Pengaruh Penambahan Plat Netral Jenis Stainless Steel En Series 58A (AISI 302 B) Pada Dry Cell Pada Pemisahan H2(g) DAN O2(g) Dari H2O(l)

PENGARUH PENAMBAHAN JUMLAH PLAT NETRAL JENIS STAINLESS STEEL AISI 302 B PADA DRY CELL UNTUK PEMISAHAN H (g) DAN O (g) DARI H O(l)

  2

  2

  2 Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  WAHID HABIB NIM : 090401017 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014

  ABSTRAK

  Selama bertahun-tahun ketergantungan masyarakat terhadap bahan bakar minyak sangat tinggi. Bahkan untuk menghasilkan energi listrik,bahan bakar minyak tetap dipakai juga. Teknologi fuel cell (sel bahan bakar) merupakan hal yang tepat untuk menghemat penggunaan minyak dengan menggunakan hidrogen untuk menghasilkan energi listrik dan oksigen sebagai pengikat gas buang agar tidak berbahaya bagi lingkungan.Untuk mendapatkan hidrogen dan oksigen, penulis menggunakan dry cell dengan memvariasikan jumlah plat netral. Adapun tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh penambahan jumlah plat netral terhadap suhu dan produksi gas yang dihasilkan. Penelitian ini juga bertujuan untuk mengetahui pengaruh KOH dan kuat arus pada dry cell. Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan thermocouple agilent sebagai pencatat suhu yang dilahsilkan. Dalam setiap 90 detik, volume gas yang dihasilkan diukur pada setiap variabel uji yang telah dilakukan. Dari hasil penelitian diperoleh, nilai produksi tertinggi dihasilkan pada pengujian 10 plat netral dengan KOH 4,66% . Sedangan suhu tertinggi terjadi pada pengujian 4 plat netral dengan KOH 4,66%. Sehingga dapat diperoleh kesimpulan yaitu, semakin banyak plat netral semakin tinggi pula gas yang dihasilkan, sedangkan suhu yang dihasilkan semakin rendah dan semakin sedikit plat netral semakin tinggi panas yang dihasilkan sedangkan volume gas yang dihasilkan semakin rendah.

  Kata kunci : Fuel Cell, Dry Cell, Hidrogen dan Oksigen, Penambahan Plat Netral dan Konsentrasi KOH

  

ABSTRACT

  Over the years people's dependence on fossil fuels is very high. Even for generating electrical energy, fuel continues to be used as well. Fuel cell technology (fuel cell) is the right thing to save the use of oil by using hydrogen to generate electricity and oxygen as a binder so harmless exhaust gas .To obtain hydrogen and oxygen, the authors use a dry cell by varying the number of neutral plates. The purpose of this study was to determine the effect of the number neutral plate with respect to temperature and the resulting gas production. This study also aimed to determine the effect of KOH and strong currents in the dry cell. The study was done using a thermocouple temperature recorder agilent as produced. In every 90 seconds, the volume of gas produced was measured at each test variable that has been done. From the results obtained, the highest production values generated at 10 plates neutral testing with 4.66% KOH. Whereas, the highest temperature occurs in the test 4 neutral plates with 4.66% KOH. So it can be concluded that, the more the higher the plate neutral gases produced, while the lower temperatures generated and the less the higher the neutral plate heat generated while the volume of gas produced lower.

  Key words: Dry Cell, Fuel Cell, hydrogen and oxygen, the addition of the neutral Plate and concentration of KOH

  Puji dan syukur saya ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat, kekuatan dan kesehatan yang diberikan selama pengerjaan skripsi ini, sehingga skripsi ini dapat saya selesaikan.

  Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan untuk

mencapai gelar sarjana di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas

Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul skripsi ini yaitu PENGARUH

PENAMBAHAN PLAT NETRAL JENIS STAINLESS STEEL EN SERIES 58A

(AISI 302 B) PADA DRY CELL PADA PEMISAHAN H ^{2 (g) DAN O 2 (g) DARI} H ₂ O(l). Dalam penulisan skripsi ini tidak sedikit hambatan yang dihadapi oleh penulis.

  Untuk itu penulis secara khusus menyampaikan terima kasih kepada dosen pembimbing Bapak Ir.Abdul Halim Nasution M.Sc, yang telah bersedia meluangkan waktunya untuk memberikan saran dan membimbing serta sumbangan pikiran bagi penulisan skripsi ini.

  Selama penulisan skripsi ini, penulis juga mendapat banyak bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis juga mengucapkan terima kasih kepada:

  

1. Ibu Saya, Erni Hasibuan yang mendo’akan dan mendukung penulis dalam

pengerjaan Skripsi ini.

  

2. Bapak Bapak Dr.Ir.Mulfi Hazwi,MSc dan Bapak Dr.eng.Ir.Indra,MT selaku dosen

pembanding I dan II.

  

3. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin

Fakultas Teknik USU.

  4. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin USU.

  

5. Saudaraku yang tercinta, Abang saya Dian Prima Senja Sihaloho dan Istri, Irvan

Aspidar dan Istri, Zulfitri Sipahutar dan Istri untuk do’a, dana, dan dukungan dalam menyelesaikan skripsi ini.

  

6. Seluruh teman-teman penulis, Umri Nahdi Siregar dan adinda Imam Syaifullah,

adinda Rizki Agustama, dan teman satu angkatan 2009 juga adik-adik yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu yang telah menemani dan memberikan masukan serta semangat kepada penulis

  

7. Teman-teman Tim Horas USU sebagai inspirasi bagi penulis untuk mendapatkan

ide dalam pengerjaan skripsi ini.

  

8. Ibu Salmiah Hasibuan dan adinda Fatimah Hanum Lubis yang mendorong,

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, Januari 2014 Penulis Wahid Habib

  

DAFTAR ISI

ABSTRAK ................................................................................................................. i KATA PENGANTAR ............................................................................................... ii DAFTAR ISI.............................................................................................................. iv DAFTAR GAMBAR ................................................................................................. vii DAFTAR TABEL ..................................................................................................... viiii DAFTAR NOTASI .................................................................................................... xiii

  BAB I PENDAHULUAN

  1.1 Latar Belakang ............................................................................... 1

  1.2 Tujuan Pengujian ............................................................................ 3

  1.2.1 Batasan Masalah ................................................................... 4

  1.3 Metedologi Penulisan ..................................................................... 4

  1.4 Sistematika Penulisan ..................................................................... 4

  BAB II TINJAUAN PUSTAKA

  2.1 Fuel Cell ......................................................................................... 6

  2.2 Jenis-Jenis Sel Bahan Bakar ........................................................... 6

  2.3 Polymer Exchanger Membrane Fuel Cell ...................................... 9

  2.4 Dry Cell .......................................................................................... 10

  2.4.1 Proses Elektrolisis Air .......................................................... 11

  2.5 Metode Pemisahan Hidrogen dan Oksigen pada Dry Cell ............. 12

  BAB III METODOLOGI PENELITIAN

  3.1 Tempat dan Waktu ......................................................................... 13

  3.1.1 Tempat .................................................................................. 13

  3.1.2 Waktu ................................................................................... 13

  3.2 Alat dan Bahan ............................................................................... 15

  3.2.1 Alat ........................................................................................ 15

  3.2.2 Bahan.... ................................................................................. 16

  3.2.3 Alat Pendukung Proses Pengujian ......................................... 18

  3.2.4 Alat Pendukung Pada Proses Pembuatan H

  2 dan O 2 ............. 20

  3.3 Prosedur Pengujian ......................................................................... 21

  3.4 Instalasi Pengujian .......................................................................... 24

  BAB IV PENGOLAHAN DATA

  4.1 Hasil Pengujian .............................................................................. 25

  4.1.1 Besarnya Daya Yang Digunakan Pada Pengujian ............... 25

  4.2 Besarnya Konsentrasi Larutan KOH .............................................. 26

  4.3 Menghitung Besar Volume Hidrogen dan Oksigen ....................... 26

  4.4 Menghitung Laju Produksi Gas H

  2 dan O 2 .................................... 36

  4.5 Besar Energi Yang Digunakan ....................................................... 41

  4.6 Energi Yang Terbuang ................................................................... 42

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

  5.1 Kesimpulan ..................................................................................... 47

  5.2 Saran ............................................................................................... 48

  DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................ xvii LAMPIRAN............................................................................................................... xviii

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Rangkaian Dry cell .................................................................. 3Gambar 1.2 Diagram Alir Penelitian ............................................................ --Gambar 2.1 Aliran Hidrogen dan Oksigen Didalam

  Sel Bahan Bakar PEM .............................................................. 7

Gambar 2.2 Reaksi Elektrolisis Pada PEM .................................................. 10Gambar 2.3 Dry Cell .................................................................................... 11Gambar 2.4 Proses Elektrolisis Air .............................................................. 11Gambar 2.5 Bentuk Gasket Yang Dipakai ................................................... 12Gambar 2.6 Contoh Membran ...................................................................... 12Gambar 2.7 Aliran Oksigen dan Hidrogen .................................................. 13Gambar 3.1 Plat Stainless Steel .................................................................... 17Gambar 3.2 Plat Akrilik ............................................................................... 17Gambar 3.3 Susunan Plat Dengan Baut ....................................................... 18Gambar 3.4 Gasket ....................................................................................... 18Gambar 3.5 Screen Nylon Monofilamen ..................................................... 19Gambar 3.6 Mesin Las ................................................................................. 19Gambar 3.7 Termocouple Agilent ................................................................ 20Gambar 3.8 Multimeter ................................................................................ 20Gambar 3.9 ................................................................................. 20

  Stopwatch

Gambar 3.10 Wadah Penampung Hidrogen ................................................... 21Gambar 3.11 Katup Udara.............................................................................. 21Gambar 3.12 Regulator .................................................................................. 22Gambar 3.13 Instalasi Pengujian .................................................................... 25Gambar 4.1 Grafik Hasil Percobaan Suhu Vs Kuat Arus dengan KOH 4% ....................................................................... 33Gambar 4.2 Grafik Hasil Percobaan Suhu Vs Kuat Arus dengan KOH 4,33% .................................................................. 33Gambar 4.3 Grafik Hasil Percobaan Suhu Vs Kuat Arus dengan KOH 4,66% .................................................................. 34Gambar 4.4 Grafik Hasil Percobaan Volume Gas Vs Kuat Arus

  Pada KOH 4% ......................................................................... 35

Gambar 4.5 Grafik Hasil Percobaan Volume Gas Vs Kuat Arus

  Pada KOH 4,33% .................................................................... 35

Gambar 4.6 Grafik Hasil Percobaan Volume Gas Vs Kuat Arus

  Pada KOH 4,66% .................................................................... 36

Gambar 4.7 Grafik Hasil Percobaan Volume Hidrogen Vs Kuat Arus

  Pada KOH 4% ......................................................................... 37

Gambar 4.8 Grafik Hasil Percobaan Volume Hidrogen Vs Kuat Arus

  Pada KOH 4,33% .................................................................... 37

Gambar 4.9 Grafik Hasil Percobaan Volume Hidrogen Vs Kuat Arus

  Pada KOH 4,66% .................................................................... 38

Gambar 4.10 Grafik Hasil Percobaan Volume Oksigen Vs Kuat Arus

  Pada KOH 4% ......................................................................... 38

Gambar 4.11 Grafik Hasil Percobaan Volume Oksigen Vs Kuat Arus

  Pada KOH 4,33% .................................................................... 39

Gambar 4.12 Grafik Hasil Percobaan Volume Oksigen Vs Kuat Arus

  Pada KOH 4,66% .................................................................... 39

Gambar 4.13 Grafik Suhu Vs Jumlah Plat Netral Pada Arus 20 Amper ........ 45Gambar 4.14 Grafik Suhu Vs Jumlah Plat Netral Pada Arus 20 Amper ........ 45Gambar 4.15 Grafik Suhu Vs Jumlah Plat Netral Pada Arus 20 Amper ........ 46Gambar 4.16 Grafik Suhu Vs Jumlah Plat Netral Pada Arus 20 Amper ........ 46

  

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Lokasi dan Aktivitas Penelitian ................................................ 115Tabel 4.1 Data Pengujian Voltase 50 V, 4 Plat Netral, dengan Tebal Gasket 1,5 mm ................................................... 31Tabel 4.2 Data Pengujian Voltase 50 V, 6 Plat Netral, dengan Tebal Gasket 1,5 mm ................................................... 31Tabel 4.3 Data Pengujian Voltase 50 V, 8 Plat Netral, dengan Tebal Gasket 1,5 mm ................................................... 32Tabel 4.4 Data Pengujian Voltase 50 V, 10 Plat Netral, dengan Tebal Gasket 1,5 mm ................................................... 32

  3 Tabel 4.5 Data Pengujian Debit Hidrogen Q H 2 (m /s) dan Laju Produksi

  Hidrogen ṁ (kg/s) pada 4 Plat Netral ....................................... 40

  3 Tabel 4.6 Data Pengujian Debit Hidrogen Q H (m /s) dan Laju Produksi

  2 Hidrogen

  ṁ (kg/s) pada 6 Plat Netral ....................................... 41

  3 Tabel 4.7 Data Pengujian Debit Hidrogen Q H 2 (m /s) dan Laju Produksi

  Hidrogen ṁ (kg/s) pada 8 Plat Netral ....................................... 41

  3 Tabel 4.8 Data Pengujian Debit Hidrogen Q H (m /s) dan Laju Produksi

  2 Hidrogen

  ṁ (kg/s) pada 10 Plat Netral ..................................... 42

  3 Tabel 4.9 Data Pengujian Debit Oksigen Q O 2 (m /s) dan Laju Produksi

  Oksigen ṁ (kg/s) pada 4 Plat Netral ........................................ 42

  3 Tabel 4.10 Data Pengujian Debit Oksigen Q O 2 (m /s) dan Laju Produksi

  Oksigen ṁ (kg/s) pada 6 Plat Netral ........................................ 43

  3 Tabel 4.11 Data Pengujian Debit Oksigen Q O (m /s) dan Laju Produksi

  2 Oksigen

  ṁ (kg/s) pada 8 Plat Netral ........................................ 43

  3 Tabel 4.12 Data Pengujian Debit Oksigen Q O 2 (m /s) dan Laju Produksi

  Oksigen ṁ (kg/s) pada 10 Plat Netral ...................................... 44

Tabel 4.13 Data Pengujian Energi Terbuang H (kalori) dan % Lost

  lost

  Persentase Energi Terbuang Pada 4 Plat Netral ...................... 46

Tabel 4.14 Data Pengujian Energi Terbuang H lost (kalori) dan % Lost

  Persentase Energi Terbuang Pada 6 Plat Netral ...................... 47

Tabel 4.15 Data Pengujian Energi Terbuang H lost (kalori) dan % Lost

  Persentase Energi Terbuang Pada 8 Plat Netral ...................... 47

Tabel 4.16 Data Pengujian Energi Terbuang H lost (kalori) dan % Lost

  Persentase Energi Terbuang Pada 10 Plat Netral .................... 48

  DAFTAR NOTASI Lambang Keterangan Satuan

  3

  o

  C T s Temperatur Awal

  o

  t Waktu Sekon T f Temperatur Akhir

  3 H lost Energi Yang Terbuang Kalori

  /s V f Volume Air cm

  Q Debit Volume Gas m

  E Energi Yang Digunakan Watt-hours

  2 Kg/s

  3 ṁ Laju Produksi Gas H

  2 Kg/m

  Massa Jenis Gas H

  I Kuat Arus Ampere ρ

  V Voltase Volt

  C