## Pengaruh Tegangan Dan Jarak Jarum Elektro
Plasma Terhadap Emisi Gas Buang (CO, HC, O 2 )
Pada Sepeda Motor
Yuniarto Agus Winoko 1 , Muhammad  Tamimul Anwar Ramadhan 2
1 Teknik Mesin Politeknik Negeri Malang
2 Teknik Otomotif Elektronik Politeknik Negeri Malang
1 dhimazyuni@gmail.com, 2 enem99enem@gmail.com

## Abstrak
Reaktor  plasma  adalah  alat  untuk  mereduksi  emisi  gas  buang  dari  motor  bensin. Prinsip  kerja  alat  ini  memanfaatkan  perubahan  tegangan  akibat  loncatan  elektron. Loncatan  elektron  pada  reaktor  ini  tergantung  pada  jarak  jarum  dan  tegangan  pada elektro  plasma.  Tujuan  penelitian  ini  untuk  menganalisis  tegangan  dan  jarak  elektro plasma  menggunakan  reaktor  plasma  terhadap  kadar  karbon  monoksida  (CO),  hidro karbon  (HC),  dan  oksigen  (O 2 )  pada  emisi  gas  buang.  Metode  yang  digunakan  pada reaktor  plasma  terdiri  sistem  mekanik  berbentuk  jarum  yang  berbahan  dasar  tembaga sebagai alat pembentuk korona. Sistem elektronik terdiri dari rangkaian resistor, diode, kapasitor, dan transistor. Pengambilan data dilakukan dengan dua variasi tegangan dan tiga variasi jarak jarum dengan pengulangan tiga kali, sehingga didapat hasil data emisi CO,  HC  dan  O 2 .  Penyelesaian  hasil  data  emisi  gas  buang  menggunakan  analisis  two factorial analysis with replications. Variabel yang digunakan adalah tegangan dan jarak jarum elektro plasma. Hasil penelitian dengan menambahkan alat reaktor plasma terdapat pengaruh yang signifikan terhadap kadar emisi  gas buang daripada tanpa menggunakan reaktor plasma. Perubahan yang paling baik dalam pengurangan emisi gas buang terdapat pada jarak jarum 10mm dengan tegangan 12 V.
Kata Kunci : emisi gas buang, jarak jarum, reaktor plasma, tegangan

## Pendahuluan
Reaktor  plasma  adalah  alat  untuk mereduksi  emisi  gas  buang,  dimana proses  terjadinya  plasma  berdasarkan perbedaan  tegangan  dan  jarak  jarum. Perbedaan ini akibat pergeseran elektron melalui celah udara, sehingga menghasilkan lompatan elektron. Lompatan  elektron  ini  sering  disebut istilah korona, dimana korona dihasilkan  oleh  peristiwa  pelepasan sebagian muatan elektron. Pada peristiwa korona sering ditemui beberapa  fenomena  seperti  timbulnya cahaya dan bunyi – bunyi desis seperti listrik.  Timbulnya  cahaya  dan  bunyi pada  isolator  udara  disebabkan  dari pergerakan  elektron  di  udara  akibat terjadinya  ionisasi  pada  jarak  jarum tersebut.
Plasma  dapat  dibuat  dengan  cara memanfaatkan  tegangan  listrik,  misal dengan  menghadapkan  dua  buah elektroda di udara bebas, hal ini udara merupakan  suatu  isolator  yaitu  materi yang tidak dapat menghantarkan listrik. Pada kedua elektroda dipasang tegangan  listrik  yang  cukup  tinggi sehingga  sifat  konduktor  akan  mucul pada  udara  dianatara  kedua  elektroda dan  bersamaan  dengan  itu  arus  listrik mulai  mengalir.  Aliran  arus  listrik  ini menunjukkan  adanya  ionisasi  yang mengakibatkan  terbentuknya  ion  serta elektron  di  antara  dua  elektroda.  Di dalam reaktor plasma, ionisasi berantai yang  terjadi  menyebabkan  gas-gas yang terkandung dalam gas buang dan membentuk  senyawa  baru  sehingga konsentrasi  dalam  emisi  gas  dalam reaktor menjadi berkurang.
Plasma  yang  dihasilkan  oleh tegangan  tersebut  juga  dipengaruhi jarak.  Jarak  antar  plat  tersebut  akan mempengaruhi  jumlah  ion,  elektron, dan  radikal  energetik.  Semakin  jauh jarak  antar  plat  maka  nilai  dari tegangan  akan  lebih  rendah  dari  jarak
plat  yang  dekat,  sehingga  diharapkan dapat  menemukan  jarak  yang  tepat untuk pereduksian emisi gas buang.

## Tinjauan Pustaka
Plasma  adalah  zat  keempat  di samping zat padat, zat cair dan zat gas. Zat  plasma  dalam  hal  ini  bukanlah plasma seperti pada kata plasma darah, kata  yang  umum  digunakan  berkaitan dengan  plasma  dalam  bidang  biologi. Plasma zat keempat ini ditemukan pada tahun  1928  oleh  ilmuwan  Amerika menyatakan  dalam  eksperimennya melalui  lampu tungsten  filament (Langmuir  dalam  Ristanto,  2013) . Plasma  ini  sangat  mudah  dibuat, caranya dengan pemanfaatan tegangan listrik.  Contoh  dengan  menghadapkan dua elektroda di udara bebas.
Isolasi  merupakan  suatu  hal  yang signifikan  dalam  konstruksi  tegangan tinggi.  Semakin  tinggi  tegangan  yang dimiliki,  maka  akan  dibutuhkan  suatu isolasi  yang  semakin  baik  pula kualitasnya.  Pada  kondisi  tertentu dimana  tegangan  mencapai  tingkatan tertentu, maka pada bahan isolasi yang sedang  digunakan  tersebut  dapat mengalami  pelepasan  muatan  atau sering dikenal dengan istilah discharge . Isolasi mengalami kegagalan  pada  saat  terjadi  pelepasan pada  muatan.  Proses discharge ini menyebabkan  hilangnya  tegangan  dan terjadinya lompatan muatan atau aliran arus  pada  isolasi  tersebut.  Proses  ini disebut dengan istilah korona.
Gambar 1 Korona
Ketika  dua  buah  penghantar sejajar atau terpisah oleh suatu isolator akan  terjadi  fenomena  korona,  dalam
hal  ini  udara  dengan  kondisi  luas penampang  dari  penghantar  tersebut jauh  lebih  kecil  bila  dibandingkan dengan  jarak  antara  kedua  penghantar diberikan tegangan searah yang tinggi. Ada minimal nilai tegangan yang akan membentuk  terjadinya  korona,  maka bila tegangan DC yang diberikan antara kedua  penghantar  tersebut  memiliki nilai  dibawah  batas  minimal,  maka fenomena korona ini tidak akan terjadi.
Emisi  gas  buang  adalah  sisa  hasil pembakaran  bahan  bakar  di  dalam mesin pembakaran dalam dan pembakaran  luar,  yang  dikeluarkan melalui  sistem  pembuangan  mesin. Komponen-komponen gas buang yang dikeluarkan  dari  kendaraan  bermotor seperti HC, CO, dan , O 2 .Gas CO adalah salah satu jenis polutan yang terkandung  didalam  udara  bebas  dan bersifat  racun.  Gas  ini  dihasilkan  dari pembakaran  mesin  diesel,  mesin bensin,  dan  LPG.  Unsur  dari  senyawa
HC adalah hidrogen dan karbon.Selama proses penjualan bensin telah terjadi banyak penguapan. Pemindahan  dalam  tangki,  pengisian ke  dalam  mobil  dan  dari  karburator selalu ada penguapan. Konsentrasi dari oksigen  di  gas  buang  kendaraan berbanding terbalik dengan konsentrasi CO 2 .  Untuk  mendapatkan  proses pembakaran  yang  sempurna,  maka kadar  oksigen  yang  masuk  ke  ruang bakar  harus  mencukupi  untuk  setiap molekul hidrokarbon.
Pereduksian polutan
menggunakan  teknik  plasma  korona untuk  gas  karbon  monoksida  (CO)
lebih  mudah  dibandingkan  karbon dioksida  (CO 2 ).  pereduksian  CO 2 diawali  dengan  proses  pemisahan ikatan – ikatan molekul gas (mengalami  proses  disosiasi).  Proses pemisahan  ikatan  –  ikatan  tersebut mengakibatkan terjadinya ionisasi atau radikalisasi  pada  molekul  –  molekul
gas,  sehingga  terbentuk  ion  –  ion, elektron  dan  radikal  bebas  yang energetik.  Molekul  yang  memunyai atom  dengan  elektron  yang  tidak berpasangan merupakan radikal bebas. Radikal  bebas    memunyai  reaktivitas yang tinggi  dan cenderung tidak stabil. Pada  radikalisasi  mekanisme  reaksi radikal  bebas  merupakan  suatu  deret reaksi – reaksi bertahap yang meliputi: tahap  permulaan  ( inisiation ),  tahap perambatan  ( propagation )  dan  tahap pengakhiran  ( termination ).  Radikal bebas  yang  terbentuk  dari  proses radikalisasi akan
mendissosiasi molekul  –  molekul  gas  yang  berada dalam  reaktor  plasma  sehingga  terjadi suatu  reaksi  berantai.    Pertama merupakan  tahapan  inisiasi  dimana tahapan  awal  pembentukan  radikal bebas  oleh  pelipat  gandaan  elektron. Tahap kedua merupakan tahap propagasi.  Propagasi  akan  terjadi secara terus – menerus sebab reaksi ini menghasilkan  radikal  bebas  (R * ) lainnya  yang  akan  bereaksi  dengan senyawa  lainnya  sehingga  terjadi disosiasi  baru.  Tahap  akhir  atau terminasi  yaitu  tahap  bereaksinya senyawa  radikal  dengan  radikal  lain dan  radikal  bebas  menjadi lebih  stabil dan  tak  reaktif.  Prinsip  kerja  alat  ini tanpa  menggunakan  bahan  adiktif. Sedangkan  hipotesa  reduksi  gas  CO X tersebut di atas adalah sebagai berikut:
Tegangan adalah perbedaan potensial listrik  antara  dua  titik  dalam rangkaian listrik, dan dinyatakan dalam satuan  volt.  Besaran  ini  mengukur
energi  potensial  dari  sebuah  medan listrik  yang  mengakibatkan  adanya aliran  listrik  dalam  sebuah  konduktor listrik.  Tergantung  pada  perbedaan potensial  listriknya,  suatu  tegangan listrik  dapat  dikatakan  sebagai  ekstra rendah,  rendah,  tinggi  atau  ekstra tinggi.  Secara  definisi  tegangan  listrik menyebabkan  objek  bermuatan  listrik negatif tertarik dari tempat bertegangan rendah  menuju  tempat  bertegangan lebih tinggi. Sehingga arah arus listrik konvensional di dalam suatu konduktor mengalir  dari  tegangan  tinggi  menuju tegangan rendah.
Arus  listrik  adalah  banyaknya muatan  listrik  yang  disebabkan  dari pergerakan elektron –  elektron, mengalir  melalui  suatu  titik  dalam sirkuit  listrik  tiap  satuan  waktu.  Arus listrik  dapat  diukur  dalam  satuan Coulomb/detik  atau  Ampere.  Contoh arus  listrik  dalam  kehidupan  sehari- hari  berkisar  dari  yang  sangat  lemah dalam  satuan  Mikro  Ampere  (µA) seperti di dalam jaringan tubuh hingga arus  yang  sangat  kuat  1  –  200  Kilo Ampere (KA) seperti yang terjadi pada petir.  Dalam  kebanyakan  sirkuit  arus searah  dapat  diasumsikan  resistansi terhadap  arus  listrik  adalah  konstan sehingga  besar  arus  yang  mengalir dalam  sirkuit  bergantung  pada  voltase dan  resistansi  sesuai  dengan  hukum Ohm. Pada baterai kendaraan memiliki 4  –  6  Ampere  yang  ketika  digunakan akan  memengaruhi  pengosongan  pada baterai.
Daya  listrik  didefinisikan  sebagai laju  hantaran  energi  listrik  dalam rangkaian listrik. Satuan SI daya listrik adalah watt yang menyatakan banyaknya tenaga listrik yang mengalir per  satuan  waktu  (joule/detik).  Dalam hal ini daya digunakan untuk menghitung nilai watt dari baterai yang digunakan.
Crankshaft berputar terus-menerus disebabkan oleh adanya tenaga mekanis dari hasil pembakaran campuran bahan bakar dan udara pada ruang  bakar  yang  menimbulkan  gaya dorong  pada  torak  akibat  naiknya tekanan di dalam silinder. Gaya dorong yang terdapat pada torak menyebabkan torak bergerak secara translasi dari titik mati  atas  menuju  titik  mati  bawah. Kemudian gerak translasi torak dirubah menjadi  gerak  rotasi  pada crankshaft melalui batang torak. Putaran crankshaft ini  disebut  putaran  mesin suatu kendaraan.
Di  dalam  ruang  bakar  terjadi proses  kompresi  campuran  udara  dan bahan  bakar.  Dengan  waktu  kompresi yang tepat maka menghasilkan tekanan yang besar dan suhu yang cukup panas. Pada saat itu busi memercikkan bunga api  yang  membakar  campuran  udara dan bahan bakar sehingga menghasilkan tenaga putar pada crankshaft .  Saat crankshaft berputar, tiap putaran memiliki kecepatan masing-masing  sehingga  terdapat  4 jenis putaran pada crankshaft . Putaran Tersebut  yaitu:  putaran  stasioner, putaran  rendah,  putaran  menengah, putaran tinggi.
Gas analyzer Tecnotesh MOD 488 yang digunakan sebagai alat ukur emisi gas buang pada penelitian ini,  alat uji emisi  ini  dapat  melakukan  kalibrasi ketika  tombol  dinyalakan,  akan  tetapi juga lebih baik menekan tombol purge pada alat untuk memastikan udara yang telah  dibaca  pada  alat  dikeluarkan terlebih dahulu.  Penggunaan purge ini untuk  memastikan  bahwa  data  yang akan diambil benar-benar tidak terpengaruh  emisi  sisa  pada  alat  ukur ini. Masukkan  probe pembacaan emisi gas  buang  pada  knalpot  sambil menunggu alat uji emisi siap.
Metodologi Pengambilan data dilakukan dengan  menentukan variable  control, variable bebas, variable terikat.  Pada penelitian  ini Variable  control adalah bahan  bakar  pertamax  dan  putaran mesin  pada  1500,  2000,  2500,  3000,
3500,  4000,  dan  4500  Rpm. Variable bebas  pada  penelitian  ini  adalah tegangan  dalam  satuan  volt  dan  jarak jarum  elektro  plasma  dalam  satuan mm. Variable terikat  pada  penelitian ini  adalah  kadar  emisi  gas  buang. Kadar emisi yang dilakukan pengujian adalah  karbon  monoksida  (CO),  hidro karbon (HC) dan oksigen (O 2 ).
Perancangan alat dalam penelitian ini tergambar pada sistem blok diagram di  bawah  ini  dan  dijelaskan  sebagai berikut.

## Gambar 2 Blok Diagram Sistem
Dari  blok  diagram  pengunaan reaktor plasma di atas dapat dijelaskan sebagai berikut.
1. Engine berfungsi sebagai penghasil emisi yang diakibatkan oleh proses pembakaran. 2. Emisi  gas  buang  adalah  gas yang  dihasilkan  dari  proses
pembakaran  campuran  udara dan bahan bakar yang terkompresi pada engine .
3. Sumber  tegangan  DC  sebagai sumber tegangan reaktor plasma.
4. Selektor tegangan sebagai pengatur  tegangan  yang  keluar menuju reaktor plasma. 5. Plasmator  sebagai  teknologi alternatif untuk mereduksi kadar emisi gas buang.
6. Gas analyzer untuk  mengukur komposisi  dan  proporsi  suatu gas.

## Hasil dan Pembahasan
Pengambilan data dilakukan berdasarkan  metode  penelitian  yang telah  tercantumkan  di  metodolgi  dan akan  dipaparkan  data  hasil  pengujian emisi  gas  buang  knalpot  standar  dan penambahan  reaktor  plasma,beserta analisis grafiknya yang dibagi menjadi tiga hasil emisi yaitu emisi CO, HC dan O 2 sebagai berikut.
Tabel 1. Rata – Rata Data Knalpot Standar Dan Reaktor Plasma Emisi CO
Tabel  di  atas  adalah  data  hasil setelah melakukan percobaan menggunakan  gas  analyzer  pada  saat kondisi  motor  standart  dan  saat menggunakan reactor plasma.
Gambar  3. Perbandingan  Rata  –  Rata  Emisi

## CO Knalpot Standar Dan Reaktor Plasma
Berdasarkan  gambar  3  dapat dilihat bahwa adanya pengaruh sebelum  penggunaan  reaktor  plasma dan  sesudah  penggunaan  reaktor plasma  pada  emisi  gas  CO  yang dihasilkan,  hasil  penambahan  reaktor
plasma  lebih  rendah  kadar  CO-nya daripada  tanpa  menggunakan  reaktor plasma.  Berdasarkan  grafik  di  atas dapat  disimpulkan  bahwa  penurunan emisi gas CO yang paling baik adalah pada  jarak  10mm  dengan  tegangan 12V.
Tabel 2. Rata – Rata Data Knalpot Standar Dan Reaktor Plasma Emisi HC
Tabel  di  atas  adalah  data  hasil setelah
melakukan
percobaan
menggunakan  gas  analyzer  pada  saat kondisi  motor  standart  dan  saat menggunakan reactor plasma.
Gambar  4. Perbandingan  Rata  –  Rata  Emisi HC Knalpot Standar Dan Reaktor Plasma
Berdasarkan  gambar  4  dapat dilihat bahwa adanya pengaruh sebelum  penggunaan  reaktor  plasma dan  sesudah  penggunaan  reaktor plasma  pada  emisi  gas  HC  yang dihasilkan,  hasil  penambahan  reaktor plasma  lebih  rendah  kadar  HC-nya daripada  tanpa  menggunakan  reaktor plasma.  Berdasarkan  grafik  di  atas dapat  disimpulkan  bahwa  penurunan emisi gas HC  yang paling baik adalah pada  jarak  10mm  dengan  tegangan 12V.
Tabel 3. Rata – Rata Data Knalpot Standar Dan
Reaktor Plasma Emisi O 2
Tabel  di  atas  adalah  data  hasil setelah melakukan percobaan menggunakan  gas  analyzer  pada  saat kondisi  motor  standart  dan  saat menggunakan reactor plasma.
Gambar 5. Perbandingan Rata – Rata Emisi O 2

## Knalpot Standar Dan Reaktor Plasma
Berdasarkan  gambar  5  dapat dilihat bahwa adanya pengaruh sebelum  penggunaan  reaktor  plasma dan  sesudah  penggunaan  reaktor plasma  pada  emisi  gas  O 2 yang dihasilkan,  hasil  penambahan  reaktor plasma  lebih  rendah  kadar  O 2 -nya daripada  tanpa  menggunakan  reaktor plasma.  Berdasarkan  grafik  di  atas dapat  disimpulkan  bahwa  penurunan emisi  gas  O 2 yang  paling  baik  adalah pada  jarak  10mm  dengan  tegangan 12V.

## Kesimpulan
Dari  hasil  penelitian  yang  sudah dilakukan,  dapat  diambil  kesimpulan sebagai berikut:
Pada penelitian yang telah dilakukan  terdapat  penurunan  kadar CO  sebesar  33,15%  yang  dipengaruhi saat menggunakan jarak 10mm dengan besar tegangan 12V.
Pada penelitian yang telah dilakukan  terdapat  penurunan  kadar HC  sebesar  8,9%  yang  dipengaruhi saat menggunakan jarak 10mm dengan besar tegangan 12V.
Pada penelitian yang telah dilakukan terdapat  kenaikan  kadar  O2 sebesar  6,5%  yang  dipengaruhi  saat menggunakan  jarak  10mm    dengan besar tegangan 12V.

## Daftar Pustakan
Mahmud, Kurniawan Hidayah. Analisis  Torsi  dan  Daya  Akibat Pemotongan Ramp Poros Bubungan (Camshaft) pada Sepeda Motor Suzuki Shogun 125 SP  Tahun  2005. Universitas Negeri Solo. 2012. Muhammad N., Ahmad S., Sumariyah, Arfan, Triadyaksa P., et al., 2007. “ Usaha Mengurangi Global Warming  Melalui  Inovasi  Knapot Anti Polusi Berteknologi Plasma”. Riptek, Vol. I No. I, Hal: 11 – 18. Nur, Muhammad., Ahmad S., Sumariyah,  Arfan,  Triadyaksa  P.,
et  al .,  2007. Usaha  Mengurangi Global  Warming  Melalui  Inovasi Knapot  Anti  Polusi  Berteknologi Plasma . Riptek, Vol. I No. I, Hal:
11 – 18.
Nur, Muhammad., Bukit Y. W., Wahyu A. W., Ahmad S., dan Sumariyah. 2006. Pereduksian  CO X ,  NO X ,
SO X , HC Dari Kendaraan Bermotor  Dengan  Menggunakan Plasma  Non  Termik. Berkala
Fisika Vol. 9, No.4, Oktober 2006, hal 209-219 Ristanto, Afip. Analisis Variasi Tegangan  Terhadap  Kadar  Gas Buang  Pada  Reaktor  Pasma  Di Kendaraan  Bermotor. Politeknik Negeri Malang. 2013. Sugiharto, Ari., Rasito, Muhammad N., Dan A. Suseno. 2004. Pemanfaaan Plasma Non Termik Dalam Upaya Pengendalian  Laju  Polusi  Udara Akibat  Emsi  Gas  Kendaraan Bermotoe Bermesin 2 Tag . Berkala Fisika Vol. 7, hal 103 – 110. Susan, Ade Ika., Achmad S., Mohamad
W.,  dan  Muhammad  N.  2016. Kajian  Kelistrikan  Plasma  Pijar Korona  Menggunakan  Elektroda Multi Titik-Bidang Dalam Perlakuan  Tekstil. Arena  Tekstil
Vol. 31 No. 1, 11-16.
Sutoyo., dan M. Imron Rosyidi. 2013.
Penambahan Reaktor Plasma Dbd (Dielectric  –  Barrier  Discharge) Pada Metode Sncr (Selective Non- Catalytic Reduction) Untuk Reduksi  Emisi  Gas  Buang  Motor Diesel. Simposium Nasional RAPI XII FT UMS. Syahrani, Awal. 2006. Analisa Kinerja Mesin Bensin Berdasarkan Hasil Uji Emisi. Jurnal SMARTek Vol. 4.No. 4. 2006. Hal: 260-266. Vinh,  Tran  Quang.,  Shuya  W.,
Tomohiko  F., and Masataka  A.,
2012. Fundamental  Study  of  NO X Removal Fom Diesel Exhaust Gas by  Dielectric  Barrier  Discharge Reactor .  Journal  of  Mechanical Science  and  Technology  26  (6) 1921~1928.
Walpole,  R.E.,  Myers,  R.H.,  Myers, S.L.,  Ye,  K.  2012. Probability &  Statistics  for  Engineers  & Scientists. 9th  Ed.  Prentice
Hall,
Widi  K.  A.,  Sujana  W.,  Rahardjo  T. Analisa  Mampu  Las  Material besi Tuang Memanfaatkan Elektroda  Nikel  (Studi  Kasus komponen Cylinder Head Pc750se-7  Yang  Mengalami Fretting ),  Jurnal  Flywheel  Vol 9 No 2, September 2018 Winoko, Yuniarto Agus. 2017. Pengujian Daya Dan Emisi Gas Buang . Politeknik Negeri
Malang.