INVESTIGASI EKSPERIMENTAL EFEK EXHAUST GAS RECIRCULATION MENGGUNAKAN CATALYTIC CONVERTER PADA KARAKTERISTIK PERFORMA GASOLINE ENGINE SKRIPSI

(1)

INVESTIGASI EKSPERIMENTAL EFEK EXHAUST GAS

RECIRCULATION MENGGUNAKAN CATALYTIC CONVERTER PADA KARAKTERISTIK PERFORMA GASOLINE ENGINE

SKRIPSI

Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Strata 1 (S1) Pada Jurusan Teknik Mesin

Universitas Sanata Dharma

Oleh:

DICKY PRADIPTA PUTRA 165214061

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

(2)

ii

EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF EXHAUST GAS

RECIRCULATION EFFECTS USING CATALYTIC CONVERTER ON CHARACTERISTICS PERFORMANCE OF GASOLINE ENGINE

FINAL PROJECT

To Fulfill one of the Requirements to Obtain

Strata (S1) Bachelor Degree in the Department of Mechanical Engineering Sanata Dharma University

DICKY PRADIPTA PUTRA 165214061

DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA

(3)

ix

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL……. ... i

LEMBAR PERSETUJUAN………... iii

LEMBAR PENGESAHAN…………. ... iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI... vi

KATA PENGANTAR ... vii

DAFTAR ISI ... ix

DAFTAR GAMBAR ... xi

DAFTAR TABEL ... xiii

NOMENKULATUR ... xiv ABSTRAK ………...xv ABSTRACT. ... xvi BAB I PENDAHULUAN ... 1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Rumusan Masalah ... 3 1.3 Tujuan Penelitian ... 3 1.4 Batasan Penelitian ... 3 1.5 Manfaat Penelitian ... 4

BAB II LANDASAN TEORI ... 5

2.1 Tinjauan pustaka ... 5

2.2 Siklus Engine Four Stroke ... 6

2.3 Siklus Otto ... 7

2.2.1Brake Torque dan Brake Power ... 8

2.2.2Brake Spesific Fuel Consumption (BSFC) ... 8

2.2.3Brake Thermal Effisiensi (BTE) ... 9

(4)

x

2.5 Catalytic ... 11

BAB III METODE PENELITIAN... 14

3.1 Tahapan Penelitian ... 14

3.2 Parameter Penelitian ... 15

3.3 Rancangan Rangkaian Peralatan Penelitian ... 16

3.4 Alat Penelitian ... 17

3.4.1Gasoline Engine ... 17

3.4.2Bahan bakar ... 18

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 19

4.1 Pengaruh variasi pembebanan engine dengan menggunakan persentase EGR valve terhadap brake torque dan brake power. ... 19

4.2 Pengaruh variasi pembebanan engine dengan menggunakan persentase EGR valve terhadap brake spesific fuel consumption. ... 26

4.3 Pengaruh variasi pembebanan engine dengan menggunakan persentase EGR valve terhadap brake thermal efficiency. ... 30

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 34

5.1 Kesimpulan ... 34

5.2 Saran ... 36

(5)

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Grafik pengaruh emisi NOx pada gas buang, menggunakan variasi

EGR valve . ... 2

Gambar 1.2 Grafik pengaruh emisi HC pada gas buang menggunakan variasi tanpa catalytic converter dan menggunakan catalytic converter . .. 2

Gambar 2.1 Diagram tekanan-perpindahan untuk mesin empat langkah ... 6

Gambar 2.2 (a) Diagram p-v, (b) Diagram T-s... 7

Gambar 2.3 Exhaust Gas Recirculation (EGR) ... 10

Gambar 2.4 Catalytic Converter ... 11

Gambar 2.5 Grafik Perbandingan emisi CO menggunakan CC dan tanpa CC. .. 13

Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian ... 15

Gambar 3.2. Skematik Engine ... 16

Gambar 3.3 Gasoline Engine. ... 17

Gambar 4.1 Grafik pengaruh brake torque dan brake power pada rpm 2000 menggunakan variasi EGR valve... 21

Gambar 4.6 Grafik pengaruh pembebanan dan EGR valve terhadap brake spesific fuel consumption pada variasi putaran mesin 2000 rpm. . 27

(6)

xii

Gambar 4.7 Grafik pengaruh pembebanan dan EGR valve terhadap brake

spesific fuel consumption pada variasi putaran mesin 3000 rpm. . 27

spesific fuel consumption pada variasi putaran mesin 5000 rpm. . 28

Gambar 4.11 Grafik pengaruh pembebanan dan EGR valve terhadap brake thermal efficiency pada variasi putaran mesin 2000 rpm. ... 31 Gambar 4.12 Grafik pengaruh pembebanan dan EGR valve terhadap brake

thermal efficiency pada variasi putaran mesin 3000 rpm. ... 31

(7)

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Spesifikasi Gasoline engine ... 17 Tabel 3.2 Spesifikasi Bahan bakar Pertamax ... 18

(8)

xiv

NOMENKULATUR

Lambang Nama Satuan Halaman

B Jarak Lengan Torsi M 6

Sfc Konsumsi Bahan Bakar Spesifik kg/kW.jam 6

F Gaya N 6

ṁa Lau Aliran Udara kg/s 8

ṁf Laju Aliran Bahan Bakar kg/s 6,7,8

ṁEGR Laju Aliran Exhaust Gas Recirculation kg/s 8

N Putaran Kerja rev/m 6

P Daya Kw 6,7

T Torsi Nm 6

LHV Harga Panas dari Bahan Bakar kJ/kg 7

(9)

xv

ABSTRAK

Perkembangan kendaraan bermotor saat ini menjadi lebih meningkat,

engine yang banyak digunakan adalah gasoline engine, yang menghasilkan polusi

udara diakibatkan oleh emisi gas polutan seperti HC, CO, NOx. Salah satu cara untuk menurunkan NOx pada gasoline engine dengan menggunakan Exhaust

Gas Recirculation (EGR). Dengan menambahkan Catalytic Converter dapat

mengkonversi emisi gas buang (CO, HC dan NOx) sehingga mampu meningkatkan performa engine. Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui karakteristik variasi EGR valve dan catalytic converter terhadap performa

gasoline engine.

Pengujian dilakukan dengaan menvariasikan pembebanan 0%, 25%, 50%, 75%, 100%, dengan variasi EGR valve 0%, 25%, 50%, 75%, 100%, dan pada putaran mesin 2000 rpm, 3000 rpm, 4000 rpm, 5000 rpm, 6000 rpm.

Hasil penelitian menunjukan bahwa brake torque dan brake power tertinggi pada pembukaan EGR valve 50% pada pembebanan 100% sebesar 12.4%, nilai brake spesific fuel consumption terendah pada pembukaan EGR valve 100% pada pembebanan 25% sebesar 23% dan nilai brake efficiency tertinggi pada pembukaan EGR valve 50% pada pembebanan 100% sebesar 12,4%.

Kata kunci : gasoline, exhaust gas recirculation (EGR), catalytic converter, emisi, performa.

(10)

xvi

ABSTRACT

The development of motorized vehicles is currently increasing, the most widely used machines are gasoline engines, which produce air pollution caused by emissions of pollutant gases such as HC, CO, NOx. One way to reduce NOx in a gasoline engine is by using Exhaust Gas Recirculation (EGR). By adding a Catalytic Converter, it can increase exhaust emissions (CO, HC and NOx) so as to improve engine performance. The purpose of this study was to measure the reaction of the EGR valve and catalytic converter to the performance of a gasoline engine.

The test was carried out by varying the loading of 0%, 25%, 50%, 75%, 100%, with variations of the EGR valve 0%, 25%, 50%, 75%, 100%, and at engine speed 2000 rpm, 3000 rpm, 4000 rpm, 5000 rpm, 6000 rpm.

The results showed that the brake torque and brake power were at the opening of the EGR valve at 50% at 100% loading of 12.4%, the specific brake value for fuel consumption at the opening of the EGR valve was 100% at 25% loading by 23% and the brake efficiency value at opening EGR valve 50% at 100% loading of 12.4%.

Keywords : gasoline, exhaust gas recirculation (EGR), catalytic converter,

(11)

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pada masa ini perkembangan kendaraan bermotor menjadi lebih meningkat, salah satu engine yang sering di gunakan adalah gasoline engine. Pembakaran pada gasoline engine terjadi akibat poses reaksi kimia bahan bakar dan udara yang di padatkan pada ruang bakar, di beri nyala api pada spark plug untuk terjadinya ledakan pada ruang bakar untuk mendorong piston turun ke bawah menjadi torsi, daya dan mengasilkan gas buang. Sebagian besar kendaraan bermotor tersebut menghasilkan emisi gas buang yang buruk, baik akibat perawatan yang kurang memadai ataupun dari penggunaan bahan bakar dengan kualitas kurang baik (Bappenas, 2009). Proses pembakaran yang tidak sempurna mengakibatkan polusi udara oleh emisi gas polutan seperti HC, CO, NOx yang dikeluarkan melalui saluran buang kendaraan bermotor (Wardhana, 1995).

Salah satu cara untuk menurunkan NOx pada gasoline engine dengan menggunakan Exhaust Gas Recirculation (EGR) (Septiyanto et al., 2017). Prinsip kerja dari EGR adalah dengan mensirkulasikan aliran gas buang kembali ke dalam ruang bakar. Pencampuran udara dan gas buang mengakibatkan penurunan konsentrasi oksigen, karena gas buang memiliki panas dan tekanan lebih tinggi dibandingkan dengan tekanan udara atmosfer (Ariset al, 1986).

(12)

2

Gambar 1.1 Grafik pengaruh emisi NOx pada gas buang, menggunakan variasi EGR valve (Hussain et al., 2012).

Penggunaan EGR pada valve 25% dengan beban motor 100%, mampu mengurangi konsentrasi NOx yang signifikan. Penggunaan EGR pada motor bakar tidak hanya mengakibatkan menurunnya NOx. Namun, terdapat beberapa kerugian dari EGR yaitu performa motor menurun, konsumsi bahan bakar meningkat dan emisi seperti HC juga meningkat (Umam, 2009).

Jenis Catalytic Converter ini dapat mengkonversi emisi gas buang (CO, HC dan NOx) cukup tinggi (80 - 90%) (Warju, 2006). Gas buang yang melalui

catalityc converter terjadi proses reduksi dan oksidasi, dikarenakan adanya proses

penurunan laju aliran masa udara pada ruang catalytic converter yang mengakibatkan turunya temperatur udara.

Gambar 1.2 Grafik pengaruh emisi HC pada gas buang menggunakan variasi tanpa (cc) catalytic converter dan menggunakan (cc) catalytic converter

(Moktar, 2012).

Gafik pada gambar 1.2 diatas, memunjukan bahwa dengan Catalytic

Converter mengalami penurunan kadar emisi HC yang signifikan dibanding tanpa Catalytic Converter, terjadi karena gas buang yang melalui catalityc converter

terjadi proses reduksi dan oksidasi yang cukup baik. Dengan adanya penurunan hidrokarbon (HC) pada catalytic converter maka penggunaan EGR di variasikan dengan mengunakan catalytic converter, variasi tersebut digunakan untuk mengurangi HC gas baung yang kembali ke ruang bakar. Hal ini di sebabkan

(13)

3

karena HC menimbulkan jelaga yang dapat mengotori pada dinding EGR dan mempengaruhi nyala api rendah, dengan nyala api yang rendah menghasilkan pembakaran tidak sempurna dan durasi pembakaran lebih lama.

Pada penelitian ini sistem EGR dan catalytic converter pada gasoline engine diharapkan mampu meningkatkan performa engine, sehingga pada penelitian ini akan dilakukan pengujian penggunaan EGR dan catalytic converter terhadap parameter performa engine.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan penjelasan sub bab pada latar belakang dapat dirumuskan masalah pada penelitian ini mengenai pengaruh variasi EGR (Exhaust Gas

Recirculation) valve dan catalytic converter terhadap performa gasoline engine.

1.3 Tujuan Penelitian

Sesuai dengan rumusan masalah yang diajukan dalam penelitian ini, maka tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui karakteristik variasi EGR

valve dan catalytic converter terhadap performa gasoline engine, diantaranya: 1. Brake Torque dan Brake Power

2. Brake Spesific Fuel Consumption

3. Brake Thermal Efficiency

1.4 Batasan Penelitian

Batasan penelitian yang ditentukan dalam melakukan penelitian EGR valve dan catalytic converter adalah :

1. Engine yang digunakan untuk penelitian adalah Gasoline Engine 150cc. 2. ECU (Engine Control Unit) menggunakan ECU BRT Juken 5.

3. Pembebanan maksimal pengujian pada Dynamo meter sebesar 50 kg. 4. Temperature kerja mesin di kondisikan pada temperatur 70⁰ C. 5. Penelitian ini menggunakan bahan bakar pertamax 92.

(14)

4 1.5 Manfaat Penelitian

Beberapa manfaat yang diperoleh setelah melakukan penelitian, antara lain:

1. Menambah kajian referensi penelitian tentang pengaruh variasi EGR valve dan catalytic converter yang dapat digunakan untuk meningkatkan performa.

2. Mengetahui pengaruh performa gasoline engine terhadap variasi EGR valve dan catalytic converter.

(15)

5

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Tinjauan pustaka

Penelitian yang dilakukan oleh (Zhao et al., 2020) mengenai “Potentials

Of Egr And Lean Mixture For Improving Fuel Consumption Andreducing The Emissions Of High-Proportion Butanol-Gasoline Engines At Lightload”

mempelajari tentang sirkulasi ulang gas buang (EGR) untuk mengurangi emisi NOx dan meningkatkan kinerja mesin seperti dengan EGR, yang dapat mengurangi emisi NOx pada prosentase EGR valve yang tinggi, sementara EGR dapat mengurangi NOx hingga 90%.

(Moktar, 2012) dengan jurnal yang berjudul “Catalityc Converter Jenis Katalis Pipa tembaga Berlubang untuk Mengurangi Emisi Kendaraan Bermotor” Dari hasil pembahasan dapat disimpulkan bahwa model dengan Catalytic

Converter mengalami penurunan emisi HC sebesar 28,354%, emisi CO 36,904%

dan emisi CO2 sebesar 49,7338%, hal ini menunjukkan bahwa dengan menggunakan catalityc converter secara umum dapat mengurangi emisi yang signifikan.

(16)

6 2.2 Siklus Engine Four Stroke

Di dalam motor pembakaran dalam empat-langkah, piston melakukan empat langkah translasi di dalam silinder untuk tiap dua putaran dari crankshaft.

Gambar 2.1 Diagram tekanan-perpindahan untuk mesin empat langkah (Moran, Michael J, Fundamentals of Engineering Thermodynamics:56 )

Pada Gambar 2.1 memperlihatkan skema hubungan antara tekanan dengan mekanisme perpindahan dari piston yang dapat di lihat dengan menggunakan osiloskop. Pada saat katup masuk terbuka, maka piston melakukan langkah isap untuk menarik campuran baru ke dalam ruang bakar. Pada gasoline

engine campuran baru yang masuk adalah campuran antara bahan bakar dan

udara. Langkah selanjutnya, pada saat kedua katup silinder tertutup maka piston melakukan langkah kompresi, sehingga temperature dan tekanan dalam silinder akan naik. Proses pembakaran kemudian dilakukan saat kedua katup pada posisi tertutup, sehingga menghasilkan campuran gas bertekanan dan bersuhu tinggi. Pada gasoline engine, pembakaran terjadi pada saat mendekati akhir dari langkah kompresi dengan menggunakan bantuan spark plug sebagai pematik api. Setelah langkah kompresi, maka akan diikuti langkah kerja (power stroke) berupa

(17)

7

ekspansi campuran gas hasil pembakaran yang kemudian mendorong piston untuk bergerak menuju titik mati bawah. Sesaat menjelang langkah kerja berakhir, akan dimulai fase langkah buang, dimana gas hasil pembakaran akan dikeluarkan dari dalam ruang bakar melalui katup buang (Moran, Michael J, Fundamentals of

Engineering Thermodynamics:56 ).

2.3 Siklus Otto

Siklus Otto merupakan siklus ideal yang mengasumsikan bahwa penambahan kalor terjadi ketika piston berada pada titik mati atas.

(a) (b)

Gambar 2.2 (a) Diagram p-v, (b) Diagram T-s

(Moran, Michael J, Fundamentals of Engineering Thermodynamics:56 )

Pada Gambar 2.2. Siklus otto terdiri dari empat proses yang secara internal reversibel didalam satu rangkaian. Proses 1-2 merupakan kompresi isentropik pada udara yang terjadi selama piston bergerak dari titik mati bawah menuju titik mati atas. Proses 2-3 merupakan proses terjadinya pelepasan kalor pada volume konstan dari sumber eksternal ke udara ketika piston berada pada titik mati atas. Proses 3-4 merupakan proses ekspansi isentropik. Siklus diselesaikan dengan proses 4-1 yang terjadi pada volume konstan dimana kalor akan dikeluarkan dari udara pada saat piston berada pada titik mati bawah.

(18)

8

Siklus otto terdiri dari proses yang secara internal reversibel, daerah pada diagram T-s dan p-v pada Gambar 2.3 secara berturut-turut dapat diartikan sebagai kalor dan kerja. Pada diagram T-s, daerah 2-3-a-b-2 mewakili kalor yang ditambahkan per satuan massa dan daerah 1-4-a-b-1 mewakili kalor yang dibuang per satuan massa. Pada diagram p-v daerah 1-2-a-b-1 menunjukan besarnya kerja yang dimasukkan per satuan massa pada proses kompresi dan daerah 3-4-b-a-3 merupakan kerja yang telah dilakukan per satuan massa selama proses ekspansi buang (Moran, Michael J, Fundamentals of Engineering Thermodynamics:56 ).

2.2.1 Brake Torque dan Brake Power

Torsi yang dihasilkan suatu mesin dapat diukur dengan menggunakan

dynamometer yang dikopel dengan poros output mesin. Dynamometer yang

bertindak seolah-olah seperti sebuah rem dalam sebuah mesin, maka daya yang dihasilkan poros output ini sering disebut sebagai Brake Power (Heywood 1988).

T Fb (2.1) Dimana dalam satuan SI:

T = torsi (Nm) F = gaya (N) b = jarak lengan (m) T P   60 2  _(2.2)

Dimana dalam satuan SI: P = daya (kW) T = torsi (Nm)

N = putaran kerja mesin (rpm)

2.2.2 Brake Spesific Fuel Consumption (BSFC)

Brake spesific fuel consumption atau konsumsi bahan bakar spesifik adalah parameter unjuk kerja mesin yang berhubungan langsung dengan nilai

(19)

9

ekonomis sebuah mesin, karena dengan mengetahui hal ini dapat dihitung jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk menghasilkan sejumlah daya dalam selang waktu tertentu (Heywood, 1988).

P Sfc mf





(2.3)

Dimana dalam satuan SI:

Sfc = spesific fuel consumtion (kg/kW.jam)



f

m

= massa bahan bakar (kg/s)

P = daya (kW)

2.2.3 Brake Thermal Effisiensi (BTE)

Brake thermal effisiensi adalah daya yang dihasilkan lebih kecil dari pada energi yang dibangkitkan piston, karena sejumlah energi hilang akibat rugi-rugi mekanis. Dengan alasan ekonomis perlu dicari kerja maksimum yang dapat dihasilkan dari pembakaran sejumlah bahan bakar. Efisiensi thermal (ƞth) dirumuskan dengan persamaan berikut (Heywood 1988) :

%

100 





_ LHV P mf h t



_(2.4)

Dimana dalam satuan SI:

Ƞth = efisiensi thermal (%)



f

m

= laju massa bahan bakar (kg/s)

LHV = harga panas bahan bakar (kJ/kg)

2.4 Exhaust Gas Recirculation (EGR)

Exhaust Gas Recirculation (EGR) adalah sebuah teknologi di mana

teknik ini bertujuan untuk mengurangi kadar NOx pada gas buang. Cara kerja EGR adalah mensirkulasikan sebagian gas buang kembali ke dalam ruang bakar melalui intake manifold seperti yang terlihat pada Gambar 2.3.

(20)

10

Gambar 2.3 Exhaust gas recirculation (EGR)

(https://www.liberaldictionary.com/exhaust-gas-recirculation/)

Penggunaan EGR pada gasoline engine biasanya hanya dibatasi 5-20 % dari gas buang saja. Hal ini disebabkan pada mesin bensin pada saat langkah isap udara dan bahan bakar sudah bercampur, bila gas buang yang disalurkan terlalu banyak maka akan mengakibatkan kegagalan pembakaran (Misfires) (Pulkrabeck, 2010) .

Penggunaan dan konstruksi EGR yang dirancang dengan benar dapat meningkatkan efisiensi mesin dengan jalan. Reduced throttling losses dengan adanya EGR yang dapat memberikan gas tambahan kedalam intake manifold maka akan mengurangi beban kerja throtlle secara keseluruhan. Reduced heat

rejection dapat menurunkan suhu pembakaran pada mesin dan tidak hanya

menurunkan kadar NOx yang terbentuk tetapi juga mengurangi hilangnya energi panas pada ruang bakar. Reduced chemical dissociation, berkurangnya suhu pada pembakaran puncak, tentunya kan berpengaruh juga pada proses pembakaran.

Reduced specific heat ratio, pengurangan panas pada akhirnya juga akan

mengurangi beban kerja piston secara keseluruhan (Galloni et al., 2013).

Penerapan EGR pada mesin bensin sangat efektif untuk menurunkan kadar NOx, dan dengan EGR akan menurunkan konsumsi bahan bakar. Penggunaan EGR secara signifikan akan meningkatkan perfoma mesin. Engine

(21)

11

brake power meningkat kira-kira 20%, konsumsi bahan bakar turun sekitar 7%,

sementara NOx turun sampai 12%. (Iliev, 2015)

Jumlah EGR dihitung menggunakan persamaan sebagai berikut (Heywood, 1988): % 100 %    _ _  a m m m EGR EGR EGR _[2.5]

Dimana : = laju massa exhaust gas recirculation (kg/s).

 a

m = laju massa udara (kg/s). 2.5 Catalytic

Catalytic converter merupakan alat pengendali emisi gas buang yang dapat mengubah gas dan polutan beracun menjadi polutan yang tidak terlalu beracun dengan mengkatalitis reaksi redoks (reaksi oksidasi dan reduksi). Catalityc converter berfungsi untuk mempercepat oksidasi emisi Hidrokarbon (HC) dan Carbon Monoksida (CO), serta mereduksi Nitrogen Oksida (NOx) seperti pada gambar 2.4.

Gambar 2.4 Catalytic Converter (https://www.liberaldictionary.com/catalytic/)

Gas carbon monoksida dihasilkan dari proses pembakaran yang tidak sempurna akibat dari pencampuran bahan bakar dan udara yang terlalu kaya. Boleh dikatakan bahwa terbentuknya CO sangat tergantung dari perbandingan

(22)

12

campuran bahan bakar yang masuk dalam ruang bakar. Menurut teori bila terdapat oksigen yang melebihi perbandingan campuran ideal (teori) campuran menjadi terlalu kurus maka tidak akan terbentuk CO. Tetapi kenyataannya CO juga terjadi dan dihasilkan pada saat kondisi campuran terlalu kurus. Proses terjadinya CO :

2C + O2 → 2CO 2CO + O2 → CO2

Akan tetapi reaksi ini sangat lambat dan tidak dapat mengubah seluruh sisa CO menjadi CO2. (Swisscontact, 2000).

Catalytic Converter pada dasarnya merupakan sebuah reaktor unggun tetap (Fixed Bed Reaktor) yang beroperasi dinamis dan mengolah zat-zat yang mengandung emisi gas buang berbahaya menjadi zat-zat yang tidak berbahaya.

Catalytic Converter merupakan sebuah converter (pengubah) yang menggunakan

media yang bersifat katalis, dimana media tersebut diharapkan dapat membantu atau mempercepat terjadinya proses perubahan suatu zat (reaksi kimia) sehingga gas seperti CO dapat teroksidasi menjadi CO2 (Springer-Verlag. New York Inc, 1970). Pada tipe ini dirancang untuk mengurangi gas-gas polutan seperti CO, HC dan Nox yang keluar dari exhaust system dengan cara mengubah melalui reaksi kimia menjadi CO2. Uap air (H2O) dan Nitrogen (N) (Emission Control Toyota, 2000). Jenis Catalytic Converter ini dapat mengkonversi emisi gas buang (CO, HC dan NOx) cukup tinggi (80 - 90%) (Warju, 2006).

(23)

13

Gambar 2.5 Grafik Perbandingan emisi CO menggunakan (CC) catalytic converter dan tanpa (CC) catalytic converter.(Moktar, 2012)

Catalytic converter mengalami penurunan kadar emisi CO sebesar

36,904% dibanding tanpa catalytic converter, hal ini terjadi karena gas buang yang keluar melalui catalityc converter terjadi proses reduksi dan oksidasi yang cukup baik. Reaksi yang terjadi pada catalytic converter adalah sebagai berikut.

NOx + CO → N2 + CO2

NOx + HC → N2 + CO2 +H2O O2 + CO → CO2

(24)

14

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Tahapan Penelitian

Pada penelitian ini menggunakan langkah-langkah penelitian seperti Gambar 3.1. dalam diagram alir penelitian berikut ini:

Studi Pustaka dan Pembuatan Desain Gasoline Engine

Persiapan Alat dan Bahan Pembuatan Sistem dan Komponen Gasoline Engine

Set Up Experiment

Proses Perakitan Komponen Gasoline Engine: 1. Engine

2. Dynamometer 3. EGR

4. Catalityic Converter

END

Pengambilan Data Eksperimen

Validasi hasil

Pembahasan Hasil Analisis

Kesimpulan dan Saran

Hidupkan engine

Setting engine sampai temperature 70° C.

Katup EGR dibuka, selisih ketinggian oli pada pipa U diukur untuk menghitung debit (Q).

Temperature engine sesuai?

Bahan bakar dibuka, selisih bahan bakar pada gelas ukur di ukur untuk menghitung Debit (Q).

Setting dynamometer pada load display untuk mengetahui hasil beban saat engine berkerja. Analisi data hasil

Setting RPM pada Juken display untuk mengetahui putaran poros engine saat berkerja.

Setting ulang RPM, valve EGR, dan bahan bakar. Kemudian mengulang langkah percobaan dari awal untuk

setiap variasi pembukaan EGR valve

START

No Yes

(25)

15

Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian

3.2 Parameter Penelitian

Penelitian ini, menggunakan variabel bebas dan variabel terikat seperti berikut:

Variabel bebas :

1. Beban [%] 0, 25, 50, 75, 100

Pada penelitian ini prosentase beban dibagi menjadi 5 bagian yaitu 0%, 25%, 50%, 75%, dan 100%. Sedangkan prosentase beban yang saya gunakan hanya sebesar 50% putaran baut, jika pembebanan lebih dari 50% mesin tidak mampu untuk memutarkan pully.

2. Putaran Mesin [rpm] 2000, 3000, 4000, 5000, 6000 3. EGR valve [%] 0, 25, 50, 75, 100

Pada penelitian ini prosentase beban dibagi menjadi 5 bagian yaitu 0%, 25%, 50%, 75%, dan 100%. Sedangkan prosentase beban yang saya gunakan hanya sebesar 20% dari jumlah gas buang yang keluar pada

exhaust, jika gas buang lebih dari 20% mengkibatkan mesin susah menyala.

Variabel terikat:

1. Brake Torque dan Brake Power

2. Brake Spesific Fuel Consumption (BSFC) 3. Brake Thermal Efficiency (BTE)

(26)

16

3.3 Rancangan Rangkaian Peralatan Penelitian

Engine yang digunakan pada penelitian ini tersusun seperti pada

Gambar 3.2 : Engine Dynamometer F Anemometer T Throttle Body Filter udara EGR Valve Exhaust L Load Display T EGR Temperature T Engine Temperature Exhaust Temperature Tangki Bahan Bakar Intake Catalytic Gelas Ukur

(27)

17

Gambar 3.3 Gasoline Engine. 3.4 Alat Penelitian

Alat-alat yang digunakan pada penelitian ini sebagai berikut: 1. Engine 150 cc.

2. Dynamometer pembebanan maksimal 50 kg. 3. Catalytic converter.

4. Alat ukur temperature (thermocouple) pada Engine, EGR, dan Exhaust. 5. Alat ukur laju aliran udara anemometer pada filter udara.

6. Alat ukur debit aliran dengan orifice plate pada inlet EGR.

3.4.1 Gasoline Engine

Pada penelitian ini gasoline engine yang digunakan tipe engine four

stroke 1 cylinder dengan spesifikasi pada Tabel 3.1.

Tabel 3.1 Spesifikasi Gasoline engine

(https://www.yamaha-motor.co.id/product/xabre/)

Model of engine type 1 Cylinder, 4 cycle, SOHC, fuel injection. Cylinder bore 57 mm Cylinder stroke 58.7 mm Compression ratio 10.4 : 1 Cylinder Volume 149.7 cc Maximum power 12 kW at 8500 rpm Maximum torque 14.3 Nm at 7500 rpm

(28)

18 3.4.2 Bahan bakar

Bahan bakar yang di gunakan pada penelitian ini adalah Pertamax 92 dengan spesifikasi pada Tabel.3.2.

Tabel 3.2 Spesifikasi Bahan bakar Pertamax

(https://www.pertamina.com/industrialfuel/media/24240/pertamax.pdf)

Jenis Gasoline fuel

Nilai kalor 44791 KJ/kg

Berat Jenis 729 kg/m3

Nilai RON

(Research Octane Number) 92

(29)

19

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Pengaruh variasi pembebanan engine dengan menggunakan persentase EGR valve terhadap brake torque dan brake power.

Pengaruh variasi pembebanan engine dengan menggunakan persentase EGR valve terhadap brake torque dan brake power ditunjukkan pada Gambar 4.1, Gambar 4.2, Gambar 4.3, Gambar 4.4, Gambar 4.5. Hasil percobaan peningkatan pembebanan engine terhadap semua persentase EGR valve menunjukkan nilai

brake torque dan brake power semakin meningkat. Sesuai dengan Persamaan 2.1

dan 2.2 jika gaya pengereman yang diberikan semakin besar maka nilai brake

torque dan brake power yang dihasilkan akan semakin besar (Heywood, 1988).

Pada gambar 4.2 menunjukan putaran mesin 3000 rpm dengan pembebanan 100% mengalami peningkatan nilai brake torque dan brake power yang signifikan sebesar 12.4% pada EGR valve 50%. Hal ini disebabkan karena adanya penggunaan EGR dan catalytic converter yang dapat meningkatkan proses pembakaran akibat gas buang, dan dapat mempengaruhi kenaikan tekanan pada ruang bakar (Pradeep & Sharma, 2007). Gas buang yang masuk ke dalam intake dapat memberi pengaruh reaksi oksidasi yang lebih cepat pada ruang bakar,

(30)

20

diakibatkan massa jenis senyawa meningkat akibat penurunan temperatur gas buang pada catalytic converter sehingga massa jenis gas buang yang masuk ke ruang bakar menjadi lebih padat. Tekanan ruang bakar menjadi lebih meningkat dikarenakan adanya perubahan temperatur akibat reaksi oksidasi, sehingga meningkatkan daya kerja piston yang lebih cepat umtuk menghasilkan putaran mesin yang lebih tinggi. RPM putaran mesin yang tinggi mengindikasikan bahwa

brake torque dan brake power meningkat (Zhao et al., 2020).

Tetapi hal ini tidak terjadi pada gambar 4.3 putaran mesin 4000 rpm dengan pembebanan 100%, dimana terjadi penurunan nilai brake torque dan

brake power karena peningkatan EGR valve 100%. Penurunan nilai brake torque

dan brake power juga terjadi seiring pengaruh peningkatan beban dan EGR yang berlebih pada putaran mesin. Hal ini disebabkan karena meningkatnya gas buang yang masuk ke dalam ruang bakar akan menyebabkan durasi reaksi oksidasi menjadi lebih lama dan menghasilkan nyala api yang rendah, dikarenakan konsentrasi oksigen berkurang. Dengan nyala api yang rendah menghasilkan pembakaran tidak sempurna dan durasi pembakaran lebih lama, mengakibatkan temperatur dan tekanan di ruang bakar menurun menunjukan bahwa brake toque dan brake power menurun (Ã & Tauzia, 2008).

(31)

21 25 50 75 100 0 1 2 3 4 5 6 Brake T or qu e ( N.m) Load (%) Putaran Mesin 2000 rpm EGR valve 0% EGR valve 25% EGR valve 50% EGR valve 75% EGR valve 100% (a) 25 50 75 100 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 Brake Power (kW) Load (%) Putaran Mesin 2000 rpm EGR valve 0% EGR valve 25% EGR valve 50% EGR valve 75% EGR valve 100% (b)

Gambar 4.1 Grafik pengaruh (a) brake torque dan (b) brake power pada rpm 2000 menggunakan variasi EGR valve.

(32)

(33)

(34)

(35)

Gambar 4.5 Grafik pengaruh (a) brake torque dan (b) brake power pada rpm 6000 menggunakan variasi EGR valve.

(36)

26

4.2 Pengaruh variasi pembebanan engine dengan menggunakan persentase EGR valve terhadap brake spesific fuel consumption. Pengaruh variasi pembebanan engine dengan menggunakan persentase EGR valve terhadap brake spesific fuel consumption ditunjukkan pada Gambar 4.6, Gambar 4.7, Gambar 4.8, Gambar 4.9, Gambar 4.10. Hasil percobaan pada seluruh grafik menunjukkan nilai brake spesific fuel consumption menurun seiring dengan peningkatan pembebanan putaran engine terhadap semua persentase EGR

valve. Sesuai dengan Persamaan 2.3 penurunan BSFC terjadi karena brake power

yang dihasilkan oleh bahan bakar semakin besar, begitu juga sebaliknya. Pada putaran engine 4000 rpm diberi pembebanan 25% terjadi penurunan nilai BSFC yang signifikan sebesar 23% pada katup EGR valve 100%. Ini terjadi karena penggunaan EGR dan catalytic converter dapat meningkatkan proses oksidasi pada ruang bakar, yang disebabkan oleh penurunan tekanan didalam catalytic

converter yang menngakibatkan penurunan temperatur pada gas buang. Gas buang yang akan masuk kembali ke ruang bakar memiliki masa jenis yang lebih padat, sehingga membantu tekanan pada ruang bakar menjadi lebih meningkat untuk menghasilkan brake power dan mengurangi BSFC (Zhao et al., 2020) (Zuo et al, 2020).

Pada gambar 2.6 putaran mesin 2000 rpm dengan pembebanan 25% terjadi peningkatan nilai BSFC pada EGR valve 100% dibandingkan dengan EGR

valve yang lain. Hal ini disebabkan karena peningkatan laju aliran massa EGR

yang masuk ke dalam ruang bakar, mengakibatkan berkurangnya konsentrasi oksigen di ruang bakar yang menyebabkan durasi pembakaran menjadi lebih lama, sehingga menghasilkan nyala api yang lebih rendah. Dengan nyala api yang rendah mengakibatkan temperatur dan tekanan di ruang bakar menurun, sehingga nilai BSFC yang dihasilkan meningkat. Pengaruh tersebut menunjukan bahwa EGR yang berlebihan dapat menghalangi pembakaran (Pan et al, 2020).

(37)

27 25 50 75 100 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 Brake Spesific F ue l Consu mp tion (kg /kW.h) Load (%) Putaran Mesin 2000 rpm EGR valve 0% EGR valve 25% EGR valve 50% EGR valve 75% EGR valve 100%

Gambar 4.6 Grafik pengaruh pembebanan dan EGR valve terhadap brake spesific

fuel consumption pada variasi putaran mesin 2000 rpm.

25 50 75 100 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 Brake Spesific F ue l Consu mp tion (kg /kW.h) Load (%) Putaran Mesin 3000 rpm EGR valve 0% EGR valve 25% EGR valve 50% EGR valve 75% EGR valve 100%

(38)

28 25 50 75 100 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 Brake Spesific F ue l Consu mp tion (kg /kW.h) Load (%) Putaran Mesin 4000 rpm EGR valve 0% EGR valve 25% EGR valve 50% EGR valve 75% EGR valve 100%

fuel consumption pada variasi putaran mesin 4000 rpm.

(39)

29

spesific fuel consumption pada variasi putaran mesin 6000 rpm.

(40)

30

4.3 Pengaruh variasi pembebanan engine dengan menggunakan persentase EGR valve terhadap brake thermal efficiency.

Pengaruh variasi pembebanan engine dengan menggunakan persentase EGR valve terhadap brake thermal efficiency ditunjukkan pada Gambar 4.11, Gambar 4.12, Gambar 4.13, Gambar 4.14, Gambar 4.15. Hasil percobaan menunjukkan nilai brake thermal efficiency meningkat seiring dengan peningkatan pembebanan terhadap semua persentase EGR valve. Sesuai dengan Persamaan 2.4 jika nilai kalor bahan bakar semakin besar untuk menghasilkan

brake power maka nilai brake thermal efficiency semakin meningkat (Heywood,

1988). Hal ini juga terjadi pada gambar 4.12 putaran mesin 3000 rpm dengan pembebanan 100% mengalami peningkatan nilai brake thermal efficiency yang signifikan sebesar 12.4% pada EGR valve 50% dibandingkan EGR valve yang lain. Disebabkan karena gas buang yang telah melewati catalytc converter memiliki temperatur yang rendah, di akibatkan oleh penurunan tekanan di dalam

catalytic converter. Gas buang yang masuk kedalam ruang bakar dengan

temperatur rendah memiliki masa jenis udara yang padat, sehingga meningkatkan tekanan ruang bakar mejadi lebih tinggi (Zhao et al., 2020).

Pada gambar 4.14 putaran mesin 5000 rpm dengan pembebanan 100% terjadi penurunan nilai brake thermal efficiency pada EGR valve 100% dibandikan dengan EGR valve 0%. Penurunan nilai brake thermal efficiency juga terjadi seiring meningkatnya putaran mesin. Disebabkan karena penggunaan EGR yang berlebih dapat membuat nyala api rendah dikarenakan konsentrasi oksigen berkurang. Dengan nyala api yang rendah terjadi pembakaran tidak sempurna dan durasi pembakaran lebih lama mengakibatkan nilai brake thermal yang dihasilkan menurun. Sehingga EGR yang berlebihan dapat menghalangi pembakaran (Pan et al., 2020).

(41)

31

thermal efficiency pada variasi putaran mesin 2000 rpm.

25 50 75 100 0 5 10 15 20 25 30 Brake T he rma l Efficiency (%) Load (%) Putaran Mesin 3000 rpm EGR valve 0% EGR valve 25% EGR valve 50% EGR valve 75% EGR valve 100%

(42)

32 25 50 75 100 0 5 10 15 20 25 30 Brake T he rma l Efficiency (%) Load (%) Putaran Mesin 4000 rpm EGR valve 0% EGR valve 25% EGR valve 50% EGR valve 75% EGR valve 100%

(43)

33 25 50 75 100 0 5 10 15 20 25 30 Brake T he rma l Efficiency (%) Load (%) Putaran Mesin 6000 rpm EGR valve 0% EGR valve 25% EGR valve 50% EGR valve 75% EGR valve 100%

(44)

34

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil analisis, dengan penggunaan EGR valve dan catalytic

converter pada gasoline engine dapat disimpulkan:

1. Terjadi peningkatan brake torque dan brake power yang signifikan dibandingkan dengan EGR valve 0%, akibat mengunakan EGR valve dan

catalytic converter dengan peningkatan brake torque dan brake power

sebesar 12.4% pada putaran mesin 3000 rpm dengan EGR valve 50% dan pembebanan 100%.

 Perhitungan kenaikan data brake torque yang signifikan pada putaran mesin 3000 rpm dengan pembukaan EGR valve 50% dan pembebanan 100%.









% 43 , 12 % 100 2458 , 4 2458 , 4 7736 , 4 % 100 max max max max        T T Nilai Nilai Nilai T default default

 Perhitungan kenaikan data brake power yang signifikan pada putaran mesin 3000 rpm dengan pembukaan EGR valve 50% dan pembebanan 100%.









% 43 , 12 % 100 3332 , 1 3332 , 1 4989 , 1 % 100 max max max max        P P Nilai Nilai Nilai P default default

(45)

35

2. Pada putaran mesin 4000 rpm dengan EGR valve 100% dan pembebanan 25% terjadi penurunan brake spesific fuel consumption yang signifikan dibandingkan dengan EGR valve 0%, akibat menggunakan EGR valve dan

catalytic converter dengan penurunan brake spesific fuel consumtion sebesar

23%.

 Perhitungan kenaikan data brake spesific fuel consumption yang signifikan pada putaran mesin 4000 rpm dengan pembukaan EGR valve 100% dan pembebanan 25%.









% 23 % 100 4922 , 1 4922 , 1 1485 , 1 % 100 max max max max        BSFC BSFC Nilai Nilai Nilai BSFC default default

3. Nilai brake thermal efficiency mengalami peningkatan yang signifikan dibandingkan dengan EGR valve 0%, sebesar 12.4% akibat menggunakan EGR valve dan catalytic converter pada putaran mesin 3000 rpm dengan EGR valve 50% dan pembebanan 100%.

 Perhitungan kenaikan data brake thermal efficiency yang signifikan pada putaran mesin 3000 rpm dengan pembukaan EGR valve 50% dan pembebanan 100%.









% 4 , 12 % 100 4146 , 20 4146 , 20 9524 , 22 % 100 max max max max        BTE BTE Nilai Nilai Nilai BTE default default

(46)

36 5.2 Saran

Dari penelitian yang sudah dilakukan ada beberapa hal yang pelu diperbaiki yaitu:

1. Penelitian dapat dikembangkan dengan menambahkan variasi pemanas udara pada filter udara sebelum masuk ke intake manifold yang kemudian dibandingkan dengan penelitian ini.

2. Penelitian ini dapat dikembangkan dengan menambahkan variasi perbandingan kompresi pada ruang bakar.

(47)

37

DAFTAR PUSTAKA

Ã, A. M., & Tauzia, X. (2008). Experimental study of various effects of exhaust

gas recirculation ( EGR ) on combustion and emissions of an automotive direct injection diesel engine. 33, 22–34. https://doi.org/10.1016/j.energy.2007.08.0 10

Bappenas, S. (2009). Rancang Bangun Catalytic Converter Material Substrat

Tembaga Berlapis Mangan Untuk Mereduksi Emisi Gas Karbon Monoksida Motor Bensin.

Galloni, E., Fontana, G., & Palmaccio, R. (2013). Effects of exhaust gas recycle in a downsized gasoline engine. Applied Energy, 105, 99–107. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2012.12.046

Hussain, J., Palaniradja, K., Alagumurthi, N., & Manimaran, R. (2012). Effect of Exhaust Gas Recirculation ( EGR ) on Performance and Emission characteristics of a Three Cylinder Direct Injection Compression Ignition Engine. Alexandria Engineering Journal, 51(4), 241–247. https://doi.org/10.1016/j.aej.2012.09.004

Iliev, S. (2015). A comparison of ethanol and methanol blending with gasoline using a 1-D engine model. Procedia Engineering, 100(January), 1013–1022. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.01.461

Moktar, A. (2012). Catalytic Converter Jenis Katalis Pipa Tembaga Berlubang Untuk Mengurangi Emisi Kendaraan Bermotor. Jurnal Gama, 8(September), 125–131.

Pan, M., Qian, W., Wei, H., Feng, D., & Pan, J. (2020). Effects on performance and emissions of gasoline compression ignition engine over a wide range of internal exhaust gas recirculation rates under lean conditions. Fuel,

(48)

38

Pradeep, V., & Sharma, R. P. Ã. (2007). Use of HOT EGR for NO x control in a

compression ignition engine fuelled with bio-diesel from Jatropha oil. 32(x),

1136–1154. https://doi.org/10.1016/j.renene.2006.04.017

Septiyanto, A., Maulana, S., & Nugroho, A. (2017). PENGARUH EXHAUST GAS

RECIRCULATION ( EGR ) TERHADAP PERFORMA DAN EMISI JELAGA MESIN. 129–136.

Umam. (2009). Study Analysis Of Performance, Combustion Process And

Noemission Of Diesel Engine With Egr System Using Angle Globe Egr Valve By Experiment.

Wardhana, A. . (1995). Rancang Bangun Catalytic Converter Material Substrat

Tembaga Berlapis Mangan Untuk Mereduksi Emisi Gas Karbon Monoksida Motor Bensin. 2.

Warju. (2006). TESIS PENGARUH PENGGUNAAN CATALYTIC CONVERTER

TEMBAGA BERLAPIS MANGAN TERHADAP KADAR POLUTAN GAS BUANG MOTOR.

Zhao, L., Qi, W., Wang, X., & Su, X. (2020). Potentials of EGR and lean mixture for improving fuel consumption and reducing the emissions of high-proportion butanol-gasoline engines at light load. Fuel, 266(November 2019), 116959. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2019.116959

Zuo, Q., Xie, Y., Guan, Q., Zhu, G., E, J., Zhu, X., Tang, Y., Wang, Z., & Chen, W. (2020). Effect of critical dual-carrier structure parameters on performance enhancement of a dual-carrier catalytic converter and the gasoline engine system. Energy Conversion and Management, 204(November), 112325. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2019.112325