APLIKASI TEKNOLOGI EGR ( EXHAUST GAS RE-CIRCULATION ) DAN EFI ( ELECTRONIC FUEL INJECTION ) PADA ENGINE UNTUK MEMINIMALISASI EFEK GLOBAL WARNING
OLEH : Ir.CHAIRIL SIHOMBING S.Pd
Global Warning ( Pemanasan Global )
Penyebab pemanasan global (Global Warning) adalah peningkatan gas rumah kaca (greenhouse effect) yang diakibatkan oleh aktivitas industri dan explorasi yang frekwensi dan volumenya sangat tinggi yang muaranya menghasilkan emisi gas buang ( Carbon Emission ) baik dari kenderaan bermotor , pabrik-pabrik dan kegiatan produksi lain yang menggunakan bahan bakar ( BBM, Gas , Batubara dan Bahan Bakar Organik ) sebagai sumber energinya. Gambar dibawah ini memberikan ilustrasi tentang efek rumah kaca yang mengakibatkan pemanasan global seperti yang kita lihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 1. The Earth Greenhouse Effect
Analogi sederhana untuk menggambarkan efek rumah kaca adalah ketika kita memarkir mobil di tempat parkir terbuka pada siang hari. Ketika kita kembali ke mobil di sore hari, biasanya suhu di dalam mobil lebih panas di bandingkan suhu di luar. Karena sebagian energi panas dari matahari telah di serap oleh kursi, dashboard dan karpet mobil. Ketika benda-benda tersebut melepaskan energi panas tersebut, tidak semuanya dapat keluar melalui jendela tetapi sebagian di pantulkan kembali.Penyebabnya adalah perbedaan panjang gelombang sinar matahari yang memasuki mobil dan energi panas yang dilepaskan kembali oleh kursi.Sehingga jumlah energi yang masuk lebih banyak dibandingkan energi yang dapat keluar. Akibatnya kenaikan bertahap pada suhu di dalam mobil.
Energi yang masuk ke bumi mengalami : 25% dipantulkan oleh awan atau partikel lain di atmosfer, 25% diserap awan, 45% diabsorb permukaan bumi dan 5% dipantulkan kembali oleh permukaan bumi. Energi yang diabsorb dipantulkan kembali dalam bentuk radiasi infra merah oleh awan dan permukaan bumi. Namun sebagian besar infra merah yang dipancarkan bumi tertahan oleh awan dan gas CO2 dan gas lainnya, untuk dikembalikan ke permukaan bumi. Sebenarnya dalam keadaan normal, efek rumah kaca diperlukan, untuk mempertahankan panas di bumi .
Pemanasan global atau global warming selalu menjadi topik menarik bagi pemerhati lingkungan. Pemanasan global yang terasa sejak beberapa dekade ini sangat mengkhawatirkan pecinta lingkungan. Perubahan suhu yang teramat cepat, bahkan dinilai terlalu cepat ini sering dipikirkan diakibatkan oleh ulah manusia. Bagaimana tidak gambar disebelah kiri ini menujukkan rata-rata perubahan suhu tahun 1995-2004 dibandingkan rata-rata suhu pada tahun 1940-1980 ditunjukkan dalam grafik dibawah ini.
Gambar 2. Grafik Temperatur Global
Untuk meminimalisasi efek Global Warning tersebut para ilmuwan dunia di bidang lingkungan ( Environtment Expert ) dan Engineer di industri otomotif melakukan kajian-kajian dan penelitian ilmiah untuk menghasilkan Standart Operation Procedure ( SOP ) dan standar teknologi ramah lingkungan yang nantinya akan diaplikasikan pada dunia industri manufaktur , transportasi dan proses produksi lainnya.
Standar Emisi Gas Buang Industri Otomotif
Salah satunya adalah standar emisi gas buang Euro 2 yang merupakan salah satu tahapan dari standard emisi gas buang yang dikenakan pada kendaraan bermotor di negara-negara Uni Eropa. Sampai saat ini, di Eropa, standar emisi gas buangnya sudah mencapai tahap Euro-4. Malah pada 2008 telah menjadi Euro 5. menjaga lingkungan yang bersih dan sehat untuk kehidupan kita sekarang, dan masa yang akan datang. Di Indonesia, Pemerintah mencanangkan suatu standar emisi gas buang bagi kendaraan baru yang mulai diberlakukan per 1 Januari 2007. Standar emisi ini mengacu pada standar Euro-2 yang secara emisi gas buang yang dikeluarkan sudah boleh dihirup oleh manusia tanpa keracunan atau mengganggu kesehatan. Aturan ini berlaku buat kendaraan baru yang mulai diproduksi per tanggal tersebut diatas. Untuk kendaraan lama yang beroperasi di jalanan, Pemerintah Jakarta bahkan sudah mulai memberlakukan pemeriksaan emisi secara teratur minimum setiap tahun. Di Eropa, Euro-2 telah diterapkan 10 tahun lalu, tepatnya pada tahun 1996. Pada tahun 2000 ditingkatkan menjadi Euro-3 dan terakhir Euro-4 mulai diberlakukan sejak Januari 2005. Melihat kemajuan ini, di Indonesia yang baru memberlakukan Euro-2 sudah ketinggalan dari yang lain bahkan dibandingkan dengan negara tetangga kita.
Thailand saat ini sudah menggunakan standard Euro-3 pada industri Otomotifnya.Emisi Gas Buang di Indonesia
David S. McCauley, principal environment specialist Asia Development Bank (ADB), menyatakan sebanyak 59% emisi gas rumah kaca (GRK) di kawasan Asia Tenggara berasal dari Indonesia pada 2000
Dengan begitu Indonesia sangat beresiko mengalami akibat emisi GRK. Keterangan ini diperoleh dari penelitian yang dilakukan ADB berjudul 'The Economics of Climate Change in Souteast Asia : Regional Review'.Data Climate Analysis Indicators Tool (CAIT) World Resources Institute, Washington, AS pada 2008 menyebutkan sebanyak 59% atau 3.060 juta ton emisi GRK di Asia Tenggara berasal dari Indonesia. Angka ini 7% emisi GRK di dunia angka ini akan terus meningkat seiring angka pertumbuhan produksi khususnya otomotif di Indonesia. Menyoal dampak emisi GRK, ujar Mantan Menteri Negara Lingkungan Hidup Emil Salim, sebanyak 80% dari 563 juta penduduk di Asia Tenggara tinggal di pesisir. Mereka akan merasakan kenaikan permukaan laut dan penurunan curah hujan.
Sejumlah opsi-opsi mitigasi yang ditawarkan ADB di Asia Tenggara dari sektor energi berupa pengoperasian pembangkit tenaga listrik lebih efisien, penggunaan energi lebih efisien, dan transportasi ramah lingkungan. Negara-negara kawasan ini juga dapat melakukan mitigasi emisi karbon sampai 40% pada 2020.
Komponen Emisi Gas Buang Yang Diakibatkan Proses Pembakaran Di Dalam Engine.
Dalam mendukung usaha pelestarian lingkungan hidup, negara-negara di dunia mulai menyadari bahwa gas buang kendaraan merupakan salah satu polutan atau sumber pencemaran udara terbesar oleh karena itu, gas buang kendaraan harus dibuat “sebersih” mungkin agar tidak mencemari udara.negara-negara yang memiliki standar emisi gas buang kendaraan yang ketat, ada 5 unsur dalam gas buang kendaraan yang akan diukur yaitu senyawa HC, CO, CO2, O2 dan senyawa NOx. Sedangkan pada negara-negara yang standar emisinya tidak terlalu ketat, hanya mengukur 4 unsur dalam gas buang yaitu senyawa HC, CO, CO2 dan O2.Adapun Komponen Emisi Gas Buang tersebut adalah :
1.Emisi Senyawa Hidrokarbon
Bensin adalah senyawa hidrokarbon, jadi setiap HC yang didapat di gas buang kendaraan menunjukkan adanya bensin yang tidak terbakar dan terbuang bersama sisa pembakaran. Walaupun rasio perbandingan antara udara dan bensin (AFR=Air-to-Fuel-Ratio) sudah tepat dan didukung oleh desain ruang bakar mesin saat ini yang sudah mendekati ideal, tetapi tetap saja sebagian dari bensin seolah-olah tetap dapat “bersembunyi” dari api saat terjadi proses pembakaran dan menyebabkan emisi HC pada ujung knalpot cukup tinggi. Emisi HC ini dapat ditekan dengan cara memberikan tambahan panas dan oksigen diluar ruang bakar untuk menuntaskan proses pembakaran.Apabila suatu senyawa hidrokarbon terbakar sempurna (bereaksi dengan oksigen) maka hasil reaksi pembakaran tersebut adalah karbondioksida (CO2) dan air(H¬2O). Untuk mobil yang tidak dilengkapi dengan Catalytic Converter (CC), emisi HC yang dapat ditolerir adalah 500 ppm dan untuk mobil yang dilengkapi dengan CC, emisi HC yang dapat ditolerir adalah 50 ppm.
2.EmisiKarbonMonoksida ( CO )Gas karbonmonoksida adalah gas yang relative tidak stabil dan cenderung bereaksi dengan unsur lain. Karbon monoksida, dapat diubah dengan mudah menjadi CO2 dengan bantuan sedikit oksigen dan panas. Apabila AFR sedikit saja lebih kaya dari angka idealnya (AFR ideal = lambda = 1.00) maka emisi CO akan naik secara drastis
3.Emisi Karbon Dioksida (CO2)Konsentrasi CO2 menunjukkan secara langsung status proses pembakaran di ruang bakar. Semakin tinggi maka semakin baik. Saat AFR berada di angka ideal, emisi CO2 berkisar antara 12% sampai 15%. Apabila AFR terlalu kurus atau terlalu kaya, maka emisi CO2 akan turun secara drastis. Apabila CO2 berada dibawah 12%, maka kita harus melihat emisi lainnya yang menunjukkan apakah AFR terlalu kaya atau terlalu kurus.
4.Emisi Oksigen (O2)Konsentrasi dari oksigen di gas buang kendaraan berbanding terbalik dengan konsentrasi CO2. Untuk mendapatkan proses pembakaran yang sempurna, maka kadar oksigen yang masuk ke ruang bakar harus mencukupi untuk setiap molekul hidrokarbon. Untuk mengurangi emisi HC, maka dibutuhkan sedikit tambahan udara atau oksigen untuk memastikan bahwa semua molekul bensin dapat “bertemu” dengan molekul oksigen untuk bereaksi dengan sempurna.Normalnya konsentrasi oksigen di gas buang adalah sekitar 1.2% atau lebih kecil bahkan mungkin 0%. Apabila konsentrasi oksigen tinggi dapat berarti AFR terlalu kurus .Dalam ruang bakar, campuran udara dan bensin dapat terbakar dengan sempurna apabila bentuk dari ruang bakar tersebut melengkung secara sempurna
5.Emisi senyawa NOx
Selain keempat gas diatas, emisi NOx dipentingkan dalam melakukan diagnose terhadap mesin. Senyawa NOx adalah ikatan kimia antara unsur nitrogen dan oksigen. Dalam kondisi normal atmosphere, nitrogen adalah gas inert yang amat stabil yang tidak akan berikatan dengan unsur lain. Tetapi dalam kondisi suhu tinggi dan tekanan tinggi dalam ruang bakar, nitrogen akan memecah ikatannya dan berikatan dengan oksigen. Tumpukan kerak karbon yang berada di ruang bakar juga akan meningkatkan kompresi mesin dan dapat menyebabkan timbulnya titik panas yang dapat meningkatkan kadar NOx. Mesin yang sering detonasi juga akan menyebabkan tingginya konsentrasi NOx
Gambar 3. Tabel Parameter Emisi Gas Buang
EGR (Exhaust Gas Re-Circulation) System.
EGR adalah sebuah sistem efektif mengurangi NOx pada gas buang dengan cara men-sirkulasi kembali gas buang dan mencampurnya dengan udara di intake manifold, untuk menurunkan temperatur pembakaaran
Gambar 4. Konstruksi Exhaust Gas Recirculation
Senyawa NOx termasuk nitrit oksida (NO) atau nitrat oksida (NO2) akan terbentuk bila suhu ruang bakar mencapai lebih dari 2500 derajat Farenheit (1350 oC). Senyawa ini juga dapat terbentuk apabila mesin mendapat beban berat. Senyawa NOx ini sangat tidak stabil dan bila terlepas ke udara bebas, akan berikatan dengan oksigen untuk membentuk NO2. Inilah yang amat berbahaya karena senyawa ini amat beracun dan bila terkena air akan membentuk asam nitrat.
Konsentrasi NOx tinggi diakibatkan :
- EGR Valve tidak bekerja.- AFR terlalu kurus.- Spark Advancer yang tidak bekerja.- Thermostatic Air Heater yang macet.- Kerusakan pada cold air duct.- Tingginya deposit kerak di ruang bakar.- Catalytic Converter yang tidak normal.
Sebuah computer secara otomatis mengontrol jumlah gas buang yang di sirkulasi ulang (EGR) sesuai dengan kecepatan putar mesin dan beban mesin. Jika terdeteksi oleh Ox Sensor terdapat kandungan Nox diluar angka normal , maka ECU akan memerintahkan membuka EGR valve sehingga konsentrat NOx yang masih tinggi tersebut dialirkan masuk ke intake manifold dan dibakar ulang di ruang cylinder. Normalnya NOx pada saat idle tidak melebihi 100 ppm (part per million).
EFI ( Electronic Fuel Injection ) Engine System
Berbagai macam cara dan usaha yang dilakukan untuk mengurangi kadar gas buang beracun yang dihasilkan oleh engine kendaraan bermotor seperti penggunaan BBM bebas timbal, penggunaan katalis pada saluran gas buang menggantikan engine 2 langkah menjadi 4 langkah , karburasi manual akhirnya juga akan digantikan oleh sistem injeksi digital. Sistem injeksi bahan bakar elektronik (karburasi digital) sudah mulai diterapkan pada mesin sepedamotor, perlahan tapi pasti akan menggantikan sistem yang sudah lama bertahan yaitu karburator. Produsen kendaraan di Amerika dan Eropa dan Jepang telah lama mengaplikasikan Mesin EFI (Electronic Fuel Injection) pada produknya dan di indonesia dimulai pada produk mobil era tahun 2000 namun kita yang masih awam barangkali hanya sedikit tahu tentang apa itu EFI, apa kelebihannya. Mesin EFI adalah mesin yang dilengkapi piranti EFI atau Elecronic Fuel Injection, menggantikan sistem karburator. Pada karburator, bensin dari tangki disalurkan ke ruang pelampung dalam karburator melalui pompa bensin (mekanis/elektrik) dan saringan bensin. Selanjutnya bensin masuk ke mesin melalui lubang jet dalam ruang venturi (ruang untuk menambah kecepatan aliran udara masuk ke mesin). Sehingga jumlah bensin yang masuk tergantung pada kecepatan aliran udara yang masuk dan besar lubang jet. Pada EFI, bensin diinjeksikan ke dalam mesin menggunakan injektor dengan waktu penginjeksian (injection duration and frequency) yang dikontrol secara elektronik. Injeksi bensin disesuaikan dengan jumlah udara yang masuk, sehingga campuran ideal antara bensin dan udara akan terpenuhi sesuai dengan kondisi beban dan putaran mesin. Generasi terbaru EFI dikenal dangan sebutan Engine Management System (EMS), yang mengontrol sistem bahan bakar sekaligus juga mengatur sistem pengapian (duration, timing,and frequency of ignition).Tujuan pengaplikasian sistem EFI adalah meningkatkan efisiensi penggunaan bahan bakar (fuel efficiency), kinerja mesin lebih maksimal (optimal engine performance), pengendalian/pengoperasian mesin lebih mudah (easy handling), memperpanjang umur/lifetime dan daya tahan mesin (durability), serta emisi gas buang lebih rendah (low emissions). reaksi pembakaran BBM dengan O2 yang sempurna adalah: 14,7:1 = 14,7 bagian O2 (oksigen) berbanding 1 bagian BBM
Gambar 5. EFI Engine System Circuit.
ECU akan mengatur lama pembukaan injektor, sehingga bensin yang masuk ke dalam pipa saluran masuk (intake manifold) melalui injektor telah terukur jumlahnya. Bensin dan udara akan bercampur di dalam intake manifold dan masuk ke dalam silinder pada saat langkah pemasukan. Campuran ideal siap dibakar. mengapa campuran bensin dan udara harus dikendalikan? Kalau tidak dikendalikan, akan menimbulkan kerugian. Jika perbandingan udara dan bahan bakar tidak ideal (tidak dikendalikan) menjadikan bensin boros pada campuran yang terlalu banyak bensin. Selain itu, pembakaran tidak sempurna, akibatnya emisi gas buang berlebihan dan tenaga tidak optimal karena energi kinetis yang dihasilkan pun tidak maksimal .Saat mesin bekerja dengan AFR yang tepat, emisi CO pada ujung knalpot berkisar 0.5% sampai 1% untuk mesin yang dilengkapi dengan sistem injeksi atau sekitar 2.5% untuk mesin yang masih menggunakan karburator. Dengan bantuan air injection system atau CC, maka CO dapat dibuat serendah mungkin mendekati 0%.
Dari kemajuan teknologi dibidang Otomotif diatas ( EGR Exhaust Gas Recirculation dan EFI Electronic Fuel Injection ) maka angka Emisi Gas Buang yang tinggi akibat proses pembakaran untuk menghasilkan energi dan proses produksi industri manufaktur yang mengakibatkan efek rumah kaca dapat ditekan signifikan hingga bumi kita ini lebih nyaman untuk diami .
Penulis :
Ir.Chairil sihombing S.Pd
Guru SMK Teknik di Kota Tebing Tinggi
dan Instruktur pada TechnoSkill-Technology Education Development Program.
Email : ir.chairils@yahoo.co.id
Referensi :
1.Toyota MR 2 Repair Manual . 1988. Toyota Motor Corporation
2.Climate Analysis Indicators Tool (CAIT) World Resources Institute, 2008.Washington, AS
3..Emisi Gas Buang Kendaraan .Internet www.saft7.com . Ardi Tjitra
4 .Suhu Udara di Jakarta Menyimpang . www.Kompas.com
5. Euro Emition Standart. Internet .Vibiz Portal Discussion Board
6.59% Emisi Gas di Asteng Berasal Dari Indonesia.Internet. Mochamad Ade Maulidin
OLEH : Ir.CHAIRIL SIHOMBING S.Pd
Global Warning ( Pemanasan Global )
Penyebab pemanasan global (Global Warning) adalah peningkatan gas rumah kaca (greenhouse effect) yang diakibatkan oleh aktivitas industri dan explorasi yang frekwensi dan volumenya sangat tinggi yang muaranya menghasilkan emisi gas buang ( Carbon Emission ) baik dari kenderaan bermotor , pabrik-pabrik dan kegiatan produksi lain yang menggunakan bahan bakar ( BBM, Gas , Batubara dan Bahan Bakar Organik ) sebagai sumber energinya. Gambar dibawah ini memberikan ilustrasi tentang efek rumah kaca yang mengakibatkan pemanasan global seperti yang kita lihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 1. The Earth Greenhouse Effect
Analogi sederhana untuk menggambarkan efek rumah kaca adalah ketika kita memarkir mobil di tempat parkir terbuka pada siang hari. Ketika kita kembali ke mobil di sore hari, biasanya suhu di dalam mobil lebih panas di bandingkan suhu di luar. Karena sebagian energi panas dari matahari telah di serap oleh kursi, dashboard dan karpet mobil. Ketika benda-benda tersebut melepaskan energi panas tersebut, tidak semuanya dapat keluar melalui jendela tetapi sebagian di pantulkan kembali.Penyebabnya adalah perbedaan panjang gelombang sinar matahari yang memasuki mobil dan energi panas yang dilepaskan kembali oleh kursi.Sehingga jumlah energi yang masuk lebih banyak dibandingkan energi yang dapat keluar. Akibatnya kenaikan bertahap pada suhu di dalam mobil.
Energi yang masuk ke bumi mengalami : 25% dipantulkan oleh awan atau partikel lain di atmosfer, 25% diserap awan, 45% diabsorb permukaan bumi dan 5% dipantulkan kembali oleh permukaan bumi. Energi yang diabsorb dipantulkan kembali dalam bentuk radiasi infra merah oleh awan dan permukaan bumi. Namun sebagian besar infra merah yang dipancarkan bumi tertahan oleh awan dan gas CO2 dan gas lainnya, untuk dikembalikan ke permukaan bumi. Sebenarnya dalam keadaan normal, efek rumah kaca diperlukan, untuk mempertahankan panas di bumi .
Pemanasan global atau global warming selalu menjadi topik menarik bagi pemerhati lingkungan. Pemanasan global yang terasa sejak beberapa dekade ini sangat mengkhawatirkan pecinta lingkungan. Perubahan suhu yang teramat cepat, bahkan dinilai terlalu cepat ini sering dipikirkan diakibatkan oleh ulah manusia. Bagaimana tidak gambar disebelah kiri ini menujukkan rata-rata perubahan suhu tahun 1995-2004 dibandingkan rata-rata suhu pada tahun 1940-1980 ditunjukkan dalam grafik dibawah ini.
Gambar 2. Grafik Temperatur Global
Untuk meminimalisasi efek Global Warning tersebut para ilmuwan dunia di bidang lingkungan ( Environtment Expert ) dan Engineer di industri otomotif melakukan kajian-kajian dan penelitian ilmiah untuk menghasilkan Standart Operation Procedure ( SOP ) dan standar teknologi ramah lingkungan yang nantinya akan diaplikasikan pada dunia industri manufaktur , transportasi dan proses produksi lainnya.
Standar Emisi Gas Buang Industri Otomotif
Salah satunya adalah standar emisi gas buang Euro 2 yang merupakan salah satu tahapan dari standard emisi gas buang yang dikenakan pada kendaraan bermotor di negara-negara Uni Eropa. Sampai saat ini, di Eropa, standar emisi gas buangnya sudah mencapai tahap Euro-4. Malah pada 2008 telah menjadi Euro 5. menjaga lingkungan yang bersih dan sehat untuk kehidupan kita sekarang, dan masa yang akan datang. Di Indonesia, Pemerintah mencanangkan suatu standar emisi gas buang bagi kendaraan baru yang mulai diberlakukan per 1 Januari 2007. Standar emisi ini mengacu pada standar Euro-2 yang secara emisi gas buang yang dikeluarkan sudah boleh dihirup oleh manusia tanpa keracunan atau mengganggu kesehatan. Aturan ini berlaku buat kendaraan baru yang mulai diproduksi per tanggal tersebut diatas. Untuk kendaraan lama yang beroperasi di jalanan, Pemerintah Jakarta bahkan sudah mulai memberlakukan pemeriksaan emisi secara teratur minimum setiap tahun. Di Eropa, Euro-2 telah diterapkan 10 tahun lalu, tepatnya pada tahun 1996. Pada tahun 2000 ditingkatkan menjadi Euro-3 dan terakhir Euro-4 mulai diberlakukan sejak Januari 2005. Melihat kemajuan ini, di Indonesia yang baru memberlakukan Euro-2 sudah ketinggalan dari yang lain bahkan dibandingkan dengan negara tetangga kita.
Thailand saat ini sudah menggunakan standard Euro-3 pada industri Otomotifnya.Emisi Gas Buang di Indonesia
David S. McCauley, principal environment specialist Asia Development Bank (ADB), menyatakan sebanyak 59% emisi gas rumah kaca (GRK) di kawasan Asia Tenggara berasal dari Indonesia pada 2000
Dengan begitu Indonesia sangat beresiko mengalami akibat emisi GRK. Keterangan ini diperoleh dari penelitian yang dilakukan ADB berjudul 'The Economics of Climate Change in Souteast Asia : Regional Review'.Data Climate Analysis Indicators Tool (CAIT) World Resources Institute, Washington, AS pada 2008 menyebutkan sebanyak 59% atau 3.060 juta ton emisi GRK di Asia Tenggara berasal dari Indonesia. Angka ini 7% emisi GRK di dunia angka ini akan terus meningkat seiring angka pertumbuhan produksi khususnya otomotif di Indonesia. Menyoal dampak emisi GRK, ujar Mantan Menteri Negara Lingkungan Hidup Emil Salim, sebanyak 80% dari 563 juta penduduk di Asia Tenggara tinggal di pesisir. Mereka akan merasakan kenaikan permukaan laut dan penurunan curah hujan.
Sejumlah opsi-opsi mitigasi yang ditawarkan ADB di Asia Tenggara dari sektor energi berupa pengoperasian pembangkit tenaga listrik lebih efisien, penggunaan energi lebih efisien, dan transportasi ramah lingkungan. Negara-negara kawasan ini juga dapat melakukan mitigasi emisi karbon sampai 40% pada 2020.
Komponen Emisi Gas Buang Yang Diakibatkan Proses Pembakaran Di Dalam Engine.
Dalam mendukung usaha pelestarian lingkungan hidup, negara-negara di dunia mulai menyadari bahwa gas buang kendaraan merupakan salah satu polutan atau sumber pencemaran udara terbesar oleh karena itu, gas buang kendaraan harus dibuat “sebersih” mungkin agar tidak mencemari udara.negara-negara yang memiliki standar emisi gas buang kendaraan yang ketat, ada 5 unsur dalam gas buang kendaraan yang akan diukur yaitu senyawa HC, CO, CO2, O2 dan senyawa NOx. Sedangkan pada negara-negara yang standar emisinya tidak terlalu ketat, hanya mengukur 4 unsur dalam gas buang yaitu senyawa HC, CO, CO2 dan O2.Adapun Komponen Emisi Gas Buang tersebut adalah :
1.Emisi Senyawa Hidrokarbon
Bensin adalah senyawa hidrokarbon, jadi setiap HC yang didapat di gas buang kendaraan menunjukkan adanya bensin yang tidak terbakar dan terbuang bersama sisa pembakaran. Walaupun rasio perbandingan antara udara dan bensin (AFR=Air-to-Fuel-Ratio) sudah tepat dan didukung oleh desain ruang bakar mesin saat ini yang sudah mendekati ideal, tetapi tetap saja sebagian dari bensin seolah-olah tetap dapat “bersembunyi” dari api saat terjadi proses pembakaran dan menyebabkan emisi HC pada ujung knalpot cukup tinggi. Emisi HC ini dapat ditekan dengan cara memberikan tambahan panas dan oksigen diluar ruang bakar untuk menuntaskan proses pembakaran.Apabila suatu senyawa hidrokarbon terbakar sempurna (bereaksi dengan oksigen) maka hasil reaksi pembakaran tersebut adalah karbondioksida (CO2) dan air(H¬2O). Untuk mobil yang tidak dilengkapi dengan Catalytic Converter (CC), emisi HC yang dapat ditolerir adalah 500 ppm dan untuk mobil yang dilengkapi dengan CC, emisi HC yang dapat ditolerir adalah 50 ppm.
2.EmisiKarbonMonoksida ( CO )Gas karbonmonoksida adalah gas yang relative tidak stabil dan cenderung bereaksi dengan unsur lain. Karbon monoksida, dapat diubah dengan mudah menjadi CO2 dengan bantuan sedikit oksigen dan panas. Apabila AFR sedikit saja lebih kaya dari angka idealnya (AFR ideal = lambda = 1.00) maka emisi CO akan naik secara drastis
3.Emisi Karbon Dioksida (CO2)Konsentrasi CO2 menunjukkan secara langsung status proses pembakaran di ruang bakar. Semakin tinggi maka semakin baik. Saat AFR berada di angka ideal, emisi CO2 berkisar antara 12% sampai 15%. Apabila AFR terlalu kurus atau terlalu kaya, maka emisi CO2 akan turun secara drastis. Apabila CO2 berada dibawah 12%, maka kita harus melihat emisi lainnya yang menunjukkan apakah AFR terlalu kaya atau terlalu kurus.
4.Emisi Oksigen (O2)Konsentrasi dari oksigen di gas buang kendaraan berbanding terbalik dengan konsentrasi CO2. Untuk mendapatkan proses pembakaran yang sempurna, maka kadar oksigen yang masuk ke ruang bakar harus mencukupi untuk setiap molekul hidrokarbon. Untuk mengurangi emisi HC, maka dibutuhkan sedikit tambahan udara atau oksigen untuk memastikan bahwa semua molekul bensin dapat “bertemu” dengan molekul oksigen untuk bereaksi dengan sempurna.Normalnya konsentrasi oksigen di gas buang adalah sekitar 1.2% atau lebih kecil bahkan mungkin 0%. Apabila konsentrasi oksigen tinggi dapat berarti AFR terlalu kurus .Dalam ruang bakar, campuran udara dan bensin dapat terbakar dengan sempurna apabila bentuk dari ruang bakar tersebut melengkung secara sempurna
5.Emisi senyawa NOx
Selain keempat gas diatas, emisi NOx dipentingkan dalam melakukan diagnose terhadap mesin. Senyawa NOx adalah ikatan kimia antara unsur nitrogen dan oksigen. Dalam kondisi normal atmosphere, nitrogen adalah gas inert yang amat stabil yang tidak akan berikatan dengan unsur lain. Tetapi dalam kondisi suhu tinggi dan tekanan tinggi dalam ruang bakar, nitrogen akan memecah ikatannya dan berikatan dengan oksigen. Tumpukan kerak karbon yang berada di ruang bakar juga akan meningkatkan kompresi mesin dan dapat menyebabkan timbulnya titik panas yang dapat meningkatkan kadar NOx. Mesin yang sering detonasi juga akan menyebabkan tingginya konsentrasi NOx
Gambar 3. Tabel Parameter Emisi Gas Buang
EGR (Exhaust Gas Re-Circulation) System.
EGR adalah sebuah sistem efektif mengurangi NOx pada gas buang dengan cara men-sirkulasi kembali gas buang dan mencampurnya dengan udara di intake manifold, untuk menurunkan temperatur pembakaaran
Gambar 4. Konstruksi Exhaust Gas Recirculation
Senyawa NOx termasuk nitrit oksida (NO) atau nitrat oksida (NO2) akan terbentuk bila suhu ruang bakar mencapai lebih dari 2500 derajat Farenheit (1350 oC). Senyawa ini juga dapat terbentuk apabila mesin mendapat beban berat. Senyawa NOx ini sangat tidak stabil dan bila terlepas ke udara bebas, akan berikatan dengan oksigen untuk membentuk NO2. Inilah yang amat berbahaya karena senyawa ini amat beracun dan bila terkena air akan membentuk asam nitrat.
Konsentrasi NOx tinggi diakibatkan :
- EGR Valve tidak bekerja.- AFR terlalu kurus.- Spark Advancer yang tidak bekerja.- Thermostatic Air Heater yang macet.- Kerusakan pada cold air duct.- Tingginya deposit kerak di ruang bakar.- Catalytic Converter yang tidak normal.
Sebuah computer secara otomatis mengontrol jumlah gas buang yang di sirkulasi ulang (EGR) sesuai dengan kecepatan putar mesin dan beban mesin. Jika terdeteksi oleh Ox Sensor terdapat kandungan Nox diluar angka normal , maka ECU akan memerintahkan membuka EGR valve sehingga konsentrat NOx yang masih tinggi tersebut dialirkan masuk ke intake manifold dan dibakar ulang di ruang cylinder. Normalnya NOx pada saat idle tidak melebihi 100 ppm (part per million).
EFI ( Electronic Fuel Injection ) Engine System
Berbagai macam cara dan usaha yang dilakukan untuk mengurangi kadar gas buang beracun yang dihasilkan oleh engine kendaraan bermotor seperti penggunaan BBM bebas timbal, penggunaan katalis pada saluran gas buang menggantikan engine 2 langkah menjadi 4 langkah , karburasi manual akhirnya juga akan digantikan oleh sistem injeksi digital. Sistem injeksi bahan bakar elektronik (karburasi digital) sudah mulai diterapkan pada mesin sepedamotor, perlahan tapi pasti akan menggantikan sistem yang sudah lama bertahan yaitu karburator. Produsen kendaraan di Amerika dan Eropa dan Jepang telah lama mengaplikasikan Mesin EFI (Electronic Fuel Injection) pada produknya dan di indonesia dimulai pada produk mobil era tahun 2000 namun kita yang masih awam barangkali hanya sedikit tahu tentang apa itu EFI, apa kelebihannya. Mesin EFI adalah mesin yang dilengkapi piranti EFI atau Elecronic Fuel Injection, menggantikan sistem karburator. Pada karburator, bensin dari tangki disalurkan ke ruang pelampung dalam karburator melalui pompa bensin (mekanis/elektrik) dan saringan bensin. Selanjutnya bensin masuk ke mesin melalui lubang jet dalam ruang venturi (ruang untuk menambah kecepatan aliran udara masuk ke mesin). Sehingga jumlah bensin yang masuk tergantung pada kecepatan aliran udara yang masuk dan besar lubang jet. Pada EFI, bensin diinjeksikan ke dalam mesin menggunakan injektor dengan waktu penginjeksian (injection duration and frequency) yang dikontrol secara elektronik. Injeksi bensin disesuaikan dengan jumlah udara yang masuk, sehingga campuran ideal antara bensin dan udara akan terpenuhi sesuai dengan kondisi beban dan putaran mesin. Generasi terbaru EFI dikenal dangan sebutan Engine Management System (EMS), yang mengontrol sistem bahan bakar sekaligus juga mengatur sistem pengapian (duration, timing,and frequency of ignition).Tujuan pengaplikasian sistem EFI adalah meningkatkan efisiensi penggunaan bahan bakar (fuel efficiency), kinerja mesin lebih maksimal (optimal engine performance), pengendalian/pengoperasian mesin lebih mudah (easy handling), memperpanjang umur/lifetime dan daya tahan mesin (durability), serta emisi gas buang lebih rendah (low emissions). reaksi pembakaran BBM dengan O2 yang sempurna adalah: 14,7:1 = 14,7 bagian O2 (oksigen) berbanding 1 bagian BBM
Gambar 5. EFI Engine System Circuit.
ECU akan mengatur lama pembukaan injektor, sehingga bensin yang masuk ke dalam pipa saluran masuk (intake manifold) melalui injektor telah terukur jumlahnya. Bensin dan udara akan bercampur di dalam intake manifold dan masuk ke dalam silinder pada saat langkah pemasukan. Campuran ideal siap dibakar. mengapa campuran bensin dan udara harus dikendalikan? Kalau tidak dikendalikan, akan menimbulkan kerugian. Jika perbandingan udara dan bahan bakar tidak ideal (tidak dikendalikan) menjadikan bensin boros pada campuran yang terlalu banyak bensin. Selain itu, pembakaran tidak sempurna, akibatnya emisi gas buang berlebihan dan tenaga tidak optimal karena energi kinetis yang dihasilkan pun tidak maksimal .Saat mesin bekerja dengan AFR yang tepat, emisi CO pada ujung knalpot berkisar 0.5% sampai 1% untuk mesin yang dilengkapi dengan sistem injeksi atau sekitar 2.5% untuk mesin yang masih menggunakan karburator. Dengan bantuan air injection system atau CC, maka CO dapat dibuat serendah mungkin mendekati 0%.
Dari kemajuan teknologi dibidang Otomotif diatas ( EGR Exhaust Gas Recirculation dan EFI Electronic Fuel Injection ) maka angka Emisi Gas Buang yang tinggi akibat proses pembakaran untuk menghasilkan energi dan proses produksi industri manufaktur yang mengakibatkan efek rumah kaca dapat ditekan signifikan hingga bumi kita ini lebih nyaman untuk diami .
Penulis :
Ir.Chairil sihombing S.Pd
Guru SMK Teknik di Kota Tebing Tinggi
dan Instruktur pada TechnoSkill-Technology Education Development Program.
Email : ir.chairils@yahoo.co.id
Referensi :
1.Toyota MR 2 Repair Manual . 1988. Toyota Motor Corporation
2.Climate Analysis Indicators Tool (CAIT) World Resources Institute, 2008.Washington, AS
3..Emisi Gas Buang Kendaraan .Internet www.saft7.com . Ardi Tjitra
4 .Suhu Udara di Jakarta Menyimpang . www.Kompas.com
5. Euro Emition Standart. Internet .Vibiz Portal Discussion Board
6.59% Emisi Gas di Asteng Berasal Dari Indonesia.Internet. Mochamad Ade Maulidin
Comments
Post a Comment