Analisa Aliran Fluida Proses Exhausting pada Knalpot Komposit Hybrida Batang Kelapa Sawit Melalui Metode Computational Fluid Dynamic
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Teknologi merupakan segala sesuatu yang diciptakan dari pengetahuan
sekaligus kemampuan manusia yang ditujukan untuk memudahkan segala
kebutuhan manusia itu sendiri. Salah satu contoh dari Teknologi yang sampai
dengan saat ini menjadi suatu kebutuhan manusia itu adalah transportasi,dimana
sejak pertama kali ditemukan BAN/RODA pada tahun 3500 SM sebagai alat
untuk memindahkan barang,transportasi selalu mengalami perkembangan di
setiap masanya,sampai lah pada akhirnya di abad ke 20 ini banyak manusia yang
sangat bergantung dengan transportasi yang telah diciptakan oleh banyak
ilmuwan-ilmuwan dunia, salah satu nya ialah sepeda motor
Pada saat ini kebutuhan sepeda motor bagi masyarakat sangat vital
mengingat tingginya kemacetan yang ada di jalan raya, sehingga salah satu
alternatif untuk mempermudah dan kelancaran untuk mencapai suatu tujuan di
dalam kota, maka sepeda motor merupakan salah satu pilihan yang tepat.
Permintaan masyarakat terhadap sepeda motor terus mengalami peningkatan, hal
ini memberikan peluang bagi para produsen sepeda motor untuk melakukan
inovasi dari produk yang dihasilkannya. Setiap produsen selalu memproduksi
sepeda motor dengan desain-desain yang terbaru sesuai dengan keinginan
konsumen.
Seiring dengan berkembang pesatnya pertumbuhan akan kebutuhan sepeda
motor,hal ini juga berdampak terhadap lingkungan sekitar,sehingga Global
Warming merupakan konsekuensi konkrit dari dampak pertumbuhan kebutuhan
akan sepeda motor. Pencemaran lingkungan (termasuk Global Warming) yang
salah satu penyebabnya adalah emisi gas buang dari kendaraan bermotor ini
dikarenakan proses pembakaran pada mesin tidak bisa sempurna dimana masih
menghasilkan
gas-gas
polutan
seperti:
Karbondioksida(CO2),Karbon
monoksida(CO),Oksida Nitrogen(NOx),Oksida Belerang. Berikut ini kerugian
yang ditimbulkan oleh gas-gas tersebut:
Universitas Sumatera Utara
1. Karbon dioksida. Karbon dioksida tergolong gas rumah kaca, sehingga
peningkatan kadar karbon dioksida di udara dapat mengakibatkan
peningkatan suhu permukaan bumi.
2. Karbon monoksida. Gas ini bersifat racun, dapat menyebabkan rasa
sakit pada mata, saluran pernafasan dan paru-paru. Jika masuk ke
dalam darah melalui pernafasan, karbon monoksida bereaksi dengan
hemoglobin dalam darah membentuk COHb (karboksihemoglobin).
3. Oksida Belerang,Belerang oksida apabila terisap oleh pernapasan,
akan berekasi dengan air dalam sluran pernapasan dan membentuk
asam sulfat yang akan merusak jaringan dan menimbulkan rasa sakit.
Oksidasi belerang juga dapat larut dalam air hujan dan menyebabkan
hujan asam.
4. Oksida nitrogen. NOx bereaksi dengan bahan-bahan pencemar lain dan
menimbulkan fenomena asap-kabut atau smog. Smog menyebabkan
berkurangnya daya pandang, iritasi pada mata dan saluran pernapasan,
membuat tanaman layu, serta menurunkan kualitas materi.
5. Nitrogen Monoksida (NO). Zat ini elemahkan sistem pernapasan paru
dan saluran nafas sehingga paru mudah terserang infeksi.
Kontribusi kendaraan bermotor terhadap lingkungan bukan hanya melalui
polusi udara saja,namun polusi kebisingan juga jadi fenomena tersendiri yang
tidak bisa dihindari. Sama hal nya seperti dampak akan pencemaran udara dari
kendaraan bermotor terhadap lingkungan,pencemaran kebisingan(suara) juga
memberikan efek terhadap kesehatan manusia. Kebisingan dapat mengakibatkan
hilangnya pendengaran, stres, tekanan darah tinggi, kurang tidur, gangguan
produktivitas, dan penurunan umum dalam kualitas hidup. Sulit untuk mengukur
efek dari kebisingan, hal ini dikarenakan adanya perbedaan latar belakang
masyarakat dan jenis kebisingan yang beragam. Dalam sebuah penelitian
,penggunaan pengeras suara atau klakson pada kendaraan bermotor di kehidupan
sosial di India maupun di upacara keagamaan dapat membahayakan kesehatan
penduduk perkotaan. Dampaknya yaitu dapat menyebabkan tuli, gangguan saraf,
gangguan mental, masalah jantung, tekanan darah tinggi, pusing dan bahkan
insomnia (Bhargawa, 2001). Paparan polusi suara melebihi 75 desibel selama
Universitas Sumatera Utara
lebih dari delapan jam sehari untuk jangka waktu yang panjang dapat
menyebabkan kehilangan pendengaran.
Fenomena ini tentunya telah jadi bahan perhatian oleh pihak
pemerintah,karena itu pemerintah telah menetapkan dalam UU Nomor 14 Tahun
1992 tentang Lalu Lintas dan Angkutan Jalan telah memberlakukan kewajiban uji
emisi kendaraan bermotor. Pasal 50 ayat (1) dan ayat (2) UU tersebut
menyatakan, “Untuk mencegah pencemaran udara dan kebisingan suara
kendaraan bermotor yang dapat mengganggu kelestarian lingkungan hidup, setiap
kendaraan bermotor wajib memenuhi persyaratan ambang batas emisi gas buang
dan tingkat kebisingan. Setiap pemilik, pengusaha angkutan umum dan/atau
pengemudi kendaraan bermotor wajib mencegah terjadinya pencemaran udara dan
kebisingan yang di akibatkan oleh pengoperasian kendaraannya. Orang yang
melanggar ketentuan tersebut akan terkena sanksi pidana sebagaimana diatur
dalam Pasal 67 UU tersebut: “Barangsiapa mengemudikan kendaraan bermotor
yang tidak memenuhi persyaratan ambang batas emisi gas buang, atau tingkat
kebisingan sebagaimana dimaksud dalam Pasal 50 ayat (1) dan ayat (2), dipidana
dengan pidana kurungan paling lama 2 (dua) bulan atau denda setinggi-tingginya
Rp. 2.000.000,- (dua juta rupiah).” Namun Dalam kenyataannya, kita bisa melihat
sendiri dengan jelas banyak kendaraan bermotor di negara kita yang bebas berlalu
lalang di jalan umum dengan mengeluarkan asap hitam pekat dan suara yang
memekakkan telinga.
Atas dasar pemikiran di atas penulis ingin meperlihatkan membandingkan
bagaimana proses pembuangan akhir pada emisi gas buang kendaraan bermotor
antara knalpot komersil(standard) dengan knalpot komposit yang dengan harapan
bisa menekan gas buangan(polutan) pada kendaraan bermotor dan mereduksi
kebisingan yang terjadi saat pembuangan emisi gas kendaraan bermotor di
knalpot.
1.2
Tujuan Penelitian
1. Mengetahui bagaimana aliran Fluida (emisi gas buang) dari hasil
pembakaran pada sepeda motor menggunakan knalpot komposit.
2. Membandingkan hasil pembakaran akhir pada sepeda motor antara
knalpot komersil dengan knalpot komposit.
Universitas Sumatera Utara
1.3
Batasan Masalah
1. Knalpot yang digunakan merupakan knalpot komposit berbahan
poliester,catalyst,dan serbuk kelapa sawit.
2. Parameter yang digunakan ialah Konduktivitas thermal,kecepatan
fluida,temperatur lingkungan dan tekanan.
3. Untuk melihat aliran fluida (emisi gas buang ) dari hasil pembakaran
dilakukan dengan Simulasi menggunakan Software ANSYS FLUENT
14.0
4. Variabel yang diamati tekanan,temperatur serta aliran fluida.
5. Kondisi simulasi adalah Transien.
1.4
Manfaat Penelitian
1. Memprediksi bagaimana aliran fluida pada knalpot berbahan komposit
yang tentunya hemat akan lingkungan dan efisien akan biaya
2. Sebagai bahan pertimbangan agar bisa mereduksi gas polutan dari
hasil pembuangan akhir kendaraan bermotor khususnya sepeda motor
3. Untuk mengurangi kebisingan pada knalpot kendaraan bermotor yang
pada umumnya berbahan alumunium.
1.5
Metodologi Penilitian
Metodologi penulisan yang digunakan pada penulisan skripsi ini adalah
sebagai berikut :
a. Studi literatur, berupa studi kepustakaan, kajian dari buku-buku dan
tulisan-tulisan yang terkait.
b. Browsing internet, berupa studi artikel-artikel, gambar-gambar dan
buku elektronik (e-book) serta data-data lain yang berhubungan.
c.
Metode studi lapangan, yaitu dengan mengambil data dari hasil
pengujian yang dilakukan di laboratorium motor bakar fakultas teknik.
d.
Diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang ditunjuk
oleh Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
Universitas Sumatera Utara
1.6
Sistematika Penulisan
Skripsi ini dibagi dalam beberapa bab dengan garis besar tiap bab adalah
sebagai berikut :
Bab I : Pendahuluan
Bab ini berisikan latar belakang, tujuan, manfaat, dan ruang
lingkup pengujian.
Bab II : Tinjauan Pustaka
Bab ini berisikan landasan teori yang digunakan yaitu mengenai
biodiesel, pembakaran mesin Diesel, persamaan-persamaan yang
digunakan, dan emisi gas buang mesin dan pengendaliannya.
Bab III : Metodologi Penelitian
Bab ini memberikan informasi mengenai tempat pelaksanaan
pengujian, bahan dan peralatan yang dipakai serta tahapan dan
prosedur pengujian.
Bab IV : Hasil dan Analisa Pengujian
Bab ini membahas tentang hasil data yang diperoleh dari setiap
pengujian melalui pembahasan perhitungan dan penganalisaan
dengan memarpakan kedalam bentuk tabel dan grafik.
Bab V : Kesimpulan dan Saran
Bab ini sebagai penutup berisikan kesimpulan dan saran yang
diperoleh.
Daftar Pustaka
Daftar pustaka berisi literatur yang digunakan untuk menyusun
laporan.
Lampiran
Pada lampiran dapat dilihat hasil data yang diperoleh dari
pengujian dalam bentuk tabel dan gambar.
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Teknologi merupakan segala sesuatu yang diciptakan dari pengetahuan
sekaligus kemampuan manusia yang ditujukan untuk memudahkan segala
kebutuhan manusia itu sendiri. Salah satu contoh dari Teknologi yang sampai
dengan saat ini menjadi suatu kebutuhan manusia itu adalah transportasi,dimana
sejak pertama kali ditemukan BAN/RODA pada tahun 3500 SM sebagai alat
untuk memindahkan barang,transportasi selalu mengalami perkembangan di
setiap masanya,sampai lah pada akhirnya di abad ke 20 ini banyak manusia yang
sangat bergantung dengan transportasi yang telah diciptakan oleh banyak
ilmuwan-ilmuwan dunia, salah satu nya ialah sepeda motor
Pada saat ini kebutuhan sepeda motor bagi masyarakat sangat vital
mengingat tingginya kemacetan yang ada di jalan raya, sehingga salah satu
alternatif untuk mempermudah dan kelancaran untuk mencapai suatu tujuan di
dalam kota, maka sepeda motor merupakan salah satu pilihan yang tepat.
Permintaan masyarakat terhadap sepeda motor terus mengalami peningkatan, hal
ini memberikan peluang bagi para produsen sepeda motor untuk melakukan
inovasi dari produk yang dihasilkannya. Setiap produsen selalu memproduksi
sepeda motor dengan desain-desain yang terbaru sesuai dengan keinginan
konsumen.
Seiring dengan berkembang pesatnya pertumbuhan akan kebutuhan sepeda
motor,hal ini juga berdampak terhadap lingkungan sekitar,sehingga Global
Warming merupakan konsekuensi konkrit dari dampak pertumbuhan kebutuhan
akan sepeda motor. Pencemaran lingkungan (termasuk Global Warming) yang
salah satu penyebabnya adalah emisi gas buang dari kendaraan bermotor ini
dikarenakan proses pembakaran pada mesin tidak bisa sempurna dimana masih
menghasilkan
gas-gas
polutan
seperti:
Karbondioksida(CO2),Karbon
monoksida(CO),Oksida Nitrogen(NOx),Oksida Belerang. Berikut ini kerugian
yang ditimbulkan oleh gas-gas tersebut:
Universitas Sumatera Utara
1. Karbon dioksida. Karbon dioksida tergolong gas rumah kaca, sehingga
peningkatan kadar karbon dioksida di udara dapat mengakibatkan
peningkatan suhu permukaan bumi.
2. Karbon monoksida. Gas ini bersifat racun, dapat menyebabkan rasa
sakit pada mata, saluran pernafasan dan paru-paru. Jika masuk ke
dalam darah melalui pernafasan, karbon monoksida bereaksi dengan
hemoglobin dalam darah membentuk COHb (karboksihemoglobin).
3. Oksida Belerang,Belerang oksida apabila terisap oleh pernapasan,
akan berekasi dengan air dalam sluran pernapasan dan membentuk
asam sulfat yang akan merusak jaringan dan menimbulkan rasa sakit.
Oksidasi belerang juga dapat larut dalam air hujan dan menyebabkan
hujan asam.
4. Oksida nitrogen. NOx bereaksi dengan bahan-bahan pencemar lain dan
menimbulkan fenomena asap-kabut atau smog. Smog menyebabkan
berkurangnya daya pandang, iritasi pada mata dan saluran pernapasan,
membuat tanaman layu, serta menurunkan kualitas materi.
5. Nitrogen Monoksida (NO). Zat ini elemahkan sistem pernapasan paru
dan saluran nafas sehingga paru mudah terserang infeksi.
Kontribusi kendaraan bermotor terhadap lingkungan bukan hanya melalui
polusi udara saja,namun polusi kebisingan juga jadi fenomena tersendiri yang
tidak bisa dihindari. Sama hal nya seperti dampak akan pencemaran udara dari
kendaraan bermotor terhadap lingkungan,pencemaran kebisingan(suara) juga
memberikan efek terhadap kesehatan manusia. Kebisingan dapat mengakibatkan
hilangnya pendengaran, stres, tekanan darah tinggi, kurang tidur, gangguan
produktivitas, dan penurunan umum dalam kualitas hidup. Sulit untuk mengukur
efek dari kebisingan, hal ini dikarenakan adanya perbedaan latar belakang
masyarakat dan jenis kebisingan yang beragam. Dalam sebuah penelitian
,penggunaan pengeras suara atau klakson pada kendaraan bermotor di kehidupan
sosial di India maupun di upacara keagamaan dapat membahayakan kesehatan
penduduk perkotaan. Dampaknya yaitu dapat menyebabkan tuli, gangguan saraf,
gangguan mental, masalah jantung, tekanan darah tinggi, pusing dan bahkan
insomnia (Bhargawa, 2001). Paparan polusi suara melebihi 75 desibel selama
Universitas Sumatera Utara
lebih dari delapan jam sehari untuk jangka waktu yang panjang dapat
menyebabkan kehilangan pendengaran.
Fenomena ini tentunya telah jadi bahan perhatian oleh pihak
pemerintah,karena itu pemerintah telah menetapkan dalam UU Nomor 14 Tahun
1992 tentang Lalu Lintas dan Angkutan Jalan telah memberlakukan kewajiban uji
emisi kendaraan bermotor. Pasal 50 ayat (1) dan ayat (2) UU tersebut
menyatakan, “Untuk mencegah pencemaran udara dan kebisingan suara
kendaraan bermotor yang dapat mengganggu kelestarian lingkungan hidup, setiap
kendaraan bermotor wajib memenuhi persyaratan ambang batas emisi gas buang
dan tingkat kebisingan. Setiap pemilik, pengusaha angkutan umum dan/atau
pengemudi kendaraan bermotor wajib mencegah terjadinya pencemaran udara dan
kebisingan yang di akibatkan oleh pengoperasian kendaraannya. Orang yang
melanggar ketentuan tersebut akan terkena sanksi pidana sebagaimana diatur
dalam Pasal 67 UU tersebut: “Barangsiapa mengemudikan kendaraan bermotor
yang tidak memenuhi persyaratan ambang batas emisi gas buang, atau tingkat
kebisingan sebagaimana dimaksud dalam Pasal 50 ayat (1) dan ayat (2), dipidana
dengan pidana kurungan paling lama 2 (dua) bulan atau denda setinggi-tingginya
Rp. 2.000.000,- (dua juta rupiah).” Namun Dalam kenyataannya, kita bisa melihat
sendiri dengan jelas banyak kendaraan bermotor di negara kita yang bebas berlalu
lalang di jalan umum dengan mengeluarkan asap hitam pekat dan suara yang
memekakkan telinga.
Atas dasar pemikiran di atas penulis ingin meperlihatkan membandingkan
bagaimana proses pembuangan akhir pada emisi gas buang kendaraan bermotor
antara knalpot komersil(standard) dengan knalpot komposit yang dengan harapan
bisa menekan gas buangan(polutan) pada kendaraan bermotor dan mereduksi
kebisingan yang terjadi saat pembuangan emisi gas kendaraan bermotor di
knalpot.
1.2
Tujuan Penelitian
1. Mengetahui bagaimana aliran Fluida (emisi gas buang) dari hasil
pembakaran pada sepeda motor menggunakan knalpot komposit.
2. Membandingkan hasil pembakaran akhir pada sepeda motor antara
knalpot komersil dengan knalpot komposit.
Universitas Sumatera Utara
1.3
Batasan Masalah
1. Knalpot yang digunakan merupakan knalpot komposit berbahan
poliester,catalyst,dan serbuk kelapa sawit.
2. Parameter yang digunakan ialah Konduktivitas thermal,kecepatan
fluida,temperatur lingkungan dan tekanan.
3. Untuk melihat aliran fluida (emisi gas buang ) dari hasil pembakaran
dilakukan dengan Simulasi menggunakan Software ANSYS FLUENT
14.0
4. Variabel yang diamati tekanan,temperatur serta aliran fluida.
5. Kondisi simulasi adalah Transien.
1.4
Manfaat Penelitian
1. Memprediksi bagaimana aliran fluida pada knalpot berbahan komposit
yang tentunya hemat akan lingkungan dan efisien akan biaya
2. Sebagai bahan pertimbangan agar bisa mereduksi gas polutan dari
hasil pembuangan akhir kendaraan bermotor khususnya sepeda motor
3. Untuk mengurangi kebisingan pada knalpot kendaraan bermotor yang
pada umumnya berbahan alumunium.
1.5
Metodologi Penilitian
Metodologi penulisan yang digunakan pada penulisan skripsi ini adalah
sebagai berikut :
a. Studi literatur, berupa studi kepustakaan, kajian dari buku-buku dan
tulisan-tulisan yang terkait.
b. Browsing internet, berupa studi artikel-artikel, gambar-gambar dan
buku elektronik (e-book) serta data-data lain yang berhubungan.
c.
Metode studi lapangan, yaitu dengan mengambil data dari hasil
pengujian yang dilakukan di laboratorium motor bakar fakultas teknik.
d.
Diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang ditunjuk
oleh Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
Universitas Sumatera Utara
1.6
Sistematika Penulisan
Skripsi ini dibagi dalam beberapa bab dengan garis besar tiap bab adalah
sebagai berikut :
Bab I : Pendahuluan
Bab ini berisikan latar belakang, tujuan, manfaat, dan ruang
lingkup pengujian.
Bab II : Tinjauan Pustaka
Bab ini berisikan landasan teori yang digunakan yaitu mengenai
biodiesel, pembakaran mesin Diesel, persamaan-persamaan yang
digunakan, dan emisi gas buang mesin dan pengendaliannya.
Bab III : Metodologi Penelitian
Bab ini memberikan informasi mengenai tempat pelaksanaan
pengujian, bahan dan peralatan yang dipakai serta tahapan dan
prosedur pengujian.
Bab IV : Hasil dan Analisa Pengujian
Bab ini membahas tentang hasil data yang diperoleh dari setiap
pengujian melalui pembahasan perhitungan dan penganalisaan
dengan memarpakan kedalam bentuk tabel dan grafik.
Bab V : Kesimpulan dan Saran
Bab ini sebagai penutup berisikan kesimpulan dan saran yang
diperoleh.
Daftar Pustaka
Daftar pustaka berisi literatur yang digunakan untuk menyusun
laporan.
Lampiran
Pada lampiran dapat dilihat hasil data yang diperoleh dari
pengujian dalam bentuk tabel dan gambar.
Universitas Sumatera Utara