Penerapan Non-Thermal Plasma Treatment Untuk Meningkatkan Efektifitas Katalis Tembaga Dalam Mereduksi Emisi NOx Gas Buang Motor Diesel - ITS Repository
-
TUGASAKHIR
LS 1336
[r(!f!_
.
_.._ ....
n
1
I)S:P!~
1ST f( Aft
.
N OU)Qt
.
PENERAPAN NON-THERMAL PLASMA TREATMENT
UNTUK MENINGKATKAN EFEKTIFITAS
KATALIS TEMBAGA DALAM MEREDUKSI EMISI NOx GAS
BUANG MOTOR DIESEL
tZS,( P
8jL 36
~lt
(,~)
p_,
P E R t• U S T ..\ K A A M
I T S
T1l. Te rim n
t --
·· ·-
S - Y~
-
1/
Ter im:t l"l:lri
N.. A
6fen
- d ;pr~j_
~_2/
Oleh:
FAATIKHUL MUSKHAF
NRP. 4200 100 057
JURUSAN TEKNIK SISTEM PERKAPALAN
FAKULTASTEKNOLOGIKELAUTAN
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA
2005
2lJZ) f'
!-6 ~ -
PENERAPAN NON-THERMAL PLASMA TREATMENT
UNTUK MENINGKATKAN EFEKTIFIT AS
KATALIS TEMBAGA DALAM MEREDUKSI EMISI NOx GAS
BUANG MOTOR DIESEL
TUGASAKHIR
Diajukan Guna Memenuhi Sebagian Persyaratan
U otuk Memperoleh Gelar Sarjana
Jurusan Teknik Sistem Perkapalan
Fakultas Teknologi Kelautan
lnstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Surabaya
Mengetahui I Menyetojui,
Dosen Pembimbing III,
Dosen Pembimbing II,
NIP. 131 646 637
Dosen Pembimbing I,
lr. Indrajaya Gerianto, MSc.
NIP. 131 933 365
FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN- ITS
JURUSAN TEKNIK SISTEM PERKAPALAN
KAMPUS ITS KEPUTIH SUKOLILO SURABA YA 60111
TELP.5994754, 5994251 - 55 PES 1102 FAX 5994754
SURA T KEPUTUSAN PENGERJAAN TUGAS AKHIR LS 1336
Sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Sistem
Perkapalan Fakultas Teknologi Kelautan ITS, maka perlu diterbitkan Surat Keputusan Pengerjaan
Tugas Akhir yang memberikan tugas kepada mahasiswa tersebut dibawah untuk mengerjakan
Tugas sesuai judul dan lingkup bahasan yang telah ditentukan.
Nama Mahasiswa
Nrp
Dosen pembimbing
: FAATIKHULMUSKHAF
: 4200 100 057
: I. Ir. Indrajaya Gerianto, MSc.
: 2. Ir. Agoes Santoso, MSc, MPhil.
Tanggal Diberikan Tugas
Tanggal Diselesaikan Tugas
Judul Tugas Akhir
: Penerapan Non-Thermal Plasma Treatment untuk Meningkatkan
Efektifitas Katalis Tembaga dalam Mereduksi Emisi NOx Motor
Diesel.
Surabaya,
Ketua Jurusan Teknik Sistem P
FT. Ke a tan ITS
Surabaya,
Yang menerima tugas:
Mahasiswa
aatikhul Muskhaf
NRP. 4200 100 057
Dosen Pembirnbing II
Dosen Pembimbing I
lr. lndrajaya Gerianto, MSc
NIP . 13 1 993 365
ABSTRAK
Beberapa pakar telah mengembangkan teknologi plasma utuk mereduksi
emiSI
NOx
pada
motor
diesel.,
beberapa
diantaranya
telah
mencoba
mengombinasikan treatment Non-thermal Plasma dengan beberapa jenis katalis
seperti alumina, zeolite, dan lain sebagainya, narnun belum dijurnpai kombinasi NTP
dengan katalis tembaga murni. Dalarn tugas akhir ini akan dipresentasikan
penggunaan Non-thermal Plasma treatment yang dikombinasikan dengan katalis
tembaga mumi untuk mereduksi emisi NOx pada motor diesel. Dengan penarnbahan
treatment NTP diharapkan konsentrasi emisi NOx akan lebih banyak lagi yang dapat
direduksi. Dalarn tugas akhir ini dibuat prototip kombinasi reactor NTP dan katalis
tembaga murni. Hasil dari tugas akhir ini berupa perbandingan konsentrasi
kandungan emisi NOx pada tiga macarn kelompok penguj ian yaitu kelompok
standar, kontrol katalis, dan kontrol katalis kombinasi dengan NTP. Hasil pengujian
dari eksperimen yang dilakukan menunjukkan peningkatan penurunan NOx oleh
katalis.
KATA PENGANTAR
Dengan rnenyebut nama Allah Yang Maha Pengasih dan Maha Penyayang
yang telah rnemberikan rahmat dan hidayah-Nya kepada urnat rnanusia. berkat
ridlo-Nyalah karni dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Ucapan terima kasih yang mendalam atas segala bentuk birnbingan dan
dorongan yang telah diberikan, penulis sampaikan dengan tulus kepada :
1. Bapak dan lbu tercinta yang telah mencurahkan kasih sayang dan dorongan
materiil mapun moril sehingga penulis bisa menyelcsaikan kuliah di jurusan
Tcknik Sistem Perkapalan. FTK-ITS.
2. Bapak lr. Agoes Santoso, MSc. MPhil. lr. lndrajaya Gerianto. M.Sc dan Ir
Aguk Zuhdi. MF. MEng. selaku Dosen Pembimbing dalam pcngcrjaan Tugas
Akhir ini.
3. Bapak Ir. SUtjo Widodo Adji, M.Sc, selaku Kcpala .Jurusan Teknik Sistem
Pcrkapalan fTK-ITS.
4. Bapak fr. RO. Saut Gurning. MSc selaku kctua Laboratorium Mesin Kapal,
yang Lelah membcrikan ijin untuk menggunakan mcsin dies3el untuk
pcngujian.
5. Bapak Scmin Sanuri. ST. tv1T. GMRfNA sclaku ketua dan Bapak Ruslan
selaku teknisi Laboratorium Mesin Fluida dan Sistcm. yang telah memberikan
dOI\mgan moril dan masukan sehingga pcnulis dapat mcnge1:jakan Tugas
1\khir ini.
6. Seluruh staff pengajar di jurusan Teknik Sistem Perkapalan-FTK ITS yang
telah menularkan ilu pengetahuanya kepada saya, dan j uga seluruh karyawan
jurusan Teknik Sistem Perkapalan yang telah berjasa terhadap kelancaran
kcgiatan perkuliahan di kampus.
7. Temanku Arif Sukamo yang telah banyak mambantu dalam pembuatan
prototip, pcgawai BTKL Surabaya terutama Pak Sugianto, Mbak lin dan Pak
Salim yang telah membantu dalam pengujian prototip.
8. Ternan-ternan angkatan 2000. ternan- ternan di lab. Mesin Fluida dan Sistem
Tata, Eko, Herman, Fitra, Yahya, Fahrul . ternan- ternan di lab. Studio 3-D
dan Komputasional Deni. Tos. Usman, Konco, komting. Bayu, Ayup. Basuki.
Didit, Solo. ternan- ternan di kos Agus, Yaman. Ari, Margo, Surem. yang
tclah rnerncberi semangat kepada pcnulis schingga Tugas Akhir ini dapat
disc lcsai kan.
9. Semua pihak yang tclah berpartisipasi banyak dalam membantu penyelesaian
Tugas /\khi r ini yang tidak dapat saya scbutkan satu pcrsatu.
Kami mcnyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna.
Olch karcna itu saran dan koreksi atas laporan ini akan kami terima sebagai bahan
pcrhaikan dikemudian hari. Akhir kata scmoga dcngan tcrsusunnya laporan Tugas
akhir ini dapat bennanfaat bagi semua pihak didalam mcngcmbangkan wacana
ilmu pcngetahuan.
Surabaya. Januari 2005
Pcnulis
DAFTAR lSI
ABSTRAK
KAT A PENGANTAR
DAFTAR lSI
DAFTAR GAM BAR
DAFTAR TABEL
DAFTAR GRAFIK
BAB I. PENDAHULUAN
1.1 Latar belakang............................. .... . . . . . . . . . .. . . . . . ... . .... .
I- 1
1.2 Perumusan Masalah .. .. .. .. . .. .. .. .. . .. . .... .. . .. .. .. .. .. .. ................. I-4
1.3 Tujuan Penulisan..... .... .. .. .. .. .. .. .. . .. .... . .. . .. . .. .. .. .. .. . .. .. .. ... I-6
1.4. Manfaat Tugas Ahir.. ...... .. . .. .. . .. .. .. .. .. .. .. .. .. . .. .. .. .. .. ..... ..
BAll II. PAPER J ~EV
I-6
J E W
2.1. Tinjauan Pustaka.......................... .... .. .... . .. .. .... . .. . . .. . .. ..
II-1
2.1. 1. J·: misi Gas Buang Motor Diesel ........................ .. .. ..... Il-l
2. 1.2. Pcmbentukan Emisi Nox.......................................
ll-5
2.1.3. Review Teknologi Pengontrolan Emisi Nox Motor Diesel II-9
2.1.4. Catalytic Converter. ............................................... II -10
2.1.-U. Komponen Catalytic Converter.......................
II- 10
2.1.4.2. Tipe-tipe Catalytic Converter......................... . 11-14
2.1.5. Katalisis.......... .... .. .. .. .. .. .. . . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. .. . .. ..... .
11-16
2.1.5.1. Energi Akti,·asi dan Katalisis..........................
II-17
2.1.5.2. Teori Katalisis....................... .... .. .. .. .. .. .. .. .. . ll-17
2. 1.5.3. Mekanisme Katalisis......... ... .. .. . .. .. .. .. . .. . .. .. . .. . II-19
2.1.6. Plasma.............................................................. ll -20
2.1.6.1. Pcngertian Plasma....... .. .............................. . II-20
2.1.6.2. RcaktorPlasma ............................................. I I-24
2.1.6.3. Penerapan NTP untuk Mengatasi Emisi NOx..... .. II-27
2.2. Dasar Teori ............................................................... II-29
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN
3.l.Metode ..................................................................... III-1
3.2. Persiapan ............................................................... .
Ill-5
3.3. Peralatan Uji ............................................................. .
III-5
3.4. Engine Set-Up ......................................................... .
fii-8
3.5. Pcngujian ............................................................... .
III-13
BAB IV. PEMBUATAN PROTOTIP
4.1. Rcaktor Non-Thermal Plasma.......................................
IV -1
4.1. I. Desain Reaktor............... .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ...
IV- l
4.1.2. Sketsa Rancangan Reaktor..... .. . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
IV -3
4.2. Catalytic Converter Tembaga... ...... ..... .. .. ... ... ..... ... .... ...
IV-3
4. I .I. Desain Catalytic Converter....................................
IV -3
4.1.2. Sketsa Rancangan Catalytic Converter.....................
IV -4
4.3. Gam bar Prototip............ .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
JV -5
BAll V. KALIBRASI PROTOTIP
5.1. Data dan Pengolahan Hasil Pengujian................................
V-1
5.2. 1\nalisa dan Pcmbahasan Data llasil Kalibrasi Prototip.... .. ....
V-3
5.2.l.Gralik-grafikKalibrasi Prototip... ... . .. .. . .. . .. . ... . . . . . . . ....
Y-3
5.2.2. Pembahasan Grafik-grafik Kalibrasi Prototip....... ........
Y-7
BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN
6. I. Kesimpulan..... .........................................................
VI-I
6.2. Saran..................... .. ................................................
\ ' T-2
DAFTAR PUSTAKA
LAMP IRAN
DAFTAR GAMBAR
Ga mbar 2.1. Aletalic Honeycomb Catalytic Converter ........................ Il- 12
Gam bar 2.2. Ceramic Honeycomb Catalytic Converter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-12
Gam bar 2.3. Konstruksi Monolith Catalytic Converter.....................
II-13
Gam bar 2.4. Ceramic Pellets Catalytic Conerter.......... ..............
11-13
Gam bar 2.5. Proses Reaksi pada Catalytic Converter Three-way......
Il-15
Gam bar 2.6. Adsorpsi dari molekul reaktan... .... .... .. ..... ... ..... ... .
11-18
Gam bar 2.7. Pembentukan Complex Active.................................
Il-18
Gam bar 2.8. Decomposisi Complex Active ..... ... ........................... . II-1 9
Gambar 2.9. ProdukDesorpsion ................................................
11-19
Gam bar 2.1 0. Proses Pembentukan Atom dari Molekul............ .. . . . . . . . .
Jl-22
Gam bar 2.1 l. Struktur dan proses pembentukan Plasma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ll-23
Gambar 2.12. Kondisi molekuler gas dan Plasma .............................. ll-24
Gambar 2.13. Konstruksi Dielectric Barrier Discharge ........................ 11-26
Gamhar 3.1. Flowchart peng~ja
Tugas Akhir. ....... .. .. ........... ...
Ifl-2
Gamha r -U. Skctsa ReaktorNTP..............................................
JV-3
Gam bar 4.2. Skcts3 Catal ytic Converter..............................
JV-4
Gambar -1.3. Skctsa Prototip Reaktor NTP-Katalis Tcmbaga.... ..
IV-5
Gamhar -1.4. Foto Prototip Reaktor NTP lengkap dengan Trafo..
IV -5
Gambar 4.5. Foto Prototip Katalis Tembaga Dilihat dari
D~pan.
.. . ..
Gam bar 4.6. Foto Prolotip NTP-Katalis Tembaga yang Tcrpasang. .....
IV-6
JV-6
DAFT ART ABEL
Tabcl 1.1. Standar emisi NOx aturan Marpol Annex VI. .................... 1-2
Tabel 1.2. Standar emisi motor diesel aturan EPA ............................ 1-3
Tabcl 3.1. Spesifikasi Motor Diesel Uji ........................................ III-6
Tabcl 3.2. Spesifikasi Water Brake Dynamometer ............................ III-7
Tabcl 3.3. Data Kalibrasi Engine ................................................ III-I 0
Tabel 3A. Rumus-rumus Perhitungan Performa Engine ...................... III-11
Tabcl 3.6. Penentuan Titik Operasi untuk Kalibrasi Prototip ................ III- 13
Tabcl 3.7. Titik Operasi Engine untuk Pengujian .............................. IU-14
TabciS.l. Hasil Pengujian Prototip ............................................. Y-1
Tabcl 5.2. Hasil Pengolahan Data Kalibrasi Prototip ........................ .. Y-2
DAFTAR GRAFIK
Grafik 1.1. Grafik standar emisi NOx motor disel aturan Marpol annex VI...I-2
Grafik 2.1. Level emisi NOx
V.S.
Air-Fuel ratio ................................. n-3
Grafik 2.2. Konsentrasi NOx v.s. Temperatur pembakaran...............
II-7
Gntfik 3.1. Pengolahan Data Kalibrasi Engine...... .... ...........
fii-12
Grati k 5.1. NO. N02, NOx v.s.% Oaya Engine pada kondisi Standar.....
V-3
Gratik 5.2. NO, N0 2 • NOx v.s.% Daya Engine pada Kontrol Katalis ....
V-4
Grafik 5.3. NO,N02, NOx v.s.% Daya Engine pada Kontrol NTP-Katalis .. V-4
Grafik 5.4. BS NOx v.s.% Daya Engine.......................................
V -5
Grafik 5.5. NO v.s.% Oaya Engine . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . ..
V-5
Grafik 5.6. N0 2 v.s.% Oaya Engine.......................................
V-6
Grafik 5.7. % Penurunan NOx v.s.% Daya Engine.........................
V-6
BABI
PENDAHULUAN
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang.
Motor disel masih merupakan tenaga penggerak yang dianggap paling
efektif untuk digunakan sebagai sumber tennga propulsi utama di kapal. Motor
disel
menyediakan
berbagai
keuntungan
sepcrti
kehandalan,
keamanan.
kemudahan operasional dan perawatan. Keuntungan-keuntungan inilah yang
menjadi alasan mengapa ia menjadi primadona tenaga penggerak di kapal.
Walaupun bagaimana motor disel tetap membcrikan peran sebagai sumber
pcnccmar lingkungan melalui emisi gas buangnya yang mengandung unburned
hydrocarbon, carbon monoksida dan oksida nitro~e
(NOx).
lsu mcngcnai lingkungan menjadi semakin penting untuk dibicarakan dan
dilindaklanjuti di dalam perancangan dan system opcrasional motor disel. Hal ini
dikarcnakan scmakin ketatnya peraturan intcrnasional maupun regional mengenai
standar lingkungan di clalam menentukan batas-balas yang bisa diterima dari
tingkat polusi gas buang motor disel. Emisi gas buang motor disel memberikan
sumhangan yang sangat besar terhadap peningkatan pcnccmaran udara, sehingga
pcrlu adanya usaha untuk mengontrol emisi yang dihasilkan motor disel.
Berbagai peraturan yang berkaitan dengan polusi pada kapal terangkum
dalam ··fntemotionol Com·e1Jtion on 11Je Pren!nlion r?f" Pollution from .)'hips··.
yang dil--.cnal dcngan
~IARPOL
73/78. Pada tanggal 27 September 1997.
iviARPOI. com·cntion tclah digantik:£m dengan .. , YY! 11rotoc.:or, yang didalamnya
'
1-1
tennasuk Annex VI yang berjudul ··Regulations for the Prevention of .Air
Pollution from Ships... MARPOL Annex VI memberikan batasan pada emisi NOx
dan sulfur oksida dari gas buang kapal, dan membatasi pula penggunaan ozone
untuk menghilangkan substansi emisi.
··1997 Protocol" pada MARPOL xang mcliputi Annex
VI akan
diberlakukan pada 19 Mei 2005.
Bcrikut adalah aturan pada Annex Vl berkaitan dcngan emisi NOx.
· Ta6
;~: ~ARPci
.Aim ~ex vi Nox _ e . inso~
.
7~
I
I
17.0
n < 130 rpm
130 rpm
n
~
~
45 · n·0 · 2
n < 2000 rpm
9.8
2000 rpm
Tabel 1. t. Standar cmisi NOx aturan Marpol annex VI.
1JVJ 0 J\J Ox ;:: rn j~son
Standard
(J 1JJ.\EPCJL J.\J\JJ\JEX Vl)
18
16
Less tMn 130 rP
TUGASAKHIR
LS 1336
[r(!f!_
.
_.._ ....
n
1
I)S:P!~
1ST f( Aft
.
N OU)Qt
.
PENERAPAN NON-THERMAL PLASMA TREATMENT
UNTUK MENINGKATKAN EFEKTIFITAS
KATALIS TEMBAGA DALAM MEREDUKSI EMISI NOx GAS
BUANG MOTOR DIESEL
tZS,( P
8jL 36
~lt
(,~)
p_,
P E R t• U S T ..\ K A A M
I T S
T1l. Te rim n
t --
·· ·-
S - Y~
-
1/
Ter im:t l"l:lri
N.. A
6fen
- d ;pr~j_
~_2/
Oleh:
FAATIKHUL MUSKHAF
NRP. 4200 100 057
JURUSAN TEKNIK SISTEM PERKAPALAN
FAKULTASTEKNOLOGIKELAUTAN
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA
2005
2lJZ) f'
!-6 ~ -
PENERAPAN NON-THERMAL PLASMA TREATMENT
UNTUK MENINGKATKAN EFEKTIFIT AS
KATALIS TEMBAGA DALAM MEREDUKSI EMISI NOx GAS
BUANG MOTOR DIESEL
TUGASAKHIR
Diajukan Guna Memenuhi Sebagian Persyaratan
U otuk Memperoleh Gelar Sarjana
Jurusan Teknik Sistem Perkapalan
Fakultas Teknologi Kelautan
lnstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Surabaya
Mengetahui I Menyetojui,
Dosen Pembimbing III,
Dosen Pembimbing II,
NIP. 131 646 637
Dosen Pembimbing I,
lr. Indrajaya Gerianto, MSc.
NIP. 131 933 365
FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN- ITS
JURUSAN TEKNIK SISTEM PERKAPALAN
KAMPUS ITS KEPUTIH SUKOLILO SURABA YA 60111
TELP.5994754, 5994251 - 55 PES 1102 FAX 5994754
SURA T KEPUTUSAN PENGERJAAN TUGAS AKHIR LS 1336
Sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Sistem
Perkapalan Fakultas Teknologi Kelautan ITS, maka perlu diterbitkan Surat Keputusan Pengerjaan
Tugas Akhir yang memberikan tugas kepada mahasiswa tersebut dibawah untuk mengerjakan
Tugas sesuai judul dan lingkup bahasan yang telah ditentukan.
Nama Mahasiswa
Nrp
Dosen pembimbing
: FAATIKHULMUSKHAF
: 4200 100 057
: I. Ir. Indrajaya Gerianto, MSc.
: 2. Ir. Agoes Santoso, MSc, MPhil.
Tanggal Diberikan Tugas
Tanggal Diselesaikan Tugas
Judul Tugas Akhir
: Penerapan Non-Thermal Plasma Treatment untuk Meningkatkan
Efektifitas Katalis Tembaga dalam Mereduksi Emisi NOx Motor
Diesel.
Surabaya,
Ketua Jurusan Teknik Sistem P
FT. Ke a tan ITS
Surabaya,
Yang menerima tugas:
Mahasiswa
aatikhul Muskhaf
NRP. 4200 100 057
Dosen Pembirnbing II
Dosen Pembimbing I
lr. lndrajaya Gerianto, MSc
NIP . 13 1 993 365
ABSTRAK
Beberapa pakar telah mengembangkan teknologi plasma utuk mereduksi
emiSI
NOx
pada
motor
diesel.,
beberapa
diantaranya
telah
mencoba
mengombinasikan treatment Non-thermal Plasma dengan beberapa jenis katalis
seperti alumina, zeolite, dan lain sebagainya, narnun belum dijurnpai kombinasi NTP
dengan katalis tembaga murni. Dalarn tugas akhir ini akan dipresentasikan
penggunaan Non-thermal Plasma treatment yang dikombinasikan dengan katalis
tembaga mumi untuk mereduksi emisi NOx pada motor diesel. Dengan penarnbahan
treatment NTP diharapkan konsentrasi emisi NOx akan lebih banyak lagi yang dapat
direduksi. Dalarn tugas akhir ini dibuat prototip kombinasi reactor NTP dan katalis
tembaga murni. Hasil dari tugas akhir ini berupa perbandingan konsentrasi
kandungan emisi NOx pada tiga macarn kelompok penguj ian yaitu kelompok
standar, kontrol katalis, dan kontrol katalis kombinasi dengan NTP. Hasil pengujian
dari eksperimen yang dilakukan menunjukkan peningkatan penurunan NOx oleh
katalis.
KATA PENGANTAR
Dengan rnenyebut nama Allah Yang Maha Pengasih dan Maha Penyayang
yang telah rnemberikan rahmat dan hidayah-Nya kepada urnat rnanusia. berkat
ridlo-Nyalah karni dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Ucapan terima kasih yang mendalam atas segala bentuk birnbingan dan
dorongan yang telah diberikan, penulis sampaikan dengan tulus kepada :
1. Bapak dan lbu tercinta yang telah mencurahkan kasih sayang dan dorongan
materiil mapun moril sehingga penulis bisa menyelcsaikan kuliah di jurusan
Tcknik Sistem Perkapalan. FTK-ITS.
2. Bapak lr. Agoes Santoso, MSc. MPhil. lr. lndrajaya Gerianto. M.Sc dan Ir
Aguk Zuhdi. MF. MEng. selaku Dosen Pembimbing dalam pcngcrjaan Tugas
Akhir ini.
3. Bapak Ir. SUtjo Widodo Adji, M.Sc, selaku Kcpala .Jurusan Teknik Sistem
Pcrkapalan fTK-ITS.
4. Bapak fr. RO. Saut Gurning. MSc selaku kctua Laboratorium Mesin Kapal,
yang Lelah membcrikan ijin untuk menggunakan mcsin dies3el untuk
pcngujian.
5. Bapak Scmin Sanuri. ST. tv1T. GMRfNA sclaku ketua dan Bapak Ruslan
selaku teknisi Laboratorium Mesin Fluida dan Sistcm. yang telah memberikan
dOI\mgan moril dan masukan sehingga pcnulis dapat mcnge1:jakan Tugas
1\khir ini.
6. Seluruh staff pengajar di jurusan Teknik Sistem Perkapalan-FTK ITS yang
telah menularkan ilu pengetahuanya kepada saya, dan j uga seluruh karyawan
jurusan Teknik Sistem Perkapalan yang telah berjasa terhadap kelancaran
kcgiatan perkuliahan di kampus.
7. Temanku Arif Sukamo yang telah banyak mambantu dalam pembuatan
prototip, pcgawai BTKL Surabaya terutama Pak Sugianto, Mbak lin dan Pak
Salim yang telah membantu dalam pengujian prototip.
8. Ternan-ternan angkatan 2000. ternan- ternan di lab. Mesin Fluida dan Sistem
Tata, Eko, Herman, Fitra, Yahya, Fahrul . ternan- ternan di lab. Studio 3-D
dan Komputasional Deni. Tos. Usman, Konco, komting. Bayu, Ayup. Basuki.
Didit, Solo. ternan- ternan di kos Agus, Yaman. Ari, Margo, Surem. yang
tclah rnerncberi semangat kepada pcnulis schingga Tugas Akhir ini dapat
disc lcsai kan.
9. Semua pihak yang tclah berpartisipasi banyak dalam membantu penyelesaian
Tugas /\khi r ini yang tidak dapat saya scbutkan satu pcrsatu.
Kami mcnyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna.
Olch karcna itu saran dan koreksi atas laporan ini akan kami terima sebagai bahan
pcrhaikan dikemudian hari. Akhir kata scmoga dcngan tcrsusunnya laporan Tugas
akhir ini dapat bennanfaat bagi semua pihak didalam mcngcmbangkan wacana
ilmu pcngetahuan.
Surabaya. Januari 2005
Pcnulis
DAFTAR lSI
ABSTRAK
KAT A PENGANTAR
DAFTAR lSI
DAFTAR GAM BAR
DAFTAR TABEL
DAFTAR GRAFIK
BAB I. PENDAHULUAN
1.1 Latar belakang............................. .... . . . . . . . . . .. . . . . . ... . .... .
I- 1
1.2 Perumusan Masalah .. .. .. .. . .. .. .. .. . .. . .... .. . .. .. .. .. .. .. ................. I-4
1.3 Tujuan Penulisan..... .... .. .. .. .. .. .. .. . .. .... . .. . .. . .. .. .. .. .. . .. .. .. ... I-6
1.4. Manfaat Tugas Ahir.. ...... .. . .. .. . .. .. .. .. .. .. .. .. .. . .. .. .. .. .. ..... ..
BAll II. PAPER J ~EV
I-6
J E W
2.1. Tinjauan Pustaka.......................... .... .. .... . .. .. .... . .. . . .. . .. ..
II-1
2.1. 1. J·: misi Gas Buang Motor Diesel ........................ .. .. ..... Il-l
2. 1.2. Pcmbentukan Emisi Nox.......................................
ll-5
2.1.3. Review Teknologi Pengontrolan Emisi Nox Motor Diesel II-9
2.1.4. Catalytic Converter. ............................................... II -10
2.1.-U. Komponen Catalytic Converter.......................
II- 10
2.1.4.2. Tipe-tipe Catalytic Converter......................... . 11-14
2.1.5. Katalisis.......... .... .. .. .. .. .. .. . . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. .. . .. ..... .
11-16
2.1.5.1. Energi Akti,·asi dan Katalisis..........................
II-17
2.1.5.2. Teori Katalisis....................... .... .. .. .. .. .. .. .. .. . ll-17
2. 1.5.3. Mekanisme Katalisis......... ... .. .. . .. .. .. .. . .. . .. .. . .. . II-19
2.1.6. Plasma.............................................................. ll -20
2.1.6.1. Pcngertian Plasma....... .. .............................. . II-20
2.1.6.2. RcaktorPlasma ............................................. I I-24
2.1.6.3. Penerapan NTP untuk Mengatasi Emisi NOx..... .. II-27
2.2. Dasar Teori ............................................................... II-29
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN
3.l.Metode ..................................................................... III-1
3.2. Persiapan ............................................................... .
Ill-5
3.3. Peralatan Uji ............................................................. .
III-5
3.4. Engine Set-Up ......................................................... .
fii-8
3.5. Pcngujian ............................................................... .
III-13
BAB IV. PEMBUATAN PROTOTIP
4.1. Rcaktor Non-Thermal Plasma.......................................
IV -1
4.1. I. Desain Reaktor............... .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ...
IV- l
4.1.2. Sketsa Rancangan Reaktor..... .. . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
IV -3
4.2. Catalytic Converter Tembaga... ...... ..... .. .. ... ... ..... ... .... ...
IV-3
4. I .I. Desain Catalytic Converter....................................
IV -3
4.1.2. Sketsa Rancangan Catalytic Converter.....................
IV -4
4.3. Gam bar Prototip............ .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
JV -5
BAll V. KALIBRASI PROTOTIP
5.1. Data dan Pengolahan Hasil Pengujian................................
V-1
5.2. 1\nalisa dan Pcmbahasan Data llasil Kalibrasi Prototip.... .. ....
V-3
5.2.l.Gralik-grafikKalibrasi Prototip... ... . .. .. . .. . .. . ... . . . . . . . ....
Y-3
5.2.2. Pembahasan Grafik-grafik Kalibrasi Prototip....... ........
Y-7
BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN
6. I. Kesimpulan..... .........................................................
VI-I
6.2. Saran..................... .. ................................................
\ ' T-2
DAFTAR PUSTAKA
LAMP IRAN
DAFTAR GAMBAR
Ga mbar 2.1. Aletalic Honeycomb Catalytic Converter ........................ Il- 12
Gam bar 2.2. Ceramic Honeycomb Catalytic Converter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-12
Gam bar 2.3. Konstruksi Monolith Catalytic Converter.....................
II-13
Gam bar 2.4. Ceramic Pellets Catalytic Conerter.......... ..............
11-13
Gam bar 2.5. Proses Reaksi pada Catalytic Converter Three-way......
Il-15
Gam bar 2.6. Adsorpsi dari molekul reaktan... .... .... .. ..... ... ..... ... .
11-18
Gam bar 2.7. Pembentukan Complex Active.................................
Il-18
Gam bar 2.8. Decomposisi Complex Active ..... ... ........................... . II-1 9
Gambar 2.9. ProdukDesorpsion ................................................
11-19
Gam bar 2.1 0. Proses Pembentukan Atom dari Molekul............ .. . . . . . . . .
Jl-22
Gam bar 2.1 l. Struktur dan proses pembentukan Plasma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ll-23
Gambar 2.12. Kondisi molekuler gas dan Plasma .............................. ll-24
Gambar 2.13. Konstruksi Dielectric Barrier Discharge ........................ 11-26
Gamhar 3.1. Flowchart peng~ja
Tugas Akhir. ....... .. .. ........... ...
Ifl-2
Gamha r -U. Skctsa ReaktorNTP..............................................
JV-3
Gam bar 4.2. Skcts3 Catal ytic Converter..............................
JV-4
Gambar -1.3. Skctsa Prototip Reaktor NTP-Katalis Tcmbaga.... ..
IV-5
Gamhar -1.4. Foto Prototip Reaktor NTP lengkap dengan Trafo..
IV -5
Gambar 4.5. Foto Prototip Katalis Tembaga Dilihat dari
D~pan.
.. . ..
Gam bar 4.6. Foto Prolotip NTP-Katalis Tembaga yang Tcrpasang. .....
IV-6
JV-6
DAFT ART ABEL
Tabcl 1.1. Standar emisi NOx aturan Marpol Annex VI. .................... 1-2
Tabel 1.2. Standar emisi motor diesel aturan EPA ............................ 1-3
Tabcl 3.1. Spesifikasi Motor Diesel Uji ........................................ III-6
Tabcl 3.2. Spesifikasi Water Brake Dynamometer ............................ III-7
Tabcl 3.3. Data Kalibrasi Engine ................................................ III-I 0
Tabel 3A. Rumus-rumus Perhitungan Performa Engine ...................... III-11
Tabcl 3.6. Penentuan Titik Operasi untuk Kalibrasi Prototip ................ III- 13
Tabcl 3.7. Titik Operasi Engine untuk Pengujian .............................. IU-14
TabciS.l. Hasil Pengujian Prototip ............................................. Y-1
Tabcl 5.2. Hasil Pengolahan Data Kalibrasi Prototip ........................ .. Y-2
DAFTAR GRAFIK
Grafik 1.1. Grafik standar emisi NOx motor disel aturan Marpol annex VI...I-2
Grafik 2.1. Level emisi NOx
V.S.
Air-Fuel ratio ................................. n-3
Grafik 2.2. Konsentrasi NOx v.s. Temperatur pembakaran...............
II-7
Gntfik 3.1. Pengolahan Data Kalibrasi Engine...... .... ...........
fii-12
Grati k 5.1. NO. N02, NOx v.s.% Oaya Engine pada kondisi Standar.....
V-3
Gratik 5.2. NO, N0 2 • NOx v.s.% Daya Engine pada Kontrol Katalis ....
V-4
Grafik 5.3. NO,N02, NOx v.s.% Daya Engine pada Kontrol NTP-Katalis .. V-4
Grafik 5.4. BS NOx v.s.% Daya Engine.......................................
V -5
Grafik 5.5. NO v.s.% Oaya Engine . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . ..
V-5
Grafik 5.6. N0 2 v.s.% Oaya Engine.......................................
V-6
Grafik 5.7. % Penurunan NOx v.s.% Daya Engine.........................
V-6
BABI
PENDAHULUAN
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang.
Motor disel masih merupakan tenaga penggerak yang dianggap paling
efektif untuk digunakan sebagai sumber tennga propulsi utama di kapal. Motor
disel
menyediakan
berbagai
keuntungan
sepcrti
kehandalan,
keamanan.
kemudahan operasional dan perawatan. Keuntungan-keuntungan inilah yang
menjadi alasan mengapa ia menjadi primadona tenaga penggerak di kapal.
Walaupun bagaimana motor disel tetap membcrikan peran sebagai sumber
pcnccmar lingkungan melalui emisi gas buangnya yang mengandung unburned
hydrocarbon, carbon monoksida dan oksida nitro~e
(NOx).
lsu mcngcnai lingkungan menjadi semakin penting untuk dibicarakan dan
dilindaklanjuti di dalam perancangan dan system opcrasional motor disel. Hal ini
dikarcnakan scmakin ketatnya peraturan intcrnasional maupun regional mengenai
standar lingkungan di clalam menentukan batas-balas yang bisa diterima dari
tingkat polusi gas buang motor disel. Emisi gas buang motor disel memberikan
sumhangan yang sangat besar terhadap peningkatan pcnccmaran udara, sehingga
pcrlu adanya usaha untuk mengontrol emisi yang dihasilkan motor disel.
Berbagai peraturan yang berkaitan dengan polusi pada kapal terangkum
dalam ··fntemotionol Com·e1Jtion on 11Je Pren!nlion r?f" Pollution from .)'hips··.
yang dil--.cnal dcngan
~IARPOL
73/78. Pada tanggal 27 September 1997.
iviARPOI. com·cntion tclah digantik:£m dengan .. , YY! 11rotoc.:or, yang didalamnya
'
1-1
tennasuk Annex VI yang berjudul ··Regulations for the Prevention of .Air
Pollution from Ships... MARPOL Annex VI memberikan batasan pada emisi NOx
dan sulfur oksida dari gas buang kapal, dan membatasi pula penggunaan ozone
untuk menghilangkan substansi emisi.
··1997 Protocol" pada MARPOL xang mcliputi Annex
VI akan
diberlakukan pada 19 Mei 2005.
Bcrikut adalah aturan pada Annex Vl berkaitan dcngan emisi NOx.
· Ta6
;~: ~ARPci
.Aim ~ex vi Nox _ e . inso~
.
7~
I
I
17.0
n < 130 rpm
130 rpm
n
~
~
45 · n·0 · 2
n < 2000 rpm
9.8
2000 rpm
Tabel 1. t. Standar cmisi NOx aturan Marpol annex VI.
1JVJ 0 J\J Ox ;:: rn j~son
Standard
(J 1JJ.\EPCJL J.\J\JJ\JEX Vl)
18
16
Less tMn 130 rP