METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat
Pengujian dilakukan di Laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara dan bengkel Toyota Auto2000 SM Raja selama kurang lebih 3 bulan.
3.2Alat dan Bahan
3.2.1 Alat
Alat yang dipakai dalam pengujian ini terdiri dari :
3.2.1.1 Alat elektroliser
Tabung elekroliser sebagai penghasil gas hidrogen dapat dibuat sendiri dengan menggunakan toples yang cocok.
Gambar 3.1 Alat elektroliser penghasil gas hidrogen
Bahan dan alat yang digunakan untuk membuat sebuah elektroliser adalah:
3.2.1.1.1 Bahan
Toples yang digunakan adalah toples khusus yang tahan akan panas dan tekanan.
2) Elektroda
Elektroda terdiri dari dua bagian, yaitu elektroda negatif (katoda) dan elektroda positif (anoda). Elektroda dibuat menggunakan bahan dari stainless steel sebab lebih tahan terhadap korosi.
3) Mur, baut dan ring isolator.
Berfungsi sebagai terminal listrik elektroda. 4) Plat Stainless steel
Berfungsi untuk memecah senyawa air menjadi gas hidrogen dan oksigen. Gas hidrogen nantinya akan digunakan sebagai campuran bahan bakar.
5) Selang
Diletakan pada tutup tabung yang berfungsi sebagai penyalur botol tempat penampungan.
6) Katup (Pengatur udara)
Katup udara diletakan pada tutup elektroliser dan berfungsi sebagai fentilator udara yang dapat meningkatkan dan mengurangi tingkat kevakuman dalam tabung.
7) Air
Sebagai larutan elektrolit yang akan dicampur dengan natrium bikarbonat atau NaHCO3. Banyak dan sedikitnya air tergantung besarnya tabung.
8) Soda kue (Natrium Bikarbonat)
Merupakan senyawa elektrolit, sehingga mempercepat proses produksi gas hidrogen. Perbandingan ideal natrium bikarbonat dengan air suling adalah 1,5 sendok teh : 0,9 – 1 liter air.
11) Kabel listrik, terminal atau sekum dan isolasi. 12) Baterai charger
Sebagai sumber arus yang akan mengalir pada alat elektrolisa. 14) Klem dan kabeltis.
3.2.1.1.2 Alat
1) Mesin bor. 2) Mesin Gerinda
3) Pengaris 5) Obeng. 6) Tang
Setelah bahan dan alat dipersiapkan, langkah selanjutnya pembuatan elektroliser:
1) Plat stainless steel dipotong sesuai ukuran yang telah ditentukan. Kemudian dilubangi sesuai ukuran baut, agar baut dapat menjadi pengikat plat stainless steel tersebut.
2) Plat stainless steel disusun sesuai dengan fungsinya, bertindak sebagai katoda atau anoda.
4) Tutup tabung (toples) dilubangi sesuai ukuran plat stainless steel agar kabel dapat melewatinya dan penyaluran hidrogen dapat berlangsung dengan baik. 5) Kabel dimasukkan melalui tutup tabung dan dihubungkan kepada plat
stainless steel dengan melilitkan kabel.
6) Ketinggian plat stainless steel diatur melalui panjangnya kabel listrik. Kemudian kabel di lem super pada tutup tabung agar tidak ada perpindahan pada plat stainless steel agar tidak terjadi kebocoran.
7) Elbow dipasang berfungsi sebagai penyearah gas hidrogen yang dihasilkan nantinya.
8) Selang plastik dihubungkan pada elbow untuk menyalurkan hidrogen ke tempat penampungan (botol ukuran 150 ml dengan tekanan 1 bar)
9) Selang plastik diikat dengan kleman atau kabel tis untuk mencegah terjadinya kebocoran dalam penyaluran gas hidrogen.
10) Masukan larutan Air kira-kira 800 ml dan tambahkan zat tambahan sebagai katalis (natrium bikarbonat) kira-kira 1 sendok makan.
Setelah selesai perakitan elektroliser tersebut dapat digunakan pada parameter uji.
3.2.1.2 Mesin Uji
1. Genset STARKE Tipe GFH1900LX
Sistem kerja genset otto ini adalah dengan menyesuaikan besarnya beban dengan jumlah putaran yang dilakukan mesin. Hal ini disebabkan telah
terintegrasi mesin dengan generator sehingga mesin akan menaikkan putaran secara otomatis jika beban pada generator ditambah
Gambar 3.2 Genset STARKE Tipe GFH1900LX
Spesifikasi : • Capacity : 900 Watts/ 220V/ 50Hz • Tank Capacity : 6 L • DC Current : 12V/ 8.3A • Starter : Manual • Peak Power : 1,3 KW • Rate Power : 1,0 KW • Power Faktor : 1,0
• Noise Level 7 m distance : 63 dB
• Mesin : 3.0 Hp air Cooled OHV/ 3600 rpm
• Bore: 55 mm
• Stroke: 40 mm
• Vd : 95 × 10−6 �3
• Vc : 10 × 10−6 �3
• Rasio kompresi: 10,5 : 1
• Jumlah Silinder: 1 Silinder
• Weight : 26 Kg
• Dimensions : 370 x 400 x 460 mm
2. Alat uji emisi Sukyong SY-GA 401
Gambar 3.3 Alat uji emisi Sukyong SY-GA 401 Spesifikasi: • Model No : SY-GA401 • Measuring Range : CO : 0.00 – 9.99% HC : 0-9999 ppm CO2 : 0.0- 20.0 % O2 : 0.0- 25.0 % λ : 0- 2.000 AFR: 0.0 – 99.0 • Operating Temp : 0- 40 oC • Power Source : AC 220 V ± 10% 50/60 Hz
Gambar 3.4 Tachometer
Spesifikasi:
• Display Counts : 99.999 counts LCD
• Range rpm : 5 to 99.999
• Ft/min : 0.2 to 6560
• M/min : 0.05 to 1999.9
• Basic Accuracy : ±0.05% ±1d
• Max RPM Resolution (rpm) : 0.1
4. Multi meter untuk mengetahui tegangan dan kuat arus dari genset
Gambar 3.5 Multi meter
Spesifikasi:
• Power Supply : 2 x AA 1.5V Battery
• Dimension : 180 x 89 x 51.1mm
AC Volts : 400mV / 4V / 40V / 400V / 1000V, +/-3.0+3, 0.1Mv to 1,000V
• DC Volts : 400mV / 4V / 40V / 400V / 1000V, +/-1.0+10, 0.1Mv to 1,000V
• AC Current : 400uA / 4000uA / 40mA / 400mA / 4A / 10A, +/-1.5%+3 ,0.1UA to 10A
• DC Current : 400uA / 4000uA / 40mA / 400mA / 4A / 10A, +/-1.5%+3 0.1UA to 10A
• Capacitance : 50nF/ 200Nf / 2Uf / 20Uf / 200Uf / 20Mf ,+/-2%+5, 0.01nF
• Resistance :400 / 4K / 40K / 400K / 4M / 40M Ohm, +/-0.5%+3, 0.1 ohm
5. Botol minuman yang digunakan untuk menentukan jumlah bahan bakar yang dipakai
6. Timbangan Digital untuk mengukur massa bahan bakar sebelum digunakan.
7. Gelas ukur sebagai wadah dalam menimbang bahan bakar.
8. Alat bantu perbengkelan, seperti : kunci pas, kunci ring, kunci busi, obeng, tang, dan palu.
9. Stop watch untuk menentukan waktu yang dibutuhkan mesin untuk menghabiskan bahan bakar.
10.Bola lampu pijar 100 watt sebanyak 12 buah lampu yang digunakan sebagai beban
3.2.1.3. Alat pendukung dalam penyimpanan hidrogen
Hidrogen yang telah dihasilkan ditampung terlebih dahulu. Dalam pengujian ini, hidrogen yang ditampung dalam tekanan 1 bar. Hidrogen ditampung agar saat pengujian dapat langsung digunakan dengan cepat. Karena untuk menghasilkan hidrogen dibutuhkan waktu yang cukup lama. Penampungan hidrogen didukung oleh beberapa alat pendukung, diantaranya sebagai berikut : a. Botol penampung hidrogen 150 ml
Botol yang digunakan yaitu botol bekas minuman berkarbonasi (minuman bersoda) yang tahan terhadap tekanan.
Gambar 3.6 Media penampung hidrogen
b. Katup
Katup digunakan untuk membuka/menutup aliran hidrogen yang telah dihasilkan pada proses elektrolisis. Jika wadah penampungan telah terisi penuh dengan hidrogen hingga tekanan 1 bar, maka katup dapat menutup aliran hidrogen tersebut.
Gambar 3.7 Katup
3.2.1.4 Alat pendukung dalam menyalurkan hidrogen
Untuk menyalurkan bahan bakar hidrogen dari tempat penampungan (botol ukuran 150 ml) dilakukan modifikasi aliran udara. Yang dimana modifikasi ini membuat hidrogen dan udara bebas masuk dalam jalur yang sama. Sementara campuran bahan bakar premium dan etanol masuk melalui saluran minyak.
Penyaluran hidrogen ini juga harus dilengkapi oleh alat-alat pendukung agar dapat berlangsung dengan baik. Alat-alat pendukung yang dimaksud adalah sebagai berikut.
a. Regulator
Regulator berfungsi untuk mengatur tekanan keluaran hidrogen dari tempat penampungan menuju intake manifold.
Gambar 3.8 Regulator
Spesifikasi :
• Tipe : AR20-02 Steins fluida gas
• Ukuran maksimum : 150 psi
• Ukuran minimum pengukuran : 0 psi
b. Manometer
Manometer digunakan untuk mengetahui tekanan hidrogen dalam tempat penampungan. Barometer juga dapat menjadi acuan terisi atau kosongnya hidrogen dalam tempat penampungan.
Gambar 3.9 manometer
c. Selang plastik
Selang plastik digunakan sebagai media penyaluran hidrogen dari tempat penampungan.
d. Saluran Hawa
Saluran hawa dari mesin genset ini perlu dilakukan modifikasi agar hawa dan gas hidrogen masuk melalui aliran yang sama.
Gambar 3.10 Modifikasi saluran hawa
3.2.2 Bahan
Bahan yang menjadi objek pengujian ini adalah bahan bakar
1. premium 100% yang selanjutnya disimbolkan P, 2. Etanol 99% yang selanjutnya disimbolkan Et
3. Campuran bahan bakar premium 75% + etanol (99%) 25% yang selanjutnya disimbolkan E25
4. Campuran bahan bakar (premium 75% + etanol (99%) 25%) 97,5% + hidrogen 2,5% ( E25 97,5% + hidrogen 2,5%) yang selanjutnya disimbolkan H2,5.
3.3.Prosedur Elektrolisa untuk Menghasilkan Bahan Bakar Hidrogen
Bahan bakar hidrogen dihasilkan dengan elektrolisa air, adapun prosedurnya adalah :
a. Masukkan air pada bejana elektrolisa sebanyak 800 ml dan tambahkan sekitar 1,5 sedok teh soda kue sebagai katalis.
b. Tutup tabung elektrolisa dan hubungkan selang tabung dengan tempat penampungan yang sebelumnya juga sudah dihubungkan dengan manometer dan katup.
c. Hubungkan tabung elektrolisa dengan sumber arus (power suplay).
d. Nyalakan power suplay pada tegangan 12 volt, dan akan terjadi reaksi pemecahan atom.
e. Tunggu hingga manometer menunjuk angka 1 bar, kemudian tutup katup yang sebelumnya sudah dihubungkan pada penampung.
Diagram alir proses elektrolisa dapat dilihat dibawah ini :
Gambar 3.11 Diagram alir prosedur elektolisa menghasilkan hidrogen
3.4 Metode Pengumpulan Data
Data yang dipergunakan dalam pengujian ini meliputi:
a. Data primer, merupakan data yang diperoleh langsung dari pengukuran dan pembacaan pada unit instrumentasi dan alat ukur pada masing-masing pengujian.
b. Data sekunder, merupakan data yang diperoleh dari hasil penelitian karakteristik bahan bakar premium, etanol dan gas hidrogen yang diperoleh dari berbagai sumber yang ada.
• Mengulang langkah tuk hasil yang lebih banyak. Selesai • Menghubungkan manometer • Menghubungkan katup • Menghubungkan tempat penampungan
• Menghubungkan power suplay (12 volt)
• Menunggu hingga tekanan 1 bar Mulai
•Volume air: 800 ml
3.5 Metode Pengolahan Data
Data yang diperoleh dari data primer dan data sekunder diolah ke dalam rumus empiris, kemudian data dari perhitungan disajikan dalam bentuk tabulasi dan grafik
3.6 Pengamatan dan Tahap Pengujian
Parameter yang akan ditinjau dalam pengujian ini adalah :
1. Daya ( P ) 2. Torsi ( T )
3. Konsumsi bahan bakar spesifik ( sfc ) 4. Rasio udara- bahan bakar (AFR) 5. Efisiensi thermal (��)
6. Emisi gas buang
Prosedur pengujian dibagi menjadi beberapa tahap, yaitu :
1. Pengujian nilai kalor bahan bakar
2. Pengujian mesin otto menggunakan bahan bakar “P” 3. Pengujian mesin otto menggunakan bahan bakar “Et” 4. Pengujian mesin otto menggunakan bahan bakar “E25”
5. Pengujian mesin otto menggunakan bahan bakar campuran “H2,5”
3.7 Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar
Alat yang digunakan dalam pengukuran nilai kalor bahan bakar ini adalah alat uji “Bom Kalorimeter”.
Peralatan yang digunakan meliputi :
● Kalorimeter, sebagai tempat air pendingin dan tabung bom ● Tabung bom, sebagai tempat pembakaran bahan bakar yang diuji. ● Tabung gas oksigen.
● Alat ukur tekanan gas oksigen, untuk mengukur jumlah oksigen yang dimasukkan ke dalam tabung bom.
● Termometer, dengan akurasi pembacaan skala 0.010
C.
● Elektromotor yang dilengkapi pengaduk untuk mengaduk air pendingin. ● Spit, untuk menentukan jumlah volume bahan bakar.
● Pengatur penyalaan (skalar), untuk menghubungkan arus listrik ke tangkai penyala pada tabung bom.
● Cawan, untuk tempat bahan bakar di dalam tabung bom.
● Pinset untuk memasang busur nyala pada tangkai, dan cawan pada
dudukannya.
Adapun tahapan pengujian yang dilakukan adalah sebagai berikut :
1. Mengisi cawan bahan bakar dengan bahan bakar yang akan diuji.
2. Menggulung dan memasang kawat penyala pada tangkai penyala yang ada pada penutup bom.
3. Menempatkan cawan yang berisi bahan bakar pada ujung tangkai penyala, serta mengatur posisi kawat penyala agar berada tepat diatas permukaan bahan bakar yang berada didalam cawan dengan menggunakan pinset. 4. Meletakkan tutup bom yang telah dipasangi kawat penyala dan cawan
berisi bahan bakar pada tabungnya serta dikunci dengan ring “O” sampai rapat.
5. Mengisi bom dengan oksigen (30 bar).
6. Mengisi tabung kalorimeter dengan air pendingin sebanyak 1250 ml. 7. Menempatkan bom yang telah terpasang kedalam tabung kalorimeter. 8. Menghubungkan tangkai penyala penutup bom ke kabel sumber arus
listrik.
9. Menutup kalorimeter dengan penutupnya yang telah dilengkapi dengan pengaduk.
11.Menempatkan termometer melalui lubang pada tutup kalorimeter.
12.Menghidupkan elektromotor selama 5 (lima) menit kemudian membaca dan mencatat temperatur air pendingin pada termometer.
13.Menyalakan kawat penyala dengan menekan saklar.
14.Memastikan kawat penyala telah menyala dan putus dengan memperhatikan lampu indikator selama elektromotor terus bekerja.
15.Membaca dan mencatat kembali temperatur air pendingan setelah 5 (lima) menit dari penyalaan berlangsung.
16.Mematikan elektromotor pengaduk dan mempersiapkan peralatan untuk pengujian berikutnya.
17.Mengulang pengujian sebanyak 5 (lima) kali berturut-turut.
3.8 Prosedur Pengujian Performansi Mesin Otto Generator Set
Pada pengujian ini akan diteliti performansi mesin otto serta komposisi emisi gas buang. Pengujian ini dilakukan dalam 6 variasi jumlah lampu, yaitu : 2 lampu, 4 lampu, 6 lampu, 8 lampu, 10 lampu dan 12 dengan menghabiskan 30 gr bahan bakar.
Pengujian dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut:
1. Mengoperasikan mesin dengan cara menarik starter penyalaan mesin, kemudian memanaskan mesin selama 5 menit.
2. Setelah mesin beroperasi dengan baik, mesin dipadamkan dan bahan bakar ditimbang sebanyak 30 gr.
3. Memulai pengujian dengan menyalakan 2 lampu sebagai variasi beban awal (pengujian pertama).
4. Menyalakan stopwatch dan menghitung waktu pengujian sampai bahan bakar 30 gr habis.
5. Mengukur putaran mesin dengan menggunakan tachometer.
6. Mencatat tegangan dan kuat arus menggunakan multi meter.
8. Mengulang pengujian untuk variasi jumlah lampu berikutnya adapun variasi pembebanan jumlah lampu berikutnya yaitu, 4, 6, 8, 10, dan 12 lampu.
9. Mengulang pengujian dengan bahan bakar yang berbeda yang sudah ditentukan.
Sementara untuk campuran yang mengandung hidrogen langkah pengujian adalah sebagai berikut:
1. Mengoperasikan mesin dengan cara menarik starter penyalaan mesin, kemudian memanaskan mesin selama 5 menit.
2. Setelah mesin beroperasi dengan baik, mesin dipadamkan dan bahan bakar cair ditimbang sebanyak 29,27 gr.
3. Mengatur keluaran hidrogen lewat regulator.
4. Memulai pengujian dengan menyalakan 2 lampu sebagai variasi beban awal (pengujian pertama) dan serempak membuka katup.
5. Menyalakan stopwatch dan menghitung waktu pengujian sampai bahan bakar habis.
6. Mengukur putaran mesin dengan menggunakan tachometer.
7. Mencatat tegangan dan kuat arus menggunakan multi meter.
8. Mencatat waktu yang diperlukan dalam menghabiskan bahan bakar.
9. Mengulang pengujian untuk variasi jumlah lampu berikutnya adapun variasi pembebanan jumlah lampu berikutnya yaitu, 4, 6, 8, 10, dan 12 lampu.
10.Mengulang pengujian dengan bahan bakar yang berbeda yang sudah ditentukan.
Untuk lebih ringkasnya prosedur pengujian performansi yang dilakukan dapat dilihat melalui melalui diagram alir di bawah ini :
Gambar 3.12 Diagram alir pengujian performansi mesin otto generator set Mulai
• Jumlah beban lampu: n lampu
• Massa bahan bakar = 30 gr
Mengulang pengujian dengan beban jumlah lampu yang berbeda
selesai Kesimpulan
• Mencatat putaran mesin
• Mencatat tegangan
• Mencatat kuat arus
• Mencatat waktu
Tidak
Sementara campuran hidrogen dilakukan sebagai berikut:
Gambar 3.13 Diagram alir pengujian performansi mesin otto generator set (campuran hidrogen)
Tidak
Ya Mulai
•Jumlah beban lampu: n lampu
•Massa bahan bakar cair = 29,27 gr
•Massa bahan bakar hidrogen 0,729 gr
Mengulang pengujian dengan beban jumlah lampu yang berbeda
selesai Kesimpulan
• Mencatat putaran mesin
• Mencatat tegangan
• Mencatat kuat arus
3.9 Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang
Pengujian emisi gas buang yang dilakukan dalam penelitian ini menggunakan alat uji emisi Sukyong SY-GA 401. Pengujian emisi gas buang yang dilakukan meliputi kadar CO, CO2, HC, dan O2 yang terdapat pada hasil
pembakaran bahan bakar. Prosedur pengujian dapat dilihat melalui diagram alir berikut ini :
Gambar 3.14 Diagram Alir Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang
Mulai
• Mengulang pengujian dengan variasi beban jumlah lampu yang berbeda
Selesai
• Tekan tombol power yang ada di belakang
Kesimpulan
• Pilih opsi official test
• Tunggu sampai “auto zero” mengkalibrasi alat dan layar menunjukkan tampilan ECC TST
• Pasang probe tester ke ujung knalpot
