44 BAB IV
ANALISA DAN PEMBAHASAN
4.1. Gambaran Umum
Tujuan dari penelitian ini adalah guna mengetahui kemampuantembaga dan tembaga berlapis nikel dalam mereduksi emisi gas buang CO dan HC.Pengujian penggunaan catalytic converter dibagi atas 3 perlakuan variasi jumlah katalis yaitu penggunaan katalis4 d CCN, 4 b CCN dan8 s CCN .
Hasil penelitian yang akan disajikan dalam bentuk gambar grafik garis. Hal tersebut bertujuan untuk mempermudah analisis,pengambilan data, pembahasan dan kesimpulan.
4.2. Hasil PengujianCatalytic ConverterTembaga dan Tembaga Berlapis Nikel Selang-SelingTerhadapCO
Gambar 4.1 Grafik catalytic converter CO terhadap putaran mesin Hasil pengujian pada kondisi mesin idle di awal pengujian secara umum masih lebih tinggi dari pada kondisi idle di akhir pengujian. Hal ini disebabkan
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 Idle 1000 1500 2000 2500 3000 2500 2000 1500 1000 Idle K o n sen tr asi CO (% ) Putaran mesin (rpm)
Grafik CO Terhadap Putaran Mesin
45
karena posisi awal pengujian panas yang diserap catalytic converter belum maksimal.
Posisi idle rpm konsentrasi CO yang dihasilkan paling tinggi, hal ini disebabkan karena AFR (Air Fuel Rasio) yang kaya. Pada idle rpm pengujian tanpa cc menunjukankonsentrasi CO sebesar 3.97%, penggunaan katalis8 s CCNpadacatalytic converter menunjukan konsentrasi 1,90% atau dengan kata lain dapat mereduksi emisi sebesar 45,75% dalam kondisi ini.
Berdasarkangambar 4.1 diperoleh rata-rata penurunan konsentrasi CO terhadap putaran mesin pada catalytic converterkatalis8 s CCN sebesar 53,75%dimana penurunan tertinggi diraih padaidle rpm akhir penggunaan catalytic convertersebesar 76.88%
4.3. Hasil Pengujian Catalytic Converter Tembaga dan Tembaga Berlapis Nikel Selang-SelingTerhadap HC
Data hasil pengujian disajikan dalam bentuk grafik dengan sumbu x sebagai putaran mesin dan sumbu y sebagai konsentrasi HC. Pengujian tanpa ccakan dimasukkan sebagai bahan pembanding.
Gambar 4.2Grafik catalytic converter HC terhadap putaran mesin Hasil pengujian konsentrasi HC tanpa ccakan digunakan sebagai acuan atas penurunan konsentrasi HC pada pengujian berikutnya baik pada saat menggunakan catalytic converter dengan variasi jumlah.
0 100 200 300 400 500 600 Idle 1000 1500 2000 2500 3000 2500 2000 1500 1000 Idle K on sen tr as i H C (Pp m ) Putaran mesin (rpm)
Grafik HC Terhadap Putaran Mesin
46
Gambar 4.2 menunjukan 4 perbandingan grafik penurunan konsentrasi HC. Pada putaranmesin idle rpmpengujian tanpa ccmenunjukan konsentrasi HC sebesar555,21 ppm,denganpenggunaankatalis 8 s CCN padacatalytic converter menunjukan konsentrasi295,67 ppm. atau dengan kata lain dapat mereduksi emisi sebesar42,0%. Penurunan konsentrasi HC terendah yaitu 13,5% penurunan tertinggi diraihpada putaran mesin3000 rpmakhir pengujian yaitu sebesar 40%.
4.4. HubunganλTerhadap Putaran Mesin
Gambar 4.3 Grafik λterhadap putaran mesin
Nampak grafik garis pada gambar 4.3pada putaran mesin 2000 rpm akhir tanpa ccλbernilai 0.95,8 ini menunjukan pembakaran basah, akibatnya konsumsi bahan bakar boros berbanding lurus dengan meningkatnya kadar CO dan HC. Setelah pemakaian catalytic converterkatalis 8 s CCNpada 2000 rpm akhirλ menjadi 1,01. Perubahanangka λ hingga 1 mengakibatkan berkurangnya CO HC padahasil pembakaran.Dapat diartikan, pemasangan catalytic converter dapat mengubahλuntuk mendekati angka 1.
0,90 0,92 0,94 0,96 0,98 1,00 1,02 1,04 1,06 1,08 1,10 Idle 1000 1500 2000 2500 3000 2500 2000 1500 1000 Idle λ Putaran Mesin (rpm)
Grafik λ Terhadap Putaran Mesin
47 4.5. Hubungan λTerhadap Konsentrasi CO dan HC 4.5.1.Hubungan λTerhadap Konsentrasi CO
Gambar 4.4 Grafik λterhadapkonsentrasi CO
Dilihat pada gambar 4.4 Konsentrasi CO tertinggi yaitu 3,97 % tanpacc.Hal ini disebabkan karena putaran mesin rendah (idle),λtidak ideal dan suhu dalam ruang bakar rendah. Pada putaran 3000 rpm menghasilkan λ sebesar 0,99 dan CO 56 %.Penurunan kadar CO terbesar hingga0,53 % dan λsebesar 1 pada katalis 8 s CCN. Hal ini disebabkan olehλyang ideal dan suhu padacatalytic converter bertambah. 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 0,9 0,95 1 1,05 1,1 K o n sen tr asi C O (% ) λ
Grafik
λ
Terhadap Konsentrasi CO
48 4.5.2.Hubungan λ Terhadap Konsentrasi HC
Gambar 4.5 Grafik λterhadap konsentrasi HC
Dilihat pada gambar 4.5 Konsentrasi HC tertinggi yaitu 546,33ppmtanpa cc.Hal ini disebabkan karena putaran mesin rendah (idle), λtidak ideal dan suhu dalam ruang bakar rendah. Setelah menggunakan catalytic converter,kadar HC tereduksi hingga 91,20ppm pada katalis 8 s CCN dan λ mendekati angka 1. Hal ini disebabkan oleh λyang ideal dan suhu pada catalytic converter bertambah.
0 100 200 300 400 500 600 0,9 0,95 1 1,05 1,1 K o n sen tr asi H C (p p m ) λ
Grafik
λ
Terhadap konsentrasi HC
49
4.6. Hasil PengujianCatalytic ConverterCu Selang-Seling Cu*NiTerhadap Kenaikan Suhu
4.6.1.Hasil Pengujian Catalytic ConverterKatalis 4d CCN
Gambar 4.6 Grafik suhu catalytic converter 4 d CCN terhadap putaran mesin
Gambar 4.6 memperlihatkan suhu pada catalytic converter4d CNN. Penurunan suhupada catalytic converterkatalis4d CCN baik pada T1 maupun
T2lebih landai jika dibandingkan pada grafik tanpa cc.Ini menunjukan pemakaian
catalytic converter tembaga berlapis nikelbisa menahan panas lebih lama untuk melakukan reduksi CO dan HC.
Suhu tertinggi pada catalytic converter 4 d CCNpada T1sebesar
281,00°Cpada T2 sebesar 262,00°C masing-masing pada 3000 rpm. Suhu tertinggi
tanpa ccadalah 277,67°C pada 3000 rpm. 50 100 150 200 250 300 Idle 1000 1500 2000 2500 3000 2500 2000 1500 1000 Idle Su h u ( °C) Putaran Mesin (rpm)
Grafik Suhu Catalytic Converter
4 d CCN
50
4.6.2.Hasil Pengujian Catalytic ConverterKatalis4b CCN
Gambar 4.7Grafik suhu catalytic converter4 b CCN terhadap putaran mesin
Gambar 4.7 memperlihatkan suhu pada catalytic converter4 b CCN. Penurunan suhu pada catalytic converter4 b CCN baik pada T1 maupun T2 lebih
landai jika dibandingkan pada grafik Tanpa cc. Ini menunjukan pemakaian catalytic converter bisa menahan panas lebih lama karena untuk melakukan reduksi CO dan HC.
Suhu tertinggi pada catalytic converter 4 b CCNpada T1 sebesar
278,67°C pada T2 sebesar 261,33°C masing-masing pada 3000 rpm. Suhu
tertinggi tanpa ccadalah 277,67°C pada 3000 rpm. 50 100 150 200 250 300 Idle 1000 1500 2000 2500 3000 2500 2000 1500 1000 Idle Su h u ° C Putaran Mesin (rpm)
Grafik Suhu Catalytic Converter
4 b CCN
51
4.6.3.Hasil Pengujian Catalytic ConverterKatalis 8 s CCN
Gambar 4.8 Grafik suhu catalytic converter8 s CCN terhadap putaran mesin
Gambar 4.8 grafik catalytic converter8 s CNNmenunjukan perbedaan tekanan antara T1 dengan T2 tidak besar hal tersebut dikarenakan hambatan kecil.
Suhu tertinggi pada catalytic converter8 s CCN pada T1 sebesar 277,33°Cdan T2
sebesar 262,67°C pada3000 rpm. 50 100 150 200 250 300 Idle 1000 1500 2000 2500 3000 2500 2000 1500 1000 Idle Su h u ° C Putaran Mesin (rpm)
Grafik Suhu Catalytic Converter
8 s CCN
52
4.7. Perhitungan Laju Aliran Massa Tanpa Catalytic Converter
Hasil pengujian putaran idle awal pengujian diketahui temperatur sebesar 75 °C dan Δh orifice 0,011 meter, dan nilai ρ air raksa adalah 13535 Kg/m3 , maka laju aliran massa sebagai berikut :
a. P1 – P2 (beda tekan pada selang orifice)
Menggunakan persamaan (2.8) diperoleh P1– P2 = ρhg . g. ∆h = 13535. 9,81. 0,011
= 1425,154Kg/m2
b. ρ (udara pada temperatur 75 °C)
Diperoleh data berikut dari tabel 1.L pada lampiran 1 sebagai berikut : ρ1 = 1,1774 Kg/m3 T1 = 27 °C
ρ2 = 0,998 Kg/m3 T2 = 77 °C
dengan menggunakan bantuan persamaan interpolasi maka diperoleh persamaan berikut, ρ= ρ1+ ρ2−ρ1 (T − T1) (T2− T1) = 1,1774 + 0,998 − 1,1774 (75 − 27) (77 − 27) = 1,1774 + − 8,6112 50 = 1,1774 − 0,172224 = 1,005 Kg/m3
c. V2 teoritis dengan menggunakan persamaan 2.11 adalah sebagai berikut :
𝑉2 = 2(𝑃1− 𝑃2) 𝜌. 1 − 𝛽4
𝑉2 =
2 (1425,154) 1,005 1 − 0,34
53 𝑉2 = 2850,308
0,97787 𝑉2 = 53,468 𝑚/𝑠
d. V1 dengan menggunakan persamaan 2.13 adalah sebagai berikut :
𝑉1 = 𝑉2𝛽2
𝑉1 = 53,468 . 0,32 𝑉1 = 4,812 m/s
e. Nilai Re dapat diketahui dengan menggunakan persamaan 2.14 yaitu :
𝑅𝑒 = 𝜌𝑉1𝐷1 𝜇
𝑅𝑒 = 1,005.4,812. 0,034 𝜇
μ dari udara pada temperatur 75 °C diperoleh dengan bantuan
persamaan interpolasi, dari tabel 1.L pada lampiran 1 maka diperoleh data sebagai berikut :
T1 : 27 μ1 : 1,8462 T2 : 77 μ2 : 2,075 μ= μ1+ μ2−μ1 (T − T1) (T2− T1) = 1,8462 + 2,075 − 1,8462 (75 − 27) (77 − 27) = 1,8462 + 0,2196 = 2,0658 Kg m s . 10 5 Substitusikan ke persamaan 2.14 : 𝑅𝑒 = 1,005 . 4,919 . 0,034 𝜇 𝑅𝑒 = 1,005. 4,919. 0,034 2,0658 𝑅𝑒 = 0,08
54
f. Cd dapat diketahui dengan menggunakan persamaan 2.15 dimana nilai
1
F dan F2berdasar pada posisi tap dengan persamaan 2.16, sehingga F1 =
0,4333 dan F2= 0,47 dan nilai Cd adalah sebagai berikut :
𝐶𝑑 = 0,5959 + 0,0312 𝛽2,1− 0,184𝛽2,1+ 91,71 𝛽2,5𝑅𝑒1−0,75 + 0,09𝛽 4 1 − 𝛽4𝐹1− 0,0337𝛽3𝐹2 𝐶𝑑 = 0,5959 + 0,0312(0,3)2,1− 0,184(0,3)2,1+ 91,71𝛽2,5𝑅𝑒1−0,75 + 0,09𝛽 4 1 − 𝛽4𝐹1− 0,0337𝛽 3𝐹 2 𝐶𝑑 = 0,5959 + 0,0312(0,3)2,1− 0,184(0,3)2,1+ 91,71(0,3)2,5 (0,08)−0,75 + 0,09 0,3 4 1 − 0,3 40,4333 − 0,0337 0,3 3 0,47 = 30,74856
g. Menghitung laju aliran massa (ṁ) teoritis tanpacatalytic converter dapat menggunakan persamaan 2.17. ṁ=𝐶𝑑𝛽𝜋 (𝑑) 2 1 − 𝛽4 2 𝜌 (𝑃1− 𝑃2) ṁ=30,749. 0,3. 3,14 (0,0102) 2 1 − (0,3)4 2. 1,084. 1425,154 ṁ= 0,162 Kg/s
55
4.8. Hubungan Putaran Mesin Terhadap Laju Aliran Masa
Gambar 4.9Grafik catalytic converter terhadap laju aliran massa terhadap putaran mesin
Gambar 4.9menunjukan bahwapengujiantanpa cc terhadap laju aliran massa padaputaran mesin 3000 rpm yaitu 0,267Kg/sberada di bawah catalytic converterkatalis 4 d CCN(0,284Kg/s) namun pada putaran mesin 3000 rpm catalytic converter 8 s CCNmemiliki laju aliran massa paling tinggi 0,291Kg/s.
Semakin meningkatnya temperatur pada katalis menyebabkan meningkat pula laju aliran massa namun tidak begitu signifikan pada pemakaian catalytic converter8 s CCN. 0,100 0,120 0,140 0,160 0,180 0,200 0,220 0,240 0,260 0,280 0,300 Idle 1000 1500 2000 2500 3000 2500 2000 1500 1000 Idle ṁ (kg /s) Putaran Mesin (rpm)
Grafik ṁ Terhadap Putaran Mesin
56
4.9. Hubungan Laju Aliran Massa Terhadap Kosentrasi CO dan HC 4.9.1.Hubungan Laju Aliran Massa Terhadap Kosentrasi CO
Gambar 4.10 Grafik laju aliran massa terhadap kosentrasi CO
Gambar 4.10 memperlihatkan bahwa grafik laju aliran massa catalytic converter4 d CCN lebih tinggi bila dibandingkan dengan catalytic converterkatalis 8 s CCN, hal ini disebabkan karena catalytic converter mempunyai rongga turbulen berbentuk nozzle atau mengerucut di bagian belakang.
Penggunanan catalytic converterkatalis 8 s CCN padaputaran mesinidle memiliki kadar CO sebesar 0,36 % dengan laju aliran massa sebesar 0,179Kg/s, seiring meningkatnya putaran mesin kadar CO dan laju aliran massa meningkat. Dari grafik di atas dapat dilihat bahwa tingginya laju aliran massa tidak mempengaruhi penurunan kosentrasi emisi gas buang CO, namun putaran mesin dan temperatur mempengaruhi kenaikan laju aliran massa.
0 1 2 3 4 5 0,15 0,2 0,25 0,3 K o n sen tr asi C O (% ) ṁ (Kg/s)
Grafik ṁ Terhadap Konsentrasi CO
57
4.9.2.Hubungan Laju Aliran Massa Terhadap Konsentrasi HC
Gambar 4.11 Grafik laju aliran massa terhadap kosentrasi HC
Gambar 4.11 memperlihatkan hal yang sama pada grafik kosentrasi CO, dimana laju aliran massa catalytic converter 4 d CCN paling tinggi bila dibandingkan dengan laju aliran massa catalytic converterkatalis 8 s CCN. Pada penggunaan, catalytic converterkatalis 8 s CCN, seiring denganputaran mesinidle memiliki kadar HC sebesar 298,33 ppm dengan laju aliran massa sebesar 0,166 Kg/s, seiring meningkatnya putaran mesin kadar HC menurun namun laju aliran massa meningkat.
Terlihat pada putaran mesin 3000 rpm kadar HC turun menjadi 91,20 ppm dan laju aliran masa naik menjadi 0,279Kg/s hal ini menunjukkan bahwa laju aliran massa tidak mempengaruhi terhadap penurunan kosentarsi HC, namun putaran mesin berpengaruh terhadap laju aliran massa. Semakin tinggi putaran mesin, maka laju aliran massa dan temperatur akan meningkat.
0 100 200 300 400 500 600 0,15 0,2 0,25 0,3 K o n sen tr asi H C (p p m ) ṁ (Kg/s)
Grafik ṁ Terhadap Konsentrasi HC
58
4.10. Hubungan Putaran Mesin Terhadap Beda Tekanan pada Catalytic Converter
Gambar 4.12 Grafik beda tekanan terhadap putaran mesin
Terlihat pada gambar 4.12menunjukan beda tekanan katalis 8 s CCN lebih tinggi dari pada 4 d CCN maupun 4 b CCN, hal ini disebabkan karena jumlah katalisnya lebih banyak catalytic converter8 s CCN. Dapat diartikan, bahwa semakin banyak jumlah katalis seiring naiknya putaran mesin akan berdampak pada beda tekanan pada catalytic converter.Tertinggi yaitu 885.19Kg/ m2 pada putaran mesin 3000 rpm katalis 8 s CCN.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Idle 1000 1500 2000 2500 3000 B ed a Tekan an (Pa ) Putaran Mesin (rpm)
Grafik Beda Tekanan Terhadap
Putaran Mesin
59
4.11. Hasil Pengujian Ketahanan Catalytic Converter Tembaga (Cu)Selang-Seling dengan Tembaga Berlapis Nikel (Cu*Ni)
4.11.1.Hubungan Waktu Pengujian Catalytic Converter CuSelang-Seling dengan Tembaga Berlapis Nikel Cu*Ni Terhadap Kosentrasi CO
Pengujian dilakukan selama 8 jam non stop pada putaran mesin konstan 1500 rpm dan tanpa beban pada engine stand, hal ini bertujuan untuk mengetahui ketahanan catalytic converter tembaga selang-seling berlapis nikel. Pengambilan data dilakukan setiap 1 jam yakni sebanyak 8 kali, namun pada saat memulai pengujian dilakukan pengambilan data awal sebagai parameternya dimana sebelum pengambilan data awal dilakukan warming up mesin pengujian. Hasilnya akan diperoleh total sebanyak 9 data.
Gambar 4.13 Grafik pengujian CO terhadap waktu
Gambar 4.13 menunjukan awal pengujian atau kadar CO sebesar 1,13 % dan pada 1 jam pertama pengujian mengalami penurunan sebesar 0,94 %, hal ini disebabkan kondisi pembakaran pada ruang bakar mendekati sempurna dan temperaturnya semakin bertambah. Namun pada jam ke2kosentrasi CO mengalami penurunan sebesar 0.85 %, kemudian pada jam ke 3 komsentrasi CO mengalamikenaikan sebesar 0.87%. Kemudian pada jam ke 4 konsentrasi CO
0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1 1,05 1,1 1,15 awal 1 2 3 4 5 6 7 8 K on sen tr as i CO % Waktu (jam)
60
mengalami penurunan 82% sampai jam ke 8 mengalami konstan. Meningkatnya efektifitas tersebut disebabkan suhu pada catalytic converter meratasehingga proses oksidasi berjalan semakin baik dan semakin lama mesin itu dinyalakan maka bahan bakar tersebut terbakar dengan sempurna.
4.11.2.Hubungan Waktu Pengujian Catalytic Converter Tembaga (Cu) Selang-Seling dengan Tembaga Berlapis Nikel (Cu*Ni) Terhadap Konsentrasi HC
Gambar 4.14 Grafik pengujian HC terhadap waktu
Gambar 4.14menunjukan awal pengujian atau kadar HC sebesar 173 ppm dan pada 1 jam pertama pengujian mengalami penurunan sebesar 168,33 ppm, hal ini disebabkan kondisi pembakaran pada ruang bakar mendekati sempurna dan temperaturnya semakin bertambah. Namun pada jam ke 2kosentrasi HC mengalami penurunan sebesar 156ppm. Kemudian pada jam ke 3 konsentrasi HC mengalami penurunan sebesar 153 ppm. Kemudian pada jam ke 4 konsentrasi HC mengalami penurunan sebesar 155 ppm.
Pada jam ke 6 sampai jam ke 8 mengalami konstan meningkatnya efektifitas tersebut disebabkan suhu pada catalytic converter merata sehingga proses oksidasi berjalan semakin baik dan semakin lama mesin itu dinyalakan maka bahan bakar tersebut terbakar dengan sempurna.
140 170 200 awal 1 2 3 4 5 6 7 8 K o n sen tr asi CO ( % ) Waktu (jam)
