TUGAS AKHIR – LS 1336
KAJIAN EKSPERIMEN PENGGUNAAN WET SCRUBBER UNTUK MENGURANGI KADAR SOx DAN NOx PADA MOTOR DIESEL NOVENTUS HENDYTA A.P NRP 4203.100.047 Dosen Pembimbing : DR. I Made Ariana, ST., MT., MarSc Ir. Tjoek Soeprajitno JURUSAN TEKNIK SISTEM PERKAPALAN Fakultas Teknologi Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2009
FINAL PROJECT – LS 1336
WET SCRUBBER EXPERIMENTAL STUDY ON REDUCTION OF SOx AND NOx IN MOTOR DIESEL ENGINE NOVENTUS HENDYTA A.P NRP 4203.100.047 Instructure Lectures : DR. I Made Ariana, ST., MT., MarSc Ir. Tjoek Soeprajitno Marine Engineering Departement Faculty of Marine Tehcnology Institute of Technology of Sepuluh Nopember Surabaya 2009
TUGAS AKHIR – LS 1336
KAJIAN EKSPERIMEN PENGGUNAAN WET SCRUBBER UNTUK MENGURANGI KADAR SOx DAN NOx PADA MOTOR DIESEL NOVENTUS HENDYTA A.P NRP 4203.100.047 Dosen Pembimbing : DR.I Made Ariana, ST., MT.,MarSc Ir.Tjoek Soeprajitno JURUSAN TEKNIK SISTEM PERKAPALAN Fakultas Teknologi Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2009
KAJIAN EKSPERIMEN PENGGUNAAN WET SCRUBBER UNTUK MENGURANGI KADAR SOx DAN NOx PADA MOTOR DIESEL Nama Mahasiswa NRP Jurusan Dosen Pembimbing
: Noventus Hendyta Aranino Prbadi : 4203 100 047 : Teknik Sistem Perkapalan FTK ITS : 1) I Made Ariana, ST. MT. Dr.MarSc 2) Ir. Tjoek Soeprajitno
Abstrak Marine Pollution 73/78 Annex VI oleh International Marine Organisation (IMO) menetapkan standar limit kadar NOx sebesar 9.8 gr/kW.h untuk motor diesel dengan putaran 2000 rpm dan SOx sebesar 6 gr/kWh untuk semua putaran motor diesel yang dihasilkan oleh kapal-kapal yang beroperasi di laut. Wet Scrubber System adalah salah satunya teknologi memanfaatkan air laut (tidak ada proses kimiawi, hanya penyaringan saja) untuk mereduksi debu dan SOx. Tetapi sistem wet scrubber dengan cara ini tidak atau masih belum mampu mereduksi NOx dengan baik karena air laut biasa tidak cukup kuat untuk mereduksi NOx. Tugas akhir ini merupakan kajian eksperimen untuk mengurangi kadar NOx dan SOx penambahan ide bahwa sistem wet scrubber tersebut perlu ada modifikasi sehingga dapat dengan baik (efisiensi tinggi) mereduksi SOx dan NOx. Modifikasi sistem wet scrubber pada proses kimia air laut menjadi cairan asam scubber (mengandung Cl2 dan H2O) dan basa (mengandung NaOH dan H2O) untuk mengikat NOx dengan dengan cara penyemprotan langsung ke gas buang. Pada akhirnya gas buang yang sebelum dan setelah melewati wet scrubber diuji emisinya. Analisa yang dilakukan untuk mengetahui hasil keseluruhan eksperimen, terutama perbandingan penurunan kadar SOx dan NOx yang terjadi dan disesuaikan dengan standar limit emisi yang berlaku. Kata Kunci : NOx , SOx, Wet Scrubber, IMO Annex VI
WET SCRUBBER EXPERIMENTAL STUDY ON REDUCTION OF SOx AND NOx IN MOTOR DIESEL ENGINE Name of student NRP Department Lecture Consellor
: Noventus Hendyta Aranino Prbadi : 4203 100 047 : Teknik Sistem Perkapalan FTK ITS : 1) I Made Ariana, ST. MT. Dr.MarSc 2) Ir. Tjoek Soeprajitno
Abstrack The limitation content standards of SOx and NOx produced by marine diesel engine based on MARPOL 73/78 ANNEX VI (International Marine Organisation) rules are 9,8 gr/kWh for NOx ( 2000 rpm) and 6 gr/kWh for SOx (all of rpm). For the begining salt water is used in wet scrubber system just for reducing dust and SOx content of exhaust gas.Unfortunetly this system not efficient enough to reduce NOx because only filtering without chemical process in it. Rearrange and remodify of wet scrubber system to make the system more efficient for reducing SOx and NOx content are the objective og this final project. This experimental using wet scrubber modification results wet scrubber system with chemical process in it. The chemical process produces acid liquid (Cl2) and alkaline liquid (NaOH). This liquids is sprayed directly to exhaust gas in acid scrubber chamber and alkaline scrubber chamber. In there the liquids droplets has reacted with SOx and NOx content of exhaust gas.Then the exhaust gas that flow out before and after the wet scrubber system is tested with emmissions tester. The result of emmissions test between befor and after the system is compared to get the value of SOx and NOx reducing.
Keywords : NOx , SOx, Wet Scrubber, IMO Annex VI
KATA PENGANTAR Salam Damai dan Sejahtera. Hallelujah! Hallelujah!, segala puji dan syukur dipanjatkan kepada Bapa di Surga yang selalu memberikan kasih dan rejekinya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana teknik pada Bidang Studi Marine Power Plant (MPP) Program Studi S1 Jurusan Teknik Sistem Perkapalan FTK ITS. Penulis menyadari bahwa segala yang ada pada tugas akhir ini masih banyak kekurangan dan kesalahan. Hal ini disebabkan keterbatasan ilmu pengetahuan dan wawasan penulis. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan segala kritik dan saran dari pelbagai pihak demi perbaikan. Pengerjaan Tugas akhir ini, telah banyak pihak yang ikut serta dalam memberikan bantuan dan dukungan kepada penulis sehingga laporan tugas akhir ini terselesaikan dengan tepat waktu. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan banyak terima kasih kepada : 1. Bapak Ir. Alam Baheramsyah, M.Sc selaku Ketua Jurusan Teknik Sistem Perkapalan, FTK ITS. 2. Bapak Taufik Fajar Nugroho, ST, M.Sc selaku koordinator Tugas Akhir dan Kepala Labotorium Getaran dan Kebisingan Kapal Teknik Sistem Perkapalan, FTK ITS. 3. Bapak Ir. Indrajaya Gerianto, M.Sc selaku Dosen Wali yang selalu memberikan semangat hidup lewat segala ceramahnya. 4. Bapak DR. I Made Ariana, ST, MT,.MarSc dan Bapak Ir.Tjoek Soeprajitno selaku Dosen Pembimbing tugas akhir ini yang selalu telaten memberikan arahan sehingga tugas akhir ini dapat diselesaikan. 5. Bapak Agus Purwanto dan Mas Nur Afandi selaku teknisi Lab. Motor Bakar Dan Permesinan Kapal yang selalu sabar bersedia membantu tugas akhir ini dan juga tentang cerita kehidupan yang selalu ada. 6. Bapak Ruslan Abdul Ghani selaku teknisi Lab.Mesin Fluida dan Sistem yang sangat membantu dalam menyumbang ide dan bahan serta pinjaman peralatan untuk tugas akhir
i
7. Keluarga tercinta, Papa Kwee, Mama Merici yang saya
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
hormati dan sayangi yang tak pernah lelah memberikan dukungan penuh dan semangat juang hidup sehingga saya dapat menyelesaikan studi ini. Serta Hestia adik manis yang selalu mendukung dan mengidolakan aku ;) Om Hing sekeluarga yang dulu telah memberikan saya “tempat karantina” dan semangat untuk menembus dan lulus Jurusan Teknik Sistem Perkapalan FTK ITS ini. Keluarga Pak Tukir Wikuwijoyo ( “Mbah Kung & Mbah Ti” yang selalu menyayangiku ) yang telah banyak memberikan nasihat-nasihat tentang kehidupan ini. Kekasih sayang, Ika Nur’Afiyah H, yang selalu sabar menghadapi dan membantu saya serta setia memberikan “ cerewetnya ” dalam studi ini dari semester 3 hingga selesai. Keluarga Besar PASSKAL’03 yang selalu membantu saya dalam susah dan senang serta Donny Febrian DS “konco rangkap dulur” seperjuangan yang selalu perhatian dan selalu mau berbagi cerita dan arti sebuah persahabatan serta Surya 16. Totok Sugianto, seperjuangan tugas akhir yang sangat membantu memberikan ide-ide, sumbangan materiil dan imateriil serta sabar untuk selalu saya “pisuhi disaat kepala pening mengerjakan tugas ini. “Tanpa kau, tugas akhir ini cuma khayalan,jeh” Arek-arek Lab.Getaran dan Kebisingan Kapal (Sigit, Sanggra, Bams, Husein, Sugeng dll) yang selalu membantu dan menemani. Serta pinjaman komputer, printer, kertas. Arek-arek Lab.Mesin Fluida dan Sistem (Rendra, Widodo, Jauhar, dll) yang selalu membantu dan menemani. Serta pinjaman komputer, printer, kertas, air minumnya. Bapak Tukang yang merenovasi bathroom dan toilet di lantai 3 gedung WA Kelautan yang telah bersedia meminjamkan alat bor dan gerinda listrik serta ikut mengerjakan pembuatan alat tugas akhir.
Serta pihak-pihak yang belum sempat tersebutkan namanya oleh penulis, mohon maaf yang sebesarnya. Tetapi segala jasa Anda akan selalu penulis kenang.
ii
Akhir kata penulis berharap tugas akhir ini dapat layak digunakan sebagai referensi penelitian atau tugas lain. Terima kasih. Surabaya, Februari 2009
Penulis
iii
“Halaman ini sengaja dikosongkan”
iv
DAFTAR ISI
Halaman Judul Lembar Pengesahan Abstrak Abstrac Kata Pengantar..............................................................................................i Daftar Isi...... .......................................................................................v Daftar Gambar....................................................................................ix Daftar Tabel........................................................................................xi BAB I PENDAHULUAN...................................................................1 1.1 Latar Belakang..........................................................................1 1.2 Perumusan Masalah..................................................................2 1.3 Batasan Masalah.......................................................................2 1.4 Tujuan Tugas Akhir..................................................................3 1.5 Manfaat Tugas Akhir.................................................................3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA.........................................................5 2.1 Proses Pembakaran Motor Diesel..............................................5 2.1.1 Periode Persiapan Pembakaran...............................................6 2.1.2 Periode Pembakaran Cepat.....................................................6 2.1.3 Pembakaran Terkendali..........................................................6 2.1.4 Pembakaran Sisa.....................................................................6 2.2 Jenis-Jenis Emisi Motor Diesel..................................................6 2.2.1 Karbon monoksida (CO) ....................................................6 2.2.2 Karbon dioksida (CO2) .......................................................7 2.2.3 Hidrokarbon (HC) ..............................................................7 2.2.4 Sulphur Oxides (SOx,SO2 dan SOx) ....................................7 2.2.5 Nitrogen Oxides (NOx,NO2 dan NO3) ................................7 2.3 Daya Motor Diesel (BHP=Ne) ..................................................8 2.4 Back Pressure Motor Diesel.......................................................9 2.4.1 Massa densitas exhaust gas.................................................9 2.4.2 Kecepatan Exhaust Gas.......................................................9 2.4.3 Pressure Losses pada perpipaan..........................................9 2.4.4 Pressure Losses pada Accros Components.........................9
v
2.4.5 Total back-pressure...........................................................10 Teori Dasar Sel Elektrokimia...................................................11 2.5.1. Gaya Gerak Listrik Sel ( GGL Sel ) .................................11 2.5.2. Potensial Elektrode ( Reduksi ) Standar E0.......................12 2.5.3. Penentuan Gaya Gerak Listrik Sel....................................13 2.5.4. Arus Untuk Elektrolisis.....................................................14 2.5.5. Deret Volta (Sebagai Acuan Pemilihan Elektroda) ..........15 2.5.6. Elektrolisis Air Laut ( NaCl ) ...........................................16 2.5.7. Pengikatan SOx dan NOx Oleh Hasil Elektrolisis Air Laut ( NaCl ) .............................................................................18 2.5.8. Pengujian pH ( kekuatan asam –basa ) .............................18 2.6 Kadar Garam (NaCl) Di Air Laut............................................19 2.7 IMO ANNEX VI......................................................................20 2.8 Densitas Udara.........................................................................23 2.5
BAB III METODOLOGI PENELITIAN..........................................25 3.1 Studi Literatur............................................................................25 3.2 Desain Alat Eksperimen (Wet Scrubber) ..................................25 3.3 Pembuatan Alat Eksperimen (Wet Scrubber) ...........................28 3.4 Pencocokan Motor Diesel Dengan Generator............................29 3.5 Uji Kerja Alat Eksperimen (Wet Scrubber) ..............................29 3.6 Eksperimen Alat Wet Scrubber dan Uji Emisi..........................29 3.7 Pencatatan Data-Data Eksperimen.............................................30 3.8 Analisa Data-Data dan Pembahasan...........................................30 3.9 Pengambilan Kesimpulan dan Saran..........................................31 3.10 Penyusunan Laporan..................................................................31 3.11 Diagran Alir (Flowchart) ...........................................................31 BAB IV ANALISA DAN INTERPRETASI HASIL........................35 4.1 SEL ELEKTROLISIS.................................................................35 4.1.1 Perhitungan Tegangan..........................................................35 4.1.2 Perhitungan Arus..................................................................36 4.2 WET SCRUBBER......................................................................36 4.3 Uji Perfoma.................................................................................37 4.6.1. Persiapan Motor Diesel Dan Generator................................37 4.6.2. Uji Sistem Wet Scrubber......................................................38 4.4 Ekperimen Sistem Wet Scrubber................................................40 4.6.3. Umum Pelaksanaan Eksperimen..........................................40
vi
4.6.4. Pengambilan Data.................................................................41 4.5 Pengubahan Data-Data dari ppm Ke bentuk mg/m3...................43 4.6 Analisa Data Eksperimen............................................................44 a) BHP (Ne) Motor Diesel.....................................................45 b) Massa Udara Terbakar 1 Kali Daya (Mu) ........................45 c) Massa Bahan Bakar 1 Kali Daya (Md) ............................46 d) Massa Gas Buang 1 Kali Daya (Mx) ...............................46 e) Massa Gas Buang Selama 1 Menit Kerja (Mm)...............46 f) Massa Gas Buang Selama 1 Jam Kerja (Mh) ...................47 g) Flow Rate Gas Buang Untuk Eksperimen (FRx) .............47 h) Massa NOx Selama 1 jam Kerja (MNOx) .......................48 i) Massa SOx Selama 1 jam Kerja (MSOx) .......................48 j) Massa PM Selama 1 jam Kerja (MPM) ...........................48 k) Massa NOx, SOx dan PM untuk per kW.h.......................49 4.6.1 Hasil Perhitungan Kondisi Tanpa Alat Wet Scrubber......50 4.6.2 Hasil Perhitungan Kondisi Dengan Alat Wet Scrubber ...51 4.6.3 Perbandingan Kadar NOx dan SOx dan PM.....................52 4.6.4 Perbandingan Untuk NOx dan SOx dan PM Tanpa Alat dan Setelah Alat Wet Scrubber.........................................53 4.6.5 Perbandingan NOx dan Limit NOx IMO Annex VI........57 4.6.6 Perbandingan SOx dan Limit SOx IMO Annex VI..........60 4.6.7 Persentase Penurunan NOx , SOx dan PM.......................62 BAB V KSIMPULAN DAN SARAN..............................................65 5.1 Kesimpulan..........................................................................65 5.2 Saran....................................................................................65 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
vii
“Halaman ini sengaja dikosongkan”
viii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Afriction losses ξ .........................................................10 Gambar 2.2 Deret Volta ..................................................................16 Gambar 2.3 Sel Elektrolisis Air Laut / Larutan NaCl .....................16 Gambar 2.4. Perubahan warna beberapa indikator cair ...................19 Gambar 2.5. Grafik MARPOL Annex VI Nox Emissions Limits.....21 Gambar 2.6. Grafik MARPOL Annex VI Fuel Sulfur Limits .........22 Gambar 3.1 Desain Wet Scrubber System .....................................26 Gambar 3.2 Bentuk Jadi Wet Scrubber System .............................28 Gambar 4.1 Grafik Hasil Kadar pH Kotak Elektrolisis ....................40 Gambar 4.2 Pembacaan Atom Unsur .............................................43 Gambar 4.3 Grafik Perbandingan Kadar NOx dan SOx dan PM Tanpa Alat ..................................................................52 Gambar 4.4 Grafik Perbandingan Kadar NOx dan SOx dan PM Dengan Wet Scrubber...................................................52 Gambar 4.5 Grafik Perbandingan NOx Tanpa Alat Dan Wet Scrubber........................................................................53 Gambar 4.6 Grafik Perbandingan SOx Tanpa Alat Dan Wet Scrubber.......................................................................54 Gambar 4.7 Grafik Perbandingan PM Tanpa Alat Dan Wet Scrubber.......................................................................56 Gambar 4.8 Grafik Perbandingan NOx Wet Scrubber Dengan MARPOL Annex VI NOx Emission Limits................58 Gambar 4.9 Grafik Detail Perbandingan NOx Wet Scrubber Dengan MARPOL Annex VI NOx Emission Limits................59 Gambar 4.10 Grafik Perbandingan SOx Wet Scrubber Dengan MARPOL Annex VI NOx Emission Limits................61 Gambar 4.11 Grafik Persentase Penurunan NOx , SOx dan PM.....63
ix
“Halaman ini sengaja dikosongkan”
x
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Nilai potensial Reduksi Standar, IUPAC.................12-13 Tabel 2.2 Nilai Pergerakan ion absolute pada 250 C (Maron,1964).................................................................15 Tabel 2.3. Konsentrasi Ion atau Molekul Air Laut dengan salinitas 350/00 dan densitas 1,023 g/cm3 pada 250C (750F)........20 Tabel 2.4. MARPOL Annex VI Nox Emissions Limits................21 Tabel 2.5. MARPOL Annex VI Fuel Sulfur Limits.......................22 Tabel 3.1 Tabel Pencatatan Data-Data Eksperimen....................30 Tabel 4.1 Hasil Uji Perfoma Motor Diesel –Generator............37-32 Tabel 4.2 Hasil Uji Perfoma Wet Scrubber -Motor Diesel – Generator..................................................................38-39 Tabel 4.3 Hasil Kadar pH Kotak Elektrolisis.................................39 Tabel 4.4 Pencatatat Data Kondisi Tanpa Alat.........................41-42 Tabel 4.5 Pencatatat Data Kondisi Dengan Wet Scrubber.............42 Tabel 4.5 Pencatatat Data Kondisi Dengan Wet Scrubber.............43 Tabel 4.6 Kadar NOx,SOx,dan PM Tanpa Alat Dalam mg/m3.....44 Tabel 4.7 Kadar NOx, SOx, dan PM Dengan Wet Scrubber Dalam mg/m3...........................................................................44 Tabel 4.8 Hasil Perhitungan Kondisi Tanpa Alat Wet Scrubber..50 Tabel 4.9 Hasil Perhitungan Kondisi Dengan Alat Wet Scrubber.........................................................51 Tabel 4.10 Grafik Perbandingan NOx Tanpa Alat Dan Wet Scrubber...............................................57 Tabel 4.11 Grafik Perbandingan SOx Tanpa Alat Dan Wet Scrubber.......................................................61 Tabel 4.12 Persentase Penurunan NOx , SOx dan PM.................63
xi
“Halaman ini sengaja dikosongkan”
xii
