CATALYTIC CONVERTER BERBAHAN STAINLESS STEEL BERBENTUK SPIRAL UNTUK MENGURANGI EMISI GAS BUANG TUGAS AKHIR BIDANG KONVERSI ENERGI Diajukan kepada Universitas Muhammadiyah Malang Untuk Memenuhi Persyaratan Akademik Dalam Menyelesaikan Program SarjanaTeknik (S1)
Oleh : ROHSID RIDOH 201010120311134
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG 2014
POSTER
ii
LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR Diajukan Kepada Universitas Muhammadiyah Malang Untuk Memenuhi Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin
Disusun Oleh : Rohsid Ridoh 201010120311134
Yang telah disahkan oleh : Dosen pembimbing I
Dosen pembimbing II
(Ir. Ali Mokhtar. MT)
(Ir. Heri Mujayin Kholik, MT)
Nip.108.9109.0234
Nip. 108.9309.0295
Mengetahui, KetuaJurusanTeknikMesin
(Ir. Daryono, MT) Nip. 108.8909.0124
iii
FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG Jl. Raya Tlogomas No. 246 Telp. (0341) 464318-21 Psw. 127 Fax. (0341) 460782 Malang 65144
LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR Nama
: Rohsid Ridoh
Nim
: 201010120311134
Bidang Keahlian
: Konversi Energi
No. ST. Pem. TA
: E.2 / 123/ FT/ UMM/III/ 2013
Judul
: Catalytic Converter berbahan Stainless Steel Berbentuk Spiral Untuk Mengurangi Emisi Gas Buang
Pembimbing I
: Ir. Ali Mokhtar. MT Paraf
No.
CatatanAsistensi
1
Persetujuan Judul Dan Konsultasi Bab I
2
Konsultasi Bab I dan ACC Bab I
3
Konsultasi Bab II
4
ACC Bab II
5
Konsultasi Bab III
6
ACC Bab III
7
Konsultasi Bab IV
8
ACC Bab IVdan Seminar Hasil
Dosen pembimbing I
Malang,21 Juni 2014 Dosen pembimbing I
Ir. Ali Mokhtar. MT
iv
FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG Jl. Raya Tlogomas No. 246 Telp. (0341) 464318-21 Psw. 127 Fax. (0341) 460782 Malang 65144
LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR Nama
: Rohsid Ridoh
Nim
: 201010120311134
Bidang Keahlian
: Konversi Energi
No. ST. Pem. TA
: E.2 / 123/ FT/ UMM/III/ 2013
Judul
: Catalytic Converter berbahan Stainless Steel Berbentuk Spiral Untuk Mengurangi Emisi Gas Buang
PembimbingII
: Ir. Heri Mujayin Kholik, MT Paraf
No.
CatatanAsistensi
1
Persetujuan Judul Dan Konsultasi Bab I
2
Konsultasi Bab I dan ACC Bab I
3
Konsultasi Bab II
4
ACC Bab II
5
Konsultasi Bab III
6
ACC Bab III
7
Konsultasi Bab IV
8
ACC Bab IVdanSeminar Hasil
Dosen pembimbing II
Malang, 21 Juni 2014 Dosen pembimbing II
Ir. Heri Mujayin Kholik, MT v
LEMBAR SURAT PERNYATAAN Yang bertandatangan dibawah ini : Nama
: Rohsid Ridoh
Nim
: 201010120311134
Tempat/Tanggal Lahir
: Probolinggo, 22 Nopember 1989
Jurusan
: TeknikMesin
Fakultas
: Teknik
Instansi
: UniversitasMuhammadiyah Malang
Dengan ini menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa : Sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul “Catalytic Converter Berbahan Stainless Steel Berbentuk Spiral Untuk Mengurangi Emisi Gas Buang” yang diajukan untuk memperoleh gelar sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan duplikasi (“PLAGIASI”) dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan/ atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Muhammadiyah Malang atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya saya kutipan dan daftar pustaka sebagaimana mestinya. Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya untuk digunakan sebagaimana mestinya.
Malang,21 Juli 2014 Yang menyatakan,
Rohsid Ridoh
vi
Abstrak Pertumbuhan kendaraan bermotor di indonesia yang cukup pesat ( 8,38%/tahun) membawa pengaruh meningkatnya pemakaian Bahan Bakar Minyak, sehingga polusi udara menjadi tidak dapat terelakkan lagi. Kendaraaan bermotor merupakan sumber pencemar terbesar dan memberikan kontribusi emisi gas carbon monoksida sebesar 67% dari total polutan yang ada, dimana dari tahun ke tahun tingkat polusi tersebut meningkat seiring dengan meningkatnya pemakaian kendaraan bermotor. Catalityc converter merupakan salah satu alternative teknologi yang dapat digunakan untuk mengunrangi polutan dari emisi kendaraan bermotor, khususnya untuk motor berbahan bakar bensin. Catalityc converter berfungsi untuk mengurangi kadar emisi Hidrokarbon ( HC ), Carbon Monoksida ( CO ), dan Nitrogen Oksida ( NOx) dengan cara mengoksidasi dan mereduksi zat tersebut menjadi CO2 H2O dan N2 yang ramah lingkungan. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui efisiensi penggunaan logam Stainles steel (Fe) sebagai katalisnya serta untuk mengetahui putaran mesin terhadap keluaran emisi CO dan HC kendaraan bermotor.Pengukuran konsentrasi emisi gas buang carbon monoksida pada saluran gas buang dilakukan pada kondisi standart dan kondisi pemasangan Catalytic Converter Stainles steel (Fe) dengan menggunakan alat Gas Analyzer. Dari hasil penelitian ini didapatkan bahwa pemakaian Catalytic Converter Stainless steel dapat mereduksi emisi gas CO. Emisi gas HC mengalami penurunan yang cukup baik. Penggunaan katalis menunjukkan prosentase penurunan sebesar 23.983%, sedangkan tanpa penggunaan katalis menunjukkan prosentase penurunan sebesar 76.017%. Emisi gas CO mengalami penurunan yang sangat baik. Penggunaan katalis menunjukkan prosentase penurunan sebesar 20.536%, sedangkan tanpa penggunaan katalis menunjukkan prosentase penurunan sebesar 79.464%. Kata kunci : Catalityc Converter, Konsentrasi CO.stainless steel
vii
Abstract The increasing use of motored vehicle in Indonesia ( approximately 8,38 % per year ) has caused the excessive deman of fuel. It means that air pollution becomes inevitable cossequence. Motored vehicle has been the significant pollutant for the emission of carbon monoxide, which is estimated as much as 67 percent of all pollutant. Every year, the level of such pollution goes coherently with the use of motored venicle. Catalytic converter is one of the alternative technologies that can be used to reduce emission of pollutant from vehicle, especially for motor gasoline. Catalytic converter works to reduce emission levels of hydrocarbon ( HC ), Carbon Monoxide ( CO ), and Nitrogen oxides ( NOx ) by reducing substance oxidizes and become CO2, H2O, and N2 are environmentally friendly. The aims of this experiment to find out to what extend stainless steel as the catalytic is efficient and thridly to prove the impact of the machine while working towards to production of carbon monoxide and hidrocarbon. To measure the concentration of carbon monoxide on a frame there are two conditions required. Fisrt is when the engine in on, and second is when the stainless steel catalytic converter is applied using gas analyzer. The experiment results of this study found that the use of stainless steel catalytic converter to reduce emissions of CO gas. HC emissions decreased quite good. The use of catalysts showed a percentage decrease of 23 983%, while the percentage without the use of catalysts showed a decrease of 76 017%. CO emissions decreased very good. The use of catalysts showed a percentage decrease of 20 536%, while the percentage without the use of catalysts showed a decrease of 79 464%. Keywords: Catalityc Converter, stainless CO.stainless Concentration
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 SPIRAL 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 memberikan bantuan materiil maupun non materiil, mendo’akan, 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. Heri Mujayin Kholik. 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 seseorang yang selalu mendampingi saya dan selalu memberi semangat dalam proses pengerjaan skripsi ini. 8. 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.
Malang, 21 juli 2014
Rohsid Ridoh
x
DAFTAR ISI COVER ................................................................................................................ i POSTER ............................................................................................................... ii LEMBARAN PENGESAHAN SKRIPSI .......................................................... iii LEMBARAN ASISTENSI TUGAS AKHIR PEMBIMBING I...................... iv LEMBARAN ASISTENSI TUGAS AKHIR PEMBIMBING II .................... v LEMBARAN PERYATAAN ............................................................................. vi ABSTRAK ........................................................................................................... vii KATA PENGANTAR ......................................................................................... ix DAFTAR ISI ........................................................................................................ xi DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xvi DAFTAR TABEL................................................................................................ xvii DAFTAR PUSTAKA...........................................................................................xviii BAB I .................................................................................................................... 1 PENDAHULUAN ................................................................................................ 1 1.1.Latar Belakang ................................................................................................ 1 1.2. Rumusan Masalah .................................................................................... 4 1.3. Tujuan Penelitian ..................................................................................... 5
xi
1.4. Batasan Masalah....................................................................................... 5 1.5.Manfaat Penelitian .................................................................................... 6 1.6. Metode Penelitian.....................................................................................6 BAB II .................................................................................................................. 7 TINJAUAN PUSTAKA ...................................................................................... 7 2.1.Catalyitic Converter ................................................................................. 7 2.1.1. Pengertian Catalytic Converter ...................................................... 7 2.1.2. Cara Kerja Catalytic Converter ..................................................... 8 2.1.3. Jenis – jenis Catalytic Converter....................................................9 2.2. Katalis ..................................................................................................... 12 2.2.1. Monolith Support ........................................................................... 14 2.2.2. Energi Aktivasi Dan Katalis........................................................... 15 2.2.3. Kecepatan Reaksi Untuk Reaksi Katalis Heterogen ...................... 15 2.3. Subtrac..................................................................................................... 16 2.3.1. Ceramic Pellet................................................................................ 16 2.3.2. Ceramis Honeycomb ..................................................................... 17 2.3.3. Metalic Honeycomb ...................................................................... 18 2.4.Material Katalis ........................................................................................ 18
xii
2.5. Stainless steel .......................................................................................... 19 2.5.1. Sifat fisik stainless steel ................................................................ 20 2.6. Bentuk Desain Katalis Model Spiral....................................................... 20 2.7. Perbandingan udara bahan bakar (A/F) atau AFR .................................. 21 2.8. Reaksi Pembakaran..................................................................................23 2.9. Analisa Gas Buang..................................................................................23 2.9.1. Standarisasi Emisi Internasional...................................................24 2.9.2. Karbon Monoksida ( CO )............................................................25 2.9.3. Hidrokarbon ( HC ).......................................................................25 2.9.4. Nitrogen Oksid ( NOx ).................................................................26 BAB III ................................................................................................................. 27 METODOLOGI PENELITIAN ........................................................................ 27 3.1. Merencanakan Dan Merancang Catalytic Converter.............................. 27 3.1.1. Perhitungan Dimensi .................................................................... 27 3.1.2. Desain Chasing Catalytic Converter ............................................ 27 3.1.3. Alat Dan Bahan Untuk Pembuatan Katalis ................................... 28 3.1.4. Pembuatan Katalis ......................................................................... 29 3.2.Pelaksanaan Pengujian ............................................................................. 31
xiii
3.2.1. Persiapan Pengujian ....................................................................... 31 3.2.2. Prosedur Pengujian......................................................................... 33 3.2.3.Variable Pengujian ......................................................................... 35 3.2.4. Prosedur Pengambilan Data........................................................... 35 3.2.5 Analisa Data ................................................................................... 36 3.2.6. Tempat Penelitian .......................................................................... 36 3.3. Skema Pengujian ..................................................................................... 37 BAB IV ................................................................................................................ 38 HASIL DAN PEMBAHASAN...........................................................................38 4.1. Data Hasil Pengujian ............................................................................... 38 4.1.1. Data Hasil Pengujian Gas Buang Tanpa Catalytic Converter ..... 38 4.1.2. Data Hasil Pengujian Gas Buang dengan Catalytic Converter ..... 39 4.2. Pembahasan Dan Perhitungan Data Pengujian ....................................... 39 4.2.1. Analisa Emisi Gas Buang Hidrokarbon (HC) ............................... 39 4.2.2. Analisa Emisi Gas Buang Karbon monoksida (CO)..................... 41 4.2.3. Analisa Emisi Gas Buang Karbon dioksida ( CO2) ...................... 42 4.2.4. Analisa Emisi Gas Oksigen (O2) ................................................... 44 4.2.5. Analisa Visual Terhadap Katalis setelah proses pengujian .......... 45
xiv
4.2.6. Analisa Kadar Prosentase Penurunan Emisi Gas buang Pada Katalis ................................................................................................................. 47 BAB V ..................................................................................................................48 KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................................... 48 4.1.Kesimpulan .............................................................................................. 48 4.2.Saran......................................................................................................... 48 LAMPIRAN DAFTAR PUSTAKA
xv
DAFTAR GAMBAR Gambar2.1 :Tempat Catalytic Coverter pada kendaraan bermotor .................... 8 Gambar2.2 : Single Bed Oksidasi ...................................................................... 10 Gambar2.3: Dual Bed Oksidasi........................................................................... 11 Gambar2.4 :Single Bed Three way ...................................................................... 11 Gambar2.5 :Catalytic Converter Ceramic Pellet ................................................ 17 Gambar2.6 : Catalytic Converter Ceramic honeycomb ...................................... 17 Gambar2.7 : Catalytic Converter metallic honeycomb ....................................... 18 Gambar2.8: Hubungan AFR dan Emisi Gas Buang............................................ 22 Gambar 3.1: Dimensi Chasing Catalytic Converter ........................................... 28 Gambar 3.2 : Chasing Catalytic Converter......................................................... 28 Gambar 3.3 : Proses Pemotongan kawat ............................................................. 29 Gambar 3.4: Hasil Pemotongan kawat stainless ..................................................... 30 Gambar 3.5: Proses Penggulung Berbentuk spiral .............................................. 30 Gambar 3.6: Katalis Yang sudah jadi dan siap di uji .......................................... 30 Gambar 3.7: Gas Analyzer .................................................................................. 32 Gambar 3.8: Engine Stand Yang dipergunakan .................................................. 32 Gambar 3.9 : Pengujian Tanpa Menggunakan Catalytic Converter .......................... 34 Gambar 3.10 : Pengujian Menggunakan Catalytic Converter ................................... 35 Gambar 3.11 : Skema Pengujian Emisi Gas Buang ................................................. 37 Gambar 4.1 : grafik hubungan antara Emisi HC dengan Variabel putaran ..........41 Gambar 4.2 : grafik hubungan antara Emisi CO dengan Variabel putaran......... 42 Gambar 4.3 : grafik hubungan antara Emisi CO2 dengan Variabel putaran ....... 43 Gambar 4.4 : grafik hubungan antara Emisi O2 dengan Variabel putaran.......... 44 Gambar 4.5: Katalis tampak atas setelah proses pengujian ................................ 45
xvi
DAFTAR TABEL Tabel2.1 : Pengaruh A/F pada Daya bahan bakar dan emisi .............................. 22 Tabel2.2 : standarisasi Emisi Internasional ............................................................. 24 Tabel 4.1: Data data hasil pengujian tanpa Catalytic Converter ................................ 38 Tabel 4.2 : Data data hasil pengujian dengan Catalytic Converter ............................ 39 Tabel 4.3 : Emisi Gas Buang Tanpa Catalytic Converter ................................... 46 Tabel 4.4 : Emisi Gas Buang Dengan Catalytic Converter .......................................... 47
xvii
DAFTAR PUSTAKA
Aryanto A, Razif M, 2000, study penggunaan tembaga (Cu) sebagai Catalytic Converter pada knalpot sepeda motor dua tak terhadap emisi gas CO (jurnal), Teknik Lingkungan, ITS.
Badan Pengendalian Dampak lingkungan (2002), Sumber Dan Standart Emisi Gas Buang.
Chusnul. M 2005, Study Penggunaan Katalis CuO/yAL203 sebagai Catalytic Converter Untuk Mereduksi Emisi CO, ITS, Surabaya.
Dirjen
perhubungan
darat,
2000, program
langit
biru
dan
konservasi
energi (jurnal).
Dowden D.A., atall, 1970, Catalytic Hand Book, Verlag New York, Inc
Edward F. Obret. 1973. Unternal Combution Engine And Air Polution. Harper & Row. Publisher. New York.
Heinz Heisler , 1995, advanced technology hodder headline group, London.
Heisler H., 1995, Advanced Engine Tecnology Hodder Headline Group, London.
Intisari, 1999, upaya mengurangi emisi gas buang kendaraan bermotor (jurnal).
Irawan, Bagus, Subri Muhammad. 2005. Unjuk Kemampuan Catalytic Converter Dengan Katalis Kuningan Untuk Mereduksi Gas Hydrocarbon Motor Bensin. Laporan Penelitian. UNIMUS
Irawan B. , 2003, Rancang Bangun Catalytric Converter dengan Material Substrat Tembaga (Cu) untuk Mereduksi Emisi Gas CO, Tesis MIL UNDIP
xviii
Irawan RM Bagus. 2006. Pengaruh katalis Tembaga Dan Crom Terhadap Emisi Gas
Carbonmonoksida
Dan
Hidrokarbon
Pada
Kendaraan
Motor
Bensin. Laporan Penelitian. UNIMUS.
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.
V.A.W Heller, 1995, Fundamental Motor Vehicle Technology, edisi ke-4, FIMI Stanley Thone (publisehers) Ltd.
Warju, 2006, Pengaruh Penggunaan Catalytic Concerter Tembaga berlapis Mangan Terhadap Kadar Polutan Motor Bensin Empat Langkah. Institut Teknologi Surabaya
Wisnu Arya Wardhana :"Dampak Pencemaran Lingkungan", ISBN 979-533-2511, Andi Offset, Yogyakarta, 1995
xix
