commit to user 21 BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3 .1 . Te mpa t Peng ujia n
Pengujian dilakukan di Laboratorium Biofuel and Advance Energy Teknik Mesin UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA.
3 .2 . Ala t da n Ba ha n y a ng Dig unaka n
a) Satu set fuel cell dan electrolyzer seperti terlihat pada Gambar 3.1.
Gambar 3. 1 Satu set Junior basic J101 (Voight dkk., 2009)
commit to user
Gambar 3.2 adalah gambar dari fuel cell yang digunakan yang merupakan produk dari H-Tec dengan tipe PEMFC . Fuel cell ini memiliki luas penampang aktif 4 cm2. PEMFC memiliki Operasi kerja pada tekanan atmosfer dan temperatur lingkungan. Fuel cell jenis ini menghasilkan daya maksimum 500 mW dan bekerja pada tegangan 0,40-0,96 V.
Gambar 3.3. PEM Electrolyzer (Voight dkk., 2009).
Electrolyzer (Gambar 3.3) digunakan untuk memisahkan antara H2 dan O2 dari
air. Elektrolizer memerlukan energi listrik. Arus listrik yang dibutuhkan adalah arus listrik searah. Dalam penelitian ini sumber daya (listrik DC) didapat dari konversi energi cahaya menjadi listrik melalui solar cell.
Gambar 3.4. Proses Elektrolisis (Voight dkk., 2009).
Elektrolizer ini memiliki luas penampang 4 cm2 dengan daya 1,16 W.
commit to user
23
Elektrolizer ini dapat menghasilkan hidrogen dengan debit 5 cm3/menit dan oksigen dengan debit 2,5 cm3/menit. Prinsip kerja dari elekrolizer sendiri dapat dijelaskan pada Gambar 3.4.
b) Gas Storage
Gambar 3.5. Gas Storage kapasitas 30 ml (Voight dkk., 2009).
Gas storage digunakan untuk menampung gas hasil elektrolisis. Seperti yang
terlihat pada Gambar 3.5 gas storage ini memiliki kapasitas 30 ml dan memiliki skala volume dengan urutan dari bawah ke atas semakin kecil. Hal ini digunakan untuk mengetahui gas yang tersisa di dalamnya.
c) Solar Module.
Gambar 3.6. Solar Module (Voight dkk., 2009).
Solar module (Gambar 3.6) digunakan untuk memenuhi kebutuhan energi
listrik pada saat elektrolisisdengan cara mengkonversi energi cahaya menjadi energi listrik.
commit to user
d) Variable resistor (Gambar 3.7) digunakan untuk mengatur arus dan tegangan
keluaran dari fuel cell. Resistor ini dapat diatur nilai hambatannya.
e) Multimeter yang digunakan untuk mengetahui arus dan tegangan yang dihasilkan oleh fuel cell. Multimeter yang dipakai memiliki spesifikasi sebagai berikut. Tabel 3. 1. Spesifikasi multimeter.
KRISBOW KW0600271 HELES UX-838TR
Tegangan DC Tegangan DC
Jangkauan Resolusi Akurasi Jangkauan Resolusi Akurasi
200 mV 100 µV ± 0,5% dari pemb. ± 2D 200 mV 100 µV ± 0,5% dari pemb. ± 2D
2000 mV 1 mV ± 0,5% dari pemb. ± 2D 2 V 1 mV ± 0,5% dari pemb. ± 2D
20 V 10 mV ± 0,5% dari pemb. ± 2D 20 V 10 mV ± 0,5% dari pemb. ± 2D
200 V 100 mV ± 0,5% dari pemb. ± 2D 200 V 100 mV ± 0,8% dari pemb. ± 2D
600 V 1 V ± 0,8% dari pemb. ± 2D 600 V 1 V ± 0,8% dari pemb. ± 2D
Arus DC Arus DC
Jangkauan Resolusi Akurasi Jangkauan Resolusi Akurasi
200 µ A 100 nA ± 1% dari pemb. ± 2D 200 µA 100 nA ± 1% dari pemb. ± 2D
2000 µA 1 µA ± 1% dari pemb. ± 2D 2000 µ A 1 µ A ± 1% dari pemb. ± 2D
20 mA 10 µ A ± 1% dari pemb. ± 2D 20 mA 10 µA ± 1% dari pemb. ± 2D
200 mA 100 µA ± 1,2% dari pemb. ± 2D 200 mA 100 µ A ± 1,5% dari pemb. ± 2D
10 A 10 mA ± 2% dari pemb. ± 2D 2a 1 mA ± 3% dari pemb. ± 2D
10 A 10 mA ± 3% dari pemb. ± 2D
Resistansi Resistansi
Jangkauan Resolusi Akurasi Jangkauan Resolusi Akurasi
200 Ohm 100
mOhm ± 0,8% dari pemb. ± 2D 20 Ohm 10 mOhm ± 3% dari pemb. ± 2D
2000 Ohm 1 Ohm ± 0,8% dari pemb. ± 2D 200 Ohm 100 mOhm ± 0,8% dari pemb. ± 2D
20 kOhm 10 Ohm ± 0,8% dari pemb. ± 2D 2000 Ohm 1 Ohm ± 0,8% dari pemb. ± 2D
200 kOhm 100 Ohm ± 0,8% dari pemb. ± 2D 20 kOhm 10 Ohm ± 0,8% dari pemb. ± 2D
2000 kOhm 1 kOhm ± 1% dari pemb. ± 2D 200 kOhm 100 Ohm ± 0,8% dari pemb. ± 2D
2000 kOhm 1 kOhm ± 1% dari pemb. ± 2D
commit to user
25
f) Satu buah stopwatch yang digunakan untuk merekam waktu selama pengujian.
Gambar 3.7. Resistor, Multimeter, Stopwatch.
g) H2O (aquadest) untuk bahan baku H2 dan O2.
h) Software CFD FLUENT 6.3.26 dan GAMBIT 2.4.6 beserta komputer.
3 .3 . S o la r -H y d rog e n E ne rg y
Solar dan hydrogen adalah contoh dari sumber energi terbarukan yang ramah
lingkungan. Seperti pada Gambar 3.8 keduanya dapat digunakan secara bersamaan mengingat terdapat kekurangan dan kelebihan dari masing-masing sumber energi yang dapat saling menutupi. Solar cell dapat bekerja (menghasilkan listrik) jika ada sumber cahaya yaitu matahari. Fuel cell merupakan alat konversi energi yang mengubah energi kimia dari hidrogen menjadi energi listrik. Hidrogen sendiri dapat dihasilkan dari proses elektrolisis dimana proses ini memerlukan sumber listrik DC. Kondisi ini memberikan ide baru untuk memproduksi hidrogen dari air melalui proses elektrolisis dengan menggunakan listrik yang dihasilkan solar module.
Hal lain yang menjadi pertimbangan adalah solar energy tidak dapat bekerja pada malam hari dan terbatas pada ruang dan waktu. Fuel cell memiliki penggunaan yang luas seperti sumber daya portable dan transportasi sehingga akan lebih mudah pengaplikasiannya. Jika listrik dari solar moduel langsung dipakai maka pengaplikasiannya akan sangat sempit mengingat solar module harus selalu terpapar sinar matahari.
commit to user
Gambar 3.8. Solar-Hydrogen Cycle (Voight dkk., 2009)
Prinsip inilah yang menjadi dasar penelitian ini. Namun dalam penelitian ini dititikberatkan pada penggunaan fuel cell sebagai alat untuk mengubah energi kimia menjadi listrik.
Solar modul dipaparkan cahaya sehingga dapat menghasilkan listrik searah. Energi listrik ini kemudian digunakan untuk mengelektrolisis air. Hasil dari elektrolisis berupa hidrogen dan oksigen. Daya tampung dari gas storage adalah 30 ml. maka proses elektrolisis dihentikan jika gas storage sudah penuh. Proses selanjutnya yaitu pengkonversian energi kimia yang terkandung pada hidrogen dan oksigen menjadi energi elektrolisis dengan menggunakan fuel cell. Fuel cell yang telah terhubung dengan gas storage diberi beban sehingga akan timbul arus listrik. Beban dapat berupa kipas yang tersedia pada Set J101 atau resistor. Penelitian ini
menggunakan variasi resistor 0, , , , ,
1 k dan 1 M .
3 .4 . Uj i Kara kteristik A rus-Te ga nga n da n A rus- Da y a F ue l C e ll.
a. Experimental
Dalam uji karakteristik fuel cell manggunakan alat ukur arus dan tegangan serta stopwatch. Variasi hambatan yang digunakan adalah , ,
commit to user
27
pada tegangan dan arus yang dihasilkan fuel cell sehingga dengan hambatan yang berbeda akan dihasilkan arus dan tegangan yang berbeda-beda pada tiap variasi hambatan. Pengambilan data dilakukan setelah 20 detik untuk tiap-tiap hambatan untuk mendapatkan data yang valid (kondisi fuel cell steady). Data yang diambil adalah waktu, hidrogen yang terpakai, tegangan dan arus. Data yang didapat kemudian dibuat grafik I-V dan I-P.
b. Simulasi
Simulasi Fuel cell memerlukan data-data kondisi kerja dan dimensi fuel cell
itu sendiri. Data ini bisa didapatkan pada saat uji eksperimen. Data yang harus ada adalah temperatur, tekanan, geometri, flow rate hidrogen dan oksigen serta dimensi dari fuel cell.
Variasi yang dilakukan adalah memvariasikan tegangan yang dihasilkan oleh
fuel cell. Data tegangan yang dihasilkan oleh fuel cell ini didapat dari uji eksperimen. Data arus yang dihasilkan dari fuel cell akan didapat setelah proses simulasi selesai. Karakteristik I-V dan I-P dari simulasi fuel cell dibuat dari data tersebut.
3 .5 . Va ria si Penguji a n
Variasi yang dilakukan dalam uji eksperimen adalah dengan memvariasikan besarnya hambatan. Data yang diambil adalah tegangan dan arus dari fuel cell, banyaknya hidrogen dan oksigen yang terpakai, dan lama pengujian. Hambatan divariasikan dari 0,33 sampai 1 M . Pengambilan data dilakukan selama fluktuasi tegangan dan arus tidak tinggi.