Grafik CO Terhadap Putaran Mesindigilib.unimus.ac.id/files/disk1/154/jtptunimus-gdl...48 4.5.2....

17
44 BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN 4.1. Gambaran Umum Tujuan dari penelitian ini adalah guna mengetahui kemampuantembaga dan tembaga berlapis nikel dalam mereduksi emisi gas buang CO dan HC.Pengujian penggunaan catalytic converter dibagi atas 3 perlakuan variasi jumlah katalis yaitu penggunaan katalis4 d CCN, 4 b CCN dan8 s CCN . Hasil penelitian yang akan disajikan dalam bentuk gambar grafik garis. Hal tersebut bertujuan untuk mempermudah analisis,pengambilan data, pembahasan dan kesimpulan. 4.2. Hasil PengujianCatalytic ConverterTembaga dan Tembaga Berlapis Nikel Selang-SelingTerhadapCO Gambar 4.1 Grafik catalytic converter CO terhadap putaran mesin Hasil pengujian pada kondisi mesin idle di awal pengujian secara umum masih lebih tinggi dari pada kondisi idle di akhir pengujian. Hal ini disebabkan 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 Idle 1000 1500 2000 2500 3000 2500 2000 1500 1000 Idle KonsentrasiCO (%) Putaran mesin (rpm) Grafik CO Terhadap Putaran Mesin 4 d CCN 4 b CCN 8 s CCN Tanpa CC

Transcript of Grafik CO Terhadap Putaran Mesindigilib.unimus.ac.id/files/disk1/154/jtptunimus-gdl...48 4.5.2....

44

BAB IV

ANALISA DAN PEMBAHASAN

4.1. Gambaran Umum

Tujuan dari penelitian ini adalah guna mengetahui kemampuantembaga

dan tembaga berlapis nikel dalam mereduksi emisi gas buang CO dan

HC.Pengujian penggunaan catalytic converter dibagi atas 3 perlakuan variasi

jumlah katalis yaitu penggunaan katalis4 d CCN, 4 b CCN dan8 s CCN .

Hasil penelitian yang akan disajikan dalam bentuk gambar grafik garis.

Hal tersebut bertujuan untuk mempermudah analisis,pengambilan data,

pembahasan dan kesimpulan.

4.2. Hasil PengujianCatalytic ConverterTembaga dan Tembaga Berlapis

Nikel Selang-SelingTerhadapCO

Gambar 4.1 Grafik catalytic converter CO terhadap putaran mesin

Hasil pengujian pada kondisi mesin idle di awal pengujian secara umum

masih lebih tinggi dari pada kondisi idle di akhir pengujian. Hal ini disebabkan

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

Idle 1000 1500 2000 2500 3000 2500 2000 1500 1000 Idle

Ko

nse

ntr

asiC

O(%

)

Putaran mesin (rpm)

Grafik CO Terhadap Putaran Mesin

4 d CCN 4 b CCN 8 s CCN Tanpa CC

45

karena posisi awal pengujian panas yang diserap catalytic converter belum

maksimal.

Posisi idle rpm konsentrasi CO yang dihasilkan paling tinggi, hal ini

disebabkan karena AFR (Air Fuel Rasio) yang kaya. Pada idle rpm pengujian

tanpa cc menunjukankonsentrasi CO sebesar 3.97%, penggunaan katalis8 s

CCNpadacatalytic converter menunjukan konsentrasi 1,90% atau dengan kata lain

dapat mereduksi emisi sebesar 45,75% dalam kondisi ini.

Berdasarkangambar 4.1 diperoleh rata-rata penurunan konsentrasi CO

terhadap putaran mesin pada catalytic converterkatalis8 s CCN sebesar

53,75%dimana penurunan tertinggi diraih padaidle rpm akhir penggunaan

catalytic convertersebesar 76.88%

4.3. Hasil Pengujian Catalytic Converter Tembaga dan Tembaga Berlapis

Nikel Selang-SelingTerhadap HC

Data hasil pengujian disajikan dalam bentuk grafik dengan sumbu x

sebagai putaran mesin dan sumbu y sebagai konsentrasi HC. Pengujian tanpa

ccakan dimasukkan sebagai bahan pembanding.

Gambar 4.2Grafik catalytic converter HC terhadap putaran mesin

Hasil pengujian konsentrasi HC tanpa ccakan digunakan sebagai acuan

atas penurunan konsentrasi HC pada pengujian berikutnya baik pada saat

menggunakan catalytic converter dengan variasi jumlah.

0

100

200

300

400

500

600

Idle 1000 1500 2000 2500 3000 2500 2000 1500 1000 Idle

Ko

nse

ntr

asi H

C (

Pp

m)

Putaran mesin (rpm)

Grafik HC Terhadap Putaran Mesin

4 d CCN 4 b CCN 8 s CCN Tanpa CC

46

Gambar 4.2 menunjukan 4 perbandingan grafik penurunan konsentrasi

HC. Pada putaranmesin idle rpmpengujian tanpa ccmenunjukan konsentrasi HC

sebesar555,21 ppm,denganpenggunaankatalis 8 s CCN padacatalytic converter

menunjukan konsentrasi295,67 ppm. atau dengan kata lain dapat mereduksi emisi

sebesar42,0%. Penurunan konsentrasi HC terendah yaitu 13,5% penurunan

tertinggi diraihpada putaran mesin3000 rpmakhir pengujian yaitu sebesar 40%.

4.4. HubunganλTerhadap Putaran Mesin

Gambar 4.3 Grafik λterhadap putaran mesin

Nampak grafik garis pada gambar 4.3pada putaran mesin 2000 rpm akhir

tanpa ccλbernilai 0.95,8 ini menunjukan pembakaran basah, akibatnya konsumsi

bahan bakar boros berbanding lurus dengan meningkatnya kadar CO dan HC.

Setelah pemakaian catalytic converterkatalis 8 s CCNpada 2000 rpm akhirλ

menjadi 1,01. Perubahanangka λ hingga 1 mengakibatkan berkurangnya CO HC

padahasil pembakaran.Dapat diartikan, pemasangan catalytic converter dapat

mengubahλuntuk mendekati angka 1.

0,90

0,92

0,94

0,96

0,98

1,00

1,02

1,04

1,06

1,08

1,10

Idle 1000 1500 2000 2500 3000 2500 2000 1500 1000 Idle

λ

Putaran Mesin (rpm)

Grafik λ Terhadap Putaran Mesin

4 d CCN 4 b CCN 8 s CCN Tanpa CC

47

4.5. Hubungan λTerhadap Konsentrasi CO dan HC

4.5.1. Hubungan λTerhadap Konsentrasi CO

Gambar 4.4 Grafik λterhadapkonsentrasi CO

Dilihat pada gambar 4.4 Konsentrasi CO tertinggi yaitu 3,97 %

tanpacc.Hal ini disebabkan karena putaran mesin rendah (idle),λtidak ideal dan

suhu dalam ruang bakar rendah. Pada putaran 3000 rpm menghasilkan λ sebesar

0,99 dan CO 56 %.Penurunan kadar CO terbesar hingga0,53 % dan λsebesar 1

pada katalis 8 s CCN. Hal ini disebabkan olehλyang ideal dan suhu padacatalytic

converter bertambah.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

0,9 0,95 1 1,05 1,1

Ko

nse

ntr

asi

CO

(%

)

λ

Grafik λ Terhadap Konsentrasi CO

Tanpa CC 4 d CCN 4 b CCN 8 s CCN

48

4.5.2. Hubungan λ Terhadap Konsentrasi HC

Gambar 4.5 Grafik λterhadap konsentrasi HC

Dilihat pada gambar 4.5 Konsentrasi HC tertinggi yaitu 546,33ppmtanpa

cc.Hal ini disebabkan karena putaran mesin rendah (idle), λtidak ideal dan suhu

dalam ruang bakar rendah. Setelah menggunakan catalytic converter,kadar HC

tereduksi hingga 91,20ppm pada katalis 8 s CCN dan λ mendekati angka 1. Hal

ini disebabkan oleh λyang ideal dan suhu pada catalytic converter bertambah.

0

100

200

300

400

500

600

0,9 0,95 1 1,05 1,1

Ko

nse

ntr

asi H

C (

pp

m)

λ

Grafik λ Terhadap konsentrasi HC

Tanpa CC 4 d CCN 4 b CCN 8 s CCN

49

4.6. Hasil PengujianCatalytic ConverterCu Selang-Seling Cu*NiTerhadap

Kenaikan Suhu

4.6.1. Hasil Pengujian Catalytic ConverterKatalis 4d CCN

Gambar 4.6 Grafik suhu catalytic converter 4 d CCN terhadap putaran

mesin

Gambar 4.6 memperlihatkan suhu pada catalytic converter4d CNN.

Penurunan suhupada catalytic converterkatalis4d CCN baik pada T1 maupun

T2lebih landai jika dibandingkan pada grafik tanpa cc.Ini menunjukan pemakaian

catalytic converter tembaga berlapis nikelbisa menahan panas lebih lama untuk

melakukan reduksi CO dan HC.

Suhu tertinggi pada catalytic converter 4 d CCNpada T1sebesar

281,00°Cpada T2 sebesar 262,00°C masing-masing pada 3000 rpm. Suhu tertinggi

tanpa ccadalah 277,67°C pada 3000 rpm.

50

100

150

200

250

300

Idle 1000 1500 2000 2500 3000 2500 2000 1500 1000 Idle

Suh

u (

°C)

Putaran Mesin (rpm)

Grafik Suhu Catalytic Converter

4 d CCN

T₁ T₂ Tanpa CC

50

4.6.2. Hasil Pengujian Catalytic ConverterKatalis4b CCN

Gambar 4.7Grafik suhu catalytic converter4 b CCN terhadap putaran

mesin

Gambar 4.7 memperlihatkan suhu pada catalytic converter4 b CCN.

Penurunan suhu pada catalytic converter4 b CCN baik pada T1 maupun T2 lebih

landai jika dibandingkan pada grafik Tanpa cc. Ini menunjukan pemakaian

catalytic converter bisa menahan panas lebih lama karena untuk melakukan

reduksi CO dan HC.

Suhu tertinggi pada catalytic converter 4 b CCNpada T1 sebesar

278,67°C pada T2 sebesar 261,33°C masing-masing pada 3000 rpm. Suhu

tertinggi tanpa ccadalah 277,67°C pada 3000 rpm.

50

100

150

200

250

300

Idle 1000 1500 2000 2500 3000 2500 2000 1500 1000 Idle

Suh

u °

C

Putaran Mesin (rpm)

Grafik Suhu Catalytic Converter

4 b CCN

T₁ T₂ Tanpa CC

51

4.6.3. Hasil Pengujian Catalytic ConverterKatalis 8 s CCN

Gambar 4.8 Grafik suhu catalytic converter8 s CCN terhadap putaran

mesin

Gambar 4.8 grafik catalytic converter8 s CNNmenunjukan perbedaan

tekanan antara T1 dengan T2 tidak besar hal tersebut dikarenakan hambatan kecil.

Suhu tertinggi pada catalytic converter8 s CCN pada T1 sebesar 277,33°Cdan T2

sebesar 262,67°C pada3000 rpm.

50

100

150

200

250

300

Idle 1000 1500 2000 2500 3000 2500 2000 1500 1000 Idle

Suh

u °

C

Putaran Mesin (rpm)

Grafik Suhu Catalytic Converter

8 s CCN

T₁ T₂ Tanpa CC

52

4.7. Perhitungan Laju Aliran Massa Tanpa Catalytic Converter

Hasil pengujian putaran idle awal pengujian diketahui temperatur sebesar

75 °C dan Δh orifice 0,011 meter, dan nilai ρ air raksa adalah 13535 Kg/m3 ,

maka laju aliran massa sebagai berikut :

a. P1 – P2 (beda tekan pada selang orifice)

Menggunakan persamaan (2.8) diperoleh

P1–P2 = ρhg

. g. ∆h

= 13535. 9,81. 0,011

= 1425,154Kg/m2

b. ρ (udara pada temperatur 75 °C)

Diperoleh data berikut dari tabel 1.L pada lampiran 1 sebagai berikut :

ρ1 = 1,1774 Kg/m3 T1 = 27 °C

ρ2 = 0,998 Kg/m3 T2 = 77 °C

dengan menggunakan bantuan persamaan interpolasi maka diperoleh

persamaan berikut,

ρ = ρ1

+ ρ

2− ρ

1 (T − T1)

(T2− T1)

= 1,1774 + 0,998 − 1,1774 (75 − 27)

(77 − 27)

= 1,1774 + − 8,6112

50

= 1,1774 − 0,172224

= 1,005 Kg/m3

c. V2 teoritis dengan menggunakan persamaan 2.11 adalah sebagai berikut :

𝑉2 = 2(𝑃1 − 𝑃2)

𝜌. 1 − 𝛽4

𝑉2 = 2 (1425,154)

1,005 1 − 0,34

53

𝑉2 = 2850,308

0,97787

𝑉2 = 53,468 𝑚/𝑠

d. V1 dengan menggunakan persamaan 2.13 adalah sebagai berikut :

𝑉1 = 𝑉2𝛽2

𝑉1 = 53,468 . 0,32

𝑉1 = 4,812 m/s

e. Nilai Re dapat diketahui dengan menggunakan persamaan 2.14 yaitu :

𝑅𝑒 = 𝜌𝑉1𝐷1

𝜇

𝑅𝑒 = 1,005.4,812. 0,034

𝜇

μ dari udara pada temperatur 75 °C diperoleh dengan bantuan

persamaan interpolasi, dari tabel 1.L pada lampiran 1 maka diperoleh

data sebagai berikut :

T1 : 27 μ1 : 1,8462

T2 : 77 μ2 : 2,075

μ = μ1

+ μ

2−μ

1 (T − T1)

(T2 − T1)

= 1,8462 + 2,075 − 1,8462 (75 − 27)

(77 − 27)

= 1,8462 + 0,2196

= 2,0658Kg

m s . 105

Substitusikan ke persamaan 2.14 :

𝑅𝑒 = 1,005 . 4,919 . 0,034

𝜇

𝑅𝑒 = 1,005. 4,919. 0,034

2,0658

𝑅𝑒 = 0,08

54

f. Cd dapat diketahui dengan menggunakan persamaan 2.15 dimana nilai

1F dan 2F berdasar pada posisi tap dengan persamaan 2.16, sehingga F1 =

0,4333 dan F2= 0,47 dan nilai Cd adalah sebagai berikut :

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

+ 0,09𝛽4

1 − 𝛽4𝐹1 − 0,0337𝛽3𝐹2

𝐶𝑑 = 0,5959 + 0,0312(0,3)2,1 − 0,184(0,3)2,1 + 91,71𝛽2,5𝑅𝑒1−0,75

+ 0,09𝛽4

1 − 𝛽4𝐹1 − 0,0337𝛽3𝐹2

𝐶𝑑 = 0,5959 + 0,0312(0,3)2,1 − 0,184(0,3)2,1 + 91,71(0,3)2,5

(0,08)−0,75 + 0,09 0,3 4

1 − 0,3 40,4333 − 0,0337 0,3 3 0,47

= 30,74856

g. Menghitung laju aliran massa (ṁ) teoritis tanpacatalytic converter dapat

menggunakan persamaan 2.17.

ṁ =𝐶𝑑𝛽𝜋 (𝑑)2

1 − 𝛽4 2 𝜌 (𝑃1 − 𝑃2)

ṁ =30,749. 0,3. 3,14 (0,0102)2

1 − (0,3)4 2. 1,084. 1425,154

ṁ = 0,162 Kg/s

55

4.8. Hubungan Putaran Mesin Terhadap Laju Aliran Masa

Gambar 4.9Grafik catalytic converter terhadap laju aliran massa terhadap

putaran mesin

Gambar 4.9menunjukan bahwapengujiantanpa cc terhadap laju aliran

massa padaputaran mesin 3000 rpm yaitu 0,267Kg/sberada di bawah catalytic

converterkatalis 4 d CCN(0,284Kg/s) namun pada putaran mesin 3000 rpm

catalytic converter 8 s CCNmemiliki laju aliran massa paling tinggi 0,291Kg/s.

Semakin meningkatnya temperatur pada katalis menyebabkan meningkat

pula laju aliran massa namun tidak begitu signifikan pada pemakaian catalytic

converter8 s CCN.

0,100

0,120

0,140

0,160

0,180

0,200

0,220

0,240

0,260

0,280

0,300

Idle 1000 1500 2000 2500 3000 2500 2000 1500 1000 Idle

ṁ (

kg/s

)

Putaran Mesin (rpm)

Grafik ṁ Terhadap Putaran Mesin

4 d CCN 4 b CCN 8 s CCN Tanpa CC

56

4.9. Hubungan Laju Aliran Massa Terhadap Kosentrasi CO dan HC

4.9.1. Hubungan Laju Aliran Massa Terhadap Kosentrasi CO

Gambar 4.10 Grafik laju aliran massa terhadap kosentrasi CO

Gambar 4.10 memperlihatkan bahwa grafik laju aliran massa catalytic

converter4 d CCN lebih tinggi bila dibandingkan dengan catalytic

converterkatalis 8 s CCN, hal ini disebabkan karena catalytic converter

mempunyai rongga turbulen berbentuk nozzle atau mengerucut di bagian

belakang.

Penggunanan catalytic converterkatalis 8 s CCN padaputaran mesinidle

memiliki kadar CO sebesar 0,36 % dengan laju aliran massa sebesar 0,179Kg/s,

seiring meningkatnya putaran mesin kadar CO dan laju aliran massa meningkat.

Dari grafik di atas dapat dilihat bahwa tingginya laju aliran massa tidak

mempengaruhi penurunan kosentrasi emisi gas buang CO, namun putaran mesin

dan temperatur mempengaruhi kenaikan laju aliran massa.

0

1

2

3

4

5

0,15 0,2 0,25 0,3

Ko

nse

ntr

asi

CO

(%

)

ṁ (Kg/s)

Grafik ṁ Terhadap Konsentrasi CO

Tanpa CC 4 d CCN 4 b CCN 8 s CCN

57

4.9.2. Hubungan Laju Aliran Massa Terhadap Konsentrasi HC

Gambar 4.11 Grafik laju aliran massa terhadap kosentrasi HC

Gambar 4.11 memperlihatkan hal yang sama pada grafik kosentrasi CO,

dimana laju aliran massa catalytic converter 4 d CCN paling tinggi bila

dibandingkan dengan laju aliran massa catalytic converterkatalis 8 s CCN. Pada

penggunaan, catalytic converterkatalis 8 s CCN, seiring denganputaran mesinidle

memiliki kadar HC sebesar 298,33 ppm dengan laju aliran massa sebesar 0,166

Kg/s, seiring meningkatnya putaran mesin kadar HC menurun namun laju aliran

massa meningkat.

Terlihat pada putaran mesin 3000 rpm kadar HC turun menjadi 91,20

ppm dan laju aliran masa naik menjadi 0,279Kg/s hal ini menunjukkan bahwa laju

aliran massa tidak mempengaruhi terhadap penurunan kosentarsi HC, namun

putaran mesin berpengaruh terhadap laju aliran massa. Semakin tinggi putaran

mesin, maka laju aliran massa dan temperatur akan meningkat.

0

100

200

300

400

500

600

0,15 0,2 0,25 0,3

Ko

nse

ntr

asi H

C (

pp

m)

ṁ (Kg/s)

Grafik ṁ Terhadap Konsentrasi HC

Tanpa CC 4 d CCN 4 b CCN 8 s CCN

58

4.10. Hubungan Putaran Mesin Terhadap Beda Tekanan pada Catalytic

Converter

Gambar 4.12 Grafik beda tekanan terhadap putaran mesin

Terlihat pada gambar 4.12menunjukan beda tekanan katalis 8 s CCN

lebih tinggi dari pada 4 d CCN maupun 4 b CCN, hal ini disebabkan karena

jumlah katalisnya lebih banyak catalytic converter8 s CCN. Dapat diartikan,

bahwa semakin banyak jumlah katalis seiring naiknya putaran mesin akan

berdampak pada beda tekanan pada catalytic converter.Tertinggi yaitu 885.19Kg/

m2 pada putaran mesin 3000 rpm katalis 8 s CCN.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Idle 1000 1500 2000 2500 3000

Be

da

Teka

nan

(P

a)

Putaran Mesin (rpm)

Grafik Beda Tekanan Terhadap

Putaran Mesin

4 d CCN 4 b CCN 8 s CCN

59

4.11. Hasil Pengujian Ketahanan Catalytic Converter Tembaga (Cu)Selang-

Seling dengan Tembaga Berlapis Nikel (Cu*Ni)

4.11.1. Hubungan Waktu Pengujian Catalytic Converter CuSelang-Seling

dengan Tembaga Berlapis Nikel Cu*Ni Terhadap Kosentrasi CO

Pengujian dilakukan selama 8 jam non stop pada putaran mesin konstan

1500 rpm dan tanpa beban pada engine stand, hal ini bertujuan untuk mengetahui

ketahanan catalytic converter tembaga selang-seling berlapis nikel. Pengambilan

data dilakukan setiap 1 jam yakni sebanyak 8 kali, namun pada saat memulai

pengujian dilakukan pengambilan data awal sebagai parameternya dimana

sebelum pengambilan data awal dilakukan warming up mesin pengujian. Hasilnya

akan diperoleh total sebanyak 9 data.

Gambar 4.13 Grafik pengujian CO terhadap waktu

Gambar 4.13 menunjukan awal pengujian atau kadar CO sebesar 1,13 %

dan pada 1 jam pertama pengujian mengalami penurunan sebesar 0,94 %, hal ini

disebabkan kondisi pembakaran pada ruang bakar mendekati sempurna dan

temperaturnya semakin bertambah. Namun pada jam ke2kosentrasi CO

mengalami penurunan sebesar 0.85 %, kemudian pada jam ke 3 komsentrasi CO

mengalamikenaikan sebesar 0.87%. Kemudian pada jam ke 4 konsentrasi CO

0,7

0,75

0,8

0,85

0,9

0,95

1

1,05

1,1

1,15

awal 1 2 3 4 5 6 7 8

Ko

nse

ntr

asi C

O %

Waktu (jam)

Grafik CO Terhadap Waktu

60

mengalami penurunan 82% sampai jam ke 8 mengalami konstan. Meningkatnya

efektifitas tersebut disebabkan suhu pada catalytic converter meratasehingga

proses oksidasi berjalan semakin baik dan semakin lama mesin itu dinyalakan

maka bahan bakar tersebut terbakar dengan sempurna.

4.11.2. Hubungan Waktu Pengujian Catalytic Converter Tembaga (Cu)

Selang-Seling dengan Tembaga Berlapis Nikel (Cu*Ni) Terhadap

Konsentrasi HC

Gambar 4.14 Grafik pengujian HC terhadap waktu

Gambar 4.14menunjukan awal pengujian atau kadar HC sebesar 173

ppm dan pada 1 jam pertama pengujian mengalami penurunan sebesar 168,33

ppm, hal ini disebabkan kondisi pembakaran pada ruang bakar mendekati

sempurna dan temperaturnya semakin bertambah. Namun pada jam ke 2kosentrasi

HC mengalami penurunan sebesar 156ppm. Kemudian pada jam ke 3 konsentrasi

HC mengalami penurunan sebesar 153 ppm. Kemudian pada jam ke 4 konsentrasi

HC mengalami penurunan sebesar 155 ppm.

Pada jam ke 6 sampai jam ke 8 mengalami konstan meningkatnya

efektifitas tersebut disebabkan suhu pada catalytic converter merata sehingga

proses oksidasi berjalan semakin baik dan semakin lama mesin itu dinyalakan

maka bahan bakar tersebut terbakar dengan sempurna.

140

170

200

awal 1 2 3 4 5 6 7 8

Ko

nse

ntr

asi C

O (

%)

Waktu (jam)

Grafik Konsentrasi HC Terhadap

Waktu