Pengaruh Penambahan Plat Netral Jenis Stainless Steel En Series 58A (AISI 302 B) Pada Dry Cell Pada Pemisahan H2(g) DAN O2(g) Dari H2O(l)

(1)

PENGARUH PENAMBAHAN JUMLAH PLAT NETRAL JENIS

STAINLESS STEEL AISI 302 B PADA

DRY CELL

UNTUK

PEMISAHAN H

2

(g) DAN O

2

(g) DARI H

2

O(l)

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi

Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

WAHID HABIB NIM : 090401017

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

ABSTRAK

Selama bertahun-tahun ketergantungan masyarakat terhadap bahan bakar minyak sangat tinggi. Bahkan untuk menghasilkan energi listrik,bahan bakar minyak tetap dipakai juga. Teknologi fuel cell (sel bahan bakar) merupakan hal yang tepat untuk menghemat penggunaan minyak dengan menggunakan hidrogen untuk menghasilkan energi listrik dan oksigen sebagai pengikat gas buang agar tidak berbahaya bagi lingkungan.Untuk mendapatkan hidrogen dan oksigen, penulis menggunakan dry cell dengan memvariasikan jumlah plat netral. Adapun tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh penambahan jumlah plat netral terhadap suhu dan produksi gas yang dihasilkan. Penelitian ini juga bertujuan untuk mengetahui pengaruh KOH dan kuat arus pada dry cell. Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan thermocouple agilent sebagai pencatat suhu yang dilahsilkan. Dalam setiap 90 detik, volume gas yang dihasilkan diukur pada setiap variabel uji yang telah dilakukan. Dari hasil penelitian diperoleh, nilai produksi tertinggi dihasilkan pada pengujian 10 plat netral dengan KOH 4,66% . Sedangan suhu tertinggi terjadi pada pengujian 4 plat netral dengan KOH 4,66%. Sehingga dapat diperoleh kesimpulan yaitu, semakin banyak plat netral semakin tinggi pula gas yang dihasilkan, sedangkan suhu yang dihasilkan semakin rendah dan semakin sedikit plat netral semakin tinggi panas yang dihasilkan sedangkan volume gas yang dihasilkan semakin rendah.

(3)

ABSTRACT

Over the years people's dependence on fossil fuels is very high. Even for generating electrical energy, fuel continues to be used as well. Fuel cell technology (fuel cell) is the right thing to save the use of oil by using hydrogen to generate electricity and oxygen as a binder so harmless exhaust gas .To obtain hydrogen and oxygen, the authors use a dry cell by varying the number of neutral plates. The purpose of this study was to determine the effect of the number neutral plate with respect to temperature and the resulting gas production. This study also aimed to determine the effect of KOH and strong currents in the dry cell. The study was done using a thermocouple temperature recorder agilent as produced. In every 90 seconds, the volume of gas produced was measured at each test variable that has been done. From the results obtained, the highest production values generated at 10 plates neutral testing with 4.66% KOH. Whereas, the highest temperature occurs in the test 4 neutral plates with 4.66% KOH. So it can be concluded that, the more the higher the plate neutral gases produced, while the lower temperatures generated and the less the higher the neutral plate heat generated while the volume of gas produced lower.

(4)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur saya ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat, kekuatan dan kesehatan yang diberikan selama pengerjaan skripsi ini, sehingga skripsi ini dapat saya selesaikan.

Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan untuk mencapai gelar sarjana di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul skripsi ini yaitu PENGARUH PENAMBAHAN PLAT NETRAL JENIS STAINLESS STEEL EN SERIES 58A (AISI 302 B) PADA DRY CELL PADA PEMISAHAN H2(g) DAN O2(g) DARI H2O(l). Dalam penulisan skripsi ini tidak sedikit hambatan yang dihadapi oleh penulis. Untuk itu penulis secara khusus menyampaikan terima kasih kepada dosen pembimbing Bapak Ir.Abdul Halim Nasution M.Sc, yang telah bersedia meluangkan waktunya untuk memberikan saran dan membimbing serta sumbangan pikiran bagi penulisan skripsi ini.

Selama penulisan skripsi ini, penulis juga mendapat banyak bantuan dari berbagai

pihak. Oleh karena itu penulis juga mengucapkan terima kasih kepada:

1. Ibu Saya, Erni Hasibuan yang mendo’akan dan mendukung penulis dalam

pengerjaan Skripsi ini.

2. Bapak Bapak Dr.Ir.Mulfi Hazwi,MSc dan Bapak Dr.eng.Ir.Indra,MT selaku dosen

pembanding I dan II.

3. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin

Fakultas Teknik USU.

4. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin USU.

5. Saudaraku yang tercinta, Abang saya Dian Prima Senja Sihaloho dan Istri, Irvan

Aspidar dan Istri, Zulfitri Sipahutar dan Istri untuk do’a, dana, dan dukungan dalam

menyelesaikan skripsi ini.

6. Seluruh teman-teman penulis, Umri Nahdi Siregar dan adinda Imam Syaifullah,

adinda Rizki Agustama, dan teman satu angkatan 2009 juga adik-adik yang tidak

dapat penulis sebutkan satu-persatu yang telah menemani dan memberikan

masukan serta semangat kepada penulis

7. Teman-teman Tim Horas USU sebagai inspirasi bagi penulis untuk mendapatkan

ide dalam pengerjaan skripsi ini.

8. Ibu Salmiah Hasibuan dan adinda Fatimah Hanum Lubis yang mendorong,

(5)

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu

penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi penyempurnaan

dimasa mendatang.

Akhirnya penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Terima

kasih.

Medan, Januari 2014

Penulis

(6)

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI... iv

DAFTAR GAMBAR ... vii

DAFTAR TABEL ... viiii

DAFTAR NOTASI ... xiii

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Tujuan Pengujian ... 3

1.2.1 Batasan Masalah ... 4

1.3 Metedologi Penulisan ... 4

1.4 Sistematika Penulisan ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Fuel Cell ... 6

2.2 Jenis-Jenis Sel Bahan Bakar ... 6

2.3 Polymer Exchanger Membrane Fuel Cell ... 9

2.4 Dry Cell ... 10

(7)

2.5 Metode Pemisahan Hidrogen dan Oksigen pada Dry Cell ... 12

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu ... 13

3.1.1 Tempat ... 13

3.1.2 Waktu ... 13

3.2 Alat dan Bahan ... 15

3.2.1 Alat ... 15

3.2.2 Bahan.... ... 16

3.2.3 Alat Pendukung Proses Pengujian ... 18

3.2.4 Alat Pendukung Pada Proses Pembuatan H2 dan O2 ... 20

3.3 Prosedur Pengujian ... 21

3.4 Instalasi Pengujian ... 24

BAB IV PENGOLAHAN DATA 4.1 Hasil Pengujian ... 25

4.1.1 Besarnya Daya Yang Digunakan Pada Pengujian ... 25

4.2 Besarnya Konsentrasi Larutan KOH ... 26

4.3 Menghitung Besar Volume Hidrogen dan Oksigen ... 26

4.4 Menghitung Laju Produksi Gas H2 dan O2 ... 36

4.5 Besar Energi Yang Digunakan ... 41

(8)

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan ... 47

5.2 Saran ... 48

DAFTAR PUSTAKA ... xvii

(9)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Rangkaian Dry cell ... 3

Gambar 1.2 Diagram Alir Penelitian ... -- Gambar 2.1 Aliran Hidrogen dan Oksigen Didalam Sel Bahan Bakar PEM ... 7

Gambar 2.2 Reaksi Elektrolisis Pada PEM ... 10

Gambar 2.3 Dry Cell ... 11

Gambar 2.4 Proses Elektrolisis Air ... 11

Gambar 2.5 Bentuk Gasket Yang Dipakai ... 12

Gambar 2.6 Contoh Membran ... 12

Gambar 2.7 Aliran Oksigen dan Hidrogen ... 13

Gambar 3.1 Plat Stainless Steel ... 17

Gambar 3.2 Plat Akrilik ... 17

Gambar 3.3 Susunan Plat Dengan Baut ... 18

Gambar 3.4 Gasket ... 18

Gambar 3.5 Screen Nylon Monofilamen ... 19

Gambar 3.6 Mesin Las ... 19

Gambar 3.7 Termocouple Agilent ... 20

Gambar 3.8 Multimeter ... 20

Gambar 3.9 Stopwatch ... 20

(10)

Gambar 3.11 Katup Udara... 21

Gambar 3.12 Regulator ... 22

Gambar 3.13 Instalasi Pengujian ... 25

Gambar 4.1 Grafik Hasil Percobaan Suhu Vs Kuat Arus

dengan KOH 4% ... 33

dengan KOH 4,33% ... 33

dengan KOH 4,66% ... 34

Gambar 4.4 Grafik Hasil Percobaan Volume Gas Vs Kuat Arus

Pada KOH 4% ... 35

Pada KOH 4,33% ... 35

Pada KOH 4,66% ... 36

Gambar 4.7 Grafik Hasil Percobaan Volume Hidrogen Vs Kuat Arus

Pada KOH 4% ... 37

Pada KOH 4,33% ... 37

(11)

Gambar 4.10 Grafik Hasil Percobaan Volume Oksigen Vs Kuat Arus

Pada KOH 4% ... 38

Gambar 4.11 Grafik Hasil Percobaan Volume Oksigen Vs Kuat Arus Pada KOH 4,33% ... 39

Gambar 4.12 Grafik Hasil Percobaan Volume Oksigen Vs Kuat Arus Pada KOH 4,66% ... 39

Gambar 4.13 Grafik Suhu Vs Jumlah Plat Netral Pada Arus 20 Amper ... 45

(12)

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Lokasi dan Aktivitas Penelitian ... 115

Tabel 4.1 Data Pengujian Voltase 50 V, 4 Plat Netral,

dengan Tebal Gasket 1,5 mm ... 31

Tabel 4.5 Data Pengujian Debit Hidrogen Q H2 (m3/s) dan Laju Produksi Hidrogen ṁ (kg/s) pada 4 Plat Netral ... 40

Tabel 4.9 Data Pengujian Debit Oksigen Q O2 (m3/s) dan Laju Produksi Oksigen ṁ (kg/s) pada 4 Plat Netral ... 42

Tabel 4.13 Data Pengujian Energi Terbuang Hlost (kalori) dan % Lost Persentase Energi Terbuang Pada 4 Plat Netral ... 46

(13)

Tabel 4.15 Data Pengujian Energi Terbuang Hlost (kalori) dan % Lost Persentase Energi Terbuang Pada 8 Plat Netral ... 47

(14)

DAFTAR NOTASI

Lambang Keterangan Satuan

E Energi Yang Digunakan Watt-hours

V Voltase Volt

I Kuat Arus Ampere

ρ Massa Jenis Gas H2 Kg/m3

_ṁ Laju Produksi Gas H2 Kg/s

Q Debit Volume Gas m3/s

Vf Volume Air cm3

H lost Energi Yang Terbuang Kalori

t Waktu Sekon

Tf Temperatur Akhir oC

(15)

ABSTRAK

Selama bertahun-tahun ketergantungan masyarakat terhadap bahan bakar minyak sangat tinggi. Bahkan untuk menghasilkan energi listrik,bahan bakar minyak tetap dipakai juga. Teknologi fuel cell (sel bahan bakar) merupakan hal yang tepat untuk menghemat penggunaan minyak dengan menggunakan hidrogen untuk menghasilkan energi listrik dan oksigen sebagai pengikat gas buang agar tidak berbahaya bagi lingkungan.Untuk mendapatkan hidrogen dan oksigen, penulis menggunakan dry cell dengan memvariasikan jumlah plat netral. Adapun tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh penambahan jumlah plat netral terhadap suhu dan produksi gas yang dihasilkan. Penelitian ini juga bertujuan untuk mengetahui pengaruh KOH dan kuat arus pada dry cell. Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan thermocouple agilent sebagai pencatat suhu yang dilahsilkan. Dalam setiap 90 detik, volume gas yang dihasilkan diukur pada setiap variabel uji yang telah dilakukan. Dari hasil penelitian diperoleh, nilai produksi tertinggi dihasilkan pada pengujian 10 plat netral dengan KOH 4,66% . Sedangan suhu tertinggi terjadi pada pengujian 4 plat netral dengan KOH 4,66%. Sehingga dapat diperoleh kesimpulan yaitu, semakin banyak plat netral semakin tinggi pula gas yang dihasilkan, sedangkan suhu yang dihasilkan semakin rendah dan semakin sedikit plat netral semakin tinggi panas yang dihasilkan sedangkan volume gas yang dihasilkan semakin rendah.

(16)

ABSTRACT

Over the years people's dependence on fossil fuels is very high. Even for generating electrical energy, fuel continues to be used as well. Fuel cell technology (fuel cell) is the right thing to save the use of oil by using hydrogen to generate electricity and oxygen as a binder so harmless exhaust gas .To obtain hydrogen and oxygen, the authors use a dry cell by varying the number of neutral plates. The purpose of this study was to determine the effect of the number neutral plate with respect to temperature and the resulting gas production. This study also aimed to determine the effect of KOH and strong currents in the dry cell. The study was done using a thermocouple temperature recorder agilent as produced. In every 90 seconds, the volume of gas produced was measured at each test variable that has been done. From the results obtained, the highest production values generated at 10 plates neutral testing with 4.66% KOH. Whereas, the highest temperature occurs in the test 4 neutral plates with 4.66% KOH. So it can be concluded that, the more the higher the plate neutral gases produced, while the lower temperatures generated and the less the higher the neutral plate heat generated while the volume of gas produced lower.

(17)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Selama bertahun-tahun belakangan ini, bahan bakar fosil nyaris menjadi

satu-satunya sumber energi di planet ini. Sehingga tidak heran kalau tahun-tahun

belakangan ini pula kita pun menyaksikan bagaimana wajah dunia babak belur

akibat perebutan kuasa atas sumber utama penghasil energi ini.

Belakangan setelah penggunaan energi fosil dengan skala besar, kita pun

dihadapkan dengan berbagai masalah. Ketika pembakaran berlangsung untuk

menghasilkan energi, bahan bakar fosil ini melepaskan karbon ke udara.

Pelepasan karbon ini menyebabkan polusi dan merusak ozon[5].

Masalah dengan bahan bakar fosil ini tidak hanya sampai di situ. Besarnya

konsumsi bahan bakar ini dalam seabad terakhir, membuat fakta menipisnya

cadangan bahan bakar ini tidak bisa kita hindari. Sementara itu, ketika cadangan

bahan bakar fosil semakin menipis, kebutuhan atas energi bukannya turun malah

semakin hari semakin tinggi. Karena alasan itulah, belakangan kita lihat mulai

banyak usaha umat manusia untuk mulai memanfaatkan sumber energi terbarukan

dengan lebih maksimal. Sumber energi terbarukan itu bisa berupa tenaga

matahari, angin, air, panas bumi, bio massa bahkan gelombang laut. Sebenarnya

selain berbagai sumber energi terbarukan seperti yang disebut di atas, masih ada

satu sumber energi lain yang sangat potensial menggantikan bahan bakar fosil

sebagai sumber energi utama. Sumber energi alternatif pengganti bahan bakar

fosil ini bernama hidrogen. Dibandingkan semua energi terbarukan seperti yang

saya sebut di atas hidrogen memiliki beberapa keunggulan antara lain, bahan

bakar hidrogen bersifat mobil seperti bahan bakar fosil yang kita kenal selama ini.

Bedanya, tidak seperti bahan bakar fosil, pembakaran hidrogen tidak

menyebabkan polusi karbon[3].

Hidrogen adalah unsur yang paling sederhana dari semua unsur yang ada

(18)

sendiri bentuk hidrogen yang paling umum kita kenal adalah air (H2O).

Kebanyakan dari hidrogen yang diproduksi sampai hari ini adalah hidrogen yang

didapat dari gas alam (CH4) melalui proses yang disebut steam reforming. Tapi yang lebih potensial untuk dilakukan di masa depan adalah memproduksi

hidrogen dari air melalui proses elektrolisis atau langsung menggunakan reaksi

fotokimia.

Sel bahan bakar (fuel cell) adalah sebuah alat dengan

reaktannya yang terkonsumsi, yaitu dia memproduksi listrik dari penyediaan

bahan bakar

internal dari baterai. Sebagai tambahan, elektrode dalam baterai bereaksi dan

berganti pada saat baterai diisi atau dibuang energinya, sedangkan elektrode sel

bahan bakar adalah katalitik dan relatif stabil[6].

aliran reaktan mengalir masuk dan produk dari reaktan mengalir keluar. Sehingga

operasi jangka panjang dapat terus menerus dilakukan selama aliran tersebut dapat

dijaga kelangsungannya.

Sel bahan bakar sangat menarik dalam aplikasi modern karena efisiensi

tinggi dan penggunaan bebas-emisi, berlawanan dengan bahan bakar umum

seperti

adalah

menggunakan banyak energi. Memproduksi hidrogen membutuhkan carrier

hidrogen (biasanya

juga listrik, yang diproduksi oleh bahan bakar konvensional. Meskipun sumber

sekarang ini sangat mahal, untuk menghasilkan listrik, sel bahan bakar

menggunakan hidrogen dan oksigen sebagai bahan bakar, akan tetapi, teknologi

(19)

pembuangan dari fuel cell ini berupa uap air yang tidak berbahaya bagi lingkungan, untuk menghasilkan hidrogen dan oksigen, penulis menggunakan alat

bernama dry cell . Dry cell merupakan alat yang menggunakan prinsip hidrolisis.

Dry cell dibuat sedemikian sehingga jumlah air yang dielektrolisa sesedikit mungkin sesuai dengan kebutuhan. Pada sel konvensional (Wet Cell), jika volume Sel 1000 ml maka semua air yang berada dalam sel semuanya dielektrolisa,

Sedangkan pada dry cell hanya sebagian kecil air yang dielektrolisa sisa air cadangan berada di tangki reservoir. Air dari sel yang terbawa gas akan tersirkulasi dengan sendirinya dan bercampur dengan air dingin yang ada di

reservoir, sebaliknya air dingin dari reservoir masuk kedalam sel. Dengan cara ini

dry cell memiliki keuntungan dalam menjaga temperatur sel.

Gambar 1.1. Rangkaian Dry Cell

1.2 Tujuan Pengujian

1. Mengetahui proses pemisahan H2(gas) dan O2(gas) dari H2O (liquid)

(20)

2. Mengetahui pengaruh penambahan plat netral pada dry cell terhadap suhu dry cell dan produksi hidrogen dan oksigen.

3. Mengetahui pengaruh kuat arus (Ampere) terhadap suhu volume

hidrogen dan oksigen yang dihasilkan.

4. Mengetahui pengaruh dan reaksi KOH sebagai katalis terhadap suhu

dan laju produksi hidrogen dan oksigen.

5. Mengetahui besar energi yang dipakai dan energi yang terbuang.

6. Membuat alat untuk menghasilkan energi terbaru dengan biaya yang

Murah.

1.2.1 Batasan Masalah

1. Spesifikasi dry cell yang digunakan adalah hidrogen dry cell dengan spesifikasi; menggunakan 2 plat negatif, 1 plat positif, dengan

memvariasikan jumlah plat netral yaitu 4,6,8, dan 10 plat.

2. Bahan plat yang digunakan adalah stainles stell.

1.3 Metodologi Penulisan

Metodologi penulisan yang digunakan pada penulisan skripsi ini adalah

sebagai berikut :

a. Studi literatur, berupa studi kepustakaan, kajian dari buku-buku dan

tulisan-tulisan yang terkait.

b. Browsing internet, berupa studi artikel-artikel, gambar-gambar dan

buku elektronik (e-book) serta data-data lain yang berhubungan.

c. Metode studi lapangan, yaitu dengan mengambil data dari hasil

pengujian yang dilakukan di laboratorium fakultas teknik.

d. Diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang ditunjuk

oleh Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara

1.4. Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan tugas akhir ini akan disusun dalam lima bab, yaitu

(21)

studi kasus dan pemecahan masalah yang berisi antara lain : latar belakang, tujuan

penelitian, manfaat penelitian, batasan masalah dan sistematika penulisan dan diagram

alir pengujian. Kemudian bab II yaitu tinjauan pustaka yang berisi tentang dasar teori dari

topik yang dikaji dan digunakan sebagai landasan dalam memecahkan masalah dan

menganalisis permasalahan tersebut meliputi penjelasan mengenai dry cell. Kemudian

bab III metode penelitian berisi tentang beberapa tahapan persiapan sebelum pengujian,

prosedur pengujian. Kemuaian bab IV pengolahan data yakni berisi tentang pembahasan

dari data-data yang diperoleh yakni volume gas hasil elektrolisis air pada dry cell, suhu

yang dihasilkan pada dry cell dan tegangan dan arus yang dipakai pada dry cell, serta %

KOH yang digunakan. Kemudian bab V yang berisi tentang kesimpulan dari hasil analisa

dan saran untuk penyempurnaan hasil penelitian untuk penelitian berikutnya. Dan

(22)

Mulai

Penentuan tujuan

Studi literatur, buku refrensi,

Pengumpulan data, Bentuk Geometri, Dimensi, dan

Material Dry Cell

Variasi Jumlah Plat Netral Pada Dry Cell

Hasil

Kesimpulan

Selesai

(23)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Fuel cell

Sel bahan bakar (fuel cell) adalah sebuah alat yang mirip denga tetapi berbeda karena dia dirancang untuk dapat diisi terus reaktannya yang

terkonsumsi; yaitu dia memproduksi listrik dari penyediaan bahan bakar

internal dari baterai. Sebagai tambahan, elektrode dalam baterai bereaksi dan

berganti pada saat baterai diisi atau dibuang energinya, sedangkan elektrode sel

bahan bakar adalah katalitik dan relatif stabil[6].

Biasanya, aliran reaktan mengalir masuk dan produk dari reaktan mengalir

keluar. Sehingga operasi jangka panjang dapat terus menerus dilakukan selama

aliran tersebut dapat dijaga kelangsungannya.

Sel bahan bakar dianggap sangat menarik dalam aplikasi modern karena

efisiensi tinggi dan penggunaan bebas-emisi, berlawanan dengan bahan bakar

umum seperti

satunya

murni adala

hidrogen yang menggunakan banyak energi. Memproduksi hidrogen

membutuhkan "carrier" hidrogen (biasanya

dapat dijadikan alternatif), dan juga listrik, yang diproduksi oleh bahan bakar

konvensional. Meskipun sumber

dapat juga digunakan, namun sekarang ini mereka sangat mahal.

2.2 Jenis – Jenis Sel bahan bakar

Sel bahan bakar diklasifikasikan berdasarkan atas jenis dari elektrolit

(24)

dalam sel, jenis katalis yang diperlukan, batas temperatur dimana sel tersebut

bekerja, bahan bakar yang dibutuhkan, dan faktor – faktor lainnya. Adapun sel

bahan bakar hingga saat ini terbagi menjadi 7 klasifikasi utama antara lain :

1. Polymer Electrolyte Membrane (PEM)

2. Direct methanol

3. Alkaline

4. Phosporic acid

5. Molten carbonate

6. Solid oxide

7. Regenerative

Proton Exchange Membrane (PEM) lebih dikenal sebagai

PolymerElectrolyte Membranemenyalurkan berat jenis yang inggi dan menawarkan keuntungan pada berat dan volume yang rendah, dibandingkan

dengan sel bahan bakaryang lainnya. Sel bahan bakar PEM menggunakan polimer

solid sebagai elektrolit dan elektroda karbon yang mengandung katalis platinum.

PEM membutuhkan hanya hydrogen, oksigen dari udara, dan air untuk beroperasi

dan tidak memerlukan cairan korosif.

Gambar 2.1 Aliran hidrogen dan oksigen di dalam sel bahan bakar PEM Sumbe

(25)

pada sel bahan bakar. DMFC ini tidak mempunyai permasalahan tempat

penyimpanan seperti sel bahan bakar lain pada umumnya.

Alkaline fuel cell adalah salah satu dari teknologi sel bahan bakar yang dikembangkan, dan merupakan yang pertama digunakan secara luas untuk

program penghasil energi listik dan air pada pesawat luar angkasa oleh NASA. Sel

bahan bakar ini menggunakan potasium hidroksida dalam air sebagai elektrolit

dan dapat menggunakan beberapa jenis dari metal sebagaikatalis pada anoda dan

katoda.

Phosporic Acid Fuel Cell (PAFC) menggunakan cairan asam fosfor sebagai elektrolit dan elektroda besi karbon yang mengandung katalis platinum.

PAFC ini lebih dikenal sebagai generasi pertama dari sel bahan bakar modern.

PAFC lebih toleran terhadap ketidakmurnian dari pada bahan bakar yang telah

diubah menjadi hidrogen dari pada Sel bahan bakar PEM.

Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC) saat ini sedang dikembangkan untuk gas natural dan batubara untuk kegunaan elektrik, industri, dan aplikasi militer.

MCFC adalah sel bahan bakar yang bekerja pada temperatur tinggi yang

menggunakan elektrolit yang terdiri dari molten carbonate saltmixture, lithium aluminium oksida (LiAlO2) .

Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) menggunakan bahan keramik yang keras dan tidak mudah berkarat sebagai elektrolit. SOFC ini diharapkan dapat memiliki

efisiensi 50 – 60 % untuk mengubah bahan bakar menjadi listrik.

Regenerative Fuel Cell menghasilkan listrik dari hidrogen,oksigen, membangkitkan panas dan airsebagai bahan bakar, seperti sel bahan bakar

lainnya. Regenerative fuel cell juga dapat menggunakan elektrolisadari solar power atau sumber lainnyauntuk membagi kelebihan air menjadibahan bakar

hidrogen dan oksigen. Selbahan bakar jenis ini sedangdikembangkan oleh NASA

(26)

2.3 Polymer Exchanger Membrane Fuel Cell

Pada saat ini ada beberapa tipe sel bahan bakar yaitu proton exchanger membrane fuel cell (PEM), sel bahan bakar alkali, asam fosfat, karbonat cair dan oksida padat. PEM dan alkali bekerja pada suhu dibawah 2000C. Sehingga

disebut mesin dingin. Beberapa keuntungan sel bahan bakar apabila emisi gas

buang sangat mudah bahkan bisa dikatakan tidak ada yaitu, dapat dioperasikan

terus-menerus, mudah untuk dioperasikan, ringan dan mudah digabung menjadi

kesatuan dari beberapa sel tunggal untuk menghasilkan energi yang besar apabila

diperlukan. Sehingga sel bahan bakar dapat dibuat untuk keperluan

bermacam-macam alat serba guna.

Pada gambar dibawah ini diperlihatkan rangkaian alat sel bahan bakar

secara umum. Bagian-bagian sel bahan bakar terdiri dari, katalis berupa logan Pt

atau campuran Pt-Ru sebagai anode dan katode. Diantara anode dan katode

ditempatkan membran penukar ion. Fungsi membran adalah melewatkan ion H+.

Elektron keluar dari sel menuju ke rangkaian alat dan arus elektron dimanfaatkan

menjadi energi listrik. Kemudian elektron mengalir menuju sisi katode. Katalis di

sisi anode didukung oleh penyangga berupa lapisan hidrolik ( suka air) terbuat

dari karbon, sedangkan di sisi katode katalis didukung oleh lapisan penyangga

hidropobik ( tidak suka air) yang terbuat dari PTFE. Di sisi katode dimasukkan

oksigen dari udara. Oksigen akan bereaksi melalui pembentukan molekul antara (

intermediate) sebelum terbentuk ion O−2. Selanjutnya ion O−2 , elektron dan ion

H+ bereaksi membentuk molekul air ( H₂O). Reaksi di sisi anode dan sisi katode

dapat dinyatakan dengan persamaan setengah reaksi di bawah ini.

di sisi anode terjadi ionisasi molekul hidrogen menjadi ion H+ dan elelktron,

2H₂ ��⎯⎯⎯�4H+4e−

Di sisi katode terjadi reaksi pembentukan air,

(27)

Gambar 2.2 Reaksi Elektrolisis Air Pada PEM 2.4 Dry Cell

Dry cell merupakan sebuah alat yang menggunakan prinsip elektrolisis

untuk memecah ikatan air menjadi hidrogen dan oksigen sekaligus memisahkan

hidrogen dan oksigen tersebut agar tidak tercampur[8]. Elektrolisis air adalah

peristiwa penguraian senyawa air (H2O) menjadi oksigen (O2) dan hidrogen

gas (H2) dengan menggunakan arus listrik yang melalui air tersebut. Pada

katode, dua molekul air bereaksi dengan menangkap dua elektron, tereduksi

menjadi gas H2 dan ion hidroksida (��−). Sementara itu pada anode, dua

molekul air lain terurai menjadi gas oksigen (O2), melepaskan 4 ion

H+.serta mengalirkan elektron ke katode. Ion H+ dan OH mengalami

netralisasi sehingga terbentuk kembali beberapa molekul air. Reaksi

keseluruhan yang setara dari elektrolisis air dapat dituliskan sebagai berikut.

2�₂�(�)��⎯⎯⎯�2�₂(g) +�₂(g)

Gas hidrogen dan oksigen yang dihasilkan dari reaksi ini membentuk

(28)

dimanfaatkan untuk menghasilkan hidrogen dan hidrogen peroksida (H2O2) yang

dapat digunakan sebagai bahan bakar kendaraan hidrogen.

Gambar 2.3 Dry cell 2.4.1 Proses Elektrolisis Air

Dengan menyediakan energi dari baterai, Air (H2O) dapat dipisahkan ke

dalam molekuldiatomik hidrogen (H2) dan oksigen(O2).

Gambar 2.4 Proses Elektrolisis Air

Sumber : http://restukarmela.wordpress.com/2012/05/03/sel-elektrolisis/

Elektrolisis satu mol air menghasilkan satu mol gas hidrogen dan

setengahmol gas oksigen dalam bentuk diatomik. Sebuah analisis yang rinci dari

proses memanfaatkan potensi termodinamika dan hukum pertama termodinamika.

Proses ini berada di 298K dan satu tekanan atmosfer, dan nilai-nilai yang relevan

(29)

2.4.2 Metode Pemisahan Hidrogen dan Oksigen pada Dry Cell

Hal pertama yang harus diperhatikan agar hidrogen terpisah dengan

Oksigen yaitu memisahkan aliran air yang akan dielektrolisis menjadi dua bagian

aliran. Untuk membagi aliran air ini lobang pada gasketlah yang mnjadi inti

pembagiannya. Gasket dibuat seperti gambar 2.4 di bawah. Ketika disusun, aliran

dibagi menjadi aliran sisi kiri dan aliran sisi kanan, dimana aliran sisi kiri tidak

bersentuhan dengan aliran sisi kanan sehingga gas yang dihasilkan juga tidak

bercampur karna dialirkan pada sisi yang tetap.

Gambar 2.5 Bentuk Gasket Yang Dipakai

Sumber : http://hho4free.com/hydrogen_separator_cell.htm

Membran yang digunakan harus terbuat dari material yang tidak bersifat

ion carier (penangkap ion) karena gas yang dihasilkan memiliki muatan. Bahan yang bisa digunakan bermacam- macam, misalnya poliester atau nilon dan lain-

(30)

Gambar 2.6 Contoh Membran

Kemudian plat, membran dan gasket akan disusun seperti gambar 2.6

dibawah sehingga dapat dilihat aliran gas yang akan dihasilkan.

Gambar 2.7 Aliran Oksigen dan Hidrogen

(31)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat

3.1.1. Waktu

Waktu pelaksanaan penelitian ini sudah mulai dilaksanakan pada bulan

Desember 2013 dan direncanakan akan selesai pada Juni 2014 .

3.1.2.Tempat

Penelitian mengenai pengaruh penambahan plat netral terhadap

perbandingn volume hidrogen dan oksigen pada dry cell dilakasanakan dalam beberapa tahapan , yaitu seperti diuraikan pada Tabel 3.1.

Tabel 3.1. Lokasi dan aktivitas penelitian

No. Aktifitas LokasiPenelitian Keterangan

1. Persiapan lempengan plat dan gasket

Laboratorium Mekanika Teknik,Dept.

TeknikMesin, FT-USU. 2. Pembuatan dry cell

dengan 5-13 cell dan 3 stack, yaitu terdiri dari 2 plat negatif, 1 plat positif, dan 4-10 plat netral dengan dimensi plat 15 x 15 cm.

Laboratorium Mekanika Teknik,Dept.

TeknikMesin, FT-USU.

3. Ujipengaruh

penambahan plat netral dengan 4 plat netral.

Magister Teknik Mesin FT-USU. Lantai 4.

Menggunakan adaptor, gelas ukur, dan penghitung volume.

4 Ujipengaruh

penambahan plat netral dengan 6 plat netral .

5 Ujipengaruh

(32)

.6 Ujipengaruh

7 Analisa data/olah data. Software Ms. Excel.

3.2 Alat dan Bahan

3.2.1 Alat

Beberapa alat yang digunakan pada penelitian mengenai pengaruh

penambahan plat netral terhadap perbandingn volume hidrogen pada dry cell

antara lain:

a. Gerinda Tangan

Gerinda berfungsi untuk membuat plat / lempengan yang dipotong

menjadi ukuran yang sama, dan juga dapat digunakan sebagai penghalus

permukaan plat tersebut, gerinda tangan dipilah karena proses pemotongan

dengan gerinda tangan lebih cepat.

b. Mesin Bor

Mesin bor ini berfungsi untuk melubangi beberapa bagian permukaan plat

untuk dapat menyusun plat secara rapi, mesin yang digunakan dalam

pembuatan dry cell adalah mesin bor tangan karena plat yang digunakan melebar sehingga mudah untuk dipindah-pindahkan dalam proses drilling.

c. Tang

Tang berfungsi untuk menahan dan mengunci baut serta memotong plat

agar susunannya lebih rapi pada susunan plat nya.

d. Gunting

Gunting berfungsi untuk memotong gasket agar lebih rapi dan sesuai

untuk susunan platnya.

e. Tang pembolong

Tang ini berfungsi untuk melubangi gasket agar sesuai dengan lubang

(33)

f. Gelas ukur

Gelas ukur berfungsi untuk menghitung volume air yang masuk dan

volume hidrogen yang dihasilkan.

3.2.2. Bahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah bahan yang mudah

didapatkan dan yang harganya murah agar biaya yang digunakan untuk membuat

seluruh rangkaian dry cell tetap terjangkau mengingat penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan energi yang murah dan terjangkau. Beberapa bahan yang

digunakan yaitu :

a. Plat Stainless steel

Plat ini berfungsi sebagai pengantar arus dalam proses hidrolisis pada dry cell. Ukuran plat yang digunakan yaitu 15 x 15 cm dan tebal 0,5 mm.

Gambar 3.1. Plat Stainless steel

b. Plat Akrilik

Berfungsi sebagai end plate (plat akhir) pada dry cell. Tujuannya agar reaksi yang terjadi bisa dilihat langsung.

(34)

c. Selang dan tempat penampungan (botol)

Berfungsi sebagai saluran air dan tempat menyalurkan hidrogen dan

oksigen kedalam tabung penyimpanan.

d. Air murni

Air berfungsi sebagai fluida yang bergerak untuk proses elektrolisis

tersebut.

e. Baut penyangga

Berfungsi untuk sebagai penahan dan untuk merapikan plat seperti

gambar.

Gambar 3.3. Susunan plat dengan baut

f. Rubber Shet

Rubber shet berfungsi gasket untuk mencegah terjadinya korsleting pada plat yang disusun karena bersifat isolator dan sebagai ruang elektrolisis.

Gambar 3.4. Gasket g. Screen Nylon Monofilamen

Screen Nylon Monofilamen digunakan sebagai mesh membrane yang

berfungsi untuk memisahkan aliran air di dalam Dry Cell agar hidrogen

(35)

membran ini tidak menangkap ion. Ukuran Mesh Membrane yang

digunakan yaitu 15 X 15 cm.

Gambar 3.5. Screen Nylon Monofilamen 3.2.3 Alat Pendukung Peroses Pengujian

Alat yang dipakai dalam penelitian ini terdiri dari:

1. Mesin Las

Fungsi dari alat ini dalah sebagai adaptor yaitu alat penyedia arus searah yang

digunakan ketika proses elektrolisis berlangsung.

Gambar 3.6. Mesin Las

2. Thermocouple agilent

Berfungsi sebagai alat pendeteksi suhu pada setiap titik tertentu secara akurat

(36)

Gambar 3.7.Thermocouple agilent

3. Multi meter

Berfungsi sebagai pendeteksi arus dan voltase yang diberikan pada dry cell.

Gambar 3.8. Multi meter

4. Stop watch

(37)

Stop watch digunakan setiap 90 detik pada setiap variasi pengujian yang sudah disediakan.

3.2.4 Alat Pendukung Pada Proses PembuatanH2 dan O2 Wadah dan Alat Pendukung Penampungan Gas Hidrogen

Gambar 3.10. Wadah Penampungan Hidrogen

Gas hidrogen dan oksigen yang dihasilkan oleh tabung elektrolisis terlebih

dahulu ditampung dalam wadah yang terbuat dari wadah bekas air mineral ukuran

150 ml. Hal ini bertujuan agar ketika proses pengujian berlangsung, hidrogen

dapat segera digunakan tanpa harus menunggu proses elektrolisis itu sendiri yang

memakan waktu yang cukup lama. Selain itu wadah yang kita gunakan haruslah

wadah yang tahan terhadap tekanan 1 bar dan ukuran 150 ml.

Adapun bagian-bagian dari wadah penampungan itu adalah sebagai

berikut :

1. Botol mineral 150 ml

Botol yang digunakan sebagai wadah adalah botol mineral bekas dengan ukuran

150 ml dan tahan terhadap tekanan 1 bar.

2. Katup Udara

(38)

Fungsi dari katup udara inilah untuk memutus dan menyambungkan

wadah penampungan dengan tabung elektrolisis tanpa harus ada terbuangnya gas

ke udara.

3. Regulator

Gambar 3.12. Regulator

Regulator berfungsi untuk mengatur tekanan keluaran dry cell.

3.3. ProsedurPengujian

Berikut prosedur pengujian yang dilakukan .

Pengujian I:

a. Plat disiapkan pada pengujian pertama yaitu 4 plat netral. Dry cell disusun menggunakan 4 plat netral

b. Kabeltermocoupledidirekatkanpadabeberapatitikpada plat, sehinggasuhuelektrolisis plat dapatdiketahui.

c. Air dengan KOH 4%, 4,33% dan 4,66% disiapkan dalam masing masing tabung pengisi air.Penampung air dengan KOH 4% dihubungkan.

d. Tabung penampung gas hidrogen dan tabung penampung oksigen disiapkan dan dihubungkan pada gas out masing- masing pada dry cell

dan masing- masing penampung dihubungkan pada flow meter.

e. Data yang terabaca pada termocouple disimpan dan waktu pengujian dicatat.

f. Adaptor dihubungkan pada kutup masing- masing pada dry cell.

(39)

h. Saluran penampung air dengan KOH 4,33% dihubungkan dengan dry cell

dan ulangi ulangi prosedur g.

i. Saluran penampung air dengan KOH 4,66% dihubungkan dengan dry cell

dan ulangi ulangi prosedur g.

Pengujian II:

a. digunakan 6 plat netral dengan menambahkan 2 plat pada dry cell pada pengujian I.

c. Penampung air dengan KOH 4 % dihubungkan pada water inlet pada dry cell.

dan masing- masing penampung dihubungkan pada Flow meter.

e. Adaptor dinyalakan selama 90 detik kemudian hitung volume masing- masing gas yang dihasilkan pada masing-masing flow meter.

f. Saluran penampung air dengan KOH 4,33% dihubungkan dengan dry cell

dan ulangi ulangi prosedur e.

g. Saluran penampung air dengan KOH 4,66% dihubungkan dengan dry cell

Pengujian III:

a. digunakan 8 plat netral dengan menambahkan 2 plat pada dry cell pada pengujian I.

(40)

Pengujian IV:

a. Digunakan 10 plat netral dengan menambahkan 2 plat pada dry cell pada pengujian I.

b. Kabel termocouple didirekatkan pada bebera patitik pada plat, sehingga suhu elektrolisis plat dapat diketahui.

dan masing- masing penampung dihubungkan pada Flow meter.

(41)

3.4 Instalasi Pengujian

Gambar 3.13.Instalasi Pengujian

Sumber : http://hho4free.com/hydrogen_separator_cell.htm

Dari gambar di atas dapat dijelaskan, arus listrik dialirkan melalui adaptor,

kemudian air yang mengandung KOH mengalir masuk kedalam dry cell. Didalam

dry cell terjadi elektrolisis. Hasil elektrolisis berupa gas hidogen dan oksigen mengalir ke penampung masing-masing yang berisi air yang berfungsi

memastikan adanya gas yang dihasilkan. Dari tabung penampung gas, gas

(42)

BAB IV

PENGOLAHAN DATA

4.1 Hasil Pengujian

4.1.1. Besarnya Daya Yang Digunakan Pada Pengujian

Dalampenelitian ini kuat arus divariasikan untuk mengetahui besar

pengaruh kuat arus terhadap produksi H2 dan O2, sedangkan untuk voltasenya

tetap. Sehingga dalam setiap pengujian, daya yang digunakan

berbeda-beda.Besarnya daya dapat dihitung dengan persamaan berikut.

P = V x I

Dimana :

P = Daya yang digunakan mesin dry cell ( Watt ) V = Tegangan yang digunakan mesin dry cell ( Volt ) I = Kuatarus yang digunakan mesin dry cell ( Ampere )

Dalam penelitian ini, perhitungan daya akan dibagi menjadi beberapa

bagian, yaitu untuk kuat arus 20A, 22A, 24A, dan 26 A, dengan voltase 50 Volt

disetiap penambahan plat netral yang digunakan yaitu 4,6,8, dan 10 plat. Sehingga

daya yang digunakan pada setiap pengujian menjadi :

a. P = 50 V x 20 A

= 1000 Watt

b. P = 50 V x 22 A

= 1100 Watt

c. P = 50 V x 24 A

= 1200 Watt

d. P = 50 V x 26 A

(43)

4.2. Besarnya Konsentrasi Larutan KOH

Dalam pengujian ini, KOH bereaksi dengan air sehingga terbentuk larutan

KOH. Besarnya konsentrasi larutan KOH kemudian diukur dengan menggunakan

persamaan:

% Konsentrasi larutan = massa (g) KOH x 100/volume (ml) air.

Massa KOH yang digunakan adalah 60,65,70, gram kemudian dilarutkan

didalam air 1.500 ml, sehingga konsentrasi larutan KOH adalah:

A. % Konsentrasi larutan = 60 x 100/1.500.

Larutan KOH merupakan senyawa larutan kimia, dengan melarutkan KOH

kedalam air. Reaksi kimia yang terjadi pada larutan tersebut adalah sebagai

berikut :

2KOH + 2H2O ��⎯⎯⎯� K2 + 3H2 +2O2

Reaksi kimia tersebut menunjukkan jika 3 bagian KOH dilarutkan

kedalam 3 bagian air dan kemudian dielektrolisis, maka akan terjadi penguraian

senyawa yang terjadi, yaitu K2 yang berupa padatan akan tetap bertahan didalam

larutan. Sedangkan 3 bagian H2 dan 2 bagian O2 akan keluar menguap ke udara.

Gas hidrogen inilah yang kemudian ditampung dan dijadikan bahan bakar

alternatif masa depan.

4.3. Menghitung Besar Volume Hidrogen dan Oksigen

Hasil pengujian ini memperoleh volume hidrogen dan oksigen yang

dielektrolisis, volume gas hasil elektrolisis yang telah diketahui kemudian

diuraikan dan diperoleh volume gas hidrogen dan oksigen dengan persamaan

kimia : 2KOH + 2H2O ��

(44)

nilaidari; jumlah produksi gas, suhu, volume H2 dan volume O2. Data hasil

percobaannya dapat dilihat pada tabel berikut.

Tabel. 4.1. Data Pengujian Voltase: 50 V, 4 Plat Netral, dengan Tebal Gasket 1,5 mm

Dari tabel di atas dapat dilihat bahwa pada 4 sel netral, suhu yang

dihasilkan mencapai 57,42 °C. Sedangkan nilai produksi tertingginya 701,44 ml.

Tabel. 4.2. Data Pengujian Voltase: 50 V, 6 Plat Netral, dengan Tebal Gasket 1,5 mm

(45)

Tabel. 4.3. Data Pengujian Voltase: 50 V, 8 Plat Netral, dengan Tebal Gasket

dihasilkan mencapai 44,68 °C. Sedangkan nilai produksi tertingginya 759,83 ml.

Tabel. 4.4. Data Pengujian Voltase: 50 V, 10 Plat Netral, dengan Tebal Gasket 1,5 mm

dihasilkan mencapai 525,984 °C. Sedangkan nilai produksi tertingginya 876,64

(46)

Grafik data hasil percobaan antara jumlah plat netral dengan suhu pada KOH 4%,

4,33% dan 4,66%dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

Gambar 4.1. Grafik Hasil Percobaan suhu vs Kuat arus dengan KOH 4%

Gambar 4.2. Grafik Hasil Percobaan suhu vs Kuat arus dengan KOH 4,33%

(47)

Gambar 4.3. Grafik Hasil Percobaan suhu vs Kuat arus dengan KOH 4,66%

Dari beberapa grafik di atas dapat dilihat bahwa semakin tinggi arus dan

semakin banyak KOH pada air, maka suhu yang dihasilkan semakin tinggi.

Sedangkan semakin banyak plat netral yang digunakan semakin rendah suhu yang

ditimbulkan.

Grafik data hasil percobaan antara jumlah plat netral dengan produksi gas

pada KOH 4%, 4,33% dan 4,66% dapat dilihat pada gambar dibawah ini:

(48)

Gambar 4.5. Grafik Hasil Percobaan volume gas vs Kuat arus dengan KOH 4,33%

(49)

Dari grafik di atas, dapat dilihat semakin tinggi arus dan semakin banyak

plat netral dan KOH yang dipakai, maka gas yang dihasilkan semakin banyak

juga. Nilai produksi gas tertinggi dihasilkan pada KOH 4,66%, arus 26 Amper

dan 10 Plat netral yaitu 786,64 ml.Sedangkan grafik hasil produksi hidrogen dan

oksigenya dapat kita lihat pada gambar di bawah ini.

Gambar 4.7. Grafik Hasil Percobaan volume hidrogen vs Kuat arus dengan KOH 4 %

(50)

Gambar 4.9. Grafik Hasil Percobaan volume hidrogen vs Kuat arus dengan KOH 4,66%

(51)

Gambar 4.11. Grafik Hasil Percobaan volume oksigen vs Kuat arus dengan KOH 4 ,33%

(52)

4.4. Menghitung Laju Produksi Gas H2 dan O2

Hasil pengujian ini menghasilkan volume hidrogen dari proses elektrolisis.

Pada proses elektrolisis diperoleh waktu untuk memproduksi gas hidrogen dan

pada proses nya terdapat laju aliran produksi gas hidrogen. Laju aliran produksi

dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan:

ṁ = �

Dari persamaan di atas didapatkan tabel data debit produksi dan laju

produksi hidrogendan oksigen sebagai berikut :

Tabel. 4.5. Data Pengujian, debit hidrogenQ H2 (m3/s) dan laju produksi hidrogen ṁ H2 (kg/s) pada 4 Plat Netral 20 653,12 391,872 4,35413E-06 4,84331E-05

20 662,61 397,566 4,4174E-06 4,91368E-05

20 673,24 403,944 4,48827E-06 4,99251E-05

22 660,21 396,126 4,4014E-06 4,89588E-05

22 671,82 403,092 4,4788E-06 4,98198E-05

22 683,42 410,052 4,55613E-06 5,068E-05

24 668,97 401,382 4,4598E-06 4,96085E-05

24 679,08 407,448 4,5272E-06 5,03582E-05

24 691,17 414,702 4,6078E-06 5,12547E-05

(53)

Tabel. 4.6. Data Pengujian, debit hidrogenQ H2 (m3/s) dan laju produksi hidrogen ṁ H2 (kg/s) pada 6 Plat Netral

6 PLAT

Kuat arus produksi Vol H2 Q H2 (m3/s) ṁ H2 (kg/s)

20 _662,26 _397,356 _4,41507E-06 _4,91109E-05

20 _674,56 _404,736 _4,49707E-06 _5,0023E-05

20 _687,09 _412,254 _4,5806E-06 _5,09522E-05

22 _677,92 _406,752 _4,51947E-06 _5,02722E-05

22 _689,57 _413,742 _4,59713E-06 _5,11361E-05

22 _703,64 _422,184 _4,69093E-06 _5,21795E-05

24 _692,72 _415,632 _4,61813E-06 _5,13697E-05

24 _704,96 _422,976 _4,69973E-06 _5,22773E-05

24 _717,12 _430,272 _4,7808E-06 _5,31791E-05

26 _707,15 _424,29 _4,71433E-06 _5,24397E-05

26 _719,21 _431,526 _4,79473E-06 _5,33341E-05

26 _723,06 _433,836 _4,8204E-06 _5,36196E-05

8 PLAT

Kuat arus produksi Vol H2 Q H2 (m3/s) ṁ H2 (kg/s) 20 _670,31 _402,186 _4,46873E-06 _4,97078E-05

20 _683,03 _409,818 _4,55353E-06 _5,06511E-05

20 _698,51 _419,106 _4,65673E-06 _5,1799E-05

22 _690,07 _414,042 _4,60047E-06 _5,11732E-05

22 _703,22 _421,932 _4,68813E-06 _5,21483E-05

22 _719,47 _431,682 _4,79647E-06 _5,33534E-05

24 _711,12 _426,672 _4,7408E-06 _5,27341E-05

24 _724,59 _434,754 _4,8306E-06 _5,3733E-05

24 _739,82 _443,892 _4,93213E-06 _5,48624E-05

26 _731,71 _439,026 _4,87807E-06 _5,4261E-05

(54)

10 PLAT

Kuat arus produksi Vol H2 Q H2 (m3/s) ṁ H2 (kg/s)

20 _682,42 _409,452 _4,54947E-06 _5,06059E-05

20 _796,94 _478,164 _5,31293E-06 _5,90983E-05

20 _812,72 _487,632 _5,41813E-06 _6,02684E-05

22 _810,21 _486,126 _5,4014E-06 _6,00823E-05

22 _824,48 _494,688 _5,49653E-06 _6,11405E-05

22 _830,39 _498,234 _5,53593E-06 _6,15788E-05

24 _828,72 _497,232 _5,5248E-06 _6,14549E-05

24 _832,15 _499,29 _5,54767E-06 _6,17093E-05

24 _848,87 _509,322 _5,65913E-06 _6,29492E-05

26 _846,72 _508,032 _5,6448E-06 _6,27898E-05

26 _860,35 _516,21 _5,73567E-06 _6,38005E-05

26 _876,64 _525,984 _5,84427E-06 _6,50085E-05

Tabel. 4.9. Data Pengujian, debit oksigenQ O2 (m3/s) dan laju produksi oksigenṁ O2 (kg/s) pada 4 Plat Netral

20 _653,12 261,248 2,90276E-06 2,18088E-06

20 _662,61 265,044 2,94493E-06 2,21257E-06

20 _673,24 269,296 2,99218E-06 2,24807E-06

22 _660,21 264,084 2,93427E-06 2,20456E-06

22 _671,82 268,728 2,98587E-06 2,24333E-06

22 _683,42 273,368 3,03742E-06 2,28206E-06

24 _668,97 267,588 2,9732E-06 2,23381E-06

24 _679,08 271,632 3,01813E-06 2,26757E-06

24 _691,17 276,468 3,07187E-06 2,30794E-06

26 _677,83 271,132 3,01258E-06 2,26339E-06

26 _688,21 275,284 3,05871E-06 2,29805E-06

(55)

6 PLAT

Kuat arus produksi Vol 02 Q O2 (m3/s) ṁ O2 (kg/s)

20 _662,26 _264,904 _2,94338E-06 _2,2114E-06

20 _674,56 _269,824 _2,99804E-06 _2,25248E-06

20 _687,09 _274,836 _3,05373E-06 _2,29432E-06

22 _677,92 _271,168 _3,01298E-06 _2,26369E-06

22 _689,57 _275,828 _3,06476E-06 _2,3026E-06

22 _703,64 _281,456 _3,12729E-06 _2,34958E-06

24 _692,72 _277,088 _3,07876E-06 _2,31311E-06

24 _704,96 _281,984 _3,13316E-06 _2,35399E-06

24 _717,12 _286,848 _3,1872E-06 _2,39459E-06

26 _707,15 _282,86 _3,14289E-06 _2,3613E-06

26 _719,21 _287,684 _3,19649E-06 _2,40157E-06

26 _723,06 _289,224 _3,2136E-06 _2,41443E-06

8 PLAT

20 _670,31 _268,124 _2,97916E-06 _2,23828E-06

20 _683,03 _273,212 _3,03569E-06 _2,28076E-06

20 _698,51 _279,404 _3,10449E-06 _2,33245E-06

22 _690,07 _276,028 _3,06698E-06 _2,30427E-06

22 _703,22 _281,288 _3,12542E-06 _2,34818E-06

22 _719,47 _287,788 _3,19764E-06 _2,40244E-06

24 _711,12 _284,448 _3,16053E-06 _2,37456E-06

24 _724,59 _289,836 _3,2204E-06 _2,41953E-06

24 _739,82 _295,928 _3,28809E-06 _2,47039E-06

26 _731,71 292,684 3,25204E-06 2,44331E-06

(56)

10 PLAT

20 _682,42 _272,968 _3,03298E-06 _2,27872E-06

20 _796,94 _318,776 _3,54196E-06 _2,66112E-06

20 _812,72 _325,088 _3,61209E-06 _2,71382E-06

22 _810,21 _324,084 _3,60093E-06 _2,70543E-06

22 _824,48 _329,792 _3,66436E-06 _2,75308E-06

22 _830,39 _332,156 _3,69062E-06 _2,77282E-06

24 _828,72 _331,488 _3,6832E-06 _2,76724E-06

24 _832,15 _332,86 _3,69844E-06 _2,7787E-06

24 _848,87 _339,548 _3,77276E-06 _2,83453E-06

26 _846,72 _338,688 _3,7632E-06 _2,82735E-06

26 _860,35 _344,14 _3,82378E-06 _2,87286E-06

26 _876,64 _350,656 _3,89618E-06 _2,92726E-06

Dari hasil percobaan di atas dapat dilihat bahwa semakin banyak plat

netral yang digunakan debit dan laju produksi hidrogen dan oksigennya semakin

tinggi. Dapat dilihat laju produksi tertinggi hidrogen pada 10 plat netral yaitu

6,50085 × 10−5kg/s. Sedangkan laju produksi tertinggi oksigen terjadi pada 10

plat netral yaitu 2,92726 × 10−5kg/s.

Analisa:

1. Besarnya laju produktifitas hidrogen dan oksigen meningkat seiring

penambahan plat netral. Semakin banyak plat netral, semakin luas area

elektrolisis, sehingga gas yang dihasilkan semakin banyak.

2. Besarnya laju produktifitas hidrogen dan oksigen sangat dipengaruhi besar

kecilnya kuat arus dan konsentrasi KOH, semakin besar kuat arus dan

konsentrasi KOH maka waktu laju produktifitas semakin cepat, begitu

(57)

4.5. Besar Energi Yang Digunakan

Pengujian pengaruh penambahan plat netral terhadap produktifitas gas

hidrogen dan oksigen membutuhkan energi untuk mengelektrolisis air.

Perhitungan energi akan dibagi menjadi beberapa bagian, karena penambahan plat

netral terhadap waktu produksi, laju produksi dan suhu. Voltase yang dipakai pada

setiap penambahan plat, yaitu 50 V sedangkan arus yang dipakai bervariasi, yaitu

20, 22, 24, 26 ampere. Waktu yang digunakan tetap pada setiap pengujian yaitu 90

detik. Maka besar energi yang digunakan dapat dihitung dengan persamaan

berikut:

E=V.I.t

Dimana

E= energi yang digunakan (watt hour)

V= voltase (Volt)

I = Arus (Ampere)

t = waktu (hour) ; (90 s /3600 s =0,025 hour)

1. E= V.I.t = 50 x 20 x 0,025

= 25 watt hour

2. E= V.I.t = 50 x 22 x 0,025

= 27,5 watt hour

3. E= V.I.t = 50 x 24 x 0,025

= 30 watt hour

4. E= V.I.t = 50 x 26 x 0,025

(58)

4.6. Energi Yang Terbuang

Setelah mengetahui besar energi yangdigunakan dalam proses elektrolisis,

kita dapat mengetahui besar energi terbuang menggunakan persamaan berikut ;

E = V x I x t

E = Energi yang digunakan dalam mesin drycell (Watt-hours). V = Tegangan yang digunakanmesin drycell (Volt).

I = Kuatarus yang digunakanmesin drycell (Ampere).

t = Waktu yang dibutuhkan untuk proses elektrolisis (hours).

ΔT = Perubahan Temperatur (C). Tf = Tempertur Akhir (C).

TS = Temperatur Awal (25 oC ).

Vf = Volume air (cm3).

HLost = Energi Terbuang (kalori).

%Lost = Persentase energi yang terbuang.

Sehingga didapatkan data dari tabel berikut ;

Tabel. 4.13. Data PengujianEnergi TerbuangHLost (kalori) dan %Lost

(59)

Persentase energi yang terbuang pada 6 Plat Netral

Kuat

(60)

Kuat

NB: Tanda minus (-) menunjukkan energi yang terbuang

Analisa:

1. Besarnya energi yang digunakan semakin meningkat jika kuat arus

semakin meningkat.

2. Semakin banyak plat netral yang digunakan dan semakin tinggi

(61)

Berikut beberapa grafik yang menunjukkan perubahan suhu pada arus

yang tetap;

Gambar 4.13 Grafik Suhu Vs Jumlah Plat Netral pada arus 20 Amper

(62)

Gambar 4.15 Grafik Suhu Vs Jumlah Plat Netral pada arus 24 Amper

Gambar 4.16 Grafik Suhu Vs Jumlah Plat Netral pada arus 26 Amper Dari beberapa grafik di atas dapat dilihat bahwa semakin tinggi arus dan

semakin banyak KOH pada air, maka suhu yang dihasilkan semakin tinggi.

Sedangkan semakin banyak plat netral yang digunakan semakin rendah suhu yang

ditimbulkan, hal ini terjadi karena plat pada dry cell merupakan hambatan, semakin besar hambatan maka semakin rendah suhu yang ditimbulkan.

(63)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berikut kesimpulan yang dapat diambil dari hasil penelitian ini yaitu:

1. Pengaruh penambahan plat netral pada Dry Cell terhadap produksi hidrogen dan oksigen yaitu terjadinya peningkatan nilai produksi disetiap

penambahan plat netral. Dimana dari hasil tabel menunjukkan nilai

produksi paling tinggi yaitu berada pada penambahan 10 plat. Nilai

produksi hidrogen tertinggi yaitu 525,984ml dan nilai produksi tertinggi

oksigen yaitu 350,656 ml.

2. Penambahan plat netral pada Dry Cell juga berpengaruh pada suhu. Dapat dilihat pada tabel dan grafik, nilai suhu semakin menurun di setiap

penambahan plat. Dimana suhu tertinggi terjadi pada 4 plat netral yaitu

57,42°C dan suhu terendah terjadi pada 10 plat netral yaitu 42,94 °C.

3. Pengaruh kuat arus (Ampere) terhadap suhu yaitu, semakin tinggi arus,

semakin tinggi suhu yang di hasilkan. Dari data yang dihasilkan, suhu

tertinggi terjadi pada arus 26A di setiap penambahan plat netral

4. Kuat arus juga berpengaruh pada nilai produksi, yaitu semakin besar arus,

semakin tinggi nilai produksinya.

5. Penambahan KOH sebagai katalis berpengaruh pada suhu. Disetiap

penambahan %KOH pada setiap pengujian, menunjukkan peningkatan

suhu.

6. Penambahan KOH juga berpengaruh pada nilai produksi, nilai produksi

(64)

5.2 Saran

Berikut saran yang berguna dari pengujian ini ;

1. Melengkapi alat ukur pada saat pengujian untuk memperoleh hasil

pengujianyang lebih baik.

2. Menjaga setiap sudut dry cell terhadap kebocoran agar hasil yang diperoleh lebih baik.

3. Menjaga selang hidrogen dan oksigen jauh dari api pada saat pengujian

karna dapat menimbulkan ledakan.

4. Memilih pipa yang tidak bereaksi dengan oksigen maupun hidrogen agar

(65)

DAFTAR PUSTAKA

[1] Emoto, M. 2006. The True Power Of Water. MQ Publishing: Bandung.

[2] Gunawan Erri. 2001. Tinjauan Produksi Gas Hidrogen dari 4 Jenis Elektroda

Stainless Steel. Surabaya: Jurusan Teknik Mesin-Institut Teknologi Sepuluh

Nopember.

[3] Jun, W. 2008. Mengubah Air Menjadi Bensin. Pustaka Radja: Yogyakarta.

[4] Wiryawan, Dody. 2013. Pengaruh Variasi Arus Listrik Terhadap Produksi

Brown’s Gas Pada Elektroliser. Malang:UB.

[5

[6

[7] http//:www.hho4free.com

[8] http//:www.gas-hho.blogspot.com

[9