Khaidir, NPM Perancangan reaktor unggun zeolit tipe aliran turbulen sebagai alat untuk menyerap polutan gas buang pada mesin bensin”. Efisiensi reaktor unggun ini dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu; perlakuan terhadap zeolit, besarnya ukuran butir zeolit, kontak luas permukaan zeolit dengan gas buang dan jenis aliran gas buang Untuk mengatasi keadaan tersebut maka bed reaktor dibuat sedemikian rupa sehingga bed reaktor mempunyai jalur untuk gas buang berupa pipa-pipa.
Natural zeolite as an adsorbent material requires a support tool, in this case it is called the bed reactor. This surface area of contact is also a function of the basic shape of bed reactor.
PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang
Tujuan Penelitian
Pada bagian sebelumnya telah dijelaskan bahwa untuk mengurangi pencemaran udara akibat knalpot mesin mobil, zeolit alam dapat digunakan sebagai adsorben. Zeolit alam ini akan dapat berfungsi sebagai adsorben jika tersedia media yang memungkinkan terjadinya proses adsorpsi antara kontaminan gas buang dengan zeolit alam. Alat untuk menyerap polutan gas buang ini disebut reaktor unggun (BR). Ini adalah alat yang berbentuk bilik atau rongga yang dapat diisi dengan butiran zeolit.
Adanya butiran zeolit pada rongga ini akan bersentuhan dengan gas buang kendaraan bermotor yang mengalir melalui rongga tersebut. Keadaan ini memberikan kemungkinan terjadinya penyerapan gas-gas pencemar yang terkandung dalam gas buang kendaraan bermotor. Dalam perancangan reaktor unggun ini akan dilakukan tahapan sebagai berikut: Pada tugas akhir ini akan dirancang alat reaktor unggun yaitu reaktor unggun aliran turbulen.
Reaktor unggun jenis ini akan diuji kemampuannya dalam menyerap polutan gas buang dengan ukuran butir zeolit alam yang bervariasi. Dengan demikian, variabel desain dalam penelitian ini adalah ukuran butir zeolit alam untuk reaktor aliran turbulen. Banyaknya kombinasi butiran zeolit alam yang memiliki adsorpsi terbaik merupakan hasil penelitian pada tugas akhir ini.
Manfaat Penelitian
Aktivasi zeolit alam dengan asam HCl dengan konsentrasi berbeda mempengaruhi daya serap Ca2+, hal ini telah diteliti oleh Pardoyo dkk. Salah satu bahan adsorben yang dapat digunakan untuk menurunkan kandungan gas CO2 adalah zeolit alam. Pemanfaatan zeolit alam sebagai penyerap gas CO pada gas buang kebakaran telah diteliti oleh Yuliusman dkk.
Zeolit alam yang telah diaktivasi melalui proses fisika dan kimia mampu mengadsorpsi gas CO hingga 6,25% pada konsentrasi awal CO 10% dan ukuran partikel 50 μm. Zeolit alam lampung yang dimodifikasi dengan TiO2 digunakan untuk pemurnian dan adsorpsi gas CO dari asap kebakaran. Pada penelitian lain, zeolit alam yang dimodifikasi melalui proses pengasaman dan pengayaan dengan ion Al+3 memiliki kinerja yang baik dalam proses dehidrasi bioetanol (Khaidir, et al., 2009).
Zeolit alam yang telah dimodifikasi dengan TiO2 dapat digunakan sebagai adsorben untuk mereduksi gas NO2 dari gas buang kendaraan bermotor. Kemampuan alat BR dalam menyerap gas-gas polutan yang terdapat pada gas buang diukur dengan menggunakan smoke test meter. Detektor asap mampu mendeteksi gas CO, CO2 dan HC yang terkandung dalam gas buang.
Pada penelitian ini, variabel yang menjadi fokus pengujian adalah kapasitas serapan zeolit alam teraktivasi, sedangkan alat BR hanya terdiri dari dua unit.
Landasan Teori
- Proses Aktivasi
- Pembakaran Hidrokarbon
Sedangkan untuk gas CO2 dan HC menunjukkan adanya penurunan kandungan gas CO2 dan HC dengan menggunakan alat zeolit BR yaitu <10% volume untuk laminar flow tipe BR, dan penurunan volume CO2 dan HC. gas untuk arus tipe turbulen. Oleh karena itu variasi bentuk geometri dan jumlah alat BR pada penelitian ini belum mencukupi, sehingga masih diperlukan penelitian dengan variasi bentuk geometri dan jumlah alat BR yang lebih banyak. Rongga dan saluran tersebut mengandung ion logam dan molekul air yang bebas bergerak (mengekskresi), sehingga dapat digunakan sebagai penukar ion dan dapat berperan sebagai penyerap.
Jika kristal dipanaskan hingga suhu C selama beberapa jam maka molekul air yang berada di dalam rongga akan keluar, sehingga zeolit yang dimaksud dapat berperan sebagai penyerap gas atau cairan. Proses aktivasi zeolit alam secara umum dapat berlangsung dalam dua tahap, yaitu pada proses dealuminasi dan kalsinasi. Alumina dan silika dapat bereaksi dengan fluorida dan klorida dalam kondisi konsentrasi rendah dan dalam lingkungan normal.
Jika senyawa hidrokarbon tersebut dibakar sempurna akan menghasilkan CO2 dan H2O, namun jika tidak sempurna maka akan terbentuk sebagian CO. Aktivitas katalis ini meningkat pada suhu C dan dengan penambahan karbon untuk meningkatkan permukaan luar. Kadar CO, CO2 dan HCl yang terkandung dalam gas buang mesin mobil diukur dengan alat uji asap portabel.
Kadar CO, CO2 dan HCl diukur dengan menggunakan alat portable smoke tester yaitu gas buang yang keluar dari knalpot mesin mobil tanpa menggunakan alat BR dan gas buang yang keluar menggunakan alat BR.
Teori Motor Bakar
- Motor Pembakaran Dalam
- Motor Pembakaran Luar
Pada mesin pembakaran luar ini, proses pembakaran bahan bakar terjadi di luar mesin, sehingga digunakan mesin tersendiri untuk melakukan pembakaran tersebut. Panas hasil pembakaran bahan bakar tidak diubah secara langsung menjadi tenaga mekanik, melainkan terlebih dahulu melalui media penghantar kemudian diubah menjadi tenaga mekanik.
Motor Bakar Bensin
- Motor Bensin 2 Langkah
- Motor Bensin 4 Langkah
Setelah campuran udara-bahan bakar keluar dari karburator dalam bentuk gas, campuran bahan bakar tersebut dihisap ke dalam ruang bakar melalui katup masuk. Mesin bensin 2 tak memerlukan 2 langkah piston untuk 1 langkah pembakaran dan 1 langkah kerja dalam 1 putaran poros engkol. Mesin pembakaran dalam dua langkah menyelesaikan satu siklus dalam dua langkah piston, atau satu putaran poros engkol.Pergerakan piston ke TMA untuk melakukan proses pemuaian.
Pengisian muatan segar pada silinder dilakukan apabila tekanan muatan melebihi tekanan gas dalam silinder, pada keadaan ini saluran vulkanik terbuka. Mesin bensin 4 tak memerlukan 4 langkah piston untuk 1 langkah pembakaran dan 1 langkah kerja dalam 2 putaran poros engkol. Agar lebih jelas akan dijelaskan prinsip kerja mesin bensin empat langkah seperti yang telah dibahas sebelumnya yaitu mesin bensin empat langkah memerlukan 4 langkah piston untuk 1 langkah pembakaran dan 1 langkah kerja untuk 2 putaran poros engkol dalam cara kerjanya. .
Tahap ini diawali dengan pergerakan piston ke bawah dari Titik Mati Atas (TDC) ke Titik Mati Bawah (BDC) seiring dengan terhisapnya campuran bahan bakar dan udara ke dalam silinder. Piston bergerak dari titik mati bawah (BDC) ke titik mati atas (TDC), menyebabkan campuran udara-bahan bakar yang dihirup terperangkap dan dikompresi oleh piston yang bergerak ke TMA. Pada akhir langkah kompresi di dalam silinder, campuran bahan bakar dan udara akan mengeluarkan percikan api dari busi.
Dari langkah kerja tersebut terlihat adanya proses perubahan energi panas menjadi energi mekanik berupa gerak bolak-balik pada piston yang kemudian diubah kembali menjadi gerak putar pada poros engkol yang kemudian diteruskan ke roda untuk ditransfer.
Bahan Bakar dan Pembakaran
- Syarat-Syarat Bahan Bakar Untuk Motor Bakar Bensin
Pada mesin bensin, campuran bahan bakar dan udara yang masuk ke dalam silinder sebelum dan sesudah proses pembakaran dipastikan berada dalam keadaan tercampur antara uap bahan bakar dan udara, sehingga memudahkan proses pembakaran. Dengan mengurangi intensitas peruntukannya maka campuran bahan bakar dan udara yang dikompresi oleh piston akan menjadi lebih baik, sehingga tenaga mesin akan lebih besar, dan konsumsi bahan bakar akan lebih irit. Cara menentukan angka oktan suatu bahan bakar adalah dengan membandingkan bahan bakar tertentu dengan bahan bakar standar.
Angka oktan suatu bahan bakar bergantung pada persentase iso-oktan (C7H18) dan heptana normal (C7H16) yang dikandung bahan bakar tersebut. Sebagai perbandingan, bahan bakar yang sangat mudah diidentifikasi adalah heptana normal (C7H16), sedangkan bahan bakar yang sulit diidentifikasi adalah iso-oktan (C7H18). Bahan bakar ini cenderung lebih ke arah sifat iso-oktan. angka oktan tinggi atau lebih sulit ditunjukkan. Stabilitas kimia suatu bahan bakar sangat penting karena berkaitan dengan kemurnian bahan bakar yang selanjutnya mempengaruhi sistem pembakaran dan sistem saluran.
Pada temperatur tinggi, polimer sering terdapat pada bahan bakar dalam bentuk endapan gum, yang berdampak buruk pada sistem saluran, misalnya pada katup dan saluran bahan bakar. Bahan bakar yang mengalami perubahan kimia dapat menyebabkan proses pembakaran terhenti. . Bensin Premium (Premium) Bahan bakarnya berasal dari bensin yang merupakan salah satu fraksi dari minyak sulingan yang diberi tambahan zat atau bahan tambahan yaitu Tetra Etillead (TEL). Premium mempunyai rumus empiris Ethyl Benzene (C8H18) Premium merupakan bahan bakar cair yang berasal dari minyak mentah. Minyak diekstraksi dari tanah dengan mengebor sumur minyak dan memompanya ke atas.
Bahan bakar ini juga sering disebut bensin motor atau bensin dengan angka oktan 88, dan mempunyai titik didih 300C-2000C.
METODE PENELITIAN 3.1 Alat dan Bahan Penelitian
Peralatan penelitian
Bahan penelitian
Prosedur Penelitian 1. Diagram Alir Penelitian
Aktivasi selanjutnya adalah pencucian butiran zeolit dengan larutan asam klorida (HCl) dengan konsentrasi 1 N. Zeolit hasil pencucian ini merupakan zeolit aktif dan siap digunakan sebagai bahan penyerap gas bongkar muat kendaraan. polutan. a) zeolit alam dalam kemasan dan (b) zeolit butiran. a) Mesin ayakan otomatis, (b) Berbagai jenis ayakan berdasarkan ukuran mata jaring. a) Mesin pemecah batu, (b) alat penghancur zeolit manual. Bentuk dan dimensi badan reaktor unggun mengacu pada knalpot kendaraan roda empat yang banyak digunakan. Bentuk dan dimensi badan knalpot pada kendaraan roda empat berbeda-beda, sehingga dalam hal ini bentuk dan dimensi unggun reaktor diambil sebagai rata-rata dimensi knalpot yang banyak digunakan.
Komponen reaktor unggun terdiri atas; (1) body reaktor, yaitu bagian bodi tempat produksi gas buang (muffler) kendaraan roda empat seperti terlihat pada Gambar 3.8.a. 2) bola berbahan baja tahan karat dengan diameter luar dua setengah inci, seperti terlihat pada Gambar 3.8.b, dan (3) tabung berdiameter 3 inci terbuat dari baja tahan karat, Gambar 3.9. Badan reaktor unggun dibentuk dari keadaan pada Gambar 3.8.a sampai dengan Gambar 3.9.b, yaitu dengan cara memotong dan membuat penutup yang dapat dibuat dan ditutup kembali (Gambar 3.9.c). a) badan reaktor bantalan dan (b) bola terbuat dari baja tahan karat. -Jaring bola ini diisi butiran zeolit alam yang telah diaktivasi dan ditempatkan pada pipa knalpot mesin mobil.
Urutan proses pembuatan jaring bola ini dapat dilihat seperti pada gambar berikut. a) proses pembentukan badan lapisan reaktor, (b) bentuk rongga pada badan lapisan reaktor, (c) bentuk akhir rongga bagian dalam lapisan reaktor aliran turbulen. Pipa gas buang tipe pertama yang digunakan untuk reaktor fluidized bed laminar berbentuk lurus, sederhana, tidak berongga, sedangkan pipa gas buang tipe kedua yang digunakan untuk reaktor fluidized bed turbulen berbentuk berongga dengan arah radial. Perbandingan pipa gas buang yang berlubang dan yang tidak berlubang dapat dilihat pada gambar 3.12.a dan gambar 3.12.b.
Pipa gas buang berlubang dipasang di badan reaktor zeolit alam. a) pipa gas buang yang mempunyai lubang pada arah radial, (b) pipa gas buang yang tidak mempunyai lubang pada arah radial.
