TUGAS AKHIR – RM 1542
PENGUJIAN DAN PERBAIKAN PERFORMA GENERATOR HHO DENGAN VARIASI KONFIGURASI LARUTAN ELEKTROLIT BAKING SODA DALAM AQUADES SUPRASTOWO NRP 2104 100 122 Dosen Pembimbing Prof. Dr. Ir. H. Djoko Sungkono, M.Eng.Sc JURUSAN TEKNIK MESIN Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2009
FINAL PROJECT – RM 1542
EXPERIMENTAL STUDY AND INPROVEMENT OF HHO GENERATOR PERFORMANCES WITH VARIATION OF CONFIGURATION BAKING SODA ELECTROLYTE SOLUTION IN AQUADES SUPRASTOWO NRP 2104 100 122 Academic Advisor Prof. Dr. Ir. H. Djoko Sungkono, M.Eng.Sc MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT Industrial Faculty Of Technology Sepuluh Nopember Institut Of Technology Surabaya 2009
PENGUJIAN DAN PERBAIKAN PERFORMA GENERATOR HHO DENGAN VARIASI KONFIGURASI LARUTAN ELEKTROLIT BAKING SODA DALAM AQUADES Nama Mahasiswa NRP Jurusan Dosen Pembimbing
: SUPRASTOWO : 2104 100 122 : Teknik Mesin FTI-ITS : Prof. Dr. Ir. H. D. SUNGKONO, M.Eng.Sc.
Brown’s gas atau gas HHO dipercaya dapat digunakan untuk menghemat bahan bakar pada kendaraan, sehingga perlu dilakukan penelitian terhadap generator yang digunakan untuk memproduksi gas HHO. Penelitian dilakukan dengan menggunakan generator HHO generasi ke-3 dengan variasi konfigurasi larutan elektrolit baking soda 1 gram, 2 gram, 3 gram, 4gram, 5 gram, 10 gram, 15 gram, dan 20 gram dalam setiap 1 liter aquades. Penelitian meliputi pengujian performa genrator HHO dengan waktu pengujian 24 jam dan pengujian generator HHO pada engine genset bensin dengan kelompok kontrol mesin tanpa penambahan generator HHO. Hasil yang didapatkan dari penelitian ini adalah bahwa konfigurasi elektrolit baking soda 10 gram dengan elektroda luar sebagai katoda memiliki efisiensi generator HHO paling besar yaitu 9,43%. Dari pengujian 24 jam, konfigurasi 1 gram memiliki efisiensi HHO terbesar dengan rata-rata kenaikan dari konfigurasi 3 gram sebesar 74,55%, Dari pengujian di motor generator-set bensin Yasuka, konfigurasi 10 gram hanya dapat mencapai beban 88.89%. Tetapi konfigurasi 1 gram dapat mencapai beban 111.11% dengan persentase kenaikan rata-rata efisiensi sistem genset (ηoverall) sebesar 0.0022% Kata kunci : Brown’s gas, gas HHO, generator-set, larutan elektrolit, baking soda, aquades, elektroda, katoda, dan efisiensi.
EXPERIMENTAL STUDY AND INPROVEMENT OF HHO GENERATOR PERFORMANCES WITH VARIATION OF CONFIGURATION BAKING SODA ELECTROLYTE SOLUTION IN AQUADES Student Name NRP Department Academic Advisor
: SUPRASTOWO : 2104 100 122 : Teknik Mesin FTI-ITS : Prof. Dr. Ir. H. D. SUNGKONO, M.Eng.Sc.
Brown's gas or HHO gas is believe applicable to economize fuel at vehicle, causing need to be done research to generator applied to produce gas HHO Research is done by using generator HHO third generation with various configuraton of electrolyte baking soda 1 grams, 2 grams, 3 grams, 4grams, 5 grams, 10 grams, 15 grams, and 20 grams in every 1 litre aquades. Research covers examination of performa genrator HHO with experiment of 24 hours and experiment of generator HHO at engine genset gasoline with group of control is engine without addition of generator HHO. The result of this research is that electrolyte configuraton baking soda 10 grams with external electrode as cathode has biggest HHO generator efficiency that is 9,43%. From experiment of 24 hours, configuraton 1 gram has the biggest HHO efficiency with average of increase of from configuraton 3gram equal to 74,55%, From experiment in motor generator-set gasoline Yasuka, configuraton 10 grams only reach burden 88.89%. But configuraton 1 gram can reach burden 111,11% with percentage increase of average of genset system efficiency (overall efficiency) equal to 0,0022% Key word : Brown’s gas, HHO gas, generator-set, electrolyte, baking soda, aquades, electrode, cathode, and efficiency.
KATA PENGANTAR Ucapan syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kepada Maha pencipta jagad raya, Maha pemberi ilmu, Allah SWT atas segala ijin, karunia hidayah serta bimbingan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulis menyadari bahwa keberhasilan penyelesaian tugas akhir ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak baik langsung maupun tidak langsung. Untuk itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan banyak terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada : 1. Ibu Supalmiati dan bapak Sarino yang selalu membantu dengan kasih saying, nasehat, do’a dan materi. Mbak Yanti, mbak Tya, mas Kunc, dan mas Dar 2. Prof. Dr. Ir. H. Djoko Sungkono Kawano, M.Eng.Sc. selaku dosen pembimbing yang dengan tulus mengajarkan berbagai ilmu 3. Ir kadarisman, Dr. Bambang Sudarmanta, Dr. Ary Bachtiar yang telah bersedia memberikan masukan dan saran-saran kepada penulis. 4. Seluruh dosen dan karyawan Teknik Mesin FTI-ITS yang telah memberikan banyak ilmu, pengetahuan dan pengalaman kepada penulis. . 5. Teman-teman browns gas crew, Handoro dan Indra kurap 6. Teman- teman Lab. TPBB Teknik Mesin FTI-ITS: Acoy, Budset, Buyung, Adi Kiwir, Danang, Lani, Pethuk, Pratma, Said, Pak Syaiful Anwar, dan Ryan, . 7. Teman-teman M47: Daniel, JB, Adrian Ma’ul, Bang Hasan, Pambudi, Erik dan yang lainnya 8. Arek-arek kontrakan bumi marina mas 9. Semua pihak yang tidak bisa disebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwasannya penelitian ini masih belum sempurna. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik serta saran yang membangun untuk perbaikan di masa
i
mendatang. Semoga Tugas Akhir ini dapat berguna bagi perkembangan ilmu pengetahuan dan masyarakat luas. Surabaya, Agustus 2009 Penulis
ii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ABSTRAK LEMBAR PENGESAHAN KATA PENGANTAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . DAFTAR ISI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . DAFTAR GAMBAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . DAFTAR TABEL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . DAFTAR SIMBOL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
i iii vii xi xiii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Perumusan Masalah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3 Batasan Masalah. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4 Tujuan Penelitian . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5 Manfaat Penelitian . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.7 Sistematika Penulisan. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 2 2 3 3 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Brown’s Gas (Gas HHO) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Proses Elektrolisis Air untuk Memproduksi gas HHO. . 2.3 Pemilihan Stainless Steel Sebagai elektroda . . . . . . . . . 2.4 Larutan Elektrolit Sebagai Katalis . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5 Endapan Berwarna Coklat pada Generator HHO. . . . . . 2.6 Karakteristik Gas HHO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.7 Parameter Peforma Generator HHO. . . . . . . . . . . . . . . . 2.7.1 Konsumsi Daya Generator HHO. . . . . . . . . . . 2.7.2 Laju Produksi Gas HHO . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 6 7 11 12 16 18 18 19
iii
2.7.3 Efisiensi Generator HHO. . . . . . . . . . . . . . . . . 2.7.4 Habisnya Aquades per Satuan Waktu . . . . . . . 2.7.5 Massa Anoda yang Teroksidasi . . . . . . . . . . . . 2.8 Engine Generator (genset) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.9 Parameter Unjuk Kerja Motor Bensin . . . . . . . . . . . . . . 2.9.1 Daya Efektif (Ne). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.9.2 Torsi (T). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.9.3 Tekanan Efektif Rata-rata (Bmep). . . . . . . . . . 2.9.4 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (sfc) . . . . . . . 2.9.5 Effisiensi Thermal (ηth) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.10 Emisi Gas Buang Motor Bensin. . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.10.1 Karbon Monoksida (CO). . . . . . . . . . . . . . . . 2.10.2 Hidro Carbon (HC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.11 Efisiensi Sistem Generator-set (ηoverall). . . . . . . . . . . . . 2.12 Penelitian Terdahulu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20 22 22 23 24 24 25 25 26 26 27 28 28 29 30
BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Umum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Flow Chart Penelitian. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Peralatan Pengujian Performa Generator HHO. . . . . . . 3.3.1 Generator HHO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.2 Peralatan Pendukung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.3 Peralatan Ukur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4 Peralatan Pengujian pada Motor Generator-set Bensin . 3.4.1 Alat Uji. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.2 Alat Ukur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5 Pelaksanaan Penelitian . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.1 Set Up Generator HHO . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.2 Pengujian Performa Generator HHO . . . . . . . .
33 33 33 33 36 37 40 40 41 43 43 44
iv
3.5.2.1 Pengujian Laju Produksi Gas HHO dan Daya yang Dibutuhkan. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.2.2 Pengujian Performa GHHOSelama 24 jam . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.3 Pengujian Performa Engine Generator-set Bensin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.3.1 Pemasangan Instalasi HHO Generator Pada Generator Set Bensin. . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.3.2 Pelaksanaan Pengujian. . . . . . . . . . . . . BAB IV PERHITUNGAN DAN ANALISA 4.1 Perhitungan dan Analisa Performa Generator HHO. 4.1.1 Perhitungan Performa Generator HHO . . . . . . 4.1.2 Analisa Performa Generator HHO. . . . . . . . . . 4.2 Analisa Hasil Pengujian Generator HHO Selama 24 jam. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.1 Analisa Performa Generator HHO. . . . . . . . . . 4.2.2 Analisa Visualisasi Larutan Elektrolit. . . . . . . 4.3 Perhitungan dan Analisa Unjuk Kerja Genset Bensin Yasuka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.1 Perhitungan Unjuk Kerja. . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.2 Analisa Grafik Unjuk Kerja. . . . . . . . . . . . . . . 4.4 Perhitungan dan Analisa Efisiensi Sistem Generator-set. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Saran. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . DAFTAR PUSTAKA APENDIX A APENDIX B APENDIX C
v
45 46 48 48 51
55 55 58 63 63 69 72 72 76 87 89 90
APENDIX D APENDIX E APENDIX F APENDIX G APENDIX H APENDIX I
vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Gambar 2.2 Gambar 2.3
Pemecahan molekul air menjadi gas HHO. . . . . . 5 Rangkaian dasar sistem elektrolit. . . . . . . . . . . . . 7 Grafik hubungan antara reaksi kimia terhadap energi yang dibutuhkan untuk terjadinya reaksi. . 11 Gambar 2.4 Sistem elektroplating dengan logam Cu. . . . . . . . 12 Gambar 2.5 Logam Fe terionisasi akibat kehilangan electron . 13 Gambar 2.6 Elektroda terkorosi dan endapan Fe(OH)3 menepel pada dinding tabung generator HHO generasi 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Gambar 2.7 Portable Engine-generator Set (Genset) . . . . . . . . 24 Gambar 2.8 Kontrol volum sistem pengujian gen-set . . . . . . . 29 Gambar 3.1 Elektroda spiral generator HHO generasi ke-3 . . 34 Gambar 3.2 (a)Toples plastik yang digunakan sebagai tabung generator HHO, (b)Elektroda kawat spiral dalam dan luar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 Gambar 3.3 Baterai accu mobil yang digunakan sebagai catu daya . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Gambar 3.4 Battery charger. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Gambar 3.5 Timbangan Digital. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Gambar 3.6 (a) Skema HHO gas flowmeter, (b) HHO gas flowmeter yang digunakan. . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Gambar 3.7 Voltmeter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Gambar 3.8 Clamp AC/DC Amperemeter. . . . . . . . . . . . . . . . 39 Gambar 3.9 Yasuka Gasoline Engine Generator Set, 4 stroke, type 1500DC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Gambar 3.10 Exhaust Gas Analizer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Gambar 3.11 Skema peralatan pengujian. . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Gambar 3.12 Skema instalasi HHO generator pada generator set . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
vii
Gambar 3.13 Skema pengujian pada generator-set bensin. . . . . 50 Gambar 3.14 Diagram alir (flowchart) penelitian. . . . . . . . . . . . 54 Gambar 4.1 Grafik konsumsi daya listrik Generator HHO terhadap variasi konfigurasi baking soda dalam 1 liter aquades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Gambar 4.2 Grafik laju produksi gas HHO terhadap variasi konfigurasi baking soda dalam 1 liter aquades. . . 60 Gambar 4.3 Grafik laju produksi gas HHO terhadap variasi konfigurasi baking soda dalam 1 liter aquades. . . 61 Gambar 4.4 Grafik hubungan konsumsi daya oleh generator HHO terhadap waktu pengujian. . . . . . . . . . . . . . 63 Gambar 4.5 Grafik laju produksi gas HHO terhadap waktu pengujian . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Gambar 4.6 Grafik hubungan efisiensi gas HHO terhadap waktu pengujian. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Gambar 4.7 Diagram batang hubungan laju konsumsi larutan terhadap variasi konfigurasi baking soda. . . . . . . 67 Gambar 4.8 Diagram batang hubungan massa anoda teroksidasi terhadap variasi konfigurasi baking soda. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Gambar 4.9 kondisi awal larutan elektrolit dalam generator HHO sebelum dilakukan pengujian. . . . . . . . . . . 69 Gambar 4.10 Generator HHO Konfigurasi 1 gram Baking Soda per 1 liter Aquades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 Gambar 4.11 Generator HHO Konfigurasi 2 gram Baking Soda per 1 liter Aquades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 Gambar 4.12 Generator HHO Konfigurasi 3 gram Baking Soda per 1 liter Aquades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 Gambar 4.13 Generator HHO Konfigurasi 5 gram Baking Soda per 1 liter Aquades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 Gambar 4.14 Generator HHO Konfigurasi 10 gram Baking Soda per 1 liter Aquades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 Gambar 4.15 Generator HHO Konfigurasi 15 gram Baking Soda per 1 liter Aquades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
viii
Gambar 4.16 Generator HHO Konfigurasi 20 gram Baking Soda per 1 liter Aquades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 Gambar 4.17 Diagram batang volume endapan coklat dari setiap variasi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Gambar 4.18 Grafik daya efektif terhadap % beban . . . . . . . . . 76 Gambar 4.19 Grafik torsi terhadap % beban . . . . . . . . . . . . . . . 78 Gambar 4.20 Grafik Bmep terhadap % beban . . . . . . . . . . . . . . 79 Gambar 4.21 Grafik Bsfc terhadap % beban . . . . . . . . . . . . . . . 80 Gambar 4.22 Grafik Efisiensi terhadap % beban . . . . . . . . . . . . 81 Gambar 4.23 kadar CO terhadap % beban . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 Gambar 4.24 Grafik kadar HC terhadap % beban . . . . . . . . . . . 84 Gambar 4.25 Grafik temperature engine terhadap % beban. . . . 85 Gambar 4.26 Grafik temperatur exhaust terhadap % beban. . . . 85 Gambar 4.27 Grafik temperatur oli terhadap % beban. . . . . . . . 86 Gambar 4.28 Grafik efisiensi sistem generator-set terhadap %beban . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
ix
(halaman kosong)
x
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Standard komposisi stainless stell. . . . . . . . . . . . . . . . . Tabel 2.2 Standard resistansi berbagai macam tipe kelas stainless steel pada berbagai macam kondisi lingkungan. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tabel 2.3 Harga potensial reduksi beberapa unsur dan senyawa . Tabel 2.4 Propeties gas hidrogen pada kondisi temperatur dan tekanan standar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
xi
9
10 16 17
(halaman kosong)
xii
DAFTAR SIMBOL Notasi : ρ ρHHO ρH2 ρO2 t Ne V VHHO I IHHO n ηgen Ne T BMEP z A L i SFC mbb mHHO mH2 mO2 s QH2 Qbb QHHO Qtotal
= massa jenis (kg/m3, gr/l) = massa jenis gas HHO (kg/m3, gr/l) = massa jenis gas H2 (kg/m3, gr/l) = massa jenis gas O2 (kg/m3, gr/l) = waktu pengujian(s) = daya poros (Hp) = voltase beban lampu (volt) = voltase generator HHO (volt) = arus beban lampu(ampere) = arus generator HHO (volt) = putaran mesin (rpm) = efisiensi genset (%) = daya efektif engine (hp) = Torsi (Kg.cm) = tekanan efektif rata-rata (kPa) = konstanta untuk jenis mesin (2 untuk 4 langkah dan 1 untuk 2 langkah) = luas penampang torak (m²) = panjang langkah torak (m) = jumlah silinder. = konsumsi bahan bakar spesifik (kg/hp.jam) = massa bahan bakar premium(kg). = massa gas HHO (kg) = massa gas H2 (kg) = massa gas O2 (kg) = waktu untuk menghabiskan sejumlah m bb (s) = Nilai kalor gas H2 (cal/gr) = Nilai kalor bahan bakar premium (cal/gr) = Nilai kalor bahan gas HHO (cal/gr) = Nilai kalor campuran bahan bakar premium dan gas HHO (cal/gr)
xiii
ηth ηHHO ηoverall A/F V&gasHHO
= efisiensi thermal (%) = efisiensi generator HHO (%) = efisiensi sistem genset (overall) (%) = air fuel ratio = laju produksi gas HHO (ml/s)
g Δmanoda ΔH2O
= gravitasi (m/s2) = massa anoda yang teroksidasi (gram) = habisnya aquades persatuan waktu (ml/gr.jam)
Singkatan : BHP SFC SG NKA NKB HHV LHV API HC FTI ITS
= Break Horse Power = Spesific Fuel Consumption = specific gravity = nilai kalor atas = nilai kalor bawah = high heat value (NKA) = low heat value (NKB) = American Petroleum Institute = Hidro Carbon = Fakultas Teknologi Industri = Institut Teknologi Sepuluh Nopember
xiv
