## Alat Reduksi Emisi Gas Buang Menggunakan Reaktor Plasma
Dyota Riezutya A 1 , Yuniarto Agus Winoko, ST., M.T. 2
1 Mahasiswa Program Studi Teknik Otomotif Elektronik Politeknik Negeri Malang
2 Dosen Program Studi Teknik Otomotif Elektronik Politeknik Negeri Malang
1 th3dr4paladins@gmail.com, 2 dhimazyuni@gmail.com

## Abstrak
Reaktor  plasma  adalah  alat  untuk  mereduksi  emisi    gas  buang  dari  motor bensin.Tujuan  penelitian  ini  untuk  membahas  pengaruh  variasi  tegangan  dan  bidang plasma terhadap emisi gas buang saat menggunakan reaktor plasma sebagai pembakaran lanjut.  Metode  yang  digunakan  pada  reaktor  plasma  terdiri  dari  sistem  mekanik  yang berbahan  dasar  tembaga  dan  penggunaan  bidang  jarum  maupun  plat  sebagai  alat pembentukan korona. Hasil penelitian menunjukkan bahwa dengan penambahan reaktor plasma    terdapat  pengaruh  yang  signifikan  terhadap  emisi  gas  buang  yang  dihasilkan dibandingkan tanpa menggunakan reaktor plasma.
Kata Kunci : bidang plasma, emisi gas buang, reaktor plasma dan tegangan

## I. PENDAHULUAN
Reaktor  plasma  adalah  alat  untuk mereduksi  emisi  gas  buang,  yang merupakan  proses  terjadinya  plasma berdasarkan  perbedaan  tegangan  dan bidang  plasma.  Perbedaan  ini  akibat pergeseran  elektron  melalui  jarak antara bidangnya, sehingga menghasilkan lompatan elektron. Lompatan  elektron  ini  bisa  disebut dengan  korona,  yang  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 oleh pergerakan elektron di udara  akibat  terjadinya  ionisasi  pada jarak bidang tersebut.
Plasma  dapat  dibuat  dengan  cara memanfaatkan tegangan listrik, misalnya  dengan  menghadapkan  dua buah elektroda di udara bebas. Hal ini dikarenakan  udara  merupakan  suatu isolator,  yaitu  materi  yang  tidak  dapat menghantarkan listrik.
Plasma yang  dihasilkan  oleh tegangan  tersebut  juga  dipengaruhi bidang atau luasan penghantar. Bidang tersebut  akan  mempengaruhi  jumlah ion,  elektron,  dan  radikal  energetik. Semakin  bidang  plat  membesar, maka nilai  dari  tegangan  akan  lebih  rendah dari  bidang  plat  yang  kecil,  sehingga diharapkan  dapat  menemukan  luasan bidang  yang  tepat  untuk  mengurangi emisi gas buang.

## II. TINJAUAN PUSTAKA
1. Plasma
Reaktor plasma didasari atas sifat plasma,  yakni  mudahnya  plasma menghasilkan senyawa-senyawa radikal  bebas.  Proses  terbentuknya radikal  oleh  pelipatgandaan  elektron disebut tahap inisiasi dalam
mekanisme  reaksi  radikal  bebas. Berikutnya  pada  tahap  propagansi  di dalam mekanisme reaksi radikal bebas, radikal-radikal bebas yang tidak stabil akan bereaksi dengan molekul-molekul gas  buang  yang  dihasilkan  dari  hasil pembakaran  bahan  bakar  sehingga terjadi  disosiasi  baru  dari  molekul- molekul  gas  tersebut.  Berikut  ini adalah  reaksi  gas  pada  reaktor  plasma menurut  Prof.  Karen  K.  Gileason, Department  of  Chemical  Engineering, MIT dalam Ristanto:

## 2. Fenomena Korona
Dalam suatu konstruksi peralatan elektronik yang menghasilkan tegangan tinggi, maka akan dibutuhkan suatu  isolasi  yang  semakin  baik 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 .  Salah  satu  isolator  listrik yang  cukup  baik  adalah  udara.  Jika proses  pelepasan  muatan  itu  terjadi pada  isolator  udara  maupun  gas  maka akan terjadi ionisasi. Proses ionisasi itu sendiri  meliputi  dua  hal,  antara  lain proses  pembangkitan  dan  kehilangan ion.
Adanya  realita  korona  ini  sering disebut  dengan  peristiwa  pelepasan sebagian  muatan  elektron.  Fenomena
korona  dapat  kita  misalkan  dengan proses kegagalan udara sebagai isolator yaitu  proses  pelepasan  muatan  yang terjadi  apabila  terdapat  beda  potensial pada konduktor tersebut. Pada kondisi tertentu, nilai tegangan yang diterapkan pada penghantar dapat mengakibatkan terjadinya  korona.  Nilai  tegangan dengan  beberapa  KV  (kilo  volt)  akan menimbulkan medan listrik di sekeliling kawat penghantar.
Korona  akan  terjadi  ketika  dua buah  penghantar  sejajar  atau  terpisah oleh suatu celah udara dengan kondisi luas  penampang  dari  penghantar tersebut jauh lebih kecil dibandingkan dengan  jarak  antara  kedua  penghantar ketika diberikan tegangan searah yang tinggi.  Kondisi  korona  ini  bertambah seiring  dengan  penambahan  beda tegangan  yang  diberikan  diantara kedua penghantar tersebut.
Dalam  kondisi  udara  lembab, korona  menghasilkan  asam  nitrogen ( nitrous  acid )  yang  menyebabkan kawat menjadi berkarat. Korona terjadi karena  adanya  proses  ionisasi  dalam udara,  yang  ditandai  dengan  adanya kehilangan  elektron  dari  molekul udara. Terjadinya korona pada penghantar  dengan  tegangan  tinggi dapat disebabkan oleh beberapa faktor yaitu dari fisik penghantar maupun dari kondisi lingkungan sekitar.

## 3. Emisi Gas Buang
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.

## 4. Reduksi Menggunakan
Plasma
Pertama  adalah  tahapan  inisiasi yang merupakan tahapan awal pembentukan  radikal  bebas  oleh pelipat gandaan elektron. Tahap kedua adalah tahap propagasi atau perambatan.  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  stabil  dan tak reaktif. Mengingat prinsip kerja alat ini  tanpa  menggunakan  bahan  adiktif. Sedangkan  hipotesa  reduksi  gas  CO X tersebut di atas adalah sebagai berikut:

## 5. Ikatan Energi
Energi  ikatan adalah  energi  yang digunakan  untuk  memutuskan  ikatan kimia  dari  1  mol  senyawa  yang berbentuk  gas  menjadi  atom-atom  gas pada keadaan standar. Misalnya untuk memutuskan  ikatan  1  mol  oksigen diperlukan energi sebesar 498,3
kJ/mol.  Artinya,  energi  ikatan  0  =  0 dalam  molekul  O 2 =  498,3  kJ.Reaksi penguraiannya  adalah  sebagai  berikut (Ristanto: 2013)

## 5. Tegangan, Arus dan daya
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.
𝑉 = 𝐼 ∗ 𝑅
V    :perbedaan  potensial  (volt atau V)
I   : arus (ampere atau A) R  :tahanan (ohm atau  )
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.
I  = Q t Q: muatan listrik (coulomb atau C) I: arus (ampere atau A)
t: waktu ( Secon ataus)
Daya listrik didefinisikan sebagai laju hantaran energi listrik dalam rangkaian listrik.

## P =  V  ∗  I
P: daya (watt atau W)
I: arus (ampere atau A)
V:  perbedaan  potensial  (volt atau V)

## 6. Putaran Mesin
Poros engkol dapat berputar terus- menerus karena adanya tenaga mekanis hasil pembakaran campuran udara dan bahan bakar di dalam ruang bakar yang menimbulkan  gaya  dorong  pada  torak akibat  naiknya  tekanan  di  dalam silinder.  Gaya  dorong  pada  torak menyebabkan  torak  bergerak  secara translasi dari titik mati atas menuju titik mati bawah. Kemudian gerak translasi torak dirubah menjadi gerak rotasi pada poros  engkol  melalui  batang  torak. Putaran  poros  engkol  ini  disebut  juga dengan putaran mesin suatu kendaraan.
Kecepatan yang dimaksud adalah kecepatan  torak  berputar.Di  dalam ruang  bakar  terjadi  proses  kompresi campuran  udara  dan  bahan  bakar. Dengan  waktu  kompresi  yang  tepat maka akan menghasilkan tekanan yang besar  dan  suhu  yang  cukup  panas. Ketika itu busi memercikkan bunga api yang  membahar  campuran  udara  dan bahan bakar menghasilkan tenaga putar pada  poros  engkol.Saat  poros  engkol berputar, tiap putaran memiliki kecepatan masing-masing seperti putaran stasioner, putaran idle, putaran sedang dan puutaran tinggi

## III. METODOLOGI
1. Diagram Alir Penelitian

## Gambar 1. Diagram Alir

## 2. Blok Diagram
Perancangan  alat  dalam  penelitian ini tergambar pada sitem blok diagram di  bawah  ini  dan  dijelaskan  sebagai berikut.
Gambar 2. Blok Diagram
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 meredksi kadaremisi gas buang. 6. Gas analyzer untuk  mengukur komposisi  dan  proporsi  suatu gas.

## IV. HASIL
Tabel 1. Data Emisi Knalpot Standar
Tabel 2. Data Emisi Knalpot Dengan Plasma
Gambar di atas adalah data hasil setelah melakukan  percobaan  menggunakan gas  analyzer.  Terdapat    dua  gambar berbeda  yaitu  data  standard  dan  juga data menggunakan alat plasma
Gambar 3. Grafik pada Emisi CO
Berdasarkan gambar di atas dapat diketahui  bahwa  sebelum  penggunaan reaktor plasma
dan sesudah penggunaan reaktor plasma berpengaruh  terhadap  emisi  gas  CO yang dihasilkan, penggunaan
penambahan  reaktor  plasma  yang
dihasilkan lebih  rendah  kadar  CO-nya daripada  tanpa  menggunakan  reaktor plasma.  Berdasarkan  grafik  di  atas dapat  diketahui  bahwa  penurunan emisi gas CO yang paling baik adalah pada variasi tegangan 12 V dan bidang jarum.
Gambar 4. Grafik pada Emisi O 2 Berdasarkan gambar di atas dapat diketahui  bahwa  sebelum  penggunaan reaktor plasma dan sesudah penggunaan reaktor plasma berpengaruh  terhadap  emisi  gas  O 2 yang dihasilkan, penggunaan penambahan  reaktor  plasma  yang dihasilkan  lebih  rendah  tinggi  O 2 -nya daripada  tanpa  menggunakan  reaktor plasma.  Berdasarkan  grafik  di  atas dapat  diketahui  bahwa  penurunan emisi  gas  O 2 yang  paling  baik  adalah pada variasi tegangan 12 V dan bidang jarum.
Gambar 5. Grafik pada Emisi HC
Berdasarkan gambar di atas dapat diketahui  bahwa  sebelum  penggunaan reaktor plasma dan sesudah penggunaan reaktor plasma berpengaruh  terhadap  emisi  gas  HC yang dihasilkan, penggunaan
penambahan  reaktor  plasma  yang dihasilkan lebih  rendah  kadar  HC-nya daripada  tanpa  menggunakan  reaktor plasma.  Berdasarkan  grafik  di  atas dapat  diketahui  bahwa  penurunan emisi gas HC  yang paling baik adalah pada variasi tegangan 12 V dan bidang jarum.

## V. KESIMPULAN DAN SARAN
Dari  hasil  penelitian  yang  sudah dilakukan,  dapat  diambil  kesimpulan sebagai berikut
Penggunaan  alat  reaktor  plasma
terdapat  penurunan  kadar  CO  sebesar 15,25% yang dipengaruhi saat menggunakan  bidang  jarum  dengan besar tegangan 12V.
Penggunaan  alat  reaktor  plasma
terdapat  penurunan  kadar  HC  sebesar 25,78% yang dipengaruhi saat menggunakan  bidang  jarum  dengan besar tegangan 12V. Penggunaan  alat  reaktor  plasma terdapat  kenaikan  kadar  O2  sebesar
5,72% yang dipengaruhi saat menggunakan  bidang  jarum  dengan besar tegangan 12V. Untuk  peneliti  selanjutnya  dapat dikembangkan dengan menambah jumlah jarum dan penggunaan isolator yang  digunakan,  biisa  juga  dengan mengganti transformator fly back pada alat penghasil tegangan

## VI. DAFTAR PUSTAKA
Husnayain,  Faiz. Studi  Pengaruh Korona  pada  Kubikel  Model terhadap Distorsi Harmonisa Arus
dan Tegangan Sumber Listrik AC . Universitas Indonesia. 2010. 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. Muryadi, Faris. Pembuatan dan Analisis  Pengaruh  Penggunaan Arang  Bambu  Betung  Sebagai Adsorben Emisi Gas Buang Sepeda  Motor. Politeknik  Negeri Malang. 2016. 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 Parhan, Nursalam. 2013. Teknik Listrik .  Kementerian  Pendidikan
& Kebudayaan
Risfanto, Afip. Analisis Variasi
Tegangan  terhadap  Kadar  Gas
Buang  pada  Reaktor  Pasma  di Kendaraan  Bermotor. Politeknik Negeri Malang. 2013.
Sastrawijaya, A. Tresna. 2000. Pencemaran Lingkungan . Jakarta:
PT Rineka Cipta.
Sugiharto, Ari., Rasito, Muhammad N., Dan A. Suseno. 2004. Pemanfaaan Plasma Non Termik dalam Upaya Pengendalian  Laju  Polusi  Udara Akibat  Emsi  Gas  Kendaraan Bermotor 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.,  dan  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, Wardoyo,  Arianto  Yudi  Ponco.  2016. Emisi Partikulat Kendaraan Bermotor dan Dampak Kesehatan . Universitas Brawijaya. Winoko, Yuniarto Agus. 2017. Pengujian  Daya  dan  Emisi  Gas Buang . Politeknik Negeri Malang.