Perancangan dan Pembuatan Alat Uji Beban Generator Set Menggunakan Larutan Potassium Hydroxide dengan Mekanisme Rack and Pinion sebagai Penggerak

## Arief Nurrahman, Haris Wahyudi
Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Mercu Buana Jakarta
E-mail: 41313110016@student.mercubuana.ac.id
Abstrak-- Alat  uji  beban  Generator  Set  (Genset)  merupakan  suatu  instrumen  yang  bertujuan  untuk pemeriksaan dan penilaian performa genset pada saat diberi beban (ampere) sesuai dengan label yang tertera pada mesin. Alat uji ini mempunyai sistem kerja yang sama dengan sistem elektrolisis. Larutan potassium hydroxide (KOH) berfungsi sebagai larutan elektrolit dan tembaga persegi (Cu bar) berfungsi sebagai elektroda. Terdapat perbedaan penggunaan jumlah elektroda untuk genset 1 fasa dengan 3 fasa (genset  1 fasa  menggunakan 2  buah elektroda  yaitu  fasa  dan netral, sedangkan genset  3 fasa menggunakan  3  buah  elektroda  sebagai  fasa  yaitu  R,  S,  T).  Didapatkan  beberapa  faktor  yang mempengaruhi besarnya ampere yang dikeluarkan genset antara lain: banyaknya  Cu yang masuk ke larutan, jarak elektroda yang satu dengan yang lainnya, dan kepekatan larutan. Indikator beban yang diterima oleh genset dapat dilihat di panel control alat uji ini, di panel manual single operation yang ada pada unit genset atau secara manual dengan menggunakan digital clamp ampere meter yang di clamp ke  kabel  fasa.  Alat  ini  telah  berhasil  menguji  genset  dan  mampu  mengeluarkan  daya  maksimal 6600Watt.  Adapun  kapasitas  genset  yang  bisa  di  uji  adalah  minimum  660Watt  sampai  6600Watt dengan pengaturan yang ideal yaitu molaritas 0,01M sampai 0,02M dan jarak elektroda ke elektroda 250mm sampai 200mm.
Kata kunci : Genset, pengujian, elektrolisis, KOH
Abstract-- Load  test  devices  Generator  Set  (Genset)  is  an  instrument  which  aims  to  inspect  and evaluate  performance of the genset when given to load (ampere) in accordance with the label shown on the machine. This test devices has the same working system with electrolysis system. Potassium hydroxide (KOH) serves as an electrolyte and square copper (Cu bar) serves as an electrode. There is a difference in total of electrodes for genset 1 phase with 3 phases (genset 1 phase uses 2 electrodes, that is  phase and neutral, while genset 3 phase uses 3 electrodes as phase, that is  R, S, T). There are several factors that influence the amount of ampere issued by the genset, among others: the amount of Cu that goes into the solution, the distance of the electrode to one another, and the concentration of the solution.  The  load  indicator  received  by  the  genset  can  be  seen  in  the  control  panel  of  this  test equipment,  in  the  single  operation  manual  panel  of  the  genset  or  manually  using  the  digital  clamp ampere meter clamped to the phase cable. This devices has successfully tested the genset and is able to issue a maximum power of 6600Watt. The capacity of the genset that can be tested is a minimum of 660Watt to 6600Watt with an ideal setting of 0.01M to 0.02M molarity and the distance of the electrode to 250mm to 200mm electrode.
Keywords : Genset, testing, electrolysis, KOH

## 1.  PENDAHULUAN
Generator  set  atau  yang  umumnya  disebut dengan genset merupakan suatu alat pembangkit listrik yang apabila digunakan pada suatu gedung di daerah perkotaan berfungsi sebagai emergency standby  power yang  harus  siap  dan  mampu beroperasi dari kondisi dingin langsung ke beban dalam hitungan detik. Oleh karena itu, perawatan dan pengujian genset sangat penting untuk dapat menjaga performance genset. Manfaat pengujian genset salah satunya dapat menunjukan kemampuan  genset  untuk  memberikan  daya output  (kW),  kemampuan  alternator  untuk memberikan  kebutuhan  tegangan, monitoring kinerja umum seluruh sistem, minyak dan tekanan bahan bakar dan juga akan membantu
menghilangkan bahan bakar sisa dari pembakaran  yang  ada  pada  piston, engine castings ,  dan exhaust [1,  2]. Load  bank merupakan  suatu  alat  yang  dapat  memberikan beban rekayasa sehingga dapat digunakan untuk pengujian  genset  dan  juga  untuk  sistem pemanasan  genset.  Pada  makalah  ini  penulis tertarik untuk melakukan desain dengan membuat suatu alat uji beban genset menggunakan larutan potassium  hydroxide  (KOH)  dengan  mekanisme rack and pinion. KOH adalah salah satu medium elektrolit yang tergolong basa kuat [3].

## 2.  METODOLOGI
Langkah-langkah yang dipakai pada perancangan alat  ini  menggunakan  konsep  perancangan
produk  yang  umum,  salah  satunya  metode  VDI [4].  Setelah  melakukan  identifikasi  masalah, informasi  mengenai produk diperoleh  dari patent review dan product  review. Informasi  ini diguankan sebagai masukan untuk pengembangan produk. Konsep produk kemudian dibuat  sesuai  fungsi  dan  kapasitas  untuk pengujian genset. Model terbaik dipilih berdasarkan  evaluasi  biaya,  pembuatan  dan bahan.  Pembuatan  model  3D  dilakukan  dengan menggunakan software SolidWorks.
Prototipe  produk  kemudian  dibuat  untuk tujuan  pengujian.  Eksperimen  dilakukan  untuk mengetahui  kinerja  produk  yang  dibuat.  Hasil pengujian  kemudian  dievaluasi.  Jika  hasil  tidak sesuai  dengan  nilai  yang  diharapkan,  proses perbaikan  desain  kemudian  dilakukan  untuk memperbaiki produk akhir.
Untuk dapat  mengetahui  potensi  dari  alat  uji ini  maka  diberikan  beberapa  parameter  seperti: ampere  meter,  dan  volt  meter  di  panel  kontrol. Dan untuk mengetahui faktor apa saja yang dapat mempengaruhi  besarnya  arus  listrik  maka dilakukan  beberapa  hal  yaitu:  melakukan percobaan  dengan  beberapa  kepekatan  larutan yang berbeda – beda, dan melakukan percobaan dengan  jarak  elektroda  ke  elektroda  yang berbeda  –  beda.  Sehingga  dapat  diketahui potensi dari alat uji ini dan dapat dievaluasi untuk tingkat keberhasilan dan capaian pengembangannya. 2.1 Patent Review
Pada kajian patent review didapat alat uji genset dengan  beban  menggunakan finned  element heater yang  telah  dipatenkan  oleh  Charles,  dkk pada  tahun  1984  [5]  dengan  nomor  paten  US 44445047.  Pada  sistem  alat  ini  beberapa finned element  heater dirangkai  menjadi  satu  untuk dapat menjadikan beban variable ke genset. Dan dirangkai  menjadi  satu  kesatuan  sistem exhaust fan untuk  menghembuskan  panas  dari  elemen heater.

## 2.2  Product Review
Dari  alat  uji  yang  ada  didapatkan  sistem  kerja yang  sama  seperti  yang  sudah  dipatenkan  oleh Charles, dkk seperti Gambar 1 [5].
Gambar 1. Alat uji beban genset paten
Alat  ini  terdiri  dari  bberapa  komponen  elemen heater yang dirangkai untuk menghasilkan beban rekayasa  untuk  genset.  Dan  untuk  pengontrol suhu  ruang  elemen  heater  dipasangkan exhaust fan untuk  menghembuskan  panas  dari  eemen heater tersebut.

## 2.3 Identifikasi Komponen
Adapun larutan yang digunakan sebagai elektrolit merupakan  larutan  KOH.  Larutan  KOH  dipilih karena  zat  kalium  pada  KOH  lebih  tahan  terurai dibandingkan  dengan  natrium.  Sehingga  peran KOH  dalam  meningkatkan  konduktifitas  listrik larutan tidak berkurang selama reaksi [6]. Larutan KOH merupakan larutan yang bersifat korosif [7], sehingga  dipilih  komponen  material  rangka menggunakan galvanized steel , dan bak penampung  larutan  elektrolit  menggunakan stainless steel , karena stainless steel merupakan baja paduan yang berbasis besi dan mengandung minimum  10,5% chromium yang  berfungsi sebagai  lapisan  oksida  sehingga  baja  carbon normal dapat terlindungi dari korosi [8].
Pada  elektroda  menggunakan  material  Cu karena  termasuk  konduktor  yang  baik  dan  lebih tahan terhadap korosif jika dibandingkan dengan jenis logam yang lainnya [9]. Terdapat perbedaan penggunaan  elektroda  pada  saat  pengujian antara genset 1 fasa dengan genset 3 fasa. Pada genset 1 fasa penggunaan elektroda berjumlah 2 buah  yaitu  fasa  dan  netral,  sedangkan  pada genset 3 fasa berjumlah 3 buah yaitu fasa R, S, T netral pada genset 3 fasa tidak digunakan karena tidak bertegangan. Pada alat ini sistem penggerak menggunakan  motor  AC  oriental  yang  dirangkai dengan push  button sehingga  untuk  gerakan putaran  searah dan  berlawanan  arah  tergantung tombol  yang  ditekan  dan  motor  hanya  bekerja saat tombol ditekan.

## 2.4  Desain
Pada  perancangan  ini  untuk  penggambaran digunakan software SolidWorks 2014  dengan dengan  hasil  perancangan seperti pada Gambar 2.
Gambar 2. Hasil perancangan
Dari  hasil  perancangan  didapat  dimensi  jarak panjang pilar as ke as 1m, lebar 0,35m, dan tinggi sampai rangka 1m. Dan dimensi bak penampung elektrolit  panjang  0,8m,  lebar  0,5m,  dan  tinggi 0,5m.
Adapun  untuk  memudahkan  pada  saat dipindah  –  pindah  tempat  alat  ini  telah  dirangkai agar  mempunyai  sistem knock  down seperti Gambar 3.
Gambar 3. Sistem knock down

## 2.5  Evaluasi Arus Listrik
Dari  hasil  perancangan  ini  dilakukan  pengujian menggunakan  genset  agar  dapat  dibuktikan bahwa  alat  ini  mampu  memberikan  beban  ke genset, sehingga gensetpun dapat diuji performance. Dari  hasil  perancangan  dan pengujian  akan  disimpulkan  sistem  kerja  alat dengan kemampuan beban yang bisa dicapai.

## 3.    HASIL DAN PEMBAHASAN
Alat  ini  telah  berhasil  difabrikasi  dan  bekerja sesuai  dengan  perancangan  seperti  yang ditunjukkan pada Gambar 4.
(a). Alat pengujian beban
(b). Monitor arus dan tegangan Gambar 4. Hasil fabrikasi
Adapun  setelah  itu  alat  ini  dilakukan  pengujian menggunakan genset 3 fasa kapasitas 48.000Watt untuk
mengetahui tingkat keberhasilannya. Dari hasil pengujian didapatkan data seperti pada Tabel 1.
Tabel 1. Hasil pengukuran arus listrik yang dikeluarkan genset  dengan menggunakan
molaritas 0,01M D X 1 X 2 X 3 10mm 4A 11A 18A 20mm 5A 12A 19A 30mm 6A 13A 20A Keterangan: D  = kedalaman elektroda yang masuk ke larutan elektrolit
X 1 = jarak elektroda yang satu ke elektroda yang lain 250mm
X 2 = jarak elektroda yang satu ke elektroda yang lain 200mm
X 3 = jarak elektroda yang satu ke elektroda yang lain 150mm
Adapun  untuk  memudahkan  pembacaan  faktor meningkatnya  ampere  ditunjukan  menggunakan Gambar 5.
Gambar 5. Diagram pengaruh nilai ampere terhadap massa elektroda yang terendam dan jarak antar elektroda
Dari  grafik  diagram  batang  pada  Gambar  6 didapatkan  meningkatnya  ampere  terhadap massa elektroda yang terendam dan jarak antara elektroda yang satu dengan yang lain. Meningkatnya ampere terhadap jumlah elektroda yang  terendam  dikarenakan  arus  listrik  yang terdapat di elektroda semakin terendam semakin besar  hal  ini  pun  akhirnya  meningkatkan kecepatan  reaksi  elektrolisis yang  terjadi, sehingga arus listrik yang dikeluarkan gensetpun akan  meningkat.  Begitu  juga  pada  jarak  antar elektroda.  Dibutuhkan  waktu  untuk  mereaksikan
larutan  KOH  dan  pada  elektroda  didapatkan peningkatan ampere karena semakin dekat jarak antar  elektroda  maka  hambatan  akan  semakin berkurang.
Setelah  itu  diakukan  pengujian  kembali dengan  memberikan  variasi  kepekatan  larutan KOH, dengan data – data seperti pada Tabel 2.
Tabel 2 . Hasil pengukuran arus listrik yang dikeluarkan genset dengan jarak elektroda ke elektroda 250mm D M 1 M 2 M 3 M 4 10mm 4A 13A 23A 27A 20mm 5A 20A 30A - 30mm 6A 27A - - Keterangan: D   = kedalaman elektroda yang masuk ke larutan elektrolit
M 1 = Molaritas KOH 0,01
M 2 = Molaritas KOH 0,02 M 3 = Molaritas KOH 0,03 M 4 = Molaritas KOH 0,04
Dari hasil pengukuran yang ditunjukan pada Tabel 2 didapat diagram batang seperti Gambar 6.
Gambar 6. Diagram pengaruh nilai ampere terhadap molaritas larutan
Dari gambar 7 didapatkan peningkatan arus listrik pada  saat  larutan  semakin  pekat.  Hal  ini dikarenakan  kecepatan  reaksi  kimia,  sehingga arus listrik pun semakin cepat dan besar.

## 4. KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  pengujian  maka  dapat  dibuat kesimpulan  bahwa  alat  uji  genset  telah  berhasil dibuat dan telah diuji dengan kemampuan genset yang  dapat  diuji  adalah  minimum  660  Watt  dan maksimum  6.600  Watt  karena  proteksi breaker yang ada hanya mencapai 6.600 Watt.
Pada  saat  pengujian  harus  diperhatikan sebagai  berikut:  jumlah  zat  elektroda  atau besarnya elektroda yang masuk ke larutan, jarak elektroda,  dan  kepekatan  larutan  karena  hal  ini akan  meningkatkan  reaksi  elektrolisis  sehingga arus listrik yang keluar semakin cepat dan besar.

## DAFTAR PUSTAKA
[1].  Asco Power Technologies. (2017). Load Bank Testing to Ensure Generator Set Performance .  Cleveland:  Emerson  Electric co.
[2].  Suhardi Putra, R. (2015). Analisa Perhitungan Beban  Cooling  Tower  pada  Fluida  di  Mesin Injeksi Plastik. Jurnal Teknik Mesin, 4 (2), 56- 62. doi:http://dx.doi.org/10.22441/jtm.v4i2.1010
[3].  Sari,  A.  (2017).  Studi  Karakterisasi  Laju Korosi  Logam  Aluminium  dan  Pelapisan dengan  Menggunakan  Membran  Sellulosa Asetat. Jurnal  Teknik  Mesin,  6 (1),  36-40. doi:http://dx.doi.org/10.22441/jtm.v6i1.1204
[4].  Media,  R.  (2018).  Studi  Perancangan Combination  Tool  Air  Vent  Non-Cylinder dengan  Metode  VDI  2222. Jurnal  Teknik Mesin, 6 (4), 237-243.
doi:http://dx.doi.org/10.22441/jtm.v6i4.2058
[5].  Charles, S. C. Johnson, R.D., & Palmetto, G. A. (1984). U.S. Patent No. 4,445,047.
[6].  Kanarev,  Phillip  M.  and  Tadahiko  Mizuno. (2003). Cold Fusion by Plasma Electrolysis of Water . Krasnodar. [7].  UNEP. (2002). Potassium Hydroxide .
Brussels: International Congress and Convention Association.
[8].  Aalco.  (2017). Stainless  Steel .  Cobham: Aalco Metals Ltd.
[9].  Vale. (2016). Tembaga . Diambil dari website: http://www.vale.com/indonesia/BH/business/ mining/copper/Pages/default.aspx.