5

Bab II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pencemaran Udara

Udara adalah suatu campuran beberapa macam gas yang terdapat pada

lapisan yang mengelilingi bumi. Komposisi campuran gas tersebut tidak selalu

konstan(bervariasi konsentrasinya), tergantung pada suhu dan kondisi lingkungan

sekitarnya. Campuran gas tersebut adalah udara kering yang bebas bahan

pencemar dan tersusun dengan komposisi tertentu. Komposisi udara bersih dan

kering dapat dilihat pada Tabel 2.1:

Tabel2.1.Komposisi Udara Bersih dan Kering

Unsur % Volume Kandungan (ppm)

Nitrogen 78,09 780900

Oksigen 20,94 209400

Argon 0,93 9300

Karbon dioksida 0,0318 318

Neon 0,0018 18

Helium 0,00052 5,2

Kripton 0,0001 1

Xenon 0,000008 0,008

Nitrogen oksida 0,000025 0,25

Hidrogen 0,00005 0,5

Metana 0,00015 1,5

Nitrogen dioksida 0,0000001 0,001

Ozon 0,000002 0,02

Sulfur dioksida 0,00000002 0,0002

Karbon monoksida 0,00001 0,1

Amonia 0,000001 0,01

(Sumber : Wardhana,W.A, 2004)

6

Udara yang telah tercemar berbahaya bagi manusia dan hewan tetapi juga

bagi tanaman, dan bila konsentrasitinggi menyebabkannekrosis ataukerusakan

jaringan daun sehingga tidak dapat berfungsi sebagai tempat terbentuknya

karbohidrat melalui fotosintesis (Wardhana, 2004).

Menurut Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor 41 Tahun

1999 tentang Pengendalian Pencemaran Udara, udara ambien adalah udara bebas

di permukaan bumi pada lapisan troposfer yang berada di dalam wilayah yuridiksi

Republik Indonesia yang dibutuhkan dan mempengaruhi kesehatan manusia,

makhluk hidup, dan unsur lingkungan hidup lainnya sebagaimana dipaparkan di

bawah ini:

1. Kategori baik, dengan rentang 0-50.Tingkat kualitas udara yang tidakmember

efek bagi kesehatan manusia, hewan mau-pun tumbuhan.

2. Kategori sedang, dengan rentang 51-100.Tingkat kualitas udara yang tidak

member efek bagi kesehatan manusia. Tapi berpeng- aruh pada tumbuhan

yang sensitif dan nilai estetika.

3. Kategori tidak sehat, dengan rentang 101-199.Tingkat kualitas udara yang

merugikan bagi manusia atau kelompok hewan yang sensitive dan

menimbulkan kerusakan.

4. Kategori sangat tidak sehat, rentang 200-299. Tingkat kualitas udara yang

merugikan kesehatan bagi sejumlah segmen populasi.

5. Kategori berbahaya, 300-lebih. Tingkat kualitas udara berbahaya secara

umum dapat merugikan kesehatan serius pada populasi(Keputusan Menteri

Negara Lingkungan Hidup, No. 45 Tahun 1997).

Udara di alam tidak pernah ditemukan bersih tanpa adanya polutan sama

sekali. Beberapa gas seperti Sulfur dioksida (SO2), Hidrokarbon (HC), Karbon

monoksida (CO), dan sebagainya selalu dibebaskan ke udara sebagai efek dari

proses-proses alami seperti aktivitas vulkanik, pembusukan sampah tanaman,

kebakaran, dan sebagainya. Selain itu, partikel-partikel padatan atau cairan

berukuran kecil dapat tersebar di udara oleh angin, letusan vulkanik atau

gangguan alam lainnya. Selain disebabkan polutan alami tersebut, polusi udara

juga dapat disebabkan oleh aktivitas manusia (Fardiaz, 1992).

7

2.1.1 Penyebab Pencemaran Udara

Dalam keadaan normal, komposisi unsur-unsur yang terdapat di udara

ambien tidak menimbulkan gangguan bagi makhluk hidup atau benda lainnya,

tetapi bila salah satu dari unsur yang terkandung di dalamnya mengalami kenaikan

konsentrasi maka dapat menimbulkan gangguan pada makhluk hidup atau benda-

benda lainnya. Hal ini berarti telah terjadinya pencemaran udara. pencemaran

udara terjadi apabila atmosfer mengandung komposisi partikel dan gas yang dapat

membahayakan kesehatan dan kehidupan manusia, serta menimbulkan gangguan

pada kehidupan tumbuh-tumbuhan dan hewan atau benda-benda lain milik

manusia.

Sebagaimana dijelaskan pada Peraturan Pemerintah Republik Indonesia

Nomor 41 Tahun 1999 tentang Pengendalian Pencemaran Udara, pencemaran

udara adalah masuk atau dimasukkannya zat, energi dan / atau komponen lain ke

dalam udara ambien oleh kegiatan manusia, sehingga mutu udara ambien turun

sampai ke tingkat tertentu yang menyebabkan udara ambien tidak dapat

memenuhi fungsinya.Pencemaran udara pada suatu daerah dapat ditentukan secara

langsung berdasarkan intensitas sumber emisi dan pola penyebarannya di

lingkungan atmosfer, sehingga konsentrasi udara dapat berbeda dari suatu daerah

ke daerah lainnya. Hal ini berkaitan dengan kondisi meteorologi suatu daerah

seperti: sirkulasi angin, kecepatan angin, perubahan temperatur, dan tekanan

udara.

Pencemaran udara dapat disebabkan oleh berbagai jenis zat pencemar

yang dapat mempengaruhi kesehatan manusia, hewan, dan tumbuhan serta

membahayakan lingkungan sekitar. Zat pencemaran udara ini dapat berupa gas

maupun partikel (biasanya sebagai bahan-bahan partikulat). Kedua bentuk zat

pencemar itu berada di atmosfer secara simultan, tetapi seluruh zat pencemar

udara 90% berbentuk gas.

Bentuk-bentuk partikulat yang sering terdapat dalam atmosfer, yaitu:

a. Gas : keadaan gas dari cairan atau bahan padatan.

b. Embun : tetesan cairan yang sangat halus di udara.

c. Uap : keadaan gas dari zat padat volatil atau cairan.

d. Awan : uap yang dibentuk pada tempat yang tinggi.

8

e. Kabut : awan yang terdapat di ketinggian yang rendah.

f. Debu : padatan yang tersusun rapi dalam udara yang dihasilkan

daripemecahan bahan.

g. Haze : partikel-partikel debu atau garam dalam tetes air.

h. Asap : padatan dalam gas yang berasal dari pembakaran tidak

sempurna(Rukaesih, 2004:121).

2.1.2 Komponen Pencemaran Udara

Hadirnya komponen pencemar udara dan logam berat lainnya sebagai

efek samping aktivitas manusia atau pun aktivitas alamiah pada tingkat tertentu

mempunyai pengaruh dan dampak yang sangat buruk terhadap lingkungan, baik

untuk kesehatan manusia, hewan, tumbuh-tumbuhan dan lingkungan alam

(Budiyono, A. 2010).

Tabel 2.2. Prosentase komponen pencemar udara.

Komponen Pencemar Prosentase

CO (Carbonmonoksida) 70,50 %

NOx(Nitrogen Oksida) 8,89 %

SOx(Belerang Oksida) 0,88 %

HC (Hidrokarbon) 18,34 %

Partikel 1,33 %

Total 100 %

(Wardhana,W.A, 2004)

Dari tabel 2.2 di atas bahwa karbon monoksida(CO) dan

hidrokarbon(HC), pencemar yang paling banyak dihasilkan dari emisi gas buang

transportasi di Indonesia. Komponen pencemar udara tersebut menjadi racun

secara sendiri-sendiri ataupun secara bersamaan.Kegiatan transportasi mempunyai

kontribusi polusi udaraterbanyak. Setiap liter bahan bakar yang dibakar akan

mengemisikan sekitar 100 gram karbon monoksida 30 gramoksidanitrogen2,5 kg

karbon dioksida dan berbagai senyawa lainnya termasuk senyawa sulfur

(Hickman, 1999).Dampak negatif bagi kesehatan dari gaskarbon monoksida(CO)

danhidrokarbon (HC) sebagai berikut:

9

a) Karbonmonoksida (CO)

Terhisapnya gaskarbonmonoksida(CO) ke paru-paru akan menghalangi

masuknya oksigen yang sangat dibutuhkan oleh tubuh. Hal ini terjadi karena CO

mudah bereaksi dengan darah. Keracunan gasKarbon Monoksida dapat ditandai

dari keadaan mula-mula terasa pusing, sakit kepala dan mual, kondisi lebih

berat berupa menurunnya kemampuan gerak tubuh, serangan jantung sampai

kematian.

b) Hidrokarbon (HC)

Hidrokarbon(HC) terutama berperan dalam atmosfer dalam pembentukan

ozon dan fotooksidan lainnya, bersama-sama dengan adanya oksida nitrogen dan

sinar ultra violet.Gangguan pernapasan dapat timbul akibat senyawa hidrokarbon

sendiri, meliputi laryngitis, pharya dan bronchitis(Manik, 2007).

2.1.3 Upaya Mengurangi Pencemaran Udara

Upaya untuk mengurangi pencemaran udara dapat diuraikan sebagai

berikut ini:

1. Memodifikasi mesin untuk mengurangi jumlah polutan yangterbentuk.

2. Mengembangkan bahan bakar dengan tujuan mengurangi polutan.

3. Meningkatkan perawatan kendaraan bermotor dengan jalan uji emisi gas

buang setiap 6 atau 12 bulan.

4. Menghindari cara pemakaian yang justru menghasilkan polutan yang tinggi

(beberapa cara pemakaian yang salah adalah dengan melakukan trek–trek-an

di jalan raya, menambahkan pelumas pada knalpot, dan beban angkut yang

melebihi kapasitas daya angkut motor.

5. Mengembangkan sumber tenaga alternatif yang rendah polusi

6. Memperbaiki sistem pengapian (sistem pengapian kendaraan dapat

diperbaiki dengan menggunakan power ignition, EFI (Electronic Full

Injection)(I Gusti Bagus Wijaya Kusuma, 2002).

10

2.2. Emisi Kendaraan Bermontor

Inventarisasiemisimempunyaiberbagaitujuanuntukmengidentifikasi

kecenderunganpola emisi tahunan perbandinganemisi saat ini

denganmemperkirakan konsentrasi polutan ambientdenganmenggunakan

airquality models(Frey, 1997). Kendaraan bermotor yang digunakan sekarang

ini adalah penyebabpolusi.Kebanyakandari kendaraan bermotor mengubah fosil

menjadi energi mekanik dan40% energi fosil diubah menjadienergi panas yang

pada akhirnya memanaskan lingkungan (Torok, 2005).

Gas buang kendaraan bermotor merupakan sumber utama polusi udaradi

kawasan perkotaan. Emisi kendaraan bermotor disebabkan oleh perilaku

mengemudi dan kondisi lingkungan. Emisi kendaraan bermotor akan berbeda

dari satu daerah dengan daerah lainnya dikarenakan adanya perbedaan atau variasi

desain jalan raya serta kondisi lalu-lintas (Liu, dkk,2006).Polusi yang

diakibatkandaripembuanganexhaust kendaraan bermotor adalah gasdan

hidrokarbon yang diakibatkan oleh pembakaran bahan bakar tidak sempurna.

Kendaraan bermotor yang dijalankan di bawah temperatur normal akan boros

pada pemakaian bahan bakardan akan lebih banyak emisi yang dihasilkan

dibandingkan bila mesin telah panas dan bekerja sesuai temperatur

normal(Hickman, 1999).

Emisi yang dihasilkan oleh kendaraan bermotor dapat terbagi dalam

tiga kategori yaituhot emission,start emission, dan evaporation emission.

1. Hot Emissionadalah emisi yang dihasilkan selama kendaraan beroperasi pada

kondisi normal.

2. Start Emissionmerupakan emisi yang dikeluarkan oleh kendaraan hanya

padasaat kendaraan mulai berjalan.

3. Evaporation Emissiondapat terjadi dalam berbagaicara misalnya saatpengisian

bahan bakar, peningkatan temperatur harian dan lain sebagainya (Hickman,

1999).

Emisi kendaraan bermotor mengandung berbagai senyawa kimia. Gas

buang yang dikeluarkan oleh mesin dengan bahan bakar bensin maupun solar

sebenarnya memiliki kandungan gas buang yang tidak jauh berbeda

komposisinya.Komposisi dari gas buang ini bergantung kepada kondisi

11

mengemudi, jenis mesin, alatpengendali emisi bahan bakar, suhu operasi dan

faktor lain yang membuat pola emisi menjadi rumit (Hickman, 1999).Estimasi

Emisi kendaraan bermotor dilaksanakan dengansatu asumsi bahwa semua

aktivitas kendaraan bermotor adalah sama terlepas dari adanya variasi lalu

lintas dan cara mengemudi. Faktor emisi didasarkan kepada kecepatan rata-rata

dan diasumsikan di daerah perkotaan (Nesamani, dkk,2006).

2.3. Standar Emisi Euro

Standar emisi EURO bisa kita definisikan sebagai Standar gas buang

kendaraan versi eropa. Di Indonesia sendiri Standar emisi EURO baru sampai

standar EURO 3. Di Eropa sendiri tempat asal standar emisi EURO sudah sampai

EURO 5 (diterapkan sejak September 2009), dan EURO 6 (rencananya mulai

September 2015).Standar emisi EURO dapat di lihat pada tabel 2.3.

Tabel 2.3.Tanggal pelaksanaan standar Euro.

Tanggal Euro standart

1992 – 30 September 1996 Euro II

1 Oktober 2001 – 30 September 2006 Euro III

1 Oktober 2006 – 30 September 2009 Euro IV

1 Oktober 2009 Euro V

(Impacts Monitoring – Baseline Report, 2008)

Standar emisi EURO dirintis mulai tahun 1992. Tahun 1996 standar

emisi EURO 2 diperkenalkan dengan sasaran kendaraan jenis bus dan truk.

Standarisasi EURO dijalankan dengan penuh ketelitian dan dilakukan secara

bertahap. Jika standarisasi ini dijalankan secara sembarangan bisa kita bayangkan

betapa rusaknya kualitas udara kita saat ini.

Walaupun di Indonesia standar EURO sudah mencapai EURO 3, tapi

banyak sekali kendaraan pribadi atau umum yang masih dengan standar emisi

EURO 1. Standar emisi ini sangat berperan sekali dalam kelestarian lingkungan

khususnya kualitas udara.

12

2.4. Catalytic Converter

Sistem yang paling efektif untuk mengurangi emisi mesin adalah

catalytic converter ditemukan pada mobil modern dan mesin modern.Catalytic

converter terpasang dalam sistem dimana gas buang mengalir. Di dalam suatu

ruang berisi material-material katalis(Willard W. Pulkrabek, 2004).Pertama

catalytic converter digunakan padamobil platina.Katalis logam mulia yang

digunakan untuk aplikasi, dapat mengalami sintering pada suhu tinggi, yang

mengarah ke deaktivasi katalis (Kaspar et al, 2003).Platinum katalis ditemukan

menjadi katalis terbaik bagi oksidasi propana dan paladium ditemukan menjadi

katalis terbaik bagi oksidasi karbon monoksida.

Catalytic converter digunakan dalam mobil dan memerlukan desainyang

stabil, dapat menyebabkan mesin sangat rendah emisi(Ramanathan et al,

2004).Desain dan optimalisasi catalytic convertersesuatu yang menantang karena

interaksi yang kompleks antara kimia, reaksi, massa dan transfer panas.

Selanjutnya, ber eksperimen yang sulit untuk ditafsirkan karena menyangkut

rincian dari proses kimia dan fisik yang berbeda, mengambil tempat dalam model

struktur model sarang lebah. Oleh karena itu, dapat diandalkan sebagai simulasi

berfungsi dengan metode yang kuat untuk menyelidiki dan akhirnya

mengoptimalkan kinerja catalytic converter(Mladenov et al, 2010).

Catalityc converter berfungsi untuk mempercepat oksidasi emisi

hidrokarbon (HC) dan carbon monoksida (CO), serta mereduksi nitrogen oksida

(NOx). Tujuan pemasangan katalitik converter adalah merubah polutan – polutan

yang berbahaya seperti CO,HC dan NOx menjadi gas yang tidak

berbahaya,seperti carbondioksida (CO2), uap air (H2O) dan nitrogen (N2) melalui

reaksi kimia.

Laju aliran gas buang (gas flow) yang keluar dari ruang mesin menuju

lubang inlet, gas buang yang masih mengandung banyak CO, NOx dan HC

tersebut akan melewati katalis. Mekanisme reaksi katalis yaitu dengan mengubah

komposisi gas buang yang ada dengan berbagai reaksi kimia dan pertukaran ion

(Bovin,1992). Reaksi katalisasi dalam catalytic converterditunjukanpada

persamaan (2.1) sampai persamaan (2.11).

13

Reaksi Oksidasi dengan O2

CO + ½ O2 CO2 ( 2.1 )

HC + ½ O2 CO2 + H2O ( 2.2 )

HC + ½ O2 CO + H2O ( 2.3 )

H + ½ O2 H2O ( 2.4 )

Reaksi Oksidasi Reduksi dengan NO

CO + NO ½ N2 + CO2 ( 2.5 )

HC + NO N2 +CO2 +H2O ( 2.6 )

HC + NO N2 + CO + H2O ( 2.7 )

H2 + NO 1/2 N2 + H2O ( 2.8 )

H2 + 2NO N2O + H2O ( 2.9 )

5/2H2 + NO NH3 + H2O ( 2.10 )

2NO + 2NH3 + ½ O2 2N2 + 3H2O ( 2.11 )

2.5. Tipe Catalytic Converter

Cataytic converter memiliki berbagai macam bentuk, namun secara garis

besar dapat digolongkan menjadi tiga golongan yaituCataytic Converter Oksidasi,

Two-way Cataytic Converter, Three-way Cataytic Converter.

2.5.1. Cataytic Converter Oksidasi

Fungsikatalisoksidasiadalah mengubah COdanhidrokarbonmenjadi

CO2dan air dalamuapgas buang. Catalytic jenis ini beroperasi pada kendaraan

udara berlebih. Udara berlebih yang digunakan untuk proses oksidasi dapat melaui

pengaturan campuran miskin (λ > 1). Cataytic Converter Oksidasi ditujukkan

pada gambar 2.1(Irawan, B, 2003).

14

Gambar 2.1 Cataytic Converter Oksidasi

2.5.2. Two-Way Cataytic Converter

Pada sistem ini terdiri dari dua sistem katalis yang dipasang segaris

dimana gas buang akan melalui catalytic reduksi dan kemudian catalytic oksida.

Sistem pertama merupakan catalytic reduksi yang akan berperan dalam

menurunkan emisi NOx , sedangkan sistem kedua merupakan catalytic oksida

yang dapat menurunkan emisi HC dan CO. Mesin yang dilengkapi dengan sistem

ini biasanya dioperasikan dengan campuran kaya (λ < 1). Two-way Cataytic

Converterditujukkan pada gambar 2.2(Irawan, B, 2003).

Gambar 2.2Two-way cataytic converter

15

2.5.3. Three-Way Cataytic Converter

Padasistem ini three-way catayticconverterdirancang untukmengurangi

gas-gas poutan seperti CO, HC dan NOx yang keluar dari sistem gas buang

dengan cara mengubah melalui reaksi kima sehingga menjadi CO2 , uap air (H2O)

dan Nitrogen (N2). Sistem ini menggunakan kontrol (lambda sensor)yang dapat

mengatur nilai λ sehingga dapat berfungsi secara optimal. three-way cataytic

converter ditujukkan pada gambar 2.3(Irawan, B, 2003).

Gambar 2.3 Three-way cataytic converter

2.6. Nilai AFR dan λ

Emisi gas buang sangat tergantung pada perbandingan campuran bahan

bakar dengan udara, jadi untuk mengetahui kadar emisi gas buang maka alat uji

emisi dilengkapi dengan pengukur nilai λ (lambda) atau AFR (air-fuel ratio) yang

dapat mengindikasikan campuran tersebut.

Teori stoichiometric menyatakan, untuk membakar 1 gram bensin dengan

sempurna diperlukan 14,7 gram oksigen. Dengan kata lain, perbandingan

campuran ideal = 14,7 : 1. Perbandingan campuran ini disebut AFR atau

perbandingan udara dan bensin (bahan bakar). Untuk membandingkan antara teori

dan kondisi nyata, dirumuskan suatu perhitungan yang disebut dangan istilah

lambda(λ), secara sederhana, dituliskan sebagai berikut :

𝜆 =Jumlah udara sesungguhnya

Teori 𝑆𝑡𝑜𝑖𝑐ℎ𝑖𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖 (2.12)

16

Jika jumlah udara sesungguhnya 14,7 maka :

λ = 14,7 / 14,7 :1

λ = 14,7 / 14,7

λ = 1

Artinya :

λ = 1 (mengindikasikan campuran yang ideal)

λ > 1 (mengindikasikan campuran kurus atau kering, dimana udara pembakaran

berlebih)

λ < 1 (mengindikasikan campuran kaya atau basah, dimana bahan bakar berlebih)

Gambar 2.4 menerangkan konversitinggi (>80-90%) dariCO,

HcdanNoxyangdicapai secara bersamaan. JikaA/Frasio di bawah14,7gas

buangmengandungreaktanlebihmengurangi(CO,HC) darireaktanpengoksidasi(O2,

NOx) dan mesin yang beroperasidi bawah kondisiyang kaya. JikaA/Frasio

melebihi14,7mesinberoperasi di

bawahkondisiramping.ReaksireduksidariNoxdisukaidalam kondisikaya,

sedangkankondisi yang kurang mendukungreaksioksidasikatalitikdariCOdan HC.

Hubungan AFR dengan gas buang, diasumsikan mesin dalam kondisi

normal dengan kecepatan tetap, pada kondisi AFR kurus dimana konsentrasi CO

dan HC menurun pada saat NOx meningkat, sebaliknya AFR kaya NOx menurun

tetapi CO dan HC meningkat.

Gambar 2.4 Grafik efisiensi perbandingan udara dengan bahan bakar

(Lassi, U, 2003)

17

Hal ini berarti pada mesin bensin sangat sulit untuk mencari upaya

penurunan emisi CO, HC dan NOx pada waktu bersamaan, apalagi dengan

mengubah campurannya saja. Jadi pada dasarnya campuran bahan bakar dengan

udara itu harus selalu mendekati 1 untuk menjaga dari emisi gas buang yang

tinggi selain itu juga mudah untuk perawatan dan pemeliharaan

mesinnya.Selanjutnya persamaan AFR dan λ (lambda) pada tabel 2.5.

Tabel 2.5 Persamaan AFR dan Lambda (λ) (Syahrani, A, 2006)

AFR Lambda (λ) AFR Lambda (λ)

5 0,340 15 1,020

6 0,408 15,5 1,054

7 0,476 16 1,088

8 0,544 16,5 1,122

9 0,612 17 1,156

10 0,680 17,5 1,190

11 0,748 18 1,224

12 0,816 18,5 1,259

13 0,884 19 1,293

14 0,952 19,5 1,327

14,7 1,000 20 1,361

2.7. Prinsip Kerja Catalytic Converter

Tahapan–tahapan dari proses catalytic converter dibagi menjadi 3 tahap

reduction catalyst, oxidization catalyst, pengendaliansistemgas buang.

a. Reduction Catalyst

Tahap ini menggunakan platinum dan rhodium untuk membantu

mengurangi emisi NOx. Ketika molekul NO atau NO2 bersinggungan dengan

katalis, sirip katalis mengeluarkan atom nitrogen dari molekul dan menahannya.

Sementara oksigen yang ada diubah ke bentuk O2. Atom nitrogen yang

terperangkap dalam katalis tersebut diikat dengan atom nitrogen lainnya sehingga

terbentuk format N2, namun demikian pada penelitian tugas akhir ini katalis yang

akan digunakan bukanlah platinum dan rhodium melainkan menggunakan plat

18

tembaga (Cu1mm) dan plat tembaga berlapis nikel (Cu*Ni). Rumus

kimiareduction catalyst sebagai berikut:

2NO => N2 + O2 atau 2NO2 => N2 + 2O2. (2.13)

b. Oxidization Catalyst

Proses ini mengurangi hidrokarbon (HC) yang tidak terbakar di ruang

bakar dan karbonmonoksida (CO) dengan membakarnya (oxidizing) melalui

katalis. Katalis ini membantu reaksi CO dan HC dengan oksigen yang ada di

dalam gas buang. Reaksinya sebagai berikut:

2CO + O2 => 2CO2 (2.14)

c. Pengendalian Sistem Gas Buang.

Informasi yang diperoleh dipakai lagi sebagai kendali sistem injeksi

bahan bakar. Ada sensor oksigen yang diletakkan sebelum katalitik konverter dan

cenderung lebih dekat ke mesin ketimbang konverter itu sendiri. Sensor ini

memberi informasi ke Electronic Control System (ECS) seberapa banyak oksigen

yang ada di saluran gas buang. ECS akan mengurangi atau menambah jumlah

oksigen sesuai perbandingan udarabahan bakar. Skema pengendalian membuat

ECS memastikan kondisi mesin mendekati rasio stoikiometri dan memastikan

ketersediaan oksigen di dalam saluran buang untuk proses oxidization HC dan CO

yang belum terbakar(Ellyanie, 2011).

Tahapan ke 3 tidak berlaku pada penelitian tugas akhir ini. Hal ini

disebabkan engine pengujian masih menganut sistem pembakaran konvensional

(karburator) sehinga tidak dilengkapi Electronic Control System (ECS).

Gambar 2.5 memperlihatkan daerah operasi catalytic oksidasi dan.

Daerah yang gelap merupakan daerah operasi sekitarλ = 1 ± 1%.

19

Gambar 2.5Daerah operasi three way catalytic converter

(Ellyanie, 2011).

Proses pembakaran yang sebenarnya, motor bensin tidak dapat bekerja

pada daerah operasi yang sempit tersebut, maka digunakan sistem pengendalian

loop tertutup, yaitu sistem pengendalian yang menjaga komposisi campuran

udarabahan bakar yang masuk ke ruang bakar tetap pada daerah lambda (λ) yang

diinginkan (λ = 1 ± 1%). Sebagai pendeteksi gas buang digunakan sensor lamda.

Sensor ini akan mendeteksi apakah campuran lebih kaya atau lebih miskin -

dari λ = 1(Ellyanie, 2011).

2.8. Mekanisme Reaksi Catalytic Converter

Reaksi oksidasi karbonmonooksida dengan katalis campuran oksida

logam transisi dapat berlangsung dengan menggunakan oksigen sebagai oksidator.

Reaksi tersebut dapat berlangsung pada permukaan katalis oksida logam

tersebut.Mekanisme reaksi pada permukaan katalis dapat diuraikan

menurutmekanisme Mars-Van Krevelen, mekanisme Langmuir-Hinshelwood dan

mekanisme Eley-Rideal(Razif, M, 2005).

2.8.1. Mekanisme Mars-Van Krevelen

Oksidasi karbon monooksida berlangsung melalui adsorpsi CO pada

katalis, diikuti terjadinya reaksi CO dengan atom O dari katalis kemudian desorpsi

CO2 sebagai hasil reaksi. Reaksi ini terjadi pada permukaan bagian dalam.

20

2.8.2. Mekanisme Langmuir-Hinshelwood

Molekul karbonmonooksida dapat mengalami kondensasi di atas

permukaankatalis dan atom oksigen berada disampingnya, selanjutnya keduanya

berinteraksi. Reaksi terjadi antara molekul oksigen dengan molekul

karbonmonooksida yang keduanya teradsorpsi di permukaan katalis. Mekanisme

reaksi oksidasi CO menurut Langmuir-Hinshelwood ditunjukan pada gambar

2.5.(Razif, M, 2005).

Gambar 2.6Mekanisme reaksi oksidasi CO menurut Langmuir-Hinshelwood

2.8.3. Mekanisme Eley-Rideal

Hanya oksigen teradsorpsi pada permukaan katalis, sedangkan karbon

monoksida dapat mengalami ikatan dengan oksigen selama proses tumbukan.

Mekanisme ini terlihat pada gambar 2.6(Razif, M, 2005).

Gambar 2.7 Skema mekanisme reaksi oksidasi CO menurut Eley-Rideal

21

2.9. Prinsip Dasar Electroplating

Kita mengenal istilah anoda, katoda, larutan elektrolit. Ketiga istilah

tersebut digunakan seluruh literatur yang berhubungan dengan pelapisan material

khususnya logam dan diilustrasikan seperti pada gambar 2.8.

1. Anoda adalah terminal positif, dihubungkan dengan kutub positif dari sumber

arus listrik. Anoda dalam larutan elektrolit ada yang larut dan ada yang tidak.

Anoda yang tidak larut berfungsi sebagai penghantar arus listrik saja,

sedangkan anoda yang larut berfungsi selain penghantar arus listrik, juga

sebagai bahan baku pelapis.

2. Katoda dapat diartikan sebagai benda kerja yang akan dilapisi, dihubungkan

dengan kutub negatif dari sumber arus listrik.

3. Elektrolit berupa larutan yang molekulnya dapat larut dalam air dan terurai

menjadi partikel-partikel yang bermuatan positf atau negatif.

Karena electroplating adalah suatu proses yang menghasilkan lapisan tipis logam

di atas permukaan logam lainnya dengan cara elektrolisis, maka perlu kita ketahui

skema proses electroplating tersebut.

2.10. Skema Proses Electroplating

Perpindahan ion logam dengan bantuan arus listrik melalui larutan

elektrolit sehinnga ion logam mengendap pada benda padat yang akan dilapisi.

Ion logam diperoleh dari elektrolit maupun berasal dari pelarutan anoda logam di

dalam elektrolit. Pengendapan terjadi pada benda kerja yang berlaku sebagai

katoda. Langkah awal dengan membersihkan spesimen dari minyak maupun

kotoran lain. Spesimen dibersihkan menggunakan sikat dan kain dengan bantuan

larutan degresing yang dicampur dengan air. Perbandingannya adalah10 : 1

(10 air : 1 degresing).

Dengan adanya hal tersebut akan terbentuk endapan pada katoda yang

berupa berat lapisan.Prinsip kerja electroplating sama dengan proses elektrolisator

yang merupakan suatu rangkaian yang terdiri dari rectifier (sumber arus searah),

anoda, katoda (benda kerja), larutan elektrolit (Saleh, A, Arsianto, 1995 : 10).

22

Gambar 2.8 Proses nikel (Electroplating)

2.11. Orifice Plate Flowmeter

Berbagai jenis flowmeters tersedia hanya untuk sistem tertutup seperti

perpipaan. Secaraumum, peralatan ini dapat diklasifikasikan sebagai differential

pressure, positive displacement, andvelocity.

2.11.1. Pengertian Orifice

Pengukuran aliran adalah untuk mengukur kapasitas aliran, laju aliran

massa, volume aliran. Pemilihan alat ukur aliran tergantung pada ketelitian,

kemampuan pengukuran, harga, kemudahan pembacaan, kesederhanaan dan

keawetan alat ukur tersebut. Dalam pengukuran fluida termasuk penentuan

tekanan, kecepatan, debit, gradien kecepatan, turbulensi dan viskositas. Terdapat

banyak cara melaksanakan pengukuran-pengukuran.

Orifice adalah salah satu alat pengukur aliran fluida yang menghasilkan

perbedaan tekanan udara untuk menentukan laju aliran masa dari

aliran.concentricorifice merupakan jenis orifice yang paling banyak

digunakan.Profil lubang orifice ini mempuyai takik (bevel) dengan kemiringan

45° pada tepi bagian downstreamseperti gambar 2.9 dan 2.10. Hal ini akan

mengurangi jarak tempuh dari aliran tersebut mengalami perbedaan tekanan

melintang. Setelah aliran melewati orifice akan terjadi penurunan tekanan dan

kemudian mencoba kembali ke tekanan semula tetapi terjadi sedikit tekanan yang

23

hilang permanen (permanent pressure-loss) sehingga perbedaan tekanan upstream

dan downstream tidak terlalu besar.

Perbandingan diameter orifice dan diameter dalam pipa dilambangkan

dengan “β”. Orifice jenis ini memiliki ketentuan untuk nilai β = d / D yaitu antara

0.2-0.7 karena akurasinya akan berkurang untuk nilai diluar batas

tersebut(Retrieved 08 April, 2013).

Gambar 2.9Concentric Orifice

Gambar 2.10 memperlihatkan piranti dasar dari orfice yang pe-

makaiannya disarankan oleh Organisasi Internasional untuk Standarisasi

(ISO)(White, F. M. 1986).

Tebal platorifice: ≤ 0.1 D

D d

Arah Aliran

45°-60° Sudut Lereng

Tebal pinggiran:

≤0,02D

Gambar 2.10Profil lubang plat tipis / plat Orifice

(Victor L Streeter, E. B. W, 1995.)

24

2.12. Prinsip dan Persamaan Dasar

Pada dasarnya orifice berupa plat tipis dengan lubang di bagian tertentu

(umumnya di tengah)Gambar 2.11Perubahan kecepatan dan tekanan melalui

meteran penghalang Bernoulli. Fluida yang mengalir melalui pipa ketika sampai

pada orifice akan dipaksa untuk melewati lubang pada orifice. Hal itu

menyebabkan terjadinya perubahan kecepatan dan tekanan. Titik dimana terjadi

kecepatan maksimum dan tekanan minimum disebut vena contracta. Setelah

melewati vena contracta kecepatan dan tekanan akan mengalami perubahan lagi.

Dengan mengetahui perbedaan tekanan pada pipa normal dan tekanan pada vena

contracta, laju aliran volume dan laju aliran massa dapat diperoleh dengan

persamaan bernoulli dan persamaan kontinuitas.

Gambar 2.11Perubahan kecepatan dan tekanan melalui meteran penghalang

Bernoulli(White, F. M, 1986).

Beda tekanan pada manometer pipa (P1 – P2)

P1 – P2 = ρhg . g. ∆h (2.15)

Persamaan Bernouli :

2

2

221

2

11

22gz

VPgz

VP

(2.16)

2

1

2

2

221 1

2 V

VVPP

(2.17)

25

Subtitusi persamaan :

2

1

2

2

221 1

2 A

AVPP

Sehingga 2V teoritis :

𝑉2 = 2(𝑃1−𝑃2)

𝜌 . 1−𝛽4 (2.18)

Persamaan Kontinuitas :

CV CSAdVd

t

.0

2221110 AVAV

2211 AVAV

4

1

2

2

1

2

2

2

1

D

D

A

A

V

V (2.19)

Dimana :

𝑄1 = 𝑄2

𝑉1𝐴1 = 𝑉2𝐴2

𝑉1 = 𝑉2𝐴2

𝐴1

𝑉1 = 𝑉2𝛽2 (2.20)

𝑉1 = 𝑉2 𝐷2

𝐷1

2

𝑅𝑒 = 𝜌 𝑉1𝐷1

𝜇 =

𝑉1𝐷1

𝛾 (2.21)

Persamaan diatas kurang akurat karena diabaikan bebeperapa faktor

seperti gaya gesek, oleh karena itu untuk mengurangi ketidaksesuaian tersebut

ditambahkan satu koefisien baru yaitu Cd (discharge coefficient), dan 𝐷2/𝐷1 = β

sehingga 𝐴2/𝐴1 2 = 𝐷2/𝐷1

4 = 𝛽4

Untuk nilai Cd ASME merekomendasikan persamaan yang di -

kembangkan oleh ISO adalah sebagai berikut.

26

𝐶𝑑 = 0,5959 + 0,0312 𝛽2,1 − 0,184𝛽2,1 + 91,71 𝛽2,5𝑅𝑒1−0,75 +

0,09𝛽4

1 − 𝛽4𝐹1

− 0,0337𝛽3𝐹2 (2.22)

Gambar 2.12 Berbagai tipe taping pada Orifice Flowmeter.

Nilai 1F dan 2F berdasar pada posisi tap seperti pada Gambar 2.14 adalah

sebagai berikut:

Corner taps : 1F =0 2F =0

D; 1/2D taps : 1F =0,4333 2F =0,47

Flange taps : 1F =1/D (in) 2F =1/D (in) (2.23)

Dan 𝑚 teoritis adalah :

22

1

2

2122

1

2A

A

A

PPAVmteoritis

214

2 21

PPAC

m d

𝑚 =𝐶𝑑𝛽 𝜋 (𝑑)2

1− 𝛽4 2 𝜌 (𝑃1 − 𝑃1) (2.24)