BAB II TINJAUAN PUSTAKAdigilib.unimus.ac.id/files/disk1/142/jtptunimus-gdl...Zat-zat pencemar udara...

http://digilid.unimus.ac.id

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pencemaran Udara

Udara dalam keadaan normal yang belum tercemar memiliki susunan

atau komposisi tertentu, diantaranya adalah nitrogen (78.09%), oksigen

(21.94%), argon (0.93%), karbondioksida (0.03%) dan lain-lain. Udara yang

tercemar adalah udara yang komposisi zat penyusunnya mulai berubah

menjadi tidak normal. Hal tersebut disebabkan karena adanya suatu zat asing

bukan penyusun udara yang masuk ke dalam udara. (Rukaesih, 2004:56)

Berdasarkan uraian di atas definisi pencemaran udara menurut

peraturan Pemerintah No. 29 Tahun 1986 adalah masuk atau dimasukkannya

bahan-bahan atau zat-zat asing ke dalam udara yang menyebabkan perubahan

susunan (komposisi) udara dari keadaan normalnya. Zat-zat asing tersebut

mengubah komposisi udara dari keadaan normalnya dan jika berlangsung

lama akan mengganggu kehidupan manusia dan makhluk hidup lainnya.

(Rukaesih, 2004:120)

Zat-zat pencemar udara terdapat dalam bentuk gas atau partikel, kedua

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

pencemar udara 90% berbentuk gas. Bentuk-bentuk zat pencemar yang sering

terdapat dalam atmosfer, antara lain :

a. Gas : keadaan gas dari cairan atau bahan padatan

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

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

d. Awan : uap yang dibentuk pada tempat yang tinggi

e. Kabut : awan yang terdapat diketinggian yang rendah

f. Debu : padatan yang tersuspensi dalam udara dari pemecahan

bahan

g. Haze : partikel-partikel debu atau garam yang tersuspensi dalam

tetes air

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

sempurna. (Rukaesih, 2004:121)


2.1.1. Penyebab Pencemaran Udara

Pertambahan jumlah kendaraan bermotor di jalan raya semakin

meningkat, hal ini sejalan dengan semakin meningkatnya jumlah polusi

yang akan dihasilkan kendaraan bermotor. Selain kendaraan bermotor

dengan bahan bakar fosilnya, pabrik-pabrik atau industri juga ikut

berperan serta sebagai pencemar udara. (Rukaesih, 2004: 121)

Pada umumnya penyebab pencemaran udara ada 2 macam, yaitu :

a. Faktor internal (peristiwa alam), seperti :

1) Debu yang beterbangan

2) Abu dari gunung berapi berikut gas-gas vulkaniknya

3) Proses pembusukan sampah organik, dll.

b. Faktor eksternal (aktifitas manusia), seperti :

1) Hasil pembakaran bahan bakar fosil

2) Debu/serbuk hasil kegiatan industri

3) Pemakaian zat kimia yang disemprotkan ke udara.

Tabel 2.1 Sumber-sumber pencemar udara

Sumber Polutan ( ton/tahun)

CO Partikulat SOx HC NOx Total

Trasnportasi 69.1 1.4 0.9 7.8 9.1 88.3

Pembakaran bahan bakar 2.1 1.4 19.0 0.3 10.6 33.3

Proses industry 5.8 3.7 3.8 10.8 0.7 24.8

Pembuangan limbah padat 2.2 0.4 0.0 0.6 0.1 3.3

Pembakaran alami 6.2 0.9 0.0 2.4 0.2 9.7

Total 85.4 7.8 23.7 21.8 20.7 159.4

(Sumber : Peavey, 1985)


2.1.2. Pemakaian Bahan Bakar Fosil

Dampak pencemaran lingkungan tidak hanya disebabkan kegiatan

industri maupun teknologi, melainkan disebabkan pula oleh kegiatan

penunjang industri dan teknologi yaitu kegiatan transportasi dan

penyediaan listrik. Kegiatan penunjang tersebut merupakan pengguna

terbesar bahan bakar fosil baik berupa batubara maupun minyak bumi.

Perkembangan jaman semakin maju, tuntutan akan kegiatan industri

dan teknologi semakin meningkat yang menyebabkan meningkatnya

kegiatan penunjang berupa kegiatan transportasi dan penyediaan listrik.

Meningkatnya kegiatan industri, teknologi beserta kegiatan penunjang

maka meningkat pula kebutuhan akan bahan bakar fosil. Penggunaan

bahan bakar fosil yang berlebihan tanpa dikendalikan dapat

mengakibatkan berkurangnya daya dukung alam dan meluasnya dampak

pencemaran lingkungan terutama pencemaran udara. (Wardhana, 2004)

2.1.3. Komponen Pencemaran Udara dan Dampaknya

Pencemaran udara sebagian besar berasal dari gas buangan hasil

pembakaran bahan bakar fosil. Prosentase komponen pencemar udara

berasal dari sumber transportasi di Indonesia terlihat pada tabel 2.2.

Tabel 2.2 Prosentase komponen pencemar udara.

Komponen Pencemar Prosentase

CO (Carbon Monoksida) 70,50 %

NOx (Nitrogen Oksida) 8,89 %

SOx (Belerang Oksida) 0,88 %

HC (Hidrokarbon) 18,34 %

Partikel 1,33 %

Total 100 %

(Sumber : Wardhana, 2004)

Dari tabel 2.2 diperoleh kesimpulan bahwa zat CO dan HC

merupakan zat pencemar yang paling banyak (utama) dihasilkan dari emisi


gas buang transportasi di Indonesia. Komponen pencemar udara tersebut

dapat menjadi racun secara sendiri-sendiri ataupun secara bersamaan.

Berikut adalah dampak pencemar udara (CO dan HC) yang

diakibatkan oleh masing-masing komponen pencemar udara.

a) Karbon monoksida (CO)

Karbon monoksida adalah gas yang tidak berbau, tidak berasa

dan juga tidak berwarna oleh karena itu lingkungan yang telah

tercemar oleh gas CO tidak dapat dilihat oleh mata manusia. Sudah

sejak lama diketahui bahwa gas CO dalam konsentrasi tinggi dapat

menyebabkan gangguan kesehatan bahkan dapat menimbulkan

kematian.

Dampak konsentrasi gas karbon monoksida (CO) bagi

kesehatan tubuh manusia adalah gas CO yang terhisap oleh manusia

akan masuk ke dalam paru-paru kemudian melalui peredaraan darah

akan menghalangi masuknya oksigen yang dibutuhkan tubuh. Hal ini

terjadi karena gas CO bersifat racun metabolis, ikut bereaksi secara

metabolis dalam darah. (Wardhana, 2004) Ambang batas WHO gas

CO dilampui dapat mengurangi oksigen dalam darah, mengganggu hati

dan sakit kepala. CO dapat juga memperlambat refleksi dan radang

tenggorokan. (Warju, 2009)

Tabel 2.3 Pengaruh CO di udara pada kesehatan manusia.

Konsentrasi CO di

udara (ppm)

Konsentrasi COHb

dalam darah (%)

Gangguan pada

tubuh

3 0,98 Tidak ada

5 1,3 Belum begitu terasa

10 2,1 Sistem syaraf sentral

20 3,7 Panca indra

40 6,9 Fungsi jantung

60 10,1 Sakit kepala

80 13,3 Sulit bernafas

100 16,5 Pingsan – kematian

(Sumber : Wardhana, 2004)


Tabel 2.4 Pengaruh Kenaikan Kosentrasi CO Dalam Darah

Kosentrasi

CO (ppm)

Persen konvensi

O₂Hb → COHb

Pengaruh terhadap manusia

10

100

250

750

1000

2

15

32

60

66

Gangguan perasa, penglihatan

Sakit kepala, pusing, capai

Kehilangan kesadaran

Setelah beberapa jam mati

Cepat mati

(Sumber : Rukaesih, 2004)

b) Hidrokarbon (HC)

Hidrokarbon (HC) dalam jumlah sedikit tidak membahayakan

kesehatan manusia meskipun HC juga bersifat toksik. Namun, HC

dalam jumlah yang banyak dan tercampur dengan zat pencemar lain

akan berbahaya bagi kesehatan manusia karena sifat toksik di dalam

HC semakin meningkat.

HC terdiri dari dua jenis, yaitu padatan HC (partikel) dan HC

cairan. Dua jenis HC tersebut akan membentuk suatu ikatan-ikatan

baru dengan bahan pencemar lainnya yang disebut PAH (polycylic

Aromatic Hydrocarbon). PAH sangat berbahaya bagi kesehatan

manusia karena PAH yang terhirup masuk ke dalam paru-paru akan

merangsang terbentuknya sel-sel kanker. Sumber utama timbulnya

PAH adalah buangan hasil pembakaran bahan bakar fosil. (Wardhana,

2004).

Toksisitas dua buah senyawa HC aromatik yaitu Benzena

(C6H6) dan senyawa Toluena (C7H8) terhadap tubuh manusia dapat

dilihat pada tabel 2.5.


Tabel 2.5. Toksisitas Benzena dan Toluena

Senyawa HC Konsentrasi (ppm) Pengaruhnya terhadap tubuh

Benzena

100 Iritasi terhadap mukosa

3.000 Lemas (0,5 – 1 jam)

7.500 Paralysys (0,5 – 1 jam)

20.000 Kematian (5 – 10 menit)

Toluene

200 Pusing, lemas, pandangan kabur

setelah 8 jam

600

Gangguan saraf dan dapat

diikuti kematian setelah kontak

dalam waktu yang lama

(Sumber : Fardiaz, 1992)

Selain itu gas HC dapat menyebabkan iritasi mata, batuk, rasa

mengantuk dan bercak kulit. HC yang beraroma pada konsumsi rendah

dapat menyebabkan iritasi pada mata, hidung dan dapat meracuni urat

saraf. (Warju, 2009).

2.2. Proses Pembakaran Dalam Motor Bensin 4 Langkah

Yang dimaksud dengan mesin empat langkah adalah mesin untuk

menghasilkan satu siklus kerja dibutuhkan empat kali gerakan torak atau dua

kali putaran poros engkol.

Lebih jelasnya, prinsip kerja mesin empat langkah dijelaskan sebagai

berikut.

2.2.1. Langkah Hisap (Intake Stroke)

a. Katub masuk (intake valve) terbuka dan katub buang (exhaust valve)

tertutup.

b. Torak bergerak dari titik mati atas (TMA) ke titik mati bawah

(TMB). Akibatnya, ruang bakar (combussion chamber) menjadi

vakum tekanannya. Pada mesin bensin berteknologi karburator,

campuran udara bahan bakar yang berupa kabut dari karburator


masuk ke dalam silinder karena tekanannya lebih rendah dari

tekanan atmosfir (< 1 atm)

2.2.2. Langkah Kompresi (compression stroke)

a. Katub masuk dan katub buang dalam keadaan tertutup.

b. Torak bergerak dari TMB ke TMA. Pada mesin berteknologi

karburator dan EFI, campuran udara bahan bakar yang telah

dimasukkan ke dalam silinder dikompresikan ke ruang bakar

sehingga tekanan dan temperaturnya meningkat akibat volume ruang

yang dipersempit. Beberapa derajat sebelum torak mencapai TMA

(5-10°), busi (spark plug) memercikkan bunga api sehingga

campuran udara bahan bakar yang dikompresikan terbakar.

2.2.3. Langkah Ekspansi (expansion stroke)

a. Katub masuk dan katub buang masih dalam keadaan tertutup.

b. Torak bergerak dari TMA ke TMB sebagai akibat desakan dari gas

hasil pembakaran tadi.

c. Akibat dari proses pembakaran di ruang bakar, ledakan pembakaran

akan memberikan gaya tekan pada kepala torak (piston crown)

sehingga mendorong torak ke TMB.

d. Torak yang didororng dari TMA ke TMB akan memutar poros

engkol (crank shaft) sehingga akan dihasilkan torsi (torque) untuk

menggerakkan kendaraan.

e. Gas sisa hasil pembakaran diekspansikan ke volume ruangan yang

lebih besar.

2.2.4. Langkah Buang (exhaust stroke)

a. Katub masuk tertutup dan katub buang terbuka.

b. Torak bergerak dari TMB ke TMA.

c. Pada akhir ekspansi tekanan gas dalam silinder masih lebih tinggi

dari tekanan atmosfir sehingga ketika katub buang terbuka, gas sisa


hasil pembakaran segera mengalir keluar dari dalam silinder menuju

sistem pembuangan (exhaust sistem).

d. Selanjutnya gerakan torak dari TMB ke TMA akan ikut

mempercepat pembuangan gas sisa hasil pembakaran tadi.

Berakhirnya langkah torak yang keempat di atas, telah menyelesaikan

satu siklus kerja dan proses akan terus berlangsung selama mesin berjalan.

Perlu diketahui bahwa katub masuk dibuka lebih awal dan ditutup lebih akhir,

begitu juga dengan katub buang. Oleh karena itu, pada mesin empat langkah

terjadi kedua katub sama-sama terbuka (overlapping).

Prinsip kerja mesin empat langkah secara jelas dapat dilihat pada gambar 2.1

berikut ini.

Gambar 2.1 Proses Kerja Mesin 4 Langkah Otto

Terjadinya pembakaran dikarenakan ada tiga komponen yang bereaksi,

yaitu bahan bakar, oksigen dan panas, dan apabila salah satu komponen

tersebut tidak ada maka tidak akan timbul reaksi pembakaran.

Reaksi pembakaran dapat dikatakan sempurna, jika semua bensin

diasumsikan terbakar sempurna dengan perbandingan udara dan bahan bakar

14,7:1. Seperti terlihat pada gambar 2.2.


Gambar 2.2 Skema Pembakaran Sempurna pada Mesin Bensin

(Sumber : Syaharani, 2006)

Persamaan reaksi pembakaran sempurna adalah sebagai berikut :

2C8H18 + 25O2 16CO2 +18H2O ...(2.1)

C8H18 adalah bahan bakar yang digunakan adalah bensin,

kemudian oksigen (O2) dari udara. Setelah pembakaran berlangsung maka

terbentuk yang namanya gas buang yaitu karbondioksida (CO2) yang

lepas ke udara dan air (H2O). (Syahrani, A. 2006)

2.3. Siklus Aktual Motor Bensin Empat Langkah

Proses termodinamika dan kimia yang terjadi di dalam mesin

pembakaran dalam (internal combustion) khususnya motor torak sangat

kompleks untuk dianalisa secara teori diperlukan asumsi bahwa proses

tersebut berlangsung dalam keadaan ideal. Makin ideal suatu keadaan makin

mudah dianalisa, akan tetapi dengan sendirinya makin jauh menyimpang dari

keadaan yang sebenarnya. (Arismunandar, 2002, 14)

Untuk menganalisa secara teori motor bakar dipergunakan Siklus

udara volume-konstan (siklus otto) atau diagram P-V.

Gambar 2.3 Diagram Siklus Otto (Sumber : Arismunandar, 2005)

Bahan bakar + Oksigen + Panas

Pembakaran

Energi + Gas Buang


Pada kenyatannya bentuk diagram P-V dari siklus yang aktual tidak

sama dengan bentuk diagram P-V pada siklus ideal. Siklus aktual motor

bensin empat langkah tidak pernah merupakan siklus Volume Konstan seperti

terlihat pada gambar 2.3. hal ini disebabkan karena adanya penyimpangan

yang menimbulkan kerugian energi. Menurut (Arismunandar, 2005:29-30),

penyimpangan dari siklus udara ideal terjadi kerugian yang antara lain

disebabkan oleh :

1. Kebocoran fluida kerja karena penyekatan cincin torak dan katup tidak

dapat sempurna.

2. Penutupan dan pembukaan katub tidak tepat di TMA dan TMB, karena

pertimbangan dinamika mekanisme katub dan kelembaman fluida kerja.

3. Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas ideal

dengan kalor spesifik yang konstan selama proses siklus berlangsung.

4. Pada motor bakar torak yang sebenarnya, pada waktu torak berada di

TMA, tidak terdapat proses pemasukan kalor seperti pada siklus udara.

Kenaikan tekanan dan temperatur fluida disebabkan oleh proses

pembakaran bahan bakar.

5. Proses pembakaran memerlukan waktu. Jadi, tidak berlangsung

sekaligus. Akibatnya proses pembakaran berlangsung pada volume yang

berubah-ubah karena gerakan torak. Dengan demikian, proses

pembakaran harus sudah dimulai beberapa derajat sudut engkol sebelum

torak mencapai TMA dan berakhir beberapa derajat sudut engkol sesudah

torak di TMB. Jadi proses pembakaran tidak berlangsung pada volume

atau tekanan yang konstan. Selain itu pada kenyataannya tidak pernah

terjadi pembakarn sempurna. Oleh karena itu daya dan efisienya

sangatlah tergantung pada perbandingan campuran bahan bakar udara,

kesempurnaan campuran bahan bakar udara tersebut bercampur dan

timing penyalaan.

6. Terdapat kerugian kalor yang disebabkan oleh perpindahan kalor dari

fluida kerja ke fluida pendingin, terutama pada langkah kompresi,

ekspansi dan pada waktu gas buang meninggalkan silinder. Perpindahan

kalor tersebut terjadi karena perbedaan temperatur antara fluida kerja dan


fluida pendingin. Fluida pendingin diperlukan untuk mendinginkan

bagian mesin yang menjadi panas sehingga dapat mencegah terjadinya

kerusakan.

7. Terdapat kerugian energi kalor yang dibawa gas buang dari dalam

silinder ke atmosfir sekitarnya.

8. Terdapat kerugian energi karena gesekan antara fluida kerja dengan

dinding salurannya.

Berdasarkan kerugian di atas, bentuk diagram P vs v pada siklus aktual

tidak sama dengan bentuk diagram siklus ideal. Siklus aktual tidak pernah

merupakan siklus volume konstan, siklus tekanan konstan atau siklus tekanan

terbatas.

2.4. Nilai AFR dan Lambda

Perbandingan antara campuran bahan bakar dengan udara sangat

mempengaruhi emisi gas buang yang dihasilkan, untuk mengetahui kadar

emisi gas buang alat uji emisi harus dilengkapi dengan pengukuran nilai λ

(lambda) atau AFR (air-fuel-ratio) yang dapat mengindikasikan campuran

tersebut. (Swisscontact, 2000). Lamda adalah suatu perbandingan antara

kebutuhan teoritis udara dan kondisi nyata dari suatu campuran bahan bakar

dengan udara. (Warju, 2006)

Dikatakan pada teori stoichimetric, dimana membakar 1 gram bensin

dengan sempurna dibutuhkan 14,7 gram udara. Dengan kata lain

perbandingan campuran ideal adalah 14,7 : 1. Perbandingan ini disebut AFR

atau λ. Secara sederhana untuk membandingkan antara teori dan kondisi

nyata dituliskan sebagai berikut :

Jika jumlah udara sesungguhnya 14,7 maka :

λ = 14,7 / 14,7 :1

λ = 14,7 / 14,7

λ = 1


keterangan :

λ = 1 campuran ideal

λ > 1 campuran kurus atau miskin

λ < 1 campuran gemuk atau kaya

Gambar 2.4 Grafik efisiensi perbandingan udara dengan bahan bakar

(Lassi, U. 2003)

Gambar di atas menjelaskan konversi tinggi (> 80-90%) dari CO, HC

dan NOx yang dicapai secara bersamaan. Jika A / F-rasio di bawah 14,7 gas

buang mengandung reaktan lebih mengurangi (CO, HC) dari reaktan

pengoksidasi (O2, NOx) dan mesin yang beroperasi di bawah kondisi yang

kaya. Jika A / F-rasio melebihi 14,7, mesin beroperasi di bawah kondisi

ramping. Reaksi reduksi dari NOx disukai dalam kondisi kaya, sedangkan

kondisi lain mendukung reaksi oksidasi katalitik dari CO dan hidrokarbon.

Hubungan antara AFR dengan gas buang diasumsikan mesin dalam

kondisi normal dengan kecepatan konstan, pada kondisi AFR kurus dimana

konsentrasi CO dan HC menurun pada saat NOx meningkat, sebaliknya AFR

kaya NOx menurun tetapi CO dan HC meningkat. 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.


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.

Persamaan AFR dan λ dapat dilihat pada tabel 2.7 dibawah ini.

Tabel 2.6 Persamaan AFR dan Lambda (λ)

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

(Syahrani, A. 2006)

2.5. Sumber Emisi Gas Buang Kendaraan Bermotor

Emisi gas buang adalah polutan yang keluar dari hasil pembakaran

pada motor pembakaran dalam. Pembakaran yang sempurna akan mereduksi

karbon dan hydrogen menjadi CO₂ dan H₂O. Pembakaran yang terjadi tidak

selalu sempurna, pembakaran yang tidak sempurna akan menimbulkan

terbentuknya polutan berbahaya seperti karbon monoksida (CO) dan

hidrokarbon (HC).

Ada empat sumber polusi yang berasal dari kendaraan bermotor, yaitu :

a. Pipa gas buang (knalpot) adalah sumber yang paling utama (65-85%)

dan mengeluarkan hidrokarbon (HC) yang terbakar maupun tidak

terbakar, bermacam-macam nitrogen oksida (NOx), karbon monoksida


(CO) dan campuran alkohol, aldehida, keton, penol, asam, ester, ether,

epoksida, peroksida dan oksigen yang lain.

b. Bak oli adalah sumber kedua (20%) dan mengeluarkan hidrokarbon

yang terbakar maupun tidak yang dikarenakan blowby.

c. Tangki bahan bakar adalah faktor yang disebabkan oleh cuaca panas

dengan kerugian penguapan hidrokarbon mentah (5%).

d. Karburator adalah faktor lainnya, terutama saat berkendara pada posisi

stop and go (kondisi macet) dengan cuaca panas, dengan kerugian

penguapan dan bahan bakar mentah (5-10%). (Warju, 2009:111)

Gambar 2.5 Sumber emisi gas buang kendaraan bermotor

(Irawan, B. 2012)

Dapat dilihat pada tabel di bawah ini kontribusi gas buang kendaraan

bermotor tanpa kontrol emisi.

Tabel 2.7 kontribusi gas kendaraan bermotor tanpa control emisi.

Sumber Polutan CO (%) NOx (%) HC (%)

Ruang engkol 1-2 1-2 25

System bahan bakar 0 0 10

Gas buang 98-99 98-99 65

(Sumber : Arismunandar, 2005)


Standar emisi gas buang kendaraan bermotor yang telah ditetapkan

oleh pemerintah berdasarkan keputusan menteri lingkungan hidup nomor :

35/MENLH/10/1993 tanggal 15 Oktober 1993 tentang ambang batas emisi

gas buang kendaraan bermotor, nampak pada tabel 2.9 dibawah ini :

Tabel 2.8 Ambang Batas Baku Mutu Emisi

Tipe kendaraan

BBM

Baku Mutu Emisi

CO (%) HC

(ppm)

Asap (%)

Mobil Bensin 4,5 1200 -

Mobil Gas 4,5 1200 -

Mobil/Bus/Truk Solar - - 50

Sepeda Motor 4 tak Bensin 4,5 1200 -

Sepeda Motor 2 tak Bensin 4,5 1200 -

Keterangan : bahan bakar bensin dengan bilangan oktana > 87, bahan

bakar solar dengan bilangan cetana < 45

Asap : ketebalan asap

Sumber : Kep. 35/MENLH/10/1993

Sejatinya emisi gas sangat bergantung pada perbandingan bahan bakar

udara yang digunakan. Pada motor bensin yang konvensional dengan

perbandingan bahan bakar udara yang kaya, kadar NOх dalam gas buang

turun, akan tetapi kadar CO dan HC naik. Jika digunakan perbandingan bahan

bakar udara yang miskin, kadar CO dan HC turun, tetapi kadar NOх naik.

Sedangkan jika digunakan perbandingan campuran yang sangat miskin, kadar

CO dan NOх turun, tetapi kadar HC bertambah besar. Hal tersebut

disebabkan karena terjadinya kesulitan penyalaan, kecepatan pembakaran

yang rendah serta pembakaran yang tidak stabil. (Arismunandar, 2005:141)

Sejauh ini gas buang yang dihasilkan dari kendaraan bermotor sangat

menarik perhatian karena dapat mencemari udara di atmosfer, bahkan dapat

mengganggu kesehatan bagi manusia.


Gas buang yang menganggu kesehatan adalah sebagai berikut :

1. Karbon monoksida (CO)

Perbandingan bahan bakar dan udara menentukan banyaknya CO

yang dihasilkan dari gas buang kendaraan bermotor. Dengan demikian

perbandingan secara teoritis 14,7 : 1 dapat dicapai. Besarnya perbandingan

ini pada waktu motor berjalan jarang dipertahankan, karena kualitas

campuran selalu berubah-ubah dengan frekuensi putar dan pembebanan

motor.

Pada tabel di bawah ini akan dijelaskan bahwa presentase

karbonmonoksida pada motor diesel bila dibandingkan dengan motor otto

praktis diabaikan. Ini disebabkan karena motor diesel selalu bekerja

dengan udara lebih yang dapat mengakibatkan pembakaran sempurna dari

bahan bakarnya. (Arends, 1980)

Tabel 2.9. Prosentase Perbandingan CO Motor Otto dan Motor Diesel.

Bagian-bagian gas

buang

Motor Otto Motor Diesel

Jalan di

tempat

Beban

setengah

Beban

penuh

Jalan di

tempat

Beban

setengah

Beban

penuh

Air dalam bentuk

uap (H2O)

7 – 10 %

6,5-8%

10 – 11 %

9-11%

10-11 %

12-13 %

4 %

4,3%

3,9 %

4,12%

6 %

7 %

Karbonmonoksida

(CO)

2 – 6 % 3 – 5,5 % 0,2-1,4 % 0,2 % 0,1 % 0,1 %

Zat asam

Zat air (H2)

Zat nitrogen (N)

1- 1,5 %

0,5-4 %

Kira2

71%

0,5-1 %

0,2 %

Kira2

74%

0,1-0,4 %

0,1-0,2 %

Kira2

76%

14 %

-

Kira2

77%

14 %

0,1 %

Kira2

77%

10 %

-

Kira2

77%

Sumber : (Arends, 1980:73)

Berdasarkan tabel 2.4 bahwa kadar CO pada motor bensin lebih tinggi

dari pada motor diesel pada kondisi stasioner. Hal ini disebabkan karena

perbandingan campuran berkisar 13 : 1. Disebabkan pula oleh frekuensi


putaran rendah, derajat isian tidak sempurna dan tekanan kompresi yang

rendah sehingga mengakibatkan pembakaran tidak sempurna.

Tingginya prosentase zat asam dalam gas buang motor diesel terlihat

secara signifikan. Hal tersebut disebabkan oleh pemakaian udara lebih selama

pembakaran. Pada grafik di bawah ini terihat bahwa pembakaran pada

perbandingan 14,7 : 1 menghasilkan karbon monoksida menjadi nihil.

Namun, jika semakin miskin campuran maka akan meningkat presentase zat

asam. Apabila karbon di dalam bahan bakar terbakar habis dengan sempurna,

maka terjadi reaksi sebagai berikut:

C + O₂ → CO₂……. (2.3)

Namun, jika unsur oksigen (udara) tidak cukup, maka terjadi proses

pembakaran yang tidak sempurna yang menghasilkan CO seperti pada reaksi

di bawah ini.

C + ½ O₂ → CO…...(2.4)

Jumlah gas CO yang dikeluarkan oleh mesin kendaraan dipengaruhi

oleh perbandingan antara udara dan bahan bakar yang dihisap oleh mesin ke

dalam ruang bakar. Pada saat campuran kaya (kekurangan udara) emisi gas

buang CO cenderung naik. Hal ini dikarenakan atom karbon (CO) yang

berasal dari bahan bakar kekurangan oksigen (O₂) yang berasal dari udara

untuk berikatan melalui reaksi kimia di dalam ruang bakar dan berubah

menjadi karbon dioksida (CO₂). Sedangkan pada kondisi campuran miskin

(kelebihan udara) konsentrasi CO berbanding lurus dengan campuran bahan

bakar dan udara yang dihisap sehingga konsentrasi CO akan turun, karena

oksigen yang berasal dari udara cukup untuk memenuhi reaksi dengan karbon

membentuk CO₂. (Warju, 2009)


Gambar 2.6 Grafik hubungan lambda terhadap emisi CO dengan variasi

timing pengapian.

(Sumber : Irawan B, 2012)

2. Hidrokarbon (HC)

Sumber dari emisi HC adalah bahan bakar yang belum terbakar

tetapi sudah keluar bersama-sama gas buang ke atmosfer, karena bahan

bakar yang dipakai pada motor bensin terbuat dari hidrokarbon. Selain itu

disebabkan oleh pembakaran yang kurang sempurna, karena kekuarangan

oksigen sehingga ada sebagian bahan bakar yang belum terbakar dan

keluar masih dalam bentuk hidrokarbon atau juga terjadi karena

penguapan dari tangki bahan bakar dan bak oli.

Gambar 2.7 Grafik hubungan lambda terhadap emisi HC dengan variasi

timing pengapian.

(Sumber : Irawan, B. 2012)


Apabila campuran kurus, maka kosentrasi HC menjadi naik, hal

ini disebabkan kurangnya pasokan bahan bakar sehingga menyebabkan

rambatan bunga api menjadi lambat dan bahan bakar akan segera keluar

sebelum terbakar dengan sempurna dan juga pada kondisi campuran kaya

konsentrasi HC akan naik akibat dari adanya bahan bakar yang belum

bereaksi dengan udara yang dikarenakan pasokan udara tidak cukup

untuk bereaksi menjadi sempurna, sehingga ada sebagian hidrokarbon

yang keluar pada saat proses pembuangan.

Selain itu emisi gas buang hidrokarbon timbul oleh sebab-sebab

di bawah ini :

1) Dinding ruang bakar yang bertemperatur rendah sehingga

mengakibatkan HC di sekitar dinding tidak terbakar dan keluar

bersama gas buang.

2) Pembakaran yang tidak merata (ever misfire).

3) Adanya overlap intake valve (kedua katup bersama-sama membuka)

sehingga HC berfungsi sebagai gas pembilas/pembersih.

(Swisscontact, 2001)

Terdapat zat hidrokarbon dalam gas buang yang belum terbakar.

Banyaknya tergantung dari keadaan waktu berjalan seperti yang

ditunjukkan pada tabel berikut ini.

Tabel 2.10 HC dalam situasi pembakaran.

Situasi pembakaran Prosentase HC yang belum terbakar

Stasioner 17 %

Akselerasi 7 %

Kecepatan normal 13 %

Mengerem mendadak 63 %

(Sumber : Arends , B. 1980)

Situasi saat motor direm akan mencapai presentase tinggi sekali,

penyebabnya adalah kehampaan di katup gas lebih tinggi dari berputar

stasioner.


2.6. Teknologi Pengontrol Emisi

Pengontrolan emisi gas buang adalah usaha untuk membatasi atau

mengontrol emisi yang keluar dari kendaraan bermotor. Pengontrolan emisi

gas buang pada motor bensin bertujuan untuk mereduksi kosentrasi karbon

monoksida (CO), hidrokarbon (HC) pada gas buang.

Guna mereduksi emisi gas buang kendaraan bermotor tersebut terdapat

beberapa metode yang biasa digunakan antara lain :

1. Modifikasi mesin.

2. Modifikasi pada saluran gas buang.

3. Modifikasi penggunaan bahan bakar

Pada tugas akhir ini metode ke dua yang dipakai untuk mereduksi

emisi gas buang kendaraan bermotor yaitu dengan pembuatan dan

pemasangan catalytic converter pada saluran gas buang.

2.7. Gambaran Umum Catalytic Converter

2.7.1. Tabung Katalis

Tabung katalis merupakan alat untuk memasang plat katalis itu

sendiri yaitu dengan memasukkan katalis ke dalam lubang yang telah di

sesuaikan dengan ukuran plat, dipasang dengan posisi zig-zag. Jarak antara

plat katalis 1 hingga 1,5 cm dengan tujuan supaya katalis dapat menahan

gas yang keluar dengan lebih sempurna dan supaya cepat panas. Biasanya

tabung ini terbuat dari stainles stell supaya tahan terhadap korosi.

2.7.2. Katalis

Katalis (catalyst) adalah bahan yang mempercepat terjadinya reaksi

kimia yang tidak mempengaruhi keadaan akhir kesetimbangan reaksi dan

komposisi kimia katalis tersebut tidak berubah. Bisa juga dikatakan katalis

adalah suatu zat yang meningkatkan laju reaksi kimia tanpa ikut terpakai.

Katalis dapat bereaksi membentuk zat antara, tetapi akan diperoleh

kembali dalam tahap reaksi berikutnya. Di dunia industri katalis telah

digunakan secara luas, terutama pada industri kimia. Dalam dunia

otomotif, katalis juga dapat digunakan terutama untuk menangani masalah


emisi gas buang. Dalam catalytic converter, katalis yang digunakan

berupa tembaga (Cu) berlapis mangan (Mn).

2.7.3. Catalytic Converter

Menurut (Heisler, 1995) catalytic converter adalah salah satu

teknologi alternatif yang dapat digunakan untuk menurunkan polutan dari

emisi kendaraan bermotor, khususnya untuk motor berbahan bakar bensin

(Warju, 2006). Fungsi catalytic converter yaitu untuk mempercepat

oksidasi emisi hidrokarbon (HC) dan karbon monoksida (CO). Tujuan dari

pemasangan catalytic converter adalah merubah polutan-polutan

berbahaya seperti CO, HC menjadi gas yang tidak berbahaya sperti

karbondioksida (CO₂), uap air (H₂O).

(Obert, 1973) menjelaskan pengkonversian polutan-polutan

tersebut tergambar pada reaksi sebagai berikut :

1. CO CO₂……………..(2.5)

2. HC H₂O + CO₂..........(2.6) (Warju, 2006)

Reaksi di atas menunjukkan terjadinya reaksi oksidasi (penambahan

oksigen).

Gambar 2.8 Posisi penempatan catalytic converter pada sistem gas buang

(Sumber : Mursyid, M. dkk, 2003)

Bahan aktif yang digunakan untuk oksidasi CO, HC atau

pengurangan NOх (biasanya berupa logam mulia) harus dirancang agar

emisi yang didistribusikan dapat melalui luas area permukaan katalis,

sehingga karakteristik transfer massa antara fasa gas dan permukaan


katalis aktif yang cukup untuk memungkinkan hampir 100% terkonversi

menjadi gas buang yang tidak membahayakan dengan aktivitas katalitik

yang tinggi.

Catalytic converter ini terdiri dari dua bagian utama, yaitu

penyangga dan inti logam aktif yang berfungsi sebagai katalis. Bahan yang

sering dipakai sebagai inti logam aktif adalah platina (Pt), rhodium (Rh),

paladium (Pd) dan keramik monolith. Logam Pt dan Pd sangat efektif

untuk mereduksi CO dan HC, sedangkan logam Rh mampu

“menjinakkan” NOx. Paduan Rhodium (Rh) dan platina (Pt) akan

membentuk catalytic converter yang disebut Three-Way Catalyist (TWC)

yang sangat efektif mereduksi sekaligus mengoksidasi CO, NOx maupun

HC. (Ellyanie, 2011)

Logam yang diketahui efektif sebagai katalis oksidasi dan reduksi

dari yang besar sampai yang kecil adalah Pt, Pd, Ru > Mn, Cu > Ni > Fe >

Cr > Zn dan oksidasi dari logam-logam tersebut. (Dowden, 1970)

2.8. Prinsip Kerja Catalytic Converter

a. Tahap awal dari proses yang dilakukan pada Catalytic Converter adalah

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. Rumus kimianya

sebagai berikut:

2NO => N2 + O2 atau 2NO2 => N2 + 2O2. ...... (2.7)

b. Tahap kedua dari proses di dalam catalytic converter adalah oxidization

catalyst.

Proses ini mengurangi hidrokarbon yang tidak terbakar di ruang

bakar dan CO dengan membakarnya (oxidizing) melalui katalis platinum


dan palladium. Katalis ini membantu reaksi CO dan HC dengan oksigen

yang ada di dalam gas buang. Reaksinya sebagai berikut:

2CO + O2 => 2CO2...... (2.8)

c. Tahap ketiga adalah pengendalian sistem yang memonitor arus gas

buang.

Informasi yang diperoleh dipakai lagi sebagai kendali sistem

injeksi bahan bakar. Ada sensor oksigen yang diletakkan sebelum

catalytic converter dan cenderung lebih dekat ke mesin daripada

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 rasio

udara-bahan 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 manganut sistem pembakaran

konvensional (karburator) sehingga tidak dilengkapi Electronic Control

System (ECS).

Pada 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 udara-bahan bakar yang masuk ke ruang bakar tetap

pada daerah lambda yang diinginkan (λ = 1 ± 1%). Sebagai pendeteksi gas

buang digunakan sensor lambda. Sensor ini akan mendeteksi apakah

campuran lebih kaya atau lebih miskin dari λ = 1

Berikut memperlihatkan daerah operasi katalitik oksidasi dan katalitik

oksidasi. Daerah yang gelap merupakan daerah operasi sekitar λ = 1 ± 1%.


Gambar 2.9 Daerah operasi Three Way Catalytic Converter

2.9. 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. Reaksi pada permukaan katalis dapat diuraikan menurut :

2.9.1. Mekanisme Mars-Van Krevelen

Oksidasi karbon monooksida berlangsung melalui adsorpsi CO

pada katalis, diikuti terjadinya reaksi CO dengan atom O2 dari katalis

kemudian desorpsi CO2 sebagai hasil reaksi. Reaksi ini terjadi pada

permukaan bagian dalam. (Razif, M. 2005)

2.9.2. Mekanisme Langmuir-Hinshelwood

Molekul karbonmonooksida dapat mengalami kondensasi di atas

permukaan katalis dan atom oksigen berada disampingnya, selanjutnya

keduanya berinteraksi. Reaksi terjadi antara molekul oksigen dengan

molekul karbonmonooksida yang keduanya teradsorpsi di permukaan

katalis. (Razif, M. 2005)


Gambar 2.10 Mekanisme reaksi oksidasi CO menurut Langmuir-Hinshelwood

2.9.3. 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.

Gambar 2.11 Skema mekanisme reaksi oksidasi CO menurut Eley-Rideal

(Razif, M. 2005)

2.10. Tipe Catalytic Converter

Cataytic converter memiliki berbagai macam bentuk, namun secara

garis besar dapat digolongkan menjadi tiga golongan yaitu :

2.10.1. Cataytic Converter Oksidasi (Oxidation Catalytic Converter)

Catalytic jenis ini beroperasi pada keadan udara berlebih dan

mengubah HC dan CO menjadi H₂O dan CO₂. Udara berlebih yang

digunakan untuk proses oksidasi dapat melalui pengaturan campuran

miskin (λ > 1). (Irawan, B. 2003)


Gambar 2.12 Cataytic Converter Oksidasi

2.10.2. Cataytic Converter Dua Jalan (Two-way Cataytic Converter )

Sistem ini terdiri dari dua sistem katalis yang dipasang segaris.

Dimana gas buang pertama mengalir melalui catalytic reduksi dan

kemudian catalytic oksida. Sistem pertama (bagian depan) merupakan

catalytic reduksi yang akan berperan dalam menurunkan emisi NOx,

sedangkan sistem kedua merupakan kemudian catalytic oksida yang dapat

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

biasanya dioperasikan dengan campuran kaya (λ < 1). (Irawan, B. 2003)

Gambar 2.13 Two-way Cataytic Converter

2.10.3. Catalytic Converter Tiga Jalan (Three-way Cataytic Converter)

Sistem ini dirancang untuk mengurangi gas-gas polutan 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 (lamda sensor) yang dapat

mengatur nilai λ sehingga dapat berfungsi secara optimal. (Irawan, B.

2003)

Gambar 2.14 Three-way Cataytic Converter

2.10.4. Denok Catalytic Converter (Learn Burn)

Sistem ini memiliki sistem yang hampir sama dengan three-way

catalytic converter, tetapi NOx yang ada diubah pada daerah udara yang

berlebih. Catalytic converter ini memiliki efisiensi penurunan NOx hingga

50%. (Warju, 2006)

2.11. Katalis

2.11.1. Tembaga (Cu)

Tembaga merupakan salah satu unsur logam transisi yang

berwarna coklat kemerahan. Tembaga adalah salah satu dari sederetan

logam yang mempunyai termal ataupun electric conductivity terbaik.

Tembaga adalah termasuk logam mulia dengan logam yang cukup lama

dikenal manusia. Ia mempunyai sifat-sifat tahan karat non asam, mampu

mengalirkan panas serta listrik dengan baik. (Suharto, 1995)

(Ananta dan Purbianto, 1989) diketahui bahwa Cu termasuk

logam yang dapat digunakan sebagai katalis, dimana Cu memiliki elektron

terluar “d” dan termasuk unsur transisi dalam sistem periodek unsur-unsur.

(Warju, 2006)


Sifat-sifat Cu sebagai berikut :

a. Bersifat logam

b. Persenyawaannya dengan unsur lain memiliki bilangan oksidasi

positif

c. Dapat menghantarkan listrik dan panas

d. Titik didih dan titik leburnya cukup tinggi

e. Electron-elektron pada orbital d yang tidak penuh memungkinkan

untuk berpindah tempat

f. Dijelaskan (Incropera dan De Witt, 2004) bahwa sifat-sifat Cu

berdasarkan thermophisical adalah Melting point : 1358 K/1100°C,

massa jenis : 8933 kg/m³, Cp : 385 J/kg.K, kondukvisitas panas (k) :

401 W/m.K, serta difusitas panasnya (ᾰ ) : 117 x m²/s. (Warju,

2006)

2.11.2. Mangan (Mn)

Mangan merupakan salah satu unsur logam transisi golongan VII B

yang berwana putih perak. Mangan didapat dengan mereduksikan karbon

di dalam dapur pelebur. Mangan murni memiliki sifat keras dan rapuh.

Mangan seperti halnya paduan Nikel bisa membersihkan sulfur dalam

baja, meningkatnkan tegangan paduan baja, meningkatkan ketahanan

gesek. (Sunardi, 2006)

Sifat-sifat mangan sebagai berikut :

a. Mudah larut dalam asam

b. Berat jenisnya 7,4

c. Titik cairnya 1260°C

Sedangkan sifat-sifat Mn menurut (Katalog Mandel) berdasarkan

thermophisical propertinya adalah sebagai berikut : melting point 1260°C,

Boiling Point 1900°C, M = 54,94 g/mol, massa jenis 7,2 g/cm³ (20°C),

konduktivitas panas (k) : 7,82 W/m.K. (Warju, 2006)


2.12. Pelapisan Tembaga (Cu) dengan Mangan (mn)

2.12.1. Persiapan Spesimen Plat Tembaga (Cu)

Langkah awal dimulai dengan membersihkan spesimen (plat

tembaga) dari minyak maupun kotoran lain. Spesimen dibersihkan

menggunakan sikat dan kain dengan bantuan larutan degresing (larutan

sabun) yang dicampur dengan air. Perbandingannya adalah 10 : 1 (10 air :

1 degresing).

2.12.2. Persiapan Pelapisan dan Proses Pelapisan

Mangan serbuk yang bebas dari kotoran dicampurkan dengan air

menggunakan perbandingan 1 : 1 kemudian dipanaskan sampai dengan

temperatur 100 °C hingga larutan benar-benar homogen atau tercampur

dengan baik.

Siapkan tempat baru untuk mencampurkan larutan mangan yang

sudah homogen dengan tiner dengan perbandingan 1 : 1. Larutkan hingga

benar-benar tercampur merata.

Siapkan plat tembaga yang sudah kering dan bersih dari kotoran.

Semprotkan larutan mangan dengan bantuan kompresor ke seluruh

permukaan tembaga hingga larutan bisa melekat dengan baik.

2.13. Orifice Plate Flowmeter

2.13.1. Pengertian Orifice

Pengukuran aliran adalah untuk mengukur kapasitas aliran, massa

laju aliran, 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.


Concentric Orifice merupakan jenis orifice yang paling banyak

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

kemiringan 45° pada tepi bagian downstream (lihat gambar 2.12 di

bawah). 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 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 2.15 Concentric Orifice

Dilihatkan pada gambar 2.16 bahwa piranti dasar dari orifice yang

pemakaiannya disarankan oleh Organisasi Internasional untuk Standarisasi

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


2.13.2. Prinsip dan Persamaan Dasar

Pada dasarnya orifice berupa plat tipis dengan lubang di bagian

tertentu (umumnya di tengah). 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 2.17 Perubahan Kecepatan dan Tekanan melalui Meteran Penghalang

Bernouli. (White, F.M. 1986)

D d

Arah Aliran

45°-60° Sudut Lereng

Tebal pinggiran:

≤ 0,02D

Tebal plat orifice: ≤ 0.1 D

Gambar 2.16 Profil lubang plat tipis / plat Orifice

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


Beda tekanan pada manometer pipa (P1 – P2)

–

Persamaan Bernouli :

2

2

221

2

11

22gz

VPgz

VP

(2.10)

2

1

2

2

221 1

2 V

VVPP

(2.11)

Subtitusi persamaan :

2

1

2

2

221 1

2 A

AVPP

Sehingga 2V teoritis:

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 (2.13)

Dimana :

(2.14)


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 β sehingga

Untuk nilai Cd ASME merekomendasikan persamaan yang

dikembangkan oleh ISO adalah sebagai berikut.

Gambar 2.18 Berbagai Tipe Taping pada Orifice Flowmeter.

Nilai 1F dan 2F berdasar posisi tap seperti pada Gambar 2.10

adalah:

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) (2.17)


Dan teoritis adalah :

22

1

2

21

22

1

2A

A

A

PPAVmteoritis

214

2 21

PPAC

m d

BAB II TINJAUAN PUSTAKAdigilib.unimus.ac.id/files/disk1/142/jtptunimus-gdl...Zat-zat pencemar udara...

Documents

Transcript of BAB II TINJAUAN PUSTAKAdigilib.unimus.ac.id/files/disk1/142/jtptunimus-gdl...Zat-zat pencemar udara...