6

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Polusi Sektor Tranportasi

Meningkatnya jumlah penduduk dan taraf hidup masyarakat

menyebabkan semakin meningkatnya kebutuhan dan daya beli masyarakat

khususnya pada kendaraan bermotor. Disisi lain, meningkatnya jumlah

kendaraan bermotor berdampak langsung pada polusi udara oleh gas buang

kendaraan bermotor. Kebersihan kondisi udara adalah faktor yang sangat

penting bagi kehidupan, namun seiring perkembangan teknologi dan semakin

banyaknya kendaraan bermotor yang menyebabkan polusi udara, pembangunan

fisik kota dan pusat-pusat industri sehingga berpengaruh pada kualitas udara.

Seiring dengan itu pula beberapa alternatif sudah diterapkan salah satunya

dengan memodifikasi komponen mesin berbahan bakar bensin yang diharapkan

mampu menurunkan emisi gas karbon monoksida dan gas-gas beracun lainnya

seperti NO dan HC yang merupakan bahan logam timah yang ditambahkan

kedalam bensin berkualitas rendah untuk menambah nilai oktan.

Seiring jumlah kendaraan yang meningkat setiap tahunnya, terutama

sepeda motor semakin meningkat, dengan kata lain tingkat emisi kendaraan

akan semakin meningkat setiap tahunnya. Beberapa jenis emisi tersebut di

antaranya Karbon Monoksida (CO), Hidrocarbon (HC), Nitrogen Dioksida

(Nox) dan Sulfur Dioksida (SO2), guna untuk mengurangi tingkat emisi

tersebut bisa dilakukan dengan cara pemasangan Catalytic Converter yang

bertujuan mengurangi gas emisi bahan bakar menjadi gas yang ramah

lingkungan dan diharapkan mampu meningkatkan performa dari mesin itu

sendiri.

7

Sektor transportasi merupakan sektor yang memegang peranan penting

dalam kontribusi bahan-bahan pencemar ke udara. Dari tabel 2.1 dapat dilihat

bahwa transportasi memegang proporsi paling besar dalam masalah polutan

yaitu sebesar 88,3 juta ton/tahun dibandingkan dengan sumber polutan lainnya,

sedangkan proporsi gas pencemar terbesar adalah gas CO yaitu sebesar 69,1

juta ton/tahun.

Tabel 2.1 Sumber-Sumber polusi Udara

Sumber 106 ton / tahun

CO Partikulat SOx HC NOx

Transportasi 69.1 1.4 0.9 7.8 9.1

Pembakaran bahan

bakar 2.1 1.4 19.0 0.3 10.6

Proses industry 5.8 3.7 3.8 10.8 0.7

Pembuangan

limbah padat 2.2 0.4 0.0 0.6 0.1

Pembakaran Alami 6.2 0.9 0.0 2.4 0.2

(Sumber: Howard S. Peavy,1985)

Sedangkan dilihat dari jenis bahan bakar yang digunakan oleh kendaraan,

besarnya kontribusi emisi gas buang ditunjukkan pada table 2.2 dibawah ini :

8

Jenis Gas Buang Kontribusi Berdasarkan Jenis BBM

Bensin (%) Diesel (%)

Karbon monoksida (CO) 89,0 11,0

Hidrokarbon 73,0 27,0

NOx 61,0 39,0

SO2 15,0 85,0

Timah Hitam (Pb) 100,0 0,0

CO2 53,0 47,0

Asap 1,0 99,0

Tabel 2.2 Kontribusi Gas Buang Berdasarkan Jenis Bahan Bakar

(sumber : Pertamina Jakarta, 2001)

Dari table diatas BBM jenis bensin menyumbangkan polusi dengan tingkat

yang paling tinggi dibandingkan dengan bahan bakar Diesel. Yang mana Bahan

bakar Bensin menghasilkan Karbonmonoksida (CO) sebesar 89%, sedangkan Bahan

Bakar Diesel sebesar 11%. Hidrokarbon (HC) pada bahan bakar bensin sebesar 73,0

% dan 27,0 % pada Diesel.

2.2 Proses Terbentuknya Gas Buang

2.2.1 CO (Carbon Monoksida)

Bila karbon didalam bahan bakar terbakar dengan sempurna, akan

terjadi reaksi yang menghasilkan CO2 sebagai berikut : C + O2 → CO2

Apabila unsur oksigen udara tidak cukup, pembakaran tidak sempurna

sehingga karbon didalam bahan bakar terbakar dengan proses sebagai

berikut : C + ½ O2 → CO Emisi CO dari kendaraan banyak dipengaruhi

9

oleh perbandingan campuran udara dengan bahan bakar yang masuk ke

ruang bakar (AFR). Jadi untuk mengurangi CO, perbandingan campuran

harus dikurangi atau dibuat kurus (excess air). Namun akibatnya HC dan

Nox lebih mudah timbul serta output mesin menjadi berkurang.

Karakteristik Karbon Monoksida (CO) merupakan polutan yang tak

berwarna dan tak berbau. Karbon Monoksida merupakan racun. Apabila

CO bercampur dengan oksigen dan terhirup oleh manusia, maka CO akan

bereaksi dengan hemoglobin (Hb) yang menyebabkan kemampuan darah

untuk mentransfer oksigen menjadi berkurang.

2.2.2 HC (Hidro Carbon)

Sumber emisi HC dapat dibagi menjadi dua bagian, sebagai berikut :

1. Bahan bakar yang tidak terbakar dan keluar menjadi gas mentah.

2. Bahan bakar terpecah karena reaksi panas berubah menjadi gugusan HC

lain yang keluar bersama gas buang:

C8H18 →H + C + H

Sebab utama timbulnya HC, sebagai berikut :

1. Sekitar dinding-dinding ruang bakar bertemperatur rendah, dimana

temperatur itu tidak mampu melakukan pembakaran.

2. Missing (missfire)

3. Adanya overlaping katup (kedua katup bersama- sama terbuka) sehingga

merupakan gas pembilas/pembersih.

Karakteristik HC

a) Hidrokarbon jenuh (paraffin). Hidrokarbon jenuh umumnya tidak

berbau, mengandung efek narkotik dan menyebabkan iritasi ringan

selapur lender

10

b) Hidrokarbon tak jenuh (Olefins, Acetylenes). Hidrokarbon tak jenuh

umumnya agak berbau dan terkadang menyebabkan iritasi ringan pada

selaput lendir.

c) Hidrokarbon beraroma. Hidrokarbon jenis ini berbau, dapat meracuni

urat syaraf, pada konsumsi rendah menyebabkan iritasipada mata dan

hidung (Bosch 1988:307 dalam Hafid, L, 2016).

2.2.3 Nitrogen Oksida (NOx)

Nitrogen Oksida (NOx) dihasilkan senyawa nitrogen dan oksida

yang terkandung di udara dari campuran udara - bahan bakar. Kedua unsur

tersebut bersenyawa jika temperature didalam ruang bakar 1.800℃. 95%

dari NOx yang terdapat pada gas buangan berupa nitric oxide (NO) yang

terbentuk didalam ruang bakar, dengan reaksi kimia berikut :

N2 + O2 2NO

Nitric oxide ini selanjutnya bereaksi dengan oksigen diudara

membentuk nitrogen dioksida (NO2). Dalam kondisi normal, nitrogen (N2)

akan stabil berada diudara atmosfer sebesar hampir 80%, namun dalam

keadaan temperature tinggi (diatas sekitar 1.800℃) dan pada konsentrasi

oksigen yang tinggi, maka nitrogen bereaksi dengan oksigen membentuk

NO. pada kondisi ini maka konsentrasi NOx justru akan semakin besar

pada proses pembakaran yang sempurna.

2.3 Catalytic Converter

2.3.1 Pengertian Catalytic Converter

Catalytic Converter merupakan salah satu alternatif teknologi yang

dapat digunakan untuk menurunkan polutan dari emisi kendaraan bermotor,

khususnya untuk motor berbahan bakar bensin (Heisler, 1995). Catalytic

11

Converter berfungsi untuk mempercepat oksidasi emisi hidrokarbon (HC)

dan karbon monoksida (CO), serta mereduksi nitrogen oksida (NOx).

Tujuan pemasangan catalytic converter adalah merubah polutan-polutan

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

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

melalui reaksi kimia. Pengkonversian polutan-polutan berbahaya tersebut

tergambar pada reaksi sebagai berikut :

1. CO → CO2

2. HC → H2O + CO2

3. NOx → N2 + O2

Pada reaksi nomor 1 dan 2 terjadi reaksi oksidasi (penambahan oksigen),

sedangkan pada reaksi nomor 3 memerlukan pengeluaran oksigen

(reduksi).

Catalytic converter terdiri atas bahan-bahan yang bersifat katalis

yaitu bahan yang bisa mempercepat terjadinya reaksi kimia yang tidak

mempengaruhi keadaan akhir kesetimbangan reaksi dan komposisi kimia

katalis tersebut tidak berubah. Bahan dasar dari catalytic converter adalah

logam katalis. Logam katalis yang biasa digunakan adalah Platinum (Pt)

dan Rhodium (Rh). Alasan pemilihan bahan ini karena Platinum

mempunyai keaktifan yang tinggi selama proses oksidasi karbon

monoksida (CO) dan hidrokarbon (HC), sedangkan Rhodium sangat aktif

selama proses reduksi nitrogen oksida (NOx).

Temperatur gas buang pada mesin penyalaan cetus (Spark Ignition

Engine) bervariasi antara 300-4000C pada putaran idle, sedangkan pada

pengoperasian penuh dapat mencapai 9000C, dan temperatur yang umum

12

adalah 400-6000C. Umumnya, pengoperasian mesin penyalaan cetus pada

perbandingan campuran bahan bakar dan udara (F/A) antara 0,9-1,2.

Namun, terkadang pada kondisi pengoperasian tertentu terjadi pembakaran

pada kondisi campuran miskin atau campuran kaya yang menyebabkan

terbentuknya CO, HC, dan NOx.

Untuk diketahui bahwa oksidasi HC pada fase tanpa katalis

dibutuhkan waktu oksidasi lebih 50 m/s dan temperatur lebih dari 6000C.

Untuk oksidasi CO dibutuhkan temperatur lebih besar dari 7000C

(Heywood, 1988:616 dalam Hafid L,2016). Sedangkan pada proses

oksidasi CO dan HC serta reduksi NOx dengan katalis pada saluran gas

buang dapat terjadi pada temperatur yang lebih rendah, yaitu mulai 3000C

(Heisler, 1995:698).

Pemasangan Catalytic Converter biasanya ditempatkan diantara

saluran buang (Exhaust Manifold) dan sebelum exhaust chamber atau

silencer. Pada gambar 2.1 di bawah adalah tempat dimana Alat Catalytic

Converter dipasang di saluran pembuangan pada kendaraan bermotor.

13

Gambar : 2.1 Tempat pemasangan catalytic converter pada kendaraan bermotor.

Sumber :( http : //www.howcatalyticconverter.hmtl, diakses pada tanggal 5

agustus 2016)

2.3.2 Jenis – Jenis Catalytic Converter

Adapun jenis catalytic converter yang telah ada adalah sebagai

berikut :

1. Catalytic Converter Oksidasi

Catalytic converter oksidasi atau single bed oxidation catalytic

converter beroperasi pada keadaan udara berlebih dan mengubah HC dan

CO menjadi H2O dan CO2. Namun catalytic converter ini tidak

memberikan pengaruh terhadap NOx. Jenis ini digunakan pada mesin

diesel, karena pada daur mesin diesel tidak dihasilkan Nitrogen Oksida

(NOx). Maka daur atau prinsip kerja pada tipe ini yang terjadi hanyalah

mengoksidasi CO dan HC yang diperlihatkan pada gambar 2.2 berikut.

Gambar : 2.2 Single Bed Oksidasi Sumber :( Schafer F, 1995 )

2. Catalytic Converter Dua Jalan/ Dual Bed Oxidation

Sistem ini terdiri dari dua sistem katalis yang dipasang segaris.

Dimana gas buang pertama mengalir melalui catalytic reduksi dan

14

kemudian catalytic oksidasi. Sistem yang pertama (Bagian depan)

merupakan katalis reduksi yang berfungsi untuk menurunkan emisi NOx.

Sedangkan sistem yang kedua (bagian belakang) merupakan katalis

oksidasi yang dapat menurunkan emisi HC dan CO. Namun, sistem ini

tidak optimal dalam mengonversikan gas NOx. Terdapat dua sistem katalis

yang terpasang segaris, terdapat reaksi sebagai berikut :

a) Oksidasi karbon monoksida menjadi karbon dioksida :

2CO + O2 —–> 2CO2

b) Oksidasi senyawa hidrokarbon (yang tidak terbakar / terbakar parsial)

menjadi karbon dioksida dan air :

CxH2x+2 + [(3X+1)/2] O2 —–> xCO2 + (x+1) H2O Konverter jenis

ini secara luas dipakai pada mesin diesel untuk mengurangi senyawa

hidrokarbon dan karbon monoksida. Berikut gambar Catalytic Converter

jenis dual bed oksidation.

Gambar : 2.3 Dual Bed Oxidation Sumber : ( Schafer F, 1995 )

15

3. Catalytic Converter Tiga Jalan/ Single Bed Three Way

Sistem ini dirancang untuk mengurangi gas-gas polutan, seperti CO,

HC, NOx yang keluar dari sistem gas buang dengan cara mengubahnya

melalui reaksi kimia menjadi CO2, uap air (H2O), dan nitrogen (N2).

Terdapat tiga reaksi simultan, terdapat reaksi sebagai berikut:

a) Reaksi reduksi nitrogen oksida (NOx) menjadi nitrogen dan oksigen :

2NOx —–> xO2 + N2

b) Reaksi oksidasi karbon monoksida (CO) menjadi karbon dioksida :

2CO + O2 —–> 2CO2

c) Reaksi oksidasi senyawa hidrokarbon (HC) yang tidak terbakar menjadi

karbon dioksida dan air : CxH2x+2 + [(3x+1)/2]O2 → xCO2 +

(x+1)H2O

Ketiga reaksi ini berlangsung paling efisien ketika campuran

udara – bahan bakar (air to fuel ratio) mendekati ideal (stoikiometri)

yaitu antara 14,6 – 14,8 berbanding 1. Oleh karena itu, Catalytic

Converter sulit diaplikasikan pada mesin yang masih menggunakan

karburator untuk pemasukan bahan bakar. Catalytic Converter paling

ideal digunakan dengan mesin yang telah menggunakan closed loop

feedback fuel injection.

Berikut merupakan gambar penampang dari Catalytic Converter

jenis Tiga jalan atau Single Bed Three Way yang terlihat pada gambar

2.4 berikut.

16

Gambar : 2.4 Single Bed Three way Sumber : ( Schafer F, 1995 )

2.3.3 Cara kerja catalytic Converter

Catalytic converter membantu mengurangi emisi gas buang,

biasanya dengan menggunakan dua macam katalis dari logam yang berbeda

yang berfungsi sebagai reduction catalyst dan oksidation catalyst.

Reduction catalyst adalah langkah yang pertama converter yang

kebanyakan menggunakan platina dan rhodium untuk membantu

mengurangi emisi atau pancaran NOx, ketika sebuah molekul NO atau NO2

melewati katalisator out, katalisator menyobek atom zat lemas tersebut

keluar dari molekul dan setelah itu membebaskan oksigen ( O2 ). Atom zat

lemas mengikat atom zat lemas yang lain membentuk N2.

Contoh :

2NO N2 + O2 atau 2NO2 N2 + 2O2

Oksidasi adalah langkah yang kedua converter yang mengurangi

atau mengoksidasi hidrocarbon yang tidak terbakar pada proses

pembakaran zat tersebut diatas dengan platina atau rhodium sebagai

17

katalisator. Katalisator ini membantu menuntaskan gas sisa reaksi CO dan

hidrokarbon menjadi oksigen.

Contoh :

2CO2 + O2 2CO2

Langkah ketiga adalah suatu sistem kendali dengan ECU (Electrical

Control Unit) yang memonitori dan memberi informasi untuk

mengendalikan sistem injeksi bahan bakar kedalam ruang bakar.

2.4 Katalis

2.4.1 Pengertian Katalis

(Wilhelm & Oswald, 1895, dalam Hafid L, 2016) memberikan

definisi katalis sebagai suatu zat yang mempengaruhi kecepatan reaksi

tetapi tidak dikonsumsi dalam reaksi dan tidak mempengaruhi

kesetimbangan pada akhir reaksi. Sifat-sifat katalis adalah :

1. Komposisi kimia katalis tidak berubah pada akhir reaksi.

2. Katalis yang diperlukan dalam suatu reaksi sangat sedikit.

3.Katalis tidak mempengaruhi keadaan akhir suatu kesetimbangan reaksi.

Katalis tidak memulai suatu reaksi tetapi mempengaruhi laju reaksi.

Secara umum, kenaikan konsentrasi katalisator juga menaikkan kecepatan

reaksi. Katalisator juga menurunkan tenaga aktivasi hingga menyebabkan

kecepatan reaksi meningkat.

Katalis dapat dibedakan ke dalam dua golongan,yaitu :

1. Katalis Homogeneous (katalis pada phase yang sama)

18

Katalis ini tertuju pada proses dengan sedikitnya satu reaktan dalam

larutan yang bersifat sebagai katalis. Sebagai contoh kehomogenan katalis

adalah proses industri Oxo untuk membuat isobntil-aldehyde normal.

Reaktan terdiri dari propylene, karbon monoksida, dan hidrogen sedangkan

kobalt kompleks fase cair sebagai katalisnya.

2. Katalis Heterogeneous (katalis pada pahse berbeda, biasanya gas

pada solid)

Katalis ini terdiri lebih dari satu phase, umumnya phase katalisnya

adalah padat sedangkan reaktan dan produk adalah phase cair atau gas.

Sebagai contoh adalah pada pembuatan benzene umumnya diproduksi dari

dehidrogenerasi (dehydrogeneration) ikloheksana (diperoleh dari petroleum

kotor) dengan mengunakan katalis platinum-on-alumina.

Dengan kedua tipe katalis ini, yang paling sering digunakan adalah

katalisis heterogen. Pemisahan dengan cara sederhana maupun lengkap

campuran produk fluida dari katalis padat sangat menarik secara ekonomi,

khususnya karena banyak katalis harganya mahal dan penggunaan yang

berulang-ulang. Reaksi katalitik heterogen terjadi pada atau sangat dekat

dengan interface cair-padat.

Beberapa katalis ternama yang pernah dikembangkan diantaranya :

1. Katalis Ziegler-natta yang digunakan untuk produksi masal polietilen

dan polipropilen.

2. Proses Haber untuk sintesis anomiak, yang menggunakan besi biasa

sebagai katalis.

19

3. Converter katalitik yang dapat menghancurkan produk samping knalpot

yang paling bandel

Penggunaan katalis (catalytic converter) merupakan teknologi yang

mampu merubah zat – zat pembakaran seperti, hidrokarbon (HC), karbon

monoksida (CO), dan NOx, menjadi zat yang ramah linkungan, seperti

carbon dioksida (CO2) dan uap air (H2O) yang relatif aman terhadap

lingkungan. Umumnya Catalityc Converter yang dipakai saat ini adalah

tipe pelet dan monolitik dengan katalis berbahan logam mahal dan jarang

yaitu palladium, platinum, rhodium.

2.4.2 Energi Aktifasi dan katalis

Pada teori tabrakan, reaksi terjadi dengan cara tabrakan antara

molekul ion dari reaktan. Pada temperatur biasa molekul tidak memiliki

cukup energi dan oleh karena itu tabrakan yang terjadi tidak efektif. Akan

tetapi apabila temperatur dari sistem naik, energi kinetik dari molekul

meningkat.“ sejumlah energi minimum yang dibutuhkan untuk terjadinya

reaksi diketahui sebgai energi aktivasi ”. katalis tersebut menurunkan

energi akktifasi dari reaksi dengan menyediakan jalan baru.

2.4.3 Kecepatan reaksi untuk reaksi katalis heterogen

Proses katalis heterogen terdiri dari satu fase, yang mana pada

umumnya fase katalisnya padat sedangkan reaktan dan produk adalah fase

cair dan gas. Ketika reaksi katalis heterogen terjadi, beberapa proses kimia

harus mendapatkan tempat pada urutan yang tepat. Holigen, waston dan

20

yang lainnya telah menemukan tahapan yang terjadi pada skala mulkuler

dalam cara – cara berikut ini :

1. Transfer massa reaktan dari bagian utama fluida ke permukaan luar yang

kasar dari partikel katalis.

2. Difusi molekul atau aliran kondusen reaktan dari permukaan luar partikel

ke struktur pori bagian dalam.

3. Penyerapan kimia sekurang – kurangnya satu reaktan pada permukaan

katalis

4. Reaksi pada permukaan yang mana dapat meliputi dari permukaan

katalis.

5. Desorpsi ( secara kimia ) species teradsorpsi dari permukaan katalis.

6. Transfer produk dari pori – pori katalis di bagian dalam permukaan luar

yang kasar dari katalis oleh difusi molekul normal dan difusi kondusen.

7. Transfer massa produk dari permukaan bagian terbesar dari lapisan batas

fluida.

2.5 Substract

Di dalam Catalytic Converter terdapat substrac yang merupakan bahan

dasar dari kontruksinya yang nantinya dengan washcoat. Ada 3 jenis subtrat

yaitu : ceramic pellet, ceramic honeycomb ( monolith ) dan metallic

honeycomb.

2.5.1 Ceramic pellet

Ceramic pellet terbuat dari lapisan keramik seperti magnesium –

aluminium silikat yang tahan terhadap abrasi pada suhu tinggi sekitar 1000 ̊̊̊̊

21

C. berikut gambar 2.5 yang merupakan penampang terbelah dari Catalytic

Converter keramik pellet .

Gambar : 2.5 Catalytic Converter Ceramic pellet

Sumber : ( Heisler, 1995 )

2.5.2 Ceramic honeycomb

Ceramic honeycomb memiliki bahan yang sama dengan ceramic

pellet dan bentuknya seperti sarang lebah. Struktur dari model ini lebih

mudah pecah karena dipasang flexsibel wire mesh subtrat diantara casing

dan honeycomb. Pemasangan ini berguna untuk melindungi honeycomb

dari expansi panas thermal dan gangguan dari luar yang dapat merusak

bentuk dari honeycomb itu sendiri. Penampang dari model Catalytic

Converter Ceramic Honeycomb dapat dilihat pada gambar 2.6 sebagai

berikut.

22

Gambar : 2.6 Catalytic Converter Ceramic honeycomb

Sumber : ( Heisler, 1995 )

2.5.3 Metallic Honeycomb

Pada model metallic honeycomb mempunyai bentuk spiral yang

berguna dalam menyediakan persebaran ekspansi thermal yang

membuatnya lebih tahan lama. Catalytic ini terbuat dari bahan alumina

berpori ( Al2O3). Penampang dari catalytic converter metallic honeycomb

dapat dilihat pada gambar 2.7 dibawah ini.

Gambar : 2.7 Catalytic Converter metallic honeycomb

Sumber : ( Heisler, 1995 )

23

2.6 Material katalis

Bahan katalis bentuk padatan digunakan secara luas karena lebih

murah, mudah dipisahkan dari reaktan serta sangat mudah beradaptasi dengan

berbagai sektor. Umumnya katalis padat digunakan dalam bentuk berpori

dalam suatu cetakan. Beberapa jenis katalis padatan antara lain adalah katalis

oksida logam, katalis logam dan alloy, katalis organologam serta katalis asam

atau basa.( Green, 1997, dalam Hafid L, 2016 ).

Oksida logam transisi dan campurannya serta logam mulia diketahui

berfungsi sebagai bahan katalis untuk mempercepat reaksi oksidasi karbon

monoksida ( Bielannski, 1991, dalam Hafid L, 2016 ).

Bahan katalis dari logam mulia memiliki beberapa kekurangan maupun

kelebihan. Kelebihannya terletak pada tingkat aktivasinya yang sangat tinggi .

Kekurangannya yaitu mahal , ketersediaannya sedikit di alam , volatilitasnya

tinggi, membentuk padatan tersinter pada suhu 500̊ C serta waktu hidupnya

singkat. Oksida logam lebih banyak digunakan sebagai bahan katalis karena

ketersediaanya besar di alam, murah serta waktu hidupnya lama walaupun

aktivitasnya lebih rendah dibandingkan bahan logam mulia ( Rosyidah, 1998,

dalam Hafid L, 2016 ).

Oksida logam yang digunakan untuk Catalytic Converter diantaranya

adalah oksida tembaga (Cu). Tembaga sebagai katalis karena memiliki

aktivitas dan selektivitas yang tinggi untuk reaksi oksidasi reduksi. Tingkat

oksidasi tembaga berubah secara termodinamik antara CuO, CU2O dan CU.

Perbedaan dalam adsorpsi oksigen oleh spesies pada tingkat oksidasi tersebut

merupakan penyebab tingginya aktivitas dan selektivitas katalis tembaga

24

(Nagase, et ai, 1999 dalam Hafid L, 2016).

Tembaga adalah suatu unsur kimia dari table periodic yang memiliki

lambing Cu dan nomor atom 29, lambangnya berasal dari bahasa latin cuprum.

Tembaga merupan konduktor panas dan listrik yang baik. Selain itu unsur ini

memiliki korosi yang lambat sekali.

Tembaga adalah logam kemerahan, dengan kekonduksian elektrik dan

kekonduksian haba yang tinggi (antara semua logam-logam tulen dalam suhu

bilik, henya perak mempunyai kekonduksian lebih tinggi dari padanya).

Apabila dioksidakan, tembaga adalah besi lemah, tembaga memiliki ciri

warnanya itu oleh sebab struktur jalurnya, yaitu ia memantulkan cahaya merah

dan jingga dan menyerap frekuensi-frekuensi lain dalam spectrum tampak.

Bandingkan ciri optic ini dengan ciri optic perak, emas, dan aluminium.

Dengan semakin banyaknya jumlah lilitan Cu terdapat kecenderungan

penurunan kadar CO. (Aryanto dan Arief, 2000).

2.7 Kuningan

Kuningan (CuZn) adalah logam yang merupakan campuran dari

tembaga dan seng. Tembaga merupakan komponen utama dari kuningan, dan

kuningan biasanya diklasifikasikan sebagai paduan tembaga. Warna kuningan

bervariasi dari coklat kemerahan gelap hingga ke cahaya kuning keperakan

tergantung pada jumlah kadar seng.

Seng lebih banyak mempengaruhi warna kuningan tersebut. Kuningan

lebih kuat dan lebih keras dari tembaga, tetapi tidak sekuat atau sekeras seperti

baja. Kuningan sangat mudah untuk di bentuk ke dalam berbagai bentuk,

25

sebuah konduktor panas yang baik, dan umumnya tahan terhadap korosi dari

air garam.

Karena sifat-sifat tersebut, kuningan kebanyakan digunakan untuk

membuat pipa, tabung, sekrup, radiator, alat musik, aplikasi kapal laut, dan

casing cartridge untuk senjata api.Titik cair pada kuningan adalah tergantung

dari campuran antara tembaga dan seng yang terkandung. Untuk paduan 85%

Cu – 15%Zn mempunyai titik cair pada suhu 1150 – 1200 derajat celcius

seperti terlihat pada tabel dibawah :

Tabel 2.3 Titik cair bahan kuningan

Sumber : (http://bukankopipaste.blogspot.co.id/2013/01/cara-pembuatan-kuningan.html)

2.8 Desain Katalis Model Jaring Laba - Laba

Jaring laba-laba merupakan suatu kontruksi yang mengagumkan,

benang sutra yang dihasilkan dari laba-laba tersebut mengandung sifat lentur,

ringan dan alot, namun sangat kuat dan mempunyai sifat perekat yang

digunakan untuk menangkap mangsanya.

Bentuk jaring laba-laba yang bundar sepeti roda yang disisi dalamnya

terdapat ruji-ruji pada pola roda jaringan itu, disusul oleh susunan jaringan

http://bukankopipaste.blogspot.co.id/2013/01/cara-pembuatan-kuningan.htmlhttp://bukankopipaste.blogspot.co.id/2013/01/cara-pembuatan-kuningan.htmlhttp://4.bp.blogspot.com/-JyY9wMPLutU/UUifzYzomrI/AAAAAAAAAVU/zcO1txJDL2o/s1600/screenshot.2.jpg

26

spiral sebanyak tiga atau empat tingkat. Pada jaringan yang bermata rapat

itulah yang mengandung perekat untuk menangkap mangsa.

Penggunaan bentuk dalam desain pada katalis merupakan hal yang pasti

terjadi, karena tidak mungkin menciptakan sebuah desain tanpa menggunakan

sekurang-kurangnya satu bentuk. Bentuk sebagai salah satu elemen dalam

desain akan membantu desainer untuk mengkomunikasikan atas fungsi dan

kegunaannya dalam teknologi.

Bentuk jaring laba-laba yang rapat dan bersifat perekat ini saya

aplikasikan pada desain catalytic converter dengan tujuan agar partikel gas

buang dapat tersaring pada jaring katalis. Sehingga pada proses reduksi

pergerakan aliran panas dapat dilepaskan dengan baik dan katalitik konverter

mampu bekerja dengan maksimal.

2.9 Perbandingan udara bahan bakar (AFR)

Dalam teori Stoichiometric menyatakan, untuk 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 (

Air – Fuel Ratio ). Pada alat uji emisi yang menggunakan istilah AFR, ketika

dilakukan pengujian emisi dapat menampilkan angka yang berbeda, dimana :

• AFR = 14,7 berarti campuran ideal

Campuran dikatakan ideal yaitu campuran antara bahan bakar dan udara

sudah dalam keadaan seimbang untuk mencapai suatu pembakaran yang

sempurna.

• AFR > 14,7 berarti campuran kurus / miskin

27

Campuran kurus/ miskin yaitu Campuran bahan bakar dan udara yang mana

perbandingan jumlah bahan bakar lebih sedikit dari perbandingan normal.

• AFR < 14,7 berarti campuran gemuk / kaya

Campuran gemuk/ kaya adalah campuran bahan bakar dan udara yang mana

jumlah bahan bakar lebih banyak dari perbandingan yang normal.

• Lamda ( λ )

Untuk menyatakan perbandingan antar teori dan kondisi nyata suatu

campuran bahan bakar dan udara dinyatakan dengan Lamda ( Swisscontact,

2000 ). Secara sederhana dapat dituliskan sebagai berikut :

𝜆𝜆 =jumlah udara sesungguhnya

teori Stoichiometric

Jika jumlah udara sesungguhnya 14,7 maka :

𝜆𝜆 = 14,714,7∶1

= 1 ( Sumber : Swisscontact, 2000 )

Artinya : λ = 1 berarti campuran ideal

λ> 1 berarti campuran kurus

λ< 1 berarti campuran kaya

28

Grafik 2.1 Efisiensi perbandingan udara dengan bahan bakar (Sumber : http://digilib.unimus.ac.id/files/disk1/142/jtptunimus-gdl-padangsury-7095-3-babii.pdf di akses pada 2 Desember 2016)

Gambar diatas menjelaskan konversi tinggi (>80 - 90 %) dari CO, HC dan

NOx yang dicapai secara bersamaan. Jika AFR dibawah 14,7 gas buang

mengandung reaktan lebih mengurangi (CO dan HC) dari reaktan pengoksidasi (O2

dan NOx) dan mesin beroperasi dibawah kondisi yang kaya. Jika AFR melebihi

14,7, mesin beroperasi dibawah kondisi ramping. Reaksi reduksi dari NOx disukai

dalam kondisi kaya, sedangkan kondisi lain mendukung reaksi oksidasi katalitik dari

CO dan HC.

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

http://digilib.unimus.ac.id/files/disk1/142/jtptunimus-gdl-padangsury-7095-3-babii.pdfhttp://digilib.unimus.ac.id/files/disk1/142/jtptunimus-gdl-padangsury-7095-3-babii.pdf

29

mencari upaya penurunan emisi CO, HC dan NOx pada waktu bersamaan, apalagi

dengan mengubah campurannya saja.

2.10 Reaksi pembakaran

Proses pembakaran akan terjadi jika unsur – unsur bahan bakar

teroksidasi. Proses ini akan menghasilkan panas sehingga akan disebut sebagai

proses oksidasi eksotermis. Jika oksigen yang dibutuhkan untuk proses

pembakaran diperoleh dari udara, di mana terdiri dari 21% oksigen dan 78%

nitrogen, maka reaksi stoikiometrik pembakaran hidrokarbon murni CmHn

dapat ditulis dengan persamaan :

CmHn + n ( O2 + 3,76 N2 ) a CO2 + b H2O + 3,76n N2

Persamaan ini disederhanakan karena cukup sulit untuk memuaskan

proses pembakaran yang sempurna dengan rasio ekivalen yang tepat dari udara.

Jika terjadi pembakaran tidak sempurna, maka hasil persamaan di atas CO2

dan H2O tidak akan terjadi, akan tetapi berbentuk hasil oksidasi parsial berupa

CO, CO2 dan H2O. Juga sering berbentuk hidrokarbon tak jenuh, formaldehida

dan kadang – kadang didapat juga karbon.

Pada temperatur yang sangat tinggi, gas – gas yang tak sederhana dan

molekul – molekul dari gas dasar akan terpecah menjadi atom – atom yang

membutuhkan panas dan menyebabkan kenaikan temperatur. Reaksi akan

bersifat endotermik dan disosiasi tergantung pada temperatur dan waktu

kontak( Taufiq, FT UI, 2008 dalam Hafid L, 2016).

2.11 Bahan Bakar Pertalite

Pertalite dapat dikategorikan sebagai bahan bakar kendaraan yang

memenuhi syarat dasar ketahanan, dimana BBM ini tidak akan menimbulkan

30

gangguan serta keerusakan mesin, karena kandungan oktan 90 lebih sesuai dengan

perbandingan kompresi kebanyakan kendaraan bermotor yang ada di indonesia.

(Sumber : http://www.pertamina.com/our-business/hilir/pemasaran-dan-niaga/produk-

dan-layanan/produk-konsumen/spbu/pertalite/).

Berikut adalah standart emisi gas buang pada kendaraan bermotor berbahan

bakar diesel dan bensin berdasarkan EU emissions standart.

Tabel 2.4 standart emisi gas buang

(Sumber : Badan Pengendalian Dampak Lingkungan, 2002)

Dari table diatas berdasarkan standart euro I pada juli 1993 untuk mesin bensin

ditetapkan batas yang diperbolehkan yaitu CO sebesar 2.72 g/km, HC dan NOx 0.97

g/km. namun pada standart euro VI pada September 2015 ditetapkan batas yang

diperbolehkan yaitu CO sebesar 0.100 g/km THC sebesar 0.100 g/km dan NOx

sebesar 0.060 g/km.