PENGARUH VARIASI JENIS AIR (AIR SUMUR DAN AIR PDAM) TERHADAP GAS HIDROGEN HASIL ELEKTROLISIS UNTUK PENGHEMATAN BAHAN BAKAR PADA MOTOR BENSIN
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar 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.
Banyaknya pengguna sepeda motor membuat pemakaian bahan bakar
minyak (BBM) menjadi lebih banyak dan cepat habis. Ketergantungan indonesia
pada energi fosil membuat produksi minyak bumi dalam negeri menurun drastis
sejak tahun 2001 silam. Keadaan ini didorong oleh kebutuhan yang terus naik dan
tumbuhnya sektor industri di Indonesia. Kepala Badan Geologi Kementrian
ESDM, Surono mengatakan bahwa ketergantungan energi fosil masih didominasi
oleh kebutuhan minyak yang mencapai 41,8 persen, disusul batu bara 29 persen
dan gas 23 persen. Kebutuhan ini untuk memenuhi sektor industri yang
mendominasi sebesar 37 persen menggunaanenergi fosil di Indonesia. Dengan
semakin menipisnya cadangan bahan bakar minyak, sudah seharusnya
1
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.
Reaksi – reaksi elektrolisis bergantung pada potensial elektroda,
konsentrasi, dan over potensial dari spesi yang terdapat dalam sel elektrolisis.
Pada sel elektrolisis katoda bermuatan negatif, sedangkan anoda bermuatan
positif. Kemudian kation direduksi di katoda sedangkan anion diosidasi di anoda.
Proses elektrolisis dimulai dengan masuknya elektron dari arus listrik searah ke
dalam larutan melalui kutub negatif. Spesi tertentu atau ion yang bermuatan
positif akan menyerap elektron dan mengalami reaksi reduksi di katoda. Spesi
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.
Berdasarkan uraian diatas maka akan dianalisis pengaruh variasi jenis air
terhadap gas hidrogen hasil elektrolisis untuk penghematan bahan bakar pada
motor bakar bensin.
4
1.2 Rumusan 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 ?
1.3 Tujuan 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.
1.4 Batasan 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.
1.5 Manfaat
1. Sebagai alternatif solusi untuk memanfaatkan sumber daya alam khususnya
air.
2. Sebagai alternatif solusi untuk penghematan pemakai bahan bakar pada
sepeda motor.
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
i
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) Teknik
Mesin 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.
iii
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.
ix
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
x
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
1.1 Latar Belakang .................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah ................................................................................ 4
1.3 Tujuan Penelitian ................................................................................. 4
1.4 Batasan Masalah................................................................................... 4
1.5 Manfaat Penelitian .............................................................................. 4
II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Bahan Bakar ......................................................................................... 5
2.1.1 Karakteristik Bahan Bakar .......................................................... 6
2.1.2 Premium ...................................................................................... 8
2.2 Elektrolisis .......................................................................................... 10
2.2.1 Komponen Elektrolisis ............................................................... 12
xi
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
xii
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
xii
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
xiv
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
xv
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
xvi
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
(http://www.migas-indonesia.com/2012/09/nilai-oktan.html)
2015
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
Suyatno, Aris Purwadi, Henang Widyanto dan Kuncoro PR, 2000, Kimia
(untuk SMA/MA kelas XII), Jakarta : Grasindo
PENDAHULUAN
1.1 Latar 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.
Banyaknya pengguna sepeda motor membuat pemakaian bahan bakar
minyak (BBM) menjadi lebih banyak dan cepat habis. Ketergantungan indonesia
pada energi fosil membuat produksi minyak bumi dalam negeri menurun drastis
sejak tahun 2001 silam. Keadaan ini didorong oleh kebutuhan yang terus naik dan
tumbuhnya sektor industri di Indonesia. Kepala Badan Geologi Kementrian
ESDM, Surono mengatakan bahwa ketergantungan energi fosil masih didominasi
oleh kebutuhan minyak yang mencapai 41,8 persen, disusul batu bara 29 persen
dan gas 23 persen. Kebutuhan ini untuk memenuhi sektor industri yang
mendominasi sebesar 37 persen menggunaanenergi fosil di Indonesia. Dengan
semakin menipisnya cadangan bahan bakar minyak, sudah seharusnya
1
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.
Reaksi – reaksi elektrolisis bergantung pada potensial elektroda,
konsentrasi, dan over potensial dari spesi yang terdapat dalam sel elektrolisis.
Pada sel elektrolisis katoda bermuatan negatif, sedangkan anoda bermuatan
positif. Kemudian kation direduksi di katoda sedangkan anion diosidasi di anoda.
Proses elektrolisis dimulai dengan masuknya elektron dari arus listrik searah ke
dalam larutan melalui kutub negatif. Spesi tertentu atau ion yang bermuatan
positif akan menyerap elektron dan mengalami reaksi reduksi di katoda. Spesi
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.
Berdasarkan uraian diatas maka akan dianalisis pengaruh variasi jenis air
terhadap gas hidrogen hasil elektrolisis untuk penghematan bahan bakar pada
motor bakar bensin.
4
1.2 Rumusan 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 ?
1.3 Tujuan 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.
1.4 Batasan 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.
1.5 Manfaat
1. Sebagai alternatif solusi untuk memanfaatkan sumber daya alam khususnya
air.
2. Sebagai alternatif solusi untuk penghematan pemakai bahan bakar pada
sepeda motor.
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
i
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) Teknik
Mesin 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.
iii
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.
ix
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
x
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
1.1 Latar Belakang .................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah ................................................................................ 4
1.3 Tujuan Penelitian ................................................................................. 4
1.4 Batasan Masalah................................................................................... 4
1.5 Manfaat Penelitian .............................................................................. 4
II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Bahan Bakar ......................................................................................... 5
2.1.1 Karakteristik Bahan Bakar .......................................................... 6
2.1.2 Premium ...................................................................................... 8
2.2 Elektrolisis .......................................................................................... 10
2.2.1 Komponen Elektrolisis ............................................................... 12
xi
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
xii
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
xii
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
xiv
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
xv
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
xvi
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
(http://www.migas-indonesia.com/2012/09/nilai-oktan.html)
2015
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
Suyatno, Aris Purwadi, Henang Widyanto dan Kuncoro PR, 2000, Kimia
(untuk SMA/MA kelas XII), Jakarta : Grasindo