Pengaruh Brown Gas Untuk Pengiritan Bahan Bakar Pada Kenderaah Bermotor
Pengaruh Brown Gas Untuk Pengiritan Bahan Bakar Pada Kenderaan Bermotor Yusran Tarihoran, MT
Abstraks Naiknya harga BBM(Bahan Bakar Minyak) telah mengakibatkan pengeluaran yang meningkat dalam pemakaian kenderaan bermotor. Usaha yang dilakukan untuk meningkatkan efisiensi penggunaan BBM merupakan penelitan yang dibutuhkan saat ini agar dapat menekan pengeluaran pemakaian kenderaan bermotor. Hidrogen merupakan salah satu bahan yang dapat digunakan untuk meningkatkan efisiensi pemakaian BBM. Dengan menggunakan hidrogen yang didapatkan dari alat HHO Generator dengan bantuan katalisator KOH, maka penghematan pemakaian BBM dapat dilakukan hingga 35,860/o.
Brwon Gas Impact to increase the efficiency of fuel Consumption Abstract The rising of fuel prices nowadays, has driven unfortunate impact in the life of many, especially those who frequently need fuel for their vehicles. This condition impact every aspect of life, therefore we need to find a way of how to deal with this important matters. Efforts has been made in searching for a way out to face this problem with altemate decision. Hidrogen is one of the answer. It is an altemative material that can be used to increase the efficiency of fuel consumption. Using Hidrogen through HHO Generator with KOH Catalizator, will be able to save fuel consumption up to 35,860/o. IYs worth to by!.
Pendahuluan Kebutuhan akan bahan bakar minyak (selanjutrrya pada aftikel ini disingkat dengan BBM),hari kian meningkat karena peningkatan jumlah kendaraan dan kebutuhan mobilitas individu yang juga meningkat baik itu untuk urusan bisnis, maupun unfuk urusan pribadi seperti kunjungan keluarga, rekeasi dan lain-lain. Semenbra disisi lain, BBM ini adatah jenis komoditi yang tidak dapat diperbaharui sehingga sumber minyak dibumi ini semakin lama semakin menipis.
Menurut hukum permintaan dan penawaran bahwa apabila permintaan suatu barang meningkat sementara jumlah barang tetap bahkan menurun, akan menyebabkan harga dari barang tersebut meningkat. Itulah yang terjadi pada akhir-akhir ini, khususnya pada saat artikel ini d;tulis, pemerintah Indonesia telah
t7
JumalTeIKa, Volume 1, Nomor 1, Juni 2008:
t7-28
menaikkan harga jual bahan bakar bensin dari harga semula Rp 4500 menjadi Rp 6000. Itupun menurut pemerintah masih terdapat subsidi.
Dengan melihat kecenderungan harga BBM yang terus meningkat, sudah
saatnya digunakan sumber bahan bakar alternatif atau paling sedikit menggunakan cara-cara untuk menghemat pemakaian BBM tersebut.
BBM umumnya terdiri dari bahan-bahan hidrokarbon seperti metan, propan, heptan, batu bara, arang, dan lain-lain. Bahan bakar tersebut tersusun dari unsur carbon dan hidrogen. Tetapi hidrogen saja bisa d'rjadikan bahan bakar layaknya bahan bakar hidrokarbon. Bahan bakar hidrokarbon berasal dari fosil, sedangkan hidrogen dapat diperoleh dengan cara elektroslisis dari berbagai sumber.
Josef
Menurut Hasslberg (http://www.hasslberger.com/tecno/ hidrooen.html) sumber Hidrogen yang paling besar adalah air. Dalam 1 liter air dapat menghasilkan 1376 liter hidrogen. Untuk mendapatkan hidrogen dari air, dilakukan dengan cara elektrolisis. EleKrolisis air akan menghasilkan 2H dan O, artinya 2 unsur hidrogen dan 1 unsur Oksigen. Unsur ini dikenal dengan nama brown gas sesuai dengan nama penemunya Dr. Yule Brown. Selain dengan nama brown gas, unsur ini disebut juga dengan HHQ Rhdeb Gas, Hidrogen Axygen, Di-Hydroxy, hydroxy, Green Gas, Klein Gas, Aquygen, Watergat Knalgas dan Oxyhidrogen. Sebetulnya brown gas telah lama diperbincangan sebagai energi altematif pengganti BBM. Bahkan pada tahun 1874 lules Veme dalam bukunya The Mysteious Island telah menyebutkan "Water deampod into iB primitive elements, and decomposed doubtless by electricity, whidt will then have buome a powerful and manageable force. Yes, my fiends, I believe that water will one day be employed as a fuel". Berdasarkan uraian diatas maka penulis tertarik mengadakan penelitan tentang peranan brown gas dalam mengurangi konsumsi BBM. Pada penelitian
ini juga akan dibahas mengenai bagaimana membuat peralatan eleftrolisis tersebut, bagaimana mengimplementasikannya pada mobil dan motor, dan melihat dampak penggunaanya dengan melakukan serangkaian uji coba.
Sifat Hidrogen Hidrogen tersedia sangat banyak di alam semesta, tapi tidak dapat diambil begitu saja karena hidrogen Udak tersedia dalam bentuk bebas karena selalu dalam ikatan dengan elemen atau unsur lain, misalnya dalam air, gas
alam, bahan bakar fosil, batu-bara dan lain-lain. Air adalah sumber hidrogen yang paling banyak dan murah. Hidrogen adalah salah satu unsur yang mudah terbakar. Selain mudah terbakar unsur ini juga memiliki daya dorong atau ledakan yang kuat apabila dibakar. Kecepatan ledakan hidrogen adalah 12.000 km/detik. Beberapak sifat dari hidrogen
:
18
t7-28
JumalTeIKa, Volume 1, Nomor 1, Juni 2008:
Tabel 2 Perbandingan nilai oktan -gfl:a.
-_
n-heptaha
2-m€thr'lhexan€
B E 4
Ht'dEgen'
RON > 13O; MON
+methylh6ptens] rhtxane
:
ir:--*-'----*- - :
ffi wry lowr'I
E}
rpentahe
d2
l-penlene
t1
rbulanol
lenz00B
w
Ethairol
.l81
rrE
Methan0
ithane
m
Helhanol
t13
Toluene
fi1
iFhutahe
91
!t-blnool
,,
:thanol
116
s7
(ylene
117
cyclohsxane
Kerapabn energi (enetgf density) Kerapatan energi dari hidrogen adalah rendah bila dibandingkan dengan bahan bakar lainnya. Sebagai contoh, untuk menghasilkan energi yang sama dengan solar maka diperlukan volume 16.5 kali untuk hidrogen dalam bentuk gas dan 4.2 kali untuk hidrogen cair.
Kerapatan (density) Kerapatan hidrogen adalah lebih rendah jika dibandingkan dengan bahan bakar lainnya, baik dalam bentuk gas maupun cair, molekul hidrogen adalah lebih kecil dari molekul gas lainnya sehingga masalah kebocoran perlu menjadi perhatian dalam penyimpanan. suatu tangkiyang kedap udara mungkin tidak kedap untuk hidrogen.
Jadi hidrogen dapat digunakan sebagai bahan bakar. Satu hal yang menguntungkan dari proses pembakaran hidrogen adalah bebas co atau co2 karena produk sampingannya (byproduct) hanya air. Pembakaran yang bersih. Pemakaian hidrogen antara 1,5 hingga 3 liter per menit akan menghasilkan bebas polusi, selain meningkatkan performa mesin ( www.oanacea-bocaf.oro ). Proses Elektrolisis Banyak penelitian telah dilakukan dalam hal memproduksi hidrogen secara murah, aman, bersih, efisien dan dengan biaya murah. Ada beberapa cara dalam memproduksi hidrogen, antara lain: Elektrolisis, yaitu ekstraksi hidrogen dari air dengan arus lisilik El<straksi hidrogen dari gas alam dengan uap bertemperatur tinggi Ekstraksi hidrogen dari air dengan enerji nuklir
. . .
)n
Pengaruh Brown Gas Untuk Pengiritan Bahan Bakar Pada Kenderaah Bermotor
Nitai Bakar (Heating Value)
Nilai bakar adalah jumlah panas yang dihasilkan selama pnoses pembakaran pada jumlah teftentu. Biasanya diukur dalam satuan energi misalnya Kkal/kg, K)lKg,Umol dan lain-lain. Nilai bakar hidrogen adalah tinggi jika dibandingkan dengan bahan bakar lainnya seperti diperlihatkan dibawah ini: Nilai Panas Tertinggi HHV (higher heating value) 25 derajat C,1 atm adalah 141.86 MJ/g
.
.
Nilai Panas Terendah LHV (lower heating value) 25 derajat C, 1 atm adalah L20.93 M)lg
Berikut ini adalah tabel perbandingan dengan bahan bakar lain:
Tabel 1.1
Hlgbrr (HHV) rrd Lowrr 1LHV; tlottlcg ollomr callrholt fuaL
lE$gfifl!!
Ydu..
HtlU
kllbial Uilat*trh0
rE.slt
2S €r*
f,o
,t.{&
t51'o
4?-B
Furl
Hltv
i
Hydrosan
t1l'8
El;I@
Mrlt*ns Ethrfir
55.5 51.9
7*-.
Froprtle 50,9
?l
.lE
xE$
&g
Ei*trr
49.5
2fsoo
xrTa
#i.?6
frnlrrna 6rao{lnr a7.?
26;tD
,lE Prrdfi.t l(rrs*ene 6.2
4&35
.ls.m
4.8
Qeel
r*E
rl.s
\albd
r5
ffi
Ofu*l
ttr
rE.S 4AO
ret{.cp
PiTT
Okbn Nilai oktan menununjukkan daya tahan suatu BBM terhadap proses pengapian yang terjadi dalam ruang bakar mesin. Mesin yang merniliki performa yang baik biasanya memiliki tingkat kompresi yang tinggi. Hal ini mengakibatkan mesin lebih mudah mengalami ^laod
19
Pengaruh Brown Gas Untuk Pengiritan Bahan Bakar Pada Kenderaah Bermotor
Dewasa ini 95olo hidrogen yang diproduksi di Amerika Serikat adalah menggunakan metoda ekstraki hidrogen dari gas alam dengan uap bertemperatur tinggi.
Hidrogen yang dihasilkan pada penelitian ini diperoleh dengan cara Elektolisis, yaitu memisahkan hidrogen dari air dengan menggunakan arus listrik. Proses ini ditemukan oleh Faraday 1820. Gambar dibawah ini memperlihatkan suatu proses elektrolisis sederhana.
Gambar 1 Proses Elektrolis Persamaan kimia elektrolisis adalah sebagai berikut:
Gambar 2. Proses Kimia elektrolisis Energy (listrik)
+ 2H2O -> 02 + 2H2
.
Pada elekboda negatif (katoda) terjaditekanan listrik untuk mendorong elektron
ke dalam air. Sedangkan pada anoda (positif elekboda) terjadi penyerapan elektron. Akan tetapi air bukan konduktor yang sangat bai( maka dari itu agar terjadi aliran, molekul air dekat katoda terbagi menjadi ion hidrogen positif (H+) dan ion hidroksida (OH-) H2O
-> H+ + OH-
Aasumsi awal, bahwa H2O akan terpecah menjadi H dan OH (atom yang sama tetapi netral), tetapi hal ini tidak terjadi, hal ini disebabkan atom oksigen lebih kuat menarik elektron dari H- , atom ini membiarkan ion hidrokida yang dihasilkan menutup cangkang luarnya secara penuh, yang membuatnya lebih stabil.
21
Jurnal TeIKa, Volume 1, Nomor 1, Juni 2008:
t7 -28
Tetapi H+, yang merupakan proton terbuka, sekarang bebas untuk menangkap eleKron e- dari katoda, yang berusaha untuk memberi elektron, dan kemudian menjadi atom hidrogen biasa dan netral.
H++e-->H
Atom hidrogen ini berkumpul dengan atom hidrogen lain dan membentuk molekul gas dalam bentuk gelembung dan kemudia naik ke permukaan.
H+H->H2 Sementara itu, anoda positif telah menyebabkan ion hidroksida secara negative charged (OH-) untuk bergerak ke anoda. Bila ia mencapai anoda, anoda melepas kelebihan elektron yang diambil oleh hidroksida dari atom hidrogen sebelumnya, kemudian ion hidroksida bergabung dengan molekul hidroksida yang lain dan membentuk I molekuloksigen dan 2 molekulair:
4OH--> c2+2 H2O+4eini sangat stabil dan kemudian gelembungnya naik
Molekul oksigen
ke
permukaan. Demikian seterusnya dan terjadi pengulangan proses. Bila gas hidrogen beftemu dengan oksigen, maka oksigen akan bereaksi dengan cepat dengan gas hidrogen sehingga hidrogen terbakar atau terjadi pembakaran dengan oksigen yang menghasilkan air dan panas. Persamaan reaksinya adalah sebagai berikut: 2H2 +
02 ->
2H2O + energy (panas).
Rancangan HHO Generator Alat yang digunakan untuk menghasilkan hidrogen dengan menggunakan proses elektrolisis dinamakan HHO Genentor. Pembuatan alat tersebut terdiri dari anoda dan katoda yang menggunakan bahan sbinless steel, yang dikombinasikan dengan wadah yang terbuat dari plastik. Alat tersebut dirancang sedemikian rupa hingga tidak ada kebocaran gas yang mungkin terjadi selama proses penyaluran gas tersebut ke ruang bakar mesin. Berikut ini adalah rancangan peralatan HHO Generator
{-L-
Gambar 3. Rancangan HHO Generator
Untuk proses keamanan, gas yang dihasilkan dari proses hidrolisis ini ditampung air. Wadah ini disebut dengan "Buble/', berftrngsi :
ke suatu wadah yang berisi
22
Pengaruh Brown Gas Untuk Pengiritan Bahan Bakar Pada Kenderaah Bermotor
1. 2. 3.
Sebagai penyaring apabila ada uap air yang terikut dalam gas, atau kotoran lain seperti zat katalisator Sebagai penyeimbang tekanan udara karena hisapan yang berasal dari ruang bakar mesin. Mencegah tersedotnya air oleh hisapan vakum yang berasal dari ruang bakar mesin.
Berikut ini adalah rancangan pemakaian bubbler dalam sistem elektrolisis yang digunakan pada kenderaan bermotor
Gambar 4. Rancangan Bubbler Dalam merancang alat eleKrolisis ini ada beberapa hal yang harus diperhatikan : Air yang digunakan adalah air murni (destiled watetl Dibutuhkan katalisator untuk membantu proses elektrolisis seperti KOH (Kalium Hidroksida), Ca(OH)2 atau Soda Kue. Bahan logam yang digunakan harus terbuat dai. sbinless stel, ?,arena zat katalisator yang digunkan bersifat korosif yaitu mudah berkarat. Katoda dan anoda hanya berdekatan tidak sampai bersentuhan. Berdasarkan penelitian jarak terbaik sekitar 5 mm. Jika katalisator yang digunakan adalah KOH, maksimum pencampuran
1. 2. 3. 4. 5.
adalah
28o.ro.
Berikut ini adalah gambar alat elektrolisis yang diciptakan berdasarkan ran@ngan
diatas
:
w Gambar 5. Berbagai jenis peralatan elektrolists 23
Jurnal TeIKa, Volume 1, Nomor 1, Juni 2008:
77-28
Implementasi . . Untuk pemasangan pada kenderaan bermotor, perlu memperhatikan beberapa aspek:
.
.
.
.
Aspek penempatan. Untuk meletakkan peralatan tersebut, perlu suatu ruangan yang tidak menggangu peralatan HHo Generator. Untuk lebih menjaga keamanan, tabung HHo Generator harus di ikat sedemikian rupa agar air tidak tumpah. Aspek keamanan. Sebagaimana telah dibahas diatas, hidorgen adalah gas yang mudah terbakar. Untuk itu diperlukan pengamanan seperti menggunakan tabung, atau wadah yang kedap udara atau tidak bocor. Disamping itu saluran yang menuju manifold hendaknya diberikan one way valve, untuk mencegah adanya percikan api dari manifold. Aspek kelistrikan. HHO Generator membutuhkan tegangan DC 12 Volt. Untuk itu perlu diberikan pengaman atau yang umum dikenal dengan nama seking (breakefi. Disamping itu hubungan listrik diatur melalui kunci kontak yang dihubungkan dengan Retay. Selain itu hubungan arus juga diatur dengan suatu sensor untuk melihat apakah pedal gas ditekan. Jika pedal gas ditekan maka HHo Generator akan bekerja, iika tidak maka HHO Generator tidak bekerja. suhu. Pada proses elektroslisis, sering dijumpai panas yang berlebihan. Beberapa cara yang dapat digunakan untuk mengatur suhu HHO Generator adalah penggunaan tegangan listrik yang sesuai. pengafuran tersebut menggunakan prinsip tegangan listrik yaitu :
Dimana V= Tegangan (Vott) I = Arus (Ampere) R
= Hambatan (Ohm)
Misalnya pada penelitian ini digunakan 4 unit tabung/sel yang dirangkai
seri. Arus yang dibutuhkan untuk setiap tabung diatur agar memiliki arus 1,5 Ampere. Hal itu bisa didapat dengan mengatur secara
perbandingan katalis yang digunakan. Jika tegangan yang terjadi dalam 1 tabung = 12 volt / 4 unit = 3 Volt per tabung Hambatan pada 1 tabung adalah R = V/ I = 3/1,5 = 2 ohm Jadi tegangan yang dibutuhkan pada 1 tabung adalah V=LR = 1,5 A x 2 Ohm = 3 Volt Jika Voltase yang diberikan melebihi 3 Volt akan menyebabkan panas.
24
Pengaruh Brown Gas Untuk Pengiritan Bahan Bakar Pada Kenderaah Bermotor
Aspek Performa. Salah satu indikator yang dapat digunakan untuk melihat bagus tidaknya suatu alat HHO Generator adalah dengan melihat banyaknya produksi hidrogen yang dihasilkan. Pada saat HHO Generator diberi aliran listrik, maka akan terlihat gelembung halus' Banyaknya hidrogen yang dihasilkan diukur dengan satuan LPM (litre per minute). Pengaturan rasio udara. Salah satu fakor yang menentukan keiritan dan tenaga yang dihasilkan factor suatu mesin adalah rasio pencampuran yang tepat antara udara dan BBM. Dengan menggabungkan HHO Generator pada mesin, dibutuhkan alat pengatur pasokan hidrogen yaitu kran gas. Besamya bukaan kan harus tepat, agar didapatkan tenaga yang maksimum. Berikut ini adalah grafik yang menunjukkan pengaruh campuran udara dengan keiritan dan tenaga mesin.
,,S\ E
Gambar 6. Skema pemasangan tabung elelGolisis pada mobildan motor
Pemasangan pada bagian manifold harus memperhatikan rasio udara yang asuk akibat pemasangan alat elektrolisis tersebut. Gambar 7. berikut yang diambil dari shaft7.com memperlihatkan pengaruh campuran udara terhadap kinerja mesin
Hasi! Uji Coba Mobil yang digunakan untuk uji coba adalah Mazda E2000 berkapasistas
cc.
Sebelum menggunakan alat ini dilakukan pencatatan terhadapt konsumsi bensin. Menempuh jarak 1293 km. Bensin yang terpakai adalah t42,4liter. Sehingga diperoleh rata-rata konsumsi bbm 9,09 km untuk 1 liter.
2000
25
Jurnal TeIKa, Volume 1, Nomor 1, Juni 2008:
77
-28
Pengaruh Air-Fuel Ratio Terhadap Konsumsi Bensin & Tenaga Mesin
Keterangan
:
...-..-.-ffiE d
{
rt
a
HT'+f +
t
**
oaa
E-ryt. ry-r
fl_
Gambar 7. Pengaruh rasio perbandingan udara terhadap kinerja mesin dan konsumsi BBM Pengujian dilakukan terhadap 2 model peralatan elektrolisis
a.
:
Model Ring Berjajar
Peralatan elekbolisis menggunakan ring berjajar yang disatukan pada satu tiang berbahan stainless steel. Ring ini digunakan sebagai anoda. Dan katodanya menggunakan plat stainless sfeel berukuran l0 x 6 cm yang dimasukkan dalam pipa PVC berdiameter 3". Berikut ini adalah gambar dari Model Ring Berjajar
:
ry+
Gambar 8 (a) Plat Stainless
Steel
(b) Susunan
R.ing Berjajar
26
Pengaruh Brown Gas Untuk Pengiritan Bahan Bakar Pada Kenderaah Bermotor
Hasil pengukuran yang didapat adalah : Untuk menempuh jarak 840,5 km digunakan bensin sebanyak 74,38 liter. Diperoleh kesimpulan bahwa untuk 1 liter BBM dapat menempuh 11.3 km
b. Menggunakan double helix Katoda dan anoda berbentuk seperti pegas yang dirangkai sedemikian rupa agar kutub positif dan negative tidak bertemu.
Hasir pensuk,,,n r"nnolll?ilu? *T3['it?,x'i:'i,!,1[,r,n jarak 1 120,7 km digunakan bensin sebanyak 90,74 liter. Diperoleh kesimpulan bahwa untuk 1 liter BBM dapat menempuh 12,35 km
Kesimpulan dan Saran Kesimpulan
Pemakaian HHO Generator dapat meningkatkan efisiensi pemakaian BBM terlihat dengan HHO Generator tipe ring berjajar mampu mengadakan pengiritan sebesar 24,20o/o.Hangkan Pemakaian tipe double helix mampu mengadakan pengiritan sebesar 35,86 o/o.Dengan demikian pemakaian HHO Generator dapat menghemat pemakaian BBM Saran
Pada penelitian ini, belum digunakan pulse generator, yaitu rangkaian elekronik elekUolisis. Pemakaian alat ini diduga akan meningkatkan hidrogen yang dihasilkan oleh HHO Generator.
yang mengatur getaran lisUik yang digunakan pada proses
27
Jurnal TeIKa, Volume 1, Nomor 1, Juni 2008:
t7-28
Daftar Pustaka Catalytiaca Associates, Inc., "Overuiew of Fuel-Processing Technologies for FuelCell Power Generation," Catalytica File No. 1036, Nov. 6, t978.
Hidrogen
Houseman, J.,et.al., "On-Board Hidrogen Generator for A Partial Injection Intemal Combustion Engine', Society of Automotive Engineers, West Coast Meeting, Anaheim, California, Aug. 12 - 76, 1974, pp. 1-13.
t
Little, Arthur D., "Development of an Ethanol Reformer for a Fuel Cell Bus," May 10, 1995, Des Moines, Iowa, USA. Little, Arthur D., "On-Board Ethanol Fuel Processor: Integrated System Design," Feb. 15, 1995, Washington, D.C., USA.
Twigg, M.V., Editor, "Zinck Oxide," Catalyst Handbook, Second Edition, Sections 4.11.1to 4.LL.g, Wolfe Publishing, 1989. www. hasslberoer.com/tecno/hidrogen.html
www.wikimu.com www.en.wikipedia.org/wiki/oxyhid roqen
www.panacea-bocaf.orq
o
www. spi ritofmaat.com/a rch ive/waterca r
28
