. Netral plat menyebabkan tegangan drop antar plat, dimana netral plat memberikan luas permukaan tambahan untuk produksi gas HHO serta menurunkan panas yang diakibatkan dari proses elektrolisa air.

2 2. Generator HHO Tipe wet cell Generator HHO dimana semua elektrodanya terendam cairan elektrolit di dalam sebuah bejana air. Keuntungan generator gas HHO tipe wet cell adalah:

• Produksi yang dihasilkan lebih banyak dikarenakan luasan elektroda yang sepenuhnya terendam larutan elektrolit. • Perawatan generator yang lebih ringkas • Pembuatan generator tipe wet cell lebih mudah dan cepat

Gambar 1. Netral Plat (Bipolar)

Netral plat berada di antara elektroda positif dan negatif dan tidak dialiri oleh arus listrik. Ketika netral plat ditambahkan, maka water area (kolom air diantara plat) juga akan bertambah sesuai dengan jumlah netral plat yang ditambahkan. Ketika netral plat ditambahkan di antara elektroda positif maupun negatif maka besar arus listrik yang melalui netral plat juga sama dengan arus yang melewati elektroda positif dan negatif. Jika diukur besar tegangan antara satu cell kutub positif dan negatif ialah 12 volt namun bila diukur besar tegangan pada salah satu kutub elektroda dengan netral plate maka terjadi penurunan tegangan sesuai dengan penambahan netral platnya. Disebabkan penambahan plat netral menaikkan nilai resistansi atau hambatan pada arus listrik yang bekerja pada elektroda, sehingga penambahan neutral plate dapat menurunkan tegangan listrik pada plat elektroda. Semakin rendah tegangannya, maka semakin rendah pula panas yang dihasilkan, karena tegangan yang rendah dengan besar arus yang sama, serta luas permukaan yang bertambah dikarenakan penambahan netral plat, maka laju produksi gas HHO pada generator juga akan semakin meningkat. C. Generator HHO Generator gas HHO tersusun atas 2 komponen dasar, yaitu tabung generator yang terdiri atas tabung, sepasang elektroda dan elektrolit. Dan sumber tenaganya yang berupa baterai ataupun aki. Generator ini bekerja dengan prisnip elektrolisa air. Generator gas HHO diklasifikasikan menjadi dua tipe, yakni sebagai berikut: 1. Generator HHO Tipe dry cell Generator HHO dimana sebagian elektrodanya tidak terendam elektrolit. Keuntungan generator HHO tipe dry cell adalah : • Penggunaan air untuk proses elektrolisa hanya sedikit, yaitu hanya air yang terjebak diantara lempengan cell. • Ada sirkulasi air dengan tambahan reservoir, dimana cukup untuk menurunkan temperatur kerja dari generator itu sendiri. • Konstruksinya yang simpel, tidak memerlukan space yang banyak.

Gambar 2. Generator HHO Dry Cell

Gambar 3. Generator HHO Wet Cell

D. Pulse Width Modulation Pulse width modulation secara umum adalah sebuah cara memanipulasi lebar sinyal yang dinyatakan dengan pulsa on dan pulsa off dalam suatu perioda, untuk mendapatkan tegangan rata – rata yang berbeda. Konsep dasar PWM pada umumnya memiliki amplitude dan frekuensi dasar yang tetap namun memiliki lebar pulsa yang bervariasi, lebar pulsa PWM berbanding lurus dengan amplitude sinyal asli yang belum termodulasi. Artinya, sinyal PWM memiliki frekuensi gelombang yang tetap namun duty cycle bervariasi (antara 0% hingga 100%).

Gambar 4. Duty Cycle Dengan Frekuensi Tetap

Tegangan pulsa dari sumber listrik DC yang digunakan tersebut dapat diatur duty cycle-nya dimana duty cycle inilah yang kemudian dijadikan sebagai sinyal PWM. Duty cycle sendiri dapat dirumuskan sebagai berikut: 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 =

𝑇𝑇𝑜𝑜𝑜𝑜 × 100% 𝑇𝑇𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡

dimana Ttotal = Ton + Toff atau bisa disebut sebagai periode. Sebenarnya sinyal PWM dapat dibangkitkan dengan banyak cara antara lain dapat menggunakan metode analog dengan menggunakan rangkaian Op-amp atau dengan menggunakan metode digital. Dengan metode analog setiap perubahan PWM-nya sangat halus sedangkan menggunakan metode digital setiap perubahaan PWM dipengaruhi oleh resolusi dari PWM itu sendiri. Resolusi adalah jumlah variasi perubahaan nilai dalam PWM tersebut. Misalkan suatu PWM memiliki resolusi 8 bit berarti PWM ini memiliki variasi perubahan nilai sebanyak 28 = 256 variasi mulai dari 0 – 255 perubahan

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2014) 1-9 nilai yang memiliki duty cycle 0% - 100% dari keluaran PWM tersebut. Pada penelitian ini digunakan digital Pulse width modulation, digital PWM ini memiliki kelebihan dari analog PWM antara lain: • Signal yang dihasilkan lebih presisi dan akurat dibandingkan analog PWM. • Error yang terjadi seminimal mungkin terjadi pada digital PWM. • Besaran duty cycle dan frekuensi dapat dilihat pada LCD tanpa menggunakan bantuan osiloskop untuk melihatnya seperti pada analog PWM. • Dapat mengontrol multivariabel dalam suatu proses. • Proses pengaturannya lebih simple karena proses kerja PWM diatur oleh 1 unit IC control untuk semua proses. Selain duty cycle ada variable lain yaitu, frekuensi yang bisa diatur pada Pulse Width Modulation ini, frekuensi merupakan banyak gelombang yang terjadi per satuan waktu. Pada Pulse Width Modulation ini range frekuensinya antara 500Hz – 3 kHz, dimana pengaturan besar frekuensi dilakukan dengan mengatur nilai hambatan pada potensiometer.

Gambar 5. Skema Diagram PWM yang Digunakan

E. Parameter Unjuk Kerja Generator HHO Adapun untuk karakteristik dari parameter unjuk kerja yang perlu diketahui adalah sebagai berikut: 1. Daya yang Dibutuhkan Generator HHO (PHHO) Daya yang dibutuhkan generator HHO untuk menghasilkan gas HHO dengan melalui proses elektrolisis. Perumusan untuk mencari daya yang dibutuhkan adalah: P=VxI dimana: P = Daya yang dibutuhkan generator HHO (watt) V = Beda potensial/voltase (volt) I = Arus listrik (ampere) 2. Laju Produksi Gas HHO (𝑚𝑚̇𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻 ) Produk utama proses elektrolisa air pada generator gas HHO adalah gas HHO sehingga untuk mengetahui seberapa baik kerja dari generator HHO, untuk itu perlu diketahui berapa banyak gas HHO yang dihasilkan oleh generator tersebut. Untuk menghitung mass flowrate gas HHO dapat dicari dengan persamaan berikut: 𝑚𝑚̇ = 𝑄𝑄 × 𝜌𝜌 dimana : 𝑚𝑚̇ = Laju Produksi Gas HHO (kg/s) 𝑄𝑄 = Debit Produksi gas HHO (m3/s) 𝜌𝜌 = Massa Jenis HHO (kg/m3) dengan perumusan Debit Produksi gas HHO: Q = V/t

3 dimana : V = Volume gas Terukur (m3) t = Waktu produksi gas HHO (s) 3. Efisiensi Generator Gas HHO (ηHHO), [%] Efisiensi merupakan perbandingan antara energi yang berguna dengan energi yang diberikan pada suatu sistem. Pada generator HHO, hasil yang berguna adalah produk elektrolisis air berupa gas HHO yang didapatkan pada reaksi penguraian air (H2O): 2 H2O (l) → 2 H2(g) + O2(g) = + 285,84 kJ/mol adalah reaksi endoterm yang menghasilkan energi entalpi yang dibutuhkan untuk memecah molekul H20 menjadi H2 dan O2 bernilai positif (+). Energi entalpi yang dihasilkan adalah: J ∆ℎ = + 285,84 x 103 mol Sedangkan energi ikatan yang dibutuhkan adalah melalui penurunan persamaan gas ideal pada kondisi STP [1]: pV = n𝑅𝑅�T dimana : p = Tekanan Gas ideal (atm) V = Volume gas terukur (L) n = Molaritas senyawa (mol) 𝑅𝑅� = Konstanta Gas Universal (L.atm/mol.K) T = Temperatur, 298oK. Energi ikatan didefinisikan sebagai energi yang diperlukan untuk memutuskan 1 mol ikatan dari suatu molekul dalam wujud gas. Energi ikatan dinyatakan dalam kilojoule per mol (kJ mol-1). Untuk menghilangkan nilai per mol dari entalpi dan menyamakan nilai input dari daya dengan satuan watt (J/s), maka volume gas dan mol diberi satuan per waktu. Perumusannya sebagai berikut: P x 𝑉𝑉̇ = 𝑛𝑛̇ x 𝑅𝑅� x T

𝑛𝑛̇ =

didapatkan:

P ×𝑉𝑉̇ � ×T . R

dimana : 𝑉𝑉̇ = Volume per detik (Liter/s) 𝑛𝑛̇ = Molaritas senyawa per waktu (mol/s) Maka, η = =

Energi Teoritis yang Digunakan untuk Elektrolisa Energi Aktual yang Dibutuhkan Generator HHO

∆ℎ𝑓𝑓 × 𝑛𝑛̇ (𝑉𝑉 ×𝐼𝐼)

x100%

x 100%

III. METODOLOGI

Studi yang dilakukan pada penelitian menggunakan metode eksprimental untuk mengetahui pengaruh frekuensi dan duty cycle arus listrik terhadap performa generator HHO tipe wet cell. Duty cycle yang digunakan ialah duty cycle 50%, duty cycle 70% dan duty cycle 90% dan frekuensi yang digunakan 500 Hz dan 1000 Hz juga sebelumnya dilakukan pengujian tanpa menggunakan PWM sebagai media pembandingnya. Adapun flowchart penelitian sebagai berikut:


4

Gambar 8. Skema Pengujian Dengan PWM

IV. ANALISA DAN PEMBAHASAN Adapun dari pengujian generator HHO ini, didapatkan analisa data Generator HHO tipe wet cell dengan dimensi 120x120mm dan 160x160 mm sebagai berikut: Generator Berdimensi 120x120 mm 1. Arus yang Digunakan Generator HHO (120x120 mm)

Gambar 9. Arus Fungsi Waktu (Freq1000 Hz)

Gambar 10. Arus Fungsi Waktu (Freq 500 Hz)

Gambar 6. Diagram Alir Penelitian

Penelitian ini juga membandingkan performa dari generator HHO tanpa PWM dengan generator menggunakan PWM. Berikut ini skema pengujian dalam penelitian:

Gambar 7. Skema Pengujian Tanpa PWM

Daya yang paling besar pada pengujian tanpa PWM sebesar 270 watt, dari pengujian unjuk kerja generator menggunakan PWM dengan variasi duty cycle dan frekuensi 1000 Hz terlihat pada duty cycle 50% dengan nilai daya sebesar 216 watt memiliki karakteristik kenaikan nilai temperatur paling kecil, sedangkan duty cycle 70% dengan nilai daya sebesar 228 watt dan daya yang paling besar terdapat pada duty cycle 90% dengan nilai daya sebesar 258 Watt dan frekuensi 500 Hz memiliki nilai yang berbedabeda, terlihat pada duty cycle 50% dengan nilai daya sebesar 240 Watt, sedangkan duty cycle 70% juga dengan nilai daya sebesar 240 watt dan daya yang paling besar terdapat pada duty cycle 90% dengan nilai daya sebesar 264 Watt. Semakin besar beda potensial, maka energi yang mengalir melalui suatu penghantar juga semakin besar. Daya ini dipengaruhi arus listrik yang juga mempunyai hambatan elektroda, semakin kecil hambatan elekroda, maka semakin besar daya yang mengalir pada elekroda tersebut.

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2014) 1-9 2. Temperatur Fluida Generator Gas HHO (120x120 mm)

5 pengujian. Hal ini disebabkan karena seiring berjalannya waktu pengujian, temperatur elektrolit pada generator gas HHO cenderung naik. Temperatur elektrolit yang cenderung naik ini akan mempengaruhi kepekatan dari elektrolit di generator, semakin besar produk yang dihasilkan, maka elektrolit yang digunakan pada generator semakin berkurang sehingga kepekatan elektrolit meningkat. Hal ini lah yang nantinya memperbesar laju produksi gas HHO. 4. Produksi Gas HHO Spesifik (120x120 mm)

Gambar 11. Temperatur Fungsi Waktu (Freq 1000 Hz)

Gambar 15. SGP Fungsi Waktu (Freq 1000 Hz) Gambar 12. Temperatur Fungsi Waktu (Freq 500 Hz)

Karakteristik dari pengujian unjuk kerja generator menggunakan PWM dengan duty cycle dan frekuensi 1000 Hz peningkatan temperatur tidak begitu signifikan dan bisa terkontrol untuk. Pada duty cycle 50% kenaikan temperatur cenderung lebih lama dan stabil pada sekitar temperatur 270C - 380C dengan waktu pengujian 60 menit. Namun seiring dengan variasi peningkatan duty cycle 70% dan 90% peningkatan temperatur menjadi lebih cepat. Tetapi jika dibandingkan dengan dengan direct connection, penggunaan PWM variasi duty cycle menjadi lebih baik. Hal ini disebabkan karena pola duty cycle yang tidak mengalirkan arus dan tegangan penuh secara terus menerus, namun putus-putus (on-off) dan tetap kontinyu. 3. Laju Produksi Gas HHO yang Dihasilkan (120x120 mm)

Gambar 13. Flowrate Fungsi Waktu (Freq 1000 Hz)

Gambar 16. SGP Fungsi Waktu (Freq 500 Hz)

Nilai spesifik gas produksi dipengaruhi oleh peningkatan nilai laju produksi dari generator gas HHO dan peningkatan daya yang digunakan pada saat pengujian generator gas HHO. Dengan nilai spesifik gas produksi terbesar pada pengujian tanpa PWM, sedangkan pengujian dengan PWM nilai spesifik gas produksi terdapat pada pengujian dengan duty cycle 90%. Pengujian tanpa PWM trendlinenya mengalami kenaikan, fenomena ini disebabkan karena meningkatnya laju produksi pada generator wet cell seiring bertambahnya waktu, dimana laju produksi ini dipengaruhi oleh debit gas HHO yang meningkat pula. Gas HHO ini meningkat laju produksinya karena temperature yang meningkat pula, temperature yang meningkat ini dipengaruhi oleh daya yang masuk secara kontinyu ke generator gas HHO. Sedangkan Pada pengujian dengan PWM kenaikkannya tidak begitu banyak dikarenakan arus yang dibutuhkan untuk proses elektrolisa di kontrol oleh PWM sehingga tidak semua arus listrik digunakan untuk proses elektrolisa. 5. Efisiensi Generator Gas HHO (120x120 mm)


Penurunan laju produksi gas HHO menjadi kelemahan dari sistem generator gas HHO yang menggunakan rangkaian PWM. Dimana laju produksi gas HHO yang semakin besar karena debit pada generator gas HHO meningkat, debit meningkat dikarenakan waktu produksi dari gas HHO per volume semakin cepat selama 60 menit

Gambar 17. Efisiensi Fungsi Waktu (Freq 1000 Hz)


6 menyebabkan mengapa nilai efisiensi generator gas HHO pada pengujian frekuensi 500 Hz lebih tinggi dibandingkan dengan pengujian frekuensi 1000 Hz. Generator Berdimensi 160x160 mm 7. Arus yang Digunakan Generator HHO (160x160 mm)

Gambar 18. Efisiensi Fungsi Waktu Generator Wet Cell

Efisiensi generator fungsi waktu memperlihatkan trend grafik dengan efisiensi yang meningkat pada pengujian yang tidak menggunakan PWM dan pada pengujian yang menggunakan PWM hanya pengujian dengan duty cycle 90% yang mengalami kenaikan effisiensi selama pengujian 60 menit sedangkan pada pengujian dengan duty cycle 50% dan 70% efisiensinya cenderung konstan. Dalam perumusan efisiensi generator HHO diketahui merupakan perbandingan antara nilai entalpi gas HHO atau energi yang dipake untuk memecah molekul H2O menjadi H2 dan O2 per molnya dikali nilai mol-nya dengan daya listrik yang digunakan untuk proses elektrolisis tersebut. Effisiensi Generator HHO dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut: Dimana efisiensi juga dapat diuraikan sebagai berikut: η=

∆ℎ × 𝑛𝑛̇ (𝑉𝑉 ×𝐼𝐼)

× 100%

Pada pengujian dengan duty cycle 50% dan 70% nilai dari efisiensinya stabil dikarenakan arus yang terkontrol oleh PWM lebih stabil dibandingkan dengan duty cycle 90% sehingga waktu produksi gas HHO relatif konstan, dimana bila waktu produksinya yang relatif konstan maka berpengaruh terhadap debit gas HHO yang di produksi oleh generator gas HHO. 6. Analisa Efisiensi Generator Gas HHO Pada Frekuensi 1000 Hz dan 500 Hz (120x120 mm)

Gambar 19. Efisiensi Generator Pada Tiap frekuensi Pengujian

Pada frekuensi 500 Hz pulsa on – off arus DC lebih sedikit persatuan waktunya atau bila diartikan ada 500 pulsa on – off dalam 1 detik berbeda bila dibandingkan dengan 1000 Hz. Dengan pulsa yang lebih sedikit ini lebar pulsa on arus DC yang diatur lebih lebar bila dibandingkan dengan frekuensi 1000 Hz sehingga lebih lebarnya pulsa on pada frekuensi 500 Hz menyebabkan arus yang dikontrol lebih besar dibandingkan dengan frekuensi 1000 Hz. Dengan perbedaan frekuensi pada saat pengujian maka akan didapat nilai efisiensi yang berbeda pula, dimana nilai effisiensi sangat dipengaruhi terhadap nilaiṅ, nilai dari ṅ ditentukan besarnya dari debit produksi gas HHO. Dengan frekuensi 500 Hz arus listrik yang digunakan untuk proses elektrolisa lebih besar sehingga menaikkan debit produksi gas HHO, bila debit gas HHO meningkat makaṅ akan ikut naik, ṅ nilai dari efisiensi generator gas HHO juga ikut naik. Hal ini yang

Gambar 20. Arus Fungsi Waktu (Freq1000 Hz)

Gambar 21. Arus Fungsi Waktu (Freq 500 Hz)

Daya yang paling besar terdapat pada pengujian tanpa PWM sebesar 468 watt dan dari pengujian unjuk kerja generator menggunakan PWM dengan variasi duty cycle dan frekuensi 1000 Hz, dimana duty cycle 50% dengan nilai daya sebesar 252 Watt memiliki karakteristik kenaikan nilai temperatur paling kecil, sedangkan duty cycle 70% dengan nilai daya sebesar 336 watt dan daya yang paling besar terdapat pada duty cycle 90% dengan nilai daya sebesar 408 Watt. Pengujian dengan frekuensi 500 Hz, dimana duty cycle 50% dengan nilai daya sebesar 276 watt memiliki karakteristik kenaikan nilai temperatur paling kecil, sedangkan duty cycle 70% juga dengan nilai daya sebesar 348 watt dan daya yang paling besar terdapat pada duty cycle 90% dengan nilai daya sebesar 444 watt. Semakin besar beda potensial, maka energi yang mengalir melalui suatu penghantar juga semakin besar. Daya ini dipengaruhi arus listrik yang juga mempunyai hambatan elektroda, semakin kecil hambatan elekroda, maka semakin besar daya yang mengalir pada elekroda tersebut. Elektroda tersebut juga dipengaruhi oleh dimensi elektroda dan hambatan jenis elektoda itu sendiri. 8. Temperatur Fluida Generator Gas HHO (160x160 mm)



7 mempercepat proses pemecahan molekul H2O menjadi H2 dan O2 yang nantinya waktu produksi gas HHO untuk 500 cc menjadi singkat. Waktu produksi gas HHO yang singkat ini nantinya berpengaruh sangat besar dalam meningkatkan laju produksi gas HHO. 10. Produksi Gas HHO Spesifik (160x160 mm)


Temperatur terhadap fungsi waktu memperlihatkan nilai temperatur yang meningkat seiring bertambahnya waktu, peningkatan temperatur yang sangat signifikan pada pengujian generator tanpa rangkaian PWM yaitu 270C sampai 510C dalam waktu 60 menit. Hal ini disebabkan oleh tingginya arus yang mengalir pada elektroda generator gas HHO tidak terkontrol. Namun dengan temperature paling tinggi pada pengujian tanpa PWM sekitar 500C dalam waktu 60 menit dianggap cukup aman bila nantinya gas HHO ditambahkan pada mesin sebagai adiktif bahan bakar. Karakteristik dari pengujian unjuk kerja generator menggunakan rangkaian PWM dengan duty cycle peningkatan temperatur tidak begitu signifikan dan bisa terkontrol untuk. Pada duty cycle 50% kenaikan temperatur cenderung lebih lama dan stabil pada sekitar temperatur 270C - 380C dengan waktu pengujian 60 menit. Namun seiring dengan variasi peningkatan duty cycle 70% dan 90% peningkatan temperatur menjadi lebih cepat. 9. Laju Produksi Gas HHO yang Dihasilkan (160x160 mm)



Penurunan laju produksi gas HHO menjadi kelemahan dari sistem generator gas HHO yang menggunakan rangkaian PWM. Dimana laju produksi gas HHO yang semakin besar karena debit pada generator gas HHO meningkat, debit meningkat dikarenakan waktu produksi dari gas HHO per volume semakin cepat selama 60 menit pengujian. Untuk tiap frekuensi pengujian yaitu 1000 Hz dan 500 Hz memiliki perbedaan walaupun tidak terlalu signifikan, dimana laju produksi gas HHO pada frekuensi 500 Hz sedikit lebih tinggi dibanding dengan frekuensi 1000 Hz. Hal ini disebabkan karena bila frekuensi diturunkan maka daya yang dibutuhkan untuk proses elektrolisa air meningkat, daya yang meningkat ini menyebabkan



Nilai spesifik gas produksi dipengaruhi oleh peningkatan nilai laju produksi dari generator gas HHO dan peningkatan daya yang digunakan pada saat pengujian generator gas HHO. Spesifik gas produksi terbesar pada pengujian tanpa PWM, sedangkan pengujian dengan PWM spesifik gas produksi terdapat pada pengujian dengan duty cycle 90%. Pengujian tanpa PWM trendlinenya mengalami kenaikan, fenomena ini disebabkan karena meningkatnya laju produksi pada generator wet cell seiring bertambahnya waktu, dimana laju produksi ini dipengaruhi oleh debit gas HHO yang meningkat pula. Gas HHO ini meningkat laju produksinya karena temperature yang meningkat pula, temperature yang meningkat ini dipengaruhi oleh daya yang masuk secara kontinyu ke generator gas HHO. Sedangkan Pada pengujian dengan PWM kenaikkannya tidak begitu banyak dikarenakan arus yang dibutuhkan untuk proses elektrolisa di kontrol oleh PWM sehingga tidak semua arus listrik digunakan untuk proses elektrolisa. Perbedaan pada masing – masing pengujian dengan frekuensi 1000 Hz dan 500 Hz ialah pada konsumsi daya yang digunakan pada masing – masing pengujian dengan frekuensi yang berbeda, dimana pada frekuensi 1000 Hz daya yang dibutuhkan untuk proses elektrolisa air lebih kecil dibandingkan dengan frekuensi 500 Hz. Namun dengan pengunaan daya yang lebih sedikit laju produksinya lebih kecil dibandingkan dengan pengujian pada frekuensi 500 Hz sehingga nilai spesifik gas produksi pada pengujian 1000 Hz lebih kecil dibandingkan dengan pengujian dengan frekuensi 500 Hz.

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2014) 1-9 11. Efisiensi Generator Gas HHO (160x160 mm)

8 12. Analisa Efisiensi Generator Gas HHO Pada Frekuensi 1000 Hz dan 500 Hz (160x160 mm)

Gambar 27. Efisiensi Fungsi Waktu (Freq 1000 Hz) Gambar 29. Efisiensi Generator Pada Tiap frekuensi Pengujian

Gambar 28. Efisiensi Fungsi Waktu Generator Wet Cell

Efisiensi generator fungsi waktu memperlihatkan trend grafik dengan efisiensi yang meningkat pada pengujian yang tidak menggunakan PWM dan pada pengujian yang menggunakan PWM hanya pengujian dengan duty cycle 90% yang mengalami kenaikan effisiensi selama pengujian 60 menit sedangkan pada pengujian dengan duty cycle 50% dan 70% efisiensinya cenderung konstan. Dalam perumusan efisiensi generator HHO diketahui merupakan perbandingan antara nilai entalpi gas HHO atau energi yang dipake untuk memecah molekul H2O menjadi H2 dan O2 per molnya dikali nilai mol-nya dengan daya listrik yang digunakan untuk proses elektrolisis tersebut. Effisiensi Generator HHO dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut: Dimana efisiensi juga dapat diuraikan sebagai berikut: η=

∆ℎ × 𝑛𝑛̇ (𝑉𝑉 ×𝐼𝐼)

× 100%

Pada pengujian dengan duty cycle 50% dan 70% nilai dari efisiensinya stabil dikarenakan arus yang terkontrol oleh PWM lebih stabil dibandingkan dengan duty cycle 90% sehingga waktu produksi gas HHO relatif konstan, dimana bila waktu produksinya yang relatif konstan maka berpengaruh terhadap debit gas HHO yang di produksi oleh generator gas HHO. Dengan perbedaan frekuensi pengujian maka akan didapat nilai efisiensi yang berbeda pula, dimana nilai effisiensi sangat berpengaruh terhadap nilai ṅ, nilai dari ṅ ini ditentukan besarnya dari debit produksi gas HHO. Dengan frekuensi 500 Hz arus listrik yang digunakan untuk proses elektrolisa lebih besar sehingga menaikkan debit produksi gas HHO, bila debit gas HHO meningkat maka ṅ akan ikut naik, ṅ nilai dari efisiensi generator gas HHO juga ikut naik, hal ini yang menyebabkan mengapa nilai efisiensi generator gas HHO pada pengujian frekuensi 500 Hz lebih tinggi dibandingkan dengan pengujian frekuensi 1000 Hz.

Pada frekuensi 500 Hz pulsa on – off arus DC lebih sedikit persatuan waktunya atau bila diartikan ada 500 pulsa on – off dalam 1 detik berbeda bila dibandingkan dengan 1000 Hz. Dengan pulsa yang lebih sedikit ini lebar pulsa on arus DC yang diatur lebih lebar bila dibandingkan dengan frekuensi 1000 Hz sehingga lebih lebarnya pulsa on pada frekuensi 500 Hz menyebabkan arus yang dikontrol lebih besar dibandingkan dengan frekuensi 1000 Hz. Dengan perbedaan frekuensi pada saat pengujian maka akan didapat nilai efisiensi yang berbeda pula, dimana nilai effisiensi sangat dipengaruhi terhadap nilaiṅ, nilai dari ṅ ditentukan besarnya dari debit produksi gas HHO. Dengan frekuensi 500 Hz arus listrik yang digunakan untuk proses elektrolisa lebih besar sehingga menaikkan debit produksi gas HHO, bila debit gas HHO meningkat makaṅ akan ikut naik, ṅ nilai dari efisiensi generator gas HHO juga ikut naik. Hal ini yang menyebabkan mengapa nilai efisiensi generator gas HHO pada pengujian frekuensi 500 Hz lebih tinggi dibandingkan dengan pengujian frekuensi 1000 Hz. Untuk pengujian duty cycle 50% dengan plat elektroda ukuran 160 x 160 mm ini membutuhkan daya yang sangat besar dikarenakan luasannya yang cukup luas, bila dilihat pada data dapat dilihat pada pengujian dengan duty cycle 50% dan frekuensi 1000 Hz dibutuhkan daya sebesar 252 watt sedangkan dengan duty cycle 50% dan frekuensi 500 Hz daya yang dibutuhkan 276 watt sehingga pada pengujian dengan frekuensi 500 Hz effisiensinya lebih rendah dibandingkan dengan frekuensi 1000 Hz. Hal ini dikarenakan pengujian dengan frekuensi 500 Hz membutuhkan daya yang lebih besar dibanding dengan 1000 Hz atau inputan yang dibutuhkan frekuensi 500 Hz lebih tinggi dibanding 1000 Hz. Sedangkan untuk duty cycle 70% dan 90% perbedaan nilai dari efisiensi tidak signifikan bila dibandingkan antara frekuensi 500 Hz dan 1000 Hz, ini disebabkan untuk duty cycle yang besar waktu off arus DC menjadi lebih kecil sehingga perbedaan frekuensi tidak terlalu berpengaruh terhadap arus listrik yang dihasilkan antara frekuensi 1000 Hz dan 500 Hz. V. KESIMPULAN Dari penelitian yang telah dilakukan ini diperoleh kesimpulan sebagai berikut : 1. Dengan menambahkan plat netral pada generator gas HHO tipe wet cell daya generator gas HHO yang digunakan untuk proses elektrolisa menjadi turun, ini dikarenakan adanya perbedaan tegangan antara plat kutub (positif maupun negatif) dengan plat netral. Sehingga mengurangi losses yang menyebabkan generator cepat panas pada penelitian sebelumnnya. 2. Dengan penambahan plat netral laju produksi gas HHO mengalami peningkatan karena dengan


3.

4.

5.

6.

7.

8.

penambahan plat netral luasan plat elektroda untuk proses elektrolisa juga bertambah sehingga dengan luasan yang bertambah ini mempersingkat waktu produksi gas HHO. Dengan penambahan plat netral efisiensi generator gas HHO meningkat secara signifikan dikarenakan debit dari produksi gas HHO meningkat, waktu produksi gas HHO menjadi cepat. Dengan Penambahan PWM lebih diutamakan dapat mengendalikan daya yang dibutuhkan untuk proses elektrolisa sehingga performa dari generator gas HHO dengan PWM hasil tidak sebaik dengan generator gas HHO tanpa PWM. Dimana produksi gas HHO pada pengujian tanpa PWM lebih tinggi dibanding pengujian dengan PWM. Daya generator gas HHO semakin meningkat seiring dengan bertambahnya arus listrik yang digunakan untuk proses elektrolisa air. Pada generator gas HHO berdimensi 120x120mm didapat pada pengujian tanpa PWM dayanya sebesar 270 watt sedangkan pada pengujian dengan PWM penggunaan daya terbesar didapat sebesar 264 watt pada duty cycle 90% dengan frekuensi 500 Hz. Pada generator gas HHO berdimensi 160x160mm didapat pada pengujian tanpa PWM dayanya sebesar 468 watt sedangkan pada pengujian dengan PWM penggunaan daya terbesar didapat sebesar 444 watt pada duty cycle 90% dengan frekuensi 500 Hz. Temperatur elektrolit pada generator gas HHO tipe wet cell terus meningkat seiring dengan lamanya waktu pengujian. Temperatur elektrolit yang paling tinggi terjadi pada pengujian generator gas HHO tanpa PWM, pada generator gas HHO tipe wet cell berdimensi 120x120mm didapat temperatur elektrolit sebesar 500C selama 60 menit pengujian, sedangkan pada generator gas HHO tipe wet cell berdimensi 160x160mm didapat temperatur elektrolit sebesar 510C selama 60 menit pengujian. Generator gas HHO berdimensi 120x120mm didapat laju produksi gas HHO pada pengujian tanpa PWM sebesar 8,186x10-6 kg/s sedangkan pada pengujian dengan PWM didapat laju produksi gas HHO terbesar didapat sebesar 6,462x10-6 kg/s pada duty cycle 90% dengan frekuensi 500 Hz. Pada generator gas HHO berdimensi 160x160mm didapat laju produksi gas HHO pada pengujian tanpa PWM sebesar 1,36x10-5 kg/s sedangkan pada pengujian dengan PWM didapat laju produksi gas HHO terbesar didapat sebesar 1,023x10-5 kg/s pada duty cycle 90% dengan frekuensi 500 Hz. Pada generator gas HHO berdimensi 120x120mm didapat nilai efisiensi pada pengujian tanpa PWM sebesar 65,33% sedangkan pada pengujian dengan PWM didapat nilai efisiensi terbesar didapat sebesar 52,75% pada duty cycle 90% dengan frekuensi 500 Hz. Pada generator gas HHO berdimensi 160x160mm didapat nilai efisiensi pada pengujian tanpa PWM sebesar 62,82% sedangkan pada pengujian dengan PWM didapat nilai efisiensi terbesar didapat sebesar 49,89% pada duty cycle 90% dengan frekuensi 1000 Hz.

9 UCAPAN TERIMA KASIH Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis berusaha menerapkan ilmu yang didapat selama menjalani perkuliahan di Teknik Mesin. Kiranya penulis tidak akan mampu menyelesaikan Tugas Akhir ini tanpa bantuan, saran, dukungan dan motivasi dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada seluruh elemen Laboratorium Teknik Pembakaran dan Bahan Bakar – Teknik Mesin ITS khususnya Bapak Prof. Dr. Ir. H. Djoko Sungkono K., M.Eng.Sc. dan Bapak Dr. Bambang Sudarmanta, ST., MT. DAFTAR PUSTAKA [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7]

[8]

[9]

Chang, Raymond (2004), Kimia Dasar, Jilid 1, Edisi 3, Erlangga, Jakarta. Lowrie, Peter. 2006. “Electrolytic Gas”. Cobb, H.M., 1999. “Steel Product Manual: Stainless Steel”. Warrendale P.A: Iron & Steel Society. Hidayatullah,P. dan Mustari,F. (2008), Bahan Bakar Air,Ufuk Press, Jakarta. http://www.hho4free.com/neutralplates.htm, diakses 2013 http://www.chem-is-try.org, diakses 2013 Arini, Ratih Novie (2013), “Pengaruh Variasi Duty Cycle Pada Pulse Width Modulation Terhadap Performa Generator Gas HHO Tipe Basah (Wet Cell) 9 Plat SS 316L 10x10 mm”, Tugas Akhir, Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya. Pertiwi, Fungky Dyan (2013), “Pengaruh Penambahan PWM (Pulse Width Modulation) Pada Generator HHO Tipe Dry Cell”, Tugas Akhir, Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya. Fitriana, Barkah. 2011. “Komparasi Performa Generator HHO dengan Elektroda SS 304 Plat dan Spiral”. Tugas Akhir, Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya.

Optimalisasi Generator Gas HHO Tipe Wet Cell Dimensi 160x160 mm & 120x120mm Dengan Penambahan Digital Pulse Width Modulation Dan Netral Plat

Recommend Documents