Peralatan Penurun Emisi

8/16/2019 Peralatan Penurun Emisi

http://slidepdf.com/reader/full/peralatan-penurun-emisi 1/11

Peralatan

Penurun Emisi

Mata Kuliah Pencemaran Laut

ME141425

Denny Akbar Nurhadyansyah

NRP. 4214 105 010

Jurusan Teknik Sistem Perkapalan

Institute Teknologi Sepuluh Nopember

Surabaya 2016



1. Pendahuluan

Udara merupakan sumber daya alam yang harus dilindungi untuk

kehidupan manusia dan makhluk hidup lainnya. Oleh karena itu pemanfaatannya

harus dilakukan secara bijaksana dengan menghitung kepentingan generasisekarang dan yang akan datang. Untuk mendapatkan udara sesuai dengan tingkat

kualitas yang diinginkan, pengendalian pencemaran udara menjadi sangat penting

dilakukan.

Pencemaran udara terjadi apabila dalam lingkungan terdapat bahan yang

menyebabkan timbulnya perubahan yang tidak diharapkan, baik fisik, kimia, atau

biologi sehingga mengganggu makhluk hidup atau lingkungan. Secara umum

penyebab pencemaran udara ada dua macam, yaitu yang terjadi secara alamiah

dan akibat kegiatan manusia.

Contoh dari pencemaran udara yang ditimbulkan oleh alam adalah debu

yang diterbangkan angin, debu akibat letusan gunung berapi, pembusukan sampah

dan lain-lain. Untuk pencemaran udara yang diakibatkan perbuatan manusia pada

umumnya dapat dibagi menjadi dua bagian, yaitu yang berasal dari sumber

bergerak (kendaraan bermotor, kapal terbang, dan lain sebagainya), dan sumber

tidak bergerak yaitu kegiatan industri (Wardhana, 2001).

Pencemaran udara dapat diartikan sebagai hadirnya kontaminan atmosfir

seperti gas, cairan atau limbah produk samping dalam konsentrasi dan durasi yang

sedemikian rupa sehingga menciptakan gangguan, kerugian atau memiliki potensi

merugikan terhadap kesehatan maupun kehidupan manusia, hewan dan tumbuhan

atau benda dan menciptakan ketidaknyamanan (BAPEDAL, 1998).

2. Pembahasan

2.1 Emisi Gas Buang

Emisi gas buang merupakan sisa hasil pembakaran mesin kendaraan, baik

itu kendaraan beroda, perahu atau kapal, dan pesawat terbang. Umumnya emisi

gas buang ini terjadi karena pembakaran yang tidak sempurna dari pembakaran

mesin serta lepasnya partikel-partikel, karena kurang tercukupinya oksigen dalam

proses pembakaran tersebut.Secara visual, emisi gas buang selalu terlihat dalam

bentuk asap kendaraan dengan bahan bakar solar, dan tidak terlihat padakendaraan berbahan bakar bensin.

Emisi gas buang kendaraan bermotor yang mengandung unsur nitrogen,

karbon dioksida, dan uap air bukan merupakan gas yang berbahaya. Namun selain

dari gas-gas tersebut di atas ternyata emisi gas buang kendaraan bermotor

jugamengandung karbon mono-oksida (CO), senyawa hidrokarbon (HC), berbagai

oksida nitrogen (NOX), oksida sulfur (SOx) dan partikulat debu termasuk timbal

(Pb) (Hickman,1999). Komposisi dan kandungan senyawa kimia gas buang

kendaraan bermotor tergantung pada kondisi mengemudi, jenis mesin, alat

pengendali emisi bahan bakar, suhu operasi, dan faktor lain yang secara



keseluruhan membuat pola emisi menjadi rumit. Menurut Tugaswati (2012), jenis

bahan pencemar yang dikeluarkanoleh mesin dengan bahan bakar bensin maupun

solar sebenarnya sama saja, hanya berbeda pada jumlahnya karena perbedaan

pengoperasian mesin.

Berdasarkan PP RI No. 41 Tahun 1999, polutan utama pencemar udara

ambient adalah : SO2, CO, NO2, O3 (oksidan), HC (hidrokarbon), PM !0

(partikel<10um), PM2,5(partikel), TSP (totale suspended particulate atau debu), Pb

(timbal hitam) dan Dustfall (debu jatuh), sedangkan totale Flouride, Flour , 7

Sulfat, Klorin dan Klorin Dioksida diberlakukan pada daerah atau kawasan

industri kimia. Di lain pihak, sumber dan standar kesehatan emisi gas buang dapat

dilihat pada tabel berikut (Bapedal, 2002):

Tabel 2.1 Sumber dan Standar Kesehatan Emisi Gas Buang

Sumber: Bapedal, 2002

2.1 Catalytic Converter

Seiring dengan berlakunya standar emisi gas buang Euro 2 untuk produk

mobil dan sepeda motor di Indonesia mulai 2007, catalytic converter menjadi

peranti yang wajib dipasang pada kendaraan produksi terbaru. Alat ini dirancang

untuk mengurangi gas polutan sisa pembakaran mesin kendaraaan bermotor.

Catalytic converter , pertama kali ditemukan tahun 1975 di Amerika

Serikat. Alat ini dibuat demi memenuhi standar emisi gas buang yang sangat ketat

di negara tersebut. Singkatnya catalytic converter ini adalah alat yang akanmereaksikan gas-gas buang yang berbahaya melalui reaksi kimia sehingga

nantinya gas-gas tersebut akan berubah menjadi gas yang tidak berbahaya bagi

lingkungan. Atau minimal menjadi gas yang tidak terlalu berbahaya. catalytic

converter merupakan alat yang digunakan sebagai alat pengontrol emisi gas buang

yang diletakkan setelah exhaust manifol pada sistem pembuangan kendaraan

bermotor.

Catalytic converter merupakan salah satu inovasi terbesar di industri

otomotif. Pasalnya, peranti ini mampu mengubah zat-zat hasil pembakaran

seperti, hidrokarbon (HC), karbon oksida (CO), dan NOx, menjadi zat yang lebih



ramah lingkungan. Berdasarkan data Manufactures of Emission Controls

Association (MECA) AS sejak tahun 1970-an hingga saat ini, catalytic converters

telah membantu mengurangi bahan polutan sebanyak 1,5 miliar ton di AS dan 3

miliar ton di seluruh dunia.

Gambar 2.1 Catalytic Converter

Bentuk catalytic converter seperti tabung bentuknya mirip sarang tawon.

bahannya terbuat dari keramik dengan ukuran lubang penyaring antara 1 hingga 2

mm. Secara umum ada dua tipe catalytic converter yang dipakai, yaitu jenis pelletdan monolithic. Jenis monolithic merupakan catalytic converter yang banyak

dipakai saat ini. Alasannya, jenis tersebut memiliki tahanan gas buang yang kecil,

lebih ringan, dan cepat panas dibandingkan jenis pellet.

Catalytic converter biasanya terdiri atas beberapa bagian :

a) Inti katalis (substrate). Penggunaan catalytic converter pada bidang

otomotif biasanya menggunakan inti dari keramik monolit dengan struktur

sarang lebah (honeycomb). Monolit tersebut dilapisi oleh FeCrAl pada

b) Washcoat. Washcoat adalah pembawa material katalis digunakan untuk

menyebarkan katalis tersebut pada area yang luas sehingga katalis mudah bereaksi dengan gas buang. Washcoat biasanya terbuat dari aluminium

oksida, titanium oksida, silikon oksida dan campuran silika dan alumina.

Washcoat dibuat dengan permukaan agak kasar dan bentuk yang tidak

biasa untuk memaksimalkan luas permukaan yang kontak dengan gas

buang sehingga katalis dapat bekerja secara lebih efektif dan efisien.

c) Katalis. Katalis biasanya terbuat dari logam mulia. Platina adalah katalis

yang paling aktif diantara logam mulia lainnya dan secara luas digunakan

namun tidak cocok dengan segala aplikasi karena adanya rekasi tambahan

yang tidak diinginkan serta harganya yang mahal. Palladium dan rhodium

adalah jenis logam mulia lainnya yang biasa digunakan secara bersamaan.



Palladium berfungsi sebagai katalis reaksi oksidasi, rhodium digunakan

sebagai katalis rekasi reduksi dan platina dapat melakukan kedua reaksi

tersebut (oksidasi dan reduksi). Logam lain yang terkadang digunakan

walaupun secara terbatas adalah cerium, besi, mangan, tembaga dan nikel.

Digunakan secara terbatas karena memiliki produk sampingan yang juga

cukup berbahaya. Nikel dilarang di uni eropa karena reaksinya dengan CO

menghasilkan nikel tetrakarbonil. Tembaga dilarang di amerika utara

karena menghasilkan senyawa dioksin.

Untuk mengurangi gas polutan, catalytic converter menggunakan beberapa

bahan baku. Berdasarkan bahan baku yang dipakai, catalytic converter bisa dibagi

menjadi dua model, yaitu oxidation catalyst (OC) atau 2-way Catalyst dan three

way catalyst (TWC) .

Gambar 2.2 Oxidation Catalyst

Gambar 2.3 Three Way Catalyst

Jenis OC menggunakan material platinum dan paladium, yang dapat

mengurangi CO dan HC. Sedangkan TWC mengandung platinum dan rhodium

yang mampu mengurangi CO, HC, dan NOx. 3-way Catalist digunakan pada



mesin mobil dan motor yang menggunakan bahan bakar bensin (Premium, dsb.).

Ada tiga tahap dalam proses ini yaitu :

a)

Reduksi Nitrogen Oksida menjadi nitrogen dan Oksigen :

2NOx → xO2+N2

b)

Oksidasi Carbon Monoksida menjadi Karbon Dioksida :

2CO + O2 → 2CO2

c) Oksidasi senyawa Hidrokarbon yang tak terbakar (HC) menjadi Karbon

Dioksida dan air :

2CxHy + (2x+y/2)O2 → 2xCO2 + yH2O

Reaksi-reaksi di atas akan berjalan efisien bila mesin bekerja

dengan perbandingan 14,7 bagian udara dengan 1 bagian bahan bakar. 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. Khusus untuk jenis TWC, prosedur kerjanya dibagi

menjadi tiga bagian. Tahap pertama disebut dengan reduction catalyst. Molekul

NOx disaring dan direaksikan menjadi atom nitrogen dan oksigen. Atom nitrogen

yang terperangkap dalam katalis tersebut diikat dengan atom nitrogen lainnya,

sehingga berubah menjadi N2. Sementara oksigen yang ada diubah menjadi O2.

Gambar 2.4 Proses Kerja Cataylic Converter

Proses kerja kedua disebut oxidization catalyst. Tujuannya mengurangi

kadar hidrokarbon juga mengubah CO menjadi gas CO2 yang tidak berbahaya.

Adapun mekanisme kerja ketiga adalah pengendalian yang memonitor arus gas

buang. "Informasi" yang diperoleh dipakai untuk mengatur campuran bahan bakar

dengan udara agar selalu berada dalam komposisi yang ideal. Sedangkan 2-way



Catalist digunakan pada mesin diesel. Karena pada daur Mesin Diesel tidak

dihasilkan Nitrogen Oksida (NOx), maka daur yang terjadi hanyalah daur nomor 2

dan 3 saja.

Catalytic converter ditempatkan di belakang exhaust manifold ataudiantara muffler dengan header. Alasannya, catalytic converter cepat panas ketika

mesin dinyalakan. Selain itu, sensor bisa segera bekerja untuk menginformasikan

kebutuhan campuran bahan bakar udara yang tepat ke Engine Control Machine

(ECM). Peranti catalytic converter baru bekerja efektif ketika kondisinya panas.

Setiap mobil memiliki jumlah alat sensor yang berbeda, bergantung pada

kebutuhan dan teknologi mesinnya. Umumnya mobil injeksi menggunakan dua

sensor oksigen yang berbeda tempat. Ketika sensor, misalnya, mendeteksi

temperatur gas buang terlalu tinggi akibat jumlah bahan bakar yang sedikit

dibandingkan udara, maka air-fuel ratio (AFR) menjadi "miskin". Informasi inilah

yang akan diteruskan ke ECM. Peranti ECM pun segera bekerja melakukan

penyetelan ulang komposisi bahan bakar dan udara sehingga proses pembakaran

menjadi ideal. Pipa buang adalah pipa baja yang mengalirkan gas sisa pembakaran

dari exhaust manifold ke udara bebas. Konstruksinya dibagi menjadi beberapa

bagian, yaitu pipa bagian depan, tengah, dan belakang. Susunannya sengaja dibuat

demikian untuk mempermudah saat penggantian catalytic converter atau muffler,

tanpa perlu melepas keseluruhan konstruksi sistem pembuangan.

Muffler berfungsi untuk mengurangi tekanan dan mendinginkan gas sisa

pembakaran. Ini karena gas sisa pembakaran yang dikeluarkan dari mesin

memiliki tekanan cukup tinggi, sekira 3 hingga 5 kg/cm2. Sedangkan suhunya bisa mencapai 600 hingga 800 derajat Celsius. Besaran panas ini kira-kira 34%

dari energi panas yang dihasilkan mesin. Kalau gas ini langsung disalurkan ke

udara luar tanpa muffler, gas akan mengembang dengan cepat diiringi dengan

suara ledakan yang cukup keras.

Catalytic converter sangat peka terhadap logam-logam lain yang biasanya

terkandung dalam bensin ataupun solar misalnya timbal pada premium, belerang

pada solar, lalu seng, mangan, fosfor, silikon, dsb. Logam-logam tersebut bisa

merusak komponen dari Catalytic Converter. Oleh karena itu teknologi ini tidak

bisa digunakan di semua daerah terutama daerah yang premiumnya belum digantioleh Premium TT (Tanpa Timbal).

Catalytic converter telah terbukti memiliki manfaat untuk mengurangi

emisi kendaraan bermotor. Namun, catalytic converter ternyata tetap memiliki

beberapa efek pada lingkungan :

a) Catalytic converter tidak mereduksi jumlah CO2 yang dihasilkan bahan

bakar bahkan mengubah CO menjadi CO2. Padahal telah kita ketahui

bersama bahwa CO2 ditengarai menjadi penyebab utama greenhouse

effect yang mengakibatkan pemanasan global diseluruh dunia. Bahkan

catalytic converter juga melepas N2O yang ternyata setelah diteliti 3 kali



lebih besar efeknya dibandingkan CO2. EPA (Environmental Protection

Agency), badan lingkungan hidup Amerika Serikat mencatat bahwa 3 %

emisi nitrogen oksida dihasilkan oleh kendaraan bermotor.

b) Air to fuel ratio kendaraan harus senantiasa pada kondisi stoikiometri saat

penggunaan catalytic converter. Akibatnya kadar CO2 yang dihasilkan

lebih banyak dibandingkan mesin dengan campuran miskin (lean burn

engine).

c) Catalytic converter membutuhkan logam mulia palladium dan rhodium.

Salah satu pensuplai logam mulia ini adalah daerah industri Norilsk,

Rusia. Ternyata industri untuk mengekstrak palladium dan rhodium

tersebut mengasilkan polusi ang paling besar dibandingkan industri

lainnya.

2.2 Re-heater System

Pada dasarnya alat yang dirancang untuk menurunkan kadar karbon

monoksida (CO) menggunakan sistem re-heater yaitu dengan memanaskan

kembali gas sisa hasil pembakaran yang dibuang pada ujung knalpot dengan

memanfaatkan panas dari ruang bakar pada kendaraan tersebut. Hal ini dapat

dilihat pada Gambar 2.5.

Panas dari ruang bakar dicerat dengan menggunakan pipa pelaluan yang

dipertahankan panasnya dengan menggunakan isolasi, seperti disajikan pada

Gambar 1a. Adapun panas yang dicerat tersebut digunakan untuk memanaskan

kembali gas yang keluar dari knalpot untuk menguraikan senyawa CO menjadi

unsur C + O2, seperti disajikan pada Gambar 2.6.

Untuk menguraikan setiap mol CO menjadi C + O2, diperlukan kalor

sebesar 26 kkal/mol [3]. Besarnya energi ini diperoleh dari pemanasan tadi. Gas

panas yang dicerat dari ruang bakar, akan memberikan dampak yang buruk jika

dibuang langsung ke lingkungan karena memiliki temperatur yang masih sangat

tinggi. Sehingga dalam hal ini diperlukan suatu pendinginan terlebih dahulu

sebelum gas buang yang dicerat tersebut dialirkan ke knalpot bagian depan. Hal

ini dilakukan dengan menggunakan pipa yang berliku, seperti disajikan pada

Gambar 2.6.

Temperatur gas buang yang masuk ke dalam alat tambahan harus mampu

mencapai panas sebesar 26 Kkal/mol, agar perpindahan panas yang terjadi dapat

sebesar mungkin. Apabila perpindahan panas yang terjadi di dalam alat mendekati

harga tersebut, maka waktu yang diperlukan untuk menguraikan gas buang CO

menjadi lebih singkat. Sistem ini bekerja dan bertujuan untuk memanaskan gas

buang hasil proses pembakaran, dimana gas buang yang berada di ujung knalpot

dipanaskan dengan gas buang yang temperaturnya lebih tinggi, seperti disajikan

pada Gambar 2.5 dan



Sistem ini dioperasikan oleh kalor semata (heatoperated system) karena

sebagian besar proses operasi berkaitan dengan pemberian kalor untuk

melepaskan gas-gas buang pada tekanan dan temperatur tinggi. Proses

pemanasannya akan berlangsung secara periodik, serta gas buang dengan

temperatur tinggi tersebut akan terus mengalir ke dalam alat yang berfungsi untuk

memanaskan gas buang yang keluar dari knalpot. Hasil pemanasan kembali

terhadap gas yang keluar dari knalpot inilah yang akan menurunkan emisi gas

buang kendaraan, serta hal ini belum pernah dicoba oleh para peneliti yang

lainnya.

Gambar 2.5 Re-heater System.

Gambar 2.6 Proses Re-heater System.



Berdasarkan pada hasil pengujian, disampaikan bahwa alat penurun emisi

gas buang yang dibuat mampu mengurangi emisi gas buang CO hingga 50% dari

harga semula, sedangkan CO2 mampu direduksi antara 40% hingga 58%, HC

mampu dikurangi antara 40% hingga 50%, serta kandungan O2 meningkat hingga

10%,seperti disajikan pada Tabel 2.2 – 2.6.

Tabel 2.2 Data untuk penarikan gas secara berlebihan dan penambahan pelumas

pada sepeda motor 4 Langkah

Tabel 2.3 Data hasil pengujian pada sepeda motor 4 Langkah dengan Honda

ASTREA GRAND

Tabel 2.4 Data hasil pengujian pada sepeda motor 2 Langkah dengan Suzuki RC

100

Tabel 2.5 Data hasil pengujian untuk mobil dengan Suzuki Jimny

Tabel 2.6 Data hasil pengujian untuk mobil dengan Toyota Kijang



Hal ini berarti, bahwa alat tersebut mampu bekerja untuk mengurangi

emisi gas buang CO dan CO2, sesuai dengan reaksi kimia yang telah disampaikan

di atas. Argumen ini juga didukung oleh meningkatnya kandungan oksigen yang

dihasilkan, berarti bahwa pengurangan senyawa CO bukanlah karena berubah

menjadi senyawa CO2, tetapi lebih cenderung karena terurai menjadi unsur C dan

O2. Bila karbon di dalam bahan bakar terbakar habis dengan sempurna maka

terjadi reaksi berikut:

C + O2 → CO2

Dalam proses ini yang terjadi adalah CO2. Apabila unsur-unsur oksigen

(udara) tidak cukup, akan terjadi proses pembakaran tidak sempurna, sehingga

karbon di dalam bahan bakar terbakar dalam suatu proses sebagai berikut:

C + ½ O2 → CO

Karena emisi gas buang CO dan CO2 berkurang, maka reaksi di dalam alat

re-heater adalah menguraikan senyawa CO dan CO2 menjadi unsur C dan O2.

Unsur C terdeposit di dalam alat re-heater, karena terhalang oleh sekat dan pipa

panas,, seperti disajikan pada Gambar 1b. Unsur O2 menjadi unsur bebas yang ke

luar ke lingkungan. Gas buang HC dibagi dua yaitu : (1) Bahan bakar yang tidak

terbakar dan keluar menjadi gas mentah; (2) Bahan bakar terpecah karena reaksi

panas berubah menjadi gugusan HC yang lain, yang keluar bersama gas buang.

Sebab utama timbulnya gas buang hidrokarbon adalah karena sekitar

dinding-dinding ruang bakar memiliki temperatur rendah dimana pada temperatur

itu pembakaran tidak mampu dilakukan. Berkurangnya senyawa HC adalah

karena gas buang dipanaskan kembali di ujung knalpot, sehingga gugusan HC

berubah menjadi unsur H2 dan C. Kemungkinan terbesar yang terjadi adalah

unsur H2 bersenyawa dengan unsur O2 menjadi H2O, karena banyaknya massa

H2O yang menetes keluar dari alat.

Berdasarkan pada kedua kejadian tersebut, maka dapat dijelaskan bahwa

kedua unsur CO dan CO2 terurai menjadi unsur C dan O2, sedangkan unsur HC

terurai menjadi unsur H2 dan C. Selanjutnya unsur H2 akan bersenyawa dengan

unsur O2 membentuk gugus H2O. Hal inilah yang menyebabkan unsur O2 yang

dilepas ke lingkungan hanya sebesar 10%, karena telah bersenyawa untukmembentuk H2O.

Peralatan Penurun Emisi

Documents

Transcript of Peralatan Penurun Emisi