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

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

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

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 OC 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 electrolysis.

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

Wahid Siregar dan Luthfi Hamdani Siregar untuk doa-doa, dana, dan dukungan dalam menyelesaikan skripsi ini.

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

Umri Nahdi Siregar NIM. 090401041

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... iii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... vii

DAFTAR TABEL ... ix

DAFTAR NOTASI ... xii

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 2

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

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

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

Gambar 4.11 Grafik Laju Produktifitas Hidrogen Vs Kuat Arus Pada Konsentrasi KOH 4,66% ... 56

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

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

Tabel 4.7 Hasil Pengujian Dengan Tebal Gasket 4,5 mm Dengan Konsentrasi KOH 4,33% ... 36

Tabel 4.8 Hasil Pengujian Dengan Tebal Gasket 6 mm Dengan Konsentrasi KOH 4,33% ... 37

Tabel 4.9 Hasil Pengujian Dengan Tebal Gasket 1,5 mm Dengan Konsentrasi KOH 4,66% ... 38

Tabel 4.10 Hasil Pengujian Dengan Tebal Gasket 3 mm Dengan Konsentrasi KOH 4,66% ... 39

Tabel 4.11 Hasil Pengujian Dengan Tebal Gasket 4,5 mm Dengan Konsentrasi KOH 4,66% ... 39

Tabel 4.12 Hasil Pengujian Dengan Tebal Gasket 6 mm Dengan Konsentrasi KOH 4,66% ... 40

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 4,5 mm dan Konsentrasi KOH 4,33% ... 50 Tabel 4.20 Hasil Perhitungan Laju Produktifias Hidrogen Dengan Tebal

Gasket 6 mm dan Konsentrasi KOH 4,33% ... 51 Tabel 4.21 Hasil Perhitungan Laju Produktifias Hidrogen Dengan Tebal

Gasket 1,5 mm dan Konsentrasi KOH 4,66% ... 53 Tabel 4.22 Hasil Perhitungan Laju Produktifias Hidrogen Dengan Tebal

Gasket 3 mm dan Konsentrasi KOH 4,66% ... 54 Tabel 4.23 Hasil Perhitungan Laju Produktifias Hidrogen Dengan Tebal

Gasket 4,5 mm dan Konsentrasi KOH 4,66% ... 55 Tabel 4.24 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

Dengan Konsentrasi KOH 4% ... 59 Tabel 4.26 Hasil Perhitungan Energi Yang Digunakan, Energi

Yang Hilang Dan Persentase Energi Yang Terbuang

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

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

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

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 OC 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 electrolysis.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Energi menjadi komponen penting bagi kelangsungan hidup manusia karena hampir semua aktivitas kehidupan manusia sangat tergantung pada ketersediaan energi yang cukup. Dewasa ini dan beberapa tahun ke depan, manusia masih akan tergantung pada sumber energi fosil karena sumber energi fosil inilah yang mampu memenuhi kebutuhan energi manusia dalam skala besar. Sedangkan sumber energi alternatif/terbarukan belum dapat memenuhi kebutuhan energi manusia dalam skala besar karena fluktuasi potensi dan tingkat perekonomian yang belum bisa bersaing dengan energi konvensional.

Di lain pihak, manusia dihadapkan pada situasi menipisnya cadangan sumber energi fosil dan meningkatnya kerusakan lingkungan akibat penggunaan energi fosil. Melihat kondisi tersebut maka saat ini sangat diperlukan penelitian yang intensif untuk mencari, mengoptimalkan dan menggunakan sumber energi alternatif/terbarukan.

Hasil penelitian tersebut diharapkan mampu mengatasi beberapa permasalahan yang berkaitan dengan penggunaan energi fosil. Salah satu bentuk energi terbarukan yang dewasa ini menjadi perhatian besar pada banyak negara, terutama di negara maju adalah hidrogen. Hidrogen diproyeksikan oleh banyak negara akan menjadi bahan bakar masa depan yang lebih ramah lingkungan dan lebih efisien. Dimana suplai energi yang dihasilkan sangat bersih karena hanya menghasilkan uap air sebagai emisi selama berlangsungnya proses.

Daya hidrogen terutama dalan bentuk sel bahan bakar hidrogen (hydrogen

fuel cell) menjanjikan penggunaan bahan bakar yang tidak terbatas dan tidak

polusi, sehingga menyebabkan ketertarikan banyak perusahaan energi terkemuka di dunia. Teknologi sel bahan bakar ini dengan begitu banyak keuntungan yang dijanjikan menimbulkan gagasan "hydrogen economy" dimana hidrogen dijadikan sebagai bentuk energi utama yang dikembangkan.

1.2 Rumusan Masalah

Hidrogen (bahasa Latin: hydrogenium, dari bahasa Yunani: hydro: air,

genes : membentuk) adalah unsur kimia pada tabel periodik yang memiliki simbol

H dan nomor atom 1. Pada suhu dan tekanan standar, hidrogen tidak berwarna, tidak berbau, bersifat non-logam, bervalensi tunggal, dan merupakan gas diatomik yang sangat mudah terbakar. Dengan massa atom 1,00794 amu, hidrogen adalah unsur teringan didunia.

Untuk saat ini pengembangan produksi hidrogen sangat gencar dilakukan diseluruh lapisan dunia, namun dalam pelaksanaannya banyak terhambat untuk menghasilkan hidrogen murni yang mudah dan efisien. Dalam hal menghasilkan hidrogen dengan berbahan baku air (H2O) masih menggunakan sistem elektrolisis sebagai pemisah hidrogen dan oksigen. Sehingga kajian yang dilakukan pada pengujian ini memiliki rumusan masalah yaitu:

1. Bagaimana desain konstruksi mesin dry cell (alat untuk memproduksi hidrogen).

2. Bagaimana cara menerapkan kontrol arus dan larutan KOH pada drycell untuk menjaga kestabilan proses.

3. Bagaimana pengaruh penambahan gasket pada drycell terhadap produktifitas hidrogen, baik itu laju produktifitas maupun energi yang digunakan dalam proses elektrolisis.

1.3. Tujuan Penelitian

Penelitian ketebalan gasket terhadap produktifitas volume hidrogen mempunyai dua tujuan, yaitu tujuan umum dan tujuan khusus.

1.3.1. Tujuan Umum

Berdasarkan uraian latar belakang dan rumusan masalah pada pendahuluan maka tujuan umum dari penelitian ini adalah untuk mengetahui produktifitas volume hidrogen yang dihasilkan dengan penambahan tebal gasket pada drycell.

1.3.2. Tujuan Khusus

Tujuan khusus dari pelaksanaan dan penulisan laporan tugas akhir ini adalah untuk:

1. Membuat dan membuktikan mesin Drycell sebagai alat untuk memproduksi hidrogen.

2. Menerapkan kontrol kuat arus dan konsentrasi larutan KOH untuk menjaga kestabilan proses.

3. Mengetahui pengaruh penambahan ketebalan gasket terhadap produksi hidrogen pada dry cell.

1.4. Manfaat Penelitian

Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini antara lain:

1. Untuk menambah ilmu pengetahuan mengenai produksi hidrogen dan bahan tambahan untuk pengetahuan sel bahan bakar.

2. Untuk menjadi referensi untuk pengembangan dan aplikasi produksi hidrogen dengan menggunakan gasket.

1.5. Batasan Masalah

Dalam penulisan laporan tugas akhir ini ada beberapa batasan masalah yang diberikan agar penelitian ini lebih terarah, yaitu:

1. Dry cell yang digunakan dengan 11 cell dan 3 stack, yaitu terdiri dari 2

plat negatif, 1 plat positif, dan 8 plat netral.

2. Gasket yang digunakan adalah jenis rubber dengan ketebalan gasket dimulai dari 1,5 mm, 3 mm, 4,5 mm dan 6 mm.

3. Sumber hidrogen adalah air murni dengan penambahan konsentrasi larutan KOH 4%, 4,33% dan 4,66%.

4. Kuat arus yang digunakan adalah 20A, 22A 24A dan 26A dengan voltase 50 volt.

5. Plat yang digunakan berbahan stainless steel dengan ukuran 15 cm x 15 cm.

I.6. Metodologi Penelitian

Metodologi Penelitian dalam skripsi ini adalah sebagai berikut: 1. Rancang bangun

Penulis terlebih dahulu merancang bangun untuk pembuatan dry cell untuk pemisahan dan menghasilkan Hidrogen murni maksimum.

2. Pengujian

Penulis melakukan pengujian dengan penambahan tebal gasket pada

Drycell terhadap volume hidrogen yang dihasilkan dengan menggunakan

KOH dan variasi kuat arus untuk memperoleh data yang akan diolah. 3. Studi Pustaka

Penulis mencari studi pustaka dengan membaca dan mempelajari buku-buku literatur untuk dapat mengetahui dasar teori yang berhubungan dengan permasalahan yang dibahas.

I.7. Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan tugas akhir ini terdiri dari bab I Pendahuluan, dalam bab ini dijelaskan mengenai pendahuluan tentang studi kasus dan pemecahan masalah yang berisi antara lain : latar belakang, tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan masalah dan sistematika penulisan. Kemudian dilanjutkan bab II Tinjauan pustaka, dalam bab ini berisi tentang dasar teori dari topik yang dikaji dan digunakan sebagai landasan dalam memecahkan masalah dan menganalisis permasalahan tersebut meliputi penjelasan mengenai pengaruh penambahan tebal gasket pada dry cell terhadap volume hidrogen yang dihasilkan.

Setelah bab II, kemudian dilanjutkan ke bab III yaitu Metedologi Penelitian. Pada bab ini dijelaskan tentang beberapa tahapan persiapan sebelum pengujian, prosedur pengujian, dan diagram alir pengujian. Langkah selanjutnya adalah bab IV Pengolahan dan Anaisa Data yang berisikan tentang pembahasan dari data-data yang diperoleh yakni pengaruh penambahan tebal gasket pada dry cell terhadap volume hidrogen yang dihasilkan dengan memvariasikan KOH dan kuat arus. Setelah bab IV selesai maka, tahapan terakhir yang dilakukan ada pada bab V yaitu Kesimpulan dan Saran yang berisikan tentang kesimpulan dari hasil

analisa dan saran untuk penyempurnaan hasil penelitian untuk penelitian berikutnya. Kemudian diakhiri dengan daftar pustaka yang berisikan dengan literatur penelitian, literatur dapat berupa buku, maupun dari website yang dapat menunjang teori-teori yang digunakan didalam penulisan skripsi. Untuk lebih ringkasnya, dapat dilihat pada diagram alir penelitian seperti pada gambar 1.1

Mulai

Penentuan tujuan

Studi literatur, buku referensi,

Jurnal dll

Pengumpulan data, Bentuk Geometri, Dimensi, dan

Material Dry Cell

Konstruksi Dry Cell

Hasil

Kesimpulan

Selesai

Gambar 1.1. Diagram Alir Penelitian Uji Variasi

Penambahan ketebalan gasket

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Hidrogen

Hidrogen (bahasa Latin: hydrogenium, dari bahasa Yunani: hydro: air,

genes : membentuk) adalah unsur kimia pada tabel periodik yang memiliki simbol

H dan nomor atom 1. Pada suhu dan tekanan standar, hidrogen tidak berwarna, tidak berbau, bersifat non-logam, bervalensi tunggal, dan merupakan gas diatomik yang sangat mudah terbakar. Dengan massa atom 1,00794 amu, hidrogen adalah unsur teringan didunia [7]_.

Hidrogen juga adalah unsur paling melimpah dengan persentase kira-kira 75% dari total massa unsur alam semesta. Kebanyakan bintang dibentuk oleh hidrogen dalam keadaan plasma. Senyawa hidrogen relatif langka dan jarang dijumpai secara alami dibumi, dan biasanya dihasilkan secara industri dari berbagai senyawa hidrokarbon seperti metana. Hidrogen juga dapat dihasilkan dari air melalui proses elektrolisis, namun proses ini secara komersial lebih mahal daripada produksi hidrogen dari gas alam.

Gambar 2.1. Unsur Hidrogen [14]

Sumber: http//:www.nasrulbintang.wordpress.com

Isotop hidrogen yang paling banyak dijumpai di alam adalah protium, yang inti atomnya hanya mempunyai proton tunggal dan tanpa neutron. Senyawa ionik hidrogen dapat bermuatan positif (kation) ataupun negatif (anion). Hidrogen dapat membentuk senyawa dengan kebanyakan unsur dan dapat dijumpai dalam air dan senyawa-senyawa organik. Hidrogen sangat penting dalam reaksi asam

basa yang mana banyak rekasi ini melibatkan pertukaran proton antar molekul terlarut. Oleh karena hidrogen merupakan satu-satunya atom netral yang persamaan Schrödingernya dapat diselesaikan secara analitik, kajian pada energetika dan ikatan atom hidrogen memainkan peran yang sangat penting dalam perkembangan mekanika kuantum.

Hidrogen merupakan unsur yang terdapat dialam yang kelimpahan terbesar, tetapi hanya sedikit tertinggal dibumi. Dari analisis spectrum sinar yang dipancarkan oleh bintang, disimpulkan bahwa bintang terutama terdiri dari hidrogen. Hidrogen sangat reaktif sehingga di bumi hidrogen terdapat sebagai senyawa air mengandung hidrogen sebanyak 11,1%, hidrokarbon misalnya gas alam 25%, minyak bumi 14% dan karbohidrat, misalnya pati 6%. Ada beberapa sifat fisika hidrogen antara lain:

Tabel 2.1. Sifat Fisika Hidrogen

Gas hidrogen sangat mudah terbakar dan akan terbakar pada konsentrasi serendah 4% H2 di udara bebas. Entalpi pembakaran hidrogen adalah -286 kJ/mol. Hidrogen terbakar menurut persamaan kimia:

2 H2(g) + O2(g)→ 2 H2O(l) + 572 kJ (286 kJ/mol)

Ketika dicampur dengan oksigen dalam berbagai perbandingan, hidrogen meledak seketika disulut dengan api dan akan meledak sendiri pada temperatur

Sifat Fisika Satuan

Lambang H

Nomor atom 1

Konfigurasi elektron 1s1 Massa atom relatif 1,008 Energi ionisasi/Kj mol-1 ₁₃₁₀ Kerapatan/g cm-3 0,00009

Titik didih/K 20

Temperatur kritis /K 33 Jari-jari atom/nm 0,37 Potensi elektroda standard/V 0

560 °C. Lidah api hasil pembakaran hidrogen-oksigen murni memancarkan gelombang ultraviolet dan hampir tidak terlihat dengan mata telanjang. Oleh karena itu, sangatlah sulit mendeteksi terjadinya kebocoran hidrogen secara visual. Kasus meledaknya pesawat Hindenburg adalah salah satu contoh terkenal dari pembakaran hidrogen. Karakteristik lainnya dari api hidrogen adalah nyala api cenderung menghilang dengan cepat di udara, sehingga kerusakan akibat ledakan hidrogen lebih ringan dari ledakan hidrokarbon. Dalam kasus kecelakaan Hidenburg, dua pertiga dari penumpang pesawat selamat dan kebanyakan kasus meninggal disebabkan oleh terbakarnya bahan bakar diesel yang bocor.

H2 bereaksi secara langsung dengan unsur-unsur oksidator lainnya. Ia bereaksi dengan spontan dan hebat pada suhu kamar dengan klorin dan fluorin, menghasilkan hidrogen halida berupa hidrogen klorida dan hidrogen fluorida. Hidrogen adalah unsur yang paling melimpah di alam semesta ini dengan persentase 75% dari barion berdasarkan massa dan lebih dari 90% berdasarkan jumlah atom. Unsur ini ditemukan dalam kelimpahan yang besar di bintang-bintang dan planet – planet gas raksasa. Awan molekul dari H2 diasosiasikan dengan pembentukan bintang. Hidrogen memainkan peran penting dalam pemberian energi bintang melalui reaksi proton-proton dan fusi nuklir daur CNO.

Di seluruh alam semesta ini, hidrogen kebanyakan ditemukan dalam keadaan atomik dan plasma yang sifatnya berbeda dengan molekul hidrogen. Sebagai plasma, elektron hidrogen dan proton terikat bersama, dan menghasilkan konduktivitas elektrik yang sangat tinggi dan daya pancar yang tinggi (menghasilkan cahaya dari matahari dan bintang lain). Partikel yang bermuatan dipengaruhi oleh medan magnet dan medan listrik. Sebagai contoh, dalam angin surya, partikel-partikel ini berinteraksi dengan magnetosfer bumi dan mengakibatkan arus Birkeland dan fenomena Aurora. Hidrogen ditemukan dalam keadaan atom netral di medium antarbintang. Sejumlah besar atom hidrogen netral yang ditemukan di sistem Lymanalpha teredam diperkirakan mendominasi rapatan barionik alam semesta sampai dengan pergeseran merah z = 4.

2.2. Ikatan Hidrogen [1]

Dalam beberapa senyawa hidrogen, tom hidrogen menjembatani dua atom yang keelektronegatifannya besar, ini akan membentuk ikatan yang disebut ikatan hidrogen. Ikatan hidrogen terjadi antara atom yang kecil dan sangat elektronegatif seperti flour, oksigen, dan nitrogen. Senyawa HF, H2O, dan NH3 mempunyai ikatan hidrogen baik dalam keadaan padat maupun cairan. Karena ikatan ini dalam keadaan gas pun terjadi polimer HF. Oleh karena itu pada proses pelelehan dan penguapan sejumlah ikatan hidrogen perlu diputuskan. Senyawa ini mempunyai titik didih yang tinggi. Oleh karena itu urutan titik didih sebagai berikut

H2O > H2S > H2Se > H2Te HF > HCI < HBr < HI NH3 > PH3 < AsH3 < SbH3 CH4 < SiH4 < GeH4 <SnH4 Ne < Ar < Kr < Xe

Meskipun ikatan hidrogen relatif lemah (̴ 20kJ) dibandingkan dengan ikatan kimia lainnya, ikatan hidrogen ini sangat penting dalam sistem kehidupan misalnya dalam protein yang terdapat ikatan hidrogen sama gugus –CO dan gugus

–NH (Achmad.1992:12-23).

2.3 Hidrogen Sebagai Bahan Bakar

Pembakaran hidrogen dapat menghasilkan kalor sebanyak 286 kJ per mol hidrogen [9]_{. Pada tabel dibawah ini dapat dibandingkan kalor yang dihasilkan}

oleh hidrogen dengan kalor yang dihasilkan oleh bahan bakar lain. Tabel 2.2. Perbandingan Kalor. Bahan Bakar Kalor Yang dihasilkan (KJ)

Per gram Per mol Per liter

Gas Hidrogen 143 286 12

Hidrogen Cair 142 285 9970

Gas Metan 55 882 36

Hidrogen dapat digunakan sebagai bahan bakar karena ada beberapa sebab antara lain:

a. Dapat terbakar dalam oksigen membentuk air dan menghasilkan energi. b. Bersama oksigen dapat digunakan dalam sel bahan bakar menghasilkan

energi listrik.

Keuntungan yang diperoleh jika hidrogen digunakan sebagai bahan bakar antara lain:

a. Suatu cuplikan hidrogen jika dibakar akan menghasilkan energi sebanyak kira-kira tiga kali energi yang dihasilkan bansin dengan berat yang sama. b. Dalam mesin kendaraan bermotor hidrogen akan terbakar lebih efisien jika

dibandingkan dengan bahan bakar lain.

c. Pembakaran hidrogen kurang menghasilkan polusi. Polutan yang terjadi hanya oksida nitrogen yang terjadi jika suhu pembakaran tinggi.

d. Mesin yang menggunakan hidrogen mudah diubah agar dapat menggunakan hidrogen sebagai bahan bakar.

Untuk menjadikan hidrogen sebagai bahan bakar berikut beberapa cara untuk menghasilkan hidrogen antara lain:

a. Mengalirkan uap air melalui karbon panas C(s) + H2O → CO(g) + H2(g) H2 yang dihasilkan dengan cara ini tidak murni sebab sukar memisahkan CO. Campuran H2 dan CO disebut gas air. Gas air termasuk bahan bakar penting dan mempunyai kalor pembakaran besar.

b. Mengalirkan uap air melalui besi panas. 3Fe(s) + 4H2O → Fe3O4 + 4H2 (g). c. Pada kilang minyak bumi, hidrogen merupakan hasil samping dari

cracking hidrokarbon. Gas hidrokarbon dialirkan melalui katalis panas dan terurai menjadi hidrogen dan hidrokarbon lain. Hidrokarbon yang lebih ringan seperti metana, dipanaskan dengan suhu 750 oC dan tekanan 10 atm. CH4(g) + H2O(g)→ CO(g) + 3H2(g).

d. Di laboratorium hidrogen murni diperoleh dari reduksi ion hidrogen dengan logam seng (pada prinsipnya dengan logam yang potensial elektrodanya negatif). Zn(s) + 2H+→ Zn2+ + H2(g).

e. Hidrogen yang sangat murni (99,9%), tetapi mahal, diperoleh dengan cara elektrolisis air. 2H2O → 2H2(g) + O2(g). Jumlah hidrogen yang cukup banyak diperoleh dari hasil samping industri klor-alkali, dimana CI2 dan NaOH dari elektrolisis larutan NaCI.

2.4 Proses Elektrolisis Air [6]

Elektrolisis adalah suatu proses pemecahan senyawa kimia tertentu menjadi suatu molekul baru dengan bantuan arus listrik dan dua elektroda. Dimana arus listrik tersebut dialirkan pada elektroda positif (anoda) dan elektroda negatif (katoda), apabila diterapkan pada air maka senyawa kimia H2O akan terpecah menjadi gas hidrogen (H2) serta gas Oksigen (O2). Agar suatu proses elektrolisa bekerja dengan cepat maka diperlukan zat lain yang disebut dengan katalis. Proses elektrolisis air dapat terjadi beberapa reaksi antara ain asam, basa maupun setengah reaksi asam ataupun basa.

Gambar 2.2. Proses Elektrolisis Air[13]

Sumber: http//:www.chevinoorcholis.blogspot.com.

Pada reaksi asam, reaksi reduksi terjadi pada elektroda negatif (katoda), dimana elektron (e-) dari katoda diikat oleh kation H+ untuk membentuk gas hidrogen (H2(g)). Sedangkan pada elektroda positif (anado), molekul H2O kehilangan elektron (e-) sehingga terpecah menjadi gas oksigen (O2(g)), dan kation H+ sebagaimana dapat dilihat pada persamaan reaksi kimia berikut:

Reaksi reduksi di anoda (+) : 2H2O (l)→ O2(g) + 4H+(g) + 4e -Reaksi reduksi di katoda (-) : 2H+ + 2e-→ H2(g)

Reaksi keseluruhan : 2H2O(l)→ 2H2(g) + O2(g)

Jika elektrolit yang digunakan adalah larutan basa seperti KOH, NaOH (basa dari golongan periode IA, alkali tanah) maka akan terjadi reaksi basa. Pada reaksi basa, reaksi reduksi terjadi di katoda dimana molekul air mengikat elektron (e-) sehingga terpecah menjadi gas hidrogen (H2(g)) dan anion OH-. Anion tersebut kemudian tertarik ke sisi anoda dan terpecah menjadi gas oksigen dan molekul H2O(l), sebagaimana dapat dilihat pada persamaan reaksi kimia berikut:

Reaksi reduksi di katoda (-) : 2H2O (l) + 2e-→ H2(g) + 2OH-(aq) Reaksi oksidasi di anoda (+) : 4OH-(aq)→ O2(g) + 2H2O(l) + 4e -Reaksi keseluruhan : 2H2O(l)→ 2H2(g) + O2(g).

Tabel 2.3. Karakteristik Kalium Hidroksida (KOH) No Karakteristik Satuan Nilai

1. Berat Molekul Gr/mol 56,1

2. Titik Lebur oC 360

3. Titik Didih oC 1320

4. Densitas Gr/cm3 2,04

5. Sangat korosif

Dalam proses elekrolisis air ada beberapa bagian yang peranannya sangat penting dalam proses elektrolisa tersebut, antara lain:

1. Elektroda

Elektroda adalah konduktor yang digunakan untuk bersentuhan dengan bagian atau media non-logam. Elektroda merupakan salah satu komponen yang sangat penting dalam proses elektrolisis. Elektroda berfungsi sebagai menghantarkan arus listrik dari sumber listrik ke air yang dielektrolisis. Pada elektrolisis dengan sumber DC, elektroda terbagi menjadi dua kutub yaitu kutub positif (anoda) dan kutub negatif (katoda). Anoda didefenisikan sebagai elektroda positif dimana elektron datang dari sel elektrolisa dan oksidasi terjadi, sedangkan katoda didefenisikan sebagai elektroda negatif dimana elektron

memasuki sel elektrolisa dan reduksi terjadi. Elektroda yang digunakan dalam elektrolisis harus mempunyai konduktifitas listrik dan ketahanan korosi yang baik, sehingga dalam pengujian ini dipilih elektroda berbahan stainless steel. 2. Katalis [4]

Katalis merupakan suatu senyawa yang dibutuhkan dalam mempercepat proses elektrolisa. Katalis berfungsi sebagai percepat reaksi elektrolisis, senyawa yang digunakan sebagai katalis tidak ikut bereaksi dan tidak menghasilkan produk. Katalis dapat menurunkan energi aktivasi sehingga mampu meningkatkan laju reaksi. Energi aktivasi adalah energi minimum yang dibutuhkan sehingga partikel dapat bertumbukan dan menghasilkan reaksi. Katalis yang digunakan dalam pengujian ini adalah KOH (Kalium Hidroksida). Proses oksidasi dan reduksi sebagai reaksi pelepasan dan penangkapan oleh suatu zat. Oksidasi adalah proses pelepasan elektron dari suatu zat sedangkan reduksi adalah proses penangkapan elektron oleh suatu zat. Bentuk teroksidasi sering ditandai

dengan “ox” dan bentuk tereduksi ditandai dengan “red”. Kesetimbangan

reaksinya ditulis sebagai berikut:

ox + ne = red (proses reduksi) ; red = ox + ne (proses oksidasi)

Disini ‘ne’ adalah jumlah elektron yang dilepaskan atau diterima (Rivai, 1995).

2.4.1. Potensial Standar Reduksi

Potensial standar reduksi sangat erat kaitannya dengan proses elektrolisis. Potensial reduksi standar menyatakan bahwa ion mana yang akan mengoksidasi atau mereduksi ion lain. Bentuk teroksidasi dan tereduksi suatu zat dikenal sebagai pasangan redoks (Hadyana,1994). Ada 2 prinsip yang khas dari elektrolisis yaitu kaitan antara beda potensial yang digunakan dan arus yang mengalir melalui elektrolisis, serta discas yang selektif diantara ion-ion pada permukaan elektroda. Pada potensial-urai tiba-tiba bertambah, pada saat elektrolisis mulai berlangsung pada elektron. Menghasilkan hidrogen dan oksigen serta timbulnya gas hidrogen dan oksigen ketika beda potensial (E) lebih besar dari 1,7 volt [5]_.

Anoda : 2H2O → 4H+ +O2(g) + 4e -Katoda : 2H+ + 2e- → H2(g)

Agar terjadi elektrolisis diperlukan potensial minimum karena:

1. Adanya beda potensial antara elektroda menyebabkan ion-ion dalam sistem bergerak ke elektroda. Hidrogen dan oksigen yang mula-mula terbentuk menutupi permukaan elektroda dan reaksi sebaliknya terjadi. Perhatikan reaksi setengah sel berikut.

4H+ + O2 + 4e- → 2H2O E0 = -1,23 V 2H+ + 2e- → H2 E0 = 0,00 V

Beda potensial harus sekurang-kurangnya mengimbangi DGL balik yang disebabkan oleh penyerapan hasil elektrolisis pada permukaan elektroda. Potensial-urai teoritis adalah 1,23 V.

2. Diperlukan potensial tambahan untuk discas ion pada elektrolisis yang disebut petensial lebih (over potensial). Potensial lebih merupakan ukuran energi pengaktifan bagi reaksi elektroda. Reaksi pada elektroda yang menghasilkan gas memerlukan potensial yang besar.

Tabel 2.4. Potensial Lebih Beberapa Zat

Gas yang timbul Permukaan elektroda Potensial lebih (Volt)

Hidrogen Platina 0,03

Oksigen Platina 0,44

Hidrogen Perak 0,15

Oksigen Perak 0,45

Hidrogen Raksa 0,78

Oksigen Grafit 0,37

Klor Platiana 0,70

2.4.2. Energi Dalam Proses Elektrolisis

Sel elektrolisis merupakan sel elektrokimia yang bereaksi secara tidak spontan (Eo sel (-) atau ΔG > 0), karena energi listrik disuplai dari sumber luar dan

dialirkan melalui sebuah sel [3]_{. Elektrolisis juga sebagai peristiwa penguraian zat}

perubahan-perubahan kimia. Perubahan kimia yang terjadi selama elektrolisis dapat dilihat sekitar elektroda. Elektroda merupakan sistem dua fase yang terdiri dari sebuah penghantar elektrolit (misalnya logam) dan sebuah penghantar ionik (larutan) (Rivai,1995). Elektroda positif (+) disebut anoda sedangkan elektroda negatif (-) adalah katoda (Svehla,1985). Reaksi kimia yang terjadi pada elektroda selama terjadinya konduksi listrik disebut elektrolisis dan alat yang digunakan untuk reaksi ini disebut sel elektrolisis. Sel elektrolisis memerlukan energi untuk memompa elektron [2]_.

Untuk mengetahui besar energi yang digunakan dalam proses elektrolisis adalah perkalian antara voltase, kuat arus dan waktu elektrolisis. Besarnya jumlah energi yang digunakan pada proses elektrolisa dihitung menggunakan persamaan 2.1 dan jumlah energi yang terbuang menggunakan persamaan 2.3, serta untuk mencari persentase energi yang hilang gunakan persamaan 2.4.

E = V x I x t. ... (2.1)

ΔT = Tf -TS . ... (2.2) HLost= ΔT -Vf . ... (2.3) %Lost = ���

� x 100%. ... (2.4) Dimana :

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

I = Kuat arus yang digunakan mesin drycell (Ampere). t = Waktu yang dibutuhkan untuk proses elektrolisis (hours).

ΔT = Perubahan Temperatur (C). Tf = Tempertur Akhir (C). TS = Temperatur Awal (C). Vf = Volume air (cm3).

HLost = Energi Terbuang (kalori).

2.5. Jenis - Jenis Elektroliser [8]

Pada proses elektrolisa membutuhkan alat yang disebut dengan elektroliser, elektrolises merupakan suatu alat yang dapat menghasilkan hidrogen dengan cara mengelektrolisi air. Ada beberapa jenis elektroliser yang sering digunakan, yaitu:

1. Elektroliser Tipe Basah (Wet Cell)

Elektroliser tipe basah (wet cell) merupakan alat yang dibuat dengan sistem luasan elektroda tercelup semua dengan larutan elektrolit di dalam suatu bejana. Hal tersebut membuat elektroliser tipe basah (wet cell) membutuhkan larutan elektrolit yang cukup banyak. Tipe basah (wet cell) ini mempunyai resiko cukup tinggi karena sewaktu-waktu bisa meledak akibat tekanan hidrogen yang di bejana terlalu tinggi.

Gambar 2.3. Elektroliser Tipe Basah (wet cell)[12]

Sumber: http//:www.gas-hho.blogspot.com

2. Elektroliser Tipe Kering (Drycell)

Elektroliser tipe kering (dry cell) merupakan kebalikan dari elektroliser tipe basah (wet cell), hal tersebut dapat diamati dari luasan elektroda yang terkena larutan elektrolit lebih sedikit dari pada tipe basah (wet cell) karena di tioe kering (dry cell) larutan elektrolit berada di antara plat (elektroda) dan gasket. Hal tersebut menjadikan tipe kering (dry cell) membutuhkan larutan elektrolit lebih sedikit untuk proses elektrolisis. Tipe kering (dry cell) ini lebih aman dari tipe basah (wet cell) karena tidak menimbulkan ledakan dan proses elektrolisisnya lebih cepat dari tipe basah.

Gambar 2.4. Elektroliser Tipe Kering (dry cell) Sumber: http//:www.gas-hho.blogspot.com

2.6. Gasket Pada Dry Cell

Gasket atau bahasa awamnya “paking” merupakan bagian penting dalam konstruksi drycell, tanpa ada gasket proses elektrolisis tidak akan terjadi dan akan terjadinya korsleting pada elektroda. Gasket merupakan suatu benda yang berfungsi sebagai isolator serta sebagai penyekat dan mengatur jarak antara elektroda untuk melakukan proses elektrolisis. Pengaruh gasket terhadap mesin

dry cell berdampak pada ketahanan mesin untuk melakukan proses elektrolisis.

Semakin tinggi gasket yang digunakan maka suhu untuk melakukan elektrolisis semakin menurun, namun berbanding terbalik dengan laju produksi dari hidrogen yang dielektrolisis, begitu juga sebaliknya.

Gambar 2.5. Gasket yang digunakan pada drycell

Pengujian elektrolisis yang dilakukan menggunakan gasket berbahan

rubber sebagai lapisan terluarnya.Gasket mempunyai konstruksi didalamnya yang

sering disebut dengan membran. Membran berfungsi sebagai pemisah aliran air yang dielektrolisis pada drycell agar hidrogen dan oksigen terpisah dan keluaran

masing-masing gas terlihat dengan jelas. Membran yang sering digunakan pada pengujian drycell ialah jenis screen nylon monofilamen. Mesh membrane pada screen nylon monofilamen mempunyai usia yang cukup panjang dan tahan dengan suhu yang cukup tinggi. Membran di dalam gasket mampu mempengaruhi temperatur keluaran dan mampu memperpanjang usia dari drycell.

Gambar 2.6. Membrane Screen Nylon Monofilamen

2.7. Metode Pemisahan Hidrogen dan Oksigen 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, lubang pada gasket yang menjadi inti pembagiannya. Gasket dibuat seperti gambar 2.7 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 [11]_.

Gambar 2.7. Bentuk Gasket Yang Dipakai Sumber: http//:www.hho4free.com

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- lain.

Gambar 2.8. Membran Yang Digunakan

Kemudian plat, membran dan gasket akan disusun seperti gambar 2.9 dibawah, sehingga dapat dilihat aliran gas yang akan dihasilkan.

Gambar 2.9. Aliran Oksigen dan Hidrogen Sumber: http//:www.hho4free.com

2.8. Sel Bahan Bakar

Sel bahan bakar (fuel cell) adalah sistem dimana energi kimia yang disimpan dalam sistem diubah menjadi energi listrik secara langsung. Karena pada sistem-sistem ini perubahan energi tidak melewati energi panas, dan tidak dibatasi dengan efesiensi siklus mesin kalor balik eksternal [10]_.

Sel bahan bakar operasinya sangat mirip dengan baterai, perbedaannya terletak pada bahan bakarnya, dimana sel bahan bakar mempunyai bahan bakar yang terus menerus diisikan sementara baterai mempunyai bahan bakar dan energi kimia yang tetap. Sel bahan bakar mempunyai dua elektroda yang dipisahkan oleh larutan elektrolit. Pada sel bahan bakar, reaktan bahan bakar biasanya hidrogen atau karbon monoksida, diberikan ke salah satu elektroda yang berpori-pori dan oksigen atau udara dimasukkan ke dalam elektroda berpori lain. Elektroda sel bahan bakar harus memenuhi tiga hal. Elektroda harus berpori-pori sehingga bahan bakar dan elektrolit dapat menembusnya untuk mendapatkan kontak yang cukup. Ukuran pori-pori elektroda sangat penting, jika pori-pori terlalu besar, gas bahan bakar akan menggelembung dan hilang keluar. Jika terlalu kecil pori-pori elektroda akan terjadi kontak yang tidak cukup antara reaktan dan elektrolit sehingga kapasitas sel berkurang. Elektroda harus mengandung katalisator kimia untuk memecah ikatan bahan bakar menjadi atom sehingga dapat menjadi lebih reaktif.

Sel bahan bakar hidrogen merupakan alat yang dirancang untuk mengubah energi elektrokimia menjadi energi listrik secara langsung dengan bahan bakar berupa gas hidrogen. Sel bahan bakar bekerja dengan menggunakan gas hidrogen atau gas lain yang mudah teroksidasi yang dimasukkan di sisi anode sebagai sumber elektron. Elektron ini dipisahkan dari ion hidrogen menggunakan membran elektrolit yang permeabel terhadap muatan positif. Selanjutnya elektron elektron dilewatkan melalui rangkaian alat listrik untuk menghasilkan listrik. Di sisi katode dimasukkan oksigen dari udara. Ion oksigen, elektron dan ion H+ bergabung membentuk molekul air yang kemudian dikeluarkan dari sisi katode sebagai produk samping sel.

Cara kerja sel bahan bakar kebalikan kerja sel elektrolisis. Sel elektrolisis memerlukan bahan baku air dan energi listrik dari luar sistem untuk memutuskan ikatan air menjadi hidrogen dan oksigen. Produk sel elektrolisis adalah hidrogen pada sisi katode. Sel bahan bakar bekerja dengan menggunakan gas hidrogen atau gas lain yang mudah teroksidasi sebagi bahan bakar yang dimasukkan di sisi anode. Selanjutnya bahan bakar diionisasi oleh anode menghasilkan ion H+dan elektron(e). Elektron kemudian dipisahkan dari ion positif menggunakan selaput pemisah (membran penukar kation) yang hanya permeabel terhadap ion positif menuju ke sisi katode, sedangkan elektron dilewatkan melalui rangkaian alat listrik dan akhirnya menuju ke sisi katode.

Gambar 2.10. Skema Jenis Bahan Bakar

Di sisi katode oksigen dimasukkan dari udara dan di sisi katode terjadi serangkaian reaksi ionisasi molekul oksigen menjadi ion. Ion oksigen, elektron dan ion H+ bergabung membentuk molekul air H O). Air tersebut merupakan produk samping sel bahan bakar ygn keluar dari sisi katode. Dilihat dari produk yang berupa uap air, sel bahan bakar ini merupakan mesin yang tidak menimbulkan polusi sama sekali (zero emission divise).

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Waktu dan Tempat 3.1.1. Waktu

Waktu pelaksanaan pengujian ini sudah mulai dilaksanakan pada 16 Desember 2013 dan selesai pada 6 Juni 2014.

3.1.2 Tempat

Pengujian mengenai pengaruh penambahan tebal gasket pada drycell

terhadap volume hidrogen dilakasanakan dalam beberapa tahapan , yaitu seperti diuraikan pada Tabel 3.1.

Tabel 3.1. Lokasi dan aktivitas penelitian

No. Aktifitas Lokasi Penelitian Keterangan 1. Persiapan alat dan bahan

pembuatan drycell.

Laboratorium Mekanika Teknik,Dept. TeknikMesin, FT-USU.. 2. Pembuatan dry cell,

yaitu terdiri dari 2 plat negatif, 1 plat positif, dan 4 plat netral dengan dimensi plat 15 x 15 cm.

Laboratorium Mekanika Teknik,Dept. TeknikMesin, FT-USU.

3. Pembuatan gasket dengan ketebalan mulai dari 1,5 mm, 3 mm, 4,5

mm dan 6 mm.

Laboratorium Mekanika Teknik,Dept. TeknikMesin, FT-USU.

4. Uji pengaruh penambahan tebal gasket

1,5 mm dengan variasi kuat arus dari 20 A, 22A,

24A, dan 26A, serta konsentrasi KOH (4%,

4,33%, dan 4,66%)

Lantai 4, Magister Teknik Mesin, FT-USU.

Menggunakan adaptor, Amperemeter,

gelas ukur,

stopwatch, dan

penghitung volume.

5. Uji pengaruh penambahan tebal gasket

3 mm dengan variasi kuat arus dari 20 A, 22A,

24A, dan 26A, serta konsentrasi KOH (4%,

4,33%, dan 4,66%)

Lantai 4, Magister Teknik Mesin, FT-USU.

Menggunakan adaptor, Amperemeter,

gelas ukur,

stopwatch, dan

penghitung volume. 6. Uji pengaruh

penambahan tebal gasket 4,5 mm dengan variasi kuat arus dari 20 A, 22A,

24A, dan 26A, serta konsentrasi KOH (4%,

4,33%, dan 4,66%)

Lantai 4, Magister Teknik Mesin, FT-USU.

Menggunakan adaptor, Amperemeter,

gelas ukur,

stopwatch, dan

penghitung volume. 7. Uji pengaruh

penambahan tebal gasket 6 mm dengan variasi kuat arus dari 20 A, 22A,

24A, dan 26A, serta konsentrasi KOH (4%,

4,33%, dan 4,66%)

Lantai 4, Magister Teknik Mesin, FT-USU.

Menggunakan adaptor, Amperemeter,

gelas ukur,

stopwatch, dan

penghitung volume.

8. Analisa data/olah data. Software Ms.

Excel.

3.2. Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan dalam pengujian penambahan tebal gasket pada drycell terhadap produktifitas hidrogen antara lain:

1. Alat

Beberapa alat yang digunakan pada pengujian ini antara lain, gerinda tangan, mesin bor, adaptor, gunting, tang pembolong, tang, multimeter,

stopwatch, dan Thermocouple Agilent, .

2. Bahan

Bahan yang digunakan pada pengujian pengaruh penambahan tebal gasket terhadap produktifitas antara lain:

a. Plat Stainless steel

Plat ini berfungsi sebagai pengantar arus dalam proses hidrolisis pada dry cell.

Gambar 3.1. Plat Stainless Steel

b. Gasket

Gasket berfungsi untuk mencegah terjadinya korsleting pada plat yang disusun rapi dan juga bersifat isolator dan sebagai ruang elektrolisis.

Gambar 3.2. Gasket

c. Plat Akrilik

Berfungsi sebagai end plate (Plat akhir) pada Dry Cell. Tujuannya agar reaksi yang terjadi bisa dilihat langsung.

d. Screen Nylon Monofilamen

Screen Nylon Monofilamen digunakan sebagai mesh membrane yang berfungsi untuk memisahkan aliran air di dalam Dry Cell agar hidrogen dan oksigen yang dihasilkan benar-benar terpisah. Nylon digunakan karna membran ini tidak menangkap ion. Ukuran Mesh Membrane yang digunakan yaitu 15 X 15 cm.

Gambar 3.4. Screen Nylon Monofilamen

3.3 Metode Pengumpulan Data

Data yang dipergunakan dalam pengujian ini meliputi :

1. Data primer, merupakan data yang diperoleh langsung dari pengukuran dan pembacaan pada unit instrumentasi dan alat ukur pada masing – masing pengujian.

2. Data sekunder, merupakan data tentang karakteristik bahan yang digunakan dalam pengujian.

3.4 Metode Pengolahan Data

Data yang diperoleh dari hasil pengujian diolah menggunakan rumus yang ada, kemudian hasil dari peritungan disajikan dalam bentuk tabulasi dan grafik.

3.5 Pengamatan dan Tahap Pengujian

Pengamatan yang akan ditinjau dalam pengujian ini meliputi beberapa parameter antara lain:

1. Volume H2 yang dihasilkan. 2. Laju Produktifitas H2.

3. Energi yang digunakan. 4. Energi yang terbuang.

Sedangkan, tahapan pengujian dibagi menjadi beberapa tahap, yaitu : 1. Pengujian mesin drycell dengan ketebalan gasket 1,5 mm dengan

konsentrasi larutan KOH 4%, 4,33% dan 4,66% dengan variasi kuat arus dari 20A, 22A, 24A, 26A.

2. Pengujian mesin drycell dengan ketebalan gasket 3 mm dengan konsentrasi larutan KOH 4%, 4,33% dan 4,66% dengan variasi kuat arus dari 20A, 22A, 24A, 26A.

3. Pengujian mesin drycell dengan ketebalan gasket 4,5 mm dengan konsentrasi larutan KOH 4%, 4,33% dan 4,66% dengan variasi kuat arus dari 20A, 22A, 24A, 26A.

4. Pengujian mesin drycell dengan ketebalan gasket 6 mm dengan konsentrasi larutan KOH 4%, 4,33% dan 4,66% dengan variasi kuat arus dari 20A, 22A, 24A, 26A.

3.6 Prosedur Pengujian Mesin Drycell

Prosedur pengujian mesin drycell dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut :

1. Pengujian I

a. Dioperasikan mesin dengan cara merakit susunan power supply ke mesin

drycell dengan menyambung tang jepit buaya ke kabel yang ada pada

mesin drycell tersebut.

b. Disiapkan gaket pada pengujian pertama yaitu tebal 1,5 mm, yang disusun diantara plat netral dan menggunakan 8 plat netral, kemudian kabel

termocouple agilent dihubungkan ke drycell untuk menghitung suhu pada

saat terjadinya reaksi.

c. Diatur kuat arus 20 A, kemudian dilanjutkan ke 22 A, 24 A, dan 26 A dan voltase 50 V

d. Disiapkan jumlah volume air 1500 ml dan katalis KOH 4%, 4,33%, dan 4,66% dalam masing-masing tabung pengisi air.

e. Disediakan tabung penampungan gas hidrogen dan tabung penampung oksigen dihubungkan pada gas out masing- masing pada dry cell dan masing- masing penampung dihubungkan pada Flow meter.

f. Dicatat waktu yang dibutuhkan untuk memproduksi hidrogen sebanyak 300 ml dengan memperhatikan flowmeter.

g. Dicatat suhu yang terjadi pada proses elektrolisis tersebut dengan melihat data dari termocouple.

h. Dinyalakan Mesin las sampai volume gas hidrogen yang dihasilkan pada flow meter mencapai 300 ml.

2. Pengujian II

a. Disiapkan gasket pada pengujian kedua yaitu tebal 3 mm, yang disusun diantara plat netral dan menggunakan 8 plat netral, kemudian kabel

termocouple agilent dihubungkan ke drycell untuk menghitung suhu pada

saat terjadinya reaksi.

b. Diatur kuat arus 20 A, kemudian dilanjutkan ke 22 A, 24 A, dan 26 A dan voltase 50 V

c. Disiapkan jumlah volume air 1500 ml dan katalis KOH 4%, 4,33%, dan 4,66% dalam masing-masing tabung pengisi air.

d. Disediakan tabung penampungan gas hidrogen dan tabung penampung oksigen dihubungkan pada gas out masing- masing pada dry cell dan masing- masing penampung dihubungkan pada Flow meter.

e. Dicatat waktu yang dibutuhkan untuk memproduksi hidrogen sebanyak 300 ml dengan memperhatikan flowmeter.

f. Dicatat suhu yang terjadi pada proses elektrolisis tersebut dengan melihat data dari termocouple.

g. Dinyalakan Mesin las sampai volume gas hidrogen yang dihasilkan pada flow meter mencapai 300 ml.

3. Pengujian III

a. Disiapkan gasket pada pengujian ketiga yaitu tebal 4,5 mm, yang disusun diantara plat netral dan menggunakan 8 plat netral, kemudian kabel

termocouple agilent dihubungkan ke drycell untuk menghitung suhu pada

saat terjadinya reaksi.

b. Diatur kuat arus 20 A, kemudian dilanjutkan ke 22 A, 24 A, dan 26 A dan voltase 50 V

c. Disiapkan jumlah volume air 1500 ml dan katalis KOH 4%, 4,33%, dan 4,66% dalam masing-masing tabung pengisi air.

d. Disediakan tabung penampungan gas hidrogen dan tabung penampung oksigen dihubungkan pada gas out masing- masing pada dry cell dan masing- masing penampung dihubungkan pada Flow meter.

e. Dicatat waktu yang dibutuhkan untuk memproduksi hidrogen sebanyak 300 ml dengan memperhatikan flowmeter.

f. Dicatat suhu yang terjadi pada proses elektrolisis tersebut dengan melihat data dari termocouple.

g. Dinyalakan Mesin las sampai volume gas hidrogen yang dihasilkan pada flow meter mencapai 300 ml.

4. Pengujian IV

a. Disiapkan gasket pada pengujian keempat yaitu tebal 6 mm, yang disusun diantara plat netral dan menggunakan 8 plat netral, kemudian kabel

termocouple agilent dihubungkan ke drycell untuk menghitung suhu pada

saat terjadinya reaksi.

b. Diatur kuat arus 20 A, kemudian dilanjutkan ke 22 A, 24 A, dan 26 A dan voltase 50 V

c. Disiapkan jumlah volume air 1500 ml dan katalis KOH 4%, 4,33%, dan 4,66% dalam masing-masing tabung pengisi air.

d. Disediakan tabung penampungan gas hidrogen dan tabung penampung oksigen dihubungkan pada gas out masing- masing pada dry cell dan masing- masing penampung dihubungkan pada Flow meter.

e. Dicatat waktu yang dibutuhkan untuk memproduksi hidrogen sebanyak 300 ml dengan memperhatikan flowmeter.

f. Dicatat suhu yang terjadi pada proses elektrolisis tersebut dengan melihat data dari termocouple.

g. Dinyalakan Mesin las sampai volume gas hidrogen yang dihasilkan pada flow meter mencapai 300 ml.

3.7. Konstruksi Alat Penelitian

Penelitian ini mempunyai konstruksi alat yang dapat menghasilkan hidrogen seperti terlihat pada gambar berikut.

Gambar 3.5. Instalasi Pengujian

Dari gambar di atas dapat dijelaskan, arus listrik dialirkan melalui mesin las yang berfungsi sebagai 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 dialirkan ke flow meter untuk mengetahui volume gas yang dihasilkan.

BAB IV

HASIL DAN ANALISA DATA

4.1. Menghitung Konsentrasi Larutan KOH

Pengujian penambahan tebal gasket pada drycell terhadap produktifitas H2 menggunakan KOH sebagai katalis. KOH yang direaksikan dengan air akan membentuk larutan KOH. Besarnya konsentrasi larutan KOH dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:

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

Massa KOH yang digunakan adalah 60 gram, 65 gram, dan 70 gram, kemudian masing-masing dilarutkan ke dalam air 1.500 ml, sehingga konsentrasi larutan KOH adalah:

A. % Konsentrasi larutan = 60 x 100/1.500. = 4 %.

B. % Konsentrasi larutan = 65 x 100/1.500. = 4,33 %

C. % Konsentrasi larutan = 70 x 100/1.500. = 4,66%

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 2 bagian KOH dilarutkan kedalam 2 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.

4.2. 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 → K2 + 3H2 +2O2. Dalam 100 ml gas hasil elektrolisis terdapat 60 ml gas hidrogen dan 40 ml gas oksigen. Sehingga diperoleh data dari hasil penelitian berikut ini :

1. Hasil percobaan dengan tebal gasket 1,5 mm dan konsentrasi KOH 4 % Dari hasil percobaan didapatkan nilai dari besar arus, waktu, jumlah produksi gas, suhu, volume H2 dan volume O2. Data hasil percobaannya dapat dilihat pada tabel 4.1.

Tabel 4.1 Hasil percobaan dengan tebal gasket 1,5 mm dan konsentrasi KOH 4%

Kuat Arus (A)

Waktu (detik)

Produksi Gas (ml)

Suhu (O_C)

Vol H2

(ml)

Vol O2

(ml) 0-30 118,46 32,60 71,076 47,384 20 31-60 288,77 35,71 173,262 115,508

61-80 500 41,70 300 200

0-30 120,37 32,92 72,222 48,148 22 31-60 291,35 36,03 174,81 116,54

61-77 500 42,78 300 200

0-30 121,12 33,15 72,672 48,448 24 31-60 292,76 37,71 175,656 117,104

61-75 500 43,19 300 200

0-30 122,27 33,25 73,362 48,908 26 31-60 294,15 38,92 176,49 117,66

Tabel 4.2 Hasil percobaan dengan tebal gasket 3 mm dan konsentrasi KOH 4%

Kuat Arus (A)

Waktu (detik)

Produksi

Gas (ml) Suhu(O_C)

Vol H2

(ml)

Vol O2

(ml) 0-30 115,82 32,15 69,492 46,328 20 31-60 282,53 35,23 169,518 113,012

61-94 500 40,96 300 200

0-30 116,21 32,34 69,726 46,484 22 31-60 283,19 35,87 169,914 113,276

61-91 500 41,89 300 200

0-30 116,92 32,88 70,152 46,768 24 31-60 284,1 36,26 170,46 113,64

61-89 500 42,88 300 200

0-30 117,32 32,93 70,392 46,928 26 31-60 285,43 36,41 171,258 114,172

61-87 500 43,38 300 200

Tabel 4.3 Hasil percobaan dengan tebal gasket 4,5 mm dan konsentrasi KOH 4%

Kuat Arus (A)

Waktu (detik)

Produksi Gas (ml)

Suhu (O_C)

Vol H2

(ml)

Vol O2

(ml) 0-30 110,65 31,68 66,39 44,26 20 31-60 275,33 34,70 165,198 110,132

61-115 500 39,72 300 200

0-30 111,16 31,72 66,696 44,464 22 31-60 276,21 34,95 165,726 110,484

61-112 500 39,92 300 200

0-30 111,97 32,16 67,182 44,788 24 31-60 277,17 35,15 166,302 110,868

61-109 500 40,18 300 200

0-30 112,45 32,23 67,47 44,98 26 31-60 278,44 35,29 167,064 111,376

Tabel 4.4 Hasil percobaan dengan tebal gasket 6 mm dan konsentrasi KOH 4% Kuat Arus (A) Waktu (detik) Produksi Gas (ml) Suhu (O_C)

Vol H2

(ml)

Vol O2

(ml) 0-30 105,71 31,15 63,426 42,284 20 31-60 267,23 34,24 160,338 106,892

61-132 500 38,97 300 200

0-30 106,32 31,22 63,792 42,528 22 31-60 268,79 34,36 161,274 107,516

61-130 500 39,07 300 200

0-30 106,89 31,34 64,134 42,756 24 31-60 269,11 34,44 161,466 107,644

61-127 500 39,16 300 200

0-30 107,43 31,41 64,458 42,972 26 31-60 270,12 34,52 162,072 108,048

61-125 500 39,26 300 200

Dari hasil percobaan dapat dilihat bahwa semakin tinggi kuat arus maka waktu yang dibutuhkan akan semakin rendah. Grafik data hasil percobaan antara kuat arus dan waktu dapat dilihat pada gambar 4.1.

Gambar 4.1. Grafik Hasil Percobaan Waktu vs Kuat arus dengan KOH 4% 60 75 90 105 120 135

20 A 22 A 24 A 26 A

Wa k tu P ro du k si G a s (Det ik ) Kuat Arus

Waktu Vs Kuat Arus

Gasket 1,5 mm Gasket 3 mm Gasket 4,5 mm Gasket 6 mm

Dari hasil percobaan dapat dilihat bahwa semakin tinggi kuat arus maka suhu yang dibutuhkan akan semakin tinggi. Grafik data hasil percobaan antara suhu dan kuat arus dapat dilihat pada gambar 4.2.

Gambar 4.2. Grafik Hasil Percobaan Suhu dan Kuat Arus dengan KOH 4%

2. Hasil percobaan dengan tebal gasket 1,5 mm dan konsentrasi KOH 4,33 % Dari hasil percobaan didapatkan nilai dari besar arus, waktu, jumlah produksi gas, suhu, volume H2 dan volume O2. Data hasil percobaannya dapat dilihat pada tabel 4.5.

Tabel 4.5 Hasil percobaan dengan tebal gasket 1,5 mm dan konsentrasi KOH 4,33 %

Kuat Arus (A)

Waktu (detik)

Produksi Gas (ml)

Suhu (O_C)

Vol H2

(ml)

Vol O2

(ml) 0-30 120,21 32,71 72,126 48,084 20 31-60 292,74 36,03 175,644 117,096

61-78 500 42,12 300 200 0-30 121,44 32,97 72,864 48,576 22 31-60 294,21 36,24 176,526 117,684

61-77 500 43,05 300 200 0-30 123,22 33,21 73,932 49,288 24 31-60 294,89 37,74 176,934 117,956

61-74 500 43,57 300 200 0-30 124,51 33,37 74,706 49,804 26 31-60 295,23 39,03 177,138 118,092

61-71 500 44,08 300 200 36

38 40 42 44

20 A 22 A 24 A 26 A

Suhu

(C

elciu

s)

Kuat Arus (A) Suhu dan Kuat Arus

Gasket 1,5 mm Gasket 3 mm Gasket 4,5 mm Gasket 6 mm

Tabel 4.6 Hasil percobaan dengan tebal gasket 3 mm dan konsentrasi KOH 4,33 % Kuat Arus (A) Waktu (detik) Produksi Gas (ml) Suhu (O_C)

Vol H2

(ml)

Vol O2

(ml) 0-30 116,33 32,19 69,798 46,532 20 31-60 283,41 35,28 170,046 113,364

61-90 500 41,14 300 200 0-30 117,78 32,37 70,668 47,112 22 31-60 284,68 35,96 170,808 113,872

61-88 500 41,93 300 200 0-30 118,78 32,97 71,268 47,512 24 31-60 286,21 36,32 171,726 114,484

61-87 500 42,94 300 200 0-30 120,14 33,04 72,084 48,056 26 31-60 287,46 36,57 172,476 114,984

61-85 500 43,40 300 200

Tabel 4.7 Hasil percobaan dengan tebal gasket 4,5 mm dan konsentrasi KOH 4,33 % Kuat Arus (A) Waktu (detik) Produksi Gas (ml) Suhu (O_C)

Vol H2

(ml)

Vol O2

(ml) 0-30 110,89 31,71 66,534 44,356 20 31-60 277,21 34,78 166,326 110,884

61-113 500 39,83 300 200 0-30 112,32 31,83 67,392 44,928 22 31-60 278,54 35,02 167,124 111,416

61-110 500 40,07 300 200 0-30 113,74 32,18 68,244 45,496 24 31-60 279,51 35,19 167,706 111,804

61-107 500 40,23 300 200 0-30 114,24 32,29 68,544 45,696 26 31-60 280,34 35,38 168,204 112,136

Tabel 4.8 Hasil percobaan dengan tebal gasket 6 mm dan konsentrasi KOH 4,33 %

Kuat Arus (A)

Waktu (detik)

Produksi Gas (ml)

Suhu (O_C)

Vol H2

(ml)

Vol O2

(ml) 0-30 106,23 31,18 63,738 42,492 20 31-60 268,31 34,28 160,986 107,324

61-130 500 38,98 300 200 0-30 107,48 31,25 64,488 42,992 22 31-60 269,19 34,37 161,514 107,676

61-128 500 39,18 300 200 0-30 108,28 31,38 64,968 43,312 24 31-60 270,34 34,47 162,204 108,136

61-125 500 39,23 300 200 0-30 109,51 31,47 65,706 43,804 26 31-60 271,39 34,58 162,834 108,556

61-123 500 39,37 300 200

Dari hasil percobaan dapat dilihat bahwa semakin tinggi kuat arus maka waktu yang dibutuhkan akan semakin rendah. Grafik data hasil percobaan antara kuat arus dan waktu dapat dilihat pada gambar 4.3.

Gambar 4.3. Grafik Hasil Percobaan Waktu vs Kuat Arus dengan KOH 4,33%

0 50 100 150

20 A 22 A 24 A 26 A

Wa

k

tu

Produ

k

si

(det

ik

)

Kuat arus

Waktu vs Kuat arus

Gasket 1,5 mm Gasket 3 mm Gasket 4,5 mm Gasket 6 mm

Dari hasil percobaan dapat dilihat bahwa semakin tinggi kuat arus maka suhu yang dibutuhkan akan semakin tinggi. Grafik data hasil percobaan antara kuat arus dan waktu dapat dilihat pada gambar 4.4.

Gambar 4.4. Grafik Hasil Percobaan Suhu vs Kuat Arus dengan KOH 4,33%

3. Hasil percobaan dengan tebal gasket 1,5 mm dan konsentrasi KOH 4,66 % Dari hasil percobaan didapatkan nilai dari besar arus, waktu, jumlah produksi gas, suhu, volume H2 dan volume O2. Data hasil percobaannya dapat dilihat pada tabel 4.9.

Tabel 4.9 Hasil percobaan dengan tebal gasket 1,5 mm dan konsentrasi KOH 4,66 %

Kuat Arus (A)

Waktu (detik)

Produksi Gas (ml)

Suhu (O_C)

Vol H2

(ml)

Vol O2

(ml) 0-30 121,31 32,79 72,786 48,524 20 31-60 293,88 36,12 176,328 117,552

61-75 500 42,28 300 200

0-30 122,57 32,98 73,542 49,028 22 31-60 295,18 36,31 177,108 118,072

61-73 500 43,21 300 200

0-30 124,27 33,26 74,562 49,708 24 31-60 295,79 37,83 177,474 118,316

61-70 500 43,92 300 200

0-30 125,22 33,42 75,132 50,088 26 31-60 296,21 39,17 177,726 118,484

61-68 500 44,42 300 200

36 38 40 42 44 46

20 A 22 A 24 A 26 A

Suhu

Kuat Arus

Suhu vs Kuat arus

Gasket 1,5 mm Gasket 3 mm Gasket 4,5 mm Gasket 6 mm

Tabel 4.10 Hasil percobaan dengan tebal gasket 3 mm dan konsentrasi KOH 4,66 % Kuat Arus (A) Waktu (detik) Produksi Gas (ml) Suhu (O_C)

Vol H2

(ml)

Vol O2

(ml) 0-30 117,32 32,22 70,392 46,928 20 31-60 284,7 35,31 170,82 113,88

61-87 500 41,19 300 200

0-30 118,32 32,41 70,992 47,328 22 31-60 285,39 35,98 171,234 114,156

61-84 500 41,97 300 200

0-30 119,31 33,03 71,586 47,724 24 31-60 286,79 36,37 172,074 114,716

61-82 500 42,98 300 200

0-30 120,98 33,17 72,588 48,392 26 31-60 287,93 36,68 172,758 115,172

61-80 500 43,48 300 200

Tabel 4.11. Hasil percobaan dengan tebal gasket 4,5 mm dan konsentrasi KOH 4,66 %

Kuat Arus (A) Waktu (detik) Produksi Gas (ml) Suhu (O_C)

Vol H2

(ml)

Vol O2

(ml) 0-30 111,27 31,73 66,762 44,508 20 31-60 278,51 34,81 167,106 111,404

61-109 500 39,95 300 200

0-30 112,98 31,88 67,788 45,192 22 31-60 279,72 35,12 167,832 111,888

61-107 500 40,17 300 200

0-30 114,03 32,27 68,418 45,612 24 31-60 280,41 35,25 168,246 112,164

61-104 500 40,31 300 200

0-30 115,62 32,34 69,372 46,248 26 31-60 281,83 35,42 169,098 112,732

Tabel 4.12. Hasil percobaan dengan tebal gasket 6 mm dan konsentrasi KOH 4,66 % Kuat Arus (A) Waktu (detik) Produksi Gas (ml) Suhu (O_C)

Vol H2

(ml)

Vol O2

(ml) 0-30 107,02 31,2 64,212 42,808 20 31-60 269,17 34,31 161,502 107,668

61-127 500 39,02 300 200

0-30 108,22 31,31 64,932 43,288 22 31-60 270,89 34,47 162,534 108,356

61-125 500 39,23 300 200

0-30 108,93 31,44 65,358 43,572 24 31-60 271,55 34,55 162,93 108,62

61-122 500 39,37 300 200

0-30 109,83 31,52 65,898 43,932 26 31-60 272,71 34,67 163,626 109,084

61-118 500 39,41 300 200

Dari hasil percobaan dapat dilihat bahwa semakin tinggi kuat arus maka waktu yang dibutuhkan akan semakin rendah. Grafik data hasil percobaan antara kuat arus dan waktu dapat dilihat pada gambar 4.5.

Gambar 4.5. Grafik Hasil Percobaan Waktu dan Kuat Arus dengan KOH 4,66%

0 50 100 150

20 A 22 A 24 A 26 A

Wa k tu P ro du k si (det ik )

Kuat Arus

Waktu dan Kuat arus

Gasket 1,5 mm Gasket 3 mm Gasket 4,5 mm Gasket 6 mm

Gambar 4.14. Grafik Energi yang digunakan Vs Kuat Arus Pada KOH 4,33%

3. Pengujian dengan KOH 4,66%

Dengan tebal gasket 1,5 dan kuat arus 20A, 22A, 24A, 26A, serta voltase 50 V dan waktu produksi 75, 73, 70, 68 detik, energi dapat diperoleh, E=V.I.t = 50 x 20 x (75/3600) = 20,83 wh

Pada hasil pengujian tebal gasket 1,5 pada arus 20 A diperoleh suhu akhir 42,28 Celsius sehingga diperoleh,

ΔT = Tf -TS = 42,28 o_C – ₂₅ o_{C = 17,28} o_{C sehingga,}

HLost = ΔT -Vf = 17,28 oC – 1500 cm3 = -1482,72 kalori (tanda minus

merupakan energi terbuang), dan persentasenya,

%Lost = ���

� x 100% = ,

, x 100% = 0,0827.

Begitu juga untuk perhitungan pada kuat arus selanjutnya dan tebal gasketnya, atau dapat dilihat pada tabel berikut :

0 10 20 30 40 50

20 22 24 26

E

nerg

i

Ya

ng

Dig

un

a

k

a

n

(w

h)

Kuat Arus (A)

Energi Vs Kuat arus

Gaket 1,5 Gasket 3 Gasket 4,5 Gasket 6

Tabel 4.27. Energi yang digunakan, Energi yang hilang dan persentase energi yang terbuang.

Tebal Gasket

(mm)

Kuat Arus (A)

Waktu Produksi

(detik)

Suhu (0_C)

Energi

(Wh) ΔT (0_C)

HLost

(kalori)

persentase Hlost (%)

20 75 42,28 20,83333 17,28 -1482,72 -0,082756 1,5 22 73 43,21 22,30556 18,21 -1481,79 -0,077246 24 70 43,92 23,33333 18,92 -1481,08 -0,073808 26 68 44,42 24,55556 19,42 -1480,58 -0,070111 20 87 41,19 24,16667 16,19 -1483,81 -0,071394 3 22 84 41,97 25,66667 16,97 -1483,03 -0,067186 24 82 42,98 27,33333 17,98 -1482,02 -0,063047 26 80 43,48 28,88889 18,48 -1481,52 -0,059632 20 109 39,95 30,27778 14,95 -1485,05 -0,057032 4,5 22 107 40,17 32,69444 15,17 -1484,83 -0,052809 24 104 40,31 34,66667 15,31 -1484,69 -0,0498 26 102 40,48 36,83333 15,48 -1484,52 -0,046865 20 127 39,02 35,27778 14,02 -1485,98 -0,048979 6 22 125 39,23 38,19444 14,23 -1485,77 -0,045233 24 122 39,37 40,66667 14,37 -1485,63 -0,042479 26 118 39,41 42,61111 14,41 -1485,59 -0,040539

NB: Tanda minus (-) menunjukkan energi yang terbuang

Dari hasil perhitungan energi, dapat dilihat bahwa semakin tinggi kuat arus dan semakin tebal gasket, maka energi yang digunakan semakin tinggi. Grafik data hasil percobaan antara energi dan kuat arus dengan KOH 4,66% mengalami peningkatan yang hampir sama dan penambahan KOH mempengaruhi jumlah energi yang digunakan semakin tinggi KOH semakin sediki energi yang digunakan dan dapat dilihat pada gambar 4.15.

Gambar 4.15. Energi Vs Kuat arus pada KOH 4,66%

Analisa:

1. Besarnya energi yang digunakan semakin meningkat sehubung semakin meningkatnya kuat arus dan ketebalan gasket.

2. Semakin tinggi konsentrasi KOH maka akan semakin sedikit energi yang digunakan.

Sehingga dapat dilihat pengaruh penambahan KOH melalui grafik Energi yang digunakan dengan ketebalan gasket pada kuat arus konstan 20 A seperti gambar 4.16. Energi yang digunakan meningkat sehubung meningkatnya tebal gasket, dan energi cendrung menurun sehubung bertambahnya konsentrasi KOH

Gambar 4.16. Grafik Energi yang digunakan Vs Tebal Gasket Pada Kuat Arus 20A

15 20 25 30 35 40 45

20 22 24 26

E nerg i Ya ng Dig un a k a n (k g /s )

Kuat Arus (A)

Energi Vs Kuat Arus

Gaket 1,5 Gasket 3 Gasket 4,5 Gasket 6 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38

1,5 3 4,5 6

E nerg i Ya ng Dig un a k a n (w h)

Tebal Gasket (mm)

Energi Vs Tebal Gasket

KOH 4% KOH 4,33% KOH 4,66%

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Kesimpulan yang dapat diperoleh dari penelitian penambahan tebal gasket pada drycell terhadap produktifitas gas hidrogen adalah sebagai berikut:

1. Gas hidrogen dihasilkan melalui proses elektrolisa air dengan menggunakan konstruksi drycell yang terbuat dari plat stainless steel untuk menghindari terjadinya ledakan pada saat gas hidrogen dihasilkan pada saat elektrolisa berlangsung.

2. Besar kuat arus ditetapkan pada 20A, 22A, 24A, dan 26A dan konsentrasi larutan KOH 4%, 4,33%, dan 4,66% berdasarkan hasil uji untuk menambah laju produktifitas gas. Semakin tinggi arus dan konsentrasi KOH yang digunakan maka laju produktifitas akan semakin tinggi pula namun seiring penambahan tebal gasket pada drycell maka laju produktifitas cendrung menurun. Untuk mengurangi energi yang terbuang dan keamanan pada konstruksi drycell, dimana semakin tinggi kuat arus maka energi yang terbuang semakin sedikit, tetapi konsentrasi KOH yang tinggi membuat energi yang terbuang semakin besar. Namun arus dan KOH yang terlalu tinggi akan menimbulkan panas yang tinggi, sehingga dapat merusak konstruksi drycell. 3. Penambahan tebal gasket pada drycell berpengaruh terhadap volume gas

hidrogen yang dihasilkan, semakin tebal gasket maka waktu produksi dan laju produktifitas cendrung semakin lambat tetapi suhu untuk proses elektrolisis cendrung menurun.

a. Pada pengujian dengan KOH 4% waktu produktifitas minimum yang dihasilkan pada pengujian adalah 132 detik untuk mencapai 300 ml volume gas hidrogen dengan tebal gasket 6 mm dengan kuat arus 20A dengan suhu 38,97 oC serta laju produktifitas 2,528 x 10-5 kg/s dan waktu maksimum yang dihasilkan pada pengujian adalah 72 detik untuk mencapai 300 ml volume gas hidrogen dengan tebal gasket 1,5

mm dengan kuat arus 26A dengan temperatur 43,84oC serta laju produktifitas 4,6358 x 10-5 kg/s.

b. Pada pengujian dengan KOH 4,33% waktu produktifitas minimum yang dihasilkan pada pengujian adalah 130 detik untuk mencapai 300 ml volume gas hidrogen dengan tebal gasket 6 mm dengan kuat arus 20A dengan suhu 38,98 oC serta laju produktifitas 2,567 x 10-5 kg/s dan waktu maksimum yang dihasilkan pada pengujian adalah 71 detik untuk mencapai 300 ml volume gas hidrogen dengan tebal gasket 1,5 mm dengan kuat arus 26A dengan temperatur 44,08oC serta laju produktifitas 4,7011 x 10-5 kg/s.

c. Pada pengujian dengan KOH 4,66% waktu produktifitas minimum yang dihasilkan pada pengujian adalah 127 detik untuk mencapai 300 ml volume gas hidrogen dengan tebal gasket 6 mm dengan kuat arus 20A dengan suhu 39,02 o_{C serta laju produktifitas 2,628 x 10}-5 _{kg/s dan} waktu maksimum yang dihasilkan pada pengujian adalah 68 detik untuk mencapai 300 ml volume gas hidrogen dengan tebal gasket 1,5 mm dengan kuat arus 26A dengan temperatur 44,42oC serta laju produktifitas 4,9085 x 10-5 kg/s.

4. Semakin besar penambahan tebal gasket dan kuat arus pada drycell maka akan semakin besar energi yang digunakan, tetapi energi yang digunakan akan menurun sehubung semakin besarnya konsentrasi KOH.

5.2. Saran

Saran yang dapat diberikan dari penelitian penambahan tebal gasket pada

drycell terhadap produktifitas gas hidrogen adalah sebagai berikut:

1. Melengkapi alat ukur pada saat pengujian untuk memperoleh hasil pengujian yang lebih baik.

2. Mengembangkan pengujian ini dengan menggunakan variasi gasket serta konsentrasi larutan dan konstruksi drycell.

3. Penelitian ini perlu penambahan pada konstruksi drycell guna memproduksi hidrogen dalam skala yang lebih besar.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Achmad, H. 1992. Elektro Kimia dan Kinetika Kimia. Citra Aditya Bakti: Bandung.

[2] Brady, Michael P.;et al.United States Patent Application No.2003190515,

Kind Code Al., “corrosion resistant metalic biopolar”.,October 9,2003

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

[4] Gesser, H.D.2002.Applied Chemistry : A text book for Engineers and Technologists. Kluer Academic/Plenum Publisers, New York.

[5] Gunawan Erri. 2001. Tinjauan Produksi Gas Hidrogen dari 4 Jenis Elektroda Stainless Steel. Surabaya: Jurusan Teknik Mesin-Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

[6] Herring S. 2004, High Temperatur Electrolysis, IdahoNational Engineering

andEnvironmental Laboratory,Gaithersburg.

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

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

Brown’s Gas Pada Elektroliser. Malang:UB.

[9] http//:www.beritaiptek. blogspot.com

[10]http//:www1.eere.energy.gov/hydr ogenandfuelcells/fuelcells/ fc_types.html

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

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

[13]http//:www.chevinoorcholis.blogspot.com.