aplikasi teknik resonansi pada generator hho untuk

APLIKASI TEKNIK RESONANSI PADA GENERATOR HHO
UNTUK MOTOR BAKAR INTERNAL
SKRIPSI
IGNATIUS INDRAWAN SUMAWINATA
F14080101
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
RESONANCE TECHNIQUE IN HHO GENERATOR FOR
INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Ignatius Indrawan Sumawinata and Radite Praeko Agus Setyawan
Department of Mechanical and Biosystem Engineering, Faculty of Agricultural Technology, Bogor
Agricultural University, IPB Darmaga Campus, PO Box 220, Bogor, West Java, Indonesia
Phone 62 81386430057, e-mail: [email protected]
ABSTRACT
Application of HHO gas as fuel had been generaly used. Though there was still controversy regarding
its efficiency and efectiveness . In this research, hydrogen that hopefully could become an alternative
renewable energy was produced by the electrolysis process. HHO was the mixture of hydrogen gas
and oxygen gas that was formed in HHO dry generator. In HHO cell (dry) generator contained 10
cells, and each cell required 2.4 voltage. Furthermore, resonance DC application was evaluated to
gain the better electrolysis efficiency. The test was held by using 2 level of electrolyte consentration,
0.178 M KOH and 0.446 M KOH. Each concentration was tested by 3 size of inductors, 8uH, 40uH,
and 100uH. Not only single frequency was used, but modulatedfrequency was used also as well. In
order to measure the improvement of resonance techinique application, specific energy was compared
between using resonance technique and conventionaltechnique.Specific energy was calculated
between output (mass of hydrogen) and input energy (watt hour). In this test,input of specific energy
was measured in two condition:energy from the source (total) and energy in HHO generator only.
From the test, it could be concluded that modulated frequency, by using40 Hz and 2405 Hz frequency,
100uH inductor, and 0.446 M OH, only 61% of total specific energy that was used in HHO generator.
It needed23.91 watt hour energy (total) to produce 1 gram of hydrogen gas.On the other hand, the
worst performance was happened in single frequency, 11270Hz, 8uH of inductor, and 0.178 KOH,
where the loss of specific energy was 82%. The conventional technique only loosed about 0.5% of
specific energy in 0.178 KOH needed 51.37watt hour to provide one gram of hydrogen. The loss was
happened due to the excess of current that was converted into head in MOSFET. Hopefully the further
research will be held again by using wet type of HHO generator because dry generator did not have
fixed capacity value and it maked difficulty for calculating the perfect resonance condition.
Keywords: HHO, Resonance, Frequency, Specific Energy
Ignatius Indrawan Sumawinata.F14080101.Aplikasi Teknik Resonansi Pada Generator HHO
Untuk Motor Bakar Internal.Di bawah bimbingan Radite Praeko Agus Setyawan. 2013.
RINGKASAN
Penggunaan gas hidrogen sebagai sumber energi pada masa kini sudah umum
digunakan.Meskipun demikian, masih terdapat kontroversi tentang efisiensi dan efektivitas dari
pengaplikasian gas hidrogen tersebut. Pada penelitian ini, akan diteliti kemungkinan penggunaan gas
hidrogen pada traktor pertanian yang diumpankan langsung melalui proses elektrolisis air dengan
menggunakan generator HHO tipe kering di traktor pertanian dengan sistem Hydrogen on demand.
Terdapat 2 jenis generator HHO yang umumnya digunakan yakni tipe sel basah dan tipe sel
kering.Generator HHO tipe sel kering memiliki tingkat efisiensi lebih tinggi dibandingkan dengan tipe
sel basah karena dapat memindahkan panas ke lingkungan secara lebih cepat. Namun demikian,
teknik resonansi yang berprinsip mengurangi hambatan dalam yang terjadi pada generator HHO dapat
meningkatkan efisiensi proses elektrolisis, sehingga daya yang terbuang menjadi lebih sedikit.
Pada penelitian ini, generator HHO tipe sel kering akan diujicoba dengan tujuan antara lain:
mengetahui performa elektrolisis tipe sel kering, mendapatkan respon frekuensi yang sesuai untuk
menghasilkan resonansi, dan menguji apakah resonansi memiliki efek positif dalam produksi volume
HHO maupun penggunaan daya dari proses elektrolisist tersebut.
Langkah-langkah yang dilakukan dalam pengujian ini antara lain: manufaktur generator
HHO, uji fungsional, pengukuran kapasitansi generator HHO, perancangan gelombang PWM, dan uji
performa efek resonansi. Pada proses manufaktur dan perancangan generator HHO, bagian utama dari
sistem ini adalah generator HHO dan reservoir. Generator HHO ini terdiri dari 2 buah 5 sel yang
disusun secara paralel sehingga menjadi 10 sel dan membutuhkan tegangan sebesar 12 volt.Reservoir
berfungsi sebagai wadah penampungan karena pada sistem sel kering, larutan elektrolit (KOH)
bergerak secara sirkulasi.
Hal selanjutnya yang perlu dilakukan adalah uji fungsional untuk memastikan agar generator
HHO ini berjalan dengan baik sebelum dilakukan pengujian selanjutnya, yakni uji kebocoran dan
pengujian apakah generator HHO ini dapat berjalan dengan baik.Bila pada uji fungsional ini terdapat
kegagalan, maka perlu diperbaiki sebelum dilanjutkan ke tahap selanjutnya.
Dalam teknik resonansi DC ini, diperlukan gelombang agar tegangan dapat berosilasi untuk
kemudian dapat terjadi keadaan resonansi, oleh karena itu diperlukan perancangan gelombang
PWM.Gelombang PWM dihasilkan melalui IC 555 yang kemudian diumpankan ke MOSFET sebagai
saklar elektrik dan penguat arus.
Generator HHO yang terdiri dari lempeng-lempeng tipis yang dipisahkan oleh elektrolit
memiliki sifat yang sama dengan kapasitor.Dilakukan pengukuran nilai kapasitansi generator HHO
agar dapat diketahui pada frekuensi berapa gelombang dapat diumpankan dan besaran induktansi
berapa agar respon resonansi dapat tercapai. Metoda pengukuran yang dilakukan adalah dengan
menyusun generator HHO secara seri dengan resistor dan diukur waktu yang dibutuhkan sampai
mencapai 0.693 besaran tegangan maksimum bila dimulai dari tegangan minimum, atau 0.693 dari
besaran tegangan minimum bila dimulai dari tegangan maksimum.
Untuk mengetahui tingkat efisiensi yang terjadi setelah dilakukan teknik resonansi, besaran
yang diukur antara lain, daya yang dibutuhkan, daya yang digunakan di generator HHO, dan jumlah
gas hidrogen yang dihasilkan pada satuan waktu tertentu. Pengujian dilakukan dengan menggunakan 2
buah konsentrasi larutan KOH, yakni 0.178 M dan 0.446 M. Masing- masing larutan terdiri dari 3
jenis penggunaan induktor, yakni 8uH, 40uH, dan 100uH.Pada tiap perlakuan induktor dilakukan
pengujian 5 buah frekuensi tunggal dan 3 buah frekuensi majemuk dengan masing-masing perlakuan
dilakukan 3 kali ulangan.
Setelah dilakukan pengujian, didapatkan hasil bahwa penggunaan larutan KOH 0.178 M
mengalirkan arus yang lebih rendah, yakni 3.6 Ampere dibandingkan dengan penggunaan larutan
KOH 0.446 M, yang mampu mengalirkan 7.2 Ampere, sehingga terjadi perbedaan sekitar 50%.
Meskipun demikian, pada bagian debit gas HHO yang dihasilkan, penggunaan KOH 0.446 Mampu
mengalirkan debit sebesar 5.12 ml/.detik hanya lebih baik sebesar 46% dibandingkan dengan
penggunaan larutan KOH 0.178 M air yang menghasilkan debit sebesar 2.77 ml/ detik.
Setelah dilakukan pengukuran kapasitansi generator HHO, baik pada penggunaan larutan
KOH 0.178 Mmaupun 0.446 M, tidak menunjukan hasil yang konsisten. Pada penggunaan KOH 10
gram per liter air, pada penggunaan resistor 492 Ω, nilai kapasitansi yang didapat adalah 165mF yang
merupakan nilai terkecil. Sedangkan nilai kapasitansi yang terbesar terjadi pada penggunaan resistor
984Ω yakni sebesar 249mF.Sedangkan pada penggunaan resistor 1973Ω, nilai kapasitansi yang
didapat adalah 198mF. Pada penggunaan KOH 0.446 M, nilai kapasitansi terbesar yakni 246mF
terjadi pada penggunaan resistor 1973Ω, sedangkan nilai kapasitansi terkecil terjadi pada penggunaan
resistor 984Ω sebesar 129mF, sedangkan pada penggunaan 495Ω resistor nilai kapasitansi yang
didapatkan adalah 167mF. Oleh karena tidak adanya nilai kapasitansi yang tetap, pengujian titik
resonansi dilakukan dengan mencari frekuensi yang menghasilkan tingkat arus tertinggi.
Pada pengujian kinerja MOSFET, diketahui bahwa ketika input menuju MOSFET adalah on,
maka tegangan output yang terjadi mencapai nilai minimum, sedangkan ketika input MOSFET adalah
off, maka tegangan output yang terjadi mencapai nilai maksimum. Meskipun demikian, terjadi
keterlambatan antara aksi dan reaksi dari perubahan nilai MOSFET ini.
Dari berbagai perlakuan, dapat terlihat bahwa hal yang menyebabkan kehilangan energi
spesifik yang begitu besar adalah, ketika MOSFET dalam keadaan on, maka antara kaki d dan kaki s
yang memiliki hambatan yang rendah berada pada lokasi paralel dengan generator HHO, ketika
generator HHO diberi tegangan sebesar 10volt, pada saat yang sama antara kaki d dan kaki s terjadi
tegangan yang sama dan menyebabkan adanya arus yang sangat besar yang tidak termanfaatkan dan
terbuang menjadi panas. Perlakuan frekuensi termodulasi dapat memberikan efisiensi yang lebih
tinggi karena waktu on yang terjadi lebih sedikit dibandingkan ketika pada frekuensi tunggal.
Berdasarkan seluruh perlakuan yang dilakukan dapat disimpulkan bahwa generator HHO
sudah dapat berfungsi dengan baik pada keadaan normal dengan larutan KOH mempengaruhi arus
yang dikonsumsi dan debit HHO yang dihasilkan. Selain itu, generator HHO tidak memiliki nilai
kapasitansi yang tetap, sehingga perhitungan untuk mencapai resonansi tidak dapat dilakukan,
melainkan hanya dengan pemantauan melalui penggunaan arus tertinggi.Penggunaan efek resonansi
yang terbaik terjadi pada frekuensi termodulasi yang dengan penggunaan induktor 100uH, larutan
KOH 0.446 M, dan memiliki tingkat kehilangan energi spesifik sekitar 39% dengan total energi yang
digunakan adalah 123.91 (watt jam/ gram hidrogen) dan energi yang digunakan di generator adalah
75.12 (watt jam/ gram hidrogen) pada frekuensi 40 Hz dan 2405 Hz.
Pada pengujian dengan cara konvensional, penggunaan larutan KOH 0.178 M memiliki
tingkat kehilangan energi spesifik yang lebih kecil, yakni hanya sebesar 0.5%, dengan total energi
yang digunakan adalah 51.37 watt jam/ gram hirdogen, energi yang digunakan pada generator adalah
51.34 watt jam/ gram hidrogen. Sedangkan penggunaan larutan KOH 0.446 M memiliki tingkat
kehilangan energi sebesar 1.1%, dengan total energi yang digunakan sebesar 54.09 watt jam/ gram
hidrogen, dan energi yang digunakan di generator adalah 53.46 watt jam/ gram hidrogen.
Berdasarkan pengujian yang dilakukan, meskipun dengan menggunakan larutan KOH 0.446
M yang mampu menghasilkan debit hidrogen sebesar 5.12 ml/ detik, masih tidak mampu untuk
menghasilkan penghematan bahan bakar sebesar 10% pada traktor diesel, karena membutuhkan debit
hidrogen sebesar 145 ml/ detik debit hidrogen pada rpm 2200.
Judul Skripsi : Aplikasi Teknik Resonansi Pada Generator HHO Untuk Motor
Bakar Internal
Nama
: Ignatius Indrawan Sumawinata
NRP
: F14080101
Menyetujui
Dosen Pembimbing Akademik
Dr. Ir. Radite P.A. Setiawan, M.Agr
NIP. 19621223 1986 01 1 001
Mengetahui
Ketua Departemen
(Dr. Ir. Desrial, M.Eng)
NIP. 19661201 199103 1004
Tanggal Lulus:
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI
DAN SUMBER INFORMASI
Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi dengan judul Aplikasi Teknik
Resonansi pada Generator HHO untuk Motor Bakar Internaladalah hasil karya saya sendiri
dengan arahan Dosen Pembimbing Akademik, dan belum disajikan dalam bentuk apapun pada
perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan
dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir
skripsi ini.
Bogor,Februari 2013
Yang membuat pernyataan
Ignatius Indrawan Sumawinata
F14080101
© Hak Cipta milik Institut Pertanian Bogor, tahun 2013
Hak cipta dilindungi
Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa ijin tertulis dari Institut Pertanian Bogor, sebagian atau
seluruhnya dalam bentuk apapun, baik cetak, fotokopi, microfilm, dan sebagainya.
BIODATA PENULIS
Ignatius Indrawan Sumawinata. Lahir di Kyoto, 20 Januari 1990 sebagai putra
pertama dari dua bersaudara. Penulis menamatkan SMA pada tahun 2008 dari
SMA Regina Pacis Bogor dan pada tahun yang sama diterima di IPB melalui
Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Penulis memilih program studi Teknik
Pertanian, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi
Pertanian.Pada tahun 2011 penulis menjadi asisten mata kuliah mekanika
fluida.Pada tahun 2011 penulis melakukan praktik lapangan di PT. Riau
Andalan Pulp and Paper, Riau dengan judul “Mempelajari Perawatan dan
Pemeliharaan Mesin Produksi Area Woodyard PT. Riau Andalan Pulp and Paper”.Pada bulan Februari
tahun 2012 penulis berkesempatan untuk melakukan seminar international pada International
Agricultural Student Symposium di Universitas Putera Malaysia dengan judul “Mechanization
Challenges on Sugarcane Harvesting and Transportation in Indonesia”. Pada bulan Maret tahun 2012
penulis juga berkesempatan untuk mengikuti Good Practice Program yang diadakan di Niigata
University, Jepang, dan mempresentasikan makalah yang berjudul: “Addition of Hydrogen Gas in
Internal Combustion Engine”. Sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknologi
Pertanian, penulis menyelesaikan skripsi yang berjudul “Aplikasi Teknik Resonansi pada Generator
HHO untuk Motor Bakar Internal”.
KATA PENGANTAR
Puji serta syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan karena penulis dapat menyelesaikan skripsi
yang berjudul ”Aplikasi Teknik Resonansi Pada Generator HHO Untuk Motor Bakar Internal”. Dalam
skripsi ini penulis mencoba menjelaskan latar belakang dan tujuan yang dipilih penulis dalam hal
memilih judul penelitian serta dibahas juga hasil dari penelitian yang telah dilakukan. Latar belakang
dan tujuan pun didampingi dengan literatur – literatur yang mendasari penulis untuk melakukan
penelitian dan menyusun metode yang akan digunakan pada saat penelitian.
Pada kesempatan kali ini.penulis mengucapkan terimakasih kepada:
1. Dr. Ir. Radite P.A.S. M.Agr selaku dosen pembimbing akademik yang telah membantu dan
membimbing penulis sehingga dapat menyelesaikan skripsi ini.
2. Dr. Ir. Wawan Hermawan. MS dan Dr. Ir. Faiz Syuaib. MS selaku dosen penguji skripsi yang
terlah membantu penulis sehingga dapat menyelesaikan skripsi ini.
3. Kedua Orangtua penulis serta kakak yang senantiasa memberikan doa dan tiada berhenti
memberikan dukungan terhadap penulis selama ini.
4. Pihak RAMP-IPB yang telah mendukung penelitian ini dengan memberikan dana bagi untuk
kebutuhan penelitian ini.
5. Bapak Bandi beserta seluruh teknisi yang telah membantu selama penelitian ini berlangsung.
6. Saudara Pandu Gunawan. Tahir Sapsal.Ahmad Eriska. Salman Al-Farisi. Bintarjo Agus.Trio
Andrelov yang tanpa pamrih membantu selama penelitian berlangsung.
7. Micha Gracianna Devi.terima kasih atas dukungan dan bantuannya selama ini.
8. Teman – teman Teknik Mesin dan Biosistem angkatan 45 yang sudah sangat banyak
membantu dan memberikan dukungan terhadap penulis.
Akhirnya penulis berharap semoga tulisan ini bermanfaat dan memberikan kontribusi nyata terhadap
perkembangan ilmu pengetahuan di bidang teknologi pertanian.
Bogor, Februari 2013
Penulis
iii
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR ............................................................................................................................................. 1
DAFTAR ISI .......................................................................................................................................................... iv
DAFTAR GAMBAR............................................................................................................................................... v
DAFTAR TABEL .................................................................................................................................................. vi
DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................................................................... vii
I.
PENDAHULUAN ......................................................................................................................................... 8
A.
LATAR BELAKANG ............................................................................................................... 8
B.
TUJUAN ................................................................................................................................... 9
II.
TINJAUAN PUSTAKA .............................................................................................................................. 10
A.
Hidrogen .................................................................................................................................. 10
B.
Sel Elektrolisis ......................................................................................................................... 10
C.
Kapasitor ................................................................................................................................. 13
D.
Induktor ................................................................................................................................... 14
F.
Resonansi................................................................................................................................. 15
G.
PWM ....................................................................................................................................... 16
III.
METODE PENELITIAN ............................................................................................................................ 17
A.
Waktu Dan Tempat .................................................................................................................. 17
B.
Alat Dan Bahan ....................................................................................................................... 17
C.
Tahapan Penelitian .................................................................................................................. 17
IV.
PERANCANGAN ....................................................................................................................................... 26
A.
Rancangan Fungsional ............................................................................................................. 26
B.
Rancangan Struktural .............................................................................................................. 28
C.
Perancangan Kebutuhan Gas Hidrogen ................................................................................... 26
V.
HASIL dan PEMBAHASAN ...................................................................................................................... 30
A.
Perbandingan Konsentrasi KOH.............................................................................................. 30
B.
Kapasitansi Generator HHO .................................................................................................... 31
C.
Pengujian Kinerja MOSFET ................................................................................................... 31
D.
Perbandingan Daya Yang Digunakan Pada KOH 0.178 M ..................................................... 32
E.
Perbandingan Daya Yang Digunakan Pada KOH 0.446 ......................................................... 36
VI.
KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................................................................... 42
A.
Kesimpulan .............................................................................................................................. 42
B.
Saran ........................................................................................................................................ 42
DAFTAR PUSTAKA............................................................................................................................................ 43
iv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.
Halaman
Elektrolisis dengan 2 pelat elektroda .............................................................................. 11
Gambar 2.
Sel elektrolisis dengan menggunakan lilitan kawat ........................................................ 12
Gambar 3.
Sel elektrolisis tipe basah ............................................................................................... 12
Gambar 4.
Sel elektrolisis tipe kering .............................................................................................. 13
Gambar 5.
Hubungan arus dan tegangan pada kapasitor ................................................................. 13
Gambar 6.
Hubungan arus dan tegangan pada induktor .................................................................. 14
Gambar 7.
a.) Rangkaian RLC paralel.b) rangkaian RLC seri ......................................................... 16
Gambar 8.
Sinyal siklus kerja pada PWM ....................................................................................... 16
Gambar 9.
Tahapan penelitian ......................................................................................................... 18
Gambar 10. Generator Pulsa .............................................................................................................. 20
Gambar 11. Skema resonansi ............................................................................................................. 20
Gambar 12. Sirkuit pengukuran kapasitansi generator HHO ............................................................. 22
Gambar 13. Skema pengujian efek resonansi .................................................................................... 22
Gambar 14. Sirkuit pengukuran energi listrik .................................................................................... 23
Gambar 15. Alat pengukur debit gas .................................................................................................. 24
Gambar 16. a. Pelat elektroda positif, b Pelat elektroda negatif ........................................................ 28
Gambar 17. Viton O-ring ................................................................................................................... 29
Gambar 18. Napel .............................................................................................................................. 29
Gambar 19. Perbandingan konsentrasi larutan dengan arus yang terjadi ........................................... 30
Gambar 20. Perbandingan konsentrasi larutan dengan debit HHO yang dihasilkan .......................... 30
Gambar 21. Perbandingan tegangan input dan output mosfet ............................................................ 31
Gambar 22. Pengaruh frekuensi terhadap energi spesifik pada 10 gram KOH dan induktor 8uH ..... 34
Gambar 23. Pengaruh frekuensi terhadap energi spesifik pada 10 gram KOH dan induktor 10uH ... 34
Gambar 24. Pengaruh frekuensi terhadap energi spesifik KOH 0.178 M dan induktor 100uH ......... 35
Gambar 25. Gelombang tegangan pada frekuensi 11270 Hz induktor 8uH ....................................... 36
Gambar 26. Gelombang tegangan pada frekuensi majemuk 43 Hz dan 2430 Hz induktor 100uH .... 36
Gambar 27. Pengaruh frekuensi terhadap energi spesifik KOH 0.446 M dan induktor 8uH ............. 38
Gambar 28. Pengaruh frekuensi terhadap energi spesifik KOH 0.446 M dan induktor 40uH ........... 38
Gambar 29. Pengaruh frekuensi terhadap energi spesifik KOH 0. 446 M dan induktor 100uH ........ 39
Gambar 30. Gelombang tegangan yang terjadi pada frekuensi 14280 Hz induktor 8uH ................... 39
Gambar 31. Gelombang tegangan pada frekuensi 40 Hz dan 2405 Hz induktor 100uH ................... 40
Gambar 32. Skema Rangkaian generator HHO ................................................................................. 41
v
DAFTAR TABEL
Tabel 1.
Halaman
Nilai kalor dari beberapa bahan bakar ................................................................................ 10
Tabel 2.
Spesifikasi traktor uji (Sumber : Yanmar Indonesia 2012)................................................. 26
Tabel 3.
Data kapasitansi generator HHO dengan larutan KOH 0.178 M ........................................ 32
Tabel 4.
Data kapasitansi generator HHO dengan larutan KOH 0.446 M ........................................ 32
Tabel 5.
Data hubungan frekuensi dan arus pada larutan KOH 0.178 M pada induktor 8 uH ......... 33
Tabel 6.
Data hubungan frekuensi dan arus pada larutan KOH 0.178 M pada induktor 40 uH ....... 33
Tabel 7.
Data hubungan frekuensi dan arus pada larutan KOH 0.178 M pada induktor 100 uH ..... 33
Tabel 8.
Data hubungan frekuensi dan arus pada KOH 0.446 M pada induktor 8 uH ..................... 37
vi
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1.
Daftar komponen yang digunakan pada generator PWM ......................................................... 45
Lampiran 2.
Kegunaan dari masing-masing kaki pada IC NE 555 ............................................................... 46
Lampiran 3.
Kegunaan dari kaki pada MOSFET IRFP 460.......................................................................... 47
Lampiran 4.
Data pengukurandengan larutan KOH 0.178 M. induktor 8 uH ............................................... 48
Lampiran 5.
Data pengukurandengan larutan KOH 0.178 M. induktor 40 uH ............................................. 49
Lampiran 6.
Data pengukurandengan larutan KOH 0.178 M. induktor 100 uH ........................................... 50
Lampiran 7.
Data pengukuran dengan larutan KOH 0.446 M. induktor 8 uH .............................................. 51
Lampiran 8.
Data pengukuran dengan larutan KOH 0.446 M.induktor 40 uH ............................................. 52
Lampiran 9.
Data pengukuran dengan larutan KOH 0.446 M. induktor 100 uH .......................................... 53
Lampiran 10.
Data Pengukuran dengan larutan KOH dalam keadaan konvensional ...................................... 54
vii
I. PENDAHULUAN
A.
Latar Belakang
Meningkatnya penggunaan mesin-mesin pertanian pada masa kini diikuti dengan
meningkatnya akan kebutuhan energi fosil untuk menjalankan kegiatan pertanian. Sebagai
contoh.semakin banyak digunakannya traktor pada pengolahan tanah.yang sebelumnya tenaga orang
maupun tenaga hewan digunakan sebagai sumber tenaga. Pada masa depan.dengan bertambahnya
penduduk.maka usaha pertanian akan semakin intensif dilakukan. Dampak yang mungkin terjadi dari
hal tersebut adalah kebutuhan minyak bumi yang meningkat dibandingkan dengan keadaan
sebelumnya.
Di sisi lain.terdapat kenyataan bahwa energi fosil semakin langka dan berakibat dengan
harganya yang meningkat juga.sehingga dapat meningkatkan biaya produksi bila mekanisasi
diterapkan pada bidang pertanian. Oleh karena itu.dikembangkan sumber energi selain fosil.seperti:
biomassa.energi surya.energi air.energi angin.dan lain sebagainya. Salah satu sumber energi yang
menarik untuk dikembangkan adalah dengan menggunakan gas hidrogen.
Terdapat 2 jenis pemanfaatan gas hidrogen: 1) dengan mengkonversi gas hidrogen menjadi
listrik yang umumnya disebut fuel cell.dan 2) dengan memanfaatkan energi bakar dari gas hidrogen
itu sendiri. Pada sistem fuel cell.gas hidrogen diumpankan ke dalam suatu elemen yang mengubah gas
hidrogen yang beraksi dengan oksigen menjadi air.dan efek lain yang ditimbulkan dari reaksi tersebut
adalah dihasilkannya energi listrik. Sedangkan pada metode 2).gas hidrogen yang diumpankan ke
ruang bakar dari suatu motor bakar sebagai suplemen bahan bakar.sehingga bahan bakar fosil yang
digunakan dapat berkurang volume yang diperlukannya. Dari kedua fakta tersebut.dapat terlihat
bahwa pemanfaatan gas hidrogen sebagai energi bakar memiliki tingkat kemungkinan yang lebih
besar untuk diterapkan di traktor pada masa kini.
Gas hidrogen memiliki tingkat energi yang cukup tinggi per satuan berat.namun karena
materi tersebut berwujud gas.hidrogen memiliki massa jenis yang rendah yang menyebabkan tingkat
energi per satuan volume menjadi rendah. Oleh karena itu.dibutuhkan wadah yang sangat besar.atau
wadah dengan tekanan yang sangat tinggi untuk memampatkan gas hidrogen tersebut.Perancangan
wadah dengan tekanan sangat tinggi selain sulit juga membutuhkan waktu yang lama dan modal yang
cukup tinggi.sehingga alternatif penggunaan gas hidrogen yang lebih mudah diaplikasikan untuk
traktor pertanian adalah dengan sistem hidrogen on demand.
Pada sistem hidrogen on demand.hidrogen diproduksi pada suatu generator dan langsung
diumpankan ke ruang bakar.Terdapat 2 jenis generator hidrogen pada sistem ini.yakni tipe generator
basah.dan tipe generator kering.Baik generator basah dan generator kering menggunakan pelat tipis
berlapis yang dibatasi oleh insulator.Perbedaannya adalah.pada generator basah.seluruh bagian pelat
terendam dalam larutan elektrolit.sedangkan pada generator kering.larutan elektrolit bergerak secara
sirkulasi.sehingga membutuhkan bejana tambahan.namun memiliki efisiensi dalam pengoperasian
elektrolisis yang lebih tinggi.
Kedua jenis generator hidrogen ini berfungsi untuk mengkonversi air menjadi gas hidrogen
dengan memanfaatkan energi listrik yang berasal dari aki.Pada dasarnya.sistem ini berkebalikan dari
sistem fuel cell yang telah dijelaskan pada paragraf sebelumnya. Dengan peran gas hidrogen ini
sebagai komplemen bahan bakar fosil.maka semakin tinggi massa gas hidrogen yang dapat
diumpankan ke ruang bakar.maka semakin rendah kebutuhan dari bahan bakar fosil tersebut.
Meskipun demikian.terdapat kontroversi tentang pemanfaatan gas hidrogen ini untuk
dimanfaatkan dimotor bakar.yakni.apakah penggunaan gas hidrogen yang hanya memanfaatkan energi
8
listrik yang berasal dari aki ini dapat memberikan pengaruh yang signifikan terhadap konsumsi bahan
bakar di suatu motor bakar. Oleh karena itu.pada penelitian yang dilaksanakan paralel dengan
penelitian ini.dilakukan pengujian efek penggunaan gas hidrogen di trator 2 roda.
Selain itu.digunakannya prinsip resonansi untuk meningkatkan produksi gas hidrogen
ini.Tujuan dari penerapan prinsip resonansi ini adalah berkurangnya hambatan yang terdapat di dalam
generator hidrogen tersebut.sehingga efisiensi yang lebih tinggi dalam konversi air menjadi gas
hidrogen meningkat.dan diharapkan volume gas hidrogen yang dihasilkan juga meningkat.
Tidak seperti prinsip resonaansi yang umumnya menggunakan gelombang sinusoidal.pada
penelitian ini.resonansi akan dicapai dengan menggunakan gelombang kotak. Pada dasarnya
gelombang kotak ini adalah tegangan DC yang memiliki waktu on dan off tertentu.
Generator hidrogen yang terdiri dari pelat-pelat tipis yang dipisahkan oleh larutan elektrolit
memiliki sifat kapasitansi. Dengan merangkaikan generator hidrogen tersebut secara seri.dan
menggunakan frekuensi tertentu.keadaan resonansi dapat tercapai. Dengan demikian.penelitian
diperlukan untuk menguji kemungkinan penerapan efek resonansi pada generator hidrogen tersebut.
B.
Tujuan
Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui performa dan tingkat efisiensi dari generator sel
HHO tipe kering.mendapatkanrespon frekuensi yang sesuai untuk menghasilkan resonansi pada
rangkaian generator HHO dan menguji apakah resonansi memiliki efek positif dalam produksi volume
HHO maupun penggunaan daya dari proses elektrolisis tersebut.
9
II. TINJAUAN PUSTAKA
A.
Hidrogen
Hidrogen adalah unsur yang paling banyak ditemukan dijagat raya.Diperkirakan 75% dari
masa semua materi yang ada di alam semesta terbentuk dari hidrogen.Hidrogen yang memiliki inti
atom dengan satu elektron yang mengorbit mengelilingi ininya.Hidrogen berubah menjadi cair ketika
berada pada suhu 20 K (-423 º F; -253 º C).dan membeku pada suhu 14 K (-434 º F; -259 º C) (lanz
2001).
Setiap bahan bakar akan menghasilakn sejumlah energi ketika bereaksi sepenuhnya dengan
oksigen. Kandungan energinya pada beberapa bahan bakar dapat dilihat pada table dibawah ini :
Tabel 1. Nilai kalor dari beberapa bahan bakar
fuel
Higher heating value
(at 25°C and 1 atm)
Hydrogen
Methane
Propane
Gasoline
Diesel
Methanol
141.86 MJ/kg
55.53 MJ/kg
50.36 MJ/kg
47.5 MJ/kg
44.8 MJ/kg
19.96 MJ/kg
Lower heating value
(at 25°C and 1 atm)
119.93 MJ/kg
50.02 MJ/kg
45.6 MJ/kg
44.5 MJ/kg
42.5 MJ/kg
18.05 MJ/kg
Auto ignition point adalah suhu minimum yang diperlukan campuran bahan bakar dengan
oksigen untuk terbakar sendirinya ketika sumber pengapian tidak ada. Dengan kata lain.campuran
bahan bakar dipanaskan sampai terbakar dengan sendirinya. Setiap bahan bakar memilki auto ignition
point yang berbeda-beda.Untuk hidrogen auto ignition point nya relative tinggi. yaitu pada suhu 1085
F (585 C).hal ini membuat hidrogen sulit terbakar di udara tanpa ada sumber pengapian Kecepatan
pembakaran (burning speed) adalah kecepatan jalanya pembakaran pada campuran bahan bakar.
Burning speed hidrogen adalah berkisar 2.65-3.25 m/s. dengan demikian pembakaran hidrogen sangat
cepat dan relatif sebentar (lanz 2001).
B.
Sel Elektrolisis
Pada tahun 1883.Michael Faraday menemukan bahwa air murni merupakan insulator yang
hampir sempurna.sedangkan suatu larutan dengan kandungan substansi tertentu dapat menghantarkan
listrik.Bila dua buah logam elektroda direndam dalam air distilasi.dan salah satu elektroda
dihubungkan dengan kutub positive dari sumber listrik DC.dan elektroda lainnya dihubungkan dengan
kutub positif.maka tidak ada arus listrik yang mengalir.
Meskipun dalam jumlah kecil.asam.seperti asam sulfat (H2SO4).ataupun basa seperti natrium
hidroksida (NaOH).ataupun garam.seperti garam dapur (NaCl).ketika dilarutkan dalam air.menjadi
sebuah larutan yang memiliki hambatan yang rendah sehingga arus dapat mengalir. Hambatan pada
larutan ini tergantung pada konsentrasi maupun temperatur dari larutan tersebut.Meskipun
demikian.senyawa organic umumnya tidak dapat menghantarkan listrik.seperti contohnya pada larutan
gula.
Larutan yang menghantarkan arus listrik disebut elektrolit.Fenomena konduktivitas ini.yang
menggunakan efek kimia disebut juga elektrolisis.Wadah yang menampung elektrolit dan
10
elektrodadisebut dengan sel elektrolisis.Hal yang menyebabkan elektrolisis ini adalah reaksi kimia
yang terjadi pada pelat elektroda.Sehingga.bila elektroda platinum diberi larutan asam sulfat.hidrogen
terbentuk dan menimbulkan gelembung gas pada kutub elektroda negatif.sedangkan oksigen akan
terbentuk dan menimbulkan gelembung gas pada kutub elektroda positif.
Hukum Faraday berbunyi bahwa “ Jumlah berat gram ekuivalen dari suatu bahan yang
dikeluarkan.diuraikan.atau direaksikan dalam suatu elektroda adalah sama dengan jumlah listrik
Faraday yang mengalir melalui suatu elektrolit”. Satu Faraday sama dengan jumlah listrik setara
dengan 96500 coulomb.
Proses reaksi kimia yang terjadi pada elektrolisis air adalah dengan energi listrik terhadap
air.sehingga hidrogen dan oksigen dapat berpisah. Berdasarkan perhitungan.tegangan minimum yang
dibutuhkan untuk proses ini adalah 1.49 volt.
2H2O + energi → 2H2 + O2
Pada persamaan di atas. baik air maupun gas hidrogen memiliki jumlah molekul yang sama.
yakni sebanyak 2 buah. Sehingga bila terdapat 1kg air. atau setara dengan 55.56 mol air. karena massa
atom H=1 dan massa atom O= 18. maka akan dihasilkan 55.56 mol gas hidrogen juga. atau setara
dengan 111.11 gram gas hidrogen.
Aliran listrik melalui elektrolit pertama kali dikemukakan oleh Svanta Arrhenius (18591928).Suatu senyawa asam.basa.maupun garam terdiri dari bagian yang memiliki partikel bermuatan
yang disebut ion.Ion dapat berupa atom.ataupun kumpulan dari beberapa atom yang bermuatan positif
ataupun negatif.
Gambar 1. Elektrolisis dengan 2 pelat elektroda
(http://chemistryh2t13.blogspot.com/2011/02/electrolytic-cell.html)
Ketika elektroda positif dan elektroda negatif berada pada tempat yang berbeda pada
larutan.ion positif akan berpindah secara perlahan menuju elektroda negatif.sedangkan ion negatif
akan berpindah menuju elektroda positif namun tidak dengan kecepatan yang sama. Kecepatan
pergerakan ion ini sangat rendah.hanya sekitar 100 sampai 1000 cenitmeter per jam.Arus yang
terdapat pada larutan ini.terdiri dari pergerakan ion bermuatan yang saling berlawanan arah.sedangkan
arus yang mengalir pada konduktor logam.elektron hanya mengalir dari kutub negatif ke kutub
positif.Dengan adanya perbedaan kecepatan dari kedua jenis ion ini.pada umumnya ion positif
memuat arus dalam jumlah yang berbeda dengan arus yang dimuat dalam ion negatif.
Perkembangan sel elektrolisis yang lain adalah dengan menggunakan lilitan kawat yang
terdiri dari elektroda positif dan elektroda negatif yang dipisahkan oleh isolator. Elektroda ini saling
11
berhadapan satu sama lain dan reaksi elektrolisis terjadi di antara elektroda positif dan negatif
tersebut. Kelemahan dari penggunaan kawat sebagai elektroda ini adalah luas permukaannya
rendah.sehingga volume gas HHO yang dihasilkan juga termasuk rendah. Selain itu.kelemahan
lainnya adalah sulit untuk mendapatkan jarak yang presisi antar tiap sel kawat elektrolisis sehingga
tegangan yang terjadi antar masing-masing sel belum tentu sama karena perbedaan jarak tersebut.
Gambar 2. Sel elektrolisis dengan menggunakan lilitan kawat
(http://deoryz.blogspot.com/2008_08_01_archive.html)
Untuk
meningkatkan
luas
permukaan
yang
terjadi
di
antara
larutan
elektrolit.dikembangkanlah suatu sel elektrolisis dengan menggunakan pelat berjajar yang seluruh
bagiannya terendam dalam larutan elektrolit.atau disebut juga sel basah.Tegangan yang diharapkan
terjadi antar masing-masing sel adalah berkisar antara 1.5 sampai 2.5 volt.Tiap sel dibatasi oleh
insulator.sehingga larutan elektrolit bersifat sebagai satu-satunya konduktor dalam sel
tersebut.Kelemahan dari penggunaan sel basah adalah terjadinya panas yang cukup tinggi diakibatkan
reaksi elektrolisis tersebut dan pelat elektroda selalu terendam dalam larutan elektrolit yang suhunya
meningkat juga. Sehingga terjadi kelebihan panas pada bagian pelat elektroda yang dapat
menyebabkan proses produksi gas HHO tidak sempurna karena adanya campuran dari mendidihnya
air yang diakibatkan oleh panas berlebih tersebut.
Gambar 3. Sel elektrolisis tipe basah
(http://freshhelm.wordpress.com/category/lain-lain/)
12
Jenis generator HHO yang merupakan perbaikan dari sel basah adalah tipe sel kering.Pada
tipe sel kering ini.pelat elektroda tidak seluruhnya terendam dalam air.melainkan ada bagian elektroda
yang berhubungan langsung dengan udara sehingga perpindahan panas dapat terjadi secara lebih cepat
dan kandungan gas HHO lebih tinggi tingkat kemurniannya.Namun demikian.pada sistem sel kering
ini.larutan elektrolit bergerak secara sirkulasi.sehingga membutuhkan reservoir tambahan yang
menyebabkan generator sel kering ini memerlukan lebih banyak ruang dibandingkan generator sel
basah(Sears dan Zemansky. 1960).
Gambar 4. Sel elektrolisis tipe kering
(http://hho4u.wordpress.com/category/hho-generators/)
C.
Kapasitor
Kapasitor merupakan salah satu elemen pasif.yakni sebuah elemen yang tidak
memasok daya rata-rata lebih besar daripada nol. selama interval waktu yang
terbatas.Kapasitansi dapat didefinisikan berdasarkan hubungan tegangan arus di mana v
mengikuti konvensi yang digunakan untuk elemen rangkaian pasif.sebagaimana diperlihatkan
Gambar 5.
Gambar 5.
dapat
tidak
dan i
dalam
Hubungan arus dan tegangan pada kapasitor
(Sears.1960)
i= C dv/dt
[1]
Satuan dari kapasitansi adalah farad (F) yang sama dengan satu coulomb per volt. Selain
itu.nilai kapasitansi juga ditentukan oleh luas penampang pelat (A).jarak antar pelat (d) dan konstanta
permitivitas dari bahan isolator yang digunakan (ɛ) (Hayt et al. 2005).
C=ɛA/d[2]
13
Pada rangkaian listrik bolak-balik.kapasitor memiliki hambatan yang disebut dengan
kapasitansi.yang dilambangkan dengan XC.Kapasitansi menyebabkan tegangan terlambat 90°
dibandingkan dengan arus seperti diperlihatkan pada gambar 1.(Sears dan Zemansky. 1960).
Hubungan XCdengan C dapat ditunjukan pada persamaan (3).
XC= 1/ 2πf0C
[3]
Dari persamaan (1).hubungan arus dan tegangan pada kapasitor menjadi:
V= I/ XC
[4]
D.
Induktor
Induktor merupakan komponen elektronik yang berfungsi untuk menghasilkan efek
induksi.Efek induksi terjadi ketika sebuah magnet bergerak di sekitar kumparan yang kemudian
menyebabkan adanya arus di sekitar kumparan (Bishop. 2004).
Induktansi.yang dilambangkan dengan L. merupakan konstanta kesebandingan yang
menghubungkan besaran tegangan dan perubahan arus terhadap waktu. Dengan demikian
v=L di/dt
[5]
Simbol rangkaian untuk induktor.diperlihatkan dalam gambar 6.Besaran induktansi diukur
dalam satuan henry (H).dan dari persamaan induktor ideal di atas kita dapat mengetahui bahwa satuan
ini hanyalah kependekan dari volt-detik per ampere.
Sebuah induktor secara fisik dibentuk dengan cara melilitkan seutas kawat menjadi sebuah
kumparan. Konstruksi yang demikian secara efektif dapat „memperbanyak‟ arus yang membangkitkan
medan magnet.dan juga „menambah jumlah‟ rangkaian di sekitarnya yang akan terinduksi dengan
tegangan Faraday. Sebagai resultan dari kedua faktor ini.besarnya induktansi sebuah kumparan
sebanding dengan nilai kuadrat dari jumlah lilitan kawat yang membentuknya(Hayt et al. 2005).
Gambar 6.
Hubungan arus dan tegangan pada induktor
(Sears.1960)
Pada rangkaian arus listrik bolak-balik.induktor memiliki hambatan yang disebut
induktansi.yang dilambangkan dengan XL. Setelah melalui induktor.tegangan akan mendahului arus
sebesar 90° seperti diperlihatkan pada gambar 2.( Sears dan Zemansky. 1960)
Hubungan XLdengan L dapat ditunjukan pada persamaan 4.
XL=2πf0L
[6]
Dari persamaan 5.hubungan tegangan dan arus pada induktor menjadi.
V= XLI
[7]
Terdapat 2 jenis induktor yang beredar saat ini.yakni induktor sarang madu dan induktor
toroid. Pada induktor sarang madu.lilitan dililit dengan cara bersilangan untuk mengurangi efek
14
kapasitansi terdistribusi. Sedangkan induktor toroid dililit dengan bentuk silinder menciptakan medan
magnet eksternal dengan kutub utara selatan.
E.
Transistor
Transistor merupakan komponen elektronika yang memiliki 3 buah terminal. Ketiga terminal
tersebut antara lain: emitter.basis.dan kolektor. Pada dasarnya.emitter.basis.dan kolektor memiliki
lokasi yang sama pada setiap transistor.namun yang membedakan adalah arah dari emitter tersebut.
Emitter memiliki tanda panah dari bahan tipe-P menuju bahan tipe-N.Terdapat 2 buah jenis
transistor.yakni PNP dan NPN. Transistor PNP dibentuk dengan cara menumpuk lapisan tipis dari
bahan tipe-N di antara 2 lapisan bahan tipe-P. Sedangkan Transistor NPN disusun dengan lapisan tipis
bahan tipe-P yang berada di antara lapisan tipis bahan tipe-N.
Salah satu kegunaan transistor adalah dapat berfungsi sebagai saklar aliran listrik
DC.Keuntungan utama dari penggunaan transistor adalah untuk menggantikan saklar mekanis yang
mudah terjadi kerusakan bila frekuensi ON dan OFF bekerja sangat tinggi.
Hambatan yang terjadi antara kolektor C dan emitter E ditentukan dari besaran arus yang
mengalir antara basis B dan E. Ketika tidak ada arus yang mengalir antara B dan E. hambatan yang
terjadi antara kolektor dan emitter sangat tinggi.seperti halnya yang terjadi pada kondisi saklar
terbuka.
Namun bila terdapat arus meskipun kecil yang mengalir antara B dan E. maka hambatan
antara kolektor dan emitter akan menurun hingga sangat rendah.seperti halnya yang terjadi pada saklar
tertutup.
Pada saat ON.transistor bekerja pada daerah saturasi.Daerah saturasi merupakan arus
maksimum yang dapat mengalir di sirkuit transistor.Pada keadaan saturasi.hambatan kolektor dapat
mendekati nol dan arus terbatas hanya oleh hambatan beban. Secara matematika.hal tersebut dapat
dirumuskan seperti:
F.
Resonansi
Dalam hal elektronika.resonansi merupakan suatu keadaan dimana fase induktansi sama
dengan fase kapasitansi.sehingga menghasilkan reaktansi minimum. Impedansi merupakan gabungan
hambatan reaktansi dan resistansi.Dengan reaktansi yang minimum.maka impedansi yang dihasilkan
dari rangkaian tersebut adalah juga minimum (Sears dan Zhemansky. 1960).
Berdasarkan (Hayt et al. 2005) terdapat dua jenis resonansi pada bidang elektronika.yakni
resonansi paralel dan resonansi seri.
Pada resonansi paralel yang digerakkan oleh sebuah sumber sinusoid.rangkaian
resistor.induktor.dan kapasitor berada dalam rangkaian paralel.Kombinasi paralel digerakkan oleh
sebuah sumber energi yang memiliki impedansi keluaran yang sangat tinggi pada keadaan resonansi.
Berdasarkan hal itu.rangkaian resonansi paralel akan menghasilkan arus induktor dan arus kapasitor
yang mempunyai amplitudo Q0 kali lebih besar daripada arus sumber.
Pada resonansi seri.rangkaian resistor.induktor.dan kapasitor berada dalam rangkaian
seri.Rangkaian resonansi seri dicirikan oleh nilai impedansi minimum pada keadaan resonansi.
Dampak dari hal tersebut adalah rangkaian resonansi akan menghasilkan tegangan induktor dan
tegangan kapasitor yang mempunyai amplitudo Q0s kali lebih besar daripada tegangan sumber pada
kondisi resonansi. Jadi rangkaian seri akan menghasilkan pernguatan tegangan pada kondisi resonansi.
15
a
Gambar 7.
b
a.) Rangkaian RLC paralel.b) rangkaian RLC seri
(Hayt. et al .2005)
Menurut Sears dan Zemansky (1960).kondisi resonansi pada rangkaian seri akan tercapai
ketika XLsama dengan XC. Dengan demikian.untuk mencapai kondisi tersebut.diperlukan frekuensi f0
yang akan dijabarkan pada persamaan 8.
XL=Xc
2πf0L=1/(2πf0C)
f0=(1/2π)(1/LC)1/2
[8]
G.
PWM
PWM merupakan pulse width modulation.atau dalam bahasa Indonesia dapat diterjemahkan
menjadi permodulasian lebar pulsa. Hal ini merupakan proses perubahan daya listrik untuk suatu alat
beroperasi atau tidak pada frekuensi yang ditentukan.dengan waktu yang bervariasi. Keadaan
beroperasi dan tidak ini disebut juga “siklus kerja”.
Gambar 8. Sinyal siklus kerja pada PWM
(http://www.dprg.org/tutorials/2005-11a/index.html)
Siklus kerja dapat bervariasi.sebagai contoh seperti pada gambar 8.terdapat siklus kerja
10%. 50%.dan 90%. Pada siklus kerja 10%.maka daya yang beroperasi sebanyak 10%.dan tidak
beroperasi sebanyak 90%.Sinyal yang dikonkersi dari PWM ini kemudian ditransmisikan ke alat
elektronik dengan frekuensi yang tinggi sehingga pulsa ini tidak mempengaruhi kerja pada alat
elektronik. Hasil akhir dari PWM ini adalah keseluruhan daya yang ditransmisikan pada alat
elektronik dapat diatur dari mati (siklus kerja 0%) hingga beroperasi total (siklus kerja 100%) dengan
efisiensi yang tinggi dan kontrol yang stabil
16
III.
A.
METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan April hingga September 2012.Pembuatan prototype dan
pengujian dilaksanakan di Laboratouriun Mekanika dan Robotika Departemen Teknik Mesin dan
Biosistem.Institut Pertanian Bogor.
B.
Alat dan Bahan
Alat- alat dan perlengkapan utama yang diperlukan dalam kegiatan penelitian ini meliputi: 1)
peratalatan untuk pembuatan generator HHO. 2) Peralatan untuk pengujian kinerja generator HHO.
Peralatan untuk pembuatan generator HHO antara lain: mesin bor. mesin gergaji listrik. obeng. tang
jepit. penyedot timah. solder. dan pemotong akrilik. Sedangkan peralatan untuk pengujian kinerja
generator HHO antara lain: avometer. osiloskop. charger aki 12 volt.stopwatch. dan LCR meter.
Bahan-bahan yang digunakan untuk pembuatan generator HHO antara lain:

PCB

Timah

Pelat stainless steel 316L tebal 1mm

Selang udara

Selang air

Kabel

Resistor

Sekring

Botol kapasitas 2 liter

Akrilik tebal 10 mm

Katup udara

MOSFET IRFP 460

Baut dan mur
 Heatsink
Bahan-bahan yang digunakan untuk pengujian kinerja generator HHO antara lain: air aquades.
bahan kimia KOH teknis. ember. dan botol kapasitas 800 ml.
C.
Tahapan Penelitian
Tahapan- tahapan yang dilakukan dalam penelitian ini secara umum meliputi
perancangan.pembuatan generator HHO.pengukuran kapasitansi generator HHO.perancangan
generator pembangkit PWM.perancangan untuk mendapatkan efek resonansi.dan pengujian performa
dari efek resonansi yang diaplikasikan pada generator HHO. Diagram alir jalannya penelitian
disajikan pada Gambar 9.
17
Mulai
Identirikasi Masalah
Analisis Masalah
Perancangan dan
Pembuatan
Uji Fungsional
ya
tidak
Berhasil
Modifikasi
Pengukuran Kapasitansi Generator HHO
Perlakuan Pengujian Pada Efek Resonansi
Gambar 9.
D.
Tahapan penelitian
Identifikasi Dan Analisis Masalah
Sebelumnya. sudah terdapat suatu aplikasi penggunaan generator HHO tipe basah dengan
menggunakan teknik resonansi. meskipun belum diuji peningkatan performanya. Generator HHO tipe
basah memiliki tingkat efisiensi yang lebih rendah dibandingkan dengan generator HHO tipe kering
dikarenakan oleh panas yang tinggi yang terjadi pada generator HHO tipe basah. Bila generarot HHO
tipe kering diberikan efek resonansi. maka akan menghasilkan efisiensi yang paling baik
dibandingkan dengan penggunaan efek resonansi pada generator HHO tipe basah.
Selain itu. pada umumnya tipe generator HHO tipe kering menggunakan jumlah sel sebesar 9
sel dan 15 sel untuk penggunaan tegangan 12 Volt seperti yang dijelaskan pada situs website
(http://futuregreenenviro.blogspot.com/2010/11/915-21-plates-dry-cell-hho-generator.html).
Bila
jumlah sel yang digunakan adalah 9 buah. maka tegangan yang terjadi pada setiap sel adalah 1.33 volt.
sedangkan bila jumlah sel adalah 15 buah. maka tegangan yang terjadi pada setiap sel adalah 0.8 volt.
Kedua jumlah sel tersebut terlalu rendah untuk terjadinya proses elektrolisis. sehingga dibutuhkan
modifikasi agar proses elektrolisis terjadi lebih optimum.
18
E.
Perancangan Generator HHO Dan Induktor
Pada penelitian ini. hal yang perlu dirancang adalah bagian generator HHO dan bagian
generator PWM. Generator HHO yang akan digunakan merupakan tipe sel kering. dengan
menggunakan 10 buah sel yang pada setiap 5 buah sel yang dirangkai secara paralel. sehingga bila
menggunakan sumber tegangan 12 volt. pada masing- masing sel terjadi tegangan sebesar 2.4 volt.
Jenis elektrolit yang digunakan pada generator ini adalah larutan basa KOH. Arus yang dapat
mengalir pada generator HHO ini adalah sekitar 2 sampai 10 Ampere.
Dengan penggunaan sistem kering generator HHO yang mengandalkan sistem sirkulasi. maka
dibutuhkan reservoir sebagai wadah penampung dari elektrolit dan gas HHO pada proses elektrolisis
ini. Reservoir diletakan pada posisi yang lebih tinggi dibandingkan dengan generator HHO. sehingga
larutan elektrolit dapat mengalir menuju generator HHO dengan mengandalkan gravitasi. Sedangkan
gas HHO yang telah dihasilkan di generator HHO karena memiliki massa jenis yang rendah akan
menuju ke atas dan masuk ke dalam reservoir. Selanjutnya gas HHO ini dapat dialirkan dari reservoir
menuju ke ruang bakar ataupun bejana pengukur debit dengan posisi keluaran pada bagian atas.
Induktor yang digunakan merupakan yang memiliki bentuk solenoida. Induktor dibutuhkan
dalam rangkaian ini untuk mencapai kondisi resonansi, karena sifat kapasitansi sudah ada yang berasal
dari generator HHO. Pemilihan besaran induktor yang digunakan didasarkan pada besaran nilai
kapasitansi yang terukur. Bila nilai kapasitansi generator HHO tersebut tidak konsisten, maka
digunakan besaran induktor 8 uH. 40 uH, dan 100 uH. Cara perhitungan untuk mencapai besaran
induktor tersebut antara lain:
Dengan:
L = Besaran Induktor (uH)
d = Diameter Solenoid (inchi)
n = Jumlah Putaran Solenoid
l = Panjang Solenoid (inchi)
F.
Perancangan Gelombang PWM
Gelombang PWM dibangkitkan dengan menggunakan rangkaian IC 555.Jenis pembangkit
gelombang yang digunakan adalah tipe variabel frekuensi dengan duty cycle yang tetap sehingga
mudah dalam pengaturan perubahan frekuensi.Pada rangkaian ini terdapat 2 buah variabel resistor
(Rp).yang pertama untuk mengubah duty cycle.dan yang kedua digunakan untuk mengubah frekuensi.
[9]
[10]
[11]
[12]
Berdasarkan persamaan 9. 10.dan 11 dapat terlihat bahwa nilai kapasitor berpengaruh dalam
frekuensi PWM yang dihasilkan.Untuk memperluas daerah frekuensi yang dapat
terjadi.digunakanchannel selector yang terdiri dari 4 buah pilihan kapasitor.
19
Gambar 10. Generator Pulsa
(http://electroschematics.com/5834/pulse-generator-with-555/)
Pada penelitian ini resistor (R1 dan R2) bernilai sama yakni 1000Ω. Sedangkan Rp yang
digunakan memiliki ukuran 200kΩ. Kapasitor yang digunakan dalam penelitian ini antara lain: 470nF.
100nF. 10 nF.dan 2nF.
Pada Gambar 10 ditunjukkan skema 1 buah generator PWM.untuk menghasilkan frekuensi
majemuk.dibutuhkan 2 buah generator.Frekuensi majemuk yang dihasilkan memiliki bentuk
penggabungan antara frekuensi rendah dan frekuensi tinggi.Frekuensi utama yang terjadi adalah
frekuensi rendah.Pada fase on dari frekuensi rendah tersebut.terjadi gelombang kedua yakni frekuensi
tinggi.Generator yang menghasilkan frekuensi rendah.pada bagian output (3) dihubungkan dengan
generator yang menghasilkan frekuensi tinggi pada kaki (4).
Gambar 11. Skema resonansi
20
Pada Gambar 11.menunjukan skema rangkaian induktor.generator HHO dan MOSFET untuk
mencapai kondisi resonansi. Gelombang PWM yang sudah dibentuk di generator HHO ditransmisikan
ke transistor MOSFET pada kaki G. Sinyal kemudian dialirkan ke kaki D. ketika sinyal masukan
bersifat ON.maka antara kaki D dan kaki S terhubung.sedangkan ketika sinyal masukan bersifat
OFF.maka antara kaki D dan kaki S terhubung.namun terdapat hambatan yang sangat besar sehingga
sangat sedikit arus yang mengalir.
Transistor MOSFET digunakan untuk menguatkan sinyal yang dibangkitkan di generator PWM
agar sampai ke sistem resonansi.Hal ini dikarenakan arus kerja di sistem resonansi melebihi arus
maksimum yang dapat ditransmisikan di IC 555
G.
Uji Fungsional
Uji fungsional dilakukan untuk mengecek apakah generator HHO ini beroperasi dengan baik
atau tidak.Indikator yang penting dalam uji ini adalah.apakah timbul kebocoran pada generator
tersebut.apakah timbul kebocoran udara pada selang dan bagian lainnya.apakah listrik mengalir
dengan baik atau tidak.dan apakah gas HHO dihasilkan atau tidak.
Uji fungsional juga dilakukan pada generator PWM. dengan indikator antara lain: apakah
gelombang PWM dapat dihasilkan. apakah rentang frekuensi yang terjadi sesuai dengan yang
diinginkan. Sedangkan pada transistor MOSFET diuji apakah transistor ini dapat menyalurkan
gelombang yang dihasilkan dari generator PWM ini menuju output dan bagaimana bentuk gelombang
yang terjadi pada bagian output.
Bila seluruh indikator tersebut sudah berjalan dengan baik.maka penelitian bisa dilanjutkan ke
tahap selanjutnya.namun bila ada masalah pada salah satu indikator tersebut.maka harus segera
diperbaiki sebelum melanjutkan ke tahap berikutnya. Pada uji ini juga dilakukan pengukuran daya dan
debit yang dihasilkan pada larutan dengan konsentrasi KOH 10 gram/ liter dan 25 gram/ liter. atau
setara dengan 0. 178 M dan 0.446 seperti yang diuraikan pada persamaan di bawah ini:
Massa atom K = 39
Massa atom O = 16
Massa atom H = 1
H.
10 gram KOH=
x1
= 0.178 M
25 gram KOH=
x1
= 0.446 M
Pengukuran Kapasitansi Generator HHO
Nilai kapasitansi diperlukan untuk menghitung besaran induktansi dan frekuensi yang
dibutuhkan untuk mencapai kondisi resonansi.Dalam hal ini.generator HHO yang merupakan
kapasitor jenis elektroliktik memiliki nilai kapasitansi yang besar sehingga salah satu cara yang
mudah untuk mengukur kapasitansi HHO ini adalah dengan menggunakan waktu. Bila kapasitor dan
resistor berada dalam rangkaian seri dan diberi arus listrik.maka tegangan waktu yang dibutuhkan
untuk mencapai 0.632 dari tegangan total merupakan perkalian dari besaran resistansi dan besaran
kapasitansi pada rangkaian tersebut.
[9]
T= waktu yang dibutuhkan untuk mencapai 0.632 dari tegangan puncak (detik)
R= resistansi yang digunakan (ohm)
C= kapasitansi yang ada pada rangkaian tersebut.
21
Gambar 12. Sirkuit pengukuran kapasitansi generator HHO
Pengukuran ini dilakukan dengan 2 cara.yakni dengan menggunakan tegangan 0 ke tegangan
maksimum.dan tegangan maksimum ke tegangan 0.
Dalam pengukuran ini.digunakan 3 buah resistansi.yakni 500 ohm.1000 ohm.dan 2000 ohm
dengan masing-masing resistansi dilakukan 5 buah ulangan pengukuran..
I.
Perlakuan Pengujian Pada Efek Resonansi
Untuk membandingkan adanya perbedaan yang terjadi dengan digunakanya efek
resonansi.maka beberapa parameter yang penting untuk diketahui antara lain: konsumsi daya
total.konsumsi daya yang digunakan generator HHO.dan debit gas HHO yang dihasilkan. Sumber
energi yang digunakan adalah aki 12 Volt 40AH yang pada saat beroperasi dicharge dengan arus 5
ampere.
Pengujian dilakukan dengan menggunakan 2 jenis konsentrasi larutan katalis.yakni0.178 M
KOH dan 0.446 M KOH.Pada setiap jenis larutan digunakan 3 jenis ukuran induktor.yakni 8uH.40uH.
dan 100uH.Pada tiap ukuran induktor dilakukan pengujian 5 buah frekuensi tunggal.dan 3 buah
frekuensi termodulasi.Bila nilai kapasitansi generator yang didapatkan adalah tetap.makapenentuan
frekuensi yang digunakan dapat menggunakan persamaan 13.namun bila tidak.penentuan frekuensi
tunggal dilakukan dengan memilih arus maksimum yang digunakan.
f0=(1/2π)(1/LC)1/2
[13]
Sedangkan penentuan frekuensi termodulasi dilakukan dengan memilih frekuensi pertama
yang memiliki debit produksi gas tertinggi dan memodulasikan dengan urutan kedua.ketiga.dan
keempat dari frekuensi yang memiliki debit produksi gas tertinggi.masing- masing 3 ulangan.
8 uH
0.178 M KOH
40 uH
100 uH
Pengujian
8 uH
0.446 M KOH
40 uH
100 uH
Gambar 13. Skema pengujian efek resonansi
22
[14]
RP
= Hambatan parallel (ohm)
R1. R2. R3.Rx= Hambatan (ohm)
Gambar 14. Sirkuit pengukuran energi listrik
Untuk mengukur arus total yang dikonsumsi oleh sistem.digunakan hambatan yang sangat
kecil.yakni 10 buah resistor ukuran 0.5ohm yang disusun paralel dan kemudian diukur kembali
hambatan totalnya yakni 0.05 ohm.
Dengan mengukur tegangan dan mengetahui besar hambatan tersebut.maka arus yang
mengalir dapat dihitung dengan persamaan:
[15]
Dengan.
Itotal= arus total (ampere)
V= tegangan (volt)
R= hambatan (ohm)
Untuk mengukur konsumsi daya total.dibutuhkan parameter antara lain: tegangan sistem dan
arus total.
Tegangan sistem didapat dari pengurangan antara tegangan sumber dari aki.dengan tegangan
yang diukur di antara hambatan.
[16]
Vs
Vb
Vr
= tegangan sistem (volt)
= tegangan sumber daya aki (volt)
= tegangan yang terjadi pada hambatan (volt)
23
Tegangan sistem dan arus total dilakukan untuk mengukur konsumsi daya total yang
digunakan pada seluruh sistem generator HHO dan sistem resonansi. Sedangkan untuk pengukuran
tegangan pada generator HHO menggunakan voltmeter. dan pengukuran arus pada generator HHO
dilakukan dengan menghubungkan kutub negatif generator HHO dengan ground. Daya yang diukur
dari sistem disebut dengan daya total. sedangkan daya yang diukur pada generator disebut dengan
daya generator. Pengukuran daya total dan daya generator dilakukan untuk memantau besaran daya
yang hilang dalam transmisi daya tersebut.
[17]
P= daya (watt)
V= tegangan (volt)
I= arus (ampere)
Dalam pengujian tersebut juga diamati gelombang yang terjadi di antara kutub positif
generator HHO dengan ground. Tujuan dari pengamatan ini adalah agar dapat terlihat tegangan
maksimum yang tercapai pada frekuensi tertentu dan apakah bentuk gelombang tersebut
mempengaruhi tingkat efisiensi dari efek resonansi ini.
Untuk pengukuran debit HHO.digunakan botol yang memiliki volume 800mL. Pada bagian
tutup dari botol tersebut diberi 2 buah lubang.Salah 1 lubang dihubungkan dengan selang yang
dihubungkan dengan reservoir.lubang ini merupakan tempat masuknya gas HHO.
Gambar 15. Alat pengukur debit gas
Sedangkan bagian lubang yang lainnya berguna untuk mengeluarkan air yang ada di dalam
botol.Di bagian selang di antara botol dan bubbler terdapat katup untuk membuka atau menutup aliran
udara dari bubbler ke botol.
Metode untuk mengukur debit ini antara lain:
1.
Air diisi secara penuh ke dalam botol pengukur debit dengan tidak menyisakan udara sedikit
pun. Kemudian botol tersebut dibalik di dalam air yang berada di ember untuk menghindari masuknya
udara luar. Pada saat ini.katup yang mengarah ke botol pengukur debit dalam keadaan tertutup.
2.
Ketika generator HHO beroperasi.maka katup yang mengarah ke botol pengukur debit dibuka.
Ketika gelembung keluar pertama kali dari botol pengukur.makastopwatch dijalankan. Stopwatch
dimatikan ketika air di botol sudah habis dan gelembung diluar botol pengukur (di ember) timbul.
24
3.
Waktu yang diukur di stopwatch merupakan waktu total yang dibutuhkan untuk mengalirkan
800ml air dalam botol tersebut. Penghitungan debit dapat dilakukan dengan cara:
[18]
Q= debit (ml/ detik)
V= volume (ml)
T= waktu (detik)
Debit yang dihasilkan merupakan debit gas HHO. yang merupakan campuran antara gas
hidrogen dan oksigen. sehingga untuk mengetahui jumlah gas hidrogen merupakan 2/3 dari volume
gas HHO yang dihasilkan karena berdasarkan persamaan reaksi gas hidrogen memiliki 2 buah
molekul sedangkan gas oksigen memiliki 1 buah molekul.
Pada penelitian ini juga diterapkan parameter energi spesifik. yakni jumlah energi yang
dibutuhkan untuk menghasilkan 1 gram hidrogen. Dikarenakan terdapat 2 jenis daya. yakni daya total
dan daya generator. maka energi spesifik juga terdapat 2 jenis yaitu energi spesifik total dan energi
spesifik generator. Cara perhitungan untuk mendapatkan energi spesifik ini diawali dengan konversi
untuk mendapatkan debit gas hidrogen dengan basis massa seperti pada persamaan berikut:
QH= debit gas hidrogen ( gram/ detik)
QH2= Debit gas hidrogen (L/ detik)
R= 0.082 ( atm L/ mol K)
P= tekanan (atm)
MR= massa atom relatif gas hidrogen
Sedangkan untuk menghitung besaran energi spesifik dapat dilakukan dengan menggunakan
persamaan berikut ini:
ES= energi spesifik (watt jam/ gram hidrogen)
P= daya yang digunakan (watt)
QH= debit gas hidrogen ( gram/ detik)
25
IV.
A.
PERANCANGAN
Perancangan Kebutuhan Gas Hidrogen
Pada Tabel 2 dapat terlihat bahwa traktor yang menggunakan motor diesel ini memiliki daya
keluaran 8.5 PS pada rpm 2200. Untuk menganalisis jumlah gas hidrogen yang dibutuhkan.maka
dilakukan perhitungan sebagai berikut:
Tabel 2. Spesifikasi traktor uji (Sumber : Yanmar Indonesia 2012)
Spesifikasi
Model
Dimensi
Berat
Motor penggerak
Transmisi
Jalur penggerak
penggandengan
diameter roda
Traktor uji (Yanmar)
Bromo DX
Panjang-mm
2716
Lebar-mm
840
Tinggi-mm
1065
berat-kg
251
model
TF 85 MLY-di
Sistem pembakaran
Injeksi langsung
Volume langkah (cc)
493
Daya keluaran. KW(PS)/rpm
8.5/2200
Bahan bakar
Solar
Kapasitas tangki bahan bakar. L
10.5
Metode penyalaan
Manual (engkol)
Tipe transmisi
Roda gigi-rantai
Transmisi mundur
-
Transmisi utama
Roda gigi-rantai
Transmisi tambahan
-
Jumlah gigi
F4/R2
Roda depan
13-May
Kopling
Cakram majemuk kering
rem
Bantalan rem
kemudi
Kopling belok
stay hitch
karet-cm
58
besi-cm
90
1 PS= 0.74 kW.sehingga daya yang dihasilkan traktor adalah:
Berdasarkan (Davis.1983) tingkat efisiensi dari motor diesel adalah 40 %.sehingga daya yang
dibutuhkan adalah:
26
Bila target penghematan bahan bakar solar yang diharapkan adalah 10%.atau 1.5725 kJoule/
detik.maka kebutuhan gas hidrogen yang memiliki kalor jenis 119930 kJoule/ kg adalah:
Dengan massa jenis gas hidrogen sebesar 0.09 kg/ m3( Eichsleder et al. 2010).maka jumlah gas
hidrogen yang perlu dihasilkan pada proses elektrtolisis ini adalah:
Untuk dapat menghasilkan 1.31 x 10-5 kg/ detik gas hidrogen. maka diperlukan larutan elektrolit
sebesar:
Karena air dan gas hidrogen memiliki jumlah molekul yang sama dalam reaksi elektrolisis. maka
jumlah air yang dibutuhkan per detik adalah:
Air memiliki densitas 1 gram/ mL. maka jumlah air yang bereaksi dan berubah menjadi gas HHO
adalah 0.1179 mL/ detik.
B.
Rancangan Fungsional
Generator HHO ini memiliki fungsi utama yakni merubah elektrolit KOH menjadi gas hidrogen dan
gas oksigen dengan menggunakan prinsip elektrolisis. Untuk memenuhi fungsi utama tersebut
terdapat beberapa fungsi pendukung, antara lain:
B.1. Menampung air dan gas HHO
Generator HHO ini menggunakan prinsip elektrolit yang tersirkulasi, sehingga diperlukan
suatu fungsi untuk menampung air dan gas HHO. Penampungan air yang terjadi ada pada generator
HHO dan pada bagian luar dari sistem generator HHO.Pada generator HHO, penampungan dapat
terjadi melalui komponen viton O-ring, sedangkan pada bagian luar dari sistem generator HHO
penampungan terjadi dengan menggunakan botol.
B.2. Menyalurkan air dan gas HHO
Pada penggunaan generator HHO dengan prinsip sirkulasi, dibutuhkan suatu fungsi untuk
menyalurkan air yang berasal dari botol penampungan menuju ke generator HHO yang merupakan
tempat terjadinya reaksi elektrolisis.Pada bagian penyaluran air, terdapat katup penyearah sehingga
hanya aliran air yang mengalir melalui jalur tersebut, sedangkan gas HHO mengalir melalui jalur
lainnya. Untuk memenuhi fungsi penyaluran air dan gas HHO ini, komponen- komponen yang
digunakan antara lain: selang, napel, dan katup penyearah.
27
B.3. Menyalurkan energi listrik
Fungsi ini diperlukan agar proses elektrolisis dapat terjadi di seluruh sel. Komponen yang
dibutuhkan untuk menyalurkan energi listrik dari sumber listrik ke beberapa sel, antara lain: kabel,
pelat stainless steel, dan larutan elektrolit.
B.4. Membangkitkan gelombang PWM dari sumber listrik DC
Penggunaan efek resonansi membutuhkan gelombang PWM yang berasal dari sumber listrik
DC.Fungsi untuk membangkitkan gelombang PWM dapat dikerjakan melalui generator PWM.Untuk
memenuhi fungsi tersebut, digunakan komponen IC NE 555.
C.
1.
a.
Rancangan Struktural
Generator HHO
Dalam rangka sebagai untuk memenuhi percobaan, generator HHO ini terdiri dari 2 buah
elektroda positif dan 1 buah elektroda negatif yang terdiri dari 12 sel elektrolisis yang disusun
secara paralel.Sumber tegangan yang digunakan adalah berasal dari aki 12 volt sehingga tegangan
masing-masing sel sebesar 2.4 volt.Arus yang mengalir pada generator HHO ini berkisar antara 0
sampai 20 Ampere bergantung terhadap konsentrasi larutan KOH dan suhu.
Pelat stainless steel
Jenis pelat yang digunakan adalah stainless steel 316 L. Jenis pelat ini digunakan karena mampu
meredam korosi yang terjadi karena asam maupun basa.Tebal pelat yang digunakan adalah 0.5
mm.
Pada pelat yang memisahkan elektroda positif dan negatif.yang berguna untuk membagi
tegangan.bentuk pelat adalah segi 8.sedangkan pada elektroda positif dan negatif memiliki bentuk
seperti segi 8.namun terdapat tambahan untuk menyambungkan elektroda dengan baut menuju
sumber tegangan.Lubang 8mm dan 6mm. panjang masing-masing sisi 110mm. tebal 1mm.
a
Gambar 16.
b.
c.
b
a. Pelat elektroda positif, b Pelat elektroda negatif
Phiton O-ring
Ukuran O-ring yang digunakan adalah diameter100 mm dan tebal 3mm.
Mika
Ukuran mika yang diguanakn dalam generator HHO ini adalah 10mm dan penampang 120 mm x
120 mm. Masing-masing mika memiliki lubang dengan diameter 10mm sebagai dudukan untuk
napel input maupun output. Jarak antar mika adalah 5cm. Lubang pada mika berjarak 2 cm dari
bagian atas.
28
d.
e.
2.
a.
b.
Gambar 17.
Viton O-ring
Baut
Baut yang digunakan adalah ukuran 10 dan terbuat dari bahan stainless steel 316L.panjang 10cm
dan ukuran kepala baut 10.untuk menghindari korosi yang diakibatkan oleh larutan KOH. Jumlah
baut yang digunakan adalah sebanyak 4 buah.
Napel
Napel yang digunakan sebanyak 2 buah.yakni untuk input ke generator HHO dan output
generator HHO. Napel yang digunakan berasal dari bahan stainless steel 316 L untuk
menghindari korosi.
Gambar 18.
Napel
Sistem resonansi elektrik
IC 555
Masing- masing IC pewaktu ini menggunakan resistor variabel 200kΩ sebagai pengatur frekuensi
(Rv) dan pengatur duty cycle. Sedangkan pada R1 dan R2 digunakan resistor tetap dengan ukuran
1000Ω.Digunakan 4 buah ukuran kapasitor untuk memperbanyak variasi tingkat frekuensi.Pada
tingkat pertama frekuensi.menggunakan kapasitor 470nF dengan rentang nilai 1 Hz hingga 1535
Hz. Pada tingkat kedua. menggunakan kapasitor 100nF dengan rentang nilai antara 7 hingga 7215
Hz. Pada tingkat ketiga dengan menggunakan kapasitor 10nF memiliki rentang nilai frekuensi
antara 72 hingga 72150 Hz. Sedangkan tingkat keempat dengan menggunakan kapasitor
berukuran 2nF memiliki rentang nilai frekuensi antara 360 hingga 360750 Hz.
MOSFET IRFP460
Perkiraan penggunaan arus yang terjadi pada generator HHO ini adalah sekitar 0 sampai 20
Ampere.MOSFET IRFP 460 yang memiliki spesifikasi dapat mengalirkan pulsa dengan arus
maksimum mencapai 80 Ampere.Dari sisi tegangan.tipe ini dapat menghantarkan tegangan
maksimum sebesar 500 Volt..sedangkan perkiraan tegangan maksimum yang terjadi ketika
gelombang resonansi terjadi adalah sekitar 100 volt. Berdasarkan hal tersebut maka MOSFET
IRFP 460 ini digunakan.
29
V. HASIL DAN PEMBAHASAN
A.
Perbandingan Konsentrasi KOH
Arus (ampere)
Pada penelitian ini.digunakan 2 jenis konsentrasi larutan KOH.yakni0.178 M dan 0.446 M.
Larutan KOH yang digunakan ini merupakan larutan elektrolit.sehingga dapat mengalirkan arus
listrik. Pada Gambar 19 dapat terlihat bahwa larutan KOH 0.446 M mampu mengalirkan arus 50%
lebih tinggi dibandingkan dengan larutan KOH 0.178 M. Hal ini terjadi karena semakin tinggi
konsentrasi larutan elektrolit berimplikasi pada meningkatnya konduktivitas elektrik atau hambatan
elektrik yang terjadi. Berdasarkan hukum listrik.pada tegangan yang sama.bila hambatan dalam lebih
kecil.maka arus yang mengalir lebih tinggi.
Konsentrasi KOH (Molar)
Gambar 19. Perbandingan konsentrasi larutan dengan arus yang terjadi
Debit HHO
(ml/ detik)
Dampak dari peningkatan arus yang mengalir seharusnya diikuti dengan meningkatnya
produksi gas HHO yang dihasilkan, karena menurut hukum Faraday bahwa arus yang mengalir
sebanding dengan kecepatan reaksi elektrolisis yang terjadi.Bila reaksi elektrolisis terjadi semakin
cepat.maka debit yang terjadi akan semakin cepat. Setelah dilakukan penelitian. dapat terlihat pada
Gambar 20 bahwa pada larutan KOH 0.446 M dapat menghasilkan gas HHO 46% lebih cepat
dibandingkan dengan penggunaan larutan KOH 0.178 M. Debit digunakan sebagai parameter dalam
perbandingan ini karena cukup spesifik untuk melihat perbandingan dari kecepatan reaksi yang terjadi
pada masing-masing larutan.
0.178
0.446
Konsentrasi KOH (Molar)
Gambar 20. Perbandingan konsentrasi larutan dengan debit HHO yang dihasilkan
30
B.
Pengujian Kinerja MOSFET
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kinerja dari transistor MOSFET ketika sinyal
PWM masuk melalui kaki G dan dikeluarkan melalui kaki D. Pada Gambar 19 ditunjukan fase ketika
sinyal yang dihasilkan generator PWM masuk ke kaki G sebagai input dan keluar ke kaki D sebagai
output. Keluaran dari kaki D ini yang kemudian dihubungkan dengan generator HHO pada kutub
positinya.Frekuensi yang digunakan pada pengujian ini adalah 3333 Hz.
Dalam Gambar 21 tersebut terlihat bahwa ketika tegangan input ke kaki G mencapai 9
volt.maka pada saat ini transistor berada dalam keadaan on.pada saat yang sama.tegangan output yang
terjadi mencapai minimum.meskipun terjadi sedikit keterlambatan. Ketika transistor MOSFET dalam
keadaan on tersebut tegangan output MOSFET meningkat dari 2 volt sampai mencapai puncaknya
yakni 6 volt.
Sedangkan ketika transistor MOSFET dalam keadaan off.atau input dari transistor MOSFET
ini adalah 0 volt.sama seperti pada keadaan on.terjadi keterlambatan antara aksi dan reaksi yang
terjadi. Pada keadaan off ini.tegangan output dari MOSFET ini langsung melonjak sampai 18
volt.yang kemudian turun sampai tegangan 10 volt.
Gambar 21. Perbandingan tegangan input dan output mosfet
C.
Kapasitansi Generator HHO
Pada penelitian ini.digunakan pengukuran generator HHO menggunakan waktu yang
dibutuhkan untuk turun dari tegangan yang tinggi ke tegangan yang rendah. Hal ini dikarenakan
pengukuran dari tegangan rendah ke tegangan tinggi tidak dapat dilakukan karena pada
penggunaanberbagai resistor.waktu yang terukur selalu di bawah 1 detik.sehingga pengukuran dari
tegangan rendah ke tegangan tinggi tidak cukup akurat.
Pada Tabel 3 terlihat bahwa tegangan minimum yang dapat dicapai pada generator HHO ini
adalah 0.35 volt.bukan 0 volt. Hal ini karena adanya elektrolit yang menyebabkan listrik masih
tersimpan pada generator HHO ini.Selain itu. dapat terlihat bahwa tegangan maksimum yang dapat
tercapai pada generator HHO ini cukup rendah dibandingkan dengan sumber tegangan yang diberikan
melalui aki.Hal ini disebabkan karena tegangan dalam dari generator HHO ini yang sangat kecil bila
dibandingkan dengan hambatan resistor yang digunakan dalam rangkaian ini.Hal ini dapat terlihat dari
semakin meningkatnya hambatan resistor yang digunakan maka semakin rendah pula tegangan
maksimum yang dapat tercapai generator HHO ini.Meskipun demikian.bila resistor yang digunakan
31
lebih rendah.maka waktu yang terukur terlalu rendah dan hal ini mengakibatkan pengukuran tidak
akurat.
Berdasarkan pengukuran tersebut.terdapat ketidaksesuaian.yakni berapapun nilai resistor
yang digunakan.seharusnya nilai kapasitor yang terukur adalah sama.atau bilapun berbeda.hanya
berbeda sedikit. Namun pada Tabel 3.terlihat bahwa nilai kapasitor yang terukur berbeda cukup jauh
pada masing- masing resistor yang berbeda .dan resistor dengan hambatan 984Ω.
Sama seperti halnya pada penggunaan larutan KOH 0.178 M. pada larutan KOH 0.446 M
juga tegangan minimum yang tidak dapat tercapai sebesar 0 volt seperti terlihat pada Tabel 4
Tegangan minimum pada larutan KOH 0.446 M lebih tinggi dibandingkan dengan pada larutan KOH
0.178 M karena tingkat konsentrasi elektrolit yang lebih tinggi menyebabkan tegangan yang dapat
disimpan pada generator HHO tersebut lebih besar.
Tabel 3. Data kapasitansi generator HHO dengan larutan KOH 0.178 M
V sumber
Resistor
V max V min
Vpantau
Waktu
Nilai
(volt)
(ohm)
(volt)
(volt)
(volt)
(detik) Kapasitansi(mF)
12.26
492
2.4
0.35
1.10
81.21
165.05
12.26
984
2.06
0.35
0.98
245.12
249.10
12.26
1973
1.58
0.35
0.80
392.57
198.97
Tabel 4. Data kapasitansi generator HHO dengan larutan KOH 0.446 M
V sumber
(volt)
Resistor
(ohm)
V max
(volt)
V min
(volt)
Vpantau
(volt)
Waktu
(detik)
Nilai
Kapasitansi
(mF)
12.26
495
1.97
0.9
1.294
83
167.68
12.26
984
1.76
0.9
1.21
127.8
129.88
12.26
1973
1.60
0.9
1.16
486.8
246.73
Sama seperti halnya pada larutan KOH 0.178 M. pada larutan KOH 0.446 per liter air juga
peningkatan hambatan resistor berimplikasi pada semakin kecilnya tegangan maksimum yang dapat
tercapai pada generator HHO.
Pada larutan KOH 0.446 M ini.nilai kapasitansi yang terukur juga tidak konsisten.dan nilai
kapasitansi yang paling tinggi berbeda dengan pada larutan 0.178 M. yakni terjadi pada penggunaan
resistor 1973Ω.
D.
Perbandingan Daya Yang Digunakan Pada KOH 0.178 M
Pada penelitian ini. larutan KOH dengan konsentrasi 0.178 M diuji performanya dengan cara
menghitung energi spesifik yang diperlukan untuk menghasilkan tiap gram gas hidrogen. Pada
konsentrasi ini. diuji efek resonansi dengan menggunakan 5 buah frekuensi tunggal dan 3 buah
frekuensi termodulasi pada setiap kombinasi penggunaan induktor. Hal ini dilakukan setelah
melakukan pengukuran nilai kapasitansi dari generator HHO ini. dan tidak dapat ditemukan nilai yang
tetap dari kapasitansi generator HHO ini. Frekuensi tunggal yang akan diuji ditentukan dari frekuensi
yang menghasilkan jumlah arus total tertinggi pada setiap rentangfrekuensi. Hal ini didasarkan pada
prinsip bahwa ketika resonansi tercapai. maka hambatan dalam berada dalam kondisi minimum yang
menyebabkan dengan jumlah tegangan yang sama akan lebih banyak arus yang mengalir. Sedangkan
frekuensi termodulasi didapatkan dari tiap frekuensi tunggal yang memiliki nilai kehilangan energi
32
spesifik paling rendah untuk dikombinasikan dengan yang menghasilkan kehilangan energi spesifik
kedua dan ketiga terendah dari seluruh frekuensi tunggal tersebut.
Tabel 5. Data hubungan frekuensi dan arus pada larutan KOH 0.178 M pada induktor 8 uH
Induktor 8 uH
Frekuensi
I total
(Hertz)
(Ampere)
48
10.54
113
10.84
318
10.5
1695
10.96
11270
12.28
48 dan 1695
9.84
114 dan 1695
9.86
1695 dan 11270
10.53
I generator
(Ampere)
2.03
2.37
2.38
2.40
2.15
3.23
3.13
3.02
Tabel 6. Data hubungan frekuensi dan arus pada larutan KOH 0.178 M pada induktor 40 uH
Induktor 40 uH
Frekuensi
I total
(Hertz)
(Ampere)
51
11.19
86
11.42
432
11.57
2600
11.78
7160
10.80
51 dan 2600
10.50
86 dan 2600
10.14
432 dan 2600
9.29
I generator
(Ampere)
2.13
2.40
2.98
4.37
3.20
4.40
5.20
5.22
Tabel 7. Data hubungan frekuensi dan arus pada larutan KOH 0.178 M pada induktor 100 uH
Induktor 100 uH
Frekuensi
I total
I generator
(Hertz)
(Ampere)
(Ampere)
43
11.39
3.18
135
10.69
2.98
440
10.49
3.15
2430
10.89
4.40
9260
10.00
4.07
43 dan 135
9.40
4.03
43 dan 2430
8.45
4.00
43 dan 9260
8.80
5.08
Berdasarkan Tabel 5, 6, dan 7 dapat terlihat bahwa pada frekuensi tunggal yang terjadi. arus
total yang terjadi lebih besar dibandingkan dengan penggunaan frekuensi termodulasi. Bila hanya
mengandalkan data ini. dapat terlihat bahwa penggunaan frekuensi tunggal memiliki efek resonansi
yang lebih baik karena dapat mengalirkan nilai arus yang lebih tinggi.
Meskipun demikian. bila diamati melalui Gambar 22. dapat terlihat bahwa penggunaan
frekuensi tunggal pada induktor 8 uH menyebabkan kehilangan energi spesifik yang lebih besar
33
dibandingkan dengan penggunaan frekuensi termodulasi. Kehilangan energi spesifik yang terbesar
terjadi pada penggunaan frekuensi 11270 Hertz sebesar 82%. Sedangkan kehilangan energi spesifik
yang paling rendah terjadi pada penggunaan frekuensi termodulasi antara 48 dan 1695 Hertz sebesar
67%. Bila dilihat kembali di Tabel 5, 6, 7. sebenarnya frekuensi 11270 Hertz mampu mengalirkan
arus paling tinggi dibandingkan dengan frekuensi lainnya baik tunggal maupun termodulasi.
Sedangkan frekuensi termodulasi 48 dan 1695 Hertz merupakan frekuensi yang mengalirkan arus
terendah dibandingkan dengan frekuensi lainnya pada penggunaan induktor 8 uH.
Gambar 22. Pengaruh frekuensi terhadap energi spesifik pada 10 gram KOH dan induktor 8uH
Pada pengujian efek resonansi dengan menggunakan induktor 40 uH. yang hasilnya
ditunjukkan pada Gambar 23. dapat terlihat bahwa sama seperti halnya yang terjadi pada penggunaan
induktor 8 uH. frekuensi tunggal menghasilkan kehilangan energi spesifik yang lebih besar bila
dibandingkan dengan penggunaan frekuensi termodulasi. Kehilangan energi spesifik yang terbesar
terjadi pada frekuensi 51 Hertz sebesar 80%. Sedangkan kehilangan energi spesifik yang paling
rendah dengan menggunakan efek resonansi terjadi pada frekuensi termodulasi 86 dan 2600 Hertz
sebesar 50%.
Gambar 23. Pengaruh frekuensi terhadap energi spesifik pada 10 gram KOH dan induktor 10uH
Pada pengujian efek resonansi dengan menggunakan induktor 100 uH yang ditunjukkan pada
Gambar 24. sama seperti kedua pengujian sebelumnya. penggunaan frekuensi tunggal memiliki
kehilangan energi spesifik yang lebih besar dibandingkan dengan penggunaan frekuensi termodulasi.
Kehilangan energi spesifik yang terbesar pada penggunaan induktor 100 uH adalah sebesar 73 % pada
frekuensi 135 Hertz. Sedangkan penggunaan frekuensi yang menghasilkan kehilangan energi spesifik
yang terendah terjadi pada frekuensi 43 dan 2430 Hertz sebesar 41%.
34
Gambar 24. Pengaruh frekuensi terhadap energi spesifik KOH 0.178 M dan induktor 100uH
Pada penggunaan frekuensi termodulasi dengan induktor 100 uH. efisiensi tertinggi terjadi
pada penggunaan frekuensi 43 Hz dan 2430 Hz yakni kehilangan energi spesifik yang terjadi sebesar
41%.Sedangkan efisiensi terendah terjadi pada penggunaan frekuensi 43 Hz dan 135 Hz dengan
kehilangan energi yang terjadi sebesar 58%.
Dari seluruh pengujian dengan menggunakan berbagai ukuran induktor dan beragam
frekuensi baik tunggal maupun termodulasi. dapat terlihat bahwa semakin besar ukuran induktor.
semakin kecil kehilangan energi spesifik yang terjadi. Dari seluruh perlakuan pengujian pada
penggunaan KOH 0.178 M ini. kehilangan energi spesifik yang terbesar terjadi pada frekuensi 11270
Hertz dan induktor 8 uH. Pada Gambar 25. diperlihatkan gelombang tegangan yang terjadi pada
frekuensi tersebut. Salah satu penyebab tingginya kehilangan energi spesifik pada frekuensi ini adalah
karena arus yang diserap merupakan yang paling tinggi. namun demikian hasil gas hidrogen yang
dihasilkan merupakan yang terendah. Selain itu. kurangnya tegangan yang terjadi juga merupakan
salah satu penyebab tingginya kehilangan energi spesifik tersebut. Generator HHO tersebut dirancang
untuk menerima tegangan 11 hingga 12 volt. namun demikian pada gelombang tegangan yang terjadi.
tegangan 12 volt hanya tercapai pada waktu yang sangat singkat. sehingga jumlah gas hidrogen yang
optimum untuk dihasilkan hanya terjadi dalam waktu yang singkat juga. Di sisi lain. tegangan yang
paling banyak terjadi pada frekuensi ini hanyalah sebesar 10 volt dan sangat tidak efektif untuk dapat
terjadinya proses elektrolisis secara sempurna.
Perlakuan pengujian efek resonansi yang terbaik terjadi pada penggunaan induktor 100 uH
dengan frekuensi termodulasi 43 dan 2430 Hertz. Melalui Gambar 26. yang menunjukkan gelombang
tegangan yang terjadi. dapat terlihat bahwa fase off yang terjadi lebih dominan dibandingkan dengan
fase on yang terjadi. Hal ini dikarenakan fase on yang merupakan bagian dari frekuensi 43 Hertz
masih dibagi kembali pada frekuensi 2430 Hertz menjadi berbagai fase on dan fase off. Hal ini
menyebabkan proporsi fase on menjadi 25% dan proporsi fase off menjadi 75%. Selain itu. ketika fase
off. tegangan yang terjadi mencapai 18 volt. dan memakan waktu yang cukup lama sampai tercapai
tegangan konstan 11 volt. Ketika fase on terjadi. besaran tegangan yang tercapai adalah 11 volt dan
sudah cukup untuk terjadinya proses elektrolisis.
Dari seluruh perlakuan pengujian yang dilakukan pada larutan KOH 0.178 M. kehilangan
energi efisiensi yang paling rendah terjadi pada saat cara konvensional dilakukan yakni sebesar 0.5 %.
Hubungan- hubungan yang mempengaruhi kehilangan energi spesifik pada konsentrasi larutan ini
adalah arus total yang terjadi. besaran induktor. perbedaan antara frekuensi tunggal dan majemuk. dan
tegangan maksimum yang tercapai. Pada pengujian resonansi yang memiliki kehilangan energi
spesifik terendah. terjadi pada frekuensi yang menyebabkan mengalirnya arus paling minimum
dibandingkan dengan seluruh frekuensi dan besaran induktor lainnya.
35
Gambar 25. Gelombang tegangan pada frekuensi 11270 Hz induktor 8uH
Selain itu. semakin besar induktor yang digunakan. semakin rendah kehilangan energi
spesifik yang terjadi. hal ini dikarenakan semakin banyak arus yang tersimpan. maka semakin tinggi
efisiensi yang dihasilkan. Meskipun demikian. bila induktor yang digunakan terlalu besar. dapat
menghambat proses penyimpanan tegangan yang terjadi pada generator HHO. Ketika tegangan
maksimum yang tercapai lebih rendah daripada tegangan yang dibutuhkan untuk terjadinya proses
elektrolisis. hal tersebut akan menyebabkan proses elektrolisis tidak berjalan dengan efektif. sehingga
menyebabkan energi yang terserap besar. namun hasilnya sedikit. Sedangkan ketika tegangan
maksimum yang tercapai sedikit lebih tinggi dibandingkan dengan tegangan yang dibutuhkan. prosess
elektrolisis dapat berjalan dengan cepat dan efektif sehingga produk gas hidrogen lebih tinggi
jumlahnya.
Gambar 26. Gelombang tegangan pada frekuensi majemuk 43 Hz dan 2430 Hz induktor 100uH
E.
Perbandingan Daya Yang Digunakan Pada Larutan KOH 0.446 M
Sama halnya seperti pengujian pada larutan KOH 0.178 M. pada pengujian ini juga
dilakukan pengukuran untuk mendapatkan frekuensi tunggal yang mampu mengalirkan arus tertinggi
dan kemudian dilakukan pengukuran dengan menggunakan frekuensi termodulasi. Pada Tabel 8, 9, 10
36
ditunjukkan hubungan antara besaran frekuensi dengan besaran arus yang dialirkan pada frekuensi
tersebut. Dapat terlihat bahwa pada umumnya frekuensi termodulasi hanya mampu mengalirkan arus
yang lebih kecil dibandingkan dengan penggunaan frekuensi tunggal. Sedangkan pengaruh induktor
dengan besaran arus tidak terlalu nyata perbedaannya.
Tabel 8. Data hubungan frekuensi dan arus pada KOH 0.446 M pada induktor 8 uH
Frekuensi
(Hertz)
39
115
397
2573
14280
39 dan 2573
115 dan 2573
400 dan 2573
Induktor 8 uH
I total
(Ampere)
11.24
11.33
10.51
10.92
11.47
9.59
10.07
9.32
I generator
(Ampere)
3.17
3.18
3.77
4.02
2.65
5.42
5.78
4.87
Tabel 9. Data hubungan frekuensi dan arus pada KOH 0.446 M pada induktor 40 uH
Induktor 40 uH
Frekuensi
I total
I generator
(Hertz)
(Ampere)
(Ampere)
40
11.53
3.97
123
11.01
4.23
396
10.96
4.80
2367
11.29
5.33
9990
11.73
3.90
40 dan 2367
10.22
5.03
123 dan 2367
10.25
5.97
396 dan 2367
10.01
6.40
Tabel 10. Data hubungan frekuensi dan arus pada KOH 0.446 M pada induktor 100 uH
Induktor 100 uH
Frekuensi
I total
I generator
(Hertz)
(Ampere)
(Ampere)
40
11.42
3.85
154
11.32
4.17
338
11.37
4.62
2405
12.22
5.17
13910
12.41
3.20
40 dan 154
11.58
5.45
40 dan 335
11.27
5.95
40 dan 2405
9.85
6.25
37
Pada Gambar 27. ditunjukkan hubungan antara frekuensi dengan energi spesifik yang terjadi
pada penggunaan induktor 8 uH. Kehilangan energi spesifik yang paling besar terjadi pada frekuensi
tunggal 14280 Hertz sebesar 77%. Pada frekuensi ini sebenarnya mengalir arus paling tinggi di antara
frekuensi lainnya pada penggunaan induktor 8 uH. meskipun demikian. rendahnya debit gas hidrogen
yang terjadi menyebabkan energi spesifiknya menjadi sangat besar.
Sedangkan pada frekuensi termodulasi 115 dan 2573 Hertz terjadi kehilangan energi spesifik
yang paling rendah yakni sebesar 44%. Meskipun pada frekuensi tersebut arus yang mengalir cukup
rendah. namun merupakan yang paling tinggi di antara penggunaan frekuensi termodulasi lainnya.
Pada umumnya dapat terlihat bahwa frekuensi termodulasi terjadi kehilangan energi spesifik yang
lebih rendah dibandingkan dengan yang terjadi pada penggunaan frekuensi tunggal.
Gambar 27. Pengaruh frekuensi terhadap energi spesifik KOH 0.446 M dan induktor 8uH
Pada Gambar 28. ditunjukkan pengaruh frekuensi dengan energi spesifik yang terjadi.
Kehilangan energi spesifik yang terbesar terjadi pada frekuensi 9990 Hertz sebesar 69%. Bila ditelaah
kembali melalui Tabel 8, 9 10. pada frekuensi tersebut arus yang mengalir merupakan yang terbesar di
antara penggunaan frekuensi lainnya. Sedangkan kehilangan energi spesifik yang terkecil terjadi pada
frekuensi termodulasi 396 dan 2367 Hertz sebesar 40%. Pada frekuensi termodulasi tersebut. arus
yang dialirkan merupakan yang paling minimum dibandingkan dengan penggunaan frekuensi lainnya.
Gambar 28. Pengaruh frekuensi terhadap energi spesifik KOH 0.446 M dan induktor 40uH
Pada Gambar 29. ditunjukkan pengaruh antara frekuensi yang digunakan dengan energi
spesifik yang terjadi. Kehilangan energi spesifik yang paling besar terjadi pada frekuensi 40 Hertz
sebesar 67%. Sedangkan kehilangan energi spesifik yang paling kecil di antara berbagai perlakuan
efek resonansi ini terjadi pada penggunaan frekuensi termodulasi 40 dan 2405 Hertz sebesar 39 %.
38
Arus yang mengalir pada frekuensi ini merupakan yang terendah dari seluruh perlakuan resonansi
dengan menggunakan larutan KOH 0.446 M.
Gambar 29.
Pengaruh frekuensi terhadap energi spesifik KOH 0. 446 M dan induktor 100uH
Pada penggunaan frekuensi tunggal 14280 Hertz dan induktor 8 uH terjadi kehilangan energi
terbesar di antara seluruh perlakuan resonansi pada penggunaan KOH 0.446 M. Dalam Gambar 30.
terlihat gelombang tegangan yang terjadi pada frekuensi tersebut. Dapat terlihat bahwa tegangan 12
volt yang terjadi hanya dalam waktu yang sangat singkat. sedangkan tegangan minimum mencapai 6
volt.
Gambar 30. Gelombang tegangan yang terjadi pada frekuensi 14280 Hz induktor 8uH
Pada Gambar 31. ditunjukan gelombang tegangan yang terjadi pada frekuensi termodulasi 40
dan 2405 Hertz dengan induktor 100 uH yang merupakan terjadinya kehilangan energi spesifik yang
paling kecil dibandingkan dengan seluruh perlakuan pengujian dengan efek resonansi pada larutan
KOH 0.446 M. Dapat terlihat bahwa fase off dari frekuensi yang rendah. 40 Hertz berada pada
tegangan 11 volt. sedangkan pada fase on dari frekuensi 40 Hertz masih dibagi kembali menjadi
frekuensi 2405 Hertz. hal ini menyebabkan fase off memiliki proporsi sebesar 75% bila dibandingkan
39
dengan fase on. Pada frekuensi 2405 Hertz tersebut. pada fase on.tegangan minimum yang tercapai
adalah 5 volt. sedangkan pada fase off.tegangan maksimum yang dapat tercapai adalah 14 volt.
Tegangan sebesar 11 volt sudah cukup untuk menjalankan reaksi elektrolisis dengan baik. meskipun
demikian. pada tegangan 14 volt. reaksi elektrolisis akan lebih mudah terjadi sehingga meskipun
tegangan 14 volt tersebut berkurang sampai 11 volt. namun proses elektrolisis masih terjadi pada
selang tersebut
Gambar 31. Gelombang tegangan pada frekuensi 40 Hz dan 2405 Hz induktor 100uH
Pada penggunaan KOH 0.446 M. kehilangan energi spesifik terkecil terjadi pada saat
penggunaan konvensional tanpa menggunakan gelombang resonansi. Kehilangan energi yang terjadi
pada penggunaan konvensional adalah sebesar 1.1 %.
Bila diamati dari seluruh perlakuan pengujian efek resonansi. baik dengan menggunakan
larutan KOH 0.178 M dan 0.446 M dengan berbagai ukuran induktor dan frekuensi. semakin sedikit
fase on yang terjadi pada gelombang tegangan. menyebabkan semakin sedikit juga kehilangan energi
yang terjadi. Setelah ditelaah lebih lanjut. pada Gambar 30 ditunjukkan skema yang terjadi ketika fase
on. Pada fase tersebut akan terdapat hambatan yang sangat kecil yang memiliki posisi paralel dengan
generator HHO. Ketika tegangan yang terjadi pada generator HHO adalah sekitar 12 volt. maka pada
hambatan tersebut juga terdapat tegangan 12 volt. Dampak dari hal tersebut adalah mengalirnya arus
dalam jumlah yang sangat besar di antara hambatan tersebut dengan ground. Arus tersebut tidak dapat
dimanfaatkan dan pada akhirnya hanya hilang sebagai panas. Hal ini dapat dibuktikan dari panas yang
sangat tinggi yang terjadi pada MOSFET. Ada baiknya skema diagram resonansi tidak mengikuti
bentuk tersebut karena menyebabkan mengalirnya arus dalam jumlah yang sangat tinggi pada
hambatan di antara kaki S dan ground.
Frekuensi termodulasi selalu mampu menghasilkan kehilangan energi spesifik yang lebih
rendah dibandingkan dengan frekuensi tunggal yang terjadi. Hal ini dikarenakan pada frekuensi
termodulasi. fase off yang terjadi lebih banyak dibandingkan dengan fase on.
Dikarenakan terjadinya sirkulasi elektrolit dan udara. menyebabkan nilai kapasitansi dari
generator HHO ini berubah setiap waktu. Hal ini menyebabkan pengujian resonansi hanya dapat
dilakukan dengan mengambil frekuensi yang mengalirkan arus tertinggi. Oleh karena itu. penggunaan
efek resonansi ini lebih baik dilakukan pada generator HHO yang memiliki nilai kapasitansi tetap.
dalam hal ini adalah generator HHO tipe basah.
40
Dari seluruh perlakuan yang dilakukan pada pengujian ini.baik dengan menggunakan
konsentrasi larutan.ukuran induktor.dan frekuensi yang berbeda-beda.tidak mampu lebih baik
dibandingkan dengan kondisi proses elektrolisis tanpa menggunakan frekuensi (normal). Ada
kemungkinan hal ini disebabkan karena sifat dari sifat kapasitansi generator HHO ini yang tidak
stabil.seperti yang sudah dijelaskan pada tahap sebelumnya.Terdapat juga kemungkinan bahwa
ketidakmampuan generator HHO ini untuk mengosongkan tegangan yang ada menyebabkan
kegagalan dalam mencapai titik optimum dari penggunaan efek resonansi.
Ketidakmampuan generator HHO untuk mengosongkan tegangan juga berpengaruh pada
kegagalan dari efek resonansi ini.Ada kemungkinan dengan tidak adanya fase kosong pada generator
HHO.menyebabkan ketika diberi arus listrik generator HHO ini tidak mencapai tegangan yang cukup
tinggi.karena tegangan maksimum yang tercapai pada pengujian ini hanya sekitar 10 volt hingga 18
volt. Bila tegangan maksimum yang terjadi tidak lebih dari 12 volt.maka proses elektrolisis yang
terjadi tidak optimum karena generator HHO ini dirancang untuk beroperasi pada tegangan normal 12
volt.
Dari sisi efisiensi energi.pada fase on selalu terjadi kehilangan energi yang berubah menjadi
panas dalam jumlah yang cukup besar yang seharusnya dihindari.seperti yang diperlihatkan pada
gambar 31 dengan adanya hambatan yang sangat kecil yang paralel dengan generator HHO. Salah
satu upaya untuk mengurangi ini adalah mengubah duty cycle sehingga fase off lebih besar porsinya
dibandingkan fase on.
Gambar 32. Skema Rangkaian generator HHO
Dari seluruh perlakuan yang dilakukan pada penelitian ini.efisiensi tertinggi terjadi pada
perlakuan dengan menggunakan larutan KOH 0. 178 M dengan tingkat kehilangan energi spesifik
hanya sebesar 0.5%.meskipun debit produksi hidrogennya lebih rendah dibandingkan dengan
penggunaan larutan KOH 0.446 M yang tingkat kehilangan energinya sebesar 1.1%. Hal ini
kemungkinan disebabkan karena pada larutan KOH 0.446 M. kandungan elektrolit sudah terlalu
jenuh.sehingga menyebabkan energi yang termanfaatkan untuk proses elektrolisis tidak bertambah
secara signifikan.namun terdapat peningkatan terbuangnya energi menjadi panas.
Meskipun demikian.pada larutan KOH 0.178 M hanya menghasilkan debit sebesar 2.77 ml/
detik. sedangkan pada larutan KOH 0.446 M menghasilkan debit gas hidrogen sebesar 5.12 ml/
detik.Hal ini masih jauh dari nilai yang diharapkan untuk terjadinya penghematan sebesar 10% pada
traktor yang diuji.Hal ini dikarenakan berdasarkan perhitungan diperlukan debit gas hidrogen sebesar
145 ml/ detik.
41
VI.
A.
Kesimpulan
1.
2.
3.
4.
5.
B.
KESIMPULAN DAN SARAN
Generator HHO sudah dapat beroperasi dengan baik pada keadaan normal dengan
konsentrasi larutan KOH mempengaruhi arus yang dikonsumsi dan debit HHO yang
dihasilkan. Debit yang terjadi pada penggunaan larutan KOH 0.178 M adalah 2.77 ml/
detik.sedangkan debit yang terjadi pada penggunaan larutan KOH 0.446 M adalah 5.12
ml/ detik.
Penggunaan efek resonansi pada frekuensi termodulasiyang terbaik memiliki tingkat
kehilangan energi spesifik sekitar 39% dengan total energi yang digunakan adalah
123.91 (watt jam/ gram hidrogen) dan energi yang digunakan di generator adalah 75.12
(watt jam/ gram hidrogen) pada frekuensi 40 dan 2405 Hz. induktor 100uH dan larutan
KOH 0.446 M.
Penggunaan larutan KOH 0.178 M memiliki tingkat kehilangan energi spesifik yang
lebih kecil.yakni hanya sebesar 0.5%.dengan total energi yang digunakan adalah 51.37
watt jam/ gram hirdogen.energi yang digunakan pada generator adalah 51.34 watt jam/
gram hidrogen. Sedangkan penggunaan larutan KOH 0.446 M air memiliki tingkat
kehilangan energi sebesar 1.1%.dengan total energi yang digunakan sebesar 54.09 watt
jam/ gram hidrogen.dan energi yang digunakan di generator adalah 53.46 watt jam/ gram
hidrogen.
Penggunaan rangkaian generator HHO dengan menghubungkan kutub positif dengan
kaki D pada MOSFET dan kutub negatif dengan ground tidak efektif karena
menyebabkan kehilangan arus menjadi panas ketika terjadi fase ON.
Dengan debit maksimum gas hidrogen yang tercapai adalah 5.12 ml/ detik.tidak mampu
menghasilkan penghematan pada motor bakar diesel sebesar 10%.karena kebutuhan
debit gas hidrogen pada motor bakar diesel tersebut adalah 145 ml/ detik.
Saran
1.
2.
Penelitian sejenis dilanjutkan dengan mengubah rangkaian posisi generator HHO pada
skema diagram MOSFET.
Generator HHO yang digunakan dengan menggunakan tipe basah agar kapasitansi
generator HHO tersebut bernilai tetap.
42
DAFTAR PUSTAKA
Abdillah.FNU. Water Fuel Cell. http://freshhelm.wordpress.com/category/lain-lain/ [10 Desember
2012]
Bickle R. 2005. A simple PWM ciruit based on IC 555 timer. http://www.dprg.org/tutorials/200511a/index.html. [15 April 2012]
Bishop O. 2002. Electronics-A first Course. Kidlington: Elsevier Ltd
ChemistryElectrolyctic Cell.http://chemistryh2t13.blogspot.com/2011/02/electrolytic-cell.html [10
Desember 2012]
Davis G.L. 1983.Agricultural and Automotive Diesel Mechanics. New Jersey: Prentice-Hall
Deoriz. 2008. Bahan bakar air elektrolisa sederhana.
http://deoryz.blogspot.com/2008_08_01_archive.html. [10 Desember 2012]
Eichlseder.et al. 2010.Hydorgen Internal Combustion Engine. In: Detlef Stolten (ed). Weinhem:
Hydrogen and Fuel Cells.Willey-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. pp 811-829
EngineersGarage.555 timer IC. http://www.engineersgarage.com/electronic-components/ne555-timeric-datasheet [10 Desember 2012]
FutureGreenEnviro. 9, 15 & 21Plates Dry Cell HHO Generator. [ 4 Februari 2013]
Hayt.et al. 2005.Rangkaian Listrik. Bandung: Erlangga
HHO4u‟s Weblog. 2013. http://hho4u.wordpress.com/category/hho-generators/[ 4 Februari 2013]
Keenan.et al. 1980.General College University(sixth edition):Harper&Row.Publisher. Inc
Lanz A. 2001. Hidrogen Fuel Cell Engines and Related Technologies. United States of America
Marian. P. Pulse generator circuit with 555.http://electroschematics.com/5834/pulse-generator-with555 [10 Desember 2012]
Philips Semiconductor.http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/philips/IRFP460.pdf [15 Desember
2012]
Pudjanarsa A. Nursuhud D. 2006. Mesin Konversi Energi. Yogyakarta: ANDI OFFSET
PT. Yanmar Indonesia. 2012. Yanmar Bromo DX.
http://id.yanmar.com//product/agriculture/tiller/bromoSeries/spec_index.php [6 Sept 2012]
Rockis. G. 1985. Solid State Fundamentals for Electricans.United States of America
Sears FW. Zemansky MW. 1960. College Phisycs. Massachusetts: Addison-Wesley Publishing
Company
43
LAMPIRAN
44
Lampiran 1.
Daftar komponen yang digunakan pada generator PWM
Jenis komponen
Jumlah
IC NE555
Resistor 1000Ω
Resistor 10kΩ
Resistor Variabel 200kΩ
Kapasitor 2nF
Kapasitor 10nF
Kapasitor 100nF
Kapasitor 470nF
Kapasitor 470uF
Dioda
Channel selector
Saklar
2
6
2
4
2
4
2
2
2
4
2
1
45
Lampiran 2.
Pin
No
1
2
3
4
5
6
7
8
Kegunaan dari masing-masing kaki pada IC NE 555
Function
Name
Ground (0V)
Voltage below 1/3 Vcc to trigger the pulse
Pulsating output
Active low; interrupts the timing interval at Output
Provides access to the internal voltage divider;
default 2/3 Vcc
The pulse ends when the voltage is greater than
Control
Open collector output; to discharge the capacitor
Supply voltage; 5V (4.5V - 16 V)
Ground
Trigger
Output
Reset
Control
Voltage
Threshold
Discharge
Vcc
46
Lampiran 3.
Kegunaan dari kaki pada MOSFET IRFP 460
47
Lampiran 4.
Data pengukurandengan larutan KOH 0.178 M. induktor 8 uH
frekuensi
Vr
Vb
Vs
V generator
I total
I generator
waktu
debit
daya total
daya
generator
21.71
wh/ g h2
total
(watt jam/
gram)
325.27
wh/ g h2
generator
(watt
jam/gram)
61.21
(hertz)
(volt)
(volt)
(volt)
(volt)
(ampere)
(ampere)
(detik)
(mL/ detik)
(watt)
(watt)
48
0.73
11.67
10.95
10.68
10.54
2.03
444.33
1.80
115.38
113
0.75
11.44
10.69
10.43
10.84
2.37
446.33
1.79
115.90
24.68
328.28
69.90
318
0.72
11.46
10.74
10.50
10.50
2.38
477.00
1.69
112.78
25.02
338.86
75.16
1695
0.76
11.43
10.67
10.40
10.96
2.40
432.00
1.85
117.01
24.96
320.75
68.43
65.02
11270
0.85
11.26
10.41
10.16
12.28
2.15
469.00
1.71
127.88
21.85
380.57
1695 dan 48
0.68
11.54
10.86
10.62
9.84
3.23
269.33
2.97
106.91
34.33
182.66
58.66
1695 dan 114
0.68
11.46
10.78
10.55
9.86
3.13
287.67
2.79
106.34
33.05
193.61
60.18
1695 dan 11270
0.73
11.42
10.69
10.45
10.53
3.02
309.00
2.59
112.61
31.52
220.74
61.80
48
Lampiran 5.
Data pengukurandengan larutan KOH 0.178 M. induktor 40 uH
Vb
Vs
V generator
I total
I generator
waktu
debit
daya
total
daya
generator
(hertz)
Vr
(volt
)
(volt)
(volt)
(volt)
(ampere)
(ampere)
(detik)
(mL/ detik)
(watt)
(watt)
51
0.77
11.70
10.93
11.31
11.19
2.13
563.00
1.43
122.25
86
0.79
11.70
10.91
11.30
11.42
2.40
518.33
1.54
432
0.80
11.73
10.93
11.33
11.57
2.98
486.00
1.65
frekuensi
wh/ g h2 total
wh/ g h2
generator
24.13
(watt jam/ gram)
435.33
(watt jam/gram)
85.94
124.62
27.12
409.77
89.19
126.40
33.80
388.90
103.98
136.07
2600
0.81
11.70
10.89
11.29
11.78
4.37
441.33
1.84
128.23
49.30
353.89
7160
0.74
11.53
10.79
11.16
10.80
3.20
577.33
1.39
116.49
35.71
425.98
130.59
432 dan 2600
0.64
11.72
11.08
10.57
9.29
4.40
321.00
2.50
102.99
46.49
160.44
76.00
86 dan 2600
0.70
11.66
10.96
10.68
10.14
5.20
238.33
3.36
111.16
55.52
167.98
83.90
55.39
209.48
94.55
51 dan 2600
0.72
11.86
11.14
10.62
10.50
5.22
216.33
3.70
116.93
49
Lampiran 6.
Data pengukurandengan larutan KOH 0.178 M. induktor 100 uH
frekuensi
Vr
Vb
Vs
V generator
I total
I generator
waktu
debit
daya total
daya
generator
wh/ g h2 total
wh/ g h2
generator
(hertz)
(volt)
(volt)
(volt)
(volt)
(ampere)
(ampere)
(detik)
(mL/ detik)
(watt)
(watt)
32.35
(watt jam/ gram)
241.95
(watt jam/gram)
64.73
43
0.78
11.40
10.62
10.16
11.39
3.18
315.33
2.54
120.91
135
0.74
11.26
10.52
10.09
10.69
2.98
447.00
1.90
112.56
30.11
301.26
80.58
440
0.72
11.45
10.72
10.30
10.49
3.15
583.00
1.38
112.46
32.43
413.98
119.37
2430
0.75
11.31
10.56
10.16
10.89
4.40
483.67
1.66
114.97
44.68
350.89
136.37
94.44
9260
0.69
11.28
10.59
10.19
10.00
4.07
359.67
2.23
105.88
41.42
241.41
43 dan 9260
0.61
11.74
11.13
10.79
8.80
4.03
269.67
2.97
97.98
43.52
160.20
65.78
43 dan 135
0.65
11.54
10.89
10.51
9.40
4.00
246.67
3.24
102.39
42.04
132.90
77.43
43 dan 2430
0.58
11.59
11.00
10.66
8.45
5.08
225.33
3.55
92.98
54.17
167.34
74.33
50
Lampiran 7.
Data pengukuran dengan larutan KOH 0.446 M. induktor 8 uH
I total
I generator
waktu
debit
daya total
daya
generator
(volt)
(ampere)
(ampere)
(detik)
(mL/ detik)
(watt)
(watt)
11.01
10.72
11.24
3.17
335.00
2.39
123.78
11.74
10.96
10.66
11.33
3.18
348.00
2.31
0.72
11.30
10.58
10.18
10.51
3.77
375.00
0.75
11.28
10.53
10.13
10.92
4.02
324.67
frekuensi
Vr
Vb
Vs
(hertz)
(volt)
(volt)
(volt)
39
0.77
11.79
115
0.78
397
2573
V generator
wh/ g h2 total
wh/ g h2
generator
33.95
(watt jam/ gram)
263.12
(watt jam/gram)
72.16
124.14
33.94
272.85
74.59
2.13
111.17
38.36
264.44
91.24
2.47
115.00
40.67
236.63
83.68
70.45
14280
0.79
11.26
10.47
10.18
11.47
2.65
412.33
1.94
120.11
26.96
313.82
39 dan 2573
0.66
11.31
10.65
10.36
9.59
5.42
180.33
4.45
102.17
56.13
116.61
64.07
115 dan 2573
0.69
11.60
10.91
10.58
10.07
5.78
159.33
5.07
109.82
61.19
109.92
61.24
400 dan 2573
0.64
11.37
10.72
10.46
9.32
4.87
230.67
3.47
99.96
50.88
146.23
74.43
51
Lampiran 8.
Data pengukuran dengan larutan KOH 0.446 M.induktor 40 uH
frekuensi
Vr
Vb
Vs
V
generator
I total
I
generator
waktu
debit
daya
total
daya
generator
38.29
wh/ g h2
total
(watt jam/
gram)
234.73
wh/ g h2
generator
(watt
jam/gram)
74.50
(hertz)
(volt)
(volt)
(volt)
(volt)
(ampere)
(ampere)
(detik)
(mL/ detik)
(watt)
(watt)
40
0.79
11.26
10.47
9.65
11.53
3.97
306.67
2.61
120.65
123
0.76
11.32
10.56
9.64
11.01
4.23
329.00
2.44
116.24
40.80
242.04
84.95
396
0.76
11.16
10.40
9.60
10.96
4.80
358.33
2.23
114.00
46.10
259.10
104.76
2367
0.78
11.65
10.87
10.13
11.29
5.33
368.00
2.17
122.73
54.04
286.52
126.15
94.24
9990
0.81
11.52
10.72
9.81
11.73
3.90
388.33
2.06
125.68
38.25
309.70
40 dan 2367
0.70
11.45
10.74
10.04
10.22
5.03
225.00
3.56
109.80
50.54
156.60
72.09
123 dan 2367
0.71
11.49
10.78
10.06
10.25
5.97
204.33
3.92
110.52
60.04
143.26
77.84
396 dan 2367
0.69
11.44
10.75
10.07
10.01
6.40
187.33
4.27
107.69
64.46
127.97
76.60
52
Lampiran 9.
frekuensi
Data pengukuran dengan larutan KOH 0.446 M. induktor 100 uH
daya
total
daya generator
(detik)
debit
(mL/
detik)
(watt)
(watt)
3.85
312.67
2.56
122.74
39.36
wh/ g h2
total
(watt jam/
gram)
243.54
11.32
4.17
336.00
2.38
120.10
41.91
255.97
89.31
9.99
11.37
4.62
331.67
2.41
119.87
46.11
252.23
97.03
9.93
12.22
5.17
376.67
2.13
127.89
51.31
304.92
122.33
79.66
Vr
Vb
Vs
V generator
I total
I generator
(hertz)
(volt)
(volt)
(volt)
(volt)
(ampere)
(ampere)
40
0.79
11.54
10.75
10.23
11.42
154
0.78
11.39
10.61
10.06
338
0.78
11.33
10.54
2405
0.84
11.31
10.47
waktu
wh/ g h2
generator
(watt
jam/gram)
78.10
13910
0.86
11.16
10.31
9.74
12.41
3.20
402.67
1.99
127.88
31.18
326.71
40 dan 154
0.80
11.56
10.76
10.26
11.58
5.45
200.67
3.99
124.61
55.92
158.67
71.21
40 dan 335
0.78
11.43
10.65
10.18
11.27
5.95
191.00
4.19
120.02
60.56
145.46
73.40
40 dan 2405
0.68
11.35
10.67
10.21
9.85
6.25
185.67
4.31
105.19
63.78
123.91
75.12
53
Lampiran 10.
KOH
(M)
Vr
(volt)
Vb
(volt)
0.178
0.25
11.93
0.446
0.50
11.79
Data Pengukuran dengan larutan KOH dalam keadaan konvensional
V generator
(volt)
I total
(ampere)
I
generator
(ampere)
Waktu
(detik)
11.68
11.60
3.61
3.63
192.00
11.29
11.20
7.26
7.23
104.00
Vs
(volt)
daya
total
(watt)
daya
generator
(watt)
4.17
42.17
7.69
81.95
Debit (mL/
detik)
42.15
wh/ g h2 total
(watt jam/ gram)
51.37
wh/ g h2 generator
(watt jam/ gram)
51.34
81.00
54.09
53.46
54