MAKALAH

EMISION CONTROL SYSTEM

Disusun Oleh :

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG

2010/2011

PENDAHULUAN

• Atmosfir bumi atau udara terdiri dari dua gas utama yaitu oksigen (O2)

sekitar 21 % dan nitrogen (N2) sekitar 78% serta sisanya 1% terdiri dari

bermacam-macam gas diantaranya adalah carbon dioksida dan argon.

• Disamping argon dan carbon dioksida, masih banyak gas/zat yang

dihasilkan manusia seperti carbon monoksida (CO), hidro carbon (HC),

nitrogen oksid (NOx) dan sulfur dioksida (Sox).

• Sedangkan zat yang dihasilkan oleh kendaraan bermotor (mobil) dapat

dibagio menjadi 3 macam yaitu : CO,HC dan NOx. Gas ini sangat

mengganggu pernapasan, dan berbahaya terhadap manusia, binatang

dan tanaman.

• Ada 3 sumber CO, HC dan NOx , yaitu : gas buang, blow-by gas dan uap

bahan bakar.

POKOK PERMASALAHAN

.Gas Carbon Monoksida

• Gas CO dihasilkan oleh pembakaran yang tidak sempurna akibat dari

kekurangan oksigen pada pembakaran (campuran gemuk). Walaupun

secara teori tidak terdapat CO pada campuran yang kurus akan tetapi

pada kenyataannya CO juga dapat dihasilkan pada campuran yang

kurus karena pembakaran tidak merata karena distribusi bensin yang

tidak merata di dalam ruang bakar, juga karena temperature di

sekeliling silinder rendah sehingga api tidak dapat mencapai daerah ini

pada ruang bakar.

• Konsentrasi (perbandingan volumetric) dari CO dalam gas buang pada

umumnya ditentukan oleh perbandingan udara dan bensin. Di bawah ini

ditunjukkan perubahan konsentrasi terhadap perubahan perbandingan

udara dan bensin. Campuran yang semakin kurus akan menghasilkan

CO yang semakin rendah.

Nitrogen Oksid

• Nitrogen oksid terjadi karena reaksi molekul nitrogen dengan oksigen

pada temperature yang tinggi (1800o C). dengan demikian NOx

terbentuk selama berlangsungnya pembakaran yang sempurna, karena

pada pembakaran yang sempurna akan menghasilkan panas yang

maksimal.

• Bila temperature tidak naik sampai diatas 1800o C, kemudian nitrogen

dan oksigen dibuang ketika langkah buang tanpa bergabung membentuk

NO.

• Dengan demikian factor yang mempunyai efek terbesar terhadap

timbulnya NOx selama proses pembakaran adalah temperature

maksimum di ruang bakar dan perbandingan udara dan bensin.

• Jalan terbaik untuk mengurangi NOx adalah dengan mencegah

temperature di ruang bakar mencapai 1800o C atau memperpendek

waktu dalam mencapai temperature tinggi, kemungkinannya adalah

menurunkan konsentrasi oksigen.

• Konsentrasi Nox paling besar dihasilkan pada perbandingan udara dan

bensin 16:1, perbandingan di atas atau di bawah nilai tersaebut akan

menghasilkan Nox yang lebih rendah. Konsentrasi Nox pada campuran

kaya (< 16:1) akan rendah karena konsentrasi oksigen rendah,

sedangkan untuk campuran yang lebih kurus, pembakarannya lebih

lambat sehingga menghambat kenaikan temperature di ruang bakar

sampai tingkat maksimumnya.

Pemanasan

• Waktu pemanasan adalah dari mesin dihidupkan dalam kondisi dingin

sampai mesin mencapai temperature kerja. Dalam kondisi dingin bensin

tidak dapat menyerap dengan sempurna sehingga campuran menjadi

gemuk dan pembakaran menghasilkan CO dan HC yang banyak. Air

fuel ratio berkisar 5~14:1

Idling

• Selama idling, temperature di ruang baker rendah sehingga bensin

belum sempurna menguap. Untuk menjaga agar putaran idling stabil

maka diperlukan suplai bensin tambahan (memperkaya campuran).

Produksi CO dan HC akan meningkat disebabkan pembakaran yang

tidak sempurna, sedangkan produksi NOx akan berkurang sampai nol

karena temperature pembakaran yang masih rendah.

Saat Kecepatan Rendah

• Pada kecepatan rendah dan sedang, perbandingan udara dan bensin lebih

kurus dari perbandingan teoritis. Mesin sudah memproduksi CO, HC dan

NOx.

Saat Kecepatan Tinggi

• Apabila kecepatan mobil lebih dari 100 km/jam, mesin menghasilkan output

yang tinggi dan air fuel ratio menjadi lebih gemuk dari nilai teoritis untuk

mencapai tenaga yang diinginkan. Produksi CO dan HC akan naik, tetapi

NOx tidak berkurang karena bertambahnya temperature sekalipun pada

campuran gemuk.

Akselerasi/Percepatan

• Apabila throttle valve dibuka mendadak maka akan ada suplai bensin

murni ke ruang baker yang akan memperkaya campuran. Pada kondisi

ini produksi CO dan HC akan meningkat. Selanjutnya karena kecepatan

mesin bertambah maka kecwepatan pembakaran juga meningkat,

menyebabkan temperature akan naik dan meningkatkan produksi NOx.

Deselerasi/Perlambatan

• Saat engine brake, throttle valve akan menutup rapat sehingga

meningkatkan kevacuuman di ruang bakar dan intake manifold.

Kevacuuman ini akan menurunkan kecepatan rambat api, dan

menyebabkan api padam sebelum merambat ke seluruh ruang bakar.

Kondisi ini akan meningkatkan produksi HC di gas buang. Selain itu

dengan berkurangnya oksigen yang masuk maka campuran akan

menjadi gemuk yang dapat meningkatkan kadar CO pada gas buang.

Dengan tidak adanya (berkurangnya) pembakaran, maka temperature

ruang bakar akan turun sehingga produksi NOx juga akan rendah.

Beban Berat

• Bila kendaraan mendapat beban berat (mendaki) maka system pengaya

akan bekerja, sehingga campuran udara dan bensin menjadi gemuk

sekali. Pada kondisi ini produksi CO dan HC akan naik sedangkan

produksi NOx akan turun.

PEMBAHASAN

PCV (Positive Crankcase Ventilation)

• 70% sampai 80% blow-by gas yang terdapat di dalam crankcase adalah

gas yang tidak terbakar (HC), sedangkan sisanya 20% sampai 30%

terdiri atas hasil tambahan adri pembakaran (uap air dan berbagai jenis

asam). Semuanya dapat merusak oli mesin, menghasilkan Lumpur atau

menyebabkab karat di dalam crankcase. Untuk mencegahnya maka

blow-by gas dikeluarkan ke intake manifold untuk kemudian disalurkan

kembali ke ruang baker untuk dibakar kembali.

• Banyaknya blow-by gas lebih tergantung dari vacuum intake manifold

dan atau beban mesin daripada kecepatan mesin. Oleh karena itu

apabila dari cylinder head cover ke intake manifold hanya dihubungkan

dengan pipa, hasilnya tidak efektif. Karena beban ringan kevacuuman

pada intake manifold kuat sedangkan produksi blow-by gas sedikit,

sedangkan pada beban berat kevacuuman di intake manifold rendah

sedangkan blow-by gas yang dihasilkan banyak.

• Oleh karena itu katup PCV dipasangkan diantara cylinder head cover

dengan intae manifold, untuk mengatur jumlah blow-by gas yang masuk

ke intake manifold untuk dibakar kembali sesuai dengan vacuum intake

manifold.

Idling atau Perlambatan

• Pada saat idling kevacuuman di intake manifold besar sehingga katup

PCV terangkat (terbuka). Blow-by gas yang mengalir ke intake sedikit

Karena saluran di katup PCV sempit

Normal

• Kevacuuman di intake manifold normal, katup sedikit turun

dari posisi idling, saluran terbuka semakin lebar.

Percepatan atau Beban Berat

Kevacuuman di intake manifold kecil, katup PCV semakin turun,

saluran terbuka penuh, semakin banyak blow-by gas yang mengalir

ke intake manifold.

Grafik PCV

• Pada grafik di samping terlihat bahwa jumlah blow-by gas yang

dialirkan oleh katup PCV pada beban berat sangat kecil, walaupun

jumlah gas yang dihasilkan cukup besar. Oleh karena itu apabila jumlah

blow-by gas diluar kemampuan katup PCV untuk mengalirkan ke intake

manifold, maka blow-by gas juga disalurkan dari saringan udara

melalui pipa penyambung saringan udara ke cylinder head cover.

EVAPORATIVE CONTROL SYSTEM

• EVAP control system berfungsi mencegah pengeluaran uap bensin yang

berlebihan dan semaksimal mungkin dapat dimanfaatkan untuk

pembakaran kembali. Pada saat kendaraan berjalan atau temperature

udara tinggi, maka bensin di dalam tanki akan menguap. Uap bensin

tersebut dapat menekan pressure control valve, sehingga uap terhisap

oleh canister.

EGR (Exhaust Gas Recirculating)

EGR system berfungsi untuk mengontrol pembentukan gas NOx pada gas

buang. NOx terbentuk karena meningkatnya temperature pada ruang bakar.

EGR system bekerja untuk mengalirkan kembali gas buang ke ruang bakar

melalui intake manifold, untuk memperkurus campuran udara bensin sehingga

temperature ruang bakar akan turun dan pembentukan gas NOx dapat dicegah

CATALYTIC CONVERTER

Catalist adalah suatu zat yang menimbulkan reaksi kimia yang zat itu sendiri

tidak berubah bentuk maupun beratnya. Sebagai contoh apabila HC,CO dan

NOx dipanaskan dengan oksigen sampai 500o C, tidak terjadi reaksi kimia.

Akan tetapi apabila pemanasan tersebut berlangsung di catalyst maka akan

terjadi reaksi kimia dan gas ini berubah menjadi CO2,H2O dan N2 yang

• Pada umumnya catalyst terbuat dari platinum, palladium, iridium,

rhodium dan lain-lain. Catalyst ditempelkan pada permukaan carrier

agar permukaan yang terkena gas buang bertambah.

• Apabila kendaraan sudah menggunakan catalyst, maka harus selalu

menggunakan bensin yang tidak mengandung timah karena apabila

menggunakan bensin yang mengandung timah, permukaan catalyst akan

terlapisi timah dan menjadi tidak efektif lagi.

• Seperti terlihat pada grafik bahwa ternyata catalyst akan bekerja

maksimal apabila temperature catalyst di atas 400o C. Artinya catalyst

tidak bekerja dengan maksimal pada temperature di bawah 400o C.

• Purification rate digunakan sebagai ukuran bila perbandingan gas polusi

di dalam gas buang yang dapat dirubah menjadi gas non pulosi.

Ada 3 system catalytic converter, yaitu :

• System Oxidation Catalyst (OC)

• System Three-Way Catalyst (TWC)

• System Three-Way Catalyst dan Oxidation Catalyst (TWC-

OC)

Oxidation Catalyst (OC)

• Di dalam CCO (Catalytic Converter for Oxidation), CO dan HC

direaksikan dengan oksigen untuk membentuk CO2 dan H2O yang tidak

berpolusi.

• 2CO + O2 2CO2

0 300o C 400o C

Pur

ifica

tion

rate

100 %

• 4HC + 5O2 4CO2 + 2H2O

• agar oksidasi bekerja dengan efisien, maka harus ada kelebihan oksigen

pada exhaust manifold. Oleh karena itu harus ada udara murni yang di

masukkan ke converter. Akan tetapi karena hanya mengurangi sedikit

NOx, gas buang harus diresirkulasikan melalui system EGR.

Three-Way Catalyst (TWC)

• NO dan O2 sebagai komponen oksidasi (yang menyebabkan terbakar), dan

CO dan HC sebagai komponen yang berkurang (terbakar) bereaksi sesuai

dengan persamaan umum seperti di bawah ini dan membentuk komponen

netral (inactive) N2, H2O dan CO2.

• NOx + CO N2 + CO2

• NOx + HC N2 + CO2 + H2O

• O2 + CO CO2

• O2 + HC H2O + CO2

• Agar type converter ini bekerja dengan baik maka syarat mutlak yang harus

dipenuhi adalah perbandingan udara dan bensin harus sedekat mungkin

dengan nilai teoritis (14,7:1). Bila ini tercapai maka akan didapat purification

rate yang tinggi sekali untuk ketiga pollutant, seperti pada grafik di bawah ini.

Untuk mendapatkan nilai perbandingan udara dan bensin seakurat mungkin untuk

mendekati nilai teoritis, maka pada type converter ini selalu dilengkapi dengan

oksigen sensor. Oksigen sensor akan menghitung nilai perbandingan udara dan

bensin dari kandungan oksigen pada gas buang, untuk memberi input ke ECM

yang akan mengoreksi secara terus menerus air-fuel ratio

Three-Way Catalyst & Oxidation Catalyst (TWC-OC)

• System ini digunakan pada system emission control dengan system

oxidation catalyst dan three way catalyst untuk lebih banyak mengurangi

polusi udara. System ini merupakan kombinasi dari 2 sistem yang sudah

dibahas sebelumnya.

PENUTUP

KESIMPULAN

Kesimpulannya adalah dari hasil penelitian diatas bisa diambil sebuah

pembelajaran secara lebih lanjut dari sistem emisi control dan hasil

perhitungannya melalui tabel serta perbandingannya

SARAN

Percampuran udara dan bahan bakar sebaiknya lebih diperhatikan,agar pada

emisi gas buangnya lebih stabil dan efektif serta tidak menimbulkan zat yang

berbahaya yang berdampak buruk bagi lingkungan dan manusia disekitar

DAFTAR PUSTAKA

1] Kuspriyanto dan Wendhie Prayitno,

“Komunikasi Data Dengan Teknik RS-485.” 3

April 2007.

<http://www.geocities.com/wendhies/index_files

/Data/RS485.pdf>

[2] L.Davis, “EIA-422/485 Bus Interface IC

Manufacturers.” 8 Maret 2007.

<http://www.interfacebus.com/Design_Connect

or_RS422.html>

[3] Atmel Corporation. “8-bit AVR ATmega8.” 29 Juli 2007.

<http://www.atmel.com/dyn/recources/pro_docu

ments/ DOC2486.pdf>

[4] Maxim. “Low-Power, Slew-Rate-Limited RS-

485/RS-422 Transceivers.” 8 Maret 2007.

<http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_

pdf/M/A/X/4/MAX491.shtml>