Pengaruh Penambahan Tebal Gasket Pada Proses Elektrolisis DryCell Terhadap Produktifitas Hidrogen Dengan Pengaturan Arus Dan Larutan KOH

(1)

PENGARUH PENAMBAHAN KETEBALAN GASKET PADA

PROSES ELEKTROLISIS

DRY CELL

TERHADAP

PRODUKTIFITAS HIDROGEN DENGAN PENGATURAN

KUAT ARUS

DAN LARUTAN KOH

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

UMRI NAHDI SIREGAR

NIM : 090401041

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

ABSTRAK

Manusia dihadapkan pada situasi menipisnya cadangan sumber energi fosil dan meningkatnya kerusakan lingkungan akibat penggunaan energi fosil. Melihat kondisi tersebut teknologi fuel cell (sel bahan bakar) merupakan teknologi yang tepat untuk mengurangi ketergantungan terhadap sumber energi fosil. Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui pengaruh penambahan ketebalan gasket terhadap produksi hidrogen pada dry celldan membuktikan mesin drycell sebagai alat untuk memproduksi hydrogen. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah elektrolisis kering (dry cell), yaitu mengubah ikatan air (H2O) untuk

menghasilkan hidrogen murni dengan memvariasikan ketebalan gasket pada

drycell untuk memperoleh produktifitas hidrogen yang lebih tinggi dan usia mesin

drycell. Hasil penelitian diperoleh waktu produksi tertinggi didapatkan pada pengujian tebal gasket 1,5 mm dengan konsentrasi KOH 4,66% serta kuat arus 26 Ampere yang mencapai 68 detik, laju produktifitas 4,9085 x 10-5_{kg/s dengan}

temperatur 44,42 O_{C dan waktu produktifitas minimum yang dihasilkan pada}

pengujian KOH 4% dengan tebal gasket 6 mm dengan kuat arus 20A yang mencapai 132 detik dengan suhu 38,97 oC serta laju produktifitas 2,528 x 10-5 kg/s. Kesimpulan yang diperoleh bahwa waktu produksi dan laju aliran yang dihasilkan semakin menurun jika ketebalan gasket semakin bertambah dan suhu yang dihasilkan semakin menurun serta energi yang dibutuhkan semakin besar, begitu juga sebaliknya

(3)

ABSTRACK

Human beings are faced with a situation depleted reserve a source of fossil

energy and the increased environmental damage due to use fossil energy. Seeing

this condition fuel cell technology is proper to reduce dependence on fossil energy

sources. The aim of this research is to find out the influence of the addition of the

thickness of a gasket against the production of hydrogen at dry cell and prove

machine drycell as an instrument for producing hydrogen. Methods used in this

research is the electrolysis of dry (dry cells), change water (H2O) to produce

hydrogen pure with varying thickness gaskets on drycell to obtain higher

productivity hydrogen and the machine drycell. Research results obtained time

the production of highest obtained in testing thick gaskets 1.5 mm by

concentration of the KOH 4,66 % and a strong current 26 ampères which reaches

68 second, the rate productivity 4,9085 x 10-5 _{kg/s with temperature 44,42}O_{C and}

time productivity minimum produced at testing KOH 4 % with thick gaskets 6 mm

and strong current of 20 ampere reaching 132 seconds with temperature 38,97

O_{C rate and productivity 2,528 x 10}-5_{kg./s. Conclusion obtained that time}

production and rate flow resulting decreasing if thickness gaskets are increasing

and of temperature produced by the declining and energy required get bigger, so

is otherwise

Keywords: fuel cell, dry cells, hidrogyen, the thickness of a gasket, the

(4)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur saya ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat, kasih, 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 Tebal Gasket Pada Proses Elektrolisis DryCell

Terhadap Produktifitas Hidrogen Dengan Pengaturan Arus Dan Larutan

KOH”.

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. Kedua Orang Tua Saya M. Siregar dan A. Dalimunthe yang mendoakan dan

mendukung penulis dalam pengerjaan Skripsi ini

2. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.

3. Bapak Ir. Mulfi Hazwi, M.Sc. dan Bapak Dr. Eng. Ir. Indra, MT sebagai dosen Pembanding saya yang membantu saya menyempurnakan tugas akhir ini.

4. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin USU. 5. Saudaraku yang tercinta, Abang saya Irfan Alam Siregar, adik saya Fahrijal

(5)

6. Seluruh teman-teman penulis, baik teman satu angkatan 2009 juga teman- teman yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu yang telah menemani dan memberikan masukan serta semangat kepada penulis

7. Teman-teman Kepengurusan IMM FT- USU Periode 2012-2013 yang sama-sama berjuang melaksanakan proyek kerja di IMM FT USU yang memberikan motivasi dalam penyelesaian skripsi ini.

8. Rekan-rekan asisten stambuk 2009 di Laboratorium Mekanika Teknik, Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik , USU.

9. Teman-Teman Dekat saya, Abangda Irvan Aspidar, Abangda Zulfitri Sipahutar, Wahid Habib Sihaloho, Imam Syaifullah, M.Rizky Agustama, Rizki Nuddin Nst, Fajar Kesuma, Fahmi Anshari, Ilham Aulia, Rinaldi Simanjuntak, adik-adik Mahasiswa Teknik Mesin FT-USU yang mendorong, memotivasi dan mendoakan penulis dalam penyelesaian Skripsi ini.

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, September 2014 Penulis

(6)

DAFTAR ISI

1.3 Tujuan Penelitian ... 2

1.3.1 Tujuan Umum ... 2

1.3.2 Tujuan Khusus ... 3

1.4 Manfaat Penelitian ... 3

1.5 Batasan Masalah ... 3

1.6 Metedologi Penelitian ... 4

1.7 Sistematika Penulisan ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Hidrogen ... 7

2.2 Ikatan Hidrogen ... 10

2.3 Hidrogen Sebagai Bahan Bakar ... 10

2.4 Proses Elektrolisis Air ... 12

2.4.1 Potensial Standar Reduksi ... 14

2.4.2 Energi Dalam Proses Elektrolisis ... 15

2.5 Jenis-Jenis Elektroliser ... 17

2.6 Gasket Pada Drycell ... 18

2.7 Metode Pemisahan Hidrogen dan Oksigen Dry Cell ... 19

(7)

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat ... 23

3.1.1 Waktu ... 23

3.1.2 Tempat... 23

3.2 Alat dan Bahan ... 24

3.3 Metode Pengumpulan data ... 26

3.4 Metode Pengolahan data ... 26

3.5 Pengamatan dan Tahap Pengujian ... 26

3.6 Prosedur Pengujian Mesin Drycell ... 27

3.7 Konstruksi Alat Penelitian ... 30

BAB IV HASIL DAN ANALISA DATA 4.1 Menghitung Konsentrasi Larutan KOH ... 31

4.2 Menghitung Besar Volume Hidrogen Dan Okigen ... 32

4.3 Menghitung Laju Produksi Gas Hidrogen ... 43

4.4 Menghitung Energi Yang Digunakan dan Energi Yang Terbuang ... 58

4.4.1 Besar Energi Yang Digunakan ... 58

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 65

5.2 Saran ... 66

(8)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Diagram Alir Penelitian... 6

Gambar 2.1 Unsur Hidrogen ... 7

Gambar 2.2 Proses Elektrolisis Air ... 12

Gambar 2.3 Elektroliser Tipe Basah (Wet cell)... 17

Gambar 2.4 Elektroliser Tipe Kering (Dry cell) ... 18

Gambar 2.5 Gasket Yang Digunakan Pada Drycell ... 18

Gambar 2.6 Membrane Screen Nylon Monofilamen ... 19

Gambar 2.7 Bentuk gasket yang dipakai ... 19

Gambar 2.8 Membran yang Digunakan ... 20

Gambar 2.9 Aliran Oksigen dan Hidrogen... 20

Gambar 2.10 Skema Jenis Bahan Bakar ... 22

Gambar 3.1 Plat Stainless Steel... 25

Gambar 3.2 Gasket ... 25

Gambar 3.3 Plat Akrilik ... 25

Gambar 3.4 Membran screen nylon monofilamen ... 26

Gambar 3.5 Instalasi Penelitian ... 30

Gambar 4.1 Grafik Waktu Vs Kuat Arus pada konsentrasi KOH 4% ... 34

Gambar 4.2 Grafik Suhu Vs Kuat Arus Pada Konsentrasi KOH 4% ... 35

Gambar 4.3 Grafik Waktu Vs Kuat Arus pada konsentrasi KOH 4,33% .... 37

Gambar 4.4 Grafik Suhu Vs Kuat Arus Pada Konsentrasi KOH 4,33% ... 38

Gambar 4.5 Grafik Waktu Vs Kuat Arus pada konsentrasi KOH 4,66% .... 40

Gambar 4.6 Grafik Suhu Vs Kuat Arus Pada Konsentrasi KOH 4,66% ... 41

Gambar 4.7 Grafik Waktu Vs Tebal Gasket Pada Kuat Arus 20 A ... 42

Gambar 4.8 Grafik Suhu Vs Tebal Gasket Pada Kuat Arus 20 A ... 42

Gambar 4.9 Grafik Laju Produktifitas Hidrogen Vs Kuat Arus Pada Konsentrasi KOH 4% ... 47

Gambar 4.10 Grafik Laju Produktifitas Hidrogen Vs Kuat Arus Pada Konsentrasi KOH 4,33% ... 52

(9)

Gambar 4.12 Grafik Laju Produktifitas Hidrogen Vs Tebal Gasket

Pada Kuat Arus 20 A ... 57 Gambar 4.13 Grafik Energi yang digunakan Vs Kuat Arus

Pada KOH 4% ... 60 Gambar 4.14 Grafik Energi yang digunakan Vs Kuat Arus

Pada KOH 4,33% ... 62 Gambar 4.15 Grafik Energi yang digunakan Vs Kuat Arus

Pada KOH 4,66% ... 64 Gambar 4.15 Grafik Energi yang digunakan Vs Tebal Gasket

(10)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Sifat Fisika Hidrogen... 8

Tabel 2.2 Perbandingan Nilai Kalor ... 10

Tabel 2.3 Karakteristik KOH ... 13

Tabel 2.4 Nilai Potensial Lebih Beberapa Zat... 15

Tabel 3.1 Lokasi dan Aktivitas Penelitian ... 23

Tabel 4.1 Hasil Pengujian Dengan Tebal Gasket 1,5 mm Dengan Konsentrasi KOH 4% ... 32

Tabel 4.2 Hasil Pengujian Dengan Tebal Gasket 3 mm Dengan Konsentrasi KOH 4% ... 33

Tabel 4.3 Hasil Pengujian Dengan Tebal Gasket 4,5 mm Dengan Konsentrasi KOH 4% ... 33

Tabel 4.4 Hasil Pengujian Dengan Tebal Gasket 6 mm Dengan Konsentrasi KOH 4% ... 34

Tabel 4.5 Hasil Pengujian Dengan Tebal Gasket 1,5 mm Dengan Konsentrasi KOH 4,33% ... 35

Tabel 4.6 Hasil Pengujian Dengan Tebal Gasket 3 mm Dengan Konsentrasi KOH 4,33% ... 36

(11)

Tabel 4.13 Hasil Perhitungan Laju Produktifias Hidrogen Dengan Tebal Gasket 1,5 mm dan Konsentrasi KOH 4% ... 44 Tabel 4.14 Hasil Perhitungan Laju Produktifias Hidrogen Dengan Tebal

Gasket 3 mm dan Konsentrasi KOH 4% ... 45 Tabel 4.15 Hasil Perhitungan Laju Produktifias Hidrogen Dengan Tebal

Gasket 4,5 mm dan Konsentrasi KOH 4% ... 46 Tabel 4.16 Hasil Perhitungan Laju Produktifias Hidrogen Dengan Tebal

Gasket 6 mm dan Konsentrasi KOH 4% ... 47 Tabel 4.17 Hasil Perhitungan Laju Produktifias Hidrogen Dengan Tebal

Gasket 1,5 mm dan Konsentrasi KOH 4,33% ... 48 Tabel 4.18 Hasil Perhitungan Laju Produktifias Hidrogen Dengan Tebal

Gasket 3 mm dan Konsentrasi KOH 4,33% ... 49 Tabel 4.19 Hasil Perhitungan Laju Produktifias Hidrogen Dengan Tebal

Gasket 6 mm dan Konsentrasi KOH 4,66% ... 56 Tabel 4.25 Hasil Perhitungan Energi Yang Digunakan, Energi

Yang Hilang Dan Persentase Energi Yang Terbuang

(12)

Tabel 4.27 Hasil Perhitungan Energi Yang Digunakan, Energi Yang Hilang Dan Persentase Energi Yang Terbuang

(13)

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