ANALISIS KINERJA SEL ELEKTROLISIS BERBASIS...

UNIVERSITAS INDONESIA

ANALISIS KINERJA SEL ELEKTROLISIS BERBASIS KONTROL TEGANGAN PULSE WIDTH MODULATION

UNTUK PENINGKATAN KINERJA MOTOR BAKAR

SKRIPSI

BAGUS REKA SUSILO

0806329880

FAKULTAS TEKNIK

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

DEPOK

JULI 2012

Analisis kinerja..., Bagus Reka Susilo, FT UI, 2012

UNIVERSITAS INDONESIA

ANALISIS KINERJA SEL ELEKTROLISIS BERBASIS KONTROL TEGANGAN PULSE WIDTH MODULATION

UNTUK PENINGKATAN KINERJA MOTOR BAKAR

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

BAGUS REKA SUSILO

0806329880

FAKULTAS TEKNIK

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

DEPOK

JULI 2012


ii

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS

Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri,

Dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk

Telah saya nyatakan dengan benar.

Nama : Bagus Reka Susilo

NPM : 0806329880

Tanda Tangan :

Tanggal : 11 Juli 2012


iii

HALAMAN PENGESAHAN

Skripsi ini diajukan oleh :


NPM : 0806329880

Program Studi : Teknik Mesin

Judul Skripsi : Analisis Kinerja Sel Elektrolisis Berbasis Kontrol Tegangan Pulse Width Modulation untuk Peningkatan Kinerja Motor Bakar

Telah berhasil dipertahankan di hadapan Dewan Penguji dan diterima sebagai bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia.

DEWAN PENGUJI

Pembimbing : Dr. Ir. R. Danardono Agus Sumarsono, DEA. PE

Penguji : Yudan Whulanza, S.T., M.Sc., Ph.D

Penguji : Prof. Dr. Ir. Bambang Sugiarto, M. Eng.

Penguji : Jos Istiyanto, S.T.,M.T., Ph.D

Penguji : Dr.Ir. Gatot Prayogo, M.Eng.

Ditetapkan di : Fakultas Teknik Universitas Indonesia, Depok

Tanggal : 11 Juli 2012


iv

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Allah SWT yang telah memberikan rahmat, hidayah

serta inayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini tepat waktu.

Penulisan skripsi ini dilakukan dalam rangka memenuhi salah satu syarat untuk

mencapai gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin pada Fakultas

Teknik Universitas Indonesia.

Skripsi ini berisi tentang pemanfaatan hidrogen dalam lingkup peralihan

dari energi yang bergantung pada bahan bakar minyak ke arah energi alternatif.

Energi yang bersumber dari hidrogen itu rendah emisi, sangat cocok dengan bumi

kita yang sedang hangat-hangatnya mencuat isu global warming. Jika memang

infrastruktur sudah memadai, diharapkan gas hidrogen dapat digunakan untuk

menghasilkan listrik (hydrogen fuel cell) dan menggerakkan alat transportasi

dengan energi listrik di masa depan.

Banyak pihak yang telah mendukung penulis selama empat tahun masa

perkuliahan hingga tugas akhir ini dapat terselesaikan. Penulis mengucapkan

terima kasih sebesar-besarnya kepada :

1. Marbono dan Sutirah selaku orang tua yang selalu memberikan dukungan

yang diberikan tanpa hentinya sehingga skripsi ini dapat terselesaikan.

2. Dr. Ir. R. Danardono Agus Sumarsono DEA. PE selaku dosen

pembimbing yang telah memberikan arahan, kepercayaan kepada penulis

dalam penyusunan skripsi ini.

3. Dr. Ir. Harinaldi M.Eng selaku penasehat akademis yang telah memberi

masukan tentang persoalan akademis kepada penulis

4. Dr. Ir. Gandjar Kiswanto M.Eng yang telah mencontohkan keteladanan

dan memberikan arahan selama penulis menjalani mata kuliah tugas

merancang

5. Seluruh dosen DTM selaku dosen program studi Teknik Mesin yang telah

menginspirasi, mendidik penulis menjadi lulusan teknik yang insyaallah

dapat survive di masyarakat


v

6. Anak mesin 2008, senior, dan junior yang telah mengubah penulis dari

anak SMA yang manja menjadi anak mesin yang punya visi dan peduli

7. Termonator Geng yang di masa jayanya terus berada di samping penulis,

menemani, refreshing bersama dan mengisi kehidupan empat tahun

perkuliahan

8. Trio Kontrakan: Ono, Fikri, Ezat yang sudah mengizinkan penulis menjadi

benalu di kontrakan dengan menumpang istirahat, mengacak-acak dan

sering meminjam kunci

9. Keluarga besar Shell Eco Marathon UI yang telah memberikan keluarga

baru selama dua tahun ke belakang, keluarga yang diabadikan dengan

mobil-mobil hasil perjuangan bersama. Semoga SEM UI terus berprestasi

dan mobil-mobil tersebut tetap terjaga.

10. Anak Laboratorium Lantai 2 yang telah membantu penulis mencari

troubleshooting dunia elektronika yang masih awam bagi penulis

11. Laboran dan staff DTM: Mas Syarif, Mas Yasin, Mas Supri, Mas Udi,

Mas Suryadi, Pak Maruih, Mbak Ida, Mbak Tina dan yang lainnya atas

keramahannya, dukungannya dan memberikan kemudahan ketika penulis

beraksi di DTM selama masa perkuliahan

Akhir kata, semoga Allah SWT berkenan membalas segala kebaikan

semua pihak yang telah disebutkan di atas. Semoga skripsi ini membawa manfaat

untuk perkembangan ilmu pengetahuan.

Depok, Juli 2012

Bagus Reka Susilo


vi

HALAMAN PERNYATAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai sivitas akademik Universitas Indonesia, saya yang bertanda tangan di

bawah ini:


NPM : 0806329880

Program Studi : Teknik Mesin

Departemen : Teknik Mesin

Fakultas : Teknik

Jenis Karya : Skripsi

demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada

Universitas Indonesia Hak Bebas Royalti Noneksklusif (Non-exclusive Royalty-

Free Rights) atas karya ilmiah saya yang berjudul:

“Analisis Kinerja Sel Elektrolisis Berbasis Kontrol Tegangan Pulse Width

Modulation untuk Peningkatan Kinerja Motor Bakar”

Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan hak bebas royalty

noneksklusif ini, Universitas Indonesia berhak menyimpan, mengalih

media/formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), merawat

dan mempublikasikan tugas akhir saya selama tetap mencantumkan nama saya

sebagai penulis/pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di : Depok

Pada tanggal : 11 Juli 2012

Yang menyatakan,

Bagus Reka Susilo


vii

ABSTRAK

Nama : Bagus Reka Susilo Program Studi : Teknik Mesin Judul Skripsi : Analisis Kinerja Sel Elektrolisis Berbasis Kontrol Tegangan Pulse Width Modulation untuk Peningkatan Kinerja Motor Bakar Penelitian ini bertujuan untuk mengoptimalisasi kinerja sel elektrolisis. Elektrolisis adalah proses pemecahan senyawa air menjadi gas hidrogen dan gas oksigen dan gas hasil elektrolisis dimanfaatkan untuk meningkatkan kinerja motor bakar. Namun energi listrik yang dibutuhkan untuk elektrolisis terkadang terlalu besar dan sulit dikendalikan. Untuk mengoptimalisasi kinerja sel elektrolisis, dirancang kontroler reaktor yang adjustable berbasis pulse width modulation dengan mempertimbangkan nilai tegangan aki, suhu reaktor, indikator gigi persneling dan kecepatan putaran mesin. Kinerja sel elektrolisis dapat dilihat dari debit gas yang dihasilkan, konsumsi energi listrik dan suhu reaktor elektrolisa. Parameter kinerja motor bakar dapat diamati dari torsi, daya, emisi dan konsumsi bahan bakar. Dengan menerapkan modul kontrol, dapat meningkatkan maksimum BHP hingga 0,05HP, meningkatkan maksimum torsi sebesar 0,1 ft-lbs dan penghematan bensin sebesar 18,51% dibandingkan dengan motor standar. Kata kunci : pulse width modulation, elektrolisis, kontroler, adjustable


viii

ABSTRACT

Name : Bagus Reka Susilo Study Program : Mechanical Engineering Title : Performance Analysis of Electrolysis Cell based on Voltage Control Pulse Width Modulation to Improve Internal Combustion Engine Performance

This research is about to optimalize the performance of electrolysis cell. Electrolysis is process that can break the chemical bonding of water into hydrogen and oxygen gas. Both gasses is used to improve internal combustion engine performance. But the electric energy needed for electrolysis is excessive and hard to be controlled. To optimalize electrolysis cell performance, an adjustable controller is designed, based on pulse width modulation with consideration of battery voltage, electrolizer temperature, gear position and engine rotation spees. Electrolysis cell performance can be observed from gas flow rate, electric energy consumption and electrolyzer temperature. Engine performance parameter can be observed from torque, power, emission and fuel consumption. By using this control module, maximum BHP can increase up to 0,05HP, maximum torque up to 0,1 ft-lbs and decrease fuel consumption up to 18,51% compared with standard motorcycle. Keyword : pulse width modulation, electrolysis, controller, adjustable


ix

DAFTAR ISI

Halaman Pernyataan Orisinalitas ............................................................................. ii Halaman Pengesahan .............................................................................................. iii Kata Pengantar ........................................................................................................ iv Halaman Pernyataan Persetujuan Publikasi ............................................................ vi Abstrak ................................................................................................................... vii Abstract ................................................................................................................. viii Daftar Isi ................................................................................................................. ix Daftar Gambar ........................................................................................................ xi Daftar Tabel .......................................................................................................... xiii BAB I Pendahuluan ................................................................................................. 1 1.1 Latar belakang .................................................................................................... 1 1.2 Permasalahan ..................................................................................................... 3 1.3 Tujuan ................................................................................................................ 3 1.4 Batasan masalah ................................................................................................. 4 1.5 Metodologi penelitian ........................................................................................ 4 BAB II Landasan Teori ............................................................................................ 6 2.1 Mesin otto .......................................................................................................... 6 2.2 Siklus otto empat langkah .................................................................................. 7 2.3 Reaksi pembakaran ............................................................................................ 9 2.4 Sistem bahan bakar sepeda motor .................................................................... 11 2.5 Emisi gas buang ............................................................................................... 12 2.6 Elektrolisis ....................................................................................................... 15 2.7 Gas hidrogen .................................................................................................... 17 2.8 Microcontroller ................................................................................................ 20 2.9 Pulse Width Modulation .................................................................................. 23 BAB III Metode Penelitian .................................................................................... 28 3.1 Rancangan penelitian ....................................................................................... 28 3.2 Peralatan uji ..................................................................................................... 28 3.3 Prosedur penggunaan alat uji ........................................................................... 34 3.4 Prosedur pengambilan data .............................................................................. 36 BAB IV Desain Sistem Kontrol ............................................................................. 38 4.1 Deskripsi kebutuhan sistem kontrol ................................................................. 38 4.2 Desain sel elektrolisis ...................................................................................... 39 4.3 Perancangan sistem kontrol ............................................................................. 43 4.4 Mikrokontroler ATMEGA16 ........................................................................... 45 4.5 Komponen masukan sistem kontrol ................................................................. 50 4.6 Komponen keluaran sistem kontrol ................................................................. 54 BAB V Hasil Pengolahan Data dan Analisis ......................................................... 58 5.1 Data debit gas hasil elektrolisis ....................................................................... 59 5.2 Data daya dan torsi .......................................................................................... 59 5.3 Data emisi gas buang ....................................................................................... 61 5.4 Data tes jalan .................................................................................................... 62 5.5 Analisa debit gas elektrolisis ........................................................................... 63 5.6 Analisa daya dan torsi ...................................................................................... 64


x

5.7 Analisa emisi gas buang .................................................................................. 65 5.8 Analisa konsumsi bahan bakar ........................................................................ 70 5.9 Analisa konsumsi energi listrik ........................................................................ 71 5.10 Analisa suhu sel elektrolisis setelah tes jalan ................................................ 72 BAB VI Kesimpulan dan Saran ............................................................................. 73 6.1 Kesimpulan ...................................................................................................... 73 6.2 Saran ................................................................................................................ 73 Daftar Referensi ..................................................................................................... 74 Lampiran ................................................................................................................ 75


xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Grafik produksi minyak bumi dunia .....................................................................1

Gambar 1.2 Grafik peningkatan produksi karbon dioksida di dunia ........................................2

Gambar 2.1 Proses kerja motor empat langkah .....................................................................7

Gambar 2.2 siklus otto teoritis ..................................................................................................7

Gambar 2.3 siklus otto aktual ..................................................................................................7

Gambar 2.4 proses pembangkitan sinyal pada ATMEGA .....................................................24

Gambar 2.5 Perbedaan clear up dan clear down .................................................................25

Gambar 2.6 Tegangan rata-rata Sinyal PWM ....................................................................26

Gambar 2.7 Grafik load voltage dan average voltage ....................................................................26

Gambar 2.8 Sinyal PWM dan Persamaan Vout PWM .....................................................27

Gambar 3.1 Motor Supra X125 Tahun 2005 ..................................................................................29

Gambar 3.2 alat uji Gas analyzer .................................................................................................30

Gambar 3.3 flowmeter Dwyer RMA-11 ..................................................................................31

Gambar 3.4 Multitester .......................................................................31

Gambar 3.5 Wattmeter Turnigy 130A .......................................................................32

Gambar 3.6 Alat dynojet 250i .......................................................................33

Gambar 4.1 Perbedaan wet cell dan dry cell ..................................................................................39

Gambar 4.2 sel elektrolisis tipe wet cell ..................................................................................40

Gambar 4.3 intake manifold .................................................................................................40

Gambar 4.4 desain sel elektrolisis .................................................................................................41

Gambar 4.5 susunan plat sel elektrolisis ..................................................................................41

Gambar 4.6 penempatan sel elektrolisis ..................................................................................42

Gambar 4.7 penempatan tabung cadangan air ....................................................................42

Gambar 4.8 skema kerja sel elektrolisis ..................................................................................43

Gambar 4.9 diagram alir sistem kontrol elektrolisis ....................................................................44

Gambar 4.10 grafik PWM vs rpm mesin ..................................................................................45

Gambar 4.11 Konfigurasi pin ATMega16 ..................................................................................47

Gambar 4.12 skema rangkaian sistem microcontroller ATMEGA16 yang digunakan ..........49

Gambar 4.13 rangkaian voltage divider menggunakan potensiometer .......................................50

Gambar 4.14 skema rangkaian pengkondisian sinyal ....................................................................51

Gambar 4.15 skema rangkaian sensor suhu LM35 ....................................................................52

Gambar 4.16 sensor LM35 .................................................................................................53

Gambar 4.17 Rangkaian Sensor LM35 ..................................................................................54

Gambar 4.18 konfigurasi pin LCD .................................................................................................55

Gambar 4.19 skema rangkaian driver dengan mikrokontroller .....................................................57


xii

Gambar 5.1 Daya dan Torsi Motor Standar .................................................................................59

Gambar 5.2 Daya dan Torsi Motor dengan Hidrogen tanpa Sistem Kontrol .........................60

Gambar 5.3 Daya dan Torsi Motor dengan Hidrogen dengan Sistem Kontrol .........................60

Gambar 5.4 Grafik hubungan antara flow rate gas elektrolisis dengan kuat arus .........................63

Gambar 5.5 Grafik hubungan antara flow rate gas elektrolisis dengan tegangan .........................63

Gambar 5.6 Grafik emisi HC .................................................................................................65

Gambar 5.7 Grafik kadar CO .................................................................................................66

Grafik 5.8 Grafik kadar CO2............................................................................................................68

Gambar 5.9 Grafik kadar O2 .................................................................................................69

Gambar 5.10 Grafik penghematan konsumsi bensin ....................................................................70

Gambar 5.11 Grafik penghematan konsumsi energi listrik .....................................................71


xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Sifat hidrogen ...............................................................................................................19

Tabel 3.1 Spesifikasi dynojet 250i .......................................................................33

Tabel 4.1 konfigurasi pin LCD ................................................................................................55

Tabel 5.1 Tabel Debit Gas Hasil Elektrolisis ..................................................................................59

Tabel 5.2 data hasil emisi gas buang pada kondisi motor standar .......................................61

Tabel 5.3 data hasil emisi pada kondisi motor dengan hidrogen tanpa sistem kontrol ..........61

Tabel 5.4 Data hasil emisi pada kondisi motor dengan hidrogen dengan kontrol PWM ..........62

Tabel 5.5 Data Hasil Tes Jalan pada Berbagai Kondisi Motor .....................................................62

Tabel 5.6 Data Hasil Dynotest pada Berbagai Kondisi Motor .....................................................64

Tabel 5.7 penurunan kadar HC ................................................................................................65

Tabel 5.8 penurunan kadar CO .................................................................................................67

Tabel 5.9 selisih kadar CO2 .................................................................................................68

Tabel 5.10 penurunan kadar O2 .................................................................................................69

Tabel 5.11 Penghematan konsumsi bensin ..................................................................................70

Tabel 5.12 penghematan konsumsi energi listrik ....................................................................71

Tabel 5.13 Suhu sel elektrolisis setelah tes jalan ....................................................................72


1 Universitas Indonesia

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Energi memegang peranan penting dalam kehidupan manusia. Pada

berbagai lingkup kehidupan seperti transportasi, komunikasi dan lainnya, energi

menjadi pemegang peranan utama. Selama ini manusia bergantung pada energi

yang berasal dari minyak bumi untuk menjalankan sistem transportasi dan

industri. Namun minyak bumi yang termasuk energi tak terbaharukan, lama

kelamaan mengalami kelangkaan. Cadangan minyak bumi semakin menipis,

dampaknya semakin lama harga minyak bumi dunia semakin melonjak naik.

Gambar 1.1 Grafik produksi minyak bumi dunia

(Sumber: The expected dates of resource-limited maxima in the global production of oil and gas.

R. W. Bentley. 18 Desember 2009. Springerlink science)

Kendala dari penggunaan minyak bumi bukan hanya pada kelangkaan

yang terjadi, tetapi juga gas sisa hasil reaksi pembakaran (emisi) minyak bumi

yang memiliki kandungan berbahaya bagi lingkungan. Penumpukan CO2 dalam

lapisan atmosfer menyebabkan terjadinya peningkatan suhu bumi sehingga

terjadi pemanasan global. Produksi gas sisa pembakaran lainnya seperti CO, HC

dan Nox menimbulkan polusi yang dapat mencemari lingkungan.


2

Universitas Indonesia

Gambar 1.2 Grafik peningkatan produksi karbon dioksida di dunia

(Sumber: Carbon Dioxide Information Analyst Center. http://cdiac.ornl.gov/trends/emis/glo.html )

Menanggapi penurunan cadangan minyak bumi dan kerusakan lingkungan

dari gas emisi, penelitian mengenai energi alternatif mulai dikembangkan. Dari

panas bumi, biofuel, hingga kendaraan listrik diteliti dengan harapan energi

alternatif ini dapat menghilangkan ketergantungan terhadap minyak bumi.

Sebagai peralihan dari penggunaan minyak bumi ke energi alternatif, penggunaan

hidrogen hasil elektrolisa air pada motor pembakaran dalam digunakan pada

kehidupan sehari-hari. Gas hidrogen dapat dimasukkan ke ruang bakar pada

intake manifold ataupun pada filter udara. Dengan adanya bahan bakar hidrogen

di masa transisi ini diharapkan dapat meningkatkan efisiensi mesin sehingga

cadangan minyak bumi dapat lebih lama habisnya.

Penggunaan gas hasil elektrolisa atau biasa disebut HHO sudah banyak

diterapkan pada mesin kendaraan baik roda dua maupun roda tiga. Namun

sebagian besar pengguna dan produsen menaruh fokusnya terhadap efeknya pada

kinerja motor bakar, bukan pada energi listrik dan performa dari sel elektrolisa.

Pada umumnya, untuk sepeda motor listrik elektrolisa diperoleh dari arus untuk

pengisian aki dari alternator ataupun dari kabel lampu depan. Tegangan dan arus

yang mengalir pada kedua kabel tersebut meningkat seiring dengan meningkatnya


3


rpm mesin, sesuai dengan asumsi bahwa kebutuhan gas hidrogen untuk

pembakaran meningkat dengan meningkatnya rpm mesin. Hal ini mengakibatkan

listrik untuk menghasilkan gas elektrolisa sulit untuk divariasikan. Dengan adanya

keterbatasan tersebut, dirancanglah kontroller berbasis pulse width modulation

dengan diharapkan dapat menjadikan sistem produksi gas elektrolisa dapat

terkontrol secara elektronik sehingga kinerjanya dapat menjadi lebih optimal.

1.2 Permasalahan

Sistem tambahan penerapan gas hidrogen pada sepeda motor masih

sederhana (mengambil listrik dari pengisian aki/lampu depan), belum dilengkapi

dengan sistem kontrol untuk mengatur kinerja sel elektrolisis. Dengan adanya

kontroler, diharapkan pengguna dapat mengendalikan kinerja sel elektrolisis dan

penggunaannya disesuaikan dengan kondisi kendaraan yang digunakan. Kontroler

berbasis pulse width modulation dengan tujuan untuk memvariasikan persentase

pulse listrik yang diberikan ke reaktor berdasarkan kecepatan putaran mesin dan

melihat pengaruhnya terhadap prestasi mesin.

1.3 Tujuan

Tujuan dari penulisan ini adalah:

• Menerapkan teknologi kontrol untuk mengatur produksi gas hidrogen yang

dimasukkan ke ruang bakar dan mengendalikan sistem pengaktifan sel

elektrolisis

• Membandingkan dan mengetahui perbedaan kinerja sel elektrolisis dan

kinerja motor bakar yang dihasilkan antara sebelum dan sesudah

mengaplikasikan kontroler ke sel elektrolisis


4


1.4 Batasan Masalah

Batasan masalah pada penelitian ini yaitu:

• Pembahasan dilakukan pada hal-hal yang berkaitan dengan perancangan

kontroler untuk sel elektrolisis dan pengaruhnya terhadap kinerja motor

bakar

• Parameter kinerja sel elektrolisis yang diamati adalah konsumsi energi

listrik, suhu pada plat elektrolisis, dan debit gas hasil sel elektrolisis

• Parameter kinerja motor bakar yang diamati saat penelitian hanyalah pada

konsumsi bahan bakar, daya keluaran dan torsi kendaraan, serta

kandungan emisi gas buang (HC, O2, CO, CO2).

• Penelitian ini mengkaji variasi energi listrik yang masuk ke reaktor dan

mengamati pengaruhnya terhadap laju elektrolisis.

1.5 Metodologi Penulisan

1. Studi Literatur

Studi literatur dilakukan sebagai landasan teori pengerjaan tugas akhir

ini , diantaranya adalah buku, artikel, skripsi, jurnal dan internet.

Literatur tersebut digunakan sebagai dasar pengambilan keputusan dan

metodologi perancangan dan pengujian alat.

2. Persiapan Alat Uji

Alat uji dipersiapkan untuk mendukung berlangsungnya proses

pengujian pengambilan data yang diperlukan.

3. Proses Pengambilan Data

Pengujian dilakukan untuk melihat unjuk kerja sistem yang telah

dibuat, dan melakukan modifikasi jika diperlukan.

4. Analisis dan Kesimpulan Hasil Pengujian

Setelah pengambilan data, maka dilakukan proses pengolahan data yang

ditampilkan lewat tabel maupun grafik sehingga didapat kesimpulan

dari proses pengujian yang terlihat dari unjuk kerja sistem dan dapat

memberikan saran dalam pengembangan desain selanjutnya.

5. Sistematika Penulisan


5


Penulisan tugas akhir ini mengikuti sistematika penulisan sebagai

berikut:

BAB I, PENDAHULUAN

Bab ini membahas tentang latar belakang, permasalahan yang

timbul, tujuan, batasan masalah, metodologi penulisan, dan

sistematika penulisan.

BAB II, LANDASAN TEORI

Bab ini membahas tentang konsep-konsep yang menjadi dasar

teori dalam penelitian ini, seperti dasar teori motor bakar, dasar

teori elektrolisis air, dan teori kontrol dengan mikrokontroller

BAB III, METODE PENELITIAN

Bab ini membahas skema alat pengujian, prosedur dan metode

dalam pengujian dan pengambilan data untuk melihat unjuk

kerja sistem yang telah dibuat.

BAB IV, DESAIN SISTEM KONTROL

Bab ini membahas tentang konsep rancangan modul kontrol

yang digunakan untuk elektrolisis serta komponen masukan dan

keluaran sistem.

BAB V , HASIL DAN ANALISIS

Bab ini membahas hasil pengujian yang dianalisis dari data yang

berupa tabel dan grafik.

BAB VI, KESIMPULAN

Bab ini membahas kesimpulan dari hasil pengujian dan

memberikan saran untuk pengembangan desain berikutnya.



BAB II LANDASAN TEORI

2.1 Mesin Otto

Mesin otto adalah tipe motor pembakaran dalam yang menggunakan

nyala busi sebagai pemicu terjadinya proses pembakaran pada suatu sistem

tertutup yang dapat mengkonversi energi kimia yang terkandung pada bahan

bakar menjadi energi mekanik pada putaran poros. Sebagian energi yang

terkandung pada bahan bakar akan diubah menjadi energi mekanik, dan sisanya

menjadi panas dan gas buang.

Motor otto beroperasi berdasarkan prinsip siklus otto. Proses

pembakaran pada siklus otto terjadi ketika campuran bahan bakar dan udara dalam

keadaan terkompresi dan dipicu dengan bunga api dari nyala busi untuk

memastikan terjadinya ledakan dan kenaikan tekanan ruang bakar, yang membuat

piston bergerak translasi, memutar poros crankshaft. Siklus langkah kerja yang

terjadi pada mesin jenis ini dinamakan siklus otto.

Berdasarkan langkah kerjanya, mesin Otto terbagi menjadi dua, mesin

otto dua langkah dan mesin otto empat langkah. Pada mesin otto dua langkah, satu

siklus otto terjadi pada satu putaran crankshaft, sedangkan pada mesin otto empat

langkah satu siklus terjadi pada dua putaran crankshaft.


7


2.2 Siklus Otto Empat Langkah

Gambar 2.1 Proses kerja motor empat langkah

(Sumber: web.mit.edu)

Gambar 2.2 siklus otto teoritis


Gambar 2.3 siklus otto aktual



8


Intake (Langkah hisap)

Piston bergerak kebawah. Intake valve terbuka dan exhaust valve

menutup. Campuran udara dan bahan bakar dihisap masuk melalui intake

valve. Pada langkah hisap, klep inlet membuka sebelum Titik Mati Atas

(TMA), setelah itu tetap terbuka sampai pison melewati Titik Mati Bawah

(TMB). Klep inlet harus tetap terbuka sampai melewati TMB alasannya

adalah untuk membiarkan inertia dari tingginya kecepatan bahan bakar dan

udara yang tadi dihisap ke dalam silinder untuk benar-benar memadatkan

campuran bahan bakar dan udara yang mana saat itu piston mulai naik

untuk memulai langkah kompresi.

Compression (Langkah Kompresi)

Piston ke atas menuju TMA. Intake valve an exhaust valve

menutup, sehingga tak ada udara yang keluar ataupun masuk ruang bakar.

Campuran udara dan bahan bakar terkompresi pada langkah ini. Setelah

Piston melewati TMB, maka klep Inlet menutup. saat itulah langkah

kompresi dimulai. jadi langkah kompresi dimulai bukan dari TMB,

melainkan setelah melewati TMB. gerakan piston menuju ke TMA

menekan campuran bahan bakar dan udara yang tadi dihisap ke dalam

silinder.

Power (Langkah Usaha)

Sebelum piston berada pada TMA, campuran udara dan bahan

bakar terkompresi maksimum. Sesaat sebelum itu, busi melakukan

pengapian shingga menimbulkan ledakan. Tekanan meningkat dan piston

terdorong ke arah Titik Mati Bawah. Daya mekanik yang mendorong

piston ini akan dikonversi oleh crankshaft menjadi putaran. Putaran inilah

yang dimanfaatkan untuk menggrakkan mesin. Intake valve dan exhaust

valve beraa pada posisi tertutup.


9


Exhaust (Langkah Buang)

Piston bergerak ke atas menuju TDC. Intake valve tetutup dan

exhaust valve membuka. Gerakan piston menyebabkan gas sisa

pembakaan terdorong keluar ruang bakar melalui exhaust valve. Klep

buang membuka lama sebelum piston mencapai TMB. membukanya klep

buang sebelum TMB tujuannya untuk membiarkan tekanan di dalam

silinder berkurang, sehingga pada saat setelah piston melewati TMB,

momentum dari gas pembuangan digunakan untuk membilas silinder

secara efisien. karena pada saat itu juga klep inlet membuka sebelum TMA

( periode ini disebut overlapping atau kedua klep membuka secara

bersamaan ) dan klep buang menutup setelah melewati TMB. pada saat itu

inertia dari gas sisa pembakaran benar-benar membantu pengisian silinder

dengan membuat sebagian kevakuman di dalam silinder dan jalur

pemasukan. karena pada saat itu klep masuk sudah terbuka dan memulai

langkah hisap.

2.3 Reaksi Pembakaran

Bahan bakar yang digunakan pada Motor Pembakaran Dalam – jenis Otto

biasanya sejenis Hidro Carbon (HC). Berikut ini adalah persamaan umum untuk

pembakaran hidrokarbon dengan udara.

(2.1)

Nilai 3,76 didapat dari perbandingan %vol N2 dengan %vol O2 pada udara

bebas yaitu 79% / 21% = 3,76 dengan menganggap gas lainnya seperti argon, CO2

dan lainya sangat kecil. Untuk pembakaran yang sesuai dengan stokiometri,

digunakan nilai γ=1. Untuk pembakaran yang lean, pada reaksi terdapat excess

air, maka nilai γ>1. Untuk pembakaran yang rich, perbandingan jumlah bahan

bakarnya meningkat dibanding udara, maka nilai γ<1. Untuk menghitung nilai air


10


fuel ratio (AFR) dari persamaan reaksi sesuai stokiometri dapat dihitung

menggunakan persamaan berikut.

(2.2)

Dengan menganggap bahwa bahan bakar yang digunakan adalah isooctane

maka reaksi pembakaran yang terjadi sebagai berikut :

C8H18 + 12,5O2 + 12,5 (3,76)N2 à 8CO2 + 9H2O + 12,5(3,76)N2 (2.3)

Untuk pembakaran isooctane (C8H18), nilai heat of combustion yang dapat

dihasilkan adalah sebesar 47,9 MJ/kg pada kondisi STP (Sumber: Slide Teknik

Pembakaran Combustion Theory p20. Yulianto S. Nugroho). Reaksi pembakaran

tersebut terjadi di dalam ruang bakar pada tekanan dan suhu yang tinggi. Motor

pembakaran dalam yang baik mempunyai komposisi gas buang berupa CO2, H2O,

N2 seperti reaksi di atas, namun adakalanya terjadi pembakaran yang kurang

sempurna sehingga akan menghasilkan emisi gas berupa CO, HC, gas tersebut

juga bersifat beracun. Agar dapat terjadi pembakaran yang sempurna diperlukan

perbandingan yang tepat antara massa bahan-bakar / massa udara (AFR).

Pembakaran Dengan Penambahan Gas Elektrolisis

Dalam percobaan yang dilakukan dengan penambahan gas elektrolisis air,

bahan bakar yang masuk ke ruang bakar bukan hanya bensin saja melainkan

bensin dan gas elektrolisis air ( H2 + 0,5 O2) dan dengan asumsi bahwa jumlah gas

H2 + O2 yang di hasilkan reaktor elektrolisis air adalah proporsional, maka

stoikiometri pembakaran yang terjadi adalah:

C8H18 + 12,5O2 + 12,5 (3,76)N2 + n (H2 + 0,5 O2) à 8CO2 + (9 + n) H2O +

12,5(3,76)N2 (2.4)

Dengan menambah sejumlah n H2 + 0,5 O2 , di mana nilai n adalah jumlah

mol gas elektrolisis yang masuk ke ruang bakar. Penambahan gas elektrolisis ini

secara ideal tidak mempengaruhi AFR standarnya, karena oksidator gas H2 telah


11


setimbang dari yang dihasilkan oleh reaktor elektrolisis air. (Sumber: Analisis

Penggunaan Gas Hidrogen Hasil Elektrolisis Air Pada Motor Bakar 4 Langkah

Yang Diinjeksikan Setelah Karburator Dengan Variasi Derajat Timing Pengapian,

Arandityo Narutomo)

2.4 Sistem Bahan Bakar pada Sepeda Motor

Karburator adalah sebuah alat yang mencampur udara dan bahan bakar

untuk sebuah mesin pembakaran dalam. Karburator masih digunakan dalam mesin

kecil dan dalam mobil tua atau khusus seperti yang dirancang untuk balap mobil

stock. Kebanyakan mobil yang diproduksi pada awal 1980-an telah menggunakan

injeksi bahan bakar elektronik terkomputerisasi. Mayoritas motor masih

menggunakan karburator dikarenakan lebih ringan dan murah, namun pada 2005

sudah banyak model baru diperkenalkan dengan injeksi bahan bakar.

Prinsip Kerja

Pada dasarnya karburator bekerja menggunakan Prinsip Bernoulli:

semakin cepat udara bergerak maka semakin kecil tekanan statis-nya

namun makin tinggi tekanan dinamis-nya. Pedal gas pada mobil

sebenarnya tidak secara langsung mengendalikan besarnya aliran bahan

bakar yang masuk kedalam ruang bakar. Pedal gas sebenarnya

mengendalikan katup dalam karburator untuk menentukan besarnya aliran

udara yang dapat masuk kedalam ruang bakar. Udara bergerak dalam

karburator inilah yang memiliki tekanan untuk menarik serta bahan bakar

masuk kedalam ruang bakar.

Kebanyakan mesin berkarburator hanya memiliki satu buah

karburator, namun ada pula yang menggunakan satu karburator untuk tiap

silinder yang dimiliki. Bahkan sempat menjadi trend modifikasi sepeda

motor di Indonesia penggunaan multi-carbu (banyak karburator) namun

biasanya hal ini hanya digunakan sebagai hiasan saja tanpa ada fungsi


12


teknisnya. Mesin-mesin generasi awal menggunakan karburator aliran

keatas (updraft), dimana udara masuk melalui bagian bawah karburator

lalu keluar melalui bagian atas. Keuntungan desain ini adalah dapat

menghindari terjadinya mesin banjir, karena kelebihan bahan bakar cair

akan langsung tumpah keluar karburator dan tidak sampai masuk kedalam

intake mainfold; keuntungan lainnya adalah bagian bawah karburator

dapat disambungkan dengan saluran oli supaya ada sedikit oli yang ikut

kedalam aliran udara dan digunakan untuk membasuh filter udara; namun

dengan menggunakan filter udara berbahan kertas pembasuhan

menggunakan oli ini sudah tidak diperlukan lagi sekarang ini.

Pada setiap saat beroperasinya, karburator harus mampu:

• Mengatur besarnya aliran udara yang masuk kedalam ruang bakar

Menyalurkan bahan bakar dengan jumlah yang tepat sesuai dengan

aliran udara yang masuk kedalam ruang bakar sehingga rasio bahan

bakar/udara tetap terjaga.

• Mencampur airan udara dan bahan bakar dengan rata dan sempurna

Hal diatas bakal mudah dilakukan jika saja bensin dan udara adalah

fluida ideal; tapi kenyataannya, dengan sifat alami mereka, yaitu adanya

viskositas, gaya gesek fluida, inersia fluida, dan sebagainya karbrator

menjadi sangat kompleks dalam mengatasi keadaan tidak ideal ini. Juga

karburator harus tetap mampu memproduksi campuran bensin/udara yang

tepat dalam kondisi apapun, karena karburator harus beroperasi dalam

temperatur, tekanan udara, putaran mesin, dan gaya sentrifugal yang

sangat beragam.

2.5 Emisi Gas Buang

Dalam proses pembakaran, tiap macam bahan bakar selalu membutuhkan

rasio yang tepat antara udara dan bahan bakar agar bahan bakar dapat dibakar

secara sempurna. Jika pembakaran tidak sempurna, maka akan timbul zat sisa


13


hasil pembakaran seperti HC, CO, CO2, NOx dan O2. Gas sisa hasil pembakaran

tersebut juga dapat dijadikan indikasi bagaimana kinerja proses pembakaran

dalam sebuah mesin otto.

2.5.1 Hidrokarbon (HC)

HC adalah gas buang yang diakibatkan karena bahan bakar yang

tidak terbakar. HC ini adalah bagian dari bensin yang dilepaskan baik

dalam bentuk tidak berbakar atau terpecah dengan tidak sempurna. Ada

beberapa faktor yang menyebabkan adanya HC; sebagi contoh: pembkaran

yang tidak sempurna oleh oksigen yang tidak mencukupi, nyala yang

tertekan di dekat dinding mesin interior, turunnya suhu yang disebabkan

oleh rendahnya kandungan bensin, dan lain-lain. Dengan kata lain, kita

dapat mengatakan bahwa HC adalah komponen bensin yang tersisa dan

tidak terbakar atau bentuknya berubah tanpa terbakar dengan sempurna.

• Molekul ringan, tidak terlihat sehingga melayang di udara

• Berbahaya bagi kesehatan, mengikat hemoglobin darah kita

• Semakin kecil HC semakin bagus

2.5.2 Karbon Monoksida (CO)

“Membakar sesuatu” adalah reaksi oksidasi. Ketika terdapat

kekurangan oksigen sebagai zat oksidator, senyawa yang terbakar tidak

teroksidasi dengan sempurna, yakni tidak menjadi CO2, tapi hanya

menjadi CO.

• Adalah gas yang timbul sebagai reaksi dari pembakaran yang tidak

sempurna

• Bersifat ringan, tidak terlihat sehingga melayang di udara

• Berbahaya bagi kesehatan, ISPA, Kanker, penurunan kecerdasan

• Diukur dalam persentase 0,5 – 3% adalah hasil yang ideal

2.5.3 Karbon Dioksida (CO2)


14


CO2 adalah produk akhir proses oksidasi bensin. Senyawa ini

dihasilkan dari penggabungan C dalam bensin dengan O2 dalam udara.

CO2 itu sendiri bukan komponen yang berbahaya. Namun, jika konsentrasi

CO2 tinggi di bumi, maka akan mencegah panas permukaan keluar ke

angkasa luar, yang akhirnya akan meningkatkan suhu bumi. Gas-gas,

seperti CO2, yang memiliki efek meningkatkan suhu di bumi, disebut gas

rumah kaca.

2.5.4 Nox

Dua komponen di atas (HC dan CO) adalah produk yang

dihasilkan karena mereka tidak terbakar dengan sempurna, sehingga

mereka tidak menjadi CO2 selama proses pembakaran bensin (reaksi

oksidasi). Di sisi lain, mekanisme pembentukan Nox adalah sangat jauh

berbeda dari dua komponen ini. N dan O dalam NOx berasal dari udara. N2

dan O2 masing-masing bersifat inert di udara , namun, mereka bereaksi

antara satu dengan lainnya dan menghasilkan NOx pada kondisi suhu

tinggi ketika pembakaran bensin. Karena itu, semakin tinggi suhunya,

semakin banyak NOx dihasilkan.

2.5.5 Oksigen (O2)

Excess air adalah persentase oksigen dalam fraksi massa yang

terkandung di dalam udara hasil pembakaran Dalam usaha untuk

mengontrol pembakaran pada sebuah ruang bakar, nilai excess air ini

digunakan untuk mengontrol supply udara yang digunakan pada proses

pembakaran. Semakin besar nilai excess air maka hal ini merupakan

indikasi pembakaran yang sempurna di dalam ruang bakar semakin baik.

Sebaliknya, jika nilai excess air rendah maka hal ini mengindikasikan

proses pembakaran yang kurang sempurna. Dan untuk mengatasinya,

supply udara untuk proses pembakaran perlu ditambah debitnya. Jika

bahan bakar yang dimasukkan jumlahnya lebih banyak, maka excess air


15


ratio menjadi semakin kecil, sedangkan jika jumlah bahan bakar menjadi

sedikit, excess air ratio menjadi semakin besar

2.6 Elektrolisis

Elektrolisis adalah peristiwa penguraian elektrolit dalam sel elektrolisis

oleh arus listrik pada sebuah sel elektrolisis. Sel Elektrolisis adalah sel yang

menggunakan arus listrik untuk menghasilkan reaksi redoks yang diinginkan dan

digunakan secara luas di dalam masyarakat kita. Baterai aki yang dapat diisi ulang

merupakan salah satu contoh aplikasi sel elektrolisis dalam kehidupan sehari-hari.

Baterai aki yang sedang diisi kembali (recharge) mengubah energi listrik yang

diberikan menjadi produk berupa bahan kimia yang diinginkan. Air, H2O, dapat

diuraikan dengan menggunakan listrik dalam sel elektrolisis. Proses ini akan

mengurai air menjadi unsur-unsur pembentuknya. Reaksi yang terjadi adalah

sebagai berikut:

2 H2O(l) ——> 2 H2(g) + O2(g) (2.5)

Rangkaian sel elektrolisis hampir menyerupai sel volta. Yang

membedakan sel elektrolisis dari sel volta adalah, pada sel elektrolisis, komponen

voltmeter diganti dengan sumber arus (umumnya baterai). Larutan atau lelehan

yang ingin dielektrolisis, ditempatkan dalam suatu wadah. Selanjutnya, elektroda

dicelupkan ke dalam larutan maupun lelehan elektrolit yang ingin dielektrolisis.

Elektroda yang digunakan umumnya merupakan elektroda inert, seperti Grafit

(C), Platina (Pt), dan Emas (Au). Elektroda berperan sebagai tempat

berlangsungnya reaksi. Reaksi reduksi berlangsung di katoda, sedangkan reaksi

oksidasi berlangsung di anoda. Kutub negatif sumber arus mengarah pada katoda

(sebab memerlukan elektron) dan kutub positif sumber arus tentunya mengarah

pada anoda. Akibatnya, katoda bermuatan negatif dan menarik kation-kation yang

akan tereduksi menjadi endapan logam. Sebaliknya, anoda bermuatan positif dan

menarik anion-anion yang akan teroksidasi menjadi gas. Terlihat jelas bahwa


16


tujuan elektrolisis adalah untuk mendapatkan endapan logam di katoda dan gas di

anoda.

Reaksi : Elektrolisis larutan KOH dalam air :

Katoda : [2H2O(l) + 2e → 2OH-(aq) + H2(g)] x 2 E= -0,82V

Anoda : 4OH-(aq) → 2H2O(l) + O2(g) + 4e + E= -0,40V

2H2O(l) → 2 H2(g) + O2(g) E= -1,22V (2.6)

Nilai potensial reduksi sel adalah sebesar -1,22V. Hal ini berarti reaksi

elektrolisis dengan elektrolit KOH tidak terjadi secara spontan. Proses elektrolisis

ini membutuhkan sumber energi tambahan dari luar (tak dapat berjalan dengan

sendirinya).

Satuan yang sering ditemukan dalam aspek kuantitatif sel elektrolisis

adalah Faraday (F). Faraday didefinisikan sebagai muatan (dalam Coulomb) mol

elektron. Satu Faraday equivalen dengan satu mol elektron. Demikian halnya,

setengah Faraday equivalen dengan setengah mol elektron. Sebagaimana yang

telah kita ketahui, setiap satu mol partikel mengandung 6,02 x 1023 partikel.

Sementara setiap elektron mengemban muatan sebesar 1,6 x 10-19 C. Dengan

demikian :

1 Faraday = 1 mol

elektron = 6,02 x 1023 partikel

elektron x 1,6 x 10-19 C/partikel

elektron

1 Faraday = 96320 C (sering

dibulatkan menjadi 96500 C

untuk mempermudah

perhitungan)

Hubungan antara Faraday dan Coulomb dapat dinyatakan dalam persamaan

berikut :

Faraday = Coulomb / 96500 (2.7)

Coulomb = Faraday x 96500 (2.8)

Coulomb adalah satuan muatan listrik. Coulomb dapat diperoleh melalui perkalian

arus listrik (Ampere) dengan waktu (detik). Persamaan yang menunjukkan

hubungan Coulomb, Ampere, dan detik adalah sebagai berikut :


17


Coulomb = Ampere x Detik

Q = I x t (2.9)

Dengan demikian, hubungan antara Faraday, Ampere, dan detik adalah sebagai

berikut :

Faraday = (Ampere x Detik) / 96500

Faraday = (I x t) / 96500 (2.10)

Dengan mengetahui besarnya Faraday pada reaksi elektrolisis, maka mol

elektron yang dibutuhkan pada reaksi elektrolisis dapat ditentukan. Selanjutnya,

dengan memanfaatkan koefisien reaksi pada masing-masing setengah reaksi di

katoda dan anoda, kuantitas produk elektrolisis dapat ditemukan. Berikut ini

adalah hukum Faraday tentang terjadinya proses elektrolisis air.

"Massa zat yang terbentuk pada masing-masing elektroda sebanding

dengan kuat arus/arus listrik yang mengalir pada elektrolisis tersebut".

Rumus:

m = e . I . t / F (2.11)

Keterangan:

F = 96.500

q = i . t

m = massa zat yang dihasilkan (gram)

e = berat ekivalen = Ar/ Valensi= Mr/Valensi

i = kuat arus listrik (amper)

t = waktu (detik)

q = muatan listrik (coulomb)

(Sumber: Analisis Penggunaan Gas Hidrogen Hasil Elektrolisis Air Pada Motor

Bakar 4 Langkah Yang Diinjeksikan Setelah Karburator Dengan Variasi Derajat

Timing Pengapian, Arandityo Narutomo)

2.7 Gas Hidrogen

Hidrogen telah digunakan bertahun-tahun sebelum akhirnya dinyatakan

sebagai unsur yang unik oleh Cavendish di tahun 1776. Dinamakan hidrogen oleh


18


Lavoisier, hidrogen adalah unsur yang terbanyak dari semua unsur di alam

semesta. Elemen-elemen yang berat pada awalnya dibentuk dari atom-atom

hidrogen atau dari elemen-elemen yang mulanya terbuat dari atom-atom hidrogen.

Hidrogen diperkirakan membentuk komposisi lebih dari 90% atom-atom

di alam semesta (sama dengan tiga perempat massa alam semesta). Unsur ini

ditemukan di bintang-bintang dan memainkan peranan yang penting dalam

memberikan sumber energi jagat raya melalui reaksi proton-proton dan siklus

karbon-nitrogen. Proses fusi atom-atom hidrogen menjadi helium di matahari

menghasilkan jumlah energi yang sangat besar.

Hidrogen dapat dipersiapkan dengan berbagai cara:

• Uap dari elemen karbon yang dipanaskan

• Dekomposisi beberapa jenis hidrokarbon dengan energi kalor

• Reaksi-reaksi natrium atau kalium hidroksida pada aluminium

• Elektrolisis air

• Pergeseran asam-asam oleh metal-metal tertentu

Hidrogen dalam bentuk cair sangat penting untuk bidang penelitian suhu

rendah (cryogenics) dan studi superkonduktivitas karena titik cairnya hanya 20

derajat di atas 0 Kelvin. Tritium (salah satu isotop hidrogen) dapat diproduksi

dengan mudah di reaktor-reaktor nuklir dan digunakan dalam produksi bom

hidrogen.

Hidrogen adalah komponen utama planet Jupiter dan planet-planet gas

raksasa lainnya. Karena tekanan yang luar biasa di dalam planet-planet tersebut,

bentuk padat hidrogen molekuler dikonversi menjadi hidrogen metalik.

Di tahun 1973, ada beberapa ilmuwan Rusia yang bereksperimen

memproduksi hidrogen metalik pada tekanan 2.8 megabar. Pada titik transisi,

berat jenisnya berubah dari 1.08 menjadi 1.3 gram/cm3. Satu tahun sebelumnya di

Livermore, California, satu grup ilmuwan juga memberitakan eksperimen yang

hampir sama di mana fenomena yang mereka amati terjadi pada titik tekanan-

volume yang berpusar pada 2 megabar. Beberapa prediksi mengemukakan bahwa

hidrogen metalik mungkin metastabil. Yang lainnya memprediksikan hidrogen

mungkin berupa superkonduktor di suhu ruangan.


19


Tabel 2.1 sifat hidrogen

(Sumber: Ali Can Yilmaz. Effect of Gas Hidroxy (HHO) Gas Adition on Performance and Exhaust

Emissions in Compression Ignition Engine)

Senyawa

Walau hidrogen adalah benda gas, kita sangat jarang

menemukannya di atmosfer bumi. Gas hidrogen yang sangat ringan, jika

tidak terkombinasi dengan unsur lain, akan berbenturan dengan unsur lain

dan terkeluarkan dari lapisan atmosfer. Di bumi hidrogen banyak

ditemukan sebagai senyawa (air) di mana atom-atomnya bertaut dengan

atom-atom oksigen. Atom-atom hidrogen juga dapat ditemukan di

tetumbuhan, petroleum, arang, dan lain-lain. Sebagai unsur yang

independen, konsentrasinya di atmosfer sangat kecil (1 ppm by volume).

Sebagai gas yang paling ringan, hidrogen berkombinasi dengan elemen-

elemen lain . kadang-kadang secara eksplosif ? untuk membentuk berbagai

senyawa.

Kegunaan

Hidrogen banyak digunakan untuk mengikat nitrogen dengan unsur

lain dalam proses Haber (memproduksi amonia) dan untuk proses

hidrogenasi lemak dan minyak. Hidrogen juga digunakan dalam jumlah

yang banyak dalam produksi methanol, di dealkilasi hidrogen

(hydrodealkylation), katalis hydrocracking, dan sulfurisasi hidrogen.

Kegunaan-kegunaan lainnya termasuk sebagai bahan bakar roket,

memproduksi asam hidroklorida, mereduksi bijih-bijih besi dan sebagai


20


gas pengisi balon. Daya angkat 1 kaki kubik gas hidrogen sekitar 0.07 lbf

pada suhu 0 derajat Celsius dan tekanan udara 760 mm Hg.

Baterai yang berbahan bakar hidrogen (Hydrogen Fuel cell) adalah

teknologi baru yang sedang dikembangkan, di mana tenaga listrik dalam

jumlah besar dapat dihasilkan dari gas hidrogen. Pabrik-pabrik baru dapat

dibangun dekat dengan laut untuk melakukan proses elektrolisis air laut

guna memproduksi hidrogen. Gas yang bebas polusi ini lantas dapat

dialirkan melalui pipa-pipa dan disalurkan ke daerah-daerah pemukiman

dan kota-kota besar. Hidrogen dapat menggantikan gas alam lainnya,

bensin, agen dalam proses metalurgi dan berbagai proses kimia

(penyulingan), dan mengubah sampah menjadi metan dan etilen. Kendala-

kendala yang ada untuk mewujudkan impian tersebut masih banyak. Di

antaranya persetujuan publik, penanaman modal yang besar dan harga

hidrogen yang masih jauh lebih mahal ketimbang bahan bakar lainnya

sekarang.

Dalam keadaan yang normal, gas hidrogen merupakan campuran

antara dua molekul, yang dinamakan ortho- dan parahidrogen, yang

dibedakan berdasarkan spin elektron-elektron dan nukleus.

Hidrogen normal pada suhu ruangan terdiri dari 25% parahidrogen

dan 75% ortho-hidrogen. Bentuk ortho tidak dapat dipersiapkan dalam

bentuk murni. Karena kedua bentuk tersebut berbeda dalam energi, sifat-

sifat kebendaannya pun juga berbeda. Titik-titik lebur dan didih

parahidrogen sekitar 0.1 derajat Celcius lebih rendah dari hidrogen

normal.

2.8 Mikrokontroler

Mikrokontroler adalah single chip computer yang memiliki kemampuan

untuk diprogram dan digunakan untuk tugas-tugas yang berorientasi kontrol.

Mikrokontroler datang dengan dua alasan utama, yang pertama adalah kebutuhan

pasar (market need) dan yang kedua adalah perkembangan teknologi baru. Yang


21


dimaksud dengan kebutuhan pasar adalah kebutuhan yang luas dari produk-

produk elektronik akan perangkat pintar sebagai pengontrol dan pemroses data.

Sedangkan yang dimaksud dengan perkembangan teknologi baru adalah

perkembangan teknologi semikonduktor yang memungkinkan pembuatan chip

dengan kemampuan komputasi yang sangat cepat, bentuk yang semakin mungil,

dan harga yang semakin murah.

Perbedaan Mikrokontroller dan Mikroprosesor

Terdapat perbedaan yang signifikan antara mikrokontroler dan

mikroprosessor. Perbedaan yang utama antara keduanya dapat dilihat dari dua

faktor utama yaitu arsitektur perangkat keras (hardware architecture) dan

aplikasi masing-masing.

• Ditinjau dari segi arsitekturnya, mikroprosesor hanya merupakan single

chip CPU, sedangkan mikrokontroler dalam IC-nya selain CPU juga

terdapat device lain yang memungkinkan mikrokontroler berfungsi

sebagai suatu single chip computer. Dalam sebuah IC mikrokontroler telah

terdapat ROM, RAM, EPROM, serial interface dan paralel interface,

timer, interrupt controller, konverter Anlog ke Digital, dan lainnya

(tergantung feature yang melengkapi mikrokontroler tersebut).

• Sedangkan dari segi aplikasinya, mikroprosessor hanya berfungsi sebagai

Central Processing Unit yang menjadi otak komputer, sedangkan

mikrokontroller, dalam bentuknya yang mungil, pada umumnya ditujukan

untuk melakukan tugas–tugas yang berorientasi kontrol pada rangkaian

yang membutuhkan jumlah komponen minimum dan biaya rendah (low

cost).

Aplikasi Mikrokontroler

Karena kemampuannya yang tinggi, bentuknya yang kecil, konsumsi

dayanya yang rendah, dan harga yang murah maka mikrokontroler begitu

banyak digunakan di dunia. Mikrokontroler digunakan mulai dari mainan

anak-anak, perangkat elektronik rumah tangga, perangkat pendukung

otomotif, peralatan industri, peralatan telekomunikasi, peralatan medis dan


22


kedokteran, sampai dengan pengendali robot serta persenjataan militer.

Terdapat beberapa keunggulan yang diharapkan dari alat-alat yang berbasis

mikrokontroler (microcontroller-based solutions) :

• Kehandalan tinggi (high reliability) dan kemudahan integrasi dengan

komponen lain (high degree of integration)

• Ukuran yang semakin dapat diperkecil (reduced in size)

• Penggunaan komponen dipersedikit (reduced component count) yang juga

akan menyebabkan biaya produksi dapat semakin ditekan (lower

manufacturing cost)

• Waktu pembuatan lebih singkat (shorter development time) sehingga lebih

cepat pula dijual ke pasar sesuai kebutuhan (shorter time to market)

• Konsumsi daya yang rendah (lower power consumption)

Perkembangan Mikrokontroler

Karena kebutuhan yang tinggi terhadap “chip-chip pintar” dengan

berbagai fasilitasnya, maka berbagai vendor juga berlomba untuk menawarkan

produk-produk mikrokontrolernya. Hal tersebut terjadi semenjak tahun 1970-

an. Motorola mengeluarkan seri mikrokontroler 6800 yang terus

dikembangkan hingga sekarang menjadi 68HC05, 68HC08, 68HC11,

68HC12, dan 68HC16. Zilog juga mengeluarkan seri mikroprosesor Z80-nya

yang terkenal dan terus dikembangkan hingga kini menjadi Z180 dan

kemudian diadopsi juga oleh mikroprosesor Rabbit. Intel mengeluarkan

mikrokontrolernya yang populer di dunia yaitu 8051, yang karena begitu

populernya maka arsitektur 8051 tersebut kemudian diadopsi oleh vendor lain

seperti Phillips, Siemens, Atmel, dan vendor-vendor lain dalam produk

mikrokontroler mereka. Selain itu masih ada mikrokontroler populer lainnya

seperti Basic Stamps, PIC dari Microchip, MSP 430 dari Texas Instrument

dan masih banyak lagi.

Selain mikroprosesor dan mikrokontroler, sebenarnya telah bemunculan

chip-chip pintar lain seperti DSP prosesor dan Application Spesific Integrated


23


Circuit (ASIC). Di masa depan, chip-chip mungil berkemampuan sangat

tinggi akan mendominasi semua desain elektronik di dunia sehingga mampu

memberikan kemampuan komputasi yang tinggi serta meminimumkan jumlah

komponen-komponen konvensional.

(Sumber: Pemrograman Mikrokontroler AVR ATMEGA16 Menggunakan

Bahasa C [Codevision AVR], Heri Andrianto)

2.9 Pulse Width Modulation

PWM merupakan suatu teknik teknik dalam mengatur kerja suatu

peralatan yang memerlukan arus pull in yang besar dan untuk menghindari

disipasi daya yang berlebihan dari peralatan yang akan dikontrol.

PWM merupakan suatu metoda untuk mengatur kecepatan perputaran motor

dengan cara mengatur prosentase lebar pulsa high terhadap perioda dari suatu

sinyal persegi dalam bentuk tegangan periodik yang diberikan ke motor sebagai

sumber daya. Semakin besar perbandingan lama sinyal high dengan perioda sinyal

maka semakin cepat motor berputar.

Sinyal PWM dapat dibangun dengan banyak cara, dapat menggunakan

metode analog menggunakan rankaian op-amp atau dengan menggunakan metode

digital. Dengan metode analog setiap perubahan PWM-nya sangat halus,

sedangkan menggunakan metode digital setiap perubahan PWM dipengaruhi oleh

resolusi dari PWM itu sendiri. Misalkan PWM digital 8 bit berarti PWM tersebut

memiliki resolusi 2 pangkat 8 = 256, maksudnya nilai keluaran PWM ini memiliki

256 variasi, variasinya mulai dari 0 – 255 yang mewakili duty cycle 0 – 100% dari

keluaran PWM tersebut. Pada perancangan driver ini, sinyal PWM akan diatur

secara digital yang dibangkitkan oleh mikrokontroler ATMEGA 16.

Proses pembangkitan sinyal PWM pada mikrokontroler AVR ATMEGA

16 adalah sebagai berikut.


24


Gambar 2.4 proses pembangkitan sinyal pada ATMEGA

Sumber: digilib.ittelkom.ac.id Resolusi adalah jumlah variasi perubahan nilai dalam PWM tersebut.

Misalkan suatu PWM memiliki resolusi 8 bit berarti PWM ini memiliki variasi

perubahan nilai sebanyak 2 pangkat 8 = 256 variasi mulai dari 0 – 255 perubahan

nilai. Compare adalah nilai pembanding. Nilai ini merupakan nilai referensi duty

cycle dari PWM tersebut. Nilai compare bervariasi sesuai dengan resolusi dari

PWM. Dalam gambar nilai compare ditandai dengan garis warna merah, dimana

posisinya diantara dasar segitiga dan ujung segitiga.

Clear digunakan untuk penentuan jenis komparator apakah komparator

inverting atau non-inverting. Mikrokontroler akan membandingkan posisi

keduanya, misalkan bila PWM diset pada kondisi clear down, berarti apabila

garis segitiga berada dibawah garis merah (compare) maka PWM akan

mengeluarkan logika 0. Begitu pula sebaliknya apabila garis segitiga berada diatas

garis merah (compare) maka PWM akan mengeluarkan logika 1. Lebar sempitnya

logika 1 ditentukan oleh posisi compare, lebar sempitnya logika 1 itulah yang

menjadi nilai keluaran PWM,dan kejadian ini terjadi secara harmonik terus-

menerus. Maka dari itu nilai compare inilah yang dijadikan nilai duty cycle PWM.

Clear Up adalah kebalikan (invers) dari Clear Down pada keluaran logikanya.


25


Gambar 2.5 Perbedaan clear up dan clear down

Sumber: digilib.ittelkom.ac.id Prescale digunakan untuk menentukan waktu perioda dari pada PWM.

Nilai prescale bervariasi yaitu 1, 8, 32, 64, 128, 256, 1024. Misalkan jika prescale

diset 64 berarti timer/PWM akan menghitung 1 kali bila clock di CPU sudah 64

kali, Clock CPU adalah clok mikrokontroler itu sendiri. Perioda dari PWM dapat

dihitung menggunakan rumus

(2.12)

Setting prescale disini digunakan untuk mendapatkan frekuensi dan periode kerja

PWM sesuai dengan spesifikasi yang dibutuhkan.

Dengan cara mengatur lebar pulsa “on” dan “off” dalam satu perioda

gelombang melalui pemberian besar sinyal referensi output dari suatu PWM

akan didapat duty cycle yang diinginkan. Duty cycle dari PWM dapat dinyatakan

sebagai

(2.13)

Duty cycle 100% berarti sinyal tegangan pengatur motor dilewatkan

seluruhnya. Jika tegangan catu 100V, maka motor akan mendapat tegangan 100V.


26


pada duty cycle 50%, tegangan pada motor hanya akan diberikan 50% dari total

tegangan yang ada, begitu seterusnya.

Gambar 2.6 Tegangan rata-rata Sinyal PWM

Sumber: http://ini-robot.blogspot.com/2012/05/pulse-width-modulation-pwm.html Perhitungan Pengontrolan tegangan output motor dengan metode PWM

cukup sederhana.

Gambar 2.7 Grafik load voltage dan average voltage

Sumber: digilib.ittelkom.ac.id Dengan menghitung duty cycle yang diberikan, akan didapat tegangan

output yang dihasilkan. Sesuai dengan rumus yang telah dijelaskan pada gambar.

(2.14)

Average voltage merupakan tegangan output pada motor yang dikontrol

oleh sinyal PWM. a adalah nilai duty cycle saat kondisi sinyal “on”. b adalah


27


nilai duty cycle saat kondisi sinyal “off”. V full adalah tegangan maximum pada

motor. Dengan menggunakan rumus diatas, maka akan didapatkan tegangan

output sesuai dengan sinyal kontrol PWM yang dibangkitkan.

Gambar 2.8 Sinyal PWM dan Persamaan Vout PWM

Sumber: http://ini-robot.blogspot.com/2012/05/pulse-width-modulation-pwm.html



BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Rancangan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk mengendalikan proses elektrolisis air

dengan desain sistem kontrol berbasis PWM untuk menghasilkan gas hidrogen

untuk dimasukkan ke intake manifold pada motor bakar empat langkah. Parameter

proses elektrolisis tersebut berupa konsumsi energi yang digunakan untuk

mengelektrolisis dan debit gas hidrogen yang dihasilkan.

Untuk mendapatkan pembakaran yang lebih baik, belum ada teori yang

membuktikan tentang bagaimanakah efek jumlah hidrogen yang perlu

dimasukkan ke ruang bakar terhadap pembakaran yang sempurna. Oleh karena itu

dirancang sistem Pulse Width Modulation (PWM) untuk mengatur masukan

energi listrik ke sel elektrolisis. Dengan pengaturan tersebut, produksi gas

hidrogen dapat dikontrol berdasarkan nilai masukan kecepatan putaran dari mesin.

Pengujian sel elektrolisis dilakukan dengan parameter tegangan, kuat arus,

suhu, debit gas dan besar energi listrik yang digunakan untuk elektrolisis.

Pengujian kinerja motor bakar dilakukan dengan beberapa kondisi uji, yaitu :

1. Kondisi 1: Motor standar tanpa hidrogen

2. Kondisi 2: Motor dengan hidrogen hasil elektrolisis air dengan sumber

listrik dari kabel lampu depan motor

3. Kondisi 3: Motor dengan hidrogen hasil elektrolisis air dilengkapi dengan

sistem kontrol

3.2 Peralatan Uji

1. Sepeda Motor Supra X 125

Sepeda motor yang digunakan memiliki spesifikasi sebagai berikut:


29


Gambar 3.1 Motor Supra X125 Tahun 2005

Panjang X lebar X tinggi

: 1.932x711x1.092 mm

Jarak sumbu roda : 1.234 mm

Jarak terendah ke tanah : 147 mm

Berat kosong : 107 kg

Tipe rangka : Tulang punggung

Tipe suspensi depan : Teleskopik

Tipe suspensi belakang : Lengan ayun dan peredam kejut ganda

Ukuran ban depan : 70/90 - 17M/C 38P

Ukuran ban belakang : 80/90 - 17M/C 44P

Rem depan : Cakram Hidrolik, Piston ganda

Rem belakang : Tromol

Kapasitas tangki bahan bakar : 3,7 liter

Tipe mesin : 4 langkah, SOHC, pendinginan udara

Diameter x langkah : 50 x 49,5 mm

Volume langkah : 124,8 cc

Perbandingan kompresi : 9,3 : 1

Kopling Otomatis : Ganda, otomatis sentrifugal, tipe basah

Gigi transmsi : 4 kecepatan, bertautan tetap

Pola pengoperan gigi : N-1-2-3-4-N (rotari)

Starter : Pedal dan elektrik

Aki : 12 V; 3,5 Ah

Busi : ND U20FS, U22FS-U ; NGK C6HSA, C7HSA

Sistem pengapian : AC-CDI, Magneto


30


2. Gas analyzer

Alat uji emisi yang digunakan adalah tipe 488 plus dari

technotest.Spesifikasi gas analyzer yang digunakan adalah:

Gambar 3.2 alat uji Gas analyzer (Sumber: www.technotest.com )

Mains power supply 110/220/240 V (±15%)

50-60 Hz (±3%)

Measuring range CO 0-99,9% Vol (res. 0.01)

CO2 0-19,9% Vol (res. 0.1)

HC 0-9999 ppm Vol (res.1)

O2 0-4% Vol. (res.0.01)

O2 4-25,0% Vol (res. 0.1)

Nox 0-2000 ppm Vol (res.5)

Lambda 0.5-2,000(res. 0,001)

Induction rpm counter 0-9990 rpm (res. 10)

Electronic Lambda test YES

Operati ng temperature (°C) 5-40

Measuring gas induction 8 l/min (approx)

Response time <10sec (probe length 3mt)

Zero setting Electronic and automatic

Condensate drain Continuous and automatic

Warm up time Max 15 min

Serial output RS232

Dimension 400x180x420 mm

Weight 13.5kg


31


3. Alat Ukur Flowmeter Gas

Flowmeter gas digunakan untuk mengukur debit gas hasil proses

elektrolisis. Debit dapat dinyatakan dengan satuan LPM (liter per menit)

ataupun dengan cc/menit. Berikut ini adalah spesifikasi flowmeter yang

digunakan.

Gambar 3.3 flowmeter Dwyer RMA-11

(Sumber: www.ebay.com )

Tipe : Dwyer RMA-11SSV

Range pengukuran : 30-240 cc/menit

Batas suhu : 130oF (54oC)

Batas tekanan : 100psi (6,9bar)

4. Multitester Dekko 86D

Multitester digunakan untuk mengukur kuat arus dan tegangan. Berikut

adalah spesifikasi alat tersebut.

Gambar 3.4 Multitester

(Sumber: www.indonetwork.com)


32


Max DC Voltage : 1000V

Max DC Ampere : 10 A

Max AC Voltage : 750V

5. Tachometer digital

6. Gelas ukur 25mL

7. Wattmeter Turnigy 130A

Wattmeter digunakan untuk mengukur konsumsi energi listrik pada sel

elektrolisis. Berikut ini adalah spesifikasi wattmeter yang digunakan.

Gambar 3.5 Wattmeter Turnigy 130A

(Sumber: www.ebay.com )

Operating voltage: 4.8~60V (0V with optional auxiliary battery)

Measures;

0~130A, resolution 0.01A

0~60V, resolution 0.01V

0~6554W, resolution 0.1W

0~65Ah, resolution 0.001Ah

0~6554Wh, resolution 0.1Wh

Screen: 16x2, backlit LCD display

Size: 85x42x25mm

Weight: 82g

8. Dynojet 250i

Dynojet 250i digunakan untuk mendapatkan data Brake Horse Power (BHP)

dan torsi dari sepeda motor. Berikut ini adalah spesifikasinya.


33


Gambar 3.6 Alat dynojet 250i (Sumber: www.dynojet.com )

Tabel 3.1 Spesifikasi dynojet 250i (Sumber: www.dynojet.com )

Base Length 79.83"

Base Width 29.83" (202.8 cm)

Base Height 18.10" (45.9 cm)

Drum Diameter 18" (45.72 cm) per wheel

Drum Width 16.37" (41.59 cm)

Drum Concentricity +/- 0.001" (+/-0.025 mm)

Maximum Length (Front of Front Wheel to Center of Rear Wheel)

84" (213.4 cm)

Dynamometer 2375 lbs (1077 Kg) (approx.)

Crated Dynamometer 2500 lbs (1134 Kg) (approx.)

Drum A 106 Steel

Shaft 2 3/16 inch 1144 turned ground & polished steel

Frame 10 Gauge Cold Roll Steel


34


Modeled Mass (Standard) 450 lbs (204 Kg) (approx.)

Modeled Mass (High-Inertia) 650 lbs (295 Kg) (approx.)

Maximum Horsepower 750 hp

Maximum Speed 200 mph

Maximum Torque 750 ft/lbs

Temperature Range 32 o F to 158 o (0 o C to 70 o C)

Calibration Not Required (Factory Calibrated)

Inductive Pickup Primary Wire RPM Pickup

Power Requirement 240v 30amp single phase circuit

Remote Switches Remote Software Control

Timing Accuracy +/-1 microsecond

Drum Speed Accuracy +/- 1/100th MPH

RPM Accuracy +/- 1/10th RPM

3.3 Prosedur Penggunaan Alat Uji

3.3.1 Prosedur pengukuran konsumsi energi listrik

Pengukuran konsumsi energi listrik dilakukan menggunakan

Wattmeter.Wattmeter adalah alat ukur yang mampu mengukur energi listrik yang

melewati alat ini. Hasilnya dinyatakan dalam satuan Watt.hour. Tahapan

penggunaan alat ujinya adalah sebagai berikut:

1. Hubungkan socket positif dan negatif yang dari sumber tegangan alat

elektrolisis ke socket wattmeter yang bertanda source (input energi listrik)


35


2. Hubungkan socket positif dan negatif yang menuju ke alat elektrolisis ke

socket wattmeter yang bertanda load (output energi listrik)

3. Nyalakan kontak alat elektrolisis

4. Lakukan pengujian tes jalan sepeda motor

5. Ukur waktu dan jarak yang ditempuh

6. Amati konsumsi energi listrik pada tampilan wattmeter

3.3.2 Prosedur pengujian konsumsi bensin

Pengujian konsumsi bensin dilakukan menggunakan gelas ukur dengan tempat

penampungan bensin eksternal. Material tangki bensin harus transparan untuk

mempermudah melakukan pengukuran. Pengujian dilakukan dengan tes jalan

dengan kecepatan yang idealnya konstan 30 km per jam pada gigi dua. Jarak yang

di tempuh sekitar 3,1 km. Berikut ini adalah prosedur pengujiannya.

1. Tandai garis ketinggian bensin sebelum jalan

2. lihat perubahan ketinggian setelah 1lap.

3. Tambahkan bensin ke tabung hingga mencapai ke ketinggian awal

4. Catat volume bensin yang ditambahkan

3.3.3 Prosedur penggunaan gas analyzer

Tahapan penggunaan alat uji gas analyzer tipe techno test 488 plus adalah

sebagai berikut:

1. Menekan tombol on pada bagian belakang alat uji yang kemudian akan

muncul angka 01 pada layar RPM

2. Tunggu beberapa saat untuk alat uji melakukan warming up sebelum

pengujian.

3. Setalah mesin telah selesai melakukan warming up dan muncul angka

21 pada layar yang merupakan autozero setting,

4. Setelah proses autozero setting selesai, semua layar pada alat uji akan

menyala. Jika semua layar telah menyala maka inilah tanda alat uji siap

digunakan

5. Masukan probe gas analyzer pada lubang exhaust motor


36


6. Pasang clamp pada selang busi untuk mengetahui RPM pada mesin

7. Baca hasil pengukuran yang tertera pada layar.

3.3.4. Prosedur pengukuran dengan dynotest

Pada pengujian performa mesin ini menggunakan alat dynojet untuk bisa

melihat performa mesin pada berbagai tingkat kecepatan. Pada pengujian ini juga

didapat data konsumsi bahan bakar berdasarkan tingkat kecepatan tersebut.

Tahapan pengujian adalah sebagai berikut:

1. Menaikan sepeda motor ke atas alat uji

2. Mengunci roda depan pada alat uji dan roda belakang tepat berada

diatas roller

3. Mengikat bagian belakang

4. Mengecek tekanan ban belakang

5. Beban pengendara di setting seberat 60 Kg

6. Kondisi transmisi motor yang digunakan saat dilakukan pengujian

adalah gear 3st.

7. Sepeda motor siap untuk dilakukan pengujian.

3.4 Prosedur Pengambilan Data

Pengujian secara keseluruhan terbagi menjadi dua bagian, yaitu pengujian

kinerja sel elektrolisis dan pengujian kinerja pada motor bakar. Pengujian kinerja

sel elektrolisis adalah untuk mengetahui hubungan antara nilai PWM, dengan arus

yang masuk ke alat elektrolisis dan debit gas yang dihasilkan. Prosedur

melakukan pengujian kinerja penerapan pada motor bakar adalah sebagai berikut:

1. Pengujian mesin motor standar. Data yang diambil adalah daya dan torsi,

emisi dan nilai konsumsi bahan bakar

2. Pengujian mesin motor yang telah dimasukkan gas hidrogen dengan listrik

yang bersumber dari kabel lampu depan. Listrik lampu depan berasal dari

alternator, sehingga semakin besar rpm mesin, maka semakin besar listrik

yang mengalir. Data yang diambil adalah daya dan torsi, emisi , nilai


37


konsumsi bahan bakar, suhu reaktor dan energi listrik yang digunakan untuk

mengelektrolisis.


yang bersumber dari aki setelah menggunakan modul kontroler Data yang

diambil adalah daya dan torsi, emisi , nilai konsumsi bahan bakar, suhu

reaktor dan energi listrik yang digunakan untuk mengelektrolisis



BAB IV DESAIN SISTEM KONTROL ELEKTROLISIS

4.1 Deskripsi Kebutuhan Sistem Kontrol

Sel elektrolisis adalah suatu sistem yang fungsinya untuk memecah air

menjadi gas hidrogen dan oksigen. Untuk melakukan proses pemecahan tersebut

dibutuhkan energi listrik sebesar 0,83 volt untuk 1 mol H2O secara teoritis

(tercantum pada landasan teori). Umumnya sel elektrolisis yang berada di pasaran

menggunakan catu daya dari kabel lampu depan untuk digunakan pada

elektrolisis. (Sumber: teknologi.kompasiana.com/otomotif/2010/10/30/alat-

penghemat-bbm-hho-gas-generator, Win Wan Nur) . Hal ini dilakukan untuk

menghindari ‘tekor’ nya aki serta karena tegangan dan arus listrik pada kabel

lampu depan akan meningkat dengan meningkatnya rpm mesin (kebutuhan gas

elektrolisis juga cenderung meningkat). Namun jarang ada pihak yang meriset

mengenai besar arus listrik yang masuk ke sel elektrolisis untuk mengatur debit

produksi sel elektrolisis. Akan lebih baik jika listrik untuk elektrolisis berasal dari

aki, tetapi melalui proses pengontrolan terlebih dahulu, dan sistem akan

mematikan produksi elektrolsisis jika kondisi aki berada di batas bawah tegangan

operasi.

Untuk diterapkan pada motor bakar, memasukkan gas elektrolisis pada

rpm bawah (di bawah 1750) sebaiknya dihindari. Hal ini dikarenakan kecepatan

buka tutup katup masuk ruang bakar yang lambat, sehingga gas elektrolisis yang

masuk terlalu banyak dan dapat mengganggu proses pembakaran yang terjadi.

(Sumber: Ali Can Yilmaz. Effect of Gas Hidroxy (HHO) Gas Adition on

Performance and Exhaust Emissions in Compression Ignition Engine). Oleh

karena itu, sebaiknya dilakukan pengontrolan laju produksi hidrogen pada rpm

bawah sehingga gas elektrolisis yang masuk ke ruang bakar tidak mengganggu

pembakaran.

Mengamati berbagai kondisi penerapan gas hasil elektrolisis tersebut,

dibutuhkan suatu modul kontrol sel elektrolisis yang dapat me-mapping laju

produksi gas elektrolisis berdasarkan perubahan kecepatan putaran mesin. Sumber

listrik mengambil dari keluaran aki. Sistem akan mematikan sel elektrolisis jika


39


tegangan aki berada di bawah tegangan operasinya, yaitu 12,4 volt (Sumber: Buku

Pedoman Servis Supra X125). Diharapkan dengan adanya desain sistem kontrol

ini dapat meningkatkan efisiensi kinerja sel elektrolisis dan kinerja motor bakar.

4.2 Desain Sel Elektrolisis

Sel elektrolisis yang digunakan pada penelitian ini menerapkan jenis dry

cell. Ada dua jenis sel elektrolisis berdasarkan lokasi tabung air nya, yaitu wet cell

dan dry cell. Pada wet cell, tabung reservoir air menyatu dengan sel elektrolisis.

Plat-plat sel elektrolisis berada dalam kondisi terendam dalam larutan air sesuai

kapasitas cadangan air yang diinginkan. Oleh karena itu, biasanya sel elektrolisis

pada wet cell memiliki ukuran yang lebih besar karena menampung volume air

yang akan digunakan untuk elektrolisis. Pada dry cell, tabung reservoir berada

pada wadah yang terpisah dengan sel elektrolisis. Sel elektrolisis tipe dry cell

biasanya berukuran kecil karena jajaran volume jajaran plat memang hanya

dimaksudkan untuk berlangsungnya proses elektrolisis (bukan untuk menampung

cadangan air).

Gambar 4.1 Perbedaan wet cell dan dry cell

Sumber: artechbdg.wordpress.com


40


Karena cadangan air hanya tertampung pada sel (tidak adanya sirkulasi),

maka suhu sel elektrolisis pada wet cell cenderung lebih tinggi dibanding pada dry

cell, karena panas yang terakumulasi. Dengan temperatur yang tidak stabil, kuat

arus pun menjadi tidak stabil dan cenderung terus meningkat dan hal ini

mempengaruhi efisiensi sel elektrolisis. Pada dry cell, suhu lebih stabil karena

adanya sirkulasi air dari sel ke tabung reservoir, sehingga arusnya lebih stabil.

Gambar 4.2 sel elektrolisis tipe wet cell

Gas hasil elektrolisis dimasukkan ke mesin motor melalui pipa tambahan

pada intake manifold. Pipa tambahan terbuat dari material aluminium yang dilas

ke intake manifold dan posisi pemasangannya dibuat tegak lurus terhadap arah

aliran fluida dari karburator menuju mesin. Untuk menghasilkan efek pembakaran

yang lebih baik, aliran gas hasil elektrolisis harus mampu tercampur dengan baik

dengan bensin dan udara yang mengalir dari karburator. Untuk mendesain efek

percampuran tersebut, diperlukan simulasi fluida yang dapat menghasilkan

campuran yang lebih homogen.

Gambar 4.3 intake manifold


41


Dimensi sel elektrolisis disesuaikan dengan jenis kendaraan dan

penempatan pada kendaraan. Pada penelitian ini, kendaraan yang digunakan

adalah sepeda motor Honda Supra X125. Penempatan sel elektrolisis dipilih

berdasarkan segi estetis lokasi dan aliran udara yang baik (untuk pelepasan panas

dari sel), maka dipilih penempatannya pada arm belakang motor di dekat poros

roda belakang. Dimensinya sel elektrolisis adalah 80mmx120mmx40mm. Sel

terdiri dari 2 plat stack, 5 plat stainless steel dan lapisan seal. Material untuk

lapisan seal antar plat terbuat dari karet. Untuk sel, plat stainless steel yang

digunakan berdimensi 80mmx120mm dengan ketebalan 1mm. Stainless steel

yang digunakan adalah tipe SS-304L. Stainless steel dipilih untuk mampu

menahan larutan air + KOH yang bersifat korosif terhadap logam dan stainless

steel memiliki corrosion ressistance yang baik.

Gambar 4.4 desain sel elektrolisis

Gambar 4.5 susunan plat sel elektrolisis


42


Gambar 4.6 penempatan sel elektrolisis

Gambar 4.7 penempatan tabung cadangan air

Tipe sel elektrolisis dry cell menggunakan tabung terpisah sebagai

cadangan air yang akan di elektrolisa. Tempat cadangan air ditempatkan di dalam

bagasi motor. Dari dalam tabung, air turun menuju sel elektrolisis. Lalu gas hasil

elektrolisis mengalir kembali ke dalam tabung untuk ditampung dan disalurkan ke

intake manifold. Pada penelitian ini digunakan dua variasi sumber kelistrikan

elektrolisis, yaitu pertama dari kabel lampu depan dan kedua dari aki motor

(melalui kunci kontak) dengan menerapkan modul kontrol. Berikut ini adalah

skema kerja sel elektrolisis.


43


Gambar 4.8 skema kerja sel elektrolisis

4.3 Perancangan Sistem Kontrol

Modul kontrol sel elektrolisis bertugas untuk menghasilkan output

berdasarkan input yang terjadi dan program yang dimasukkan ke dalam mikon.

Mikrokontroler utama yang digunakan sebagai prosesor pada modul kontrol ini

adalah ATMEGA16. Komponen masukan terdiri dari sensor tegangan, sensor

kecepatan putaran mesin dan sensor suhu yang membaca suhu sel elektrolisis.

Tabung air

Mesin Motor

Sel Elektrolisis

Modul kontrol Sumber listrik

Air masuk ke Sel Elektrolisis

+ -

-

+

Gas Elektrolisis masuk ke tabung

Gas Elektrolisis masuk ke mesin melalui intake manifold


44


Komponen keluaran terdiri dari LCD (untuk menampilkan hasil pembacaan),

relay dan driver PWM. Berikut ini adalah diagram alir kerja modul kontrol sel

elektrolisis.

Gambar 4.9 diagram alir sistem kontrol elektrolisis

Untuk menghasilkan proses elektrolisis yang efisien, tegangan antar plat

elektrolisis dianjurkan memiliki tegangan maksimum 1,25Volt (Sumber: A

Practical Guide to Free Energy). Jika melebihi tegangan itu, maka persentase

energi listrik yang diubah menjadi panas akan semakin besar sehingga efisiensi

elektrolisis menjadi berkurang. Sel elektrolisis yang digunakan pada penelitian ini

terdiri dari 7 plat yang disusun seri, yang berarti tegangan total yang baik untuk

diberikan pada sel elektrolisis adalah sebesar 1,25Vx7, yaitu sebesar 8,75V atau

Mulai

Tampilkan LCD -‐tegangan aki -‐rpm mesin -‐suhu sel

Volt<12,4V Relay memutus arus elektrolisis

RPM<1750 PWM=0%

Driver PWM memberi PWM sesuai program

Selesai

Ya

Ya

tidak

tidak


45


jika dikonversi menjadi persentase PWM adalah sebesar 73% (dapat diamati pada

tabel 5.1). Tegangan ini digunakan sebagai acuan pemrograman tegangan

maksimum yang diberikan pada sel elektrolisis. Penyusunan grafik persentase

PWM dilakukan dengan memberikan tegangan PWM 0% pada rpm di bawah

1750 dan semakin meningkat seiring dengan meningkatnya rpm mesin setiap

kenaikan 1000rpm hingga puncaknya berada pada tegangan PWM 8,75V atau

PWM 73% dengan frekuensi PWM 2,73Hz. Berikut ini adalah grafik persentase

PWM berdasarkan perubahan PWM yang dimasukkan dalam pemrograman

mikrokontroler.

Gambar 4.10 grafik PWM vs rpm mesin

4.4 Mikrokontroller ATMEGA16

AVR merupakan seri mikrokontroler CMOS 8-bit buatan Atmel, berbasis

arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer). Hampir semua instruksi

dieksekusi dalam satu siklus clock. AVR mempunyai 32 register general-purpose,

0 0 0 0 0

40 40

50 50

60 60 60 60

70 70 70 70 73 73

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000

Persen

tase PWM

RPM Mesin

Grafik PWM


46


timer/counter fleksibel dengan mode compare, interrupt internal dan eksternal,

serial UART, programmable Watchdog Timer, dan mode power saving, ADC dan

PWM internal. AVR juga mempunyai In-System Programmable Flash on-chip

yang mengijinkan memori program untuk diprogram ulang dalam sistem

menggunakan hubungan serial SPI ATMega16.

ATMega16 mempunyai throughput mendekati 1 MIPS per MHz membuat

desainer sistem untuk mengoptimasi konsumsi daya versus kecepatan proses.

Beberapa keistimewaan dari AVR ATMega16 antara lain:

1. Advanced RISC Architecture

• 130 Powerful Instructions – Most Single Clock Cycle Execution

• 32 x 8 General Purpose Fully Static Operation

• Up to 16 MIPS Throughput at 16 MHz

• On-chip 2-cycle Multiplier

2. Nonvolatile Program and Data Memories

• 8K Bytes of In-System Self-Programmable Flash

• Optional Boot Code Section with Independent Lock Bits

• 512 Bytes EEPROM

• 512 Bytes Internal SRAM

• Programming Lock for Software Security

3. Peripheral Features

• Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescalers and Compare

Mode

• Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescalers and Compare

Modes.

• One 16-bit Timer/Counter with Separate Prescaler, Compare

Mode, and Capture Mode

• Real Time Counter with Separate Oscillator

• Four PWM Channels

• 8-channel, 10-bit ADC

• Byte-oriented Two-wire Serial Interface

• Programmable Serial USART

4. Special Microcontroller Features


47


• Power-on Reset and Programmable Brown-out Detection

• Internal Calibrated RC Oscillator

• External and Internal Interrupt Sources

• Six Sleep Modes: Idle, ADC Noise Reduction, Power-save, Power-

down, Standby and Extended Standby

5. I/O and Package

• Programmable I/O Lines

• 40-pin PDIP, 44-lead TQFP, 44-lead PLCC, and 44-pad MLF

6. Operating Voltages

• 2.7 - 5.5V for Atmega16L

• 4.5 - 5.5V for Atmega16

Gambar 4.11 Konfigurasi pin ATMega16

Sumber: Manual ATMega16

Pin-pin pada ATMega16 dengan kemasan 40-pin DIP (dual in-line

package) ditunjukkan oleh gambar 1. Guna memaksimalkan performa, AVR

menggunakan arsitektur Harvard (dengan memori dan bus terpisah untuk program

dan data).

Terlihat pada gambar diatas, terdapat 4 buah port, yaitu PORTA, PORTB,

PORTC dan PORTD yg semuanya dapat diprogram sebagai input ataupun output.

Keempat port tersebut merupakan jalur bi-directional dengan pilihan internal pull-

up.


48


Tiap port mempunyai tiga buah register bit, yaitu DDxn, PORTxn, dan

PINxn. Huruf ‘x’ mewakili nama huruf dari port sedangkan huruf ‘n’ mewakili

nomor bit. Bit DDxn terdapat pada I/O address DDRx, bit PORTxn terdapat pada

I/O address PORTx, dan bit PINxn terdapat pada I/O address PINx. Bit DDxn

dalam regiter DDRx (Data Direction Register) menentukan arah pin. Bila DDxn

diset 1 maka Px berfungsi sebagai pin output. Bila DDxn diset 0 maka Px

berfungsi sebagai pin input. Bila PORTxn diset 1 pada saat pin terkonfigurasi

sebagai pin input, maka resistor pull-up akan diaktifkan. Untuk mematikan

resistor pull-up, PORTxn harus diset 0 atau pin dikonfigurasi sebagai pin output.

Pin port adalah tri-state setelah kondisi reset. Bila PORTxn diset 1 pada saat pin

terkonfigurasi sebagai pin output maka pin port akan berlogika 1. Dan bila

PORTxn diset 0 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin output maka pin port

akan berlogika 0.

Pin I/O pada mikrokontroler AVR dapat dikonfigurasi sebagai input atau

output dengan cara mengubah isi I/O register Data Direction Register. Misalnya

jika ingin Port B dikonfigurasikan sebagai out maka DDRB harus diset sebagai

0xFFH (sama dengan 255). Jika sebagai input maka diset 0x00H (sama dengan 0).

Contoh :

• DDRB = 255 // Port B dikonfigurasikan sebagai output

• DDRD = 0x00 // Port d dikonfigurasikan sebagai input.

Untuk mendeteksi input pada salah satu port, dapat digunakan fungsi PINx,

sedangkan untuk mendeteksi per pin pada suatu port dapat digunakan fungsi

Pinx.bit.

Berikut ini adalah penjelasan mengenai pin-pin yang terdapat pada ATMEGA16.

• VCC = Voltage Power Supply

• GND = Ground

• PORT A (A0-A7) = Berfungsi sebagai I/O dan juga berfungsi sebagai A/D

Converter

• PORT B (B0-B7) = Berfungsi sebagai I/O

• PORT C (C0-C7) = Berfungsi sebagai I/O

• PORT D (D0-D7) = Berfungsi sebagai I/O

• RESET = Untuk men-reset Input


49


• XTAL1 = Sebagai masukan dalam proses Oscillator amplifier

• XTAL2 = Sebagai keluaran dalam proses Oscillator amplifier

• AVCC = Supply voltage untuk PORT A dan A/D Converter

• AREF = Referensi pin analog pada A/D Converter

Untuk dapat beroperasi, ATMEGA16 tak dapat berdiri sendiri, melainkan

membutuhkan dukungan komponen elektronik pada bagian input dan output

mikon. ATMEGA16 memerlukan catu daya sekitar 5 volt yang masuk ke kaki vcc

pada microcontroller. Oleh karena itu digunakan IC lm7805 yang berfungsi untuk

mengubah tegangan masukan (sebesar 9 atau 12 volt) menjadi tegangan yang

dapat mengoperasikan mikrokontroller, yaitu 5 volt. ATMEGA16 juga

membutuhkan dukungan ISP untuk mendownload codingan ke dalam

microcontroller. Berikut ini adalah skema rangkaian ATMEGA16 yang

digunakan.

(Sumber: Pemrograman Mikrokontroler AVR ATMEGA16 Menggunakan Bahasa

C [Codevision AVR], Heri Andrianto)

Gambar 4.12 skema rangkaian sistem microcontroller ATMEGA16 yang digunakan

Sumber: User manual modul AVR DINS


50


4.5 Komponen Masukan Sistem Kontrol

4.5.1 Sensor Tegangan Listrik

Pembacaan tegangan pada aki dapat dilakukan dengan menggunakan nilai

ADC dari port microcontroller. Tegangan aki motor berada pada kisaran 12 volt,

namun aktualnya tegangan aki berada di atas nilai tegangan 12 volt (aki penuh

pada tegangan 13,8volt dan perlu dilakukan pengisian jika tegangannya sudah

mencapai 12,4 volt). Nilai tegangan dari aki diperkecil dengan menggunakan

potensiometer 50k untuk dapat dibaca pada mikon yaitu menjadi tegangannya

dibawah 5volt (pada percobaan ini dibuat menjadi 3,5volt).

Gambar 4.13 rangkaian voltage divider menggunakan potensiometer

Sumber: id.wikipedia.org

Nilai tegangan yang telah diperkecil diukur menggunakan multitester dan

tegangan tersebut dimasukkan ke port ADC. Dari dua data tersebut dapat

diketahui hubungan antara nilai tegangan yang telah diperkecil dengan nilai ADC.

Nilai ADC deisetting untuk menampilkan nilai dalam besaran 8 bit (255). Maka

nilai tegangan yang terbaca dapat dihitung sebagai berikut.

!"#$%#$% !"#$%&% = !"#$" !"# !"#$%&%!"#$" !"# !"!#

! !"#$%#$% !"!# (4.1)

Nilai tegangan aki yang terbaca kemudian ditampilkan pada LCD. Aki

berada pada kondisi yang memerlukan pengisian pada tegangan 12,4 volt. Oleh

karena itu, jika nilai tegangan yang terbaca menunjukkan tegangan 12,4 volt,

maka port C akan memberikan sinyal ke relay dan relay akan memutus arus yang

mengalir ke sel elektrolisis.


51


4.5.2 Kecepatan Putaran Mesin

Penghitungan kecepatan putaran mesin dilakukan menggunakan fasilitas

timer interrupt pada mikrokontroller. Frekuensi yang dihitung mengambil dari

sinyal pulsa dari pulser. Pulser merupakan sensor magnet yang mengandalkan

prinsip Hall effect yang memberikan sinyal listrik ketika flywheel telah

mengalami 1 putaran. Tegangan output pulser masih terlalu rendah untuk dapat

dibaca mikon. Jika dilanjutkan, maka akan menghasilkan pembacaan yang tidak

stabil. Oleh karena itu, tegangan keluaran pulser dimodifikasi dengan

menggunakan rangkaian op-amp dengan transistor sebagai komponen utamanya.

Tegangan pulsa masuk ke port interrupt 0 pada mikon (Port D2). Jumlah

pulsa per menit dihitung dengan menggunakan fungsi timer yang menghitung

jumlah pulsa yang dibaca mikon per detiknya, lalu ditampilkan ke LCD dalam

satuan rpm setelah dikalikan 60.

Gambar 4.14 skema rangkaian pengkondisian sinyal

Sumber: manual modul rotary encoder DINS

4.5.3 Suhu Sel Elektrolisis

Pengukuran suhu sel elektrolisis dilakukan dengan menggunakan sensor

suhu LM35. Sensor dipasang pada dinding luar sel elektrolisis dan diisolasi dari

lingkungan dengan menggunakan aluminium foil. Hasil bacaan sensor

Pulser


52


ditampilkan pada LCD. Berikut ini adalah gambar rangkaian sensor suhu yang

digunakan dan penjelasan mengenai sensor suhu LM35.

Gambar 4.15 skema rangkaian sensor suhu LM35

Sensor suhu LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi

untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan.

Sensor Suhu LM35 yang dipakai dalam penelitian ini berupa komponen

elektronika elektronika yang diproduksi oleh National Semiconductor. LM35

memiliki keakuratan tinggi dan kemudahan perancangan jika dibandingkan

dengan sensor suhu yang lain, LM35 juga mempunyai keluaran impedansi yang

rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan

dengan rangkaian kendali khusus serta tidak memerlukan penyetelan lanjutan.


53


Gambar 4.16 sensor LM35

Sumber: manual sensor LM35

1. Memiliki sensitivitas suhu, dengan faktor skala linier antara tegangan dan suhu

10 mVolt/ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius.

2. Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5ºC pada suhu 25 ºC seperti

terlihat pada gambar 2.2.

3. Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC.

4. Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt.

5. Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 µA.

6. Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1

ºC pada udara diam.

7. Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA.

8. Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC.

Sensor LM35 bekerja dengan mengubah besaran suhu menjadi besaran

tegangan. Tegangan ideal yang keluar dari LM35 mempunyai perbandingan

100°C setara dengan 1 volt. Sensor ini mempunyai pemanasan diri (self heating)

kurang dari 0,1°C, dapat dioperasikan dengan menggunakan power supply

tunggal dan dapat dihubungkan antar muka (interface) rangkaian control yang

sangat mudah.

IC LM 35 sebagai sensor suhu yang teliti dan terkemas dalam bentuk

Integrated Circuit (IC), dimana output tegangan keluaran sangat linear terhadap

perubahan suhu. Sensor ini berfungsi sebagai pegubah dari besaran fisis suhu ke

besaran tegangan yang memiliki koefisien sebesar 10 mV /°C yang berarti bahwa

kenaikan suhu 1° C maka akan terjadi kenaikan tegangan sebesar 10 mV.


54


Gambar 4.17 Rangkaian Sensor LM35

Sumber: manual sensor LM35

.Secara prinsip sensor akan melakukan penginderaan pada saat perubahan

suhu setiap suhu 1 ºC akan menunjukan tegangan sebesar 10 mV. Pada

penempatannya LM35 dapat ditempelkan dengan perekat atau dapat pula disemen

pada permukaan akan tetapi suhunya akan sedikit berkurang sekitar 0,01 ºC

karena terserap pada suhu permukaan tersebut. Dengan cara seperti ini diharapkan

selisih antara suhu udara dan suhu permukaan dapat dideteksi oleh sensor LM35

sama dengan suhu disekitarnya, jika suhu udara disekitarnya jauh lebih tinggi atau

jauh lebih rendah dari suhu permukaan, maka LM35 berada pada suhu permukaan

dan suhu udara disekitarnya .

4.6 Komponen Keluaran Sistem Kontrol

4.6.1 Liquid Crystal Digital (LCD)

Banyak sekali kegunaan LCD dalam perancangan suatu system yang

menggunakan mikrokontroler. LCD berfungsi menampilkan suatu nilai hasil

sensor,menampilkan teks,atau menampilkan menu pada aplikasi mikrokontroler.

LCD yang digunakan adalah jenis LCD M1632. LCD M1632 merupakan modul

LCD dengan tampilan 16 x 2 baris dengan konsumsi daya rendah. Modul tersebut

dilengkapi dengan mikrokontroler yang didesain khusus untuk mengendalikan

LCD. Berikut ini adalah konfigurasi pin dari LCD.


55


Gambar 4.18 konfigurasi pin LCD

Sumber: elektro-kontrol.blogspot.com

Tabel 4.1 konfigurasi pin LCD

Sumber: elektro-kontrol.com

Pada modul kontrol elektrolisis ini, LCD digunakan untuk menampilkan

kecepatan putaran mesin (rpm), tegangan aki, dan suhu sel elektrolisis. Dalam

proses pemantauan dan pengambilan data, tampilan lcd direkam sehingga data-

data yang ditampilkan lcd dapat ditabulasi dan diolah.


56


4.6.2 Relay

Relay adalah sebuah saklar elekronis yang dapat dikendalikan dari

rangkaian elektronik lainnya. Arus listrik yang mengalir pada kumparan relay

akan menciptakan medan magnet yang kemudian akan menarik lengan relay dan

mengubah posisi saklar, yang sebelumnya terbuka menjadi terhubung.

Relay memiliki tiga kutub, yaitu COMMON : kutub acuan yang terhubung

dengan sumber arus, NC (Normally Closed) : saklar dari relay yang dalam

keadaan normal (relay tidak diberi tegangan) terhubung dengan common, NO

(Normally Open) : saklar dari relay yang dalam keadaan normal (relay tidak diberi

tegangan) tidak terhubung dengan common.

Pole adalah jumlah common sedangkan throw adalah jumlah terminal

output (NO dan NC). Berdasarkan jumlah kutub pada relay, maka relay dibedakan

menjadi 4 jenis, yaitu:

• SPST = Single Pole Single Throw

• SPDT = Single Pole Double Throw

• DPST = Double Pole Single Throw

• DPDT = Double Pole Double Throw

Pada modul kontrol sel elektrolisis, relay digunakan untuk memutus arus

listrik yang mengalir ke sel elektrolisis saat sensor tegangan pada aki membaca

nilai tegangan berada di bawah 12,4V (nilai tegangan dimana aki memerlukan

pengisian). Ketika mikon membaca tegangan yang diperoleh dari nilai ADC aki

berada di bawah 12,4V, mikon akan memberi nilai 1 ke port yang terhubung ke

relay. Output relay dihubungkan ke kutub NC, sehingga begitu relay diberi nilai 1

maka arus listrik dari common ke keluaran relay akan terputus. (Sumber: manual

modul relay DINS)

4.6.3 Driver PWM

Untuk driver PWM, menggunakan IC motor driver A3995 yang biasa

digunakan sebagai modul pengendali motor DC yang ringkas dan handal serta

cocok untuk aplikasi robotik. Modul ini dapat digunakan untuk mengendalikan

arah dan kecepatan putaran 2 buah motor DC menggunakan metode Pulse Width

Modulation (PWM). Modul ini sudah dilengkapi dengan dual full H-bridge driver


57


serta antarmuka UART level TTL dan I2C sehingga dapat dengan mudah

dihubungkan dengan sistem lain. Berikut ini adalah spesifikasi driver yang

digunakan.

• Sumber catu daya modul menggunakan tegangan 4,8 – 5,4 Volt.

• Sumber catu daya motor menggunakan tegangan 8 – 36 Volt.

• Menggunakan IC motor driver A3995

• Modul kontrol terhubung dengan mikon ATTINY2313

• Kemampuan Arus Kontinu tiap driver 2,4 A.

• Pilihan frekuensi PWM yang tersedia 21,68 kHz, 2,71 kHz (default), 338,8

Hz, dan 84,7 Hz.

• Dilengkapi dengan antarmuka UART TTL dan I2C.

Gambar 4.19 skema rangkaian driver dengan mikrokontroller

Sumber: innovativeelectronics.com



BAB V HASIL PENGOLAHAN DATA DAN ANALISIS

Pengujian sistem kontrol elektrolisis ini bertujuan untuk mengetahui

pengaruh yang ditimbulkan oleh digunakannya modul kontrol PWM pada sel

elektrolisis. Pengujian secara keseluruhan terbagi menjadi dua bagian, yaitu

pengujian kinerja sel elektrolisis dan pengujian kinerja pada motor bakar.

Pengujian kinerja sel elektrolisis adalah untuk mengetahui hubungan antara nilai

PWM, dengan arus yang masuk ke alat elektrolisis dan debit gas yang dihasilkan.

Prosedur melakukan pengujian kinerja penerapan pada motor bakar adalah

sebagai berikut:

1. Pengujian mesin motor standar. Data yang diambil adalah daya dan torsi,

emisi dan nilai konsumsi bahan bakar


yang bersumber dari kabel lampu depan. Listrik lampu depan berasal dari

alternator, sehingga semakin besar rpm mesin, maka semakin besar listrik

yang mengalir. Data yang diambil adalah daya dan torsi, emisi , nilai

konsumsi bahan bakar, suhu reaktor dan energi listrik yang digunakan

untuk mengelektrolisis.


yang bersumber dari aki setelah menggunakan modul kontroler Data yang

diambil adalah daya dan torsi, emisi , nilai konsumsi bahan bakar, suhu

reaktor dan energi listrik yang digunakan untuk mengelektrolisis


59


5.1 Data Debit Gas Hasil Elektrolisis

Tabel 5.1 Tabel Debit Gas Hasil Elektrolisis

No Persen PWM (%)

Nilai PWM (8bit)

Tegangan sinyal PWM ( V)

Arus (A)

Flowrate (cc/menit)

1 0 0 0 0 0 2 10 2550 1,2 0,22 0 3 20 5100 2,4 0,48 20 4 30 7650 3,6 0,6 40 5 40 10200 4,8 0,83 60 6 50 12750 6 0,9 100 7 60 15300 7,2 1,02 120 8 70 17850 8,4 1,14 120 9 80 20400 9,6 1,21 140

10 90 22950 10,8 1,35 140 11 100 25500 12 1,4 160

5.2 Data Daya dan Torsi

5.2.1 Daya dan Torsi Motor Standar

Gambar 5.1 Daya dan Torsi Motor Standar


60


5.2.2 Data Daya dan Torsi Motor dengan Hidrogen tanpa Sistem Kontrol

Gambar 5.2 Daya dan Torsi Motor dengan Hidrogen tanpa Sistem Kontrol

5.2.3 Data Daya dan Torsi Motor dengan Hidrogen dengan Sistem Kontrol

Gambar 5.3 Daya dan Torsi Motor dengan Hidrogen dengan Sistem Kontrol


61


5.3 Data Emisi Gas Buang

5.3.1 Data Emisi Motor Standar

Berikut ini adalah data hasil percobaan dengan kondisi motor standar.

Tabel 5.2 data hasil emisi gas buang pada kondisi motor standar

RPM CO (%) CO2 (%) HC (ppm) O2 (%)

2000 1,75 4,2 244 13,9 2500 2,16 4,4 189 14 3000 3,19 4,1 234 13,8 3500 3,25 4,1 223 13,6 4000 3,57 4,2 210 13,4 4500 3,61 4,4 201 13,4 5000 3,63 4,5 210 13,3

5.3.2 Data Emisi Motor dengan Hidrogen tanpa Sistem Kontrol

Berikut ini adalah data hasil percobaan dengan kondisi motor dengan

penambahan hidrogen tanpa sistem kontrol dan listrik mengambil

langsung dari kabel lampu depan.

Tabel 5.3 data hasil emisi gas buang pada kondisi motor dengan penambahan hidrogen tanpa

sistem kontrol

RPM CO (%) CO2 (%) HC (ppm) O2 (%)

2000 1,67 3,5 236 13,9 2500 1,82 3,7 242 13,8 3000 1,88 3,8 232 13,7 3500 2,03 3,8 218 13,5 4000 2,31 3,9 203 13,4 4500 2,4 4 201 13,4 5000 2,69 4,1 205 13,3

5.3.3 Data Emisi Motor dengan Hidrogen menerapkan Sistem Kontrol

Berikut ini adalah data hasil percobaan dengan kondisi motor dengan

penambahan hidrogen dengan menerapkan modul sistem kontrol PWM.


62


Tabel 5.4 Data hasil emisi gas buang pada kondisi motor dengan penambahan hidrogen dengan kontrol PWM

RPM CO (%) CO2 (%) HC (ppm) O2 (%)

2000 1,73 3,4 229 13,6 2500 1,82 3,5 211 13,4 3000 1,89 3,5 199 13,4 3500 1,97 3,8 179 13,2 4000 2,09 3,8 185 13,3 4500 2,22 3,9 194 13,1 5000 2,4 4,1 180 13,1

5.4 Data Tes Jalan

Berikut ini adalah data hasil percobaan tes jalan dengan kecepatan teoritis

konstan 30km per jam pada posisi gigi dua dengan jarak tempuh 3,1km

dan perkiraan waktu 6,2 menit.

Tabel 5.5 Data Hasil Tes Jalan pada Berbagai Kondisi Motor

No Kondisi Trial #

Bensin Listrik Suhu (oC) Volume bensin terpakai (mL)

Konsumsi bensin (km/L)

Listrik terpakai (W.h)

Konsumsi listrik (km/Wh)

Lingkungan Suhu setelah

1 Motor standar

1 76 40,79 0 0 35,5 36,7 2 73 42,47 0 0 35,4 36,4 3 75 41,33 0 0 35 37,1

2

Dengan hidrogen tanpa kontrol

1 66 46,97 1,2 2,6 35 41,8 2 68 45,59 1,4 2,2 34,8 43,2

3 67 46,27 1,3 2,4 35,1 42

3

Hidrogen dengan sistem kontrol

1 62 50,00 1,8 1,7 35,2 43,2 2 64 48,44 1,7 1,8 36 44,1

3 63 49,21 1,8 1,7 35,7 44,9

5.5 Analisis Debit Gas Hasil Elektrolisis

Pengambilan data dilakukan dengan melakukan variasi terhadap nilai

persentase PWM dan melihat pengaruhnya terhadap tegangan sinyal PWM, kuat

arus dan debit gas yang dihasilkan. Data tersebut ditampilkan dengan hubungan


63


antara debit gas dan kuat arus, serta hubungan antara debit gas dengan tegangan

sinyal PWM.

Gambar 5.4 Grafik hubungan antara flow rate gas elektrolisis dengan kuat arus

Gambar 5.5 Grafik hubungan antara flow rate gas elektrolisis dengan tegangan

Dari grafik 5.4, dapat dilihat bahwa kuat arus maksimum yang terjadi

adalah 1,4A. Arus ini dapat dikarakterisasi sebagai arus yang kecil, sehingga

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

Flow

rate (cc/men

it)

Ampere

Flowrate vs Ampere

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 2 4 6 8 10 12 14

Flow

rate (cc/men

it)

Volt

Flowrate vs Volt


64


dapat dikatakan bahwa reaktor ini memiliki nilai hambatan yang besar. Untuk

menghasilkan reaktor yang mampu memproduksi debit gas yang lebih besar, nilai

hambatan reaktor harus dibuat sekecil mungkin dengan luasan permukaan yang

sama. Caranya dapat dilakukan dengan memvariasikan bentuk reaktor, mengganti

material plat ataupun dengan mengubah komposisi katalis atau dapat juga dengan

mengganti air sebagai zat yang dielektrolisis. Pada grafik, terlihat bahwa debit gas

semakin meningkat dengan meningkatnya besar kuat arus pada pengambilan data.

Pada grafik 5.5, dapat dilihat hubungan antara besar tegangan sinyal PWM

dengan debt gas yang dihasilkan. Semakin tinggi tegangan, maka semakin tinggi

pula debit gas yang dihasilkan. Untuk menghasilkan efisiensi yang lebih tinggi,

seperti disebutkan sebelumnya bahwa sel elektrolisis harus berada pada kondisi

operasional kerja yaitu tegangan yang rendah (dibawah 1,25 Volt), dengan

Ampere yang tinggi. Cara mewujudkannya adalah dengan mendesain reaktor

dengan luas permukaan yang proporsional dan memiliki nilai hambatan yang

rendah.

5.6 Analisis Daya dan Torsi

Daya (BHP) dan torsi diperoleh dengan dynotest sepeda motor dengan

pengambilan data berdasarkan putaran mesin. Data yang dapat dibandingkan

adalah nilai maksimum dari BHP dan torsi sepeda motor. Berikut adalah data

yang bersangkutan.

Tabel 5.6 Data Hasil Dynotest pada Berbagai Kondisi Motor

No Kondisi Daya maksimum Torsi Maksimum

RPM BHP (hp) RPM Torsi (ft-‐lbs) 1 Motor standar 7200 7,47 5000 6,4 2 Dengan hidrogen tanpa kontrol 7200 7,48 5400 6,32

3 Hidrogen dengan sistem kontrol 7400 7,52 5400 6,41

Dari tabel 5.6, dapat dilihat bahwa penambahan gas hasil elektrolisa ke

dalam ruang bakar dapat meningkatkan nilai maksimum daya. Daya maksimum

yang terjadi pada rpm 7400 sebesar 7,52HP dengan kondisi motor yang diberikan

gas hidrogen dan menggunakan kontroler. Torsi maksimum yang terjadi pada rpm


65


5400 sebesar 6,41 ft-lbs dengan kondisi motor yang diberikan gas hidrogen dan

menggunakan kontroler. Hal ini dapat dikarenakan nilai cepat rambat api pada gas

hidrogen yang tinggi (dapat mencapai sekitar 300 cm/s lebih besar dibanding solar

sekitar 40 cm/s). Jika hidrogen telah bercampur dengan udara dan bensin, ketika

terjadi pengapian dari busi pada ruang bakar, hidrogen akan membantu

meningkatkan kecepatan perambatan api pada ruang bakar, sehingga pembakaran

dapat terjadi lebih sempurna.

5.7 Analisis Emisi Gas Buang

5.7.1 Analisis kandungan HC pada gas buang

Kandungan HC pada emisi gas buang mengindikasikan banyaknya

bahan bakar yang tidak terbakar pada proses pembakaran. Pembakaran

yang baik memiliki kadar HC yang rendah. Semakin rendah kadar HC,

proses pembakaran yang terjadi semakin mendekati sempurna. Berikut ini

hasil percobaan pengambilan data emisi HC.

Gambar 5.6 Grafik emisi HC

Tabel 5.7 penurunan kadar HC

0

50

100

150

200

250

300

1500 2500 3500 4500 5500

kada

r HC (ppm

)

RPM

Emisi HC

Standar

H2 tanpa Kontrol

H2 dengan Kontrol

Kadar ppm HC Rata-‐rata kadar HC (ppm)

Penurunan kadar HC (ppm)

Standar 216 0 H2 tanpa kontrol 220 -‐4 H2 dengan kontrol

197 19


66


Dari Grafik dan tabel, dapat dilihat bahwa kondisi penurunan HC

tertinggi terjadi pada kondisi mesin yang diinjeksikan hidrogen dengan

modul kontrol. Hal ini dikarenakan jumlah asupan flow rate hidrogen

yang besar. Nilai HC yang rendah mengindikasikan bahwa bahan

bakar terbakar lebih sempurna, sehingga emisi HC menurun. Nilai HC

yang besar di rpm rendah dikarenakan putaran mesin yang lebih

lambat sehingga katup intake lebih lama terbuka dan terlalu banyak

hidrogen masuk ke ruang bakar, sehingga pembakaran menjadi kurang

baik.

5.7.2 Analisis kandungan CO pada gas buang

Gas CO merupakan produk dari hasil proses pembakaran yang

tidak sempurna. Gas yang berbahaya untuk manusia Nilai kandungan

CO yang semakin tinggi menunjukkan proses pembakaran dalam

ruang bakar tidak baik. Kadar CO memiliki kecenderungan meningkat

dengan meningkatnya putaran mesin (RPM), hal ini disebabkan

putaran mesin tinggi membutuhkan pasokan bahan bakar dan udara

yang lebih banyak sehingga produk hasil pembakarannya juga

meningkat. Berikut ini grafik hasil pengukuran kandungan CO pada

emisi gas buang kendaraan

Gambar 5.7 Grafik kadar CO

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

1500 2500 3500 4500 5500

Kada

r CO (%

)

RPM

Emisi CO

Standar

H2 tanpa Kontrol

H2 dengan Kontrol


67


Tabel 5.8 penurunan kadar CO

Dari grafik dan tabel terlihat bahwa kadar CO terendah terjadi pada

kondisi mesin yang diinjeksikan hidrogen dengan kontrol. Hal ini

dikarenakan jumlah asupan debit hidrogen yang besar. Nilai CO yang

rendah mengindikasikan bahwa bahan bakar terbakar lebih sempurna,

sehingga emisi CO menurun.

5.7.3 Analisis kandungan CO2 pada gas buang

Gas CO2 merupakan produk hasil pembakaran sempurna.

Pembakaran sempurna menghasilkan gas CO2 yang tinggi. Semakin

tinggi kandungan CO2 pada emisi gas buang, semakin baik

pembakaran yang terjadi.

CxHy (g) + O2 (g) CO2 (g) + H2O (g) (5.1)

Dari reaksi pembakaran di atas menunjukkan CO2 merupakan

produk hasil pembakaran sempurna. Oleh karena itu salah 1 indikator

pembakaran yang baik yaitu memiliki kandungan CO2 yang tinggi

pada emisi gas buang.

Kadar CO Rata-‐rata kadar CO (%) Selisih kadar CO (%) Standar 3,0 0,0 H2 tanpa kontrol 2,1 0,9 H2 dengan kontrol

2,0 1,0


68


Grafik 5.8 Grafik kadar CO2

Tabel 5.9 selisih kadar CO2

Dari grafik dan tabel, kadar CO2 justru menurun pada motor yang

diinjeksikan hidrogen. Tingginya kadar CO2 mengindikasikan

pembakaran yang sempurna. Data ini bertentangan dengan data emisi

gas buang HC dan CO, yang menunjukkan kondisi mesin dengan

hidrogen yang dilengkapi modul kontrol sebagai penghasil

pembakaran yang lebih baik. Perbedaan persepsi ini dapat terjadi

karena kesalahan atau keakurasian alat gas analyzer yang mengalami

error.

5.7.4 Analisis kandungan O2 pada gas buang

Gas O2 yang dihasilkan merupakan sisa dari pereaksi proses

pembakaran yang tidak bereaksi. Pembakaran yang baik menghasikan

emisi dengan kadar O2 yang rendah karena O2 bereaksi dengan bahan

bakar.

0 0.5 1

1.5 2

2.5 3

3.5 4

4.5 5

1500 2500 3500 4500 5500

Kada

r CO2 (%

)

RPM

Emisi CO2

Standar

H2 tanpa Kontrol

H2 dengan Kontrol

Kadar CO2 Rata-‐rata kadar CO2 (%) Penurunan kadar CO2 (%) Standar 4,3 0,0 H2 tanpa kontrol 3,8 0,5 H2 dengan kontrol

3,7 0,6


69


Gambar 5.9 Grafik kadar O2

Tabel 5.10 penurunan kadar O2

Dari grafik dan tabel terlihat bahwa kadar O2 terendah terjadi pada

kondisi mesin yang diinjeksikan hidrogen dengan kontrol. Hal ini

dikarenakan jumlah asupan flow rate hidrogen yang besar. Nilai O2

yang rendah mengindikasikan bahwa bahan bakar terbakar lebih

sempurna, sehingga emisi O2 menurun. O2 yang bereaksi dengan

bahan bakar menjadi lebih banyak, sehingga sisa O2 yang keluar pada

saluran gas buang menjadi lebih sedikit.

13

13.2

13.4

13.6

13.8

14

14.2

1500 2500 3500 4500 5500

Kada

r O2 (%

)

RPM

Emisi O2

Standar

H2 tanpa Kontrol

H2 dengan Kontrol

Kadar O2 Rata-‐rata kadar O2 (%) Penurunan kadar O2 (%) Standar 13,6 0,0 H2 tanpa kontrol 13,6 0,0 H2 dengan kontrol

13,3 0,3


70


5.8 Analisis Konsumsi Bensin

Tabel 5.11 Penghematan konsumsi bensin

No Kondisi

Trial #

Bensin

Volume bensin terpakai (mL)

Konsumsi bensin (km/L)

Rataan konsumsi bensin (km/L)

Penghematan (%)

1 Motor standar 1 76 40,79

41,53 0,00 2 73 42,47 3 75 41,33

2 Dengan hidrogen tanpa kontrol

1 66 46,97 46,28 11,43 2 68 45,59

3 67 46,27

3 Hidrogen dengan sistem kontrol

1 62 50,00 49,21 18,51 2 64 48,44

3 63 49,21

Gambar 5.10 Grafik penghematan konsumsi bensin

Dari tabel di atas, dapat diketahui bahwa penghematan terbesar terjadi

pada kondisi uji motor dengan hidrogen yang dilengkapi dengan modul

sistem kontrol. Hal ini dapat disebabkan karena pada kecepatan 30km/jam,

mesin butuh suplemen gas hasil elektrolisis pada proses pembakaran.

41.53

46.28

49.21

36.00

38.00

40.00

42.00

44.00

46.00

48.00

50.00

Motor standar



Konsum

si ben

sin (km/L)

Konsumsi Bensin


71


Sehingga jumlah hidrogen yang dihasilkan sel elektrolisis dapat

mendongkrak kinerja mesin. Simpangan baku yang terjadi pada data

pengukuran konsumsi bensin adalah sebesar 1,71%. Kecilnya nilai

simpangan baku menandakan bahwa sebaran data yang terjadi memiliki

simpangan yang kecil.

5.9 Analisis Konsumsi Energi Listrik

Tabel 5.12 penghematan konsumsi energi listrik

No Kondisi Trial #

Listrik Listrik terpakai (W.h)

Konsumsi listrik (km/Wh)

Rataan Konsumsi listrik (km/Wh)

Penghematan (%)

1 Motor standar 1 0 0

0 0 2 0 0 3 0 0

2 Dengan hidrogen tanpa kontrol

1 1,2 2,6 2,4 0 2 1,4 2,2

3 1,3 2,4

3 Hidrogen dengan sistem kontrol

1 1,8 1,7 1,8 -‐26,65 2 1,7 1,8

3 1,8 1,7

Gambar 5.11 Grafik penghematan konsumsi energi listrik

0.00

2.39

1.76

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

Motor standar



Konsum

si listrik

(km/w

.h)

Konsumsi Listrik


72


Dari tabel di atas, dapat diketahui bahwa penghematan terbesar terjadi

pada kondisi uji motor dengan hidrogen tanpa sistem kontrol, Hal ini

dikarenakan arus listrik mengalir dari kabel lampu depan ke sel elektrolisis.

Listrik mengalir dengan tegangan dan arus yang meningkat seiring dengan

meningkatnya putaran mesin. Konsumsi listrik sel elektrolisis dengan modul

kontrol lebih boros diakibatkan karena mapping PWM nya memang

ditargetkan untuk menghasilkan debit gas hasil elektrolisa yang lebih besar.

Simpangan baku yang terjadi pada data pengukuran konsumsi energi listrik

adalah sebesar 3,68%. Kecilnya nilai simpangan baku menandakan bahwa

sebaran data yang terjadi memiliki simpangan yang kecil.

5.10 Analisis Suhu Sel Elektrolis Setelah Tes Jalan

Tabel 5.13 Suhu sel elektrolisis setelah tes jalan

No Kondisi Trial # Suhu (oC) Lingkungan Suhu setelah

1 Motor standar 1 35,5 36,7 2 35,4 36,4 3 35 37,1

2 Dengan hidrogen tanpa kontrol 1 35 41,8 2 34,8 43,2 3 35,1 42

3 Hidrogen dengan sistem kontrol 1 35,2 43,2 2 36 44,1 3 35,7 44,9

Dari tabel 5.8, dapat terlihat bahwa sel elektrolisis yang telah dilengkapi

modul kontrol menghasilkan kalor yang lebih tinggi. Hal ini dapat dikarenakan

oleh lebih besarnya laju produksi elektrolisis di dalam sel. Namun peningkatan

suhu tersebut masih dalam batas yang rendah. Penyebabnya adalah desain sel

elektrolisis dengan sistem dry cell. Dengan bentuk desain ini, panas yang

dihasilkan sel elektrolisis mengalir kembali ke reservoir cairan aquades. Sebagian

panas tersebut masuk bersama gas hidrogen ke ruang bakar, sebagian hilang saat


73


konduksi pada reservoir, dan sebagian kembali ke sel elektrolisis. Pada sel

elektrolisis dengan sistem wet cell, suhu sel elektrolisis dapat mencapai diatas 60 oC.


74

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN

6.1 Kesimpulan

Dari Penelitian ini dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :

1. Secara umum, penerapan sel elektrolisis berbasis Pulse Width Modulation

memperbaiki kinerja motor bakar 4 langkah dengan meningkatnya debit

gas hasil elektrolisis, dapat dilihat dari meningkatnya daya dan torsi,

menurunnya emisi polutan gas buang HC dan CO dan penghematan

konsumsi bensin dan energi listrik.

2. Dengan menerapkan modul kontrol, dapat meningkatkan maksimum BHP

hingga 0,05HP, meningkatkan maksimum torsi sebesar 0,1 ft-lbs dan

penghematan bensin sebesar 18,51% dibandingkan dengan motor standar.

6.2 Saran

1. Untuk penelitian selanjutnya, kontrol sel elektrolisis dapat dilakukan

dengan menentukan timing pemasukan hidrogen dan jumlahnya seperti

injektor bertekanan pada motor injeksi.

2. Dapat digunakan zat cair lain (selain air) sebagai zat yang dielektrolisis.

Kriteria zat cair tersebut adalah yang berdasarkan reaksinya membutuhkan

beda potensial terkecil dan dapat menghasilkan hidrogen jika

dielektrolisis.


75

DAFTAR REFERENSI

Andrianto, Heri. (2008). Pemrograman Mikrokontroler AVR ATMEGA16

Menggunakan Bahasa C [Codevision AVR]. Bandung: Penerbit Informatika.

Bentley, R. W. (2009). The expected dates of resource-limited maxima in the

global production of oil and gas. Springerlink science.

Duncan, Richard C dan Walter Youngquist. (1999). Encircling the Peak of World

Oil Production. Springerlink Journal.

Kelly, Patrick. (2007). A Practical Guide to Free Energy Devices.

Narutomo, Arandityo. (2011). Analisis Penggunaan Gas Hidrogen Hasil

Elektrolisis Air Pada Motor Bakar 4 Langkah Yang Diinjeksikan Setelah

Karburator Dengan Variasi Derajat Timing Pengapian. Skripsi, Program

Sarjana Fakultas Teknik UI, Depok.

Sugiarto, Bambang. Motor Pembakaran Dalam. Jakarta: Universitas Indonesia

Utama, Didi Widya. (2011). Pengembangan Model Sistem Kontrol Traksi

Kendaraan Hibrida Berpenggerak Motor Listrik yang Terintegrasi. Tesis,

Departemen Teknik Mesin UI, Depok.

Yilmaz, Ali Can, Erinc Uludamar dan Kadir Aydin. (2010). Effect of Gas Hidroxy

(HHO) Gas Adition on Performance and Exhaust Emissions in Compression

Ignition Engine. International Journal of Hydrogen Energy, sciencedirect.

Buku Pedoman Reparasi Supra X-125 Helm-In. Jakarta: PT Astra Honda Motor

artechbdg.wordpress.com , diakses pada 24 Juni 2012

digilib.ittelkom.ac.id , diakses pada 28 Juni 2012

dynojet.com , diakses pada 25 Juni 2012

ebay.com , diakses pada 11 Juni 2012

elektro-kontrol.blogspot.com , diakses pada 25 Juni 2012

ini-robot.blogspot.com , diakses pada 2 Juli 2012

innovativeelectronis.com , diakses pada 25 Juni 2012

technotest.com , diakses pada 15 Juni 2012

web.mit.edu , diakses pada 20 Juni 2012



LAMPIRAN


77


Grafik Perbandingan Power dan Torsi Hasil Dynotest antara Motor Standar, Dengan Hidrogen Menggunakan Listrik dari Alternator, dan Dengan Hidrogen dengan Penggunaan Kontroler


78


Grafik Power dan Torsi Hasil Dynotest pada Motor Standar


79


Grafik Power dan Torsi Hasil Dynotest Motor Dengan Hidrogen Menggunakan Listrik dari Alternator


80


Grafik Power dan Torsi Hasil Dynotest Motor Dengan Hidrogen dengan Penggunaan Kontroler


ANALISIS KINERJA SEL ELEKTROLISIS BERBASIS...

Documents

Transcript of ANALISIS KINERJA SEL ELEKTROLISIS BERBASIS...