i

TUGAS AKHIR

STUDI EKSPERIMENTAL OCTANE BOOSTER

MENGGUNAKAN GENERATOR HIDROGEN DENGAN

VARIASI SUSUNAN SEL GENERATOR PADA MOTOR

YAMAHA MIO 155 CC BERBAHAN BAKAR PERTALITE

Diajukan untuk Memenuhi Tugas sebagai Salah Satu Syarat

Guna memperoleh Gelar Sarjana S1 Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun oleh:

RIFKI WINDYA NAVIANTO

NIM: D 200 130 188

NIRM: 13 6 106 03030 50188

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2017

ii

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR

Saya yang bertanda tangan di bawah ini:

Nama : RIFKI WINDYA NAVIANTO

NIM : D 200 130 188

Jurusan : Teknik Mesin

Fakultas : Teknik

Dengan ini menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir dengan judul

”Studi Eksperimental Octane Booster Menggunakan Generator Hidrogen

dengan Variasi Susunan Sel Generator Pada Motor Yamaha Mio 155cc

Berbahan Bakar Pertalite” merupakan hasil penelitian sebagai salah satu syarat

untuk memperoleh gelar sarjana S1 pada jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta benar-benar merupakan karya ilmiah Tugas

Akhir yang saya buat dan bukan merupakan karya ilmiah Tugas Akhir hasil tiruan

atau duplikasi dari Tugas Akhir yang sudah dipublikasikan dan pernah digunakan

untuk mendapatkan gelar kesarjanaan dilingkungan Universitas Muhammadiyah

Surakarta atau instansi manapun. Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenar-

benarnya tanpa ada tekanan dari pihak manapun.

Surakarta, 19 Juli 2017

Yang menyatakan

Rifki Windya Navianto

iii

HALAMAN PERSETUJUAN

Tugas Akhir berjudul ”Studi Eksperimental Octane Booster Menggunakan

Generator Hidrogen dengan Variasi Susunan Sel Generator Pada Motor

Yamaha Mio 155cc Berbahan Bakar Premium” yag disusun oleh;

Nama : RIFKI WINDYA NAVIANTO

NIM : D 200 130 188

Telah disetujui oleh Pembimbing Tugas Akhir untuk dipertahankan di depan

Dewan Penguji sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana S-1 pada

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta,

pada;

Hari :

Tanggal :

Surakarta, 19 Juli 2017

Pembimbing

Tugas Akhir

Ir. Sartono Putro, MT.

iv

HALAMAN PENGESAHAN

Laporan Tugas Akhir dengan judul ”Studi Eksperimental Octane Booster

Menggunakan Generator Hidrogen dengan Variasi Susunan Sel Generator

Pada Motor Yamaha Mio 155cc Berbahan Bakar Premium” ini disusun untuk

memenuhi salah satu syarat memperoleh gelas sarjana S-1 pada jurusan Teknik

Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta oleh;

Nama : RIFKI WINDYA NAVIANTO

NIM : D200130188

telah diuji di depan Dewan Penguji dan telah disetujui serta disahkan pada:

Hari :

Tanggal :

Dewan Penguji :

1. Ir. Sartono Putro, MT. .

2. Ir. Subroto, MT.

3. Ir. Tri Tjahjono, MT.

Mengetahui

v

MOTTO

Kebahagiaan yang hakiki adalah ketika kita dapat memberikan manfaat hidup kita

kepada keluarga dan bangsa tercinta

Ketajaman pikir tiadalah memiliki makna, keluasan wawasan tiadalah membawa

manfaat bilamana tidak mampu menumbuhkembangkan ilmu dan pengetahuan

sebagai pembawa keluhuran harkat dan martabat manusia dan alam.

vi

PERSEMBAHAN

Karya kecil bagian dari khasanah ilmu pengetahuan ini kuimpikan sebagai lentera

yang mampu memberikan suluh kepada semua insan dan kupersembahkan

kepada:

Ayah Bundaku tercinta yang selalu memberikan hal terbaik didalam hidup saya

Adik-adikku terkasih yang selalu berbagi dalam suka dan duka

Teman-teman yang memberikan dukungan dalam segala hal

Serta kepada para dosen Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta

yang telah memberikan ilmu selama ini

vii

KATA PENGANTAR

Puji syukur alhamdulillah penulis sampaikan kehadirat Allah SWT atas

limpahan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulisan dapat menyelesaikan

laporan tugas akhir ini yang berjudul ”Studi Eksperimental Octane Booster

Menggunakan Generator Hidrogen dengan Variasi Susunan Sel Generator

Pada Motor Yamaha Mio 155cc Berbahan Bakar Premium”.

Penulisan tugas akhir ini sebagai salah satu syarat guna mencapai gelar

Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin pada Fakultas Teknik Universitas

Muhammadiyah Surakarta.

Penulisan tugas akhri ini secara umum bertujuan untuk mengetahui

mengetahui bagaimana merancang serta membuat generator HHO dengan tingkat

efisiensi yang tinggi dengan menggunakan elektroda jenis logam stainless steel

dimana akan disusun dengan 2 pemodelan sel untuk membandingkan hasil dalam

proses elektrolisis air untuk mendapatkan gas hidrogen. Kemudian mengamati

peranan gas hidrogen terhadap peningkatan kerja dan kualitas pembakaran mesin

motor bakar

Atas terselesaikannya tugas akhir ini penulis mengucapkan terima kasih yang

kepada:

1. Bapak Ir. Sri Sunarjono, MT. Ph.D., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas

Muhammadiyah Surakarta.

2. Bapak Ir. Subroto, MT., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta.

3. Bapak Ir. Sartono Putro, MT., selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang

telah banyak memberikan bimbingan, pengarahan dan masukan dengan sabar.

4. Bapak Ir. Sunardi Wiyono, MT., selaku Koordinator Tugas Akhir yang telah

banyak memberikan masukan dan bimbingan dengan sabar.

5. Bapak M. Alafatih Hendrawan, ST. MT., selaku dosen Pembimbing

Akademik.

viii

6. Ayah dan Ibunda, serta adik-adikku tercinta, atas perhatian, kasih sayang,

pengorbanan, dorongan, dan doa-doanya.

7. Rekan-rekan seperjuangan dalam menyelesaikan penelitian.

8. Serta pihak-pihak yang secara langsung maupun tidak langsung terlibat dalam

mensukseskan penyusunan Tugas Akhir ini.

Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini mungkin masih memiliki beberapa

kekurangan pada kebahasaan, isi, atau pun mutu keilmiahannya. Untuk itu maka

penulis berharap adanya kritik dan saran dari pembimbing dan pembaca demi

perbaikan tugas akhir ini. Akhir kata penulis berharap semoga tugas akhir ini dapat

menjadi pengembang wawasan serta bermanfaat dalam pengembangan

pengetahuan pada bidang teknologi mesin.

Surakarta, 19 Juli 2017

Penulis

ix

ABSTRAKSI

Perkembangan teknologi motor bakar mengalami kemajuan yang sangat

pesat. Para produsen yang bergerak dibidang tersebut melakukan berbagai inovasi

untuk meningkatkan efisiensi dan efektivitas pembakaran dari mesin dengan

memproduksi mesin berkapasitas besar dan memiliki rasio kompresi yang tinggi

untuk meningkatkan unjuk kerja dari mesin motor bakar. Namun mesin dengan

rasio kompresi tinggi membutuhkan bahan bakar beroktan tinggi untuk mencegah

knocking yang menyebabkan kerusakan pada mesin. Sedangkan bahan bakar bakar

beroktan tinggi memiliki harga yang tinggi dipasaran. Berbagai cara alternatif untuk

meningkatkan efisiensi dan menghemat penggunaan bahan bakar pada mesin telah

banyak dilakukan. Salah satunya ialah dengan mencampurkan gas hidrogen dengan

bahan bakar baik bensin maupun solar saat proses pembakaran.

Penelitian ini memanfaatkan proses elektrolisis Faraday. Diawali dengan

proses merancang serta membuat generator HHO yang tersusun dari sel-sel yang

berbahan plat Stainless Steel 304 tebal 0,8 mm. Kemudian plat tersebut diatur

dengan variasi jarak 5 mm dan 10 mm, serta penggunaan katalisator NaOH diatur

jumlah massanya sebesar 10 gram dan 20 gram dengan luas permukaan tercelup

sebesar 504 cm2 untuk medapatkan hasil produksi generator HHO paling maksimal

sebagai octane booster, bahan bakar alternatif dan pengaruhnya terhadap unjuk

kerja motor bakar.

Laju produksi gas hydrogen terbanyak dihasilkan oleh generator HHO E5

20 gr dengan rata-rata sebesar 0,002041 gr/s, dimana generator HHO tersebut

memiliki jarak diantara elektrodanya sebesar 5 mm dengan massa katalisator NaOH

yang dilarutkan sebanyak 20 gram untuk setiap 1500 ml air (H2O) destilasi. Dengan

efiensi generator HHO tertingi dimiliki oleh generator HHO E5 20gr dengan nilai

efisiensi rata-rata sebesar 81,59 %. Kemudian meningkatkan daya maksimum

6,1445 kW pada kecepatan putaran 7000 rpm, torsi maksimum 9,3976 Nm pada

putaran 6500 rpm, serta penurunan konsumsi bahan bakar rata-rata sebesar 64,697

gr/s.

ABSTRACT

The development of motor fuel technology has progressed very rapidly.

Producers engaged in the field are innovating to improve the efficiency and

effectiveness of combustion from engines by producing large-capacity engines and

have high compression ratios to improve the performance of motor fuel engines.

However, engines with high compression ratios require high-octane fuel to prevent

knocking which causing damage to the engine. Meanwhile, high-octane fuel has a

high price in the market. There are various alternative ways to improve efficiency

and save fuel usage on the engine has been done a lot. One of them is by mixing

hydrogen gas with fuel both gasoline and diesel during the combustion process.

This research utilizes Faraday's electrolysis process. Beginning with the

process of designing and making a HHO generator composed of cells made from

Stainless Steel 304 plate thick 0.8 mm. Then the plate is arranged with variations

of 5 mm and 10 mm, and the use of the NaOH catalyst is regulated by 10 grams and

20 grams of mass with a dyed surface area of 504 cm2 to obtain the maximum

production of HHO generator as octane booster, alternative fuel and its effect On

the performance of motor fuel.

The highest rate of hydrogen gas production is generated by the HHO E5

20 g generator with an average of 0.002041 g / s, wherein the HHO generator has a

distance between the electrodes of 5 mm and the mass of the catalyst NaOH

dissolved by 20 grams for every 1500 ml of water (H2O) distillation. With the

highest HHO generator efficiency is owned by HHO E5 20gr generator with an

average efficiency value of 81.59%. Then increase the maximum power of 6.1445

kW at 7000 rpm rotation speed, maximum torque of 9.3976 Nm at 6500 rpm

rotation, and decreased average fuel consumption of 64.697 gr / s.

x

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ...........................................................................................i

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI .............................................................ii

HALAMAN PERSETUJUAN ............................................................................iii

HALAMAN PENGESAHAN .............................................................................iv

MOTTO ..............................................................................................................v

PERSEMBAHAN ...............................................................................................vi

KATA PENGANTAR ........................................................................................vii

ABSTRAKSI/ABSTRACTS ..............................................................................ix

DAFTAR ISI ......................................................................................................x

DAFTAR GAMBAR .........................................................................................xiii

DAFTAR TABEL ...............................................................................................xiv

DAFTAR SIMBOL ............................................................................................xvi

BAB I PENDAHULUAN ................................................................................1

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

1.2. Perumusan Masalah .....................................................................3

1.3. Tujuan Penelitian .........................................................................4

1.4. Manfaat penelitian .......................................................................4

1.5. Batasan Masalah ..........................................................................5

1.6. Sistematika Penulisan ..................................................................6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI ..................................7

2.1. Tinjauan Pustaka .........................................................................7

2.2. Dasar Teori ..................................................................................8

2.2.1 Motor Pembakaran Dalam (Internal Combustion Engine)… ......8

2.2.1.1 Motor Bensin (Motor Otto) .............................................9

2.2.1.2 Motor Diesel ....................................................................15

2.2.2 Proses Pembakaran Motor Bakar ................................................20

2.2.2.1 Perbandingan Udara – Bahan Bakar (Air Fuel Ratio) .....22

2.2.3 Bahan Bakar .................................................................................23

2.2.3.1 Bahan Bakar Padat ..........................................................23

2.2.3.2 Bahan Bakar Cair ............................................................24

xi

2.2.3.3 Bahan Bakar Gas .............................................................30

2.2.4 Unjuk Kerja Motor Bakar ............................................................31

2.2.4.1 Daya Keluaran (Power) ...................................................31

2.2.4.2 Tekanan Efekti Rata-Rata dan Torsi ...............................31

2.2.4.3 Konsumsi Bahan Bakar ...................................................32

2.2.5 Hidrogen ......................................................................................33

2.2.5.1 Keunggulan Sifat Hidrogen .............................................35

2.2.5.2 Proses Produksi Hidrogen ...............................................38

2.2.6 Generator HHO (Hidrogen Oksigen) ...........................................43

BAB III METODOLOGI PENELITIAN............................................................46

3.1 Metode Penelitian… ....................................................................46

3.1.1 Variabel Penelitian .......................................................................48

3.1.2 Diagram Alir Penelitian ...............................................................49

3.2 Lokasi dan Waktu Penelitian .......................................................50

3.3 Alat dan Bahan Penelitian ...........................................................50

3.3.1 Alat Penelitian .............................................................................50

3.3.2 Bahan Penelitian ..........................................................................61

3.4 Prosedur Penelitian ......................................................................61

3.4.1 Perancangan Generator HHO ......................................................62

3.4.2 Pengukuran Produksi Gas Hidrogen ...........................................68

3.4.3 Pengujian Kinerja Motor Bakar...................................................70

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................73

4.1 Hasil Penelitian ............................................................................73

4.1.1 Hasil Rancangan Generator HHO ..............................................73

4.1.2 Hasil Pengujian Produktivitas Generator HHO ...........................74

4.1.3 Hasil Pengujian Unjuk Kerja Motor Bakar ..................................77

4.1.3.1 Pengujian Konsumsi Bahan Bakar .................................77

4.1.3.2 Pengujian Daya dan Torsi Motor Bakar ..........................78

4.2 Pembahasan .................................................................................79

4.2.1 Produktivitas Generator HHO .....................................................79

4.2.2 Unjuk Kerja Motor Bakar ............................................................81

xii

4.2.2.1 Konsumsi Bahan Bakar Motor Bakar..............................81

4.2.2.2 Daya yang Dihasilkan Motor Bakar ................................82

4.2.2.3 Torsi yang Dihasilkan Motor Bakar ................................84

BAB V PENUTUP ..............................................................................................86

5.1. Kesimpulan ..................................................................................................86

5.2. Saran ............................................................................................................87

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Upstroke pada Mesin Bensin 2-Langkah ........................................10

Gambar 2.2 Downstroke pada Mesin Bensin 2-Langkah ....................................11

Gambar 2.3 Langkah Hisap Mesin Bensin 4 Langkah .......................................12

Gambar 2.4 Langkah Kompresi Mesin Bensin 4 Langkah .................................13

Gambar 2.5 Langkah Kerja Mesin Bensin 4 Langkah ........................................14

Gambar 2.4 Langkah Pembuangan Mesin Bensin 4 Langkah ............................14

Gambar 2.5 Mesin diesel 2-Langkah ..................................................................16

Gambar 2.6 Langkah Hisap Mesin Diesel ..........................................................17

Gambar 2.7 Langkah Kompresi Mesin Diesel ....................................................18

Gambar 2.8 Langkah Kerja Mesin Diesel ...........................................................18

Gambar 2.9 Langkah Pembuangan Mesin Diesel ...............................................19

Gambar 2.10 Elektrolisis Air (H2O) ...................................................................41

Gambar 3.1 Skema Pemasangan Alat pada Sistem Motor Bakar .......................47

Gambar 3.2 Diagram Alir Penelitian ..................................................................49

Gambar 3.3 Plat Stainless Steel seri 304 .............................................................50

Gambar 3.4 Baut dengan Isolator........................................................................51

Gambar 3.5 Mesin Shearing ...............................................................................51

Gambar 3.6 Mesin Bending.................................................................................52

Gambar 3.7 Gerinda Tangan ...............................................................................52

Gambar 3.8 Cleanout Pipe 4’’ ............................................................................53

Gambar 3.9 Pipa PVC 4” ....................................................................................53

Gambar 3.10 Selang ............................................................................................54

Gambar 3.11 Gelas Ukur.....................................................................................54

Gambar 3.12 Stopwatch ......................................................................................55

Gambar 3.13 Multimeter .....................................................................................55

Gambar 3.14 Konverter Listrik ...........................................................................56

Gambar 3.15 Digital Tachometer ........................................................................57

Gambar 3.16 Neraca Digital ...............................................................................58

Gambar 3.17 Dynojet 250i ..................................................................................59

xiv

Gambar 3.18 Motor Yamaha Mio Soul ..............................................................60

Gambar 3.19 Rancangan Katoda Generator HHO E10 (dalam satuan mm) .......62

Gambar 3.20 Model 3D Katoda ..........................................................................62

Gambar 3.21 Rancangan Anoda Generator HHO E10 (dalam satuan mm) .......63

Gambar 3.22 Model 3D Anoda ...........................................................................63

Gambar 3.23 Rangkaian Elektroda Generator HHO E10 (dalam satuan mm) ...63

Gambar 3.24 Model 3D Rangkaian Elektroda ....................................................64

Gambar 3.25 Rangkaian Elektroda Generator HHO E5 (dalam satuan mm) .....64

Gambar 3.26 Struktur Generator HHO ...............................................................65

Gambar 3.27 Model 3D Generator HHO ............................................................65

Gambar 3.28 Plat stainless steel yang dibengkokkan .........................................66

Gambar 3.29 Plat Stainless Steel letter U ...........................................................67

Gambar 3.30 Susunan Plat Stainless Steel ..........................................................67

Gambar 3.31 Elektroda dan Tutup Generator HHO ...........................................68

Gambar 3.32 Proses Pengukuran Laju Produksi Gas..........................................68

Gambar 3.33 Hasil Pengukuran Laju Produksi Gas Hidrogen ...........................69

Gambar 3.34 Proses Pengujian Konsumsi Bahan Bakar ....................................71

Gambar 3.35 Proses Pengujian Unjuk Kerja Motor............................................72

Gambar 3.36 Proses Pengujian Unjuk Kerja Motor............................................72

Gambar 4.1 Generator HHO ...............................................................................74

Gambar 4.2 Perbandingan Produksi Gas Hidrogen ............................................79

Gambar 4.3 Perbandingan Efisiensi Generator HHO .........................................80

Gambar 4.4 Perbandingan Konsumsi Bahan Bakar ............................................81

Gambar 4.5 Perbandingan Daya Motor Bakar ....................................................82

Gambar 4.6 Perbandingan Torsi Motor Bakar ....................................................84

xv

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Konsumsi Minyak Wilayah Asia-Pasifik ............................................2

Tabel 2.1 Perbandingan Bahan Bakar dan Udara ...............................................22

Tabel 2.2 Karakteristik Premium ........................................................................26

Tabel 2.3 Karakteristik Prertalite ........................................................................28

Tabel 2.4 Karakteristik Pertamax ........................................................................29

Tabel 2.4 Sifat Fisik dan Kimia Hidrogen ..........................................................34

Tabel 2.5 Flameability Limit Bahan Bakar .........................................................35

Tabel 2.6 Nilai Oktan Bahan Bakar ....................................................................37

Tabel 2.7 Sifat Fisik Hidrogen dan Bensin .........................................................38

Tabel 4.1 Produksi Gas Hidrogen pada Generator HHO E5 20gr ......................75

Tabel 4.2 Produksi Gas Hidrogen pada Generator HHO E5 10gr ......................75

Tabel 4.3 Produksi Gas Hidrogen pada Generator HHO E10 20gr ....................76

Tabel 4.4 Produksi Gas Hidrogen pada Generator HHO E10 10gr ....................76

Tabel 4.5 Efisiensi Generator HHO E5 20gr ......................................................76

Tabel 4.6 Efisiensi Generator HHO E5 10gr ......................................................77

Tabel 4.7 Efisiensi Generator HHO E10 20gr ....................................................77

Tabel 4.8 Efisiensi Generator HHO E10 10gr ....................................................77

Tabel 4.9 Konsumsi Bahan Bakar .......................................................................78

Tabel 4.10 Daya Motor Bakar .............................................................................78

Tabel 4.11 Torsi Motor Bakar .............................................................................79

xvi

DAFTAR SIMBOL

T = Torsi (Nm)

n = Kecepatan putaran mesin (rpm)

Pm = Tekanan efektif rata-rata (kPa)

Ne = Daya keluaran (kW)

L = Panjang langkah torak (m)

A = Luas penampang silinder (cm2)

i = Jumlah silinder

a = Jumlah putaran pada satu siklus kerja

FC = Konsumsi bahan bakar (gr/detik)

𝜌𝑏𝑏 = Massa jenis bahan bakar (gr/ml)

𝑉 = Volume (ml)

t = waktu (detik)

W = Massa zat hasil elektrolisis (gram)

e = Berat ekuivalen hasil elektrolisis

F = Jumlah arus listrik (Faraday)

I = Kuat arus listrik yang mengalir (Ampere)

P = Daya yang dibutuhkan sistem generator HHO (Watt)

V = Beda potensial/voltase (Volt)

R = Hambatan (ohm)

ṁ = Laju produksi gas HHO (gr/s)

Q = Debit Produksi gas HHO (ml/s)

ρHHO = Massa jenis gas HHO (gr/ml)

ηHHO = Efisiensi generator HHO (%)

QHHO = Debit produksi gas HHO (ml/s)

ρHHO = Massa Jenis gas HHO (g/ml)

LHV HHO = LHV gas HHO (119930 J/g)

M = Molaritas (M)

Mr = Massa Relatif (g/mol)