ALAT PENURUN EMISI GAS BUANG PADA MOTOR, MOBIL, MOTOR TEMPEL DAN MESIN PEMBAKARAN TAK BERGERAK

Abstrak Penggunaan kendaraan bermotor perlu diikuti dengan upaya untuk melestarikan lingkungan hidup, karena gas buang dari hasil proses pembakaran sangat nyata pengaruhnya terhadap pencemaran udara dan lingkungan. Satu metoda untuk menyelesaikan permasalahan di bidang pencemaran udara telah dilakukan dengan menggunakan suatu alat tambahan, yang dirancang di Program Studi Teknik Mesin Universitas Udayana. Berdasarkan pada data pengujian yang telah dilakukan terhadap alat tambahan tersebut, tampak dengan jelas bahwa alat tambahan yang telah dirancang mampu mengurangi emisi gas CO secara signifikan, hingga batas paling minimum, serta secara rata – rata mampu dikurangi hingga di atas 54 %. Selain mampu mengurangi emisi gas buang CO2 dan HC, juga mampu meningkatkan kandungan O2. Alat tambahan tersebut tidak berpengaruh terhadap unjuk kerja kendaraan saat beroperasi. Satu keuntungan lainnya adalah alat tambahan juga mampu mengurangi tingkat kebisingan yang ditimbulkan oleh motor. Abstract Emission gas reducer on motor vehicle, automobile, light engine of boat and stationary combustion engine. The use of motor vehicle should be followed by protection against damages on the environment, since the exhaust gas from combustion engine has significantly affect on air and environmental pollution. One method to solve the problems in air pollution has been done by using a re-heater designed in Mechanical Engineering Department, University of Udayana. In accordance to the test on the re-heater, it can be seen very clear that the re-heater has significantly reduce the CO emission of about 54%. It also reduces the CO2 dan HC emission, and in the other side increases the number of O2. The re-heater has no significant effect to engine performance during the operation and also reduces the noise of motor. Keywords: emission gas reducer, motor 1. Pendahuluan Perkembangan otomotif sebagai alat transportasi, baik di darat maupun di laut, sangat memudahkan manusia dalam melaksanakan suatu pekerjaan. Selain mempercepat dan mempermudah aktivitas, di sisi lain penggunaan kendaraan bermotor juga menimbulkan dampak yang sangat buruk terhadap lingkungan, terutama gas buang dari hasil pembakaran bahan bakar yang tidak terurai atau terbakar dengan sempurna. Seperti diketahui bahwa proses pembakaran bahan bakar dari motor bakar menghasilkan gas buang yang secara teoritis mengandung unsur CO, NO2, HC, C, H2, CO2, H2O dan N2, dimana banyak yang bersifat mencemari lingkungan sekitar dalam bentuk polusi udara. Unsur gas karbon monoksida (CO) yang berpengaruh bagi kesehatan makhluk hidup perlu mendapat kajian khusus, karena unsur karbon monoksida hasil pembakaran bersifat racun bagi darah manusia pada saat pernafasan, sebagai akibat berkurangnya oksigen pada jaringan darah. Jumlah CO yang terdapat di dalam darah, lamanya dihirup dan kecepatan pernapasan menentukan jumlah karboksi-hemoglobin (kombinasi hemoglobin/karbon-monoksida) di dalam darah, dan jika jumlah CO sudah mencapai jumlah tertentu/jenuh di dalam tubuh maka akan menyebabkan kematian. 95 MAKARA, TEKNOLOGI, VOL. 6, NO. 3, DESEMBER 2002 96 Penggunaan kendaraan bermotor di dalam kehidupan manusia tidak bisa dikurangi, seiring dengan semakin meningkatnya jumlah penduduk. Hal yang perlu diperhatikan pula adalah meningkatnya jumlah kendaraan namun tidak diikuti dengan upaya pelestarian lingkungan hidup, sehingga disini perlu dipertimbangkan dampak dari gas buang hasil proses pembakaran terhadap pencemaran udara dan lingkungan. Penelitian yang dilakukan oleh penulis sebagai hasil kerja sama dengan Bapedalda Propinsi Bali, menyiratkan bahwa gas karbon monoksida yang berasal dari gas buang kendaraan akan sangat tinggi pada saat motor dioperasikan pada beban yang besar dan putaran yang rendah. Hal ini identik dengan kondisi saat macet, karena pada kondisi macet inilah maka motor beroperasi pada beban yang tinggi namun putaran rendah. Ini berarti, gas karbon monoksida yang dilepas ke lingkungan akan semakin tinggi pada saat macet. Semakin banyak simpul – simpul kemacetan, semakin banyak pula pelepasan gas karbon monoksida dan karbon dioksida ke lingkungan. Untuk pemakaian pada motor tempel dan stationer engine, maka pengoperasian motor adalah identik dengan kondisi macet tersebut di atas, karena keduanya beroperasi pada beban yang tinggi dan putaran yang rendah. Hal ini disebabkan karena motor tempel dan stationer engine memerlukan torsi dan daya yang besar untuk menghasilkan percepatan (akselerasi) yang tinggi. Houghton [1] telah memprediksikan bahwa peningkatan konsentrasi gas karbon monoksida dan karbondioksida di atmosfer akan menaikkan temperatur global dan secara langsung akan meningkatkan pula temperatur lokal. Peningkatan konsentrasi gas karbon dioksida di atmosfer dalam jumlah dua kali lipat dari kondisi semula di tahun 1995 (seiring dengan semakin banyaknya jumlah kendaraan yang beroperasi serta operasi dari kendaraan yang kurang terawat), akan menaikkan temperatur global sekitar 1 – 3.5 ºC pada tahun 2100. Kenaikan temperatur di atmosfer harus terus terkontrol agar tidak melebihi angka 0.1 – 0.35 ºC dalam satu dasawarsa. Beranjak dari pemikiran di atas, penulis kembali bekerja sama dengan Bapedalda Propinsi Bali membuat dan mengembangkan suatu alat tambahan yang berfungsi untuk mengurangi emisi gas buang CO, CO2 dan HC yang disebabkan oleh mesin pembakaran, sampai batas yang dapat diterima (acceptable level). Meskipun Pemerintah Propinsi Bali mencanangkan konsentrasi ambang batas gas buang CO adalah sebesar 4 %, namun seiring dengan semakin meningkatnya jumlah mesin pembakaran yang beroperasi, maka nilai emisi gas buang tersebut harus terus dikurangi, agar perubahan temperatur lokal di Bali dapat dipertahankan sebesar 0.1ºC dalam satu dasawarsa. Adapun polutan-polutan dari gas buang yang sangat mengganggu kesehatan adalah NOx , HC, CO [2] Gas NOx dapat menyebabkan sesak napas pada penderita asma, sering menimbulkan sukar tidur, batuk-batuk dan dapat juga mengakibatkan kabut atau asap. NOx adalah gas yang tidak berwarna tidak berbau, tidak memiliki rasa, dan dengan O2 akan sangat mudah, cepat bereaksi dan berubah menjadi NO2 karena bersenyawa dengan O2. Gas NO2 (nitrogen dioksida), dapat juga merusak jaringan paru-paru dan jika bersama H2O akan membentuk nitric acid (HNO3) yang pada gilirannya dapat menimbulkan hujan asam yang sangat berbahaya bagi lingkungan. Gas NOx terbentuk akibat temperatur yang tinggi dari suatu pembakaran. Hidrokarbon (HC) merupakan gas yang tidak begitu merugikan manusia, akan tetapi merupakan penyebab terjadinya kabut campuran asap (smog). Pancaran hidrokarbon yang terdapat pada gas buang berbentuk gasoline yang tidak terbakar. Hidrokarbon terdapat pada proses penguapan bahan bakar pada tangki, karburator, serta kebocoran gas yang melalui celah antara silinder dan torak yang masuk ke dalam poros engkol yang biasa disebut blow by gases (gas lalu). Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa karbon monoksida (CO) sebagai gas yang cukup banyak terdapat di udara, dimana gas ini terbentuk akibat adanya suatu pembakaran yang tidak sempurna. Gas karbon monoksida mempunyai ciri yang tidak berbau, tidak terasa, serta tidak berwarna. Kendaraan bermotor memberi andil yang besar dalam peningkatan kadar CO yang membahayakan. Di dalam semua polutan udara maka CO adalah pencemar yang paling utama. Beberapa upaya untuk mengurangi polusi udara dapat dinyatakan sebagai berikut ini: 1. Mengembangkan substitusi bahan bakar dengan tujuan untuk mengurangi polutan (substitusi ini bisa berupa bahan bakar tanpa timbal ataupun gas). 2. Mengembangkan sumber tenaga alternatif yang rendah polusi (sumber tenaga bisa berupa tenaga listrik, tenaga surya, ataupun tenaga angin). 3. Memodifikasi mesin untuk mengurangi jumlah polutan yang terbentuk (modifikasi mesin bisa dilakukan baik dengan menggunakan turbo cyclone, memperbaiki sistem pencampuran bahan bakar, maupun dengan mengatur pendinginan di dalam ruang bakar). 4. Mengembangkan sistem pembuangan yang lebih sempurna (sistem pembuangan dari gas buang bisa disempurnakan dengan menggunakan semacam re-heater yang telah dikembangkan di Program Studi Teknik Mesin Universitas Udayana, ataupun MAKARA, TEKNOLOGI, VOL. 6, NO. 3, DESEMBER 2002 97 dengan menggunakan catalytic converter yang biasanya dipasang pada kendaraan mewah). 5. Memperbaiki sistem pengapian (sistem pengapian kendaraan dapat diperbaiki dengan mengatur ignition time dan delay period dari motor bakar, salah satunya adalah dengan menggunakan power ignition, EFI (Electronic Full Injection). 6. Meningkatkan perawatan kendaraan bermotor dengan jalan memeriksa kandungan gas buang setiap 6 atau 12 bulan. 7. Menghindari cara pemakaian yang justru menghasilkan polutan yang tinggi (beberapa cara pemakaian yang salah adalah dengan meng-geber- geber pedal gas ataupun melakukan trek – trek-an di jalan raya, menambahkan pelumas pada knalpot kendaraan sehabis di servis, dan beban angkut yang melebihi kapasitas daya angkut motor). Berdasarkan pada teori tersebut di atas, maka dibuatlah alat tambahan dengan mempertimbangkan faktor dan parameter tersebut. 2. Metode Adapun prinsip kerja alat penurun emisi gas buang adalah sebagai berikut: • 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 1a. • 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 1b. • 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 1b. • 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 1a dan 1b. Sistem ini dioperasikan oleh kalor semata (heat-operated 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. • Metoda untuk menghitung laju pertukaran kalor di dalam re-heater disajikan dalam Lampiran 2. 3. Hasil dan Pembahasan 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 1 - 5. 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 Æ 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 Æ CO MAKARA, TEKNOLOGI, VOL. 6, NO. 3, DESEMBER 2002

DOWNLOAD KLIK DISINI