E-Jurnal Teknik Mesin, Vol. 2 No. 1, Desember 2014 ISSN:2337-9928
PENGARUH PEMANFAATAN HYDROGEN DARI GENERATOR HHO TERHADAP UNJUK KERJA DAN EMISI GAS BUANG SEPEDA MOTOR 4 TAK 100 cc Jarot D. Rahadi, A. A. P. Susastriawan, Hary Wibowo Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Sains dan Teknologi AKPRIND Jl. Kalisahak No. 28 Yogyakarta, Indonesia, 54222 E-mail :
[email protected] INTISARI Ada berbagai macam cara yang dapat dilakukan bagi pengguna Motor Bensin untuk menyiasati kenaikan harga BBM diantaranya adalah pemanfaatan gas oxyhydrogen (HHO) yang dapat diperoleh dengan cara melakukan elektrolisis air (H2O) sebagai suplemen BBM. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penambahan gas H 2 dari HHO generator terhadap unjuk kerja mesin. Dengan menggunakan bahan bakar Premium sebagai bahan bakar utama dan menggunakan tambahan hydrogen dari HHO generator tipe dry cell dengan variasi katalis yang berupa KOH sebanyak 1, 2, dan 3 gram yang dilarutkan dalam 500 ml aquades. H2 yang dihasilkan dari dari variasi penggunaan katalis sebesar 1%, 3% dan 7.4%, pengujian dilakukan menggunakan Honda Grand 100 cc. Pengujian daya dan torsi diambil setiap kenaikan putaran mesin dengan kelipatan 500 rpm, dimulai dari 3500 rpm sampai dengan 6000 rpm. Hasil yang terbaik pada penambahan H2 3% dengan efisiensi termal naik sebesar 10.6% ,menurunkan komsumsi bahan bakar spesifik sebesar 9.83% dan menurunkan emisi CO dan HC sebesar 15% dan HC sebesar 47%. Sedangkan untuk Torsi dan Bmep paling baik saat menggunakan H2 7.4% dengan kenaikan Bmep 0.5% . dan volume gas HHO yang dihasilkan paling baik pada penggunaan katalis 3 gram KOH dengan volume gas 7.36 STP pada 30 menit pengujian. Kata kunci : H2, HHO, KOH, Katalis, Elektrolisis, Dry Cell Menariknya HHO ini guna menghemat pemakaian bahan bakar membuat banyak penelitian yang dilakukan. Adi dan Budiarthana (2013) menyimpulkan bahwa penggunaan bahwa mengunakan generator HHO tipe wet cell dengan elektroda plat dan sepiral yang terbuat dari baja tahan karat. Hasil yang didapatkan dari penelitian tersebut adalah produksi gas HHO tertinggi yang diperoleh sebes 0,11 Liter/Menit, pada kecepatan putar mesin 3000 RPM, persentase Katalis-Air sebesar 13,43% dan jenis elektroda plat.
PENDAHULUAN Dengan meningkatnya Inovasi teknologi transportasi yang semakin meningkat pesat, maka kebutuhan akan bahan bakar minyak dan atau gas menjadi suatu kebutuhan yang harus dipenuhi oleh pemerintah. Sementara itu harga minyak bumi dunia yang terus meningkat dan diikuti dengan meningkatnya kebutuhan bahan bakar fosil serta isu lingkungan global yang menuntut tingkat kualitas lingkungan yang lebih baik, mendorong pemerintah diharuskan mengambil kebijakan baik jangka pendek, menengah maupun jangka panjang.
Bari dan Esmaeil (2010) menyimpulkan bahwadengan penambahan 6,1 % campuran H2/O2 ke diesel , efisiensi termal rem meningkat dankonsumsi 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 .
Kondisi demikian membuat sebagian orang mencari bahan bakar alternatif selain minyak bumi atau berusaha menghemat konsumsi bahan bakar. Semua ini dilakukan untuk menghemat pengeluaran biaya transportasi dalam kehidupan sehari- hari. Beragam alat untuk menghemat bahan bakar pun bermunculan di pasaran. Namun di samping harganya cukup mahal, hasilnya kurang maksimal. Salah satu yang paling menarik perhatian adalah menghemat bahan bakar menggunakan air (H2O) sebagai penghasil hidrogen. Ini disebabkan ketersediaan air yang cukup melimpah.
Dulger dan Ozcelik (2000) menambahkan gas hydrogen ke mobil 1993 Model Volvo 940 , 1996 Mercedes model 280, 1992 Model Fiat Kartal dan 1992 Model Fiat Dogi menyimpulkan bahwa konsumsi bahan bakar untuk Volvo 940 turun 43 %, untuk mercedes 280 turun 36 %. Mesin Fiat Kartal turun 26 % . Fiat Dogi turun 33 %. Hasil ini menunjukkan potensi penghematan bahan bakar dari sistem hydrogas.
Meskipun teknologi ini telah lama diciptakan, bahkan telah ada jauh sebelum minyak bumi ditemukan, namun masih banyak yang belum mengetahui cara mengaplikasikannya diberbagai mesin. Dimana alat ini memerlukan katalis yang di campur kedalam air sebagai pemercepat proses pemisahan atom hydrogen dan oksigen dalam air. Oleh karena itu penelitian ini dilakukan untuk mengetahui kadar katalis yang sesuai dengan HHO generator tipe Dry Cellyang dipasang pada sepedaor 100 cc .
Guntur, dkk, (2012) mengomparasikan generator HHO tipe wet cell dan dry cell yang menggunakan material elektroda SS304 dengan ukuran elektroda yang sama ukurannya yaitu 16 cm x 16 cm. Menyimpulkan bahwa generator gas jenis wet cell memiliki efisiensi lebih tinggi jika dibandingkan generator jenis dry cell. 46
E-Jurnal Teknik Mesin, Vol. 2 No. 1, Desember 2014 ISSN:2337-9928
Harman, Arif, dan Hasan (2013) menggunakan HHO tipe wet cell yang di ujikan pada motor bensin berbahan bakar pertamax menyimpulkan bahwa dengan penambahan gas HHO yang diperoleh dari hasil elektrolisis dapat meningkatkan Torsi, Daya Efektif dan efisiensi termis mesin serta menurunkan konsumsi bahan bakar spesifik.
dengan bantuan arus listrik dan dua elektroda. Dimana arus listrik tersebut dialirkan pada elektroda positif (anoda) dan elektroda negatif (katoda), apabila diterapkan pada air maka senyawa kimia H2O akan terpecah menjadi gas Hidrogen (H2) serta gas Oksigen (O2). Agar suatu proses elektrolisa bekerja dengan cepat maka diperlukan zat lain yang disebut dengan katalis.
Musmar dan Rousan (2011) menyimpulkan bahwa mesin Honda G 200 (197 cc single cylinder engine) setelah di tambahkan gas HHO dari generator HHO menunjukkan bahwa nitrogen monoksida (NO) dan nitrogen oksida (NOx) berkurang menjadi sekitar 50%. Selain itu, konsentrasi karbon monoksida berkurang menjadi sekitar 20% serta konsumsi bahan bakar yang di gunakan berkurang 20% - 30%.
Faktor-faktor yang mempengaruhi elektrolisis adalah sebagai berikut:
Temperature Konsentrasi katalis dan katalis
Generator HHO adalah alat dalam memproduksi gas HHO. Ada 2 jenis generator HHO yaitu:
Pertiwi (2013) menyimpulkan bahwa efisiensi generator HHO terbesar diperoleh pada pengujian generator tanpa menggunakan PWM yaitu 25.69%.
Pratama dan Kawano (2013) menggunakan generator HHO tipe wet cell dengan elektroda berupa pipa stainless steel AISI 316L dengan ukuran Ø 21mm x 101mm, Ø 34mm x 101mm, Ø 48mm x 101mm dan Ø 61mm x 101mm dengan tebal 3mm, larutan elektrolit 2 liter aquades dan 1,4 KOH. Hasil yang didapatkan dari penelitian ini adalah frekuensi untuk generator dengan effisiensi thermal terbaik adalah pada 10Hz sebesar 20,06%. Dengan daya generator 118,74 Watt, debit 13,13 L/jam, kenaikan temperature 0.7°C/menit, torsi maksimal pada engine 27.09 Nm, daya efektif 6114,651 Watt, bmep 860,627 Pa, SFC 9.608E-08 kg/watt.s, effisiensi thermal engine 23,22% serta pengurangan emisi CO 1,17% dan HC83ppm.
Tipe Wet Cell , tipe ini elektroda direndam dalam larutan elektrolit seperti gambar dibawah ini.
Gambar 1. HHO generator tipe Wet Cell
Rousan (2010) penambahan gas HHO dilakukan pada mesin honda G 200 menghasilkanpeningkatkanefisiensi pembakaran, mengurangi konsumsi bahan bakardansehingga mengurangipolusi.UkuranoptimaldariFC (Fuel Cell)adalah ketikaluas permukaansuatuelektrolityang dibutuhkanuntuk menghasilkanjumlah yang cukupHHOadalahdua puluhkali lipat dariluas permukaanpiston. Juga,volumeair yang dibutuhkandalam sel adalahsekitar satu setengahkali kapasitasmesin.FC (Fuel Cell)yangdapat digunakan adalahsederhana, mudahdibangun,danmudah diintegrasikan denganmesin yang adadengan biaya sekitar 15 dolar AS untuksetiap silinder. Yilmaz, dkk (2010) menggunakan berbagai macam katalis yaitu KOH , NaOH , dan NaCl menunjukkan hasil yang bervariasi dan hasil yang paling baik dalam penelitiannya menggunakan NaOH, karena NaOH dapat mengurai ikatan hydrogen dan oksigen di dalam air lebih baik. . Ia mengamati bahwa keluaran torsi mesin meningkatdengan rata-rata 19,1 % , mengurangi emisi CO rata-rata 13,5 % , emisi HC olehrata-rata 5 % dan SFC dengan rata-rata 14 % . A. Dasar Teori Elektrolisis adalah suatu proses pemecahan senyawa kimia tertentu menjadi suatu molekul baru 47
Tipe Dry Cell, tipe ini elektrolit yang berada didalam elektroda yang diberi sekat karet seperi yang terlihat pada gambar dibawah ini.
E-Jurnal Teknik Mesin, Vol. 2 No. 1, Desember 2014 ISSN:2337-9928
Gambar 2. HHO generator tipe Dry Cell B. Parameter pengujian Pengujian ini dilakukan dilakukan beberapa tahap yaitu: 1.
2.
Pengujian tekanan yang dihasilkan oleh HHO generator dengan variasi katalis 1,2,dan 3 gram KOH. Pengujian unjuk kerja dari kendaran uji yang meliputi: Daya. Torsi. Tekanan efektif rata-rata (bmep). Pemakaian bahan bakar spesifik (sfc). Effisiensi thermal. Emisi gas buang
Gambar 3. Sekema Pengukuran Tekanan Gas HHO
Pengujian unjuk kerja mesin
Untuk Pengujian dynamometer dilakukan di Mototech pengujian dilakuan dengan cara sebagai berikut:
METODE PENELITIAN
1.
Pengujian tekanan
Pengujian tekanan gas HHO yang dihasilkan HHO generator dengan variasi katalis dilakukan dengan mengunakan campuran 500 ml aquades ke dalam setiap variasi katalis 1,2,dan 3 gram KOH. Sekema pengujian terlihat pada gambar dibawah ini.
2. 3. 4.
5. 6.
7. Keterangan gambar: 1
Travomator
2
Dioda Bright
3
5
Ampere Meter Reservoir Tank Blubbler
6
Gallon air
7
Volt Meter
8
HHO Generator Dry Cell Termometer
4
9 10
Manometer Air
Menaikkan motor ke stand uji dynamometer dan mengikat sepeda motor agar tidak berupah posisinya saat dilakukan pengujian. Hidupkan mesin dan melakukan pemanasan selama 5 menit Blower pendingin dihidupkan. Hidupkan mesin kemudian memutar gas sampai putaran 3000 rpm setelah itu gas diputar penuh sampai 10000 rpm kemudian lepaskan perlahan-lahan sampai 3000 rpm. Lakukan langkah nomer 4 sampai 3 kali untuk mendapat hasil yang paling baik. Jika sudah dilakukan pengujian 3 kali maka matikan mesin dan data yang diperoleh adalah daya dan torsi siap untuk dicetak Untuk pengujian menggunakan HHO generator hanya tinggal memasang generator pada sepeda motor. Untuk kelisrikannya mengabil dari spul penerangan yang dilewatkan dulu di diode untuk meyearahkan arus listrik dari AC ke DC dan pengujian dilakukan dengan variasi katalis
Gambar 4. Pengujian dynamometer
48
E-Jurnal Teknik Mesin, Vol. 2 No. 1, Desember 2014 ISSN:2337-9928
rata sebesar 4.7 Hp dan torsi rata-rata sebesar 6.96 N.m, seperti terlihat pada gambar dibawah ini.
Pengujian konsumis bahan bakar dan emisi gas buang
Untuk pengujian konsumsi bahan bakar dan emi gas buang dilakukan sebagi berikut: 1.
2. 3. 4. 5.
6.
7. 8.
Pasang buret ukur pada standnya kemudian sambung selang bahan bakar dari karburator ke buret, kemudian isi buret dengan bensin. Menyiapkan dan menyeting gas analyzer. Hidupkan mesin untuk pemanasan selama 5 menit. Masukkan prob gas analyzer ke kenalpot kendaraan uji. Kemudian hidupkan mesin sampai 3000 rpm dan catat berapa lama konsumsi 2 ml bahan bakar dan catat hasil emisi selama 2 ml bahan bakar yang habis kemudian matikan mesin dan seting gas analyzer. Lakukan langkah nomer 5 sampai 6000 rpm dengan range 500 rpm pada setiap pengujiannya. Jika semua data sudah didapat kemudian bersihkan alat-alat yang digunakan Untuk pengujian menggunakan HHO generator hanya tinggal memasang generator pada sepeda motor. Untuk kelisrikannya mengabil dari spul penerangan yang dilewatkan dulu di diode untuk meyearahkan arus listrik dari AC ke DC dan pengujian dilakukan dengan variasi katalis.
Gambar 6. Grafik daya terhadap putaran mesin
Gambar 7. Grafik torsi terhadap putaran mesin
HASIL DAN PEMBAHASAN Untuk pengujian tekanan didapatkan hasil yang paling baik pada pengguanan katalis 3 gram yang dapat menghasilkan volume gas yang maksimal seperti yang terlihat pada grafik di bawah ini.
Emisi gas buang Emisi gas buang berupa CO dan HC yang dihasilkan rata-rata mengalami penurunan saat menggunakan HHO generator dengan variasi H2 1%, 3% dan 7.4% , seperti yang telihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 8. Grafik kadar CO terhadap putaran mesin
Gambar 5. Grafik volume gas terhadap waktu Untuk pengujian unjuk kerja mesin dynamoterdi mototech didapat data sebagai berikut:
Daya dan Torsi Daya dan Torsi yang paling baik dari pengujian diperoleh pada penambahan H2 7.4% dari HHO generator dengan daya rata49
E-Jurnal Teknik Mesin, Vol. 2 No. 1, Desember 2014 ISSN:2337-9928
Gambar 9. Grafik kadar HC terhadap putaran mesin
Gambar 12. Grafik efisiensi Termal terhadap putaran mesin.
Bmep Penggunan H2dari HHO generator dapat meningkatkan sedikit bmep seiring dengan pertambahan rpm seperti yang terlihat pada gambar dibawah ini.
I. KESIMPULAN Berdasarkan pengujian maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. 2.
3.
4. Gambar 10. Grafik Bmep terhadap putaran mesin.
SFC Penggunaan H2dari HHO generators ratarata dapat menurunkan konsumsi bahan bakar spesifik seperti yang terlihat pada gambar dibawah ini.
5.
Prosentase H2 yang diperoleh dari pengujian sebesar 1%, 3% dan 7.4 %. Untuk pengujian torsi paling baik peningkatannya pada penggunaan H2 3% dan 7.4 %, dengan peningkatan torsi sebesar 0.5%. Penurunan emisi gas buang kendaran uji paling baik saat menggunakan H2 3% dari HHO generator dengan penurunan kadar CO sebesar 15% dan HC sebesar 47% dari kondisi standar. Dengan menggunakan HHO generator, rata-rata dapat menurunkan konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) dengan penurunan paling baik saat menggunakan H2 3% dan 7.4 % dengan prosentase penurunan sebesar 9.83% dan 9.12%. Efisiensi termal pada kondisi paling baik pada penggunaan H2 3% dari HHO generator dengan prosentase efisiensi sebesar 10.6% dari kondisi standar.
DAFTAR PUSTAKA Adi, I.K dan Budiarthana, I.N., 2013, “Pemanfaatan Pembangkit Listrik Dalam Sepeda Motor Sebagai Sumber Energi Generator Gas Hho (Hydrogen Hydrogen Oxygen)”, Jurnal Matrix Vol.03 No.3 Nov 13 [155-159].. Bari, S dan Esmaeil, M.M., 2010, “Effect Of H2/O2 Addition In Increasing The Thermal Efficiency Of A Diesel Engine”, Fuel 89 (2010) 378–383. Gambar 11. Grafik SFC terhadap putaran mesin
Dulger, Z dan Ozcelik, K.R., 2000, ”Fuel Economy Improvement By On Board Electrolytic Hydrogen Production”, International Journal of Hydrogen Energy 25 (2000) 895-897.
Efisiensi Termal Pengguanan H2dari HHO generator rata-rata dapat meningkatakan efisiensi termal kendaran uji yang terlihat pada gambar dibawah ini.
Guntur, H.L , Sutantra, I N, Sampurno, B, dan Rasiawan., 2012, “Pengembangan Generator Gas H2O2Jenis Wet Dan Dry Cell 6 Ruang Untuk Kendaraan Bermesin Injeksi 1300cc”, Jurnal 0069: Harus L.G. dkk. 50
E-Jurnal Teknik Mesin, Vol. 2 No. 1, Desember 2014 ISSN:2337-9928
Harman, Arif E, Hasan D., 2013, “Pengaruh Penambahan Gas Oksihidrogen Terhadap Unjuk Kerja Motor Bensin Berbahan Bakar Pertamax”, Jurnal Teknik Mesin, Universitas Hasanuddin Makassar. Musmar, S.A dan Rousan, A.A.A., 2011, “Effect Of HHO Gas On Combustion Emissions In Gasoline Engines”, Fuel 90 (2011) 3066–3070. Pertiwi, Fungky Dyan., 2013, Pengaruh Penambahan Pwm (Pulse Width Modulation) Pada Generator Hho Tipe Dry Cell, Tugas Akkhir Teknik Mesin, FTI ITS, Surabaya. Pratama, R.A dan Kawano, D.S., 2013, “Pengaruh Penggunaan Frekuensi Listrik terhadap Performa Generator HHO dan Unjuk Kerja Engine Honda Kharisma 125CC”, Jurnal Teknik POMITS Vol. 2, No. 2, (2013).. Rousan, A.A.A., 2010, “Reduction Of Fuel Consumption In Gasoline Engines By Introducing HHO Gas Into Intake Manifold”, international journal of hydrogen energy 35 (2010) 12930-12935. Yilmaz, A.C, Erinc, Uludamar, Aydin K., 2010, “Effect Of Hydroxy (HHO) Gas Addition On Performance And Exhaust Emissions In Compression Ignition Engines”, internationaljournal of hydrogen energy xxx (2010) 1-7.
51
