7. Emisi Gas Buang
2.5. KATALITIK KONVERTER
2.5.3. Efek Pada Lingkungan
Katalitik Konverter telah terbukti memiliki manfaat untuk mengurangi emisi kendaraan bermotor. Namun, katalitik konverter ternyata tetap memiliki beberapa efek pada lingkungan:
a. Katalitik konverter tidak mereduksi jumlah CO2 yang dihasilkan bahan bakar bahkan mengubah CO menjadi CO2. Padahal telah kita ketahui bersama bahwa CO2 ditengarai menjadi penyebab utama greenhouse effect yang mengakibatkan pemanasan global diseluruh dunia. Bahkan CC juga melepas N2O yang ternyata setelah diteliti 3 kali lebih besar efeknya dibandingkan CO2. EPA (Environmental Protection Agency), badan lingkungan hidup Amerika Serikat mencatat bahwa 3 % emisi nitrogen oksida dihasilkan oleh kendaraan bermotor.
b. Air to fuel ratio kendaraan harus senantiasa pada kondisi stoikiometri saat penggunaan CC. Akibatnya kadar CO2 yang dihasilkan lebih banyak dibandingkan mesin dengan campuran yang rendah (lean burn engine).
c. Katalitik konverter membutuhkan logam mulia palladium dan rhodium. Salah satu pensuplai logam mulia ini adalah daerah industri Norilsk, Rusia. Ternyata industri untuk mengekstrak palladium dan rhodium tersebut mengasilkan polusi yang paling besar dibandingkan industri lainnya.
Katalitik konverter, pada knalpot kendaraan bermotor ditempatkan dibelakang exhaust manifold atau antara muffler dengan header, seperti ditunjukkan pada gambar 2.5, dengan pertimbangan agar katalitik konverter cepat panas ketika mesin dinyalakan.
Gambar 2.5 Katalitic Konverter [lit.4]
Kendaraan yang menggunakan katalitik konverter harus menggunakan bensin tanpa timbal, karena timbal pada bensin akan menempel pada katalis yang mengakibatkan katalisator tersebut tidak efektif. Agar katalitik konverter tersebut lebih efektif, campuran udara-bahan bakar harus dalam perbandingan stokiometri. Pada saat motor dilakukan pemanasan, udara sekunder dari pompa didorong menuju ruang udara pembatas. Udara tersebut membantu untuk mengoksidasi katalis mengubah HC dan CO menjadi karbon dioksida dan air. Berikut penjelasan tahapan kerja dari Katalitik Konverter
1. Tahap awal dari proses yang dilakukan pada katalitik konverter adalah reduction catalyst. Tahap ini menggunakan platinum dan rhodium untuk membantu mengurangi emisi NOx. Ketika molekul NO atau NO2 bersinggungan dengan katalis, sirip katalis mengeluarkan atom nitrogen dari molekul dan menahannya. Sementara oksigen yang ada diubah ke bentuk O2. Atom nitrogen yang terperangkap dalam katalis tersebut diikat dengan atom nitrogen lainnya sehingga terbentuk format N2. Rumus kimianya sebagai berikut:
2NO N2 + O2 atau 2NO2 N2 + 2O2.
2. Tahap kedua dari proses di dalam katalitik konverter adalah oxidization catalyst. Proses ini mengurangi hidrokarbon yang tidak terbakar di ruang bakar dan CO dengan membakarnya (oxidizing) melalui katalis platinum dan palladium. Katalis ini membantu reaksi CO dan HC dengan oksigen yang ada di dalam gas buang. Reaksinya sebagai berikut;
2CO + O2 2CO2.
3. Tahap ketiga adalah pengendalian sistem yang memonitor arus gas buang. Informasi yang diperoleh dipakai lagi sebagai kendali sistem injeksi bahan bakar. Ada sensor oksigen yang diletakkan sebelum katalitik konverter dan cenderung lebih dekat ke mesin ketimbang konverter itu sendiri. Sensor ini memberi informasi ke Electronic Control System (ECS) seberapa banyak oksigen yang ada di saluran gas buang. ECS akan mengurangi atau menambah jumlah oksigen sesuai rasio udara-bahan bakar. Skema pengendalian membuat ECS memastikan kondisi mesin mendekati rasio stoikiometri dan memastikan ketersediaan oksigen di dalam saluran buang untuk proses oxidization HC dan CO yang belum terbakar.
Setiap kendaraan memiliki jumlah sensor yang berbeda, tergantung dengan kebutuhan dan teknologi mesinnya. Umumnya kendaraan yang menggunakan sistem injeksi menggunakan dua sensor oksigen yang berbeda tempat. Sensor tersebut berfungsi memberikan informasi ke ECS agar mengatur kembali pasokan udara ke dalam ruang bakar. 2.5.4 Fungsi-Fungsi Lain Dari Katalitik Konverter
Katalitik konverter yang merupakan bagian yang kompak dengan knalpot kendaraan bermotor memiliki fungsi lain sebagai pengurang kebisingan (noise silencer) dimana dilakukan modifikasi pada daerah sekitar exhaust muffler.
Salah satu karakteristik sebuah muffler adalah seberapa besar backpressure/BP (tendangan balik) yang dihasilkannya. Pada muffler knalpot bawaan pabrik motor yg beredar di Tanah Air umumnya terbentuk dari lubang, pemantul dan putaran pipa(turn) yang harus dilewati gas buang. Disain seperti ini adalah untuk menghasilkan suara knalpot yang bersahabat dengan lingkungan, akan tetapi menghasilkan BP yang besar, yang mengurangi power dari engine.
Untuk mengatasi ini, dirancanglah tipe muffler yang menghasilkan BP yang jauh lebih kecil, yang disebut “glass pack” atau “cherry bobm”. Tipe muffler ini hanya mengandalkan “penyerapan” untuk mengurangi level suara, dengan tanpa memberikan halangan bagi aliran gas buang. Gas buang menglir lurus melalui pipa yang berlubang yang terbungkus lapisan glass wool, sehingga BP-nya kecil dan sebagian kecil suara di redam oleh glass wool tsb. Jadi muffler jenis ini BP-nya kecil tapi suaranya masih cukup nyaring. memang cocok buat balapan.
Dari ilustrasi di atas, maka tipe muffler secara umum dibagi menjadi 2, yaitu muffler/silencer yg bersifat
1. Sound Absorption 2. Sound Cancelation
2.5.4.1. Sound Absorption Muffler/Silencer
Pada silencer terdapat material peredam suara (accoustical material) untuk menurunkan level gelombang suara. Ketebalan dari peredam tidak sembarangan, akan tetapi harus disesuaikan, dengan pada frekuensi berapa (penyebab berisik) yang harus diredam (perhitungan menyusul di artikel berikutnya). Bentuk yang umum dari silencer jenis ini seperti gambar 2.6 di bawah ini.
Gambar 2.6 Sound Absorptio 2.5.4.2. Sound Cancelation Muffler/Silencer
Dalam silencer ini terdapat beberapa elemen yang tersusun secara paralen dan serial yang bertujuan, untuk menghasilkan gelombang pantulan dengan fasa terbalik yang diarahkan kembali ke sumbernya, sehingga penjumlahan dari dua gelombang tersebut akan saling menghilangkan (cancelation). Biasanya diterapkan pada motor standar, yang bentuk silencernya seperti gambar 2.7 di bawah ini.
Gambar 2.7 Sound cancelation Muffler
Saat ini telah umum dikembangkan muffler yang merupakan kombinasi dari tipe absorption dan cancelation, yang tujuannya tiada lain adalah menghasilkan muffler dengan BP sekecil mungkin dan suara sesuai dengan standar perundangan yg berlaku. Bentuknya ditunjukkan pada gambar 2.8 di bawah ini.
Gambar 2.8 Kombinasi Absorption dan Cancelation
Terlihat pada pinggirnya terdapat glass wool yang berfungsi sebagai penyerap energi suara yang masuk melalui dinding yng berlubang. Dan pada bagian tengah terdapat plat-plat yang berfungsi sebagai penghilang suara knalpot.
Gambar 2.9 Skema Pereduksian Kebisingan
Sehingga suara (panah biru) yang keluar kecil, sementara aliran gas buang tidak terganggu.