2. Menghitung beda pressure gauge dengan tekanan pada tabung penampungan gas H2 - PROTOTYPE HYDROGEN FUEL GENERATOR ( Aplikasi Pemanfaatan Gas Hidrogen Pada Elektrolisis Sebagai Bahan Bakar Las ) - POLSRI REPOSITORY
LAMPIRAN II
PERHITUNGAN
1. Menghitung jumlah KOH yang dibutuhkan
Konsentrasi KOH : 1.25 M Volume Elektrolit : 12 Liter Berat Molekul KOH : 56. 11 Maka, gram KOH = M x V x BM
(Sumber : Kimia Analisis Dasar, 2012 POLSRI)
gram KOH = 1.25 x 12 liter x 56.11 = 841.65 gram
2. Menghitung beda pressure gauge dengan tekanan pada tabung
2 penampungan gas H
Tekanan pressure gauge = 17 mmHg
0,133 kPa
= 17 mmHg x
mmHg
= 2.266 kPa
0,00131 atm
Tekanan tabung = 17 mmHg x
mmHg =
0.022 = 0.022 atm + 1 atm = 1.022 atm (Tekanan absolute)
2(g) + O 2(g ) ...( 3 ) ( Sumber : Dr Hizkia Achmad, 2001 )
3.1.1 Menghitung Total Volume Gas yang Dihasilkanpada Arus 0.5 Ampere / Cell
↔ 2H
2 O (l)
Reaksi Total : 2H
2 O (l) + 4e
2(g) + 2H
↔ O
Ӏx2 ...( 1 ) Anoda : 4OH
2(g) + 2OH
2 O (l) + 2e
Katoda : 2H
Diketahui : i = 2.5 Ampere ( untuk 5 cell ) t = 420 detik Maka ; Gas yang dihasilkan pada masing
3.1 Secara Teori
4 20 2.666 1.026
3. Menghitung Total Volume Gas yang dihasilkan
14 30 4.000 1.039
13 29 3.866 1.038
12 28 3.733 1.037
11 27 3.600 1.035
10 26 3.466 1.034
9 25 3.333 1.033
8 24 3.200 1.031
7 23 3.066 1.030
6 22 2.933 1.029
5 21 2.800 1.028
- – masing elektroda Reaksi yang terjadi :
- (aq)
- ↔ H
- (aq)
- ...( 2 )
- Total Volume Gas
...( Hukum Faraday )
Pada Katoda ( Pers.1 ) dihasilkan = Faraday Jumlah Elektron
= 1 x 0.0108 mol
2
2
= 0.0054 mol gas H
liter
Volume Gas H
2 = 0.0054mol gas H 2 x 22.4 ( STP ) mol
= 0.12 liter gas H
2 Pada Anoda ( Pers.2 ) dihasilkan = Faraday ...( Hukum Faraday )
Jumlah Elektron = 1 x 0.0108 mol
4 = 0.00272 mol gas O
2 liter
2
2 Volume gas O = 0.00272 mol gas O x 22.4 ( STP ) mol
= 0.0609 liter Gas O
2 Jadi, Total Volume Gas yang dihasilkan yaitu,
= Volume Gas H
2 + Volume Gas O
2
=0.1219 liter +0.0609 liter = 0.1828 liter
Dengan cara perhitungan yang sama seperti yang diatas, maka pada data selanjutnya ditabulasi sebagai berikut : Tabel 14. Total Gas dengan variasi Arus Secara Teoritis
3.2 Secara Praktek
3.2.1 Menghitung Total Volume Gas yang dihasilkan Arus 0.5 Ampere / Cell
Pada Kondisi Tekanan dan Temperatur yang Berubah
1 Diketahui : P = 1 atm
= 760 mmHg P
2 = 17 mmHg
= 17 mmHg + 760 mmHg = 777 mmHg ( Tekanan Absolute ) v
1 = 0.12 liter o
T
1 = 0 C o
= 0 C + 273 = 273 K
o
T
2 = 28 C o
= 28 C + 273 = 301 K
Maka; Volume pada tekanan 17 mmHg dan Temperatur 301 K yaitu : Persamaan awal rumus :
P
1 x v 1 = n R T
1
P 2 x v 2 n R T
2
Sehingga menjadi ;v
2 = P 1 x v 1 x T
1 P 2 x T
1 Tabel 15. Total Gas dengan variasi Arus Secara Praktek Konsentrasi
( M ) Tegangan
3.3 Menghitung Efisiensi Alat yang di gunakan pada Proses Elektrolisis pada Arus 0.5 Ampere / cell
Dari Reaksi Elektrolisis yang ada untuk menghasilkan Hidrogen dan Oksigen
= 11 volt x 2.5 Ampere x 420 detik
( Sumber : Dr Hizkia Achmad, 2001 )
Jumlah listrik yang digunakan untuk proses elektrolisis adalah W = V x I x t
J mol
= 285840
1000
= + 285.84 x
, sehingga ∆Hf
2 membutuhkan energi sebesar + 285.84
Dimana, Untuk menguraikan 1 mol gas H
2 H 2 ( g ) + O 2 ( g ) ...∆Hf = + 285.84 kj/ mol
2 H
Diketahui : Total Gas Campuran = 0.00816 mol
( volt ) i ( A ) waktu
15 11.5 102 0.1186 0.1015 0.203 0.0091
14 9 115 0.1333 0.1 0.233 0.0089
13 6.5 151 0.1293 0.097 0.194 0.0087
12 4.0 272 0.126 0.0945 0.189 0.0084
11 2.5 420 0.1187 0.089 0.178 0.0079
1.25
( mol )
Total Gas Campuran
Campuran ( liter )
( liter ) Total Gas
2
( liter ) O
2
( detik ) H
2 O ( l )
Maka ; Efisiensi Alat (
ɳ ) = Energi Teoritis digunakan untuk elektrolisis x 100% Energi Aktual yang dibutuhkan = Jumlah mol x
∆Hf x 100 % W
= 0.00816 mol x 285840
Joule mol
x 100 % 11550 Joule = 2332,45 Joule x 100 % 11550 Joule = 20.16 %
Dengan cara perhitungan yang sama didapatkan Efisiensi Alat untuk variasi arus, seperti yang ditunjukkan pada tabel berikut : Tabel 16. Efisiensi Alat pada masing-masing Arus
Konsentrasi ( M )
Tegangan ( volt )
I ( A )
Waktu ( detik )
Efisiensi Alat ( % ) 11 2,5 420 20,166
12 4 272 18,512
1.25 13 6,5 151 17,092
14 9 115 15,869 15 11,5 102 14,81
3.4 Menghitung Neraca Massa pada Alat Hydrogen Generator
Gambar 12 . Blok Neraca Massa Proses Elektrolisisis
Oksigen Hidrogen
Oxygen
( Stream 3 )
Hydrogen
( Stream 2 ) Oksigen
( Stream 1 )
Hidrogen
Air Umpan ELEKTROLISER
Air Sisa ( Stream 4 )
3.4.1 Arus 0.5 Ampere dengan elektroda 5 Cell
Diketahui : Volume Awal = 12 Liter
2
2 Massa H O Awal = 12 Liter x Densitas H O
= 12 Liter x 1000 = 12000 gram
Volume Akhir = 11.835 Liter Waktu = 420 detik
2
2 Massa H O Akhir = 11.835Liter x Densitas H O
= 11.835 Liter x 1000 = 11835 gram
Maka; H
2 O terelektrolisis = Berat Awal
- – Berat Akhir = 12000 gram
- – 11835 gram = 165gram
Volume Gas H
2 = 0.1219 liter
Volume Gas O
2 = 0.0609 liter Input : Stream 1 ( Air Umpan )
Konversi volume ke liter / jam
Output : Stream 2 ( Gas Hidrogen )
1 kg 1000 gram =
3600 detik 1 jam =
0.522
liter jam
Konversi liter/ jam ke kg/jam
0.522 liter jam
x
1.429 gram 1 liter
x
0.00075
0.069 liter 420 detik
kg jam
Konversi kg/jam ke kmol/jam
0.522 liter jam
x
1 mol 22.4 liter
= 0.0233
mol jam Stream 3 ( Air Sisa )
Konversi 11.835 liter/detik ke liter/jam
x
Konversi 0.069 liter/detik ke liter/jam
Konversi 0.1219 liter/detik ke liter/jam
0.0899 gram 1 liter
0.1219 liter 420 detik
x
3600 detik 1 jam =
1.045
liter
jam
Konversi liter/ jam ke kg/jam
1.045 liter jam
x
x
mol jam Stream 3 ( Gas Oksigen )
1 kg 1000 gram =
0.000093
kg jam
Konversi kg/jam ke kmol/jam
1.045 liter jam
x
1 mol 22.4 liter
= 0.047
11.835 liter 3600 detik liter
45 Dengan cara perhitungan yang sama untuk data selanjutnya dapat ditabulasi seperti yang ditunjukkan pada tabel dibawah ini. Tabel 17. Neraca Massa Keseluruhan Pada Proses Elektrolisis dengan variasi arus listrik
Input Output
Konsentrasi ( M )
Arus Ampere
Waktu detik Stream (1) Stream (2) Stream (3) Stream (4)
Air Sisa Air Umpan Gas Hidrogen Gas Oksigen l/jam kg/jam kmol/jam l/jam kg/jam kmol/jam l/jam kg/jam kmol/hr l/jam kg/jam kmol/jam
1.25 2,5 420 102,857 102,857
4,592 1,045 0.000093 0,047 0,522 0,00075 0,0233 101,290 101,290 4,522 4 272 158,824 158,824
7,090 1,672
0,00015 0,075 0,835 0,00119 0,0373 156,317 156,317 6,978 6,5 151 286,093 286,093
12,772 2,715
0,00024 0,121 1,359 0,00194 0,0607 282,018 282,018 12,590 9 115 375,652 375,652 16,770 3,760 0,00033 0,168 1,881 0,00267 0,0840 370,011 370,011 16,518
11,5 102 423,529 423,529 18,908 4,804 0,00043 0,214 2,404 0,00343 0,1073 416,322 416,322 18,586
Total 1346,955 1346,955 18,908 13,99 0,001 0,625 7.01 0,010 0,0313 1325,96 1325,96 59,195 1346,955
1346,955