OPTIMASI EXHAUST GAS RECIRCULATION

TERHADAP EMISI GAS BUANG DAN DAYA MESIN

SIDANG PROPOSAL THESIS

MINGGU, 01-09-2013

OLEH :

AJI RUBIYANTO

(5311220032)

Program Magister Teknik Mesin

UNIVERSITAS PANCASILA

TAHUN 2013

BAGIAN I

PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Pencemaran udara yang Oleh :asap kendaraan bermotor, asap pabrik

ataupun partikel-partikel yang lain.Dari hasil pemantauan tersebut diketahui

ada beberapa parameter yang cukup memprihatinkan, diantaranya: debu

(partikulat), Sulfur Dioksida (SO2 ), Oksida nitrogen (NO), Carbon dioksida

(CO) dan hidrokarbon (HC). Pencemar lainnya adalah timbal (Pb) yang

dikandung dalam bensin (Premium). Keberadaan timbal (Pb) di udara dapat

membahayakan bagi kesehatan manusia.

Data statistik polisi Indonesia pada tahun 2010 jumlah kendaraan bermotor di

Indonesia sekitar 26.706.705 kendaraan, tahun 2011 berjumlah 30.769.093

kendaraan dan 2012 berjumlah 38.156.278 kendaraan. (Intisari, Maret 2012).

isu-isu lingkungan yang berkembang yaitu :

(1) hemat energi

(2) ramah lingkungan

(3) aman

(4) nyaman

(5) mudah dioperasikan oleh siapapun juga

Di dalam mesin motor bakar (internal combustion engine),aplikasi system

EGR secara prinsip adalah mengurangi emisi Nitrogen Oxide (NOx) àpolutan

knalpot yg paling berbahaya baik di mesin bensin maupun diesel.

Exhaust gas recirculation (EGR) bekerja dengan mensirkulasi kembali

sebagian dari gas buang dari exhaust manifold kembali ke ruang bakar

(combustion chamber), sebagian gas buang (dalam konteks ini disebut

“inert” karena gas ini tidak bereaksi dengan pembakaran) akan mengganti

sebagian jumlah campuran bahan bakar yg masuk ke silinder. Hal ini berarti

panas dari pembakaran menjadi berkurang, dan pembakaran akan

menghasilkan tekanan/tenaga yg sama pada temperature yg lebih rendah.

Pada mesin diesel, gas buang tersebut menggantikan sebagian kelebihan

oxygen di campuran bahan bakar

1.2 Faktor – faktor penyebab yang berpengaruh

Sebagaimana dinyatakan pada bulan November 2000 Green Paper on security ofsupply, ditahun 1998 konsumsi energi disektor transportasi menyumbang 28% atasemisi CO2, gas rumah kaca. Secara khusus, transportasi jalan menyumbang 84%dari emisi CO2 Selanjutnya, dalam hal keamanan pasokan energi, adakekhawatiran berkembang untuk situasi saat ini disektor transportasi yangtergantung pada minyak mentah lebih dari 99%.

Sebagai obyek dalam penelitian digunakan engine toyota kijang seri 5k yangdilengkapi sistem egr, di mana rencana pengujian dilakukan dengan 3 variabelyaitu ; Prosentase Bukaan EGR di 5 %, 10 % dan 15 % pada putaran mesin 1500rpm sampai 2500 rpm dan 3000 rpm, dimana digunakan bahan bakar Premium,Premium + Zat Aditif dan Pertamax untuk pengujian Emisi Gas Buang dan dayamesin

1.3 Faktor/variabel penelitian

Tahapan untuk penelitian digunakan sistem EGR pada engine toyota kijang seri 5k

dengan memuat eksperimen yang dilakukan dengan parameter variabel adalah sebagai

berikut :

Prosentase bukaan katup EGR ( 5 % , 10 % dan 15 % )

Variasi Beban ( 1500 Rpm,2500 Rpm dan 3000 Rpm )

Bahan Bakar ( Premium , Premium + Aditif dan Pertamax )

1.4 Rumusan masalah penelitian

1). Dapatkah Penggunaan Sistem EGR menurunkan emisi gas buang dengan tingkat

yang signifikan ?

2). Dapatkah Penggunaan Sistem EGR menaikkan daya mesin dengan tingkat yang

signifikan ?

1.5 Hipotesis

Dugaan yang di rekomendasikan oleh peneliti adalah Penggunaan Sistem EGR memungkinkan menurunkan emisi gas buang dengan tingkat yang signifikan dan mampu menaikkan daya mesin .

1.6 Tujuan penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui Penggunaan/efektifitas Sistem EGR dapat menurunkan emisi gas buang dan menaikkan kinerja mesin dengan tingkat efisiensi yang signifikan dengan variasi beban yang berbeda pada

1.7 Manfaat penelitian

Penggunaan sistem Egr untuk mesin berbahan bakar bensin dapat memberikan kontribusi terhadap Aspek kualitas optimal terhadap penurunan kadar polutan gas dan daya mesin

1.8 Batasan penelitian

kualitas optimal terhadap penurunan emisi gas buang dan daya mesin akan

dilakukan dengan menerapkan kondisi sebagai berikut :

- Prosentase bukaan katup EGR ; 5 %, 10 % dan 15 %

- Variasi beban : 1500 Rpm 2500 Rpm dan 3000 Rpm

- Bahan Bakar : Bensin Premium, Premium + Zat Aditif dan Pertamax

1.9 Ruang lingkup penelitian

Tabel 1. Faktor dan Nilai Level Yang Digunakan

NO Faktor

Level Faktor

Level 1 Level 2 Level 3

1 Prosentase bukaan katup EGR 5 % 10 % 15 %

2 Variasi beban ( Rpm ) 1500,2500,3000 1500,2500,30

00

1500,2500,3

000

3 Bahan Bakar Premium, Premium

+ Zat Aditif dan

Pertamax

Premium,

Premium +

Zat Aditif dan

Pertamax

Premium,

Premium +

Zat Aditif

dan

Pertamax

BAGIAN II

HASIL STUDI LITERATURSistem transportasi dirancang guna memfasilitasi pergerakan manusia dan

barang. Dalam pelayanan transportasi keselamatan (safety) baik orang maupun

barangnya selalu melekat didalamnya, oleh karenanya orang yang melakukan

perjalanan wajib mendaparkan jaminan keselamatan bahkan jika mungkin

memperoleh kenyamanan, sedang barang yang diangkut harus tetap dalam

keadaan utuh dan tidak berkurang kualitasnya (MTI, 2007 : 25)

Gas buang umumnya terdiri dari gas yang tidak beracun N2 (nitrogen), CO2

(Carbon Dioksida) dan H2O (Uap air) sebagian kecil merupakan gas beracun

seperti Nox, HC, dan CO. Yang sekarang sangat populer dalam gas buang adalah

gas beracun yang dikeluarkan oleh suatu kendaraan.

Sebagian besar gas buang terdiri dari 72% N2, 18.1% CO2, 8.2% H2O, 1.2% Gas Argon

(gas mulia), 1.1% O2 dan 1.1% Gas beracun yang terdiri dari 0.13% Nox, 0.09% HC dan

0.9% CO. Selain dari gas buang unsur HC dan CO dapat pula keluar dari penguapan bahan

bakar di tangki dan blow by gas dari mesin.

Seperti terlihat pada grafik, konsentrasi emisi

CO dan HC menurun pada saat NOx meningkat

seiring dengan perbandingan udara dan bahan bakar

(Air Fuel Ratio / AFR) yang semakin kurus.

Sebaliknya, ketika campuran kaya, NOx menurun

tetapi CO dan HC meningkat.

Grafik konsumsi bahan bakar (b) mencapai

titik terendah pada posisi λ beberapa titik di atas 1.

Pada posisi itu pula didapatkan nilai NOx yang

tinggi meskipun CO dan HC pada titik rendah dan

pembakaran terjadi mendekati sempurna, CO2

maksimum. Jika menginginkan kondisi pembakaran

dengan tenaga maksimum, λ harus dibuat lebih

rendah dari nilai 1, kira-kira 0,90. Namun,

Deskripsi Gas Buang Mesin Bensin

1). Karbon Monoksida (CO; Carbon Monoxide)

Rata-rata emisi CO pada mesin 4 tak dalam kondisi normal : 1,5–3,5% untuk mesin dengan karburator ,

0,5– 1,5% pada mesin dengan system injeksi (EFI) dan 0,0–0,2% pada mesin EFI dengan Catalis

2). Hidrokarbon (HC; Hydrocarbon)

Emisi HC diukur dalam satuan ppm (part per milion).

Rata-rata emisi HC pada mesin 4 tak dalam kondisi normal adalah 200 – 400 ppm untuk mesin

karburator, 50 – 200 untuk mesin dengan EFI dan 0 – 50 ppm untuk mesin EFI dengan Katalisator.

3). Nitrogen Oksida (NOx; Nitrogen Oxide)

Pada campuran yang kurus, kadar NOx cenderung meningkat. Nilai Rata-rata emisi NOx pada mesin 4

tak dalam kondisi normal adalah untuk mesin Karburator 2.000 - 3.000 ppm, Mesin EFI 1.500 - 2.500

ppm dan mesin EFI dengan katalis 0 - 100 ppm

4). Karbon Dioksida (CO2; Carbon Dioxide)

Rata-rata substansi CO2 pada mesin 4 tak dalam kondisi normal untuk mesin Karburator adalah

12–15%, Mesin EFI 12–16% dan Mesin EFI dengan katalis 12–17%.

5). Oksigen (O2; Oxygen)

Rata-rata substansi O2 pada mesin 4 tak dalam kondisi normal : Mesin Karburator 0,5 -2 %, Mesin EFI 0,5

- 2% dan Mesin EFI dengan katalis 0%.

2.2. Teknologi Penurun Emisi Gas Buang pada Mesin dengan Karburator

1. Positive Crankcase Ventilation (PCV)

Terpasang diantara cover cylinder head dan intake manifold. Fungsi katup PCV adalah untuk

menyalurkan blow-by gas ke dalam ruang bakar agar dapat dibakar kembali. Sekitar 70−80% gas

yang terdapat dalam crankcase/karter berupa HC yang tidak terbakar dan sisanya 20−30% berupa uap air

dan gas asam Sisa tersebut dapat menyebabkan kerusakan pelumas mesin dan membuat karter berkarat.

2. Fuel Evaporative Emission Control (EVAP) System

Fungsi sistem ini untuk mencegah agar HC tidak terbuang bebas ke atmosfer. Caranya dengan

menggunakan sebuah charcoal canister (filter karbon) untuk menyerap HC yang menguap dari tangki

bahan bakar dan ruang pelampung di karburator.

3. Throttle Positioner (TP) System

Fungsi system ini adalah untuk memberikan kesempatan pada throttle valve agar dapat membuka sedikit

ketika terjadi deselerasi. Dengan pembukaan ini pada saat deselerasi akan memungkinkan pengurangan

emisi pada gas buang.

4. Sistem Sirkulasi Ulang Gas Buang (EGR System)

EGR sistem digunakan untuk mengurangi substansi NOx dalam gas buang.

Cara terbaik mengurangi substansi NOx dalam gas buang dengan menahan suhu dalam ruang bakar tetap

rendah. Gas buang berisi karbon dioksida (CO2) dan uap air (H2O), keduanya merupakan inert gas

yang tidak bisa bereaksi dengan oksigen (O2). Sistem EGR memasukkan gas buang kembali ke intake

manifold, dengan tujuan untuk menurunkan suhu dalam ruang bakar. Ketika campuran udara- bensin dan

gas buang bercampur bersama, proporsi campuran

menjadi kurus, selanjutnya panas hasilpembakaran dibawa oleh gas buang. Akibatnya,suhu maksimum dalam ruang bakar menurunsehingga kadar NOx dalam gas buang mengecil.

Metode untuk digunakan dengan mensirkulasikansebagian gas buang untuk menaikkan kapasitaspanas campuran gas, sehingga untuk mendapatkandaya tinggi tidak membutuhkan temperatur yangsangat tinggi, sehingga mampu menurunkan emisiberupa NOx lebih signifikan. Besarnya gas yangdisirkulasikan sebesar 10 – 15% dalam campurangas mampu menurunkan NOx hingga ½ - 1/3konsentrasi NOx, namun penggunaan EGR inimenimbulkan problem yaitu turunnya flame speed

5. Hot Idle Compensation (HIC) System

Pada saat mesin bekerja pada putaran rendah dan suhu udara luar dan suhu

dalam ruang mesin tinggi, bahan bakar dapat mendidih dan menghasilkan uap.

Jika uap tersebut keluar melalui nozzle/jet dan masuk ke dalam intake manifold,

campuran menjadi sangat kaya dan menyebabkan mesin menjadi kasar atau

mati. Sistem HIC dirancang untuk mengatasi masalah tersebut, sekaligus

mengurangi CO dan HC dalam gas buang.

Sistem kontrol emisi yang ada sekarang ini dapat dilihat pada tabel :

BAGIAN III

METHODOLOGI PENELITIANRancangan Penelitian

Metode Taguchi

Metode Taguchi adalah suatu metode dimana kualitas diukur berdasarkan deviasi

dari karakteristik terhadap nilai targetnya.

Bahwa kualitas suatu produk adalah kerugian minimum yang diberikan oleh suatu

produk kepada masyarakat atau konsumen sejak mulai produk tersebut siap

untuk dikirim ke konsumen

Orthogonal Array

Penelitian ini menggunakan L9(34) hal tersebut karena berdasarkan hasil

kuesioner didapatkan 3 faktor yang berpengaruh serta ada 3 level yang akan

diuji. Eksperimen dipilih sejumlah 9 kali observasi karena dalam tabel standar

orthogonal array yang mendekati 3 faktor dengan 3 level adalah kolom L9(34).

Tabel . Standar Orthogonal Array

2 Level 3 Level 4 Level 5 Level Mixed _ Level

L4( 23 ) L9( 34) L16(45 ) L25( 56 ) L18 ( 21 X 37)

L8( 27 ) L27(313) L64(421 ) - L32 (21 X 49 )

L12( 211 ) L81(340) - - L36 (11 X 312 )

L16( 215 ) - - - L36 (23 X 313 )

L32( 231 ) • • • L54 ( 21 X 325 )

L64( 263 ) • • • L50 (21 X 5 11 )

Data Eksperimen

Layout design orthogonal array yang digunakan adalah L9(34)

dan menggunakan 9 perlakuan eksperimen dengan 4 replikasi

pada tiap perlakuan. Dimana huruf A (Bukaan Katup EGR

dalam %), B (Variasi Beban), C (Bahan Bakar). Angka-angka

1,2 dan 3 menunjukkan level dari tiap parameter. ED1, ED2,

ED3, dan ED4 menunjukkan hasil replikasi respon yang diukur

dalam. Penyajian Data eksperimen dapat dilihat pada :

EXP A B C ED1 ED2 ED3 ED4

1 1 1 1

2 1 2 2

3 1 3 3

4 2 1 2

5 2 2 3

6 2 3 1

7 3 1 3

8 3 2 1

9 3 3 2

3.3.Alat Percobaan dan Bahan Percobaan

1.Mesin Bensin Engine Toyota serie 5K ( 1500 cc )

2.Sistem EGR

3.Bahan Bakar

4.Engine Gas Analizer

5.Pengukur Daya

3.4.Prosedur Percobaan

Prosedur yang harus dilakukan pada tahap persiapan adalah

sebagai berikut:

- Melakukan tune up mesin pada objek penelitian.

- Mempersiapkan premium , premium zat Aditif dan Pertamax.

- Memeriksa perlengkapan pada genset

- Mempersiapkan perlengkapan alat dan instrumen pengujian

yang akan digunakan, seperti 4 in 1 Multi-Function

Environtment Meter, stopwatch, gelas ukur, dan blower,

Tachometer ,Timing Light

Pengujian

a).Torsi dan daya

Pengamatan mulai dilakukan dengan membuka throttle valve sampai mesin menunjukkan putaran yang

diinginkan (1500 rpm sampai 3000 rpm), melakukan penyimpanan data yang meliputi putaran mesin, daya

mesin dan emisi gas buang kemudian dimatikan sampai temperatur mesin kembali normal dan pengujian

dilakukan untuk tingkat lebih lanjut

b).Konsumsi bahan bakar

Memasang alat pengukur daya ,menghidupkan mesin,memanaskan mesin untuk mencapai suhu kerja

mesin kurang lebih selama 5 menit (suhu oli ≥ 90°C), Menghidupkan blower, memasukkan bahan bakar

secara bergantian pada gelas ukur, memposisikan bukaan EGR, membuka throttle valve secara perlahan

hingga tercapai kecepatan yang diinginkan, memasang engine gas analizer pengamatan mulai dilakukan

c).Pengukuran Gas Buang

Pengukuran dilakuan untuk mengetahui

Tingkat pembentukan Gas buang .Re-sirkulasi

gas buang internal (selama pertukaran gas

dengan overlap katup panjang) atau eksternal

(gas buang yang didinginkan melalui katup)

mengurangi puncak temperature pembakaran

dan emisi Nox. diinginkan pada beban

penuh (mengurangi daya) dan idle (dapat

menyebabkan misfire).

3.5 Teknik Analisis Data

Teknik analisis data yang digunakan adalah

metode deskriptif. Hal ini dilaksanakan untuk

mendeskripsikan atau memberikan gambaran

secara sistematik terhadap fenomena yang terjadi

selama dilakukan pengujian

TERIMA KASIH

DAFTAR PUSTAKA Anonim. Benzena, (Online). http://id.wikipedia.org/wiki/Benzena, diakses Agustus 2013.Anonim. Spesifikasi premium, (Online), http://id.wikipedia.org/wiki/Premium/, diaksesAgustus 2013Anonim. Pedoman standart pengujian ISO 1585, (Online),www.infovusam.sk/pdf/prnormy/SC_05/ISO_D IS_1585en.pdf, diakses Agustus 2013.Anonim. Naphtalene, (Online). http://en.wikipedia.org/wiki/Naphtalene, diakses Agustus2013.Anonim. Pengertian Fatty Acid, (Online), http://id.wikipedia.org/wiki/Asam_lemak, diakses25 Agustus 2013.Anonim. Toulena, (Online). http://en.wikipedia.org/wiki/Toluene , diakses Agustus 2013.George Granger Brown. (1973). Unit Operations. New York Tokyo: Modern Asia Edition.Fesenko, Semyonov. 1973. THERMAL ENGINEERING. Moscow: PeacPublisher. Hal331.Heywood, John B. 1988. Internal Combustion Engine Fundamentals. New York:McGraw-Hill, Inc.Halderman, James. D & Linder, Jim.2006. AutomotifFuel And EmissionsControl Systems. New Jersey: Pearson education, Inc.Warju. 2009. Pengujian PerformaMesin Kendaraan Bermotor. Edisi Pertama. Surabaya: Unesa University Press.Service manual toyota kijang Seri 2K,3K,5K , Toyota 1981tune up motor bensin 4 langkah – tersedia dalam .PDF diakses Agustus 2013.www.egavebriasandi.files.wordpress.com