BAB II LANDASAN TEORI 2.1. Elektrolisasi Air Elektroisasi air

BAB II
LANDASAN TEORI
2.1.
Elektrolisasi Air
Elektroisasi air merupakan peristiwa penguraian air (H2O) menjadi
oksigen (O2) dan hydrogen gas (H2) dengan menggunakan arus listrik yang
melalui air tersebut. Pada katode dua molekul air bereaksi dengan menangkap dua
electron, tereduksi menjadi gas H2 dan ion hidrokida (OH-). Sementara itu pada
anode dua molekul air lain terurai menjadi gas oksigen (O2), melepaskan 4 ion
H+ serta mengalirkan electron ke katode. Ion H+ dan OH- mengalami netralisasi
sehingga terbentuk kembali beberapa molekul air. Prinsip untuk mengembangkan
air sebagai energy adalah dengan mengubah nya menjadi senyawa-senyawa
penyusunan yaitu hydrogen (H) dan oksigen (O). Elektrolisasi air menjadi prinsip
dasar untuk mengubah air menjadi senyawa-senyawa penyusunan nya. Gas H2
hasil elektrolisasi tersebut di gunakan sebagai energi bahan bakar yang memliki
tingkat pembakaran lebih tinggi, di bandingkan dengan energi lain nya.
Elektrolisasi air merupakan kunci utama dalam mengubah air menjadi
energi. Dalam proses elektroliasi digunakan sumber energi yang berfungsi untuk
memecah molekul H2O menjadi unsur-unsur asal nya.
7
http://digilib.mercubuana.ac.id/
8
2.2.
Proses Elektrolisasi Air
Prinsip pada elektroliasi air biasa adalah untuk memecah ikatan kimia air
(H2O) menjadi H2 dan O2, Di perlukan tenaga listrik DC yang di alirkan melalui
lempengan plat stailess.
Proses elektrolisasi air di kenal juga sebagai elektrolisasi alkalis, karena
untuk berjalan nya proses ini di perlukan larutan katalisator yaitu larutan alkalis
seperti (KOH, NaOH, Baking Soda dan sebagainya). Proses elektrolisasi
mengunakan dua buah plat kondensator, satu plat di gunakan untuk elektroda
kathoda (-) dan yang satu nya lagi di gunakan elektro anoda (+), kedua plat
kondensator tersebut terendam dalam cairan air yang di campur dengan KOH,
apabila kathoda dan anoda di beri tegangan listrik maka akan terjadi pada
elektroda kathoda akan terkompres gas H2 dan pada elektroda anoda terkompes
gas O2, hasil dari perpecahan tersebut dapat digunakan gas H2 nya untuk
menambah atau mengganti sebagian dari bahan bakar yang di gunakan untuk
kendaraan bermotor, sehingga akan mengurangi pemakaian bahan bakar secara
otomatis.
Sumber: Modul HHO Generator Penghemat Bahan Bakar Untuk Motor Bakar Bensin dan Diesel.
Gambar 2.1 Proses Elektrolisa Air
http://digilib.mercubuana.ac.id/
9
2.3
Macam – macam Proses Elektrolisa
1. Elektrolisa Basah (Wet Electrolyze)
Elektronisasi Basah adalah proses dengan cara memasukan kedua
plat kondensor tersebut kedalam air destilasi atau air – Ro (Reverse
Osmosis = Air Murni), apabila kedua elektroda tersebut diberi
tegangan listrik maka akan terjadi proses pemisahan HH2 dan O2
kemudian hasil H2 tersebut perlu dihitung dan di data dari hasil
percobaan,
selain
itu
perlu
diteliti,
variable-variable
yang
mempengaruhi produksi H2 tersebut, sehingga dapat diambil
kesimpulan penggunaan elekrolisa yang paling efektif dan efisien.
Sumber: Modul HHO Generator Penghemat Bahan Bakar Untuk Motor Bakar Bensin dan Diesel.
Gambar 2.2 Proses Elektrolisa Basah
2. Elektrolisa Kering (Dry Elektrolyze)
Kering (Dry Elektrolyze) adalah pross dengan cara plat
kondensatornya tidak diredam kedalam larutan, akan tetapi platnya
berada disebelah luar dan dan larutannya di dalam plat tersebut. Pada
proses Dry Cell panas yang ditimbulkan oleh plat kondendator dapat
http://digilib.mercubuana.ac.id/
10
dibuang langsung keluar,sehingga tidak membuat larutan menjadi
lebih panas dibandingkan dengan elekrolisa basah (Wet Electrolyze).
Sumber: Modul HHO Generator Penghemat Bahan Bakar Untuk Motor Bakar Bensin dan Diesel.
Gambar 2.3 Proses Elektrolisa Kering
3. Elektrolisa Hybrid (Hybrid Electrolyze)
Elektrolisa Hybrid (Hybrid Electrolyze) merupakan pengembangan
terbaru dari proses Elektrolisa Basah (Wet Elektrolyze) dan
Elektrolisa Kering (Dry Elektrolyze). Keunggulan Elektroisa Hybrid
dibandingkan Elektrolisa Basah dan Elektrolisa Kering ialah Plat
Stainles Steel tidak dilubangi.
Hal ini tentunya sangat berpengaruh kepada kinerja dari HHO
generator itu sendiri, sebab tegangan pada tiap plat stainless steel akan
tetap konstan dan stabil jka di lubangi. Hal itu pun akan berpengaruh
terhadap tegangan dari setiap plat stainless steel generator tersebut.
Di dalam system elektrolisa hybrid yang di beri lubang ialah plastic
HDPE nya jadi bukan plat nya, sedangkan untuk poros ulir nya
http://digilib.mercubuana.ac.id/
11
menggunakan las titik yang di tempat kan pada plat pertama (plat 1)
dan plat terakhir (palt6).
Sumber: Data Pribadi.
Gambar 2.4 Proses Elektrolisa Hybrid
2.4
Prinsip Kerja HHO Generator
Seiring dengan meningkat perkembangan energi baru terbarukan,
penggunaan energi yang lebih efisien dan efektif adalah dalam bentuk Energi
Listrik yang hingga saat ini dihasilkan melalui turbin air, turbin uap, kincir angin,
solarcell, biomasa dengan biogasnya dan lain sebagainya. Memang yang terbaik
adalah mendapatkan energi listrik langsung seperti solarcells atau hydrocell, akan
tetapi masih ada kesulitan dalam penyimpanan energy listrik tersebut apabila tidak
ada matahari (malam hari). Hydrocell adalah energi baru yang sekarang
digunakan untk kendaraan bermotor dengan tenaga listrik, tetapi disini pun masih
banyak masalah yang harus disempurnakan. Mengatasiadanya energy listrik yang
tersimpan dalam H2 yang juga berasal dari air (H2O), kini dengan melalui proses
elektrolisa air (H2O) dapat terpisahkan menjadi H2 (Hidrogen) dan O2 (Oksigen).
http://digilib.mercubuana.ac.id/
12
HHO Generator adalah alatelektrolisa air yang memproduksi hydrogen
(H2) yang tersimpan disalam air (H2O), sehingga air (H2O) dapat terpisah menjadi
H2 (Hidrogen) dan O2 (Oksigen). Perlu diketahui bahwa proses ini adalah
konvensional yang pernah dikomersilkan 80 tahun yang lalu, jadi bukan
merupakan proses baru lagi, tetapi sekarang pengembangannya lebih bervariasi
mulai dari bahan, proses, design untuk alat tertentu dan modifikasi-modifikasi
teknis untuuk mendapatkan hasil yang lebih optimal yang dibuktikan melalui data
akurat peneliti teknis.
2.5
Teknologi Elektrolisa HHO (Hydrogen Oxygen)
Teknologi pemanfaatan energi air telah banyak dikembangkan, dari
beberapa teknologi yang ada, semuanya menggunakan proses elektrolisa air
sebagai prinsip dasarnya. Hingga saat ini sudah ditemukan teknologi untuk
memanfaatkan air sebagai energi yaitu Fuel Cell System HOD (Hydrogen Oxigen
Demand) yaitu system pembangkit tenaga listrik dari hasil pencampuran H2
dengan O langsung pada saat listrik dibutuhkan dan elektrolisa HHO (Hydrogen
Oxygen) .
Teknologi elektrolisa HHO lebih murah dan lebih efisien, teknologi
optimalisasi air dengan fuel cell memiliki kelemahan terhadap biaya yang
diperlukan dan efisiensi terhadap penerapan. Sedangkan untuk sistem HOD
memiliki kelemahan terhadap tingginya biaya yang diperlukan dan masih sulit
untuk menampung fase hydrogen dalam satu tempat. Perbandingan yang lebih
lengkap tentang optimalisasi sebagai energy alternative.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
13
2.6
Rumus Kimia Pada Proses Elektrolisa
Pada elektroda Kathoda terjadi penambahan Elektron (e-), sehingga reaksi
Kimia yang terjadi sebagai berikut:
Kathode (reduksi): 2H + (cair) + 2e− → H2 (gas)
Sedangkan pada elektroda Anoda, terjadi proses oxidase dimana pelepasan
electron yang bergerak kea rah elektroda kathoda,sehingga reaksi kimia yang
terjadi pada Anoda sebagai berikut:
Anode (oxidasi):2H2O (l) O2 (gas) + 4H+ (cair) +4e- ; (l = Larutan)
Sumber: Modul HHO Generator Penghemat Bahan Bakar Untuk Motor Bakar Bensin dan Diesel.
Gambar 2.5 Rumusan Kimia Pada Proses Elektrolisa Air
http://digilib.mercubuana.ac.id/
14
Reaksi Kimia Penyeimbang reaksi air dengan larutan basa sebagai berikut:
Kathode (reduksi): 2H2O (I) + 2eAnode (oxidasi): 4OH- (cair)
H2 (gas) + 2OH-(cair)
O2 (gas) + 2H2O (l) + 4e-
Bahwa pemisah air (H2O) akan Menjadi:
2H2O (l) 2H2 (gas) + O2 (gas)
2.7
H2O (liquid) disebut HHO
Manfaat Gas HHO
Gas HHO ini bila dimasukan ke dalam ruang bakar dan terbakar maka
proses pembakaran akan menjadi lebih bahkan nyaris sempurna, ruang bakar akan
menjadi lebih bersih. Karena keistimewaan dari gas HHO ini antara lain: Oktan
bahan bakar akan menjadi lebih tinggi, selain itu kecepatan rambat bakar (Flame
Speed) tinggi, yaitu 130 m/s. Oleh karena itu dapat disimpulkan bahwa dari
beberapa keistimewaan gas HHO tersebut, maka akan terdapat banyak sekali
manfaat dari gas HHO untuk kemdaraan yang akan digunakan, antara lain sebagai
berikut:
1. Proses
pembakaran
yang
nyaris
sempurna
diharapkan
akan
dapat
menghilangkan kerak (kotoran) yang terdapat pada ruang bakar, serta dapat
mengurangi emisi gas buang yang berbahaya bagi manusia, maka dengan
demikian hal ini juga akan mengurangi efek pemanasan global dari sisa
pembakaran yang tidak sempurna.
2. Meningkatkan performa serta ketahanan mesin pada kendaraan motor itu
sendiri, dapat menurunkan suhu mesin, suara dari mesin menjadi lebih halus,
http://digilib.mercubuana.ac.id/
15
masa pemakaian (umur) mesin akan lebih panjang, dapat menghemat bahan
bakar jadi terjadi pengiritan bahan bakar setidak –tidaknya hingga 40%.
Sumber: Modul HHO Generator Penghemat Bahan Bakar Untuk Motor Bakar Bensin dan Diesel.
Gambar 2.6 Diagram Pemasangan HHO Generator
2.8
Komponen – komponen HHO Generator
Pada generator hidrogen tersusun oleh beberapa bagian yang berfungsi
mengelektrolisa air dan menghasilkan hidrogen yang keluar ke atas melalui slang
menuju reservoir.
a. Plat Stainless Steel Tipe 316L
Proses selanjutnya dimulai dengan memotong plat stainless steel dengan
ukuran 10 cm x 10 cm = 100 cm2 (untuk kendaraan mobil) sedangkan dengan
ukuran 5 cm x 5 cm = 25 cm2 (untuk kendaraan sepeda motor) dan
mempunyai ketebalan 1 mm.
b. Karet Seal
Mempunyai ketebalan 4 mm, didalam proses elektrolisa air tegangan yang
terdapat dalam 1 cell adalah 2.2 volt dikarenakan metode elektrolisa ini
http://digilib.mercubuana.ac.id/
16
menggunakan sumber tegangan arus searah (DC) 12 volt. Jadi agar setiap cell
dapat terpenuhi 2.2 volt maka pembulatan jumlah cell ada 5 cell, yang terdiri
dari 6 plat.
c. Bubbler
Hidrogen adalah bahan bakar yang berupa gas yang mudah terbakar, karena
kecepatan bakar hidrogen 10x lebih cepat dari pada bensin. Agar tidak
membahayakan penggunanya maka hidrogen harus lebih safety. Bubbler
merupakan pengaman untuk hidrogen, dengan menggunakan shock peralon 1
¼ inch.
d. Accu
Tegangan accu yang dibutuhkan untuk memproses kinerja generator HHO
adalah 12 volt dan arus keseluruhan pada sepeda motor 2 Ampere, sedangkan
tegangan yang dibutuhkan pada generator HHO 12 volt dan ampere pada
generator 1,8 Ampere. Oleh karena itu arus yang digunakan unutk kinerja
generator HHO lebih kecil, maka perancangan tegangan dan arus aman.
e. Motor atau Mesin
Motor atau mesin merupakan sumber tenaga dari pengisian dan sumber gerak
mula pada kendaraan, oleh karena itu motor atau mesin dapat berfungsi
sebagai sistem penggerak untuk menjalankan sistem pengisian pada
kendaraan bermotor.
f. Sistem Pengisian
Sistem pengisian pada kendaraan berfungsi sebagai pengisi kembali tegangan
dari accu yang telah terpakai oleh kinerja keseluruhan mesin anatara lain:
generator HHO, sistem lampu, motor starter dll.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
17
g. Anduk (Anti Meleduk)
Anduk berfungsi untuk melindungi selang gas agar tidak terbakar pada saat
gas HHO generator mengalir, oleh karena itu harus ada pengaman agar api
tidak menyambar ke HHO generator.
h. Katalis
Konsentrasi katalis pada air akan mempengaruhi konduktivitas larutan
tersebut. Maka dalam perancangan pembangkit gas hidrogen ini jumlah
volume katalis harus diperhitungkan. Diketahui bahwa setiap cell pada
elektrolisa air harus memiliki 2,2 volt, maka cara konduktivitas air + elektrolit
dengan alat “Konductivity Meter” dan cari hambatannya, lalu dapat diketahui
arus nya, kemudian hitung massa total, dan dapat diketahui volume total
(Massa jenis total = massa jenis air – massa jenis elektrolit) lalu dapat
diketahui % volume elektrolit = 5% volume. Pengisian elektrolit sebesar 5%
dari 1 liter air, ini hanya sebagai patokan awal saja, penambahan atau
pengurangan tergantung dari keinginan kita mau jalan berapa ampere. Katalis
yang digunakan adalah KOH atau NaOH dan dicampurkan kedalam air
dengan presentase 5% = Air Katalis (KOH atau NaOH) dan 95% air murni.
2.9
Sifat Bahan Bakar Bensin
a. Struktur kimia C4 – C12.
b. Cetane Number 5 – 20.
c. Angka Oktan 86 – 95.
d. Massa jenis 0.71 – 0.77 gr/cm3.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
18
e. Mudah menguap pada temperature 40oC bensin menguap 30 – 65%,
pada temperature 100oC bensin menguap 80 – 90%.
f. Kandungan energy: 30,381 – 34, 381 kj/l.
g. Mudah dikabutkan cukup dengan aliran udara.
h. Berbau menyengat dan menghasilkan gas buang yang berbahaya.
2.10. Performa Mesin
Performa adalah proses yang dilakukan dan hasil yang dicapai oleh suatu
mesin, untuk menghasilkan sebuah tenaga atau power yang maksimal. Untuk
tercapainya performa mesin yang maksimal dan stabil diharuskan mencari
beberapa bagian tertentu, bagian – bagian tersebut anatara lain:
1. Daya
Tenaga atau daya adalah kemampuan unutuk melakukan kinerja
yang dinyatakan dalam satuan Nm/s, watt, ataupun HP (Horse
Power). Menurut sejarah besarnya satuan 1 HP dinyatakan sebagai
setara dengan kemampuan seekor kuda menarik beban 366 pound
dengan kecepatan 1 foot per second. Semakin besar daya maksimum
yang bisa dicapai oleh mesin kendaraan, maka semakin besar
kemampuan mesin tersebut dalam memberikan putaran yang tinggi
untuk disalurkan dalam menggerakan kendaraan.
Secara umum, semakin besar daya maksimum yang bisa diraih,
maka kecepatan maksimum (Top Speed) akan semakin tinggi (dengan
asumsi factor transmisi, bobot kendaraan, dan banyak lagi yang
diabaikan).
http://digilib.mercubuana.ac.id/
19
2. Torsi
Torsi adalah satuan gaya ayun atau momen (gaya yang memiliki
besar dan titik acuan putar), semakin besar torsi maksimum yang bias
dihasilkan oleh mesin kendaraan, maka mesin semakin kuat
memberikan gaya ayun yang digunakan untuk menggerakan mesin.
Secara umum, semakin besar torsi maksimum yang dihasilkan,
maka kemampuan untuk berakselerasi akan semakin baik.
2.11. Pencampuran Gas HHO pada Ruang Bakar
Sumber: Manual Book Eco Power Booster
Gambar 2.7 Pengaplikasian HHO Pada Sepeda Motor
Reaksi kimia pembakaran bahan bakar hidrokarbon secara umum dapat
dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut:
C8H18 + 12,5 (O2 + 3,76N2)
8CO2 + 9H2O + 47N2………........………(2)
Gas hidrogen yang masuk ke dalam proses pembakaran akan menjadikan reaksi
pembakaran bahan bakar secara kimia sebagai berikut:
C8H18 + 12,5 (O2 + 3,76N2) + H2
8CO2 + 10H2O + 47N2……...(3)
http://digilib.mercubuana.ac.id/
20
Dengan masuknya gas hidrogen ke dalam proses pembakaran bahan bakar,
maka reaksi pembakaran akan lebih cepat karena sifat hidrogen yang mudah
terbakar. Hasil dari pembakarannya semakin banyak uap air yang dihasilkan
menandakan pembakaran semakin sempurna.
Elektroliser akan bekerja menghasilkan gas HHO jika sudah dialirkan
listrik. Selama proses produksi gas HHO, larutan elektrolit yang terdapat di dalam
tabung elektroliser akan berubah warna menjadi coklat, itu sebabnya orang
menyebutnya dengan brown gas. Perubahan warna pada larutan tersebut
menandakan bahwa tabung elektroliser bekerja dengan baik. Suhu elektroliser
akan meningkat hingga ±60oC akibat panas dari mesin dan pengaruh proses
elektrolisis. Hal ini normal, tetapi dengan adanya panas tersebut, larutan elektrolit
akan berkurang atau menguap. Dengan meningkatnya panas dan menguapnya
larutan elektrolit akan berpengaruh positif terhadap suhu mesin, karena uap air
yang terisap ke dalam ruang bakar akan membuat stabil suhu mesin.
http://digilib.mercubuana.ac.id/