ANALYSIS OF MOTOR VEHICLE EXHAUST
USING CARBON ACTIVE ABSORPTION MEDIA
ON GAC AND PAC TYPE
ROMAN HIDAYAT, RIDWAN ST., MT Undergraduate Program, Industry Technology, 2010
Gunadarma University http://www.gunadarma.ac.id Keywords: Absorption, motor, GAC, PAC
ABSTRACT:
Absorption is the process of absorption absorbat pulutan or molecule from outside the entrance into the absorbent (active carbon pores). Reactive nature of carbon is triggered by excess carbon pore anoin hole, so to menyetarakannya anion will absorb cations, in this case the charge imbalance occurs in the pores so that would absorb any particles that pass in front of him, either in the form of dyes, odor, and the small particle own. 1 gram of activated carbon type of PAC (active carbon powder) generally has a surface area of approximately 11,111.111 m2 / g, whereas for activated carbon type GAC (granullar active carbon) generally has a surface area of about 10,000 m2 / g, making it very effective in trapping ¬ particles are very fine particle size 0,01-1.10-7 mm. The use of activated carbon as media deduction dangerous concentration of gas elements, given the insertion of TiO2 as penguhubung, the goal is to accelerate the absorption process absorbat against absorbent, so the time needed a more efficient against the flow rate of exhaust gas. Activated carbon type of PAC (active carbon powder, 0.18 mm or 80 types of local U.S. mesh)) with a trunk measuring absorption length 50 cm, width 30 cm and 15 cm thick that is placed along the 180 cm, with the number 30 shaft, giving the results of reduction CO gas concentration of 48.671, amounting to 40.36% CO2, and HC at 82.55. whereas for activated carbon konsetrasi type GAC (granullar active carbon 0.2 mm) gives the results of CO gas reductions amounting to 31.642, 33.693 of CO2, and HC of 58.086.
ANALISIS BUANG KENDARAAN BERMOTOR DENGAN MEDIA ABSORBSI KARBON
AKTIF JENIS GAC DAN PAC
NPM : 20404672 Nama : Roman Hidayat
Pembimbing : Ridwan ST., MT Tahun Sidang : 2010
Subjek : termodinamika teknik, Judul
ANALISIS BUANG KENDARAAN BERMOTOR DENGAN MEDIA ABSORBSI KARBON
AKTIF JENIS GAC DAN PAC Abstraksi
Absorbsi merupakan proses terserapnya absorbat berupa pulutan ataupun molekul dari luar yang masuk ke dalam absorbent (pori karbon aktif). Sifat reaktif karbon dipicu karena lubangkarena lubang pori karbon kelebihan anoin, sehingga untuk menyetarakannya anion akan menyerap kation, dalam hal ini terjadi ketidakseimbangan muatan dalam pori sehingga akan menyerap partikel-partikel apa saja yang melintas didepannya, baik berupa zat warna, bau , maupun partikal kecil itu sendiri. 1 gram karbon aktif jenis PAC (powder active carbon) pada umumnya memiliki luas permukaan sekitar 11.111,111 m2/g, sehingga sangat efektif dalam menjerat partikel-partikel yang sangat halus berukuran 0,01-1,10-7 mm.
Penggunaan karbon aktif sebagai media pengurangan konsentrasi unsur gas berbahaya, diberi penyisipan TiO2 sebagai penghubung, tujuannya ialah mempercepat proses
penyerapan absorbat terhadap absorbent, sehingga waktu yang dibutuhkan lebih efisien terhadap laju aliran gas dari knalpot. Karbon aktif jenis PAC (powder active carbon 0,18 mm atau US mesh 80 jenis lokal) dengan atang
absorbsi berukuran panjang 50 cm, lebar 30 cm, dan tebal 15 cm yang dipasang sepanjang 180 cm, dengan jumlah 30 batang,memberikan hasil penurunan konsentrasi gas CO sebesar 48,671, CO2 sebesar 40,36%, dan HC sebesar 82,55. Sedangkan untuk konsentrasi karbon aktif jenis GAC (granular active carbon 0,2 mm) memberikan hasil penurunan gas CO sebesar 31,642, CO2 sebesar 33,693, dan HC sebesar 58,086.
UNIVERSITAS GUNADARMA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
ANALISIS GAS BUANG KENDARAAN BERMOTOR DENGAN MEDIA ABSORBSI KARBON AKTIF JENIS GAC DAN PAC
Disusun Oleh :
Nama : Roman Hidayat
Npm : 20404672
Nirm : 20043137710150030
Jurusan : Teknik Mesin
Pembimbing : Ridwan ST. MT
Dajukan Guna Melengkapi Sebagian Syarat Untuk Mencapai Jenjang Setara Sarjana Strata Satu (S1)
Universitas Gunadarma Jakarta 2010
ABSTRAKSI
A. Nama : Roman Hidayat
B. NPM / NIRM : 20404672 / 20043137710150030
C. Judul : Analisis Gas Buang Kendaraan Bermotor Dengan Media Absorbsi Karbon Aktif Jenis GAC dan PAC
D. Kata Kunci : A bsorbsi, karbon aktif, TiO 2, Katalis, CO,CO2,
HC
Absorbsi merupakan proses terserapnya absorbat berupa pulutan ataupun melekul dari luar yang masuk kedalam absorbent (pori karbon aktif). Sifat reaktif karbon dipicu karena lubang pori karbon kelebihan anoin, sehingga untuk menyetarakannya anion akan menyerap kation, dalam hal ini terjadi ketidakseimbangan muatan dalam pori sehingga akan menyerap partikel-pertikel apa saja yang melintas didepannya, baik berupa zat warna, bau, maupun partikel kecil itu sendiri. 1 gram karbon aktif jenis PAC (powder active carbon) pada umumnya memiliki luas permukaan sekitar 11.111,111 m2/g, sedangkan untuk karbon aktif jenis GAC (granullar active carbon) umumnya memiliki luas permukaan sekitar 10.000 m2/g, sehingga sangat efektif dalam menjerat partikel-partikel yang sangat halus berukuran 0,01-1.10-7 mm. Penggunaan karbon aktif sebagai media pengurang konsentrasi unsur gas berbahaya, diberi penyisipan TiO2 sebagai penguhubung, tujuannya ialah mempercepat proses penyerapan absorbat terhadap absorbent, sehingga waktu yang dibutuhkan lebih efisien terhadap laju aliran gas dari knalpot. Karbon aktif jenis PAC (powder active carbon 0,18 mm atau US mesh 80 jenis lokal)) dengan batang absorbsi berukuran panjang 50 cm, lebar 30 cm, dan tebal 15 cm yang dipasang sepanjang 180 cm, dengan jumlah 30 batang, memberikan hasil penurunan konsentrasi gas CO sebesar 48,671, CO2 sebesar 40,36%, dan HC sebesar 82,55. sedangkan untuk konsetrasi karbon aktif jenis GAC (granullar active carbon 0,2 mm) memberikan hasil penurunan gas CO sebesar 31,642, CO2 sebesar 33,693, dan HC sebesar 58,086.
2
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Pesatnya perkembangan dalam ilmu teknologi tidak diimbangi dengan penanggulangan dampak sisi negatif dari penggunaan teknologi tersebut. Perkembangan kemajuan peradaban umat manusia telah memberikan beragam manfaat dari perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi. Revolusi industri, sebagai titik awal lahirnya modernisasi telah mempermudah aktivitas dan mobilitas di setiap sudut kehidupan.
Lingkungan sebagai tempat tinggal makhluk hidup menjadi salah satu aspek yang terkena dampak industrialisasi. Eksploitasi sumber daya yang tidak terkontrol tanpa diimbangi dengan rehabilitasi yang memadai mengakibatkan semakin terkikisnya kemampuan alam untuk berproduksi. Ditambah lagi gas beracun yang ditimbulkan baik dari proses produksi maupun gas yang dikeluarkan oleh kendaraan bermotor yang turut menghasilkan limbah berbahaya serta harus dibuang ke lingkungan.
Perumusan Masalah
Proses penyerapan (adsorbsi) pemurnian udara dengan jenis karbon aktif GAC (Granullar Active Carbon) dan karbon aktif jenis PAC (Powder Active Carbon) terhadap polutan-polutan yang dikeluarkan gas buang kendaraan bermotor yang mengandung gas CO, CO2, dan HC dapat mengurangi tingkat pencemaran udara sebesar kurang lebih 50%.
Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penulisan ini adalah :
• Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui perbandingan adsorbsi konsentarsi karbon aktif terhadap kandungan CO dan CO2, dan HC dalam gas buang kendaraaan bermotor, dengan karbon aktif yang dipakai adalah jenis GAC (Granullar Active Carbon 0,2 mm) dan PAC (Powder Active Carbon 0,18 mm atau US mesh 80 jenis local).
• Mengetahui luas permukaan area dari jenis karbon aktif GAC (Granullar Active Carbon 0,2 mm) dan PAC (Powder Active Carbon 0,18 mm atau US mesh 80 jenis local.
4
TINJAUAN PUSTAKA
Proses pembuatan arang aktif.
Gambar proses pembuatan karbon aktif
Secara umum, proses pembuatan arang aktif terdiri dari 3 tahap, yaitu : 1. Dehidrasi.
Proses dilakukan untuk penghilangan kadar O2 (air) dimana bahan baku dipanaskan hingga mencapai temperatur 170o c.
2. Karbonisasi.
Pemecahan bahan-bahan organik menjadi karbon. Suhu diatas 170oc akan menghasilkan CO, CO2 dan asam asetat. Pada suhu 275oc, dekomposisi menghasilkan “ter” metanol dan hasil samping lainnya. Pembentukan karbon terjadi pada temperatur 400oc-600oc.
3. Aktifasi.
Dekomposisi dan perluasan pori-pori, dapat dilakukan dengan uap panas kering (steaming) dan CO2 sebagai aktifator. Yang dimaksud
dengan aktifasi adalah suatu perlakuan terhadap arang yang bertujuan untuk memperbesar pori yaitu dengan cara memecahkan hidrokarbon atau mengoksidasi molekul-molekul permukaan sehingga arang mengalami perubahan sifat, baik fisik maupun kimia, yaitu luas permukaanya bertambah besar dan berpengaruh terhadap daya adsopsi. Metoda aktifasi yang umum digunakan dalam pembuatan arang aktif adalah :
a. Aktifasi kimia
Aktifasi ini merupakan proses pemutusan rantai karbon dari senyawa organik dengan pemakaian bahan-bahan kimia. Aktifator yang digunakan adalah bahan-bahan kimia seperti : hidroksida, logam alkali, garam-garam karbonat, klorida, sulfat, fosfor dari logam alkali tanah, dan khususnya ZnCL2, Asam-asam anorganik seperti H2SO4 H3PO4
b. Aktifasi fisika
Aktifasi ini merupakan proses pemutusan rantai karbon dari senyawa organik dengan bantuan panas, uap dan CO2 (steaming uap panas kering). umumnya arang dipanaskan didalam tanur pada temperatur 800 oc-900 oc.oksidasi udara pada temperatur rendah merupakan reaksi eksoterm sehingga sulit untuk mengontrolnya. Sedangkan pemanasan dengan uap atau CO2 pada temperatur tinggi merupakan reaksi endoterm, sehingga lebih mudah dikontrol dan paling umum digunakan.
6
METODA PENELITIAN
Perhitungan dasar permukaan Area
Perhitungan ini dilakukan untuk mengetahui permukaan area dari masing-masing jenis karbon aktif denagn perluasan permukan area yang berbeda-beda. Dengan menggunakan rumus :
Smi
2 1 0 x 3
W L
• Untuk karbon aktif jenis bubuk PAC (Powder Active Carbon 0,18 mm atau US mesh 80 jenis lokal), berapa luas permukaannya ?
Diketahui : W = 1 (cm3/g) L = jenis lokal : 0,18 (mm) Jawab : Smi Sm i = 2 1 0 x L Smi = 11.111,111 (m2/g)
• Untuk karbon aktif jenis (GAC : Granular Active Carbon, 0,2 mm), berapakah luas permukaanya ?
Diketahui :
W = 1 (cm3/g)
L = Untuk ukuran minimal : 0,2 (mm)
3 W
2x1 0 3 x1 0.18
Jawab : Smi Sm i = 2 1 0 x L Smi = 10.000 (m2/g)
Pembuatan Tabung Absorbsi
Tabung absorbsi digunakan untuk meletakan media absorbsi pada dinding tabung tersebut. Tabung absorbsi ini terbuat dari bahan plat, berikut adalah tabel spesifikasi ukuran tabung absorbsi :
4 3 2 5
3 W
2x103x1 0,2
8 Gambar Tabung Absorbsi
Pengolahan TiO2, karbon aktif, dan water glass
Pengolahan TiO2, karbon aktif, dan water glass dimaksudkan untuk membuat batang absorbsi dengan cara pencampuran ketiga bahan tersebut menjadi satu, untuk kemudian dicetak menjadi batang absorbsi. Untuk masing-masing batang absorbsi berukuran panjang 50 cm, lebar 30 cm, dan tebal 15 cm.
Gambar 3.4 Pengolahan TiO2, karbon aktif, dan water glass
Pengujian emisi kandungan CO, CO2, dan HC.
Pengujian dilakukan dengan menggunakan gas analizer. pengujian ini dilakukan sebagai perbandingan kandungan CO, CO2, dan HC dalam gas buang kendaraan bermotor sebelum dan sesudah dipasang tabung absorbsi, sehingga dapat diketahui selisih prosentase gas teresebut.
10
Rpm
Tabel hasil pengujian dengan gas analizer
NO Pengujian RPM CO (%) CO2 (%) HC (PPM)
1 Karbon aktif PAC 2000 04.25 03.31 0301
2 Karbon aktif PAC 4000 04.33 03.16 0503
3 Karbon aktif GAC 2000 05.66 03.68 0723
4 Karbon aktif GAC 4000 05.36 04.05 0449
5 Tanpa tabung absorbsi 2000 08.28 05.55 1725 Pengujian CO Untuk 2000 Rpm 2000 8,28 5,66 4,25 9 8,5 8 7,5 7 6,5 6 5,5 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 PAC GAC Tanpa Tabung
Rpm
Pengujian CO2 Untuk 2000 Rpm Pengujian HC Untuk 2000 Rpm 1200 1000 800 600 400 200 1725 1800 1600 1400 PAC GAC Tanpa Tabung 723 301 0 2000 2000 Rpm 6 5.5 5 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 5.55 3.68 3.31 PAC GAC Tanpa Tabung
12
BAB IV
KESIMPULAN DAN SARAN
4.1 Kesimpulan
Dari hasil penelitian yang dilakukan, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :
1. Karbon aktif dapat digunakan sebagai bahan penyerap polutan (absorbent) untuk menurunkan konsentrasi CO, CO2, dan HC.
2. Struktur pori karbon aktif akan rusak jika diberi suhu pemanasan hingga mencapai suhu diatas 150 oc dan dapat membentuk struktur pilaritas Ti4+, sehingga akan menghilangkan sifat absorbsi pada karbon aktif.
3. Karbon aktif jenis PAC memberikan hasil penurunan konsentrasi gas CO sebesar 48,671, CO2 sebesar 40,36%, dan HC sebesar 82,55. sedangkan untuk konsetrasi karbon aktif jenis GAC memberikan hasil penurunan gas CO sebesar 31,642, CO2 sebesar 33,693, dan HC sebesar 58,086.
4. Setelah proses uji emisi dilakukan, disekitar dinding tabung terjadi proses pengembunan dan menjadi uap air, hal ini dikarenahan karena HC bereaksi dengan O2. Air yang dihasilkan disebut accid (kandungan air yang bersifat asam) atau bersitaf korosif
DAFTAR PUSTAKA
1. FRAZER, L.200 1 .Titanium Dioxide: Environmental White Knight volume 109
2. L.R Radivic, Ed., Marcel Dekker Chemistry and Physics of Carbon,New york,2001, volume 27
3. http://jurnal.sttn-batan.ac.id/wp-content/uploads/2009/07/07_kris-cor_hal45-64.pdf.
4. http://kimia.brawijaya.ac.id/kf/materi_kf/Materi%20PKF%20S1.pdf
09-15 okt 2009
5. Ralph j .fessenden and jean s. fessenden A. hadyana pudjaatmaka, kimia organik edisi kedua jilid I 1983, penerbit erlangga.
6. www.activated carbon.com, diakses tanggal 10 september 2009 7. Willian C. Reynolds and Henry C. Perkins. Filino Harahap,
Termodinamika Teknik 1994. Penerbit erlangga
8. Frank Kreith. Arko Prijono M. sc., Prinsip-prinsip Perpindahan Panas edisi ketiga 1994. Penerbit erlangga.
