CATALYTIC CONVERTER BERBAHAN STAINLESS STEEL BERBENTUK SARANG LABA-LABA UNTUK MENGURANGI EMISI
GAS BUANG TUGAS AKHIR
BIDANG KONVERSI ENERGI Diajukan Kepada:
Universitas Muhammadiyah Malang
Untuk Memenuhi Persyaratan Akademik Dalam Menyelesaikan
Program Sarjana Teknik (S1)
Oleh :
MUHAMMAD TRENYU WIBOWO
201010120311084
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
iv
vii Abstrak
Meningkatnya jumlah penduduk dan taraf hidup masyarakat menyebabkan semakin meningkatnya kebutuhan dan daya beli masyarakat pada kendaraan bermotor sebagai kendaraan. Disisi lain, meningkatnya jumlah kendaraan berdampak langsung pada polusi udara oleh gas buang kendaraan bermotor. Tujuan dari penelitian ini adalah mendapatkan desain catalytic converter berbahan katalis kawat stainless steel berbentuk sarang laba-laba, mendapatkan performa emisi gas buang pada catalytic converter dan mendapatkan nilai comparasi catalytic converter dengan katalis berbahan kawat stainless steel berbentuk sarang laba-laba. Metode penelitian yang dipergunakan adalah metode experimental. Dimulai dari pembuatan rancangan katalis, pembuatan katalis, setelah katalis jadi dilakukan pengukuran emisi gas buang yang melewati saluran knalpot. Selanjutnya membandingkan hasil percobaan emisi gas buang sebelum melewati catalytic converter dan sesudah melewati catalytic converter, menggunakan sarana laboratorium motor bakar sebagai basis mendapatkan data.
Dari hasil penelitian ini didapatkan bahwa pemakaian catalytic converter berbahan stainless steel berbetuk sarang laba - laba dapat mereduksi emisi gas HC dan CO. Dengan hasil emisi gas HC menunjukkan prosentase emisi sebesar 64,839 ppm dan prosentase penurunan emisinya sebesar 35,161 ppm. Emisi gas CO menunjukkan prosentase emisi sebesar 73,098 % sedangkan prosentase penurunan emisinya sebesar 26,902 %.
viii Abstract
The increasing number of population and living standard community cause the increasing needs and purchasing power of the community on motor vehicles as a vehicle. At the other side increased the number of vehicles a direct impact on air pollution by exhaust gas motor vehicles. The purpose of this research is to get catalytic converter design a catalyst wire made of stainless steel shaped the nests of spiders, get gas emissions performance in catalytic converter and given a value of difference on catalytic converter with a catalyst wire made of stainless steel shaped the nests of spiders.
The method used is a method of experimental research. Starts from the design of a catalyst, making a catalyst, after a catalyst so done the measurement of gas emissions that passes through the exhaust. Comparison of the results next experiment gas emissions before passing through catalytic converter and after passing through catalytic converter, using laboratory facilities motor fuel as the base get the data emissions rate.
From this research result was obtained that the use of catalytic converter spider net made of stainless steel can reduce gas emissions HC and CO. With the result of emission gas HC show percentage emission by 64,839 ppm and the decline of emission 35,161 ppm. Gas emission of CO emissions by showing percentage 73,098 % while percentage emission 26,902 % of the decline.
ix
KATA PENGANTAR
Dengan memanjatkan puji dan syuku rkepada kehadirat Allah SWT yang
mana hanya atas limpahan rahmat, taufik, hidayah serta inayahNya laporan tugas
akhir dengan judul “CATALYTIC CONVERTER BERBAHAN STAINLESS STEEL BERBENTUK SARANG LABA - LABA UNTUK MENGURANGI EMISI GAS BUANG” ini akhirnya dapat terselesaikan.
Seiring penyusunan skripsi ini, terdapat hambatan dan rintangan yang
dihadapi, namun berkat bantuan dari semua pihak segala kesulitan tersebut terasa
ringan dan dapat teratasi. Oleh sebab itu sepatutnya saya ungkapkan terima kasih
atas jasa baik yang selama ini telah diterima, baik nasehat, petunjuk, ide, saran, serta
bimbingan berupa apapun sehingga penyusun dapat menyelesaikan sekripsi
ini.Ungkapan terima ksi htersebut disampaikan kepada :
1. Kedua orang tua yang selalu, mendo’akan, memberikan bantuan materiil
maupun non materiil, mengingatkan akan pesan - pesannya yang tak akan
terlupakan.
2. Bapak Ir. Ali Mokhtar. MT Selaku Dosen Pembimbing I yang telah
memberikan bimbingan serta arahan selama penyusunan skripsi ini dilakukan.
3. Bapak Ir. Mulyono. MT. Selaku Dosen Pembimbing II yang telah memberikan
masukan ide, serta saran dan cara-cara penulisan sehingga terselesaikannya
skripsi ini.
4. Bapak Ir. Daryono, MT. Selaku ketua jurusan teknik mesin UMM.
5. Bapak Budiono, SSi. MT. Selaku sekertaris jurusan teknik mesin UMM.
6. Bapak/Ibu Dosen yang telah bersedia memberikan bantuan berupa bimbingan
x
7. Teman – teman sebimbingan, teman-teman seangkatan Teknik Mesin 2010 A,
B, C dan D serta kepada teman-teman sekontrakan Perum. Bumi Asri Blok
Q-15 yang selalu memberikan dorongan dan semangatnya untuk menyelesaikan
skripsi saya.
8. Untuk kekasihku Martalita Candra Mulyani yang jauh disana, terimakasih telah
memberikan do’a, semangat dan dorongan untuk menyelesaikan skripsi saya.
9. Serta semua pihak yang belum tersebutkan, terima kasih banyak atas bantuan
kalian semuannya.
Dalam penyusunan sekripsi ini tentunya terdapat kekurangan yang tidak
terbahas. Oleh sebab itu segala kritik dan saran yang bersifat membangun akan
sangat diharapkan untuk pengembangan teknologi terkait. Semoga ALLAH SWT
memberikan sifat Rahim – Nya kepada semua pihak yang tersebut diatas dan
xi DAFTAR ISI
COVER………i
POSTER………..ii
LEMBAR PENGESAHAN SKRIPSI……….iii
LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR PEMBIMBING I………….………iv
LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR PEMBIMBING II………….………v
LEMBAR PERNYATAAN………..vi
ABSTRAK………vii
KATA PENGANTAR………...ix
DAFTAR ISI………..xi
DAFTAR GAMBAR………xv
DAFTAR TABEL………...xvi
DAFTAR PUSTAKA………xviii
BAB I………...1
PENDAHULUAN………...1
1.1 Latar belakang………...………...………...1
1.2 Rumusan masalah……...……….4
1.3 Tujuan penelitian…...………...5
xii
1.5 Manfaat penelitian………...………...………….6
1.6 Metode penelitian…….………..6
BAB II……….7
TINJAUAN PUSTAKA……….7
2.1 Catalytic converter……...………7
2.1.1 Pengertian catalytic converter………..7
2.1.2 Cara kerja catalytic converter………...8
2.1.3 Jenis – jenis catalytic converter………..10
2.2 Katalis…...……….12
2.2.1 Monolith support………15
2.2.2 Energi aktivasi dan katalis……….16
2.2.3 Kecepatan reaksi untuk reaksi katalis heterogen………...17
2.3 Subtrac…...………18
2.3.1 Ceramic pellet………18
2.3.2 Ceramic honeycomb………...18
2.3.3 Metalic honeycomb………19
2.4 Material katalis…..………20
2.5 Stainless steel………...………..21
2.5.1 Sifat fisik satainless steel………...21
2.6 Bentuk disain katalis model sarang laba – laba………...…..22
2.7 Motor bakar………..……….23
2.7.1 Motor pembakaran luar………..23
xiii
2.7.3 Prinsip kerja motor bensin……….24
2.8 Perbandingan udara bahan bakar (A/F) atau AFR………...…………..25
2.9 Peaksi pembakaran…..………..27
2.10 Analisa gas buang……….………29
2.10.1 Standarisasi emisi internasional……….29
2.10.2 Uji emisi……….…30
2.11 Gas buang………..………...31
2.11.1 Karbon monoksida ( CO ) ……….…31
2.11.2 Hidrokarbon ( HC ) ………...………32
2.11.3 Nitrogen oksid (NOx) ………...………32
2.11.4 Carbon Dioksida ( CO2 )………33
2.11.5 Oksigen (O2)………...33
BAB III………..35
METODOLOGI PENELITIAN……….35
3.1 Merencanakan dan merancang catalytic converter…………...………..35
3.1.1 Perhitungan dimensi………...35
3.1.2 Desain casing catalytic converter………...36
3.1.3 Desain katalis bentuk sarang laba – laba………37
3.1.4 Alat dan bahan untuk pembuatan katalis………...37
3.1.5 Pembuatan katalis…………...………...38
3.2 Pelaksanaan pengujian………...……….41
xiv
3.2.2 Prosedur pengujian……….43
3.2.3 Variabel Pengujian……….46
3.2.4 Prosedur Pengambilan Data………...47
3.2.5 Analisa Data………...47
3.2.6 Waktu dan Tempat Penelitian………47
3.3 Skema pengujian………...48
BAB IV………..49
HASIL DAN PEMBAHASAN………49
4.1 Data hasil pengujian………..………49
4.1.1 Data Pengujian Gas Buang tanpa Catalytik Converter…..49
4.1.2 Data Pengujian Gas Buang dengan Catalytik Converter...50
4.1.3 Analisa kadar prosentase penurunan emisi gas buang pada katalis…………..………...50
4.2 Pembahasan data hasil pengujian………..………51
4.2.1 Analisa Emisi Gas Buang Hidrocarbon ( HC ) ………….52
4.2.2 Analisa Emisi Gas Buang Carbon Monoksida ( CO )……54
4.2.3 Analisa Emisi Gas Buang Carbon Dioksida ( CO2 )…….57
4.2.4 Analisa Emisi Gas Oksigen ( O2 ) ………59
4.2.5 Analisa prosentase penurunan emisi gas buang………….62
4.2.6 Analisa visual terhadap katalis setelah proses pengujian...63
BAB V………65
xv
5.1Kesimpulan………...65
5.2Saran……….…………66
xvi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 : Catalityc converter……….8
Gambar 2.2 : Tempat keberadaan catalytic Converter pada kendaraan bermotor...9
Gambar 2.3 : Single Bed Oksidasi……….10
Gambar 2.4 : Dual Bed oksidation……….11
Gambar 2.5 : Single Bed Three way………..12
Gambar 2.6 : Catalytic Converter Ceramic pellet………..18
Gambar 2.7 : Catalytic Converter Ceramic honeycomb………19
Gambar 2.8 : Catalytic Converter metallic honeycomb……….19
Gambar 2.9 : Hubungan AFR dan Emisi Gas Buang………26
Gambar 3.1 : dimensi casing catalytic converter………...36
Gambar 3.2 : casing catalytic converter……….37
Gambar 3.3 : dimensi katalis bentuk sarang laba – laba………37
Gambar 3.4 : kawat stainless steel sebagai bahan dasar pembuatan katalis……….39
Gambar 3.5 : proses pemotongan kawat………39
Gambar 3.6 : proses pembentukan sarang laba – laba………...40
Gambar 3.7 : model sarang laba-laba sebagai katalis………40
xvii
Gambar 3.9 : Gas Analyzer Star Gas 898………..42
Gambar 3.10 : Engine Stand yang dipergunakan untuk penelitian………..43
Gambar 3.11 : Pengunjian tanpa menggunakan Catalyst………44
Gambar 3.12 : Pengujian dengan menggunakan catalyst………46
Gambar 4.1 : Grafik hubungan antara Emisi Gas HC dengan Variabel Putaran…..52
Gambar 4.2 : Grafik hubungan antara Emisi Gas CO dengan Variable Putaran…..55
Gambar 4.3 : Grafik hubungan Emisi Gas CO2 dengan variable putaran…………57
Gambar 4.4 : Grafik hubungan antara Emisi Gas O2 dengan Variable putaran….59 Gambar 4.5 : Grafik hubungan prosentase emisi terhadap prosentase penurunan emisi………...61
Gambar 4.6 : Tampak atas katalis setelah proses pengujian………..62
Gambar 4.7 : Tampak depan katalis setelah proses pengujian……….63
xviii
DAFTAR TABEL
Tabel. 2.1 : Pengaruh A/F pada daya, bahan bakar dan emisi………..27
Tabel 2.2 : Standarisasi Emisi Internasional………..30
Tabel 4.1 : Data Hasil Pengujian tanpa Catalytic Converter……….49
Tabel 4.2 : Data Hasil Pengujian dengan Catalytic Converter………...50
Tabel 4.3 : Emisi Gas Buang tanpa Catalytic Converter Stainless Steel………...50
Table 4.4 : Emisi Gas Buang dengan Catalytic Converter Stainless Steel………51
xix
DAFTAR PUSTAKA
Arismunandar, W. 1988. Penggerak Mula Motor Bakar Torak. Bandung :
Penerbit ITB Bandung.
Bosch R, G. (1990). Emission Control for Gasoline Engines. 3^rd Edition.
Stuttgart. Germany.
Chusnul. M 2005, Study Penggunaan Katalis CuO/yAL203 sebagai Catalytic Converter Untuk Mereduksi Emisi CO, ITS, Surabaya.
Dowden D.A., atall, 1970, Catalytic Hand Book, Verlag New York, Inc. Heisler H., 1995, Advanced Engine Tecnology Hodder Headline Group,
London.
Irawan B. , 2003, Rancang Bangun Catalytric Converter dengan Material
Substrat Tembaga (Cu) untuk Mereduksi Emisi Gas CO, Tesis MIL
UNDIP.
Mathur, Sharma L. 1975, Internal Combustion Engine. Second Edition.
McGraw-Hill Book Company, Inc, New York.
Obert. Erdward F. , 1973, Internal Combustion Engine and Air Pollution,
Third Edition. Harper & Row, Publisher, Inc, New York.
Springer – Verlag New York Inc, 1970, catalyst hand book. Walfe
Scintific Book, London – England.
Swisscontact, 2003, Clean Air Project. Jakarta.
Toyota Training Center, 2000, Emission Control Step Two.
Wardhana, W., A., (2004). Dampak Pencemaran Lingkungan. Penerbit
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Meningkatnya jumlah penduduk dan taraf hidup masyarakat menyebabkan
semakin meningkatnya kebutuhan dan daya beli masyarakat khususnya pada
kendaraan bermotor sebagai kendaraan bermotor. Disisi lain, meningkatnya
jumlah kendaraan bermotor berdampak langsung pada polusi udara oleh gas
buang kendaraan bermotor. Polusi gas buang tentu saja mempunyai dampak
negatip terhadap lingkungan dan berbahaya terhadap kesehatan manusia,
tumbuh-tumbuhan, hewan, bahan bangunan, udara dan iklim. Hal ini tidak dapat kita
hilangkan akan tetapi kita dapat menekan polutan sampai ke titik yang tidak
membahayakan lingkungan.
Pada kendaraan yang menggunakan bahan bakar bensin, gas buang yang
dihasilkan dari pembakaran bahan bakar dan udara terdiri dari banyak komponen
gas yang merupakan hasil dari reaksi sampingan yang tidak dapat dihindarkan.
Gas buang dari hasil pembakaran yang tidak hanya oksida – oksida saja tapi juga
merupakan senyawa kimia lainnya, misalnya bahan bakar yang belum terbakar
secara sempurna jadi masih berupa hidrokarbon yang lebih populer dengan
sebutan HC.
Gas Hidrokarbon dapat menyebabkan iritasi mata, batuk, rasa mengantuk
dan bercak kulit. Hidrokarbon yang beraroma pada kosumsi rendah dapat
2
gas NOx dapat mengganggu sistem pernafasan dan merusak paru-paru ( Bosch, 1998 ).
Untuk mengurangi emisi gas buang tersebut sebenarnya dapat dilakukan
dengan membatasi jumlah kendaraan bermotor, hal ini merupakan kewenangan
dari pemerintahan dan sangat sulit terwujud mengingat pajak kendaraan bermotor
masih menjadi penyumbang pendapatan Negara terbesar saat ini. Pemakaian
bahan bakar yang tidak berpolusi atau ramah lingkungan juga merupakan
kewenangan dan otoritas PERTAMINA sebagai tangan panjang pemerintah, cara
inipun masih belum bisa diwujudkan dan saat ini masih dalam bentuk kajian serta
membutukan investasi yang besar untuk proses produksi bahan bakar yang ramah
lingkungan.
Metode dan teknik yang dilakukan ada beberapa macam, antara lain
dengan memodifikasi beberapa bagian dari kendaraan bermotor. Menurut Mathur ( 1975 : 15 ) pendekatan yang biasanya dilakukan dipakai dalam mengurangi gas buang kendaraan bermotor antara lain : modifikasi mesin, modifikasi penggunaan
bahan bakar atau system bahan bakarnya, modifikasi pada saluran gas buang
(penambahan Catalytic Converter).
Upaya yang telah dilakukan industri kendaraan bermotor dalam rangka
menekan atau mengurangi gas buang / emisi hasil pembakaran salah satunya
dengan menambahkan Catalytic Converter pada saluran buang ( knalpot ) agar
pembuangan gas buang jumlah ( kadar ) emisi gas buangnya berada dalam tingkat
3
Pada catalytic converter komersial, bahan yang digunakan adalah logam –
logam mulia, seperti platinum, palladium dan rhodium. Logam mulia tersebut
mempunyai aktivitas spesifik yang tinggi , namun logam – logam mulia tersebut
mempunyai kelimpahan rendah dan harga yang cukup mahal. Dengan demikian
sebagai alternative digunakan bahan yang mempunyai aktivitas katalis,
kelimpahan tinggi dan lebih murah serta sederhana ( chusnul M. Studi penggunaan katalis ITS 2005 ).
Dowden (1970) dalam bukunya “Catalytic Hand Book “ mengatakan
bahwa beberapa logam yang diketahui efektif sebagai katalis oksidasi dan reduksi
dari yang besar sampai yang kecil adalah Pt, Pd, Ru > Mn, Cu, >Ni > Fe > Cr >
Zn dan oksida dari logam – logam tersebut.
Di samping itu, dari beberapa penelitian sebelumnya ditunjukkan bahwa
pemakaian oksida logam transisi sebagai katalis akan menurunkan kadar polutan
yang dikeluarkan oleh motor bensin empat langkah dengan tingkat penurunan
yang bervariasi. Diantaranya, penelitian I Komang Astika (2000) yang
menggunakan tembaga (Cu) sebagai catalytic muffler pada motor bensin empat langkah, I Nyoman Jingga (2000) yang menggunakan magnesium (Mg) sebagai
pereduksi polutan di muffler motor bensin empat langkah, Muhaji (2001) yang menggunakan katalis silincer dengan bahan katalis Zeolit Alam dan Mangan (Mn)
pada sepeda motor empat langkah, Eko Deddy Setiawan (2001) yang
menggunakan zeolit sebagai catalytic muffler pada motor bensin empat langkah, Arief Cahyono (2001) yang menggunakan katalis oksida tembaga dan krom pada
saluran gas buang mesin Toyota Kijang tahun 1982, Mulyono (2002) yang
4
motor bensin empat langkah, Warju (2003) yang menggunakan catalytic converter kuningan (Cu+Zn) berlapis krom (Cr) pada mesin Toyota Kijang Tipe 4K, Joko Nugroho (2004) yang menggunakan converter zeolit untuk mereduksi polutan emisi gas buang kendaraan berbahan bakar bensin, dan muhammad Aris
(2005) yang menggunakan tembaga (Cu) murni di exhaust muffler motor bensin 4
langkah.
Berdasarkan pemikiran dan penelitian sebelumnya, salah satu teknologi
yang dapat digunakan untuk mereduksi emisi gas CO adalah dengan pemasangan
Catalytic Converter yang dipasang pada system saluran pembuangan emisi gas.
Penelitian terdahulu menjelaskan bahwa katalis berbahan tembaga dapat
digunakan untuk mereduksi emisi gas buang Carbon Monoksida (CO) untuk
berbagai variasi putaran mesin dan variasi jumlah sel katalis. Oleh sebab itu pada
penelitian ini bertujuan untuk mengetahui penggunaan logam lain selain tembaga
sebagai katalis. Didasarkan pada kenyataan diatas maka dilakukan penelitian skala
Laboratorium dengan Judul : “Catalytic Converter Berbahan Stainless Steel Berbentuk Sarang Laba – laba Untuk Mengurangi Emisi Gas Buang“ yang dirancang dan didesain sedemikian rupa tanpa meninggalkan aspek sederhana,
efisien dan murah.
1. 2 Rumusan Masalah
1. Bagaimana disain catalytic converter berbahan katalis kawat stainless steel
berbentuk sarang laba - laba.
2. Bagaimana performa emisi gas buang yang menggunakan catalytic
5
3. Berapa besar nilai comparasi perubahan kadar emisi yang dihasilkan
dengan catalytic converter dan tanpa menggunakan catalytic converter.
1. 3 Tujuan Penelitian
Penelitian ini memiliki tujuan sebagai berikut :
1. Mendapatkan desain catalytic converter berbahan katalis Kawat Stainless
steel berbentuk sarang laba-laba.
2. Mendapatkan performa emisi gas buang pada catalytic converter dengan
katalis dan tanpa katalis berbahan kawat stainless steel berbentuk sarang
laba-laba.
3. Mendapatkan nilai comparasi catalytic converter dengan katalis dan tanpa
katalis berbahan kawat stainless steel berbentuk sarang laba-laba.
1. 4 Batasan masalah
Dari beberapa permasalahan diatas, maka penulis mempunyai beberapa
masalah untuk memudahakan pembahasan dalam menerangkan penelitian ini
adalah :
1. Material katalis menggunakan kawat stainless yang di dapat dari toko
material.
2. Gas buang yang diukur HC dan CO.
3. Bahan bakar yang digunakan adalah premium yang dibeli dari SPBU
pertamina.
4. Pengukuran emisi gas buang yang dilakukan pada jenis motor bensin 4
langkah, 1 silinder, dengan system karburator, engine stand dengan type
6
5. Spesifikasi motor bakar yang di uji dalam keadaan standart.
1. 5 Manfaat penelitian
Penelitian ini dilakukan untuk memberikan gambaran terhadap masyarakat
dalam usaha mencari solusi alternative dalam pengurangan tingkat polusi
udara. Disamping itu manfaat yang ingin dicapai yaitu :
1. Memberikan informasi sejauh mana pengaruh knalpot standart dengan
knalpot Catalytic Converter berbahan Kawat Stainless.
2. Sebagai informasi bahan alternative untuk Catalytic Converter yang lebih
murah dan mudah didapat.
3. Dapat digunakan sebagai perbandingan knalpot yang tidak terdapat katalis
dengan knalpot berkatalis.
1. 6 Metode Penelitian
Metode penelitian dimulai dari pembuatan rancangan katalis, setelah katalis
jadi dilakukan pengukuran emisi gas buang melewati saluran modifikasi
( memakai katalis ), kemudian didapatkan hasil perbandingan emisi gas
buang yang memakai katalis ( sebelum aliran gas buang melewati katalis )
