PENGARUH PEMANFAATAN ZEOLIT PELET ASAM-FISIK DENGAN NORMALITAS TINGGI TERHADAP PRESTASI MESIN DIESEL 4-LANGKAH

ABSTRAK
PENGARUH PEMANFAATAN ZEOLIT PELET ASAM-FISIK DENGAN
NORMALITAS TINGGI TERHADAP PRESTASI MESIN DIESEL
4-LANGKAH

Oleh
JUNI EKO PURNOMO

Salah satu solusi yang dapat dilakukan untuk menghemat bahan bakar minyak
sekarang ini adalah dengan memaksimalkan udara yang akan digunakan dalam
proses pembakaran. Zeolit alam yang teraktivasi asam-fisik mampu menyaring
nitrogen dan uap air dan hanya oksigen murni yang masuk dalam ruang
pembakaran, sehingga terjadilah pembakaran yang sempurna. Peningkatan nilai
konsentrasi pada aktivasi kimia dapat mempengaruhi kemampuan absorpsi zeolit.
Semakin tinggi nilai konsentrasi asam yang digunakan, maka semakin bertambah
luas permukaan spesifik pori-pori zeolit dan menyebabkan zeolit menjadi aktif.
Penelitian ini bertujuan untuk melihat pengaruh pemanfaatan filter zeolit pelet
terhadap prestasi mesin diesel 4-langkah.
Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan variasi normalitas tinggi pada
masing-masing larutan aktivator HCl dan H2SO4 dengan nilai konsentrasi 1N, 2N,
3N, dan 4N, dengan aktivasi fisik pada 200 0C selama 1 jam. Pengujian yang

dilakukan dengan variasi massa rapat dan renggang pada uji prestasi mesin diesel
4-langkah. Mesin dioperasikan pada putaran rendah (1500 rpm), putaran
menengah (2000 rpm), dan putaran tinggi (2500 dan 3000 rpm). Pelet tersebut
dikemas dalam suatu frame filter dan diletakkan pada saringan udara mesin uji
sehingga sebelum udara masuk ke dalam ruang bakar, terlebih dahulu terkontak
dengan pelet zeolit.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa pelet teraktivasi HCl-fisik dengan nilai
konsentrasi 1N dapat meningkatkan daya engkol sebesar 2,303 % dan
menurunkan konsumsi bahan bakar spesifik sebesar 3,151 % pada putaran
menengah. Sedangkan pada penggunaan zeolit pelet teraktivasi H2SO4 1N dapat
meningkatkan daya engkol sebesar 2,157 % dan menurunkan konsumsi bahan
bakar spesifik sebesar 2,867 %. Penggunaan zeolit teraktivasi HCl-fisik lebih baik
dibandingkan dengan zeolit teraktivasi H2SO4-fisik walaupun tidak signifikan,
yaitu kenaikan daya engkol rata-rata sebesar 2,063 % pada HCl dan sebesar 1,958

% kenaikan pada H2SO4. Penghematan konsumsi bahan bakar rata-rata sebesar
3,308 % pada HCl dan sebesar 3,125 % pada H2SO4.
Kata kunci : Zeolit aktivasi asam, asam normalitas tinggi, filter zeolit.

ABSTRACT

THE EFFECT OF USING ACID-PHYSICAL ZEOLITE PELLET WITH
HIGH NORMALITY ON PERFORMANCE OF A 4-STROKES
DIESEL ENGINE

By
JUNI EKO PURNOMO

Nowadays, one of the solutions to save fuel is to maximize the air in the
combustion process. Natural zeolite that is physically and chemically activated is
capable to filter nitrogen and water vapor so that only pure oxygen that come into
the combustion chamber in order to make a complete combustion. The increase of
the concentration on chemical activation may affect the adsorption ability of the
zeolite. Higher concentration of acid used results the wider specific surface area of
zeolite pores and makes the zeolite become active. This research aims to observe
the effect of using zeolite pellets as adsorbent to increase the performance of a 4strokes diesel engine.
This research was tested in high normality variation of activator, HCl and H2SO4,
with the concentration of 1N, 2N, 3N, and 4N, and physical activation at 200 0C
for 1 hour. The tests were conducted in dense and distant zeolite arrangement
variations of a 4-strokes diesel engines. The engine was operated at low speed
(1500 rpm), medium speed (2000 rpm), and high speed (2500 and 3000 rpm). The

pellets were put on a frame of filter. Then, that frame was placed on the air filter
of the engine so that before the air came into the combustion chamber, it firsly
contacted with the zeolite pellets.
The results showed that the pellet activated using HCl at 1N increased the brake
power of 2.303% and decreased brake specific fuel consumption of 3.151% in the
medium speed. While, the use of zeolite pellets activated using H2SO4 with 1N
consentration increased the brake power of 2,157% and decreased brake specific
fuel consumption of 2.867%. The use of HCl-physical zeolite was better
compared to the one that was activated using H2SO4 although the difference was
not significant. Which were, the average increase of the brake power of 2,063%
using HCl and of 1.958% using H2SO4. The average decrease of the fuel
consumption of 3.308% HCl and of 3.125% for H2SO4.
Keywords: Zeolite acid activation, high normality acid, zeolite filter.

iii

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Way Jepara, Kab. Lampung Timur
pada tanggal 06 Juni 1990, sebagai anak pertama dari

empat bersaudara, dari pasangan Tugiman dan Sumiasih.
Pendidikan sekolah dasar di SD Negeri 1 Braja Caka
diselesaikan pada tahun 2003. Sekolah lanjutan tingkat
pertama di SLTP Negeri 1 Way Jepara diselesaikan pada
tahun 2006. Sekolah menengah atas di SMA Negeri 1 Way Jepara diselesaikan
pada tahun 2009 dan pada tahun 2009 penulis diterima sebagai mahasiswa
Program Studi S1 Teknik Mesin di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Lampung, melalui jalur PKAB dan menamatkan program studi S1
pada bulan Januari 2015.

Selama menjadi mahasiswa, penulis pernah menjadi asisten di laboratorium Motor
Bakar dan Propulsi Teknik Mesin. Penulis juga aktif dalam organisasi Himpunan
Mahasiswa Teknik Mesin (HIMATEM) sebagai kepala divisi kreativitas (20102012).

Pengalaman akademik penulis diantaranya, melakukan Kerja Praktek di PT.
Dirgantara Indonesia Divisi Tooling Desaign Engineering, pada tahun 2011
dengan mengambil studi kasus mengenai ”Menghitung Gaya Geser Baut Pada
Fixture T-7K-818898-D041 Untuk Part No. D574-50004-205 Pada Pesawat Air

iv

Bus A320 Di PT. Dirgantara Indonesia”. Penulis mengambil konsentrasi mata
kuliah bidang Konversi Energi dengan melakukan penelitian dengan judul
”Pengaruh Pemanfaatan Zeolit Pelet Asam-Fisik Dengan Normalitas Tinggi
Terhadap Prestasi Mesin Diesel 4-Langkah” dibawah bimbingan Bapak Ir. Herry
Wardono, M.Sc. dan Bapak Harnowo Supriadi, S.T., M.T.

Dengan kerendahan hati
dan
harapan menggapai ridho-Nya
kupersembahkan karya kecilku ini untuk

Bapak dan Mamak
Atas segala pengorbanan yang tak terbalaskan,
kesabaran, keikhlasan, doa, cinta dan kasih sayangnya

Adik-Adikku
Sumber inspirasi dan kebanggaan
(Toni Dwi Saputra, Dina Tri Ocktavia, dan Intan Catur
Yuliana)

Keluarga Besar Penulis
Teman-teman Seperjuangan Penulis
Mesin ‘09
Almamater tercinta
SOLIDARITY FOREVER

MOTO
“Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada
kemudahan. Maka apabila kamu telah selesai
dari suatu urusan, kerjakanlah urusan yang lain
dan hanya kepada allah hendaknya kamu
berharap”
(QS. Al insyirah : 6-8)
“Karena itu Allah memberikan kepada mereka
pahala di dunia dan pahala yang baik di akhirat.
Dan Allah menyukai orang-orang yang berbuat
kebaikan”.
(QS. Ali Imran: 148)
“Keluargaku adalah alasan bagi kerja kerasku”
Telanlah rasa kecewa dan sakit hatimu. Sesuatu

dan seseorang yang lebih baik telah disiapkan
oleh Allah di depan sana.
(Juni Eko Purnomo)

SANWACANA

Assalamu’alaikum Wr. Wb
Alhamdulillaahirabbil'aalamiin, puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah
memberikan rahmat, dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan
skripsi ini sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik pada
Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung. Shalawat serta salam juga
disampaikan kepada Nabi Muhammad SAW yang akan kita tungu syafa’atnya di
yaumil akhir nanti.

Skripsi dengan judul “Pengaruh Pemanfaatan Zeolit Pelet Asam-Fisik Dengan
Normalitas Tinggi Terhadap Prestasi Mesin Diesel 4-Langkah” ini dapat
diselesaikan berkat partisipasi, bantuan, dukungan dan doa dari berbagai pihak.
Sebagai rasa syukur, penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1.

Bapak Prof. Suharno M.S., M.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Lampung.

2.

Ibu Shirley Savetlana S.T.,M.Met.,Ph.D selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin
Universitas Lampung.

3.

Bapak Ir. Herry Wardono, M.Sc. selaku Pembimbing Utama yang telah
memberikan bimbingan, pengetahuan, saran, serta nasehat selama proses
penyelesaian skripsi ini.
i

4.

Bapak Harnowo S, S.T., M.T. selaku Pembimbing Pendamping atas
kesediaannya untuk memberikan bimbingan, masukan, dan saran dalam
proses penyelesaian skripsi ini.

5.

Bapak Jorfri Boike Sinaga, S.T.,M.T. selaku dosen Pembahas yang telah
menyempatkan waktunya dan memberikan masukan sebagai penyempurnaan
penulisan skripsi ini.

6.

Bapak A. Yudi Eka Risano, S.T., M.Eng. selaku Pembimbing Akademik
yang telah memberikan banyak masukan dan motivasi dalam kegiatan
akademik.

7.

Bapak Jorfri Boike Sinaga, S.T.,M.T. dan Ibu Novri Tanti S.T., M.T. selaku
Koordinator Tugas Akhir yang telah membantu kelancaran skripsi ini, dimana
skripsi ini dibuat saat Bapak Jorfri Boike Sinaga masih menjabat sebagai
Koordinator Tugas Akhir sampai Agustus 2014 dan dilanjutkan Ibu Novri
Tanti S.T., M.T. selaku Koordinator Tugas Akhir.

8.

Seluruh Dosen Jurusan Teknik Mesin atas ilmu yang diberikan selama
penulis melaksanakan studi, baik materi akademik maupun teladan dan
motivasi untuk masa yang akan datang.

9.

Kedua Orang Tuaku, Bapak dan Mamak tercinta, atas segala nasihat yang
telah beliau berikan, kasih sayang yang tulus, motivasi yang membangun,
tauladan yang mendidik, serta air mata do’a yang tulus yang terus menerus
mengalir untuk mendo’akan anak-anaknya.

10. Ketiga adikku tercinta (Toni Dwi Saputra, Dina Tri Ocktavia, dan Intan
Catur Yuliana) yang selalu memberikan do’a dan dukungannya pada setiap

ii

langkahku dan mendoakan yang terbaik untukku. Cinta dan Sayang kalian

selalu mengalir di dalam aliran darah dan hembusan nafasku.
11. Mas Dadang, Mas Nanang, Mas Marta dan Mas Agus (Teknisi Laboratorium
Motor Bakar) serta seluruh staf administrasi jurusan Teknik Mesin yang telah
banyak membantu penulis dalam menyelesaikan studi di jurusan Teknik
Mesin.
12. Teman seperjuanganku pada saat penelitian Denfi Efendri, Dian Eka Pratama,
Bicar Sahat Nauli, Jasendo Fendinar, Eko Hermawan atas kebersamaan,
bantuan, serta sumbangan fikiran dan motivasi selama melakukan penelitian.
13. Sahabatku Edo Septian, Wili Alfani, Galeh Kristanto, Dedi Hernando Siadari,
Feny Setiawan, Lambok Silalahi, Gunawan Efendi, Agus Rantaujaya, Lingga
Aditya, dan Rizki Risdiono serta teman-teman mesin ’09 yang tidak bisa
disebutkan namanya satu persatu yang telah membantu penulis dalam
menyelesaikan skripsi ini.
14. Teman seperjuangan Mario Sitorus, Setia Wasis, Mei Hartanto, Tri Wibowo,
M. Todaro, Arif Ridwan, dan Rizal Ahmad Fadhil.
15. Keluarga Besar Himpunan Mahasiswa Teknik Mesin Universitas Lampung.
16. Sahabat-sahabatku alumni SDN1 Braja Caka, SMPN1 Way Jepara,
SMANSA Way Jepara, penghuni kost ARFAZUL, khususnya Aprie Singgih
Prayogo, dan ibu Ida Ropaida, dan semua teman-teman yang tidak bisa di
sebutkan namanya terimakasih atas support dan dukungannya.
17. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan namanya satu persatu, yang
telah ikut serta membantu dalam penyelesaian skripsi ini.

iii

Penulis menyadari bahwa dalam penulisan skripsi ini masih banyak kekurangan.
Oleh sebab itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun
dari semua pihak. Penulis berharap skripsi ini bermanfaat bagi semua yang
membaca dan bagi penulis sendiri.
Wassalamu’alaikum Wr.Wb
Bandar Lampung, 17 Februari 2015
Penulis,

Juni Eko Purnomo

iv

DAFTAR ISI

SANWACANA........................................................................................... i
DAFTAR ISI………………………………………………………….…. v
DAFTAR TABEL……………………………………………………….. viii
DAFTAR GAMBAR………………………………………………..…... ix
DAFTAR NOTASI..................................................................................... xiii

BAB I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang……………………………………………..... 1
B. Tujuan Penelitian…………………………………………..... 6
C. Batasan masalah…………………………………………..… 6
D. Sistematika Penulisan…………………………………...….. 7

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Motor bakar……………………………………………..….. 9
B. Proses Pembakaran..……………………………………….... 14
C. Parameter Prestasi Mesin Motor Diesel 4-Langkah...……….…

15

D. Filter Udara............................................................................. 16
E. Zeolit......................................................................................... 18
F. Aktivasi Zeolit Alam.................................................................

23

G. Tepung Tapioka.......................................................................

28

H. Perlakuan Asam pada normalitas tinggi......................................

29

v

BAB III. METODOLOGI PENELITIAN
A. Alat dan Bahan Penelitian………………………………...… 31
1. Alat Penelitian..................................................................... 31
2. Bahan Penelitian..................................................................40
B. Persiapan Penelitian.........………………………………...… 41
C. Prosedur Pengujian…………………………………………. 48
D. Analisa Data…………………………......…………………

51

E. Lokasi Pengujian..................................................................... 52
F. Diagram Alir Penelitian…………………………………….. 52

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil...........................................................................………. 54
B. Pembahasan............................................................…………

59

1. Pengaruh nilai konsentrasi aktivator asam terhadap daya
engkol ..............................................................................

59

2. Pengaruh nilai konsentrasi aktivator asam terhadap
konsumsi bahan bakar spesifik ........................................

65

3. Pengaruh massa (rengang) zeolit pelet teraktivasi asam
terhadap daya engkol ........................................................

73

4. Pengaruh massa (rengang) zeolit pelet teraktivasi asam
terhadap konsumsi bahan bakar spesifik............................. 78
5. Perbandingan persentase daya engkol konsentrasi asam
penelitian Chandra pandapotan dengan penelitian ini
..........................................................................................

85

vi

6. Perbandingan persentase konsumsi bahan bakar spesifik
konsentrasi asam penelitian Chandra dengan penelitian
ini........................................................................................

88

7. Nilai Ekonomis.................................................................... 92
8. Pengaruh pengunaan zeolit pelet teraktivasi asam-fisik terhadap
perbandingan udara-bahan bakar (A/F)..............................

93

BAB V. SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan…………………………………………………….

94

B. Saran………………………………………………………...

95

DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN

vii

DAFTAR TABEL

Tabel

Halaman

1.

Data hasil pengujian motor diesel................................................

52

2.

Data Pengujian Mesin diesel 4-Langkah..................................…

55

3.

Hasil Perhitungan Data.................................................................

57

viii

DAFTAR GAMBAR

Gambar

Halaman

1.

Diagram P–V dari siklus Tekanan Konstan....................….........……

10

2.

Siklus operasi motor bakar diesel 4-langkah ....……….…...……….

11

3.

Siklus Motor Bakar 4-langkah..............………………….........…….

12

4.

Filter Udara Busa Marmer..................................................................

17

5.

Filter Udara Dry Elemen.............……….…...…………....................

18

6.

Filter Udara Wet Element.........................…….......……… ........…..

18

7.

Tetrahedral Alumina dan Silika pada Struktur Zeolit…… ...... …….

19

8.

Skematika Pembentuk Struktur Zeolit...……........ …………………

20

9.

Perubahan relatif di daerah permukaan akibat perlakuan...…………

30

10. Perubahan relatif energi adsorpsi rata-rata karena perlakuan.………

30

11. Motor Diesel Robin-Fuji DY23D ...………….........……….........….

32

12. Instrumen Alat Uji....................................…………..........…..……..

33

13. Rangkaian Alat Uji dan Unit Instrumentasi.....…………… .………

33

14. Tachometer ..................................................…........……....…..….....

34

15. Stopwatch ............................................................…........……… …….

34

16. Termometer Air Raksa...........…………..………………..........…….

35

17. Gelas Ukur 100 ml .....…….............................…………........………

35

ix

18. Timbangan Digital.......................................……………… . ……….

35

19. Kompor Gas .........................………….........……...............…….…..

36

20. Ayakan Mesh 100....................................................................………

36

21. Alat pengaduk......................................................................…………

37

22. Oven.........................................................................................………

37

23. Penumbuk Zeolit.........................................................................……

37

24. Kompor Listrik....................................................................…………

38

25. Cetakan........................................................................................……

38

26. Filter Udara..........................................................................…………

39

27. Bak Penampung...................................................................…………

39

28. PH Meter..............................................................................…………

40

29. Proses perendaman air dengan zeolit..................................……….…

41

30. Proses aktivasi asam...........................................................................

43

31. Proses Pembuatan Pelet Zeolit.....................................................……

45

32. Proses Aktivasi Fisik....................................................................……

45

33. Hasil Pembuatan Filter Internal................................... ............………

47

34. Frame pelet zeolit.................................................................…………

47

35. Instalasi Pemasangan Filter Internal.................................................…

48

36. Diagram Alir Penelitian....................................................................…

52

37. Pengaruh nilai normalitas HCl terhadap peningkatan daya engkol.….

60

38. Persentase peningkatan daya engkol variasi nilai normalitas HCl...…

61

39. Pengaruh nilai normalitas H2SO4 terhadap peningkatan daya engkol… 62
40. Persentase peningkatan daya engkol variasi nilai normalitas H2SO4.… 63
41. Persentase nilai normalitas asam terhadap peningkatan daya engkol… 64

x

42. Pengaruh nilai normalitas asam klorida terhadap penurunan konsumsi
bahan bakar spesifik..............…........................…………........………

66

43. Persentase penurunan konsumsi bahan bakar spesifik variasi nilai
Normalitas HCl.............…….............................…………........……… 67
44. Pengaruh nilai normalitas asam sulfat terhadap penurunan konsumsi
bahan bakar spesifik....….............................…………........……….…

68

45. Persentase penurunan konsumsi bahan bakar spesifik variasi nilai
normalitas H2SO4....….............................…………........………... .

69

46. Persentase nilai normalitas asam terhadap penurunan konsumsi bahan
bakar spesifik...........…….............................…………........………... . 71
47. Pengaruh massa rengang zeolit teraktivasi HCl terhadap peningkatan
daya engkol dengan variasi nilai normalitas.....…………........……….. 74
48. Persentase peningkatan daya engkol variasi nilai konsentrasi teraktivasi
HCl pada massa rengang….............................…………........………..

75

49. Pengaruh massa rengang zeolit teraktivasi H2SO4 terhadap peningkatan
daya engkol dengan variasi nilai normalitas...…………........………..

75

50. Persentase peningkatan daya engkol variasi nilai normalitas teraktivasi
H2SO4 pada massa rengang...........................…………........………...

76

51. Persentase nilai normalitas asam bermassa rengang terhadap peningkatan
daya engkol..............…….............................…………........………..

77

52. Pengaruh massa rengang asam klorida terhadap penurunan konsumsi
bahan bakar spesifik..…….............................…………........………..

79

53. Persentase penurunan konsumsi bahan bakar spesifik variasi nilai
normalitas teraktivasi HCl pada massa rengan…………........………..

80

xi

54. Pengaruh massa rengang asam sulfat terhadap penurunan konsumsi
bahan bakar spesifik..…….............................…………........………..

81

55. Persentase penurunan konsumsi bahan bakar spesifik variasi nilai
konsentrasi teraktivasi H2SO4 pada massarengang.…….......………..

82

56. Persentase nilai konsentrasi asam bermassa rengang terhadap penurunan
konsumsi bahan bakar...................................…………........………..
57. Persentase perbandingan daya engkol variasi nilai normalitas HCl….

83
86

58. Persentase perbandingan daya engkol variasi nilai normalitas
H2SO4..........................................................…………........………..

87

59. Persentase perbandingan konsumsi bahan bakar spesifik variasi nilai
normalitas HCl ............................................................................….

88

60. Persentase perbandingan konsumsi bahan bakar spesifik variasi nilai
normalitas H2SO4.............................................…………........……….. 90

xii

DAFTAR NOTASI

N

Normalitas, N

M

Molaritas, M

V

Valensi

MA

Massa zat terlarut (asam yang digunakan), gram

Mr

Massa Molekul Relatif Zat Terlarut

bP

Daya Engkol, kW

m

Massa Beban, kg

Man

Pembacaan mmH2O pada Manometer, mmH2O

bsfc

Brake Spesifik Fuel Consumption (Pemakaian Bahan Bakar
Spesifik Engkol), kg/kWh

mf

Laju Pemakaian Bahan Bakar per16 ml Bahan bakar, kg/jam

N

Putaran Mesin, rpm

 fuel

massa jenis bahan bakar (0,834 untuk bahan bakar solar)

t

Waktu Pemakaian (16 ml) Bahan Bakar, detik

TAP

Torsi Aktual, Nm

TRD

Torsi Hasil Pembacaan, Nm

xiii

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang
Perkembangan ilmu dan teknologi di dunia terus berjalan seiring dengan
timbulnya masalah yang semakin kompleks diberbagai bidang kehidupan, tidak
terkecuali dalam bidang transportasi. Bahan bakar minyak (BBM), bahan bakar
fosil, minyak bumi dan batu bara makin langka, sedangkan kebutuhan manusia
akan energi makin tak terbatas. Oleh karena itu, bahan bakar alternatif terbarukan
mutlak harus ditemukan. Indonesia sebagai negara penghasil minyak bumi
nampaknya segera menjadi kenangan, sumur-sumur minyak Indonesia kini sudah
semakin mengering karena ekstraksi (pengeboran) minyak bumi tidak dibarengi
oleh adanya eksplorasi. Artinya, sebagai manusia pengguna minyak bumi sudah
semestinya dapat mengupayakan untuk menghemat energi agar teknologi yang
sudah tersedia dapat terus dimanfaatkan.

Konsumsi energi Indonesia meningkat secara historikal dengan pertumbuhan ratarata 3,09% per tahun dari tahun 2000 sampai dengan 2010 dimana jumlahnya
meningkat dari 737 juta SBM (setara barel minyak) pada tahun 2000 menjadi
1.012 juta SBM pada tahun 2010. Selama 2000-2010 pemakaian batu bara
meningkat 6,19% per tahun, penggunaan gas meningkat sekitar 2,16% per tahun,
sementara BBM meningkat sekitar 6,38% per tahun. Potensi sumber daya energi

2

menunjukkan untuk minyak bumi data tahun 2010 mencapai 344,89 juta SBM
dengan cadangan terbukti hanya dapat menyediakan minyak selama 11 tahun
(BPPT, 2012).

Perlu adanya solusi yang tepat dan efisien untuk menanggulangi permasalahan
yang terjadi sekarang ini. Salah satu solusi yang dapat dilakukan untuk menghemat
bahan bakar minyak sekarang ini adalah dengan memaksimalkan udara yang akan
digunakan untuk proses pembakaran. Kondisi udara pembakaran yang masuk ke
ruang bakar sangat berpengaruh dalam menghasilkan prestasi mesin yang tinggi.
Udara lingkungan yang dihisap untuk proses pembakaran terdiri atas bermacammacam gas seperti nitrogen, oksigen, uap air, karbon monoksida, karbon dioksida,
dan gas-gas lain. Sementara gas yang dibutuhkan pada proses pembakaran adalah
oksigen untuk membakar bahan bakar yang mengandung molekul karbon dan
hidrogen (Wardono, 2004).

Jumlah molekul gas nitrogen dalam udara memiliki jumlah terbesar (78%)
dibanding jumlah oksigen (21%), sedang 1% lainnya adalah uap air dan
kandungan gas-gas lain (Wikipedia Foundation, 2013). Hal ini jelas akan
mengganggu proses pembakaran karena nitrogen dan uap air akan mengambil
panas di ruang bakar. Sehingga menyebabkan pembakaran tidak sempurna. Oleh
karena itu, diperlukan filter udara yang dapat menyaring nitrogen, uap air, dan gasgas lain agar dapat menghasilkan udara pembakaran yang kaya oksigen.

3

Zeolit merupakan senyawa alam yang banyak terdapat di wilayah Indonesia, zeolit
ini memiliki berbagai macam kegunaan, salah satunya adalah sebagai penyerap
(absorben) senyawa organik (Syafii, 2010). Provinsi Lampung merupakan salah
satu dari daerah di Indonesia yang memiliki potensi zeolit alam dengan total
sumber daya ± 26.20.000 m3 (Dinas Pertambangan dan Energi Provinsi Lampung,
2007). Zeolit alam memiliki kemampuan yang baik dalam menangkap (absorben)
molekul air (H2O). Disamping itu, zeolit alam juga mampu menangkap gas
nitrogen untuk memperkaya kandungan oksigen dalam udara pembakaran yang
telah disaring (Jaya, 2009). Oleh karena itu, zeolit alam dimanfaatkan sebagai
penghemat bahan bakar, karena mampu menyaring nitrogen dan uap air dan hanya
oksigen murni yang masuk dalam ruang pembakaran, sehingga terjadilah
pembakaran yang sempurna.

Akan tetapi, pada zeolit alam murni masih terdapat banyak partikel-partikel
pengotor yang mempersempit pori-pori dari zeolit hingga dapat menghambat
proses penyaringan oksigen. Pengaktivasian zeolit alam secara kimia dan fisik
dapat meningkatkan kemampuan absorbsi dari zeolit alam. Aktivasi secara kimia
dapat dilakukan dengan menggunakan larutan asam klorida atau asam sulfat yang
bertujuan untuk membersihkan permukaan pori, membuang senyawa pengotor dan
mengatur kembali letak atom yang dipertukarkan. Sedangkan aktivasi secara fisik
dilakukan dengan pemanasan (kalsinasi), yang bertujuan untuk menguapkan air
yang terperangkap dalam pori-pori kristal zeolit sehingga jumlah pori dan luas
permukaan spesifiknya bertambah (Anggara, 2013).

4

Penelitian mengenai pemanfaatan zeolit alam Lampung sebagai absorben udara
pembakaran pada kendaraan bermotor, sudah dilakukan beberapa kali, khususnya
di Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung. Penelitian ini terus dilakukan,
yang telah dilakukan meliputi pengaruh berbagai aktivasi, pengaruh massa zeolit,
umur pakai efektif zeolit, pengaruh bentuk zeolit, pengaruh zeolit pada berbagai
mesin (2 langkah maupun 4 langkah) baik mesin bensin atau diesel. Hasil yang
diperoleh dari penelitian-penelitian tersebut menunjukkan peningkatan pada
prestasi mesin. Pemanfaatan zeolit alam aktivasi fisik berbentuk pelet dapat
meningkatkan daya engkol sebesar 0,172 kW (11,389%) dan menurunkan
konsumsi bahan bakar sebesar 0,0214 kg/kWh (13,6122%) pada mesin diesel 4
langkah, pada penelitian yang dilakukan Doran Ferdinan Sinaga (2009). Sonic
Niwatana (2011) melakukan penelitian dengan zeolit berbentuk pelet dan
melakukan pengujian road test (berjalan) dengan menggunakan sepeda motor
karburator 4 langkah, dan mampu menghemat konsumsi bahan bakar sebesar
24,26 % serta mampu menurunkan kadar CO sebesar 70,68%.

Pada penelitian Chandra W. Pandapotan (2012), penelitian dilakukan dengan
memakai aktivator asam, yaitu HCl dan H2SO4 dan zeolit pelet yang dibuat sudah
menggunakan tepung tapioka sebagai perekat sehingga proses pembuatan pelet
zeolitnya akan lebih mudah. Maka menjadikan zeolit sebagai media absorben yang
efektif dalam peningkatan prestasi mesin. Penurunan konsumsi bahan bakar
terbaik untuk variasi normalitas terjadi pada aktivator HCl 0,5N sebesar 0,191
kg/kWh (7,414 %) dan daya engkol yang dihasilkan adalah sebesar 0,661 kW

5

(2,769 %) yang diujikan pada mesin diesel 4 langkah. Sedangkan untuk normalitas
lain yaitu 0,3N memberikan penghematan konsumsi bahan bakar spesifik sebesar
10,305 % dan daya engkol yang dihasilkan adalah sebesar 0,654 kW (1,625 %).

Penelitian dari Jozefacuk dan Bowanko (2002) menggunakan peningkatan nilai
konsentrasi pada aktivasi kimia asam, secara umum absorpsi uap air dan nitrogen
meningkat yaitu dengan normalitas 0,1N, 1N dan 5N. Peningkatan absorpsinya
jauh lebih tinggi menggunakan perlakuan asam (asam kuat) dibandingkan dengan
basa. Karena semakin tinggi nilai konsentrasi asam yang digunakan, maka
semakin bertambah luas permukaan spesifik pori-pori zeolit, sehingga semakin
luas permukaan yang bersih atau senyawa pengotor yang hilang. Dengan
berkurangnya pengotor yang menutupi pori-porinya meningkatlah kemampuan
zeolit dalam proses penyerapan (absorpsi). Akan tetapi, Al yang merupakan
struktur utama kerangka zeolit dapat larut (rusak). Jika nilai konsentrasi asam yang
digunakan terlalu besar, akan merusak struktur kerangka dari zeolit. Sehingga
dapat menyebabkan menurunnya daya absorb zeolit atau melarutnya zeolit yang
mengakibatkan fungsi zeolit itu sendiri akan hilang.

Oleh karena itu pada penelitian kali ini diuji menggunakan nilai normalitas tinggi
(1N, 2N, 3N, dan 4N), mengacu pada penelitian yang dilakukan oleh Jozefacuk
(2002) dengan menggunakan normalitas paling besar 5N. Aktivator yang
digunakan adalah asam dengan beberapa normalitas, untuk melihat prestasi mesin
diesel 4 langkah.

6

B. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh pemanfaatan zeolit
pelet terhadap prestasi mesin diesel 4-langkah berdasarkan:
1. Jenis aktivator yang digunakan adalah asam (HCl dan H2SO4).
2. Nilai normalitas (1N, 2N, 3N, dan 4N).
3. Variasi massa zeolit pelet.

C. Batasan Masalah
Adapun batasan masalah yang diberikan agar pembahasan dari hasil yang
diperoleh lebih terarah adalah sebagai berikut:
1. Mesin yang digunakan dalam penelitian ini adalah motor diesel 4-langkah 1
silinder yang terdapat pada laboratorium motor bakar dan propulsi jurusan
Teknik Mesin Universitas Lampung.
2. Zeolit yang digunakan adalah jenis klinoptilolit yang berasal dari Sidomulyo,
Lampung Selatan.
3. Zeolit dibuat pelet berbentuk tablet yang telah diaktivasi secara HCl-fisik dan
H2SO4-fisik.
4. Temperatur yang digunakan 200 0C.
5. Dalam membuat zeolit pelet alat yang digunakan masih sangat sederhana yaitu
dengan menggunakan cetakan, oleh sebab itu besar tekanan pada saat
pembuatan diabaikan.

7

6. Dalam pembuatan filter zeolit internal masih sederhana yaitu dengan membuat
kembali sesuai contoh yang ada di pasaran sehingga untuk analisa perancangan,
aliran serta tekanan udara yang masuk ke filter zeolit diabaikan.
7. Penilaian peningkatan prestasi mesin hanya berdasarkan konsumsi bahan bakar
spesifik, daya engkol, dan stasioner.

D. Sistematika Penulisan
Adapun sistem penulisan dari penelitian ini adalah:
BAB I

: PENDAHULUAN
Terdiri dari latar belakang, tujuan, batasan masalah, dan
sistematika penulisan dari penelitian ini.

BAB II

: TINJAUAN PUSTAKA
Berisikan tentang motor bakar dan jenis-jenis motor bakar,
proses pembakaran, parameter prestasi mesin diesel 4langkah, zeolit, filter udara, aktivasi zeolit, dan tapioka.

BAB III

: METODE PENELITIAN
Berisi beberapa tahapan persiapan sebelum pengujian,
prosedur pengujian, dan diagram alir pengujian.

BAB IV

: HASIL DAN PEMBAHASAN
Yaitu berisikan pembahasan dari data-data yang diperoleh
pada pengujian motor diesel 4-langkah.

BAB V

: SIMPULAN DAN SARAN

8

Berisikan hal-hal yang dapat disimpulkan dan saran-saran
yang ingin disampaikan dari penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Motor Bakar
Motor bakar merupakan salah satu jenis mesin penggerak yang banyak dipakai
dengan memanfaatkan energi kalor dari proses pembakaran menjadi energi
mekanik. Motor bakar merupakan salah satu jenis mesin kalor yang proses
pembakarannya terjadi dalam motor bakar itu sendiri sehingga gas pembakaran
yang terjadi sekaligus sebagai fluida kerjanya (Daryanto, 2010). Proses
pembakaran yang terjadi pada motor, tidak lain dari suatu reaksi kimia yang
berlangsung pada temperatur yang tinggi dan dalam waktu yang sangat singkat.
Dari reaksi kimia ini dihasilkan sejumlah besar panas, panas tersebut
merupakan tenaga aliran yang kuat dan mendorong piston. Dan akibatnya
piston bergerak lurus bolak-balik yang disebut dengan gerakan translasi. Oleh
poros engkol dan batang penggerak gerakan ini diubah menjadi gerak putar
(Jama, 1982). Motor bakar adalah salah satu bagian dari mesin kalor yang
berfungsi untuk mengkonversi energi termal hasil pembakaran bahan bakar
menjadi energi mekanis. Berdasarkan jenis bahan bakar yang digunakan pada
umumnya, motor bakar dibedakan menjadi dua yaitu motor bensin dan motor
diesel (Wardono, 2004).
1. Motor Diesel
Motor bakar diesel dikenal juga sebagai motor penyalaan kompresi
(Compression Ignition Engines). Berbeda halnya dengan motor bakar bensin

10

yang menggunakan busi untuk dapat melangsungkan proses pembakaran
bahan bakar di dalam silinder, pada motor bakar diesel ini proses penyalaan
dapat terjadi dengan sendiri (tanpa butuh tambahan energi dari busi). Proses
pembakaran dapat terjadi di dalam silinder motor bakar diesel ini karena
bahan

bakar

solar

yang

dikontakkan

dengan

udara

terkompresi

bertemperatur dan bertekanan sangat tinggi di dalam silinder, dimasukkan
dengan cara disemprotkan pada tekanan tinggi, sehingga dihasilkan butirbutir

bahan

bakar

yang

sangat

halus.

Akibatnya,

panas

yang

terkandung/diberikan oleh udara terkompresi tadi dapat membakar butirbutir halus bahan bakar ini. Oleh karena itu, pada motor bakar diesel ini
tidak dipergunakan busi untuk memantik bahan bakar agar terbakar, seperti
halnya pada motor bensin. Untuk lebih jelasnya proses-proses yang terjadi
pada motor bakar bensin ini dapat dijelaskan melalui siklus ideal dari siklus
udara bahan bakar volume konstan (siklus diesel) seperti yang ditunjukkan
pada Gambar 1 (Wardono, 2004).
qm
3

Tekanan,

p

2

4

q
0
A

1
Volume spesifik, v

B

Gambar 1. Diagram P – V dari siklus Tekanan Konstan

11

Proses- proses yang terjadi pada siklus udara bahan bakar tekanan konstan
(siklus diesel) adalah sebagai berikut (Wardono, 2004):

Gambar 2. Siklus operasi motor bakar diesel 4-langkah

a. langkah isap (0-1) hanya udara segar yang diisap masuk ke dalam silinder.
b. Kemudian udara segar ini dikompres pada langkah kompresi isentropik (12). Di akhir langkah kompresi bahan bakar (solar) diinjeksikan dalam
bentuk

butiran-butiran

halus

ke

dalam

silinder

menggunakan

injektor/atomizer bertekanan tinggi dan langsung dikontakkan dengan
udara terkompres bertemperatur dan bertekanan tinggi. Sesaat kemudian
campuran udara terkompres butir halus bahan bakar ini terbakar dengan
sendirinya.
c. Proses pembakaran (2-3) ini dianggap terjadi pada tekanan konstan.
Selanjutnya sama halnya dengan proses yang berlangsung pada motor
bakar bensin, yaitu terjadinya pendorongan piston dari TMA menuju TMB
pada langkah ekspansi (3-4), dan diakhiri dengan langkah buang (4-1-0).

12

2. Motor Bensin
Motor bakar bensin 4-langkah adalah salah satu jenis mesin pembakaran
dalam (internal combustion engine) yang beroperasi menggunakan udara
bercampur dengan bensin dan untuk menyelesaikan satu siklusnya
diperlukan empat langkah piston, seperti ditunjukkan pada Gambar 3
(Wardono, 2004).

Gambar 3. Siklus Motor Bakar 4-langkah
a. Proses 0 → 1 adalah langkah hisap
Pada langkah hisap campuran udara-bahan bakar dari karburator terhisap
masuk ke dalam silinder dengan bergeraknya piston dari TMA menuju
TMB. Katup hisap pada posisi terbuka, sedang katup buang pada posisi
tertutup. Di akhir langkah hisap, katup hisap tertutup secara otomatis.
Fluida kerja dianggap sebagai gas ideal dengan kalor spesifik konstan.
Proses dianggap berlangsung pada tekanan konstan.
b. Proses 1 → 2 adalah langkah kompresi
Pada langkah kompresi katup hisap dan katup buang dalam keadaan
tertutup. Selanjutnya piston bergerak ke atas, dari TMB menuju TMA.

13

Akibatnya campuran udara-bahan bakar terkompresi. Proses kompresi
ini menyebabkan terjadinya kenaikan temperatur dan tekanan campuran
tersebut, karena volumenya semakin kecil. Campuran udara-bahan bakar
terkompresi ini menjadi campuran yang sangat mudah terbakar. Proses
kompresi ini dianggap berlangsung secara adiabatik.
c. Proses 2 → 3 adalah langkah kerja
Pada saat piston hampir mencapai TMA, loncatan nyala api listrik
diantara kedua elektroda busi diberikan ke campuran udara-bahan bakar
terkompresi sehingga sesaat kemudian campuran udara-bahan bakar ini
terbakar. Akibatnya terjadi kenaikan temperatur dan tekanan yang
drastis. Kedua katup pada posisi tertutup. Proses ini dianggap sebagai
proses pemasukan panas (kalor) pada volume konstan.
d. Proses 3 → 4 adalah langkah buang volume konstan
Kedua katup masih pada posisi tertutup. Gas pembakaran yang terjadi
selanjutnya mampu mendorong piston untuk bergerak kembali dari TMA
menuju TMB. Dengan bergeraknya piston menuju TMB, maka volume
gas pembakaran di dalam silinder semakin bertambah, akibatnya
temperatur dan tekanannya turun. Proses ekspansi ini dianggap
berlangsung secara isentropik.
e. Proses 1 → 0 adalah langkah buang tekanan konstan
piston bergerak kembali dari TMB menuju TMA. Gas pembakaran
didesak keluar melalui katup buang (saluran buang) dikarenakan
bergeraknya piston menuju TMA. Langkah ini dianggap sebagai langkah
pembuangan gas pembakaran pada tekanan konstan.

14

B. Proses Pembakaran
Pembakaran adalah reaksi kimia antara komponen-komponen bahan bakar
(Karbon dan hidrogen) dengan komponen udara (Oksigen) yang berlangsung
sangat cepat, yang membutuhkan panas awal untuk menghasilkan panas yang
jauh lebih besar sehingga menaikkan suhu dan tekanan gas pembakaran.
Elemen mampu bakar atau combustible yang utama adalah hidrogen dan
oksigen. Sementara itu, Nitrogen adalah gas lembam dan tidak berpartisipasi
dalam proses pembakaran. Selama proses pembakaran, butiran minyak bahan
bakar menjadi elemen komponennya, yaitu hidrogen dan karbon, akan
bergabung dengan oksigen untuk membentuk air, dan karbon bergabung
dengan oksigen menjadi karbon dioksida. Kalau tidak cukup tersedia oksigen,
maka sebagian dari karbon, akan bergabung dengan oksigen menjadi karbon
monoksida. Akibat terbentuknya karbon monoksida, maka jumlah panas yang
dihasilkan hanya 30 persen dari panas yang ditimbulkan oleh pembentukan
karbon monoksida sebagaimana ditunjukkan oleh reaksi kimia berikut
(Wardono, 2004).
reaksi cukup oksigen: C  O2  CO2  393,5 kJ ,
reaksi kurang oksigen: C  12 O2  CO  110,5 kJ .
Keadaan yang penting untuk pembakaran yang efisien adalah gerakan yang
cukup antara bahan bakar dan udara, artinya distribusi bahan bakar dan
bercampurnya dengan udara harus bergantung pada gerakan udara yang
disebut pusaran. Energi panas yang dilepaskan sebagai hasil proses
pembakaran digunakan untuk menghasilkan daya motor bakar tersebut.
Reaksi pembakaran dapat dilihat seperti di bawah ini:

15

CxHy + (O2 + 3,773N2)

CO2 + H2O +N2 + CO + NOx + HC

Secara lebih detail dapat dijelaskan bahwa proses pembakaran adalah proses
oksidasi (penggabungan) antara molekul-molekul oksigen („O‟) dengan
molekul-molekul (partikel-partikel) bahan bakar yaitu karbon („C‟) dan
hidrogen („H‟) untuk membentuk karbon dioksida (CO2) dan uap air (H2O)
pada kondisi pembakaran sempurna. Dalam proses pembentukan CO2 dan
H2O hanya bisa terjadi apabila panas kompresi atau panas dari pemantik telah
mampu memisah atau memutuskan ikatan antar partikel oksigen (O-O)
menjadi partikel „O‟ dan „O‟, dan juga mampu memutuskan ikatan antar
partikel bahan bakar (CRH dan/atau CC) menjadi partikel „C‟ dan „H‟ yang
berdiri sendiri. Baru selanjutnya partikel „O‟ dapat beroksidasi dengan
partikel „C‟ dan „H‟ untuk membentuk CO2 dan H2O. Jadi dapat disimpulkan
bahwa proses oksidasi atau proses pembakaran antara udara dan bahan bakar
tidak pernah akan terjadi apabila ikatan antar partikel oksigen dan ikatan antar
partikel bahan bakar tidak diputus terlebih dahulu (Wardono, 2004).

C. Parameter Prestasi Mesin Motor Diesel 4-Langkah

Parameter prestasi yang cukup berperan adalah daya engkol sebagai kerja
yang dihasilkan oleh motor bakar, di mana semakin besar daya engkol yang
dihasilkan semakin baik kinerja dari motor bakar. Untuk mengetahui besarnya
daya engkol dari motor bakar 4 langkah digunakan persamaan (Wardono, dkk.
2012):

bP 

2 .N .TAP
, kW …………………………………………...………... (1)
60.000

TAP 1,001.TRD , Nm …………..………………………………………....(2)

16

Dimana:
- TAP adalah torsi aktual yang diperoleh dari hasil kali TRD torsi
hasil pembacaan dengan faktor koreksi yaitu 1,001
Laju pemakaian bahan bakar, mf dapat diketahui dengan menggunakan
persamaan berikut (Wardono, dkk. 2012):

mf 

 fuel  16.10 3
t

, kg / s ………........……….............………………..(3)

akan lebih mudah untuk mengekspresikan unit konsumsi bahan bakar kg/jam,
sehinga

mf 

 fuel  16.10 3 x3600
t

, kg / jam …......…….............……………….....(4)

Dimana:
-  fuel (0,834 untuk bahan bakar solar)

- pemakaian bahan bakar per 16 ml bahan bakar

Untuk pemakaian bahan bakar spesifik, bsfc dapat dihitung menggunakan
persamaan berikut (Wardono, dkk. 2012):

bsfc 

mf
bP

, kg/kW...............................................................................(5)

D. Filter Udara
Filter udara berfungsi untuk menyaring udara sebelum memasuki ruang bakar
atau sebelum memasuki karburator (pada motor bensin). Filter udara sangat
diperlukan terlebih lagi dalam kondisi yang udaranya banyak mengandung
debu dan pasir, misalnya di tempat pekerjaan batu dan pertambangan atau
dijalan raya yang padat lalu lintas. Udara perlu disaring agar bebas dari debu,

17

kotoran, atau uap air yang berlebihan. Apabila udara yang masuk ruang bakar
masih kotor maka akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna dan akibatnya
suara mesin terdengar kasar, knalpot akan mengeluarkan asap tebal, dan tenaga
kendaraan menjadi kurang maksimal.

Filter udara sudah mengalami tiga kali evolusi. Generasi pertama,
menggunakan bahan busa. Generasi kedua menggunakan tipe kertas kering,
dan generasi terbaru menggunakan kertas basah. Beberapa jenis filter akan
dijelaskan di bawah ini (www.Otomotifnet.com, 2013):
1. Busa marmer
Tipe saringan udara ini, boleh disebut konvensional. Itu karena modelnya
yang umum dan sudah dipakai sejak lama. Banyak pabrikan menggunakan
saringan model ini, karena mudah perawatannya. Membersihkannya
menggunakan bensin. Busa direndam atau disiram bensin lalu diperas.
Ulangi hingga dua atau tiga kali, Untuk mengeringkannya, cukup sedikit
diremas. Setelah busa dibersihkan kemudian di lumuri dengan oli.

Gambar 4. Filter Udara Busa Marmer
2. Kertas kering (dry element)
Saringan udara jenis ini memiliki bahan yang tebal sehingga tidak cepat
rusak ketika menyedot udara. Membersihkannya cukup disemprot
menggunakan angin kompresor.

18

Gambar 5. Filter Udara Dry Elemen
3. Kertas basah (wet element)
Bahan yang dipakai hampir serupa dengan bahan saringan udara dry
element, namun telah memiliki pelumas khusus di kertasnya. Cara
membersihkannya

cukup

dilap

menggunakan

kain

tipis

(www.

Otomotifnet.com, 2013).

Gambar 6. Filter Udara Wet Element

E. Zeolit
1. Pengertian Zeolit Alam
Nama zeolit berasal dari kata “zein” yang berarti mendidih dan “lithos”
yang artinya batuan, disebut demikian karena mineral ini mempunyai sifat
mendidih atau mengembang apabila dipanaskan. Zeolit merupakan batuan
atau mineral alam yang secara kimiawi termasuk golongan mineral silika
dan dinyatakan sebagai alumina silikat terhidrasi, berbentuk halus, dan
merupakan hasil produk sekunder yang stabil pada kondisi permukaan
karena berasal dari proses sedimentasi, pelapukan maupun aktivitas
hidrotermal. Zeolit merupakan senyawa alumina silika (Si/Al) yang

19

mempunyai pori dan luas permukaan yang relatif besar, sehingga
mempunyai sifat adsorpsi yang tinggi. Zeolit merupakan senyawa
aluminosilikat terhidrasi yang memiliki kerangka struktur tiga dimensi
(3D), mikroporous, dan merupakan padatan kristalin dengan kandungan
utama silikon, aluminium, dan oksigen serta mengikat sejumlah tertentu
molekul air di dalam porinya (http://www.chem-is-try.org, 2013).

Gambar 7. Tetrahedral Alumina dan Silika pada Struktur Zeolit

2. Struktur Zeolit
Zeolit pada umumnya dapat dibedakan menjadi dua, yaitu zeolit alam dan
zeolit sintetik. Zeolit alam biasanya mengandung kation-kation K+ , Na+,
Ca2+ atau Mg2+ sedangkan zeolit sintetik biasanya hanya mengandung
kation-kation K+ atau Na+. Pada zeolit alam, adanya molekul air dalam
pori dan oksida bebas di permukaan seperti Al2O3, SiO2, CaO, MgO,
Na2O, K2O dapat menutupi pori-pori atau situs aktif dari zeolit sehingga
dapat menurunkan kapasitas adsorpsi maupun sifat katalisis dari zeolit
tersebut. Inilah alasan mengapa zeolit alam perlu diaktivasi terlebih dahulu
sebelum digunakan. Aktivasi zeolit alam dapat dilakukan secara fisika
maupun kimia. Secara fisika, aktivasi dapat dilakukan dengan pemanasan
pada suhu 300-400oC dengan udara panas atau dengan sistem vakum untuk
melepaskan molekul air. Sedangkan aktivasi secara kimia dilakukan
melalui pencucian zeolit dengan larutan asam seperti HF, HCl dan

20

H2SO4 untuk menghilangkan oksida-oksida pengotor yang menutupi
permukaan pori. Rasio Si/Al merupakan perbandingan jumlah atom Si
terhadap jumlah atom Al di dalam kerangka zeolit. Perubahan rasio Si/Al
dari zeolit akan mengubah muatan zeolit sehingga pada akhirnya akan
mengubah jumlah kation penyeimbang. Lebih sedikit atom Al artinya lebih
sedikit muatan negatif pada zeolit sehingga lebih sedikit pula kation
penyeimbang yang ada (http://material-sciences.blogspot.com, 2013).

3. Skematik Pembentukan Struktur Zeolit
Zeolit umumnya memiliki struktur tiga dimensi, yang terbentuk dari
tetrahedral alumina dan silika dengan rongga-rongga di dalam yang berisi
ion-ion logam, biasanya alkali atau alkali tanah dan molekul air yang dapat
bergerak

bebas.

Secara

empiris

rumus

molekul

zeolit

adalah

Mx/n.(AlO2)x.(SiO2)y.xH2O. Unit pembentuk kerangka utama zeolit adalah
tetrahedral, pusatnya ditempati oleh atom silikon (Si) atau atom aluminium
(Al), dengan empat atom oksigen di sudut-sudutnya. Struktur zeolit
merupakan polimer kristal anorganik didasarkan kerangka tetrahedral yang
diperluas tak terhingga dari AlO4 dan SiO4 dan dihubungkan satu dengan
lainnya melalui pembagian bersama ion oksigen (http://ardra.biz/sainteknologi/mineral/mineral-zeolit, 2013).

Gambar 8. Skematik Pembentuk Struktur Zeolit

21

4. Sifat-Sifat Zeolit
Zeolit mempunyai sifat-sifat kimia, antara lain:
a. Dehidrasi
Zeolit mempunyai sifat dehidrasi yaitu melepaskan molekul H2O
apabila dipanaskan. Pada umumnya struktur kerangka zeolit akan
menyusut. Tetapi kerangka dasarnya tidak mengalami perubahan secara
nyata. Molekul H2O dapat dikeluarkan secara reversibel. Pada poriporinya terdapat kation-kation dan atau molekul air. Bila kation-kation
dan atau molekul air tersebut dikeluarkan dari pori dengan perlakuan
tertentu

maka

zeolit

akan

meninggalkan

pori

yang

kosong

(http://ardra.biz/sain-teknologi/mineral/mineral-zeolit, 2013).
b. Penyerapan (absorbsi)
Zeolit mempunyai kapasitas yang tinggi sebagai penyerap (absorben).
Mekanisme adsorbsi yang mungkin terjadi adalah adsorbsi fisik dan
adsorbsi kimia, ikatan hidrogen dan pembentukan kompleks koordinasi.
Molekul atau zat yang diserap akan menempati posisi pori. Daya serap
(absorbansi) zeolit tergantung dari jumlah pori dan luas permukaan.
Molekul-molekul dengan ukuran lebih kecil dari pori yang mampu
terserap oleh zeolit (http://ardra.biz/sain-teknologi/mineral/mineralzeolit, 2013).
Zeolit yang terdehidrasi akan mempunyai struktur pori terbuka dengan
internal surface area besar sehingga kemampuan mengabsorb molekul
selain air semakin tinggi. Sifat ini yang menjadikan zeolit mempunyai
kemampuan penyaringan yang sangat spesifik yang dapat digunakan

22

untuk pemurnian dan pemisahan. Chabazite (CHA) merupakan zeolit
pertama yang diketahui dapat mengabsorb dan menahan molekul kecil
seperti asam formiat dan metanol tetapi tidak dapat menyerap benzena
dan molekul yang lebih besar. Chabazite telah digunakan secara
komersial untuk mengabsorb gas polutan SO2 yang merupakan emisi
dari cerobong asap (http://material-sciences.blogspot.com, 2013).
c. Penukar Ion
Kation-kation pada pori berperan sebagai penetral muatan zeolit.
Kation-kation ini dapat bergerak bebas sehingga dapat dengan mudah
terjadi pertukaran ion. Mekanisme pertukaran kation tergantung pada
ukuran, muatan dan jenis zeolitnya.
d. Penyaring
Zeolit dengan struktur kerangka mempunyai luas permukaan yang
sangat besar dan berperan sebagai saluran yang dapat menyaring ion
atau molekul. Peran zeolit sebagai p