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 2015
POSTER
ii
iii
iv
v
vi
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 %. Kata kunci : Catalytic, Stainless, Emisi, Gas.
vii
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. Keyword : Catalytic, Stainless, Emissions, Gas.
viii
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 teoritis secara langsung mau pun tidak langsung.
ix
7. Teman – teman sebimbingan, teman-teman seangkatan Teknik Mesin 2010 A, B, C dan D serta kepada teman-teman sekontrakan Perum. Bumi Asri Blok Q15 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 penyusun berharap semoga skripsi ini bermanfaat bagi penyusun dan pembaca.
x
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 1.4 Batasan masalah...……………...………………………………………5
xi
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
2.7.2
Motor pembakaran dalam……………………………..…23
xii
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 3.2.1
Persiapam Pengujian……………………………………..41
xiii
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 KESIMPULAN DAN SARAN…………………………………………………65
xiv
5.1 Kesimpulan…………………………………………………………...65 5.2 Saran……………………………………………………….…………66 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
xv
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 Gambar 3.8 : katalis yang sudah jadi dan siap untuk diuji……………………….41
xvi
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 Gambar 4.8 : Tampak samping katalis setelah proses pengujian………………….63
xvii
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 Table 4.5 : Prosentase Emisi dan Prosentase Penurunan Emisi Gas Buang……..51
xviii
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 Andi. Yogyakarta.
xix
