Pembuatan Dan Karakterisasi Keramik Berpori Yang Diaplikasikan Sebagai Filter Emisi Gas Buang Pada Sepeda Motor Berbahan Bakar Premium

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KERAMIK BERPORI YANG
DIAPLIKASIKAN SEBAGAI FILTER EMISI GAS BUANG PADA
SEPEDA MOTOR BERBAHAN BAKAR PREMIUM

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar
Sarja Sains

DARMA JULIANDRI
110801029

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016

Universitas Sumatera Utara

i

PERSETUJUAN

Judul

: Pembuatan Dan Karakterisasi Keramik Berpori Yang
Diaplikasikan Sebagai Filter Emisi Gas Buang Pada
Sepeda Motor Berbahan Bakar Premium

Kategori
Nama
Nomor Induk Mahasiswa
Program Studi
Departemen
Fakultas

:
:
:
:

:
:

Skripsi
Darma Juliandri
110801029
Sarjana (S1) Fisika
Fisika
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara

Disetujui di
Medan, 22 Maret 2016

Komisi Pembimbing :
Pembimbing 2,

Pembimbing 1,

Dr. Anwar Dharma Sembiring, M.S

NIP.195408171983031005

Dr. Kurnia Sembiring, M.S
NIP.195801311986011001

Disetujui Oleh
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua,

Dr. Marhaposan Situmorang
NIP. 195510301980031

Universitas Sumatera Utara

ii

PERNYATAAN

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KERAMIK BERPORI YANG
DIAPLIKASIKAN SEBAGAI FILTER EMISI GAS BUANG PADA SEPEDA

MOTOR BERBAHAN BAKAR PREMIUM

SKRIPSI

Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa
kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan, 22 Maret 2016
DARMA JULIANDRI
110801029

Universitas Sumatera Utara

iii

PENGHARGAAN

Alhamdulillah, segala puji dan syukur bagi Allah Subhanahuwata’ala yang Maha
Pengasih dan Maha Penyayang, dengan limpahan rezeki, karunia dan berkah-Nya
penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi ini dengan judul “Pembuatan Dan

Karakterisasi Keramik Berpori Yang Diaplikasikan Sebagai Filter Emisi Gas Buang Pada
Sepeda Motor Berbahan Bakar Premium”. Shalawat dan salam senantiasa dicurahkan

kepada junjungan alam Rasulullah Shallallahu’alaihiwassalam dan para
sahabatnya sebagai petunjuk dalam menjalani kehidupan ini, semoga syafa’at
Beliau Shallallahu’alaihiwassalam dapat dirasakan dikemudian hari, Aamiin
Allahumma Aamiin.
Terwujudnya skripsi ini dengan baik adalah berkat bantuan dari berbagai
pihak.Olehkarenaitudalamkesempataninipenulisinginmeyampaikan
rasa
terimakasihdanhormat yang sebesar-besarnyakepada :
1. Bapak Dr. Kurnia Sembiring, MS dan Dr. Anwar Dharma Sembiring, MS
selakuDosenPembimbing yang telahmembimbingpenulisselamapenelitian
dan
penyusunanskripsiini.
Terimakasihpenulisucapkanatas
saran
danmasukan yang bermanfaatdanmembangun.
2. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang, selaku Ketua Jurusan Fisika dan
dosen Pembimbing Akademik.

3. Kepada seluruh dosen Fisika S-1 yang telah memberikan wawasan dan
pengetahuan akan ilmu fisika yang penulis peroleh selama berkuliah. Dan
juga kepada para staff Jurusan Fisika yang telah membantu dalam
pengurusan administrasi.
4. Kepada Tanoto Foundation yang telah memberikan beasiswa baik berupa
dukungan dan soft skill sehingga penulis dapat menyelesaikan studi.
Terima kasih terkhusus kepada Bapak Sukanto Tanoto, Bapak Sihol
Aritonang, Bapak Chandra dan Ibu Vika Puspita.
5. Kepada yang tercinta keluargaku: Ayahanda Junaidi dan IbundaYusnidar
yang telah memberikan kasih sayang, cinta dan perhatian sertaatas
dukungan moril dan materil kepada ananda hingga kini berhasil
menyelesaikan kuliah. Juga terima kasih kepada adik-adikku Desfri
Aldiarif, Juni Alfian dan Anisa Novia Rahmadhani. Semoga kita
semuanya sukses dan selamat baik dunia maupun akhirat, aamiin.
6. Kepada keluarga besar UKMI Al-Falak, Ikatan Mahasiswa Fisika (IMF),
PEMA FMIPA, team Mobil Hybrid dan Solar Cellyang telah memberikan
arahan, motivasi, soft skill dan pengalaman dibidang sains dan penelitian.
7. Kepada guru-guruku di SMAN 1 Kutacane: Pak Saniman S.Pd, Pak
Sandra Putra S.Pd dan Pak Derajad S.Pd dan semua guru yang telah

Universitas Sumatera Utara

iv

berjasa mengajar dan membimbing penulis. Terima kasih atas bimbingan,
ilmu dan motivasi, hingga penulis dapat menjalani perkuliahan dengan
baik.
8. Kepada para seniorku di Fisika: bang Riki Effendi yang telah memberikan
arahan kepada penulis selama bekuliah di Jurusan Fisika, bang Indra
Gunawan atas semangat dan motivasi bisnisnya, bang Maizal, bang
Hiras,dll.
9. Kepada sahabat-sahabat dan teman-temanku seperjuangan di Fisika: Zikri,
Ali, Russell, Tirto, Ilham, Dimas, Udin, Fauzi, Bambang, Fahmi, Ulva,
Putri, Dhina, Dea, Dyana, Heni, Togar, Trisno dan William serta semua
teman-teman IMF angkatan 2011 yang tidak dapat disebutkan satu persatu
atas bantuan dan dukungan kalian baik secara langsung maupun tidak
langsung.
10. Kepada para juniorku: Adin, Iqbal, Irfanul, Fiqhi, Roby, Rudi, Zega, dll
atas doanya.
11. Kepada EINS Family: Ara, Dedi, Zepri, Guslihan dan kepada sahabatsahabatku Brothersolv: Amir, Dedi, Riki, Nano dan Aradi atas doa dan

kebersamaan kita selama ini dalam baik suka maupun duka.
12. Kepada teman-teman Tanoto Scholars Association Medan: Deden, bang
Pratama, bang Uji Syahputra, dan kepada Tanoto Scholars Indonesia,
khususnya teman-teman seperjuangan semasa magang di RAPP Riau:
Satri UNRI, Jodi ITB, Resky ITB, Taufik ITB, Silvia UI, Dida UGM, dll.
13. Kepada Bapak/Ibu dosen dan asisten Laboratorium Material Test
Politeknik Teknologi Kimia Industri (PTKI) Medan atas kesediaan waktu
dan tempat melakukan penelitian di Laboratorium.
14. Kepada Pak Hendriyono AUTO 2000 SM Raja, atas kesempatannya
melakukan uji emisi di bengkel Toyota AUTO 2000, Medan.
15. Bapak Kepala Laboratorium Fisika Material Universitas Negeri Medan
atas kesediaan waktu dan tempatnya untuk menguji sampel.
Akhir kata, saya mohon maaf apabila ada kehilafan dan kekurangan selama ini.
Semoga semua ilmu yang kita peroleh bermanfaat dan menjadi bekal di kehidupan
kelak di akhirat. Aamiin.

Medan, 22 Maret 2016
Penulis

Universitas Sumatera Utara

v

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KERAMIK BERPORI YANG
DIAPLIKASIKAN SEBAGAI FILTER EMISI GAS BUANG PADA
SEPEDA MOTOR BERBAHAN BAKAR PREMIUM
ABSTRAK

Telah dibuat keramik berpori berbasis kaolin, feldspar, karbon aktif dan debu
vulkanik Gunung Sinabung sebagai agregat. Metode yang digunakan adalah dye
pressing dengan variasi agregat dari 0% hingga 20% dari massa total sampel.
Pembuatan sampel dilakukan dengan tahap pengayakan bahan 100 mesh dan
pencampuran bahan hingga homogen selama 15 menit, pencetakan sampel dengan
penekanan 5 ton dan pembakaran pada suhu 1100oC dan ditahan selama 4 jam.
Karakteristik keramik berpori yang telah diuji yaitu susut massa 17,84-23,22 %;
susut bakar 0,98-16,46 %; densitas 1,28-1,73 gr/cm3; porositas 35,27-40,88 %;
kuat tekan 1,69-1,92 Mpa; kekerasan 167,67-410,31 MPa; diameter pori 3-5 μm.
Besar absorbsi emisi gas buang yaitu 19,67-69,47 % CO; 14,34-62,79 % HC dan
pertambahan 2,77-26,14 % O2; 23,91-58,58 % CO2. Besarnya absorbsi gas CO,
HC dan bertambahnya konsentrasi O2 dan CO2 mengindikasikan filter yang telah

dibuat berfungsi sebagai katalis konverter.
Kata kunci: filter gas buang, keramik berpori, katalis konverter, debu vulkanik
Gunung Sinabung

Universitas Sumatera Utara

vi

THE CREATION AND CHARACTERISATION OF POROUS CERAMIC
WHICH WAS APPLIED AS EMISSION OUTPUT GAS FILTER AT
MOTORCYCLE BASED PREMIUM FUEL
ABSTRACT

Porous ceramic had been made based on kaolin, feldspar, activated carbon and
volcanic fly ash of Mount Sinabung as aggregates by using dye pressing methods
with aggregate’s varies from 0% to 20% of the total mass of the sample. Sample
preparation was done by sieving stage 100 mesh material and mixing the
ingredients for 15 minutes until homogeneous and utilized with an emphatic 5
tons and combustion temperature up to 1100OC and also held for 4 hours.
Characteristics of porous ceramic which had been tested, those are mass shrinkage

from 17.84 to 23.22%; combustion shrinkage from 0.98 to 16.46%; density 1.28
to 1.73 g/cm3; porosity from 35.27 to 40.88%; compressive strength from 1.69 to
1.92 MPa; hardness from 167.67 to 410.31 MPa; pore diameter 3-5 μm. The
amount of gas emissions exhaust that is the absorption of CO from 19.67 to
69.47% ; the absorption of HC from 14.34 to 62.79% and the increasingof O2
from 2.77 to 26.14%; the increasingof CO223.91 to 58.58%. The amount of CO
and HC gas absorptionand the increasing concentrations of O2 and CO2 indicate
that filters had been madehas functioned as a catalyst converter.
Keywords: emission gas filters, porous ceramic, catalytic converter, volcanic ash
of Mount Sinabung

Universitas Sumatera Utara

vii

DAFTAR ISI

Persetujuan
Pernyataan
Penghargaan
Abstrak
Abstract
Daftar Isi
Daftar Tabel
Daftar Gambar
Daftar Lampiran

Halaman
i
ii
iii
v
vi
vii
ix
x
xi

BAB 1 Pendahuluan
1.1 Latar Belakang
1.2 Rumusan Masalah
1.3 Batasan Masalah
1.4 Tujuan Penelitian
1.5 Manfaat Penelitian
1.6 Sistematika Penulisan

1
1
2
3
3
3
4

BAB 2 Tinjauan Pustaka
2.1 Pencemaran Udara
2.1.1 Sumber Pencemaran Udara
2.1.2 Komponen Pencemaran Udara
2.1.2.1 Karbon Monoksida
2.1.2.2 Nitrogen Oksida
2.1.2.3 Belerang Oksida
2.1.2.4 Hidrokarbon
2.1.2.5 Partikel
2.2 Kendaraan Bermotor
2.2.1 Jenis Kendaraan Bermotor
2.3 Bahan Bakar Minyak
2.3 Debu Vulkanik
2.3.1 Pembentukan Debu Vulkanik
2.4 Gunung Sinabung
2.5 Keramik
2.6 Bahan Keramik
2.6.1 Jenis Bahan Keramik
2.6.1.1 Kaolin
2.6.1.2 Feldspar

5
5
6
6
7
8
8
9
10
10
11
12
15
17
16
17
17
17
17
19

Universitas Sumatera Utara

viii

2.6.1.3 Clay (Tanah Liat)
2.6.1.4 Kuarsa
2.7 Keramik Berpori
2.7.1 Klasifikasi Keramik Berpori
2.7.2 Karakteristik Keramik Berpori
2.8 Karbon Aktif
2.9 Absorpsi
2.10 Porositas
2.11 Densitas
2.12 Kekerasan
2.13 Kuat Tekan
2.15 Susut Massa
2.16 Susut Volume
2.17 Difraksi Sinar-X
2.18 Emisi Gas
2.19 Flux Emisi Gas Buang

22
25
26
26
29
29
31
31
32
32
33
33
33
34
35
36

BAB 3 Metodologi Penelitian
3.1 Tempat Penelitian
3.2 Peralatan dan Bahan
3.2.1 Peralatan
3.2.2 Bahan
3.3 Prosedur Penelitian
3.3.1 Pengolahan Bahan Baku Keramik Berpori
3.3.1.1 Pengolahan Debu Vulkanik Gunung Sinabung
3.3.1.2 Pembutiran Bahan
3.3.2 Pencampuran Bahan
3.3.3 Pencetakan Sampel
3.3.4 Pengeringan Sampel
3.3.5 Pembakaran Sampel
3.3.6 Pendinginan Sampel
3.3.7 Karakteisaasi
3.4 Diagram Alir

37
37
37
37
38
38
38
38
38
39
39
39
39
39
40
40

Bab 4 Hasil dan Pembahasan
4.1 Susut Massa
4.2 Susut Volum (Susut Bakar)
4.3 Densitas
4.4 Porositas
4.5 Kuat Tekan
4.6 Kekerasan
4.7 Hasil Uji SEM-EDX Debu Vulkanik Gunung Sinabung

42
42
43
44
44
46
47
49

Universitas Sumatera Utara

ix

4.8 Uji Absorbsi Gas Buang
4.9 Hasil Uji Analisis SEM-EDX
4.10 Hasil Uji Analisis XRD

49
53
55

Bab 5. Kesimpulan dan Saran
5.1 Kesimpulan
5.2 Saran

57
57
57

Daftar Pustaka
Lampiran

58
62

Universitas Sumatera Utara

x

DAFTAR TABEL

Nomor
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
3.1
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
4.10
4.11
4.12

Judul

Halaman

Pengaruh Konsentrasi COHb Dalam Darah Terhadap
7
Pengaruh Kadar SO2 Terhadap Kesehatan
9
Jumlah Kendaraan Bermotor Tahun 2004 – 2013 di Kota Medan 11
Perkembangan Jumlah Kendaraan Berdasarkan Jenis
11
Persentasi Pencemar Udara Dari Sumber Tranportasi
12
Spesifikasi Kaolin Untuk Keramik
19
Komposisi Kimia dan Sifat Fisik Feldspar
21
SNI No. 1145-1984
22
Komposisi Kimia Lempung
23
Standar Kualitas Karbon Aktif SNI 06-3730-1995
30
Persentase Bahan yang Digunakan
38
Hasil Pengukuran Susut Massa
42
Hasil Pengukuran Susut Bakar
43
Hasil Pengukuran Densitas
44
Hasil Pengukuran Porositas
45
Hasil Pengkuran Kuat Tekan
46
Hasil Pengukuran Kekerasan
47
Hasil Pengukuran Emisi Tanpa Sampel Filter
49
Hasil Pengukuran Emisi Dengan Sampel Filter
50
Pertambahan Gas O2
51
Pertambahan Gas CO2
51
Data XRD Keramik – 10% Debu Vulkanik Gn. Sinabung
55
Silikon Dioksida (SiO2) dalam Fasa Quartz Sesuai JCPDS 83-0539 56

Universitas Sumatera Utara

xi

DAFTAR GAMBAR

Nomor
2.1
2.2
2.3
2.4
3.1
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
4.10
4.11
4.12
4.13
4.14

Judul

Halaman

Gunung Sinabung (Dokumen Pribadi)
Keramik Honeycomb
Keramik Foam
Difraksi Sinar-X
Diagram Alir Penelitian
Grafik Susut Massa-Debu Vulkanik Gunung Sinabung
Grafik Susut Volum-Debu Vulkanik Gunung Sinabung
Grafik Densitas-Debu Vulkanik Gunung Sinabung
Grafik Porositas-Debu Vulkanik Gunung Sinabung
Grafik Kuat Tekan-Debu Vulkanik Gunung Sinabung
Grafik Kekerasan-Debu Vulkanik Gunung Sinabung
Mikrostruktur Debu Vulkanik Gunung Sinabung
Grafik Absorbsi – Persentase Debu Vulkanik Gunung Sinabung
Grafik O2 – Debu Vulkanik Gunung Sinabung
Grafik CO2 – Debu Vulkanik Gunung Sinabung
SEM Keramik-10% Debu Vulk. Gn. Sinabung Pembesaran 1500x
SEM Keramik-10% Debu Vulk. Gn. Sinabung Pembesaran 2500x
Pola Difraksi Keramik-10% Debu Vulkanik Gunung Sinabung
Analisa Pola XRD Dengan Software Match Versi 2

16
27
27
34
41
42
44
45
46
47
48
49
50
51
52
47
47
49
56

Universitas Sumatera Utara