Sistem Elektrik Elektrolit, Reaksi Kimia & Larutan Elektrolit

 

 Elektrolit ( H2SO4 ).

Standard berat jenis ( specific gravity ) elektrolit battery pada temperature standard ( 20⁰ Celsius ) adalah 1.280. Apabila temperature larutan elektrolit berubah, maka standard berat jenis dapat dicari dengan rumus:

Keterangan : S20    = Berat jenis pada temperatur 20 ° C

St       = Berat jenis pada temperatur pengukuran

t           = Temperatur electrolit pada saat pengukuran

Berat jenis akan turun pada saat battery dipakai ( discharge ). Pada kondisi standard ( 20 ° Celsius ), bila berat jenis elektrolit turun mencapai 1.20, maka battery harus diisi kembali ( charging ). Bila jumlah elektrolit di dalam battery berkurang, maka harus ditambah dengan air aki ( air suling ). Perubahan berat jenis elektrolit tergantung oleh :

-      Discharge rate.

-      Charge rate.

-      Temperature.

-      Jumlah asam sulfat yang terkandung dalam elektrolit.

                Perubahan berat jenis ini dapat dilihat pada gambar - gambar berikut ini :

 Perubahan berat jenis elektrolit saat battery digunakan.

 Perubahan berat jenis elektrolit saat  pengisian battery. 

                 Larutan elektrolit dapat membeku pada temperatur tertentu. Oleh karena itu kalau                                   menyimpan battery boleh ditempat sedingin mungkin asalkan tidak sampai  .

                 Larutan elektrolitnya membeku seperti terlihat pada tabel berikut ini :

 

 Pembekuan elektrolit pada berat jenis dengan temperatur tertentu.

 

Jenis jenis Elektrolit :

•      Asam Sulfat (H₂SO₄): Digunakan dalam baterai timbal-asam (lead-acid battery). Asam sulfat berfungsi sebagai elektrolit yang memfasilitasi reaksi kimia antara anoda (timbal, Pb) dan katoda (timbal dioksida, PbO₂).

•      Kalium Hidroksida (KOH): Digunakan dalam baterai nikel-kadmium (NiCd) dan nikel-metal hidrida (NiMH). Kalium hidroksida berfungsi sebagai elektrolit dalam larutan basa.

•      Larutan Garam Lithium: Digunakan dalam baterai lithium-ion (Li-ion). Elektrolit ini biasanya merupakan larutan garam lithium dalam pelarut organik seperti etilen karbonat atau dimetil karbonat.

 Reaksi Kimia

 Battery pada saat penggunaan maupun pengisian akan terjadi reaksi kimia berikut :

          a.  Reaksi Kimia pada saat penggunaan                                                                                     

          Yang dimaksud penggunan atau discharging dalam kapasitas battery.Reaksi kimia     yang terjadi  :

-       Reaksi di elektroda negatif

Timbal bereaksi dengan ion hidrogen sulfat menghasilkan timbal sulfat, ion hidrogen, dan dua elektron.

 

-       Reaksi di elektroda positif 

           

Timbal dioksida bereaksi dengan ion hidrogen, ion sulfat, dan dua elektron menghasilkan timbal sulfat dan air.

 

-       Reaksi keseluruhan saat proses penggunaan kapasitas battery adalah Timbal dan timbal dioksida bereaksi dengan asam sulfat menghasilkan timbal sulfat dan air.

                       

         b.  Reaksi Kimia Pada Saat Pengisian.

Yang dimaksud proses pengisian atau recharging dalam kapasitas battery. Reaksi kimia     yang terjadi ialah :

-       Reaksi di elektroda negatif

Timbal sulfat  menerima dua elektron dan berubah kembali menjadi timbal dan ion sulfat.

 

-       Reaksi di elektroda positif 

Timbal dioksida bereaksi dengan ion hidrogen, ion sulfat, dan dua elektron menghasilkan timbal sulfat dan air. Timbal sulfat dan air  menghasilkan timbal dioksida, ion hidrogen, ion sulfat, dan dua elektron.

 

-       Reaksi keseluruhan saat proses penggunaan kapasitas battery adalah Timbal dan timbal dioksida bereaksi dengan asam sulfat menghasilkan timbal sulfat dan air. Timbal sulfat dan air diubah kembali menjadi timbal, timbal dioksida, dan asam sulfat.

        

 

Larutan Elektrolit.

Baterai kendaraan mengandalkan elektrolit untuk mengalirkan listrik dan mendukung reaksi kimia yang menghasilkan energi. Asam sulfat, kalium hidroksida, dan larutan garam lithium adalah contoh elektrolit yang digunakan dalam berbagai jenis baterai kendaraan seperti berikut :

-       Asam Sulfat (H₂SO₄) pada baterai timbal-asam: Menyediakan ion H⁺ dan HSO₄⁻ yang berpartisipasi dalam reaksi kimia.

-       Kalium Hidroksida (KOH) pada baterai NiCd dan NiMH: Mendukung reaksi redoks pada elektroda.

-       Larutan Garam Lithium pada baterai Li-ion: Mengandung garam lithium seperti LiPF₆ yang dilarutkan dalam pelarut organik untuk memfasilitasi pergerakan ion lithium.

 

Setiap jenis baterai memiliki reaksi kimia spesifik yang memungkinkan penyimpanan dan pelepasan energi secara efektif.

 

 

 

 

Read More

Sistem Elektrik 1 Battery

 

Battery / Accumulator

Sumber energi listrik utama dalam suatu unit adalah battery. Proses kerja battery adalah sebuah reaksi kimia antara dua plat timbal yang memiliki karakteristik kimia yang berbeda dan terendam dalam larutan elektrolit.                        

Berdasarkan pada kondisi operasional unit battery memiliki fungsi sebagai berikut:

-      Saat engine posisi off, battery menyediakan arus listrik untuk accesoris dan lampu

-      Saat engine posisi start battery berfungsi untuk mensuplay arus untuk starter motor dan sistem elctrik yang mengontrol engine;

-      Saat engine posisi running saat ini arus listrik kebutuhan sepenuhnya disuplay dari charging/pengisian system battery dikatakan hanya berfungsi untuk penstabil tegangan atau filter sehingga komponen komponen yang sangat sensitive terhadap kenaikan dan penurunan tegangan seperti controller akan aman;

A.    Kontruksi  Battery
Secara kontruksi battery dibedakan menjadi tipe :

-      Konstruksi compound.

-      Konstruksi Solid.

1.    Kontruksi compound

Battery ini sel-selnya berdiri sendiri-sendiri dan antara sel yang satu dengan yang lain dihubungkan dengan lead bar ( connector ) di luar case seperti digambar :

 

 

2.    Kontruksi Solid

Battery ini antara sel satu dengan yang lain dihubungkan dengan lead bar di dalam casenya. Terminal dua buah hasil hubungan seri    seperti gambar berikut ini:

B.    Tipe Battery

Secara tipe battery memiliki 2 macam tipe yaitu :

1.    Battery tipe basah ( Wet )

Battery tipe basah terdiri dari elemen yang diisi dengan elektrolit yang biasnya menggunakan asam sulfat dengan muatan penuh yang sebagai medium untuk mengalirkan arus listrik antara elektroda. Battery tipe basah perlu dilakukan pengisian secara berkala sebagai perawatan dengan cara mengisi dengan air elektrolit. Selama battery tidak digunakan dan tidak disimpan, terjadi reaksi kimia yang lambat mengakibatkan kapasitas dari battery itu sendiri berkurang yang disebut sebagai reaksi “Self Discharge”

2.    Battery tipe Kering (Dry)

Battery tipe kering terdiri dari plate positif dan negatif (sel kering) yang penuh dengan muatan listrik yang elektrolit tidak dalam bentuk cairan dan secara pabrikan dalam kondisi kering. Pada dasarnya battery kering sama dengan battery basah setelah battery tersebut diaktifkan. Untuk pengisian battery ini menggunakan arus DC.

Pengisian baterai tipe kering melibatkan penerapan arus listrik DC ke baterai melalui penggunaan charger yang sesuai. Arus DC digunakan untuk mengisi daya sel-sel baterai dan mengubah energi listrik menjadi energi kimia yang disimpan dalam baterai.

 

 

C.    Vent Plug

            Vent plug adalah komponen terpenting yang untuk menutup pada setiap selnya. Vent plug dirancang untuk melepaskan tekanan gas yang terbentuk baterai selama proses pengisian dan penggunaan normal yang hal tersebut terjadi karena reaksi kimia di dalam baterai yang menghasilkan gas hidrogen dan oksigen. Jika tekanan gas dalam baterai terlalu tinggi, vent plug akan membuka dan memungkinkan gas-gas ini keluar dari baterai, mencegah penumpukan tekanan yang berlebihan yang dapat menyebabkan kerusakan atau bahaya. Vent plug juga berperan sebagai mekanisme pencegahan kebocoran. Jika ada tekanan gas yang berlebihan di dalam baterai, vent plug akan membuka untuk melepaskan gas, daripada membiarkannya menyebabkan kebocoran elektrolit dari baterai. Pada beberapa baterai, vent plug mungkin memiliki indikator atau penanda untuk menunjukkan status baterai. Misalnya, ada yang dilengkapi dengan indikator cairan elektrolit atau indikator tekanan yang dapat memberi tahu pengguna tentang kondisi baterai. 

   Penting untuk menjaga vent plug tetap bersih dan tidak terhalang untuk memastikan bahwa fungsi pengeluaran gas baterai berjalan dengan baik.

Berikut gambar vent plug 

 

D.    Plat Positif dan Plat Negatif

 

1.    Plat Positif memiliki fungsi menerima elektron selama proses pengisian (charge) kemudian melepaskan elektron selama proses pengosongan (discharge)  dan baterai plat positif biasanya terbuat dari oksida timbal (PbO2).

2.   Plat Positif memilii fungsi menerima elektron selama proses pengosongan (discharge) kemudian melepaskan elektron selama proses pengisian (charge) baterai plat negatif biasanya terbuat dari timbal murni (Pb). Untuk mengantisipasi plat positif dan negatif bersinggungan, dipasang separator yang terbuat dari polyvinyl chloride.

 

Berikut gambar plat positif dan plat negatif

 

E.    Terminal Voltage.

Terminal voltage pada baterai menginformasikan beda tegangan listrik antara terminal positif dan terminal negatif tegangan battery. Memberikan indikasi tentang tingkat kapasitas baterai saat penuh, terminal voltage menentukan kinerja tegangan terminal dengan memberi info daya yang konsisten dan sebagai keamanan bila tegangan terminal turun di bawah ambang batas yang ditentukan, ini bisa menjadi indikasi bahwa baterai perlu diisi ulang,atau mungkin mengalami masalah yang memerlukan perhatian seperti :

 

a.    Saat recharging (pengisian ulang )

   Saat recharging akan menghasilkan naiknya perbedaan potensial antara positif dan negatif ( arus pengisian kurang lebih sepersepuluh dari arus discharging rata-rata)

Saat recharging tersebut akan timbul gelembung karena peristiwa elektrolisasi H20, Gelembung menyebabkan umur battery pendek dan ketika recharging sudah mencapai terminal voltage, recharge dihentika. Grafik saat recharging seperti gambar berikut :

 

 

b.    Saat Discharging

   Battery/accu yang dipakai dengan arus besar, seperti dalam memutar engine waktu start, maka tahanan dalam battery akan naik dan membuat berkurangnya asam sulfat (mempertahankan kecepatan reaksi kimia plat dan elektrolit). Berikut adalah grafik dari voltage battery dalam 1 sel yang dipakai selama 20 jam (untuk battery N 200) dan arus yang digunakan 10 A.

 

 

Read More

Udara Dalam Pembakaran

Udara dalam Pembakaran 

Dalam system pembakaran untuk menghasilkan power, fuel dibutuhkan dalam ruang bakar dan oxygen yang dari sekelilingnya yang terkandung dari udara. Untuk Volume dari udara sendiri terdiri 21% Oxygen, Nitrogen 78% dan 1% Lain-lain.

Excess Air Ratio

Dalam proses pembakaran Engine Diesel, untuk membakar fuel sempurna diperluhkan udara seberat 14.5 gram atau 12 liter udara dari berat 1 gram Fuel. Jika hanya theoretical air yang dimasukkan ke ruang bakar, molekul fuel tidak cukup waktu untuk bertemu oxygen sebelum terjadi pembakaran sempurna dan dikarenakan waktu pembakaran yang pendek sehingga menghasilkan pembakaran tidak sempurna.

Untuk mencegah pembakaran tidak sempurna, udara harus lebih banyak dari theorical air. Excess air ratio sendiri adalah berapa kali jumlah udara actual yang disuupply ke ruang bakar lebih besar dari theorical air. Pada Engine, ukuran cylinder adalah tetap, sehingga jumlah udara yang masuk sendiri adalah tetap. Jadi hubungan Fuel dan excess air ratio adalah :

·          Bila Fuel yang diinjeksikan berlebih, excess air ratio jadi lebih kecil

·          Bila Fuel yang diinjeksikan kurang, excess air ratio jadi lebih besar

Excess Air Ratio	=	Berat Udara Actual Berat Fuel yang diinjeksi X 14,5

Excess air sangat diperluhkan dalam kinerja Engine, yaitu untuk

·         Pembakaran fuel selama engine bekerja agar tetap sempurna, sehingga menghasilkan power yang optimum pada semua kondisi kerja engine.

·         Excess air untuk menyerap panas hasil pembakaran juga,sehingga temperatur exhaust gas relative rendah(sebagai peredam).

Excess Air Ratio bertambah kecil akan mengakibatkan temperatur gas exhaust bertambah naik, dan akan mencapai peak temperatur kalau Excess Air Ratio mendekati 1, kalau hal demikian berlangsung terus menerus menyebabkan terjadi problem:

• ·         Cylinder head cracks, valve melting,

• ·         Piston melting atau crack, piston dan liner lecet (peeling),

• ·         Turbocharger membara / cracks,

• ·         Overheat pada lube system dan cooling system,

• ·         Cepat terjadi soot, dll.

Excess Air Ratio terlalu kecil disebabkan karena :

1.       Problem pada AIR INTAKE SYSTEM

• Turbocharger rusak atau ada kebocoran pada saluran udara antara turbochager dan intake manifold.

• Valve timing.

• Air restriction dari Air Cleaner terlalu besar (air cleaner buntu); batas air restriction maximum pada sea level adalah 25 inchH₂O (650 mmH₂O). 

2.    Problem pada FUEL SYSTEM

• Quantity bahan bakar yang diinjeksikan melebihi batas maximum standarnya (over fueling), akan terjadi power cenderung lebih tinggi selama air restriction masih rendah (air cleaner bersih), jika air restriction makin besar selama engine bekerja temperatur gas buang makin tinggi (excess air ratio makin rendah) dan seandainya air cleaner makin kotor akan terjadi pembakaran tidak sempurna sehingga kabut fuel hasil injeksi berubah menjadi partikel-partikel carbon/ jelaga (soot). Jadi, bila overfueling kemungkinan terjadinya temperatur exhaust gas terlalu tinggi dan soot akan terjadi lebih cepat dibandingkan dengan kondisi fuel supply normal, walaupun air restriction dari air cleaner masih dibawah 25 inch H₂O. Akibat hal ini, banyak problem-problem engine seperti cylinder head retak, exhaust manifold/turbocharger membara/retak, valve melting,dll. overheat pada lube dan cooling system, penaikan viskositas oli karena bercampur dengan soot (n-pentane insoluble naik) sehingga pelumasan tidak sempurna.

• Timing injection kurang tepat.

       

Sumber :

Basic Knowledge of Air for Engine

Read More