LAMPIRAN II PERHITUNGAN

LAMPIRAN II PERHITUNGAN

1.

Menghitung jumlah KOH yang dibutuhkan Konsentrasi KOH

: 1.25 M

Volume Elektrolit

: 12 Liter

Berat Molekul KOH

: 56. 11

𝑔𝑟𝑎𝑚 𝑚𝑜𝑙

Maka, gram KOH

= M x V x BM (Sumber : Kimia Analisis Dasar, 2012 POLSRI)

gram KOH

𝑚𝑜𝑙

𝑚𝑜𝑙

= 1.25 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 x 12 liter x 56.11 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 = 841.65 gram

2.

Menghitung beda pressure gauge dengan tekanan pada tabung penampungan gas H2 Tekanan pressure gauge = 17 mmHg = 17 mmHg x

0,133 kPa mmHg

= 2.266 kPa Tekanan tabung

= 17 mmHg x

0,00131 atm mmHg

= 0.022 𝑎𝑡𝑚 = 0.022 atm + 1 atm = 1.022 atm (Tekanan absolute) Dengan cara yang sama, dapat ditabulasikan sebagai berikut : Tabel 13. Data Pengamatan Perbandingan Tekanan Pressure Gauge Dengan Tekanan Tabung Tekanan pressure gauge Tekanan Tabung No mmHg kPa Absolut (atm) 1 17 2,266 1.022 2 18 2.400 1.024 3 19 2.533 1.025

36

37

4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 3.

20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

2.666 2.800 2.933 3.066 3.200 3.333 3.466 3.600 3.733 3.866 4.000

1.026 1.028 1.029 1.030 1.031 1.033 1.034 1.035 1.037 1.038 1.039

Menghitung Total Volume Gas yang dihasilkan

3.1 Secara Teori 3.1.1 Menghitung Total Volume Gas yang Dihasilkanpada Arus 0.5 Ampere / Cell Diketahui :

i = 2.5 Ampere ( untuk 5 cell ) t = 420 detik

Maka ; Gas yang dihasilkan pada masing – masing elektroda Reaksi yang terjadi : + 2e-↔

H2(g) + 2OH-(aq)Ӏx2

Katoda

: 2H2O(l)

Anoda

: 4OH-(aq)↔ O2(g) + 2H2O(l) + 4e-

Reaksi Total :

2H2O(l)↔

2H2(g) + O2(g)

...( 1 ) ...( 2 ) ...( 3 )

( Sumber : Dr Hizkia Achmad, 2001 )

-

Total Volume Gas F

= i xt = 2.5 Ampere x 420 detik = 1050 Coulomb = 1050 Coulomb x

1 𝐹𝑎𝑟𝑎𝑑𝑎𝑦 96500 𝐶𝑜𝑢𝑙𝑜𝑚𝑏

= 0.0108 Faraday ( Sumber : Dr Hizkia Achmad, 2001 )

38

Pada Katoda ( Pers.1 ) dihasilkan = Faraday

...( Hukum Faraday )

Jumlah Elektron =

1

x 0.0108 mol

2 = 0.0054 mol gas H2 Volume Gas H2

= 0.0054mol gas H2x 22.4

liter mol

( STP )

= 0.12 liter gas H2 Pada Anoda ( Pers.2 ) dihasilkan =

Faraday

...( Hukum Faraday )

Jumlah Elektron =

1

x 0.0108 mol

4 = 0.00272 mol gas O2 Volume gas O2

= 0.00272 mol gas O2x 22.4

liter mol

( STP )

= 0.0609 liter Gas O2 Jadi, Total Volume Gas yang dihasilkan yaitu, = Volume Gas H2 + Volume Gas O2 =0.1219 liter +0.0609 liter = 0.1828 liter Dengan cara perhitungan yang sama seperti yang diatas, maka pada data selanjutnya ditabulasi sebagai berikut : Tabel 14. Total Gas dengan variasi Arus Secara Teoritis Konsentrasi (M)

Tegangan ( volt )

i (A)

waktu ( detik )

H2 ( liter )

O2 ( liter )

1.25

11 12 13 14 15

0.5 0.8 1.3 1.8 2.3

420 272 151 115 102

0.1219 0,1263 0,1139 0,1201 0,1361

0.0609 0,0631 0,057 0,0601 0,0681

Total Gas Campuran ( liter ) 0,1828 0,1898 0,1709 0,1802 0,2042

Total Gas Campuran ( mol ) 0.00816 0.00846 0.00763 0.00804 0.00912

39

3.2 Secara Praktek 3.2.1 Menghitung Total Volume Gas yang dihasilkan Arus 0.5 Ampere / Cell Pada Kondisi Tekanan dan Temperatur yang Berubah Diketahui

:

P1

= 1 atm = 760 mmHg

P2

= 17 mmHg = 17 mmHg + 760 mmHg = 777 mmHg ( Tekanan Absolute )

v1

= 0.12 liter

T1

= 0 oC = 0 oC + 273 = 273 K

T2

= 28 oC = 28 oC + 273 = 301 K

Maka; Volume pada tekanan 17 mmHg dan Temperatur 301 K yaitu : Persamaan awal rumus : P 1 x v1

= n R T1

P 2 x v2

n R T2

Sehingga menjadi ; v2

=

P 1 x v1 x T 1 P2 xT1

= 760 mmHg x 0.165 liter x 301 K 777 mmHg x 273 K = 0.178 liter

40

Tabel 15. Total Gas dengan variasi Arus Secara Praktek Konsentrasi (M)

Tegangan ( volt )

i (A)

waktu ( detik )

H2 ( liter )

O2 ( liter )

1.25

11 12 13 14 15

2.5 4.0 6.5 9 11.5

420 272 151 115 102

0.1187 0.126 0.1293 0.1333 0.1186

0.089 0.0945 0.097 0.1 0.1015

Total Gas Campuran ( liter ) 0.178 0.189 0.194 0.233 0.203

Total Gas Campuran ( mol ) 0.0079 0.0084 0.0087 0.0089 0.0091

3.3 Menghitung Efisiensi Alat yang di gunakan pada Proses Elektrolisis pada Arus 0.5 Ampere / cell Diketahui : Total Gas Campuran = 0.00816 mol Dari Reaksi Elektrolisis yang ada untuk menghasilkan Hidrogen dan Oksigen 2 H2O ( l )

2 H2 ( g )

+ O2 ( g )

...∆Hf = + 285.84 kj/ mol

Dimana, Untuk menguraikan 1 mol gas H2 membutuhkan energi sebesar + 285.84 𝑘𝑗 𝑚𝑜𝑙

, sehingga 𝑘𝑗

∆Hf

= + 285.84𝑚𝑜𝑙 x

1000 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒 𝐾𝑗

J

= 285840 mol Jumlah listrik yang digunakan untuk proses elektrolisis adalah W

=V x I xt

( Sumber : Dr Hizkia Achmad, 2001 )

= 11 volt x 2.5 Ampere x 420 detik =11550 Joule

41

Maka ; Efisiensi Alat ( ɳ ) = Energi Teoritis digunakan untuk elektrolisis

x 100%

Energi Aktual yang dibutuhkan = Jumlah mol x ∆Hf

x 100 %

W = 0.00816 mol x 285840

Joule mol

x 100 %

11550 Joule = 2332,45 Joule x 100 % 11550 Joule = 20.16 % Dengan cara perhitungan yang sama didapatkan Efisiensi Alat untuk variasi arus, seperti yang ditunjukkan pada tabel berikut : Tabel 16. Efisiensi Alat pada masing-masing Arus Konsentrasi (M) 1.25

Tegangan ( volt ) 11 12 13 14 15

I (A) 2,5 4 6,5 9 11,5

Waktu ( detik ) 420 272 151 115 102

Efisiensi Alat (%) 20,166 18,512 17,092 15,869 14,81

42

3.4 Menghitung Neraca Massa pada Alat Hydrogen Generator

Hidrogen

Hidrogen Hydrogen ( Stream 2 )

Air Umpan ( Stream 1 )

Oksigen ELEKTROLISER

Oksigen Oxygen ( Stream 3 )

Air Sisa ( Stream 4 )

Gambar 12 . Blok Neraca Massa Proses Elektrolisisis

43

3.4.1

Arus 0.5 Ampere dengan elektroda 5 Cell

Diketahui : Volume Awal

= 12 Liter

Massa H2O Awal

= 12 Liter x Densitas H2O 𝑔𝑟𝑎𝑚

= 12 Liter x 1000 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 = 12000 gram Volume Akhir

= 11.835 Liter

Waktu

= 420 detik

Massa H2O Akhir

= 11.835Liter x Densitas H2O 𝑔𝑟𝑎𝑚

= 11.835 Liter x 1000 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 = 11835 gram Maka; H2O terelektrolisis

= Berat Awal – Berat Akhir = 12000 gram – 11835 gram = 165gram

Volume Gas H2

= 0.1219 liter

Volume Gas O2

= 0.0609 liter

Input : Stream 1 ( Air Umpan ) 

Konversi volume ke liter / jam 12 liter 420 detik



3600 detik 1 jam

= 102 .85

liter jam

Konversi volume ke kg/hr 102 .85



x

liter jam

x

1000 gram liter

x

1 kg 1000 gram

Konversi volume ke kmol/hr 102 .85

liter jam

x

1 mol 22.4 liter

= 4.59

mol jam

= 102.85

kg jam

44

Output : Stream 2 ( Gas Hidrogen ) 

Konversi 0.1219 liter/detik ke liter/jam 0.1219 liter 3600 detik

x

420 detik



1 jam

jam

Konversi liter/ jam ke kg/jam 1.045 liter 0.0899 gram

x

jam



liter

= 1.045

1 liter

1 kg

x

= 0.000093

1000 gram

kg

jam

Konversi kg/jam ke kmol/jam 1.045 liter jam

1 mol

x

22.4 liter

mol

= 0.047

jam

Stream 3 ( Gas Oksigen ) 

Konversi 0.069 liter/detik ke liter/jam 0.069 liter 3600 detik 420 detik



x

1 jam

jam

Konversi liter/ jam ke kg/jam 0.522 liter 1.429 gram jam



liter

= 0.522

x

1 liter

1 kg

x

= 0.00075

1000 gram

kg

jam

Konversi kg/jam ke kmol/jam 0.522 liter jam

1 mol

x

22.4 liter

mol

= 0.0233

jam

Stream 3 ( Air Sisa ) 

Konversi 11.835 liter/detik ke liter/jam 11.835 liter 3600 detik 420 detik



x

1 jam

liter

= 101.290

Konversi liter/ jam ke kg/jam 101.290 liter 1000 gram jam



jam

x

1 liter

1 kg

x

1000 gram

Konversi kg/jam ke kmol/jam 101.290 liter jam

1 mol

x

22.4 liter

mol

= 4.522

jam

= 101.290

kg

jam

Dengan cara perhitungan yang sama untuk data selanjutnya dapat ditabulasi seperti yang ditunjukkan pada tabel dibawah ini. Tabel 17. Neraca Massa Keseluruhan Pada Proses Elektrolisis dengan variasi arus listrik

Konsentrasi Arus Waktu (M) Ampere detik

1.25

Total

2,5 4 6,5 9 11,5

420 272 151 115 102

l/jam 102,857 158,824 286,093 375,652 423,529 1346,955

Input Stream (1) Stream (2) Air Umpan Gas Hidrogen kg/jam kmol/jam l/jam kg/jam kmol/jam 0,047 102,857 1,045 0.000093 4,592 0,075 158,824 1,672 0,00015 7,090 0,121 286,093 12,772 2,715 0,00024 0,168 375,652 16,770 3,760 0,00033 0,00043 0,214 423,529 18,908 4,804 1346,955 18,908 13,99 0,001 0,625 1346,955

45

l/jam 0,522 0,835 1,359 1,881 2,404 7.01

Output Stream (3) Gas Oksigen kg/jam kmol/hr 0,00075 0,0233 0,00119 0,0373 0,00194 0,0607 0,00267 0,0840 0,00343 0,1073 0,010 0,0313 1346,955

l/jam 101,290 156,317 282,018 370,011 416,322 1325,96

Stream (4) Air Sisa kg/jam kmol/jam 101,290 4,522 156,317 6,978 282,018 12,590 370,011 16,518 416,322 18,586 1325,96 59,195