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

3.2.3 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)

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