27
BAB III
METODELOGI PENELITIAN
3.1. Kerangka Penelitian
Dalam penelitian catlytic converter terdapat beberapa tahapan yang
dilakukan, berikut adalah diagram alur kerangka dalam penelitian.
Gambar 3.1 Diagram alur metodelogi penelitian.
Dengan Catalytic
Converter
Pembuatan
Katalis
Tanpa Catalytic
Converter
Penyiapan
Alat dan Bahan
Pembuatan
Catalytic Converter
Kesimpulan
Percobaan Dengan Catalytic Converter
Dan Tanpa Catalytic Converter
Pengujian dan Pengambilan data
Analisa Data Refrensi
Studi Pustaka
Persiapan Penelitian
Awal
Selesai
Tidak
Ya
CO, HC
Tereduksi
28
3.2. Studi Pustaka
Studi pustaka dilakukan guna memperdalam bagian yang akan diteliti,
sebagai piranti penunjang penelitian guna mendapatkan hasil yang maksimal.
Studi pustaka digunakan untuk membandingkan hasil penelitian atau
mengembangkan penelitian terdahulu dan literature yang berhubungan dengan
topik penelitian.
3.3. Persiapan Penelitian
Persiapan penelitian dibagi menjadi 3 yaitu instrumen penelitian,
penyiapan alat-alat penelitian, dan pemeriksaan mesin uji.
3.3.1. Instrumen Penelitian
Instrumen penelitian meliputi alat ukur dan alat uji yang digunakan untuk
pengujian dan pengambilan data. Instrument yang digunakan dalam penelitian ini
dapat dilihat pada gambar 3.2.
(Murdo,P, 2013)
Gambar 3.2 Skema mesin pengujian Catalytic Converter.
Dengan menggunakan engine stand sebagai sumber polutan. Pada pipa
aliran gas buang di pasang catlytic converter dengan sebuah orifice plate serta 2
buah thermocouple pada input dan output dari catlytic converter. Hal bertujuan
untuk dalam menganalisa performa dan sistem kerja catlytic converter.
Empat buah spiral tembaga dipasang masing-masing 2 pada input dan
output catlytic converter serta 2 pada orifice plate. Spiral berdiameter 3 mm
dipasang untuk mempercepat pelepasan panas atau kalor dari emisi gas buang
29
yang kemudian diteruskan ke manometer untuk mengetahui beda tekanan pada
catlytic converter dan beda tekanan pada orifice plate. Skema pemasangan alat
ukur dan catalytic converter dapat dilihat pada gambar 3.3 dan keterangan dapat
dilihat pada tabel 3.1.
Gambar 3.3 Skema pemasangan alat ukur dan catalytic converter.
Tabel 3.1 Keterangan gambar 3.3
No Keterangan
1 Plat orifice
2 Thermocouple T2
3 Thermocouple T1
4 Pipa manometer pada orifice
5 Pipa manometer pada orifice
6 Pipa manometer pada catalytic converter
7 Pipa manometer pada catalytic converter
3.3.2. Penyiapan Alat-alat Penelitian
Alat-alat pengujian yang digunakan terdiri dari beberapa alat antara lain :
1. Mesin Uji
Mesin uji yang digunakan adalah engine stand lab PKM FT. Universitas
Muhammadiyah Semarang dengan spesifikasi sebagai berikut
Merk : Toyota
Type : 5K
Tahun : 1992
Volume silinder : 1456 CC
Jumlah silinder : 4 silinder
Bahan bakar : Bensin
Sistem Pembakaran : Karburator
30
Gambar 3.4 Engine stand.
2. Gas Analyzer
Dalam pengujian ini menggunakan Gas Analyzer Lab. FT. Universitas
Muhammadiyah Semarang dapat dilihat pada gambar 3.5 dengan spesifikasi
sebagai berikut.
Merk / type : Qrotech 402
Measuring Item : CO, HC, CO2, O2, Lamda, AFR , Nox.
Measuring Range : CO = 0.00 – 9.99%
HC = 0 – 9999 ppm
CO2 = 0.0 – 20.0%
O2 = 0.0 – 25.0%
λ = 0.000 – 2.000
AFR = 0.0–99.0%
Fuel Type : Gasoline , LPG, CNG, Alcohol Hcv and
Ocv conversation.
Warming Uptime : About 2 – 8 minutes.
Power Source : AC 110 Volt or AC 220 Volt ± 10% 60 Hz.
31
Gambar 3.5 Emission analyzer.
3. Thermocouple dan Thermodisplay
Thermocouple digunakan untuk mengetahui temperatur gas buang dari
exhouse manifold masuk ke catlytic converter dan temperatur gas keluar catlytic
converter.Thermocouple yang digunakan adalah tipe K dengan range pengukuran
0 °C sampai dengan 1200 °C. Sedangkan thermo display menggunakan merk
Autonics model T4YI dengan sensor thermocouple tipe K menghasilkan range 0
°C - 12000 °C. Thermocouple dan thermo display dilihat pada gambar 3.6.
Gambar 3.6 Thermocouple dan thermo display (Murdo,P, 2013).
4. Digital Tachometer
Digital tachometer merk Krisbow KW06-302 dengan 5 digit display dan
akurasi 0,05% + 1 digit digunakan untuk mengetahui putaran mesin pada tiap
perubahan variasi putaran dilihat pada gambar 3.7.
32
Gambar 3.7 Digital tachometer.
5. Stopwatch
Alat ini digunakan untuk menentukan waktu yang digunakan pada tiap
pengambilan data. Alat tersebut dapat dilihat pada gambar 3.8.
Gambar 3.8 Stopwatch.
6. Sound Level Meter
Alat ini digunakan untuk pengukuran kebisingan suara pada tiap
pengambilan data. Alat tersebut dapat dilihat pada gambar 3.9.
Gambar 3.9 Sound Level Meter.
33
7. Orifice Plate Flowmeter
Dalam pengujian ini orifice plate ditempatkan pada posisi yang akan
diukur laju aliran masanya yaitu pada jarak 1 m setelah catlytic converter.
Perbedaan tekanan dari dua titik sesudah dan sebelum melewati orifice kemudian
akan disubstitusikan menggunakan persamaan kontinyuitas dan bernouli barulah
laju aliran masa diperoleh. Berikut gambar orifice plate serta dimensinya, pada
gambar 3.10.
Gambar 3.10 Orifice plate dan dimensinya.
8. Manometer Pipa U
Manometer ini digunakan untuk mengetahui beda tekanan yang terjadi
pada catlytic converter serta mengetahui laju aliran massa yang terjadi pada
orifice plate. Manometer pipa U dapat dilihat pada gambar 3.11.
d = 10,2 mm
β = 0,3
D = 34 mm
45° Sudut Lereng
Tebal pinggiran
dalam = 0,68 mm
Tebal plat = 3,4 mm
34
Gambar 3.11 Manometer pipa U.
3.2.3. Pemeriksaan Mesin Uji
Sebelum pengujian emisi gas buang berlangsung, terlebih dahulu
mempersiapkan kondisi standart mesin. Adapun kegiatan yang dilakukan adalah :
1. Menganti minyak pelumas dan memeriksa adanya kebocoran-kebocoran.
2. Membersihkan saringan udara.
3. Service karburator.
4. Pemeriksaan sistem pengapian.
5. Pemeriksaan radiator.
6. Pemeriksaan accumulator.
3.3. Pelapisan Tembaga (Cu) dengan Nikel (Ni)
Pelapisan secara listrik electroplating adalah elektrodeposisi pelapisan
atau coating logam melekat ke elektroda untuk menjaga substrat dengan
memberikan permukaan dengan sifat dan dimensi berbeda dari pada logam
basisnya tersebut (Anton J. H dan Tomijiro K,1995 : 25), sedangkan pengertian
electroplating yang lain adalah suatu proses pengerjaan permukaan material baik
logam maupun bukan logam dan upaya meningkatkan sifat-sifat material tersebut
(Saleh, A. Arsianto, 1995 : 3).
(∆h Pada catalytic converter)
(∆h Pada orifice)
(T1)
(T2)
35
Di masyarakat umum, elektroplating yang dikenal sebagai finishing
logam ialah vernikel dan verkhrom. Hasil barang garapannya pun lebih indah,
memikat, berkilau, dan lebih awet.Yang jamak dimanfaatkan untuk plating /
coating dekoratif-protektif ini ialah tembaga, nikel dan chrom. Dalam teknologi
pengerjaan logam, proses electroplating dikategorikan sebagai proses pengerjaan
akhir (metal finishing).
3.4. Pembuatan Material Catalytic Converter
Pembuatan bahan penelitian ini terdiri dari dua bagian utama yaitu
konstruksi bagian luar dan konstruksi bagian dalam catlytic converter. Konstruksi
bagian dalam berupa katalis sedangkan bagian luar berupa rumah atau casing.
3.4.1. Katalis
Material katalis bagian dalam terbuat dari tembaga (Cu) dan tembaga
berlapis nikel (Cu*Ni) yang berbentuk plat lembaran dengan ketebalan 0.05 mm
diameter 10 cm. Plat kemudian dipotong memanjang dengan lebar 2 cm dan
dibentuk sesuai dengan bentuk yang telah direncanakan. Katalis tersebut dapat
dilihat pada gambar 3.12.
Gambar 3.12 Bentuk katalis.
36
3.4.1.1. Tembaga (Cu)
Tembaga merupakan salah satu unsur logam transisi yang berwarna
coklat kemerahan terlihat pada gambar 3.13. Tembaga adalah salah satu dari
sederetan logam yang mempunyai termal ataupun electric conductivity terbaik.
Tembaga adalah termasuk logam mulia dengan logam yang cukup lama dikenal
manusia. Ia mempunyai sifat-sifat tahan karat non asam, mampu mengalirkan
panas serta listrik dengan baik (Suharto, 1995).
Gambar 3.13 Katalis Tembaga (Cu).
Karena tembaga mempunyai sifat mampu mengalirkan panas dan listrik
yang baik, maka ia banyak dipakai sebagai kondensor dan alat-alat pemanas.
Tembaga mempuyai titik lebur pada 1083° C, titik didih 2567° C, kapasitas panas
0,385 j/g K serta mempunyai kemampuan St 37 (Sunardi, 2006).
3.4.1.2. Nikel (Ni)
Nikel adalah logam putih perak yang keras. Nikel ditemukan oleh
Cronstedt pada tahun 1751 dalam mineral yang disebutnya kupfer nickel (nikolit).
Nikel mempunyai unsur kimia metalik dalam tabel periodik yang memiliki simbol
(Ni) dan nomor atom 28. Nikel bersifat liat,dapat ditempah logam ini melebur
pada 1455oC, dan bersifat magnetis (Vogel,1984).
Nikel amat popular dalam plating, terutama pada sistem plating tembaga
nikel-chrom (dekoratif/protektif) di ilustrasikan pada gambar 3.14 Nikel
merupakan logam plating yang paling peka responnya atas aditif-aditif. Riwayat
37
plating nikel (vernikel) sudah amat kaya. Deposit hasil plating nikel pertama yang
baik ialah oleh Bottger tahun 1842.
Gambar 3.14 Tembaga berlapis Nikel (Cu*Ni).
3.4.2. Casing
Casing merupakan bagian luar dari catlytic converter yang dibuat
berbentuk tabung elips dan dibuat dari plat stainless steel dengan tujuan agar
dapat terhindar dari korosi.
Casing pada gambar 3.15 dibuat memiliki penutup yang dapat dibuka
dan ditutup dengan baut hal tersebut bertujuan untuk memudahkan dalam
penambahan jumlah substrat serta penggantian katalis dan keterangan gambar
3.15 dapat dilihat pada tabel 3.2.
Gambar 3.15 Casing catlytic converter
1 2
3 4
5
38
Tabel 3.2 Keterangan gambar 3.15
No Keterangan
1 Katalis Tembaga (Cu)
2 Katalis Tembaga berlapis Nikel (Cu*Ni)
3 Input Catalytic converter
4 Output Catalytic converter
5 Penutup Casing Catalytic converter
3.5. Percobaan
Percobaan dilakukan bertujuan mengetahui emisi gas buang pada montor
bensin dan mempersiapkan sebelum melakukan penelitian serta memahami
pembacaan alat ukur.
3.6. Pemanasan Mesin
1. Pemanasan Mesin
Tujuan dilakukan pemanasan mesin adalah mempersiapkan kondisi
mesin uji supaya tercapai kondisi kerjanya. Adapun langkah-langkahnya adalah
sebagai berikut.
a) Mengidupkan mesin uji dalam kondisi idle salama 5 menit.
b) Memeriksa kondisi dan memastikan semua instrumen pendukung
berfungsi dengan baik.
2. Kalibrasi Gas Analyzer
Setelah mesin dalam kondisi siap uji kemudian tahap selanjutnya adalah
melakukan kalibrasi gas analyzer. Dengan langkah-langkah sebagai berikut :
a) Gas analyzer dinyalakan, setelah sebelumnya menghubungkan jack power
dengan sumber listrik.
b) Masukkan sensor gas analyzer kedalam mufler exhaust.
c) Tekan tombol enter untuk memulai kalibrasi gas analyzer selama 200 detik
secara otomatis.
d) Setelah kalibrasi awal selesai, secara otomatis gas analyzer akan melakukan
zero kalibrasi.
e) Dalam 20 detik kalibrasi zero selesai, kemudian tekan tombol enter.
39
3.7. Pengujian Catalytic Converter
Pengujian dilakukan untuk mengetahui penurunan emisi gas buang dan
mempersiapkan sebelum melakukan pengambilan data serta memahami
pembacaan alat ukur.
3.8. Tahap Pengujian
Pengujian ini dibagi dalam tiga tahapan, yaitu pengujian tanpa catalytic
converter, pengujian dengan menggunakan catlytic converter dengan katalis
tembaga (Cu) selang-seling dengan tembaga berlapis nikel (Cu*Ni), dan yang
terakhir yaitu pengujian ketahanan catlytic converter tembaga (Cu) selang-seling
dengan tembaga berlapis nikel (Cu*Ni) selama 8 jam.
1. Tanpa Catlytic Converter
Pengujian bertujuan untuk megetahui jumlah emisi gas buang yang
dikeluarkan oleh mesin uji. Data yang diperoleh dari pengukuran ini digunakan
sebagai pembanding dengan pengukuran menggunakan catlytic converter dengan
langkah-langkah sebagai berikut:
a) Mesin dalan keadaan menyala dalam kondisi idle dan sensor gas analyzer
telah dimasukkan kedalam mufler exhaust.
b) Stopwatch dijalankan untuk batasan pengambilan seluruh data setiap 1
menit dan diambil sebanyak tiga kali.
c) Dalam kondisi mesin idle catat seluruh data yang tertera dalam display
sesuai waktu yang telah ditetapkan.
d) Ketika telah selesai pada kondisi rpm idle, gunakan digital tachometer untuk
pengaturan tiap rpm mesin yaitu 1000 rpm, 1500 rpm, 2000 rpm, 2500 rpm,
dan 3000 rpm. lalu turun kembali 2500 rpm, 2000 rpm, 1500 rpm, 1000 rpm
dan idle.
e) Dengan langkah yang sama catat seluruh data pada tiap rpm sebanyak tiga
kali pada tiap menitnya.
40
2. Pengujian Catalytic Converter Tembaga berlapis Nikel posisi Selang-seling
Tiga variasi catalytic converter, katalis 4 d CCN, 4 b CNN, dan -
8 s CNN, dengan bentuk katalis seperti pada gambar 3.16a, 3.16b, 3.16c.
Gambar 3.16a 4 d CCN
Gambar 3.16b 4 b CCN
Gambar 3.16c 8 s CCN
Setelah melakukan pengujian tanpa catalytic converter selesai maka
pengujian berikutnya dengan menggunakan catalytic converter dengan langkah-
langkah sebagai berikut :
41
a) Pasang catalytic converter pada knalpot dengan variasi posisi katalis
(variasi seperti gambar 3.16a, variasi seperti gambar 3.16b dan variasi seperti
gambar 3.16c)
b) Lapisi sambungan catalytic converter dengan menggunakan packing
c) knalpot pada tiap sambungannya supaya tidak bocor kemudian kencangkan
dengan baut dan mur, pastikan tidak ada kebocoran.
d) Biarkan mesin menyala idle untuk memanasi catlytic converter hingga
mencapai suhu berkisar 100°C (T1).
e) Catat seluruh data hasil pengukuran sebanyak tiga kali untuk tiap menitnya.
f) Setelah data idle didapatkan naikan perlahan rpm mesin dengan bantuan
digital tachometer menjadi 1000 rpm, 1500 rpm, 2000 rpm, 2500 rpm, 3000
rpm turun kembali 2500 rpm, 2000 rpm, 1500 rpm, 1000 rpm, idle.
g) Catat data sebanyak tiga kali permenitnya untuk setiap rpm.
h) Setelah pengujan katalis 4 d CCN selesai, dilanjutkan dengan pengujian
katalis 4 b CCN seperti gambar 3.16b, dan 8 s CCN pada gambar 3.16c
dengan langkah pengujian a sampai g.
3. Pengujian Ketahanan
Pemasangan catlytic converter 8 s CCN seperti pengujian ke 2 untuk 8 s
CCN. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui ketahan dari catalytic converter
katalis tembaga selang-seling dengan tembaga berlapis nikel. Pengujian dilakukan
selama 8 jam non stop pada putaran mesin konstan 1500 rpm dan tanpa beban
pada engine stand. Langkah-langkah sebagai berikut :
a) Pasang catalytic converter pada knalpot dengan variasi posisi 8 s CCN seperti
gambar 3.16c.
b) Warming up engine stand pada kondisi rpm idle.
c) Naikkan putaran mesin menjadi 1500 rpm konstan.
d) Tunggu mesin stabil pada putaran tersebut, kemudian catat hasil awal
pengujian.
e) Tahan mesin pada kondisi dan putaran tersebut (1500 rpm). ambil kembali
data pengujian setiap 1 jam selama 8 jam total waktu pengujian. Gunakan
stopwatch untuk membantu mengetahui waktu tempuh pengujian.
42
3.9. Variabel Penelitian
Pada penelitian ini terdapat tiga variabel pengujian yaitu variabel tetap,
variable berubah, variable respon.
3.9.1. Variabel Tetap
a. Jenis bahan bakar yang digunakan adalah Bensin Premium.
b. Tebal plat tembaga dan tembaga berlapis nikel adalah 0.05 mm.
c. Bentuk casing catalytic converter.
3.9.2. Variabel Berubah
a. Variasi putaran mesin dari putaran idle, 1000 rpm, 1500 rpm, 2000 rpm,
2500 rpm, 3000 rpm, turun kembali 2500 rpm, 2000 rpm, 1500 rpm, 1000
rpm dan idle.
b. Jumlah variasi katalis tembaga (Cu) dan tembaga berlapis nikel (Cu*Ni) yang
digunakan 4 d CNN, 4 b CNN dan 8 s CCN.
3.9.3. Variabel Respon
Meliputi konsentrasi emisi gas HC, CO, temperature, tekanan dan laju
aliran massa tanpa catlytic converter dan setelah menggunakan catlytic converter
tembaga (Cu) selang-seling dengan tembaga berlapis nikel (Cu*Ni).
43
Tabel 3.3 Pengambilan data dalam pengujian catalytic converter
PUT CC
Tanpa CC 4 d CCN 4 b CCN 8 s CCN
idle CO,HC CO,HC CO,HC CO,HC
1000 CO,HC CO,HC CO,HC CO,HC
1500 CO,HC CO,HC CO,HC CO,HC
2000 CO,HC CO,HC CO,HC CO,HC
2500 CO,HC CO,HC CO,HC CO,HC
3000 CO,HC CO,HC CO,HC CO,HC
2500 CO,HC CO,HC CO,HC CO,HC
2000 CO,HC CO,HC CO,HC CO,HC
1500 CO,HC CO,HC CO,HC CO,HC
1000 CO,HC CO,HC CO,HC CO,HC
idle CO,HC CO,HC CO,HC CO,HC
Keterangan :
4 d CCN = 4 Katalis posisi depan tembaga (Cu) selang-seling nikel (Cu*Ni)
4 b CCN = 4 Katalis posisi belakang tembaga (Cu) selang-seling nikel (Cu*Ni)
8 s CCN = 8 Katalis posisi selang-seling tembaga (Cu) dan (Cu*Ni)
3.10. Analisis Data
Dapat dilihat dalam tabel 3.3 di atas pengambilan data yang diperoleh
akan dianalisa secara deskriptif dengan melalui hasil tampilan grafik-grafik yang
ada untuk mengetahui seberapa besar pengaruh variasai-variasi yang dilakukan
pada catalytic converter terhadap emisi gas buang CO dan HC sebelum
menggunakan catalytic converter dan setelah menggunakan catalytic converter
tembaga (Cu) selang-seling dengan tembaga berlapis nikel (Cu*Ni).