1 BAB I
PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Masyarakat modern saat ini menggunakan kendaraan sebagai media untuk berpindah dari satu tempat ke tempat lain. Pesawat, kapal, mobil dan sepeda motor merupakan sedikit contoh dari alat transportasi. Sepeda motor sangat sering digunakan masyarakat perkotaan karena dapat dibeli dengan murah dan dapat menembus macet.
Motor adalah gabungan dari alat-alat yang bergerak (dinamis) yang bila bekerja dapat menimbulkan tenaga/energi. Sedangkan pengertian motor bakar adalah motor yang sumber tenaganya diperoleh dari hasil pembakaran gas di dalam ruang bakar. Tenaga yang dihasilkan oleh motor adalah berasal dari adanya pembakaran gas di dalam ruang bakar.
2
pemanfaatan bahan bakar alternatif yang baru dan ramah lingkungan dengan memanfaatkan ketersediaan sumber daya alam yang ada di bumi ini diterapkan.
Salah satu sumber daya alam yang melimpah dan dapat dimanfaatkan di bumi ini adalah air. Air dapat dijadikan sebagai bahan bakar alternatif. Air dapat diubah menjadi salah satu bahan bakar alternatif yang ramah lingkungan dengan mengubahnya menjadi bentuk gas melalui proses elektrolisis. Gas yang dihasilkan oleh proses elektrolisis tersebut adalah gas hidrogen. Gas hidrogen ini memiliki nilai kalor dan oktan tinggi. Hasil pembakarannya gas hidrogen juga tidak menimbulkan polusi udara. Apabila gas tersebut ditambahkan pada mesin bermotor dengan bahan bakar bensin atau solar maka akan dapat meningkatkan kualitas pembakaran.
Elektrolisis merupakan proses kimia yang mengubah energi listrik menjadi energi kimia. Proses elektrolisa memisahkan molekul air menjadi gas hidrogen dan oksigen salah satunya adalah dengan cara mengalirkan arus listrik ke elektroda ke tempat larutan elektrolit yaitu campuran air yang sudah ditambahkan katalis berada. Reaksi elektrolisis tergolong reaksi redoks tidak spontan, reaksi itu dapat berlangsung karena pengaruh energi listrik.
3
yang lain atai ion yang bermuatan negatif akan melepas elektron dan mengalami reaksi oksidasi di kutub positif atau anoda. Elektroda positif dan negatif pada sel elektrolisis ditentukan oleh sumber arus listrik.
Jenis elektroda yang digunakan dalam proses elektrolisis sangat berpengaruh pada hasil elektrolisis. Elektroda dapat dibedakan menjadi dua berdasarkan keaktifannya, yaitu elektroda tidak aktif ( tidak ikut bereaksi atau inert ) seperti C ( karbon ), Pt ( platina ) dan elektroda aktif ( ikut bereaksi selain C, Pt ) pada proses elektrolisis. Pada proses elektrolisis dengan elektroda aktif berlangsung reaksi elektroda dan reaksi elektrolit, sedangkan proses elektrolisis dengan elektroda inert hanya berlangsung reaksi elektrolitnya saja. Elektrolisis mempunyai banyak kegunaan, diantaranya yaitu dapat memperoleh unsur-unsur logam, halogen, gas oksigen dan gas hidrogen.
Hidrogen sering bergandengan dengan unsur lain dan membentuk benda atau molekul tertentu. Salah satu contohnya yaitu air. Dalam air kandungan hidrogen sangat besar. Elektron dalam hidrogen bergandengan dengan oksigen hingga menghasilkan air. Hidrogen yang berdiri sendiri sering kali merupakan hasil penguraian dari senyawa lain melalui proses yang disengaja. Zat ini tidak terlihat, tidak berbau dan juga mudah terbakar. Hidrogen dipertimbangkan sebagai bahan bakar yang sangat penting dan menjanjikan baik dalam industri kima maupun industri mesin. Hal ini karena hidrogen memiliki karakteristik kepadatan energi yang tinggi dan emisi yang rendah ketika dikonsumsi.
4
1.2Rumusan Masalah
Rumusan masalah dalam penelitian ini adalah :
1. Bagaimana pengaruh jenis air terhadap gas hidrogen hasil elektrolisis sebagai penghemat bahan bakar pada motor bakar bensin ?
1.3Tujuan Penelitian
Tujuan dalam penelitian ini adalah :
1. Untuk mengetahui pengaruh jenis air terhadap penambahan gas hidrogen hasil elektrolisis sebagai penghemat pemakaian bahan bakar pada motor bakar bensin.
1.4Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini adalah :
1. Air yang digunakan dalam elektrolisis yaitu air sumur dan air PDAM.
2. Bahan bakar yang digunakan adalah premium dan gas hidrogen hasil elektrolisis.
3. Elektroda yang digunakan dalam elektrolisis adalah logam stainless steel. 4. Sumber energi untuk menghasilkan gas hidrogen hasil elektrolisis air
menggunakan Power Supply DC.
5. Analisa yang dicermati yaitu pengaruh penambahan gas hidrogen hasil elektrolisis dan pengaruh jenis air terhadap gas hidrogen hasil elektrolisis. 1.5Manfaat
1. Sebagai alternatif solusi untuk memanfaatkan sumber daya alam khususnya air.
SKRIPSI
PENGARUH VARIASI JENIS AIR (AIR SUMUR DAN AIR PDAM)
TERHADAP GAS HIDROGEN HASIL ELEKTROLISIS UNTUK
PENGHEMATAN BAHAN BAKAR PADA MOTOR BENSIN
Diajukan Kepada Universitas Muhammadiyah Malang
Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar
Sarjana (S-1) Teknik Mesin
Disusun Oleh :
FACHRI ADITYAWAN
201110120311076
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2015
LEMBAR PENGESAHAN SKRIPSI
PENGARUH VARIASI JENIS AIR (AIR SUMUR DAN
AIR PDAM) TERHADAP GAS HIDROGEN HASIL
ELEKTROLISIS UNTUK PENGHEMATAN BAHAN
BAKAR PADA MOTOR BENSIN
Diajukan Kepada :
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1) TeknikMesin Program Strata satu (S-1) Jurusan Teknik Mesin
Oleh : Fachri Adityawan
201110120311076
Diterima dan Disetujui Pada tanggal 1 September 2015
Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II
Ir. Ali Mokhtar, MT. Dini Kurniawati, ST., MT.
Mengetahui,
Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Malang
Ir. Daryono, MT.
KATA PENGANTAR
Assalamualaikum Wr. Wb.
Puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala limpahan rahmat dan hidayah-Nya, sehingga peneliti dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul
“Pengaruh Variasi Jenis Air Terhadap Gas Hidrogen Hasil Elektrolisis Untuk Penghematan Bahan Bakar Pada Motor Bakar Bensin”.
Peneliti menyamapaikan ucapan terima kasih kepada semua pihak yang telah banyak membantu hingga menyelesaikan skripsi ini, terutama kepada : 1. Allah SWT yang telah memberi kelancaran dalam menyelesaikan skripsi ini. 2. Bapak Ir. Sudarman, MT., Selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Malang.
3. Bapak Ir. Daryono, MT., Selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Malang.
4. Bapak Ir. Ali Mokhtar, MT., Selaku Dosen Pembimbing I yang telah banyak memberikan bimbingan dan masukkan dalam menyusun skripsi ini.
5. Ibu Dini Kurniawati, ST., MT., Selaku Dosen Pembimbing II yang telah memberikan bimbingan dan masukkan serta meluangkan waktu untuk berdiskusi bersama peneliti dalam menyusun skripsi ini.
6. Bapak Chamim dan Ibu Ngatipah, kedua orang tua tercinta dari penulis yang telah memberikan banyak perhatian, kasih sayang dan dorongan semangat moril maupun materil untuk selalu menuntut ilmu dan menyelesaikan skripsi ini dengan baik.
7. Mas Agus Setyawan dan Mbak Arfaul Karimah, kedua kakak dari penulis yang telah memberikan dorongan, semangat dan doa untuk segera menyelesaikan skripsi dan lulus kuliah.
8. Seseorang terkasih, yang selalu memberikan dorongan, semangat dan doa dalam penyelesaian skripsi ini.
9. Seluruh Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Malang, yang telah bersedia memberikan bantuan berupa bimbingan teoritis secara langsung maupun tidak langsung.
10.Rekan – Rekan Se Angkatan Teknik Mesin 2011 B dan Kawan – Kawan Penghuni Kos (Wartel Wahyu), yang telah memberikan banyak masukan. 11.Semua pihak yang telah memberikan dorongan, semangat serta doa dalam
penyelesaian skripsi ini. NUWUS…. !!
Peneliti Menyadari bahwa kekurangan dan keterbatasan yang dimiliki, oleh karena itu peneliti mengharapkan saran yang membangun agar tulisan ini bermanfaat bagi yang membutuhkan.
Wassalamualaikum Wr.Wb.
Malang, 12 Agustus 2015
Fachri Adityawan
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
POSTER ... ii
LEMBAR PENGESAHAN ... iii
BERITA ACARA ... iv
LEMBAR PERNYATAAN ... vi
ABSTRAK ... vii
ABSTRACT ... viii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR GAMBAR ... xvi
DAFTAR TABEL ... xviii
I PENDAHULUAN 1.1Latar Belakang ... 1
1.2Rumusan Masalah ... 4
1.3Tujuan Penelitian ... 4
1.4Batasan Masalah... 4
1.5Manfaat Penelitian ... 4
II TINJAUAN PUSTAKA 2.1Bahan Bakar ... 5
2.1.1 Karakteristik Bahan Bakar ... 6
2.1.2 Premium ... 8
2.2 Elektrolisis ... 10
2.2.1 Komponen Elektrolisis ... 12
2.3 Elektrolisis Air ... 14
2.4 Katalisator ... 16
2.5 Air ... 17
2.5.1 Sifat Kimia dan Fisika Air ... 18
2.5.2 Kelarutan (solvasi) dan Pelarut ... 20
2.5.3 Kohesi dan Adhesi ... 20
2.5.4 Tegangan Permukaan ... 21
2.6 Air Tanah ... 21
2.6.1 Sifat Fisik Air Tanah ... 24
2.6.2 Sifat Kimia Air Tanah ... 25
2.7 Hidrogen ... 26
2.7.1 Karakteristik Hidrogen ... 28
2.7.2 Sifat Kimia dan Fisika Hidrogen ... 28
2.7.3 Keunggulan Hidrogen ... 30
2.7.4 Manfaat Hidrogen ... 34
2.8 Oksigen ... 35
2.8.1 Sifat Kimia dan Fisika Oksigen ... 35
2.9 Stainless Steel ... 36
2.9.1 Kandungan Stainless Steel ... 36
2.9.2 Manfaat Stainless Steel ... 37
2.10 Motor Bakar ... 37
2.11 Motor Otto ... 38
2.11.1 Pengertian Motor Mesin Bensin ... 40
2.11.2 Prinsip Kerja Mesin Empat Langkah ... 41
2.11.3 Siklus Aktual Motor Bensin ... 42
2.11.4 Siklus Udara Volume Konstan ... 44
2.12 Parameter Performa Mesin ... 46
2.13.1 Rumus Perhitungan ... 47
BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Instalasi Alat Uji ... 49
3.2 Rancangan Penelitian ... 49
3.3 Tempat dan Waktu Penelitian ... 50
3.4 Alat Uji dan Bahan ... 50
3.4.1 Alat Uji ... 51
3.4.2 Bahan ... 53
3.5 Skematik Alat Uji ... 53
3.6 Prosedur Penelitian... 54
3.6.1 Prosedur Pengujian Tanpa Gas elektrolisa ... 55
3.6.2 Prosedur Pengujian dengan Menggunakan Campuran Gas Hidrogen Hasil Elektrolisis (Air Sumur) ... 56
3.6.3 Prosedur Pengujian dengan Menggunakan Campuran Gas Hidrogen Hasil Elektrolisis (Air PDAM) ... 57
BAB IV ANALISA DATA 4.1 Data Hasil Pengujian ... 58
4.1.1 Pengujian Motor Bakar Tanpa Menggunakan Gas Hidrogen ... 58
4.1.2 Pengujian Motor Bakar Menggunakan Penambahan Gas Hidrogen Hasil Elektrolisis (Air Sumur) ... 58
4.1.2 Pengujian Motor Bakar Menggunakan Penambahan Gas Hidrogen Hasil Elektrolisis (Air PDAM) ... 59 4.2 Hasil Perhitungan Data ... 59
4.2.1 Hasil Perhitungan Pengujian Motor Bakar Tanpa Menggunakan Gas Hidrogen... 60 4.2.2 Hasil Perhitungan Pengujian Motor Bakar Menggunakan
Penambahan Gas Hidrogen Hasil Elektrolisis (Air Sumur) ... 64 4.2.3 Hasil Perhitungan Pengujian Motor Bakar Menggunakan
Penambahan Gas Hidrogen Hasil Elektrolisis (Air PDAM) ... 69 4.3 Pembahasan Grafik ... 74
4.3.1 Grafik Hubungan Antara Konsumsi Bahan Bakar Terhadap Putaran... 74 4.3.2 Grafik Hubungan Antara Brake Power Terhadap Putaran ... 75 4.3.3 Grafik Hubungan Antara Aliran Bahan Bakar Terhadap
Putaran... 76 4.3.4 Grafik Hubungan Antara Efisiensi Termal Terhadap Putaran ... 77 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ... 78 5.2 Saran ... 79 DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
No Judul Gambar Halaman
1 Susunan Sel Elektrolisis ... 10
2 Bagian – Bagian Tabung Elektroliser dan Water Trap ... 14
3 Elektrolisis Air ... 15
4 Siklus motor bakar pada mesin 4 langkah ... 42
5 Diagram P – V Siklus Aktual Motor Bensin ... 44
6 Diagram P – V dan T - Siklus Otto... 45
7 Instalasi Alat Uji ... 49
8 Diagram Alir Penelitian ... 50
9 Alat Elektrolisis ... 51
10 Motor Bensin Jenis Merlin ... 51
11 Avometer ... 52
12 Stop Watch... 52
13 Timbangan Digital ... 53
14 Skema Alat Uji Tanpa Gas Hidrogen Elektrolisa ... 54
15 Skema Alat Uji dengan Injeksi Gas Hidrogen Hasil Elektrolisa ... 54
16 Grafik Hubungan Antara SFC Terhadap Putaran ... 74
17 Grafik Hubungan Antara Ne Terhadap Putaran ... 75
18 Grafik Hubungan Antara mf Terhadap Putaran... 76
19 Grafik Hubungan Antara bth Terhadap Putaran ... 77
DAFTAR TABEL
No Judul Tabel Halaman
1 Sifat- SifatAir... 19
2 Flammability Limits Bahan Bakar... 31
3 Nilai Oktan Bahan Bakar ... 33
4 Sifat – Sifat Hidrogen dan Bensin ... 33
5 Sifat Fisika dan Kimia Oksigen ... 36
6 Hasil Pengujian Tanpa Menggunakan Gas Hidrogen ... 58
7 Hasil Pengujian Menggunakan Penambahan Gas Hidrogen Hasil Elektrolisis (air sumur) ... 59
8 Hasil Pengujian Menggunakan Penambahan Gas Hidrogen Hasil Elektrolisis (air PDAM) ... 59
9 Hasil Perhitungan Pengujian Tanpa Menggunakan Gas Hidrogen ... 60
10 Hasil Perhitungan Pengujian Menggunakan Gas Hidrogen Hasil Elektrolisis (air sumur) ... 64
11 Hasil Perhitungan Pengujian Menggunakan Gas Hidrogen Hasil Elektrolisis (air PDAM) ... 69
DAFTAR PUSTAKA
Anonym.2005.Safety Data For Oxygen,http://phhschem .ox .ac . uk / MSDS / HY / oxygen.html. (Diakses 23 Februari 2015)
Danaryanto, dan Hadipurwo, Satriyo. 2006. Konservasi Sebagai UpayaPenyelamatan Air Tanah di Indonesia, disampaikan pada : Seminar Nasional Hari Air Dunia 2006. Direktorat Pembinaan Pengusahaan Panas Bumi dan Pengelolaan Air Tanah Direktorat Jendral Mineral Batubara dan Panas Bumi Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral.
Dempsey, J., 2001, Module 2 : Hydrogen Use, Energy technology Training Center College of the Desert.
Effendi, Hefni. 2003. Telaah Kualitas Air. Yogyakarta: Penerbit Kanisius. Haryono,G.,1989,Uraian Praktis Mengenal Motor Bakar, Semarang: CV
Aneka Ilmu.
Hill,McGraw. 1998.Thermodynamics an Engineering Approach, Third Edition. United State America.
Migas Indonesia, 2001, nilai oktan, diakses 23 Februari 2015 (http://www.migas-indonesia.com/2012/09/nilai-oktan.html)
Sierens, Roger, et al., 2005, An overview of hidrogen fuelled internal combustion engines, Ghent University : Belgium.
Sudirman,U.,2008. Hemat BBM dengan Air.Jakarta: PT Kawan Pustaka. Suhirta,I.I., 2008, Pengaruh Penambahan Gas Hasil elektrolisa Air Terhadap
Konsumsi Bahan Bakar Bensin pada Motor Bakar 4 Langkah 80 cc dengan Posisi Injeksi Sebelum Karburator, Skripsi, Universitas Indonesia : Depok.
Sutrisno,C. Totok, Ir, dkk. 2004. Teknologi Penyediaan Air Bersih. Cetakan Kelima. Jakarta : Rineka Cipta
