bab iii metodelogi penelitian 3.1. kerangka...

27

BAB III

METODELOGI PENELITIAN

3.1. Kerangka Penelitian

Dalam penelitian catlytic converter terdapat beberapa tahapan yang

dilakukan, berikut adalah diagram alur kerangka dalam penelitian.

Gambar 3.1 Diagram alur metodelogi penelitian.

Dengan Catalytic

Converter

Pembuatan

Katalis

Tanpa Catalytic

Converter

Penyiapan

Alat dan Bahan

Pembuatan

Catalytic Converter

Kesimpulan

Percobaan Dengan Catalytic Converter

Dan Tanpa Catalytic Converter

Pengujian dan Pengambilan data

Analisa Data Refrensi

Studi Pustaka

Persiapan Penelitian

Awal

Selesai

Tidak

Ya

CO, HC

Tereduksi

28

3.2. Studi Pustaka

Studi pustaka dilakukan guna memperdalam bagian yang akan diteliti,

sebagai piranti penunjang penelitian guna mendapatkan hasil yang maksimal.

Studi pustaka digunakan untuk membandingkan hasil penelitian atau

mengembangkan penelitian terdahulu dan literature yang berhubungan dengan

topik penelitian.

3.3. Persiapan Penelitian

Persiapan penelitian dibagi menjadi 3 yaitu instrumen penelitian,

penyiapan alat-alat penelitian, dan pemeriksaan mesin uji.

3.3.1. Instrumen Penelitian

Instrumen penelitian meliputi alat ukur dan alat uji yang digunakan untuk

pengujian dan pengambilan data. Instrument yang digunakan dalam penelitian ini

dapat dilihat pada gambar 3.2.

(Murdo,P, 2013)

Gambar 3.2 Skema mesin pengujian Catalytic Converter.

Dengan menggunakan engine stand sebagai sumber polutan. Pada pipa

aliran gas buang di pasang catlytic converter dengan sebuah orifice plate serta 2

buah thermocouple pada input dan output dari catlytic converter. Hal bertujuan

untuk dalam menganalisa performa dan sistem kerja catlytic converter.

Empat buah spiral tembaga dipasang masing-masing 2 pada input dan

output catlytic converter serta 2 pada orifice plate. Spiral berdiameter 3 mm

dipasang untuk mempercepat pelepasan panas atau kalor dari emisi gas buang

29

yang kemudian diteruskan ke manometer untuk mengetahui beda tekanan pada

catlytic converter dan beda tekanan pada orifice plate. Skema pemasangan alat

ukur dan catalytic converter dapat dilihat pada gambar 3.3 dan keterangan dapat

dilihat pada tabel 3.1.

Gambar 3.3 Skema pemasangan alat ukur dan catalytic converter.

Tabel 3.1 Keterangan gambar 3.3

No Keterangan

1 Plat orifice

2 Thermocouple T2

3 Thermocouple T1

4 Pipa manometer pada orifice

5 Pipa manometer pada orifice

6 Pipa manometer pada catalytic converter

7 Pipa manometer pada catalytic converter

3.3.2. Penyiapan Alat-alat Penelitian

Alat-alat pengujian yang digunakan terdiri dari beberapa alat antara lain :

1. Mesin Uji

Mesin uji yang digunakan adalah engine stand lab PKM FT. Universitas

Muhammadiyah Semarang dengan spesifikasi sebagai berikut

Merk : Toyota

Type : 5K

Tahun : 1992

Volume silinder : 1456 CC

Jumlah silinder : 4 silinder

Bahan bakar : Bensin

Sistem Pembakaran : Karburator

30

Gambar 3.4 Engine stand.

2. Gas Analyzer

Dalam pengujian ini menggunakan Gas Analyzer Lab. FT. Universitas

Muhammadiyah Semarang dapat dilihat pada gambar 3.5 dengan spesifikasi

sebagai berikut.

Merk / type : Qrotech 402

Measuring Item : CO, HC, CO2, O2, Lamda, AFR , Nox.

Measuring Range : CO = 0.00 – 9.99%

HC = 0 – 9999 ppm

CO2 = 0.0 – 20.0%

O2 = 0.0 – 25.0%

λ = 0.000 – 2.000

AFR = 0.0–99.0%

Fuel Type : Gasoline , LPG, CNG, Alcohol Hcv and

Ocv conversation.

Warming Uptime : About 2 – 8 minutes.

Power Source : AC 110 Volt or AC 220 Volt ± 10% 60 Hz.

31

Gambar 3.5 Emission analyzer.

3. Thermocouple dan Thermodisplay

Thermocouple digunakan untuk mengetahui temperatur gas buang dari

exhouse manifold masuk ke catlytic converter dan temperatur gas keluar catlytic

converter.Thermocouple yang digunakan adalah tipe K dengan range pengukuran

0 °C sampai dengan 1200 °C. Sedangkan thermo display menggunakan merk

Autonics model T4YI dengan sensor thermocouple tipe K menghasilkan range 0

°C - 12000 °C. Thermocouple dan thermo display dilihat pada gambar 3.6.

Gambar 3.6 Thermocouple dan thermo display (Murdo,P, 2013).

4. Digital Tachometer

Digital tachometer merk Krisbow KW06-302 dengan 5 digit display dan

akurasi 0,05% + 1 digit digunakan untuk mengetahui putaran mesin pada tiap

perubahan variasi putaran dilihat pada gambar 3.7.

32

Gambar 3.7 Digital tachometer.

5. Stopwatch

Alat ini digunakan untuk menentukan waktu yang digunakan pada tiap

pengambilan data. Alat tersebut dapat dilihat pada gambar 3.8.

Gambar 3.8 Stopwatch.

6. Sound Level Meter

Alat ini digunakan untuk pengukuran kebisingan suara pada tiap

pengambilan data. Alat tersebut dapat dilihat pada gambar 3.9.

Gambar 3.9 Sound Level Meter.

33

7. Orifice Plate Flowmeter

Dalam pengujian ini orifice plate ditempatkan pada posisi yang akan

diukur laju aliran masanya yaitu pada jarak 1 m setelah catlytic converter.

Perbedaan tekanan dari dua titik sesudah dan sebelum melewati orifice kemudian

akan disubstitusikan menggunakan persamaan kontinyuitas dan bernouli barulah

laju aliran masa diperoleh. Berikut gambar orifice plate serta dimensinya, pada

gambar 3.10.

Gambar 3.10 Orifice plate dan dimensinya.

8. Manometer Pipa U

Manometer ini digunakan untuk mengetahui beda tekanan yang terjadi

pada catlytic converter serta mengetahui laju aliran massa yang terjadi pada

orifice plate. Manometer pipa U dapat dilihat pada gambar 3.11.

d = 10,2 mm

β = 0,3

D = 34 mm

45° Sudut Lereng

Tebal pinggiran

dalam = 0,68 mm

Tebal plat = 3,4 mm

34

Gambar 3.11 Manometer pipa U.

3.2.3. Pemeriksaan Mesin Uji

Sebelum pengujian emisi gas buang berlangsung, terlebih dahulu

mempersiapkan kondisi standart mesin. Adapun kegiatan yang dilakukan adalah :

1. Menganti minyak pelumas dan memeriksa adanya kebocoran-kebocoran.

2. Membersihkan saringan udara.

3. Service karburator.

4. Pemeriksaan sistem pengapian.

5. Pemeriksaan radiator.

6. Pemeriksaan accumulator.

3.3. Pelapisan Tembaga (Cu) dengan Nikel (Ni)

Pelapisan secara listrik electroplating adalah elektrodeposisi pelapisan

atau coating logam melekat ke elektroda untuk menjaga substrat dengan

memberikan permukaan dengan sifat dan dimensi berbeda dari pada logam

basisnya tersebut (Anton J. H dan Tomijiro K,1995 : 25), sedangkan pengertian

electroplating yang lain adalah suatu proses pengerjaan permukaan material baik

logam maupun bukan logam dan upaya meningkatkan sifat-sifat material tersebut

(Saleh, A. Arsianto, 1995 : 3).

(∆h Pada catalytic converter)

(∆h Pada orifice)

(T1)

(T2)

35

Di masyarakat umum, elektroplating yang dikenal sebagai finishing

logam ialah vernikel dan verkhrom. Hasil barang garapannya pun lebih indah,

memikat, berkilau, dan lebih awet.Yang jamak dimanfaatkan untuk plating /

coating dekoratif-protektif ini ialah tembaga, nikel dan chrom. Dalam teknologi

pengerjaan logam, proses electroplating dikategorikan sebagai proses pengerjaan

akhir (metal finishing).

3.4. Pembuatan Material Catalytic Converter

Pembuatan bahan penelitian ini terdiri dari dua bagian utama yaitu

konstruksi bagian luar dan konstruksi bagian dalam catlytic converter. Konstruksi

bagian dalam berupa katalis sedangkan bagian luar berupa rumah atau casing.

3.4.1. Katalis

Material katalis bagian dalam terbuat dari tembaga (Cu) dan tembaga

berlapis nikel (Cu*Ni) yang berbentuk plat lembaran dengan ketebalan 0.05 mm

diameter 10 cm. Plat kemudian dipotong memanjang dengan lebar 2 cm dan

dibentuk sesuai dengan bentuk yang telah direncanakan. Katalis tersebut dapat

dilihat pada gambar 3.12.

Gambar 3.12 Bentuk katalis.

36

3.4.1.1. Tembaga (Cu)

Tembaga merupakan salah satu unsur logam transisi yang berwarna

coklat kemerahan terlihat pada gambar 3.13. 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).

Gambar 3.13 Katalis Tembaga (Cu).

Karena tembaga mempunyai sifat mampu mengalirkan panas dan listrik

yang baik, maka ia banyak dipakai sebagai kondensor dan alat-alat pemanas.

Tembaga mempuyai titik lebur pada 1083° C, titik didih 2567° C, kapasitas panas

0,385 j/g K serta mempunyai kemampuan St 37 (Sunardi, 2006).

3.4.1.2. Nikel (Ni)

Nikel adalah logam putih perak yang keras. Nikel ditemukan oleh

Cronstedt pada tahun 1751 dalam mineral yang disebutnya kupfer nickel (nikolit).

Nikel mempunyai unsur kimia metalik dalam tabel periodik yang memiliki simbol

(Ni) dan nomor atom 28. Nikel bersifat liat,dapat ditempah logam ini melebur

pada 1455oC, dan bersifat magnetis (Vogel,1984).

Nikel amat popular dalam plating, terutama pada sistem plating tembaga

nikel-chrom (dekoratif/protektif) di ilustrasikan pada gambar 3.14 Nikel

merupakan logam plating yang paling peka responnya atas aditif-aditif. Riwayat

37

plating nikel (vernikel) sudah amat kaya. Deposit hasil plating nikel pertama yang

baik ialah oleh Bottger tahun 1842.

Gambar 3.14 Tembaga berlapis Nikel (Cu*Ni).

3.4.2. Casing

Casing merupakan bagian luar dari catlytic converter yang dibuat

berbentuk tabung elips dan dibuat dari plat stainless steel dengan tujuan agar

dapat terhindar dari korosi.

Casing pada gambar 3.15 dibuat memiliki penutup yang dapat dibuka

dan ditutup dengan baut hal tersebut bertujuan untuk memudahkan dalam

penambahan jumlah substrat serta penggantian katalis dan keterangan gambar

3.15 dapat dilihat pada tabel 3.2.

Gambar 3.15 Casing catlytic converter

1 2

3 4

5

38

Tabel 3.2 Keterangan gambar 3.15

No Keterangan

1 Katalis Tembaga (Cu)

2 Katalis Tembaga berlapis Nikel (Cu*Ni)

3 Input Catalytic converter

4 Output Catalytic converter

5 Penutup Casing Catalytic converter

3.5. Percobaan

Percobaan dilakukan bertujuan mengetahui emisi gas buang pada montor

bensin dan mempersiapkan sebelum melakukan penelitian serta memahami

pembacaan alat ukur.

3.6. Pemanasan Mesin

1. Pemanasan Mesin

Tujuan dilakukan pemanasan mesin adalah mempersiapkan kondisi

mesin uji supaya tercapai kondisi kerjanya. Adapun langkah-langkahnya adalah

sebagai berikut.

a) Mengidupkan mesin uji dalam kondisi idle salama 5 menit.

b) Memeriksa kondisi dan memastikan semua instrumen pendukung

berfungsi dengan baik.

2. Kalibrasi Gas Analyzer

Setelah mesin dalam kondisi siap uji kemudian tahap selanjutnya adalah

melakukan kalibrasi gas analyzer. Dengan langkah-langkah sebagai berikut :

a) Gas analyzer dinyalakan, setelah sebelumnya menghubungkan jack power

dengan sumber listrik.

b) Masukkan sensor gas analyzer kedalam mufler exhaust.

c) Tekan tombol enter untuk memulai kalibrasi gas analyzer selama 200 detik

secara otomatis.

d) Setelah kalibrasi awal selesai, secara otomatis gas analyzer akan melakukan

zero kalibrasi.

e) Dalam 20 detik kalibrasi zero selesai, kemudian tekan tombol enter.

39

3.7. Pengujian Catalytic Converter

Pengujian dilakukan untuk mengetahui penurunan emisi gas buang dan

mempersiapkan sebelum melakukan pengambilan data serta memahami

pembacaan alat ukur.

3.8. Tahap Pengujian

Pengujian ini dibagi dalam tiga tahapan, yaitu pengujian tanpa catalytic

converter, pengujian dengan menggunakan catlytic converter dengan katalis

tembaga (Cu) selang-seling dengan tembaga berlapis nikel (Cu*Ni), dan yang

terakhir yaitu pengujian ketahanan catlytic converter tembaga (Cu) selang-seling

dengan tembaga berlapis nikel (Cu*Ni) selama 8 jam.

1. Tanpa Catlytic Converter

Pengujian bertujuan untuk megetahui jumlah emisi gas buang yang

dikeluarkan oleh mesin uji. Data yang diperoleh dari pengukuran ini digunakan

sebagai pembanding dengan pengukuran menggunakan catlytic converter dengan

langkah-langkah sebagai berikut:

a) Mesin dalan keadaan menyala dalam kondisi idle dan sensor gas analyzer

telah dimasukkan kedalam mufler exhaust.

b) Stopwatch dijalankan untuk batasan pengambilan seluruh data setiap 1

menit dan diambil sebanyak tiga kali.

c) Dalam kondisi mesin idle catat seluruh data yang tertera dalam display

sesuai waktu yang telah ditetapkan.

d) Ketika telah selesai pada kondisi rpm idle, gunakan digital tachometer untuk

pengaturan tiap rpm mesin yaitu 1000 rpm, 1500 rpm, 2000 rpm, 2500 rpm,

dan 3000 rpm. lalu turun kembali 2500 rpm, 2000 rpm, 1500 rpm, 1000 rpm

dan idle.

e) Dengan langkah yang sama catat seluruh data pada tiap rpm sebanyak tiga

kali pada tiap menitnya.

40

2. Pengujian Catalytic Converter Tembaga berlapis Nikel posisi Selang-seling

Tiga variasi catalytic converter, katalis 4 d CCN, 4 b CNN, dan -

8 s CNN, dengan bentuk katalis seperti pada gambar 3.16a, 3.16b, 3.16c.

Gambar 3.16a 4 d CCN

Gambar 3.16b 4 b CCN

Gambar 3.16c 8 s CCN

Setelah melakukan pengujian tanpa catalytic converter selesai maka

pengujian berikutnya dengan menggunakan catalytic converter dengan langkah-

langkah sebagai berikut :

41

a) Pasang catalytic converter pada knalpot dengan variasi posisi katalis

(variasi seperti gambar 3.16a, variasi seperti gambar 3.16b dan variasi seperti

gambar 3.16c)

b) Lapisi sambungan catalytic converter dengan menggunakan packing

c) knalpot pada tiap sambungannya supaya tidak bocor kemudian kencangkan

dengan baut dan mur, pastikan tidak ada kebocoran.

d) Biarkan mesin menyala idle untuk memanasi catlytic converter hingga

mencapai suhu berkisar 100°C (T1).

e) Catat seluruh data hasil pengukuran sebanyak tiga kali untuk tiap menitnya.

f) Setelah data idle didapatkan naikan perlahan rpm mesin dengan bantuan

digital tachometer menjadi 1000 rpm, 1500 rpm, 2000 rpm, 2500 rpm, 3000

rpm turun kembali 2500 rpm, 2000 rpm, 1500 rpm, 1000 rpm, idle.

g) Catat data sebanyak tiga kali permenitnya untuk setiap rpm.

h) Setelah pengujan katalis 4 d CCN selesai, dilanjutkan dengan pengujian

katalis 4 b CCN seperti gambar 3.16b, dan 8 s CCN pada gambar 3.16c

dengan langkah pengujian a sampai g.

3. Pengujian Ketahanan

Pemasangan catlytic converter 8 s CCN seperti pengujian ke 2 untuk 8 s

CCN. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui ketahan dari catalytic converter

katalis tembaga selang-seling dengan tembaga berlapis nikel. Pengujian dilakukan

selama 8 jam non stop pada putaran mesin konstan 1500 rpm dan tanpa beban

pada engine stand. Langkah-langkah sebagai berikut :

a) Pasang catalytic converter pada knalpot dengan variasi posisi 8 s CCN seperti

gambar 3.16c.

b) Warming up engine stand pada kondisi rpm idle.

c) Naikkan putaran mesin menjadi 1500 rpm konstan.

d) Tunggu mesin stabil pada putaran tersebut, kemudian catat hasil awal

pengujian.

e) Tahan mesin pada kondisi dan putaran tersebut (1500 rpm). ambil kembali

data pengujian setiap 1 jam selama 8 jam total waktu pengujian. Gunakan

stopwatch untuk membantu mengetahui waktu tempuh pengujian.

42

3.9. Variabel Penelitian

Pada penelitian ini terdapat tiga variabel pengujian yaitu variabel tetap,

variable berubah, variable respon.

3.9.1. Variabel Tetap

a. Jenis bahan bakar yang digunakan adalah Bensin Premium.

b. Tebal plat tembaga dan tembaga berlapis nikel adalah 0.05 mm.

c. Bentuk casing catalytic converter.

3.9.2. Variabel Berubah

a. Variasi putaran mesin dari putaran idle, 1000 rpm, 1500 rpm, 2000 rpm,

2500 rpm, 3000 rpm, turun kembali 2500 rpm, 2000 rpm, 1500 rpm, 1000

rpm dan idle.

b. Jumlah variasi katalis tembaga (Cu) dan tembaga berlapis nikel (Cu*Ni) yang

digunakan 4 d CNN, 4 b CNN dan 8 s CCN.

3.9.3. Variabel Respon

Meliputi konsentrasi emisi gas HC, CO, temperature, tekanan dan laju

aliran massa tanpa catlytic converter dan setelah menggunakan catlytic converter

tembaga (Cu) selang-seling dengan tembaga berlapis nikel (Cu*Ni).

43

Tabel 3.3 Pengambilan data dalam pengujian catalytic converter

PUT CC

Tanpa CC 4 d CCN 4 b CCN 8 s CCN

idle CO,HC CO,HC CO,HC CO,HC

1000 CO,HC CO,HC CO,HC CO,HC









idle CO,HC CO,HC CO,HC CO,HC

Keterangan :

4 d CCN = 4 Katalis posisi depan tembaga (Cu) selang-seling nikel (Cu*Ni)

4 b CCN = 4 Katalis posisi belakang tembaga (Cu) selang-seling nikel (Cu*Ni)

8 s CCN = 8 Katalis posisi selang-seling tembaga (Cu) dan (Cu*Ni)

3.10. Analisis Data

Dapat dilihat dalam tabel 3.3 di atas pengambilan data yang diperoleh

akan dianalisa secara deskriptif dengan melalui hasil tampilan grafik-grafik yang

ada untuk mengetahui seberapa besar pengaruh variasai-variasi yang dilakukan

pada catalytic converter terhadap emisi gas buang CO dan HC sebelum

menggunakan catalytic converter dan setelah menggunakan catalytic converter

tembaga (Cu) selang-seling dengan tembaga berlapis nikel (Cu*Ni).

bab iii metodelogi penelitian 3.1. kerangka...

Documents