## EFFECT OF NUMBER OF TRANSITION METAL CATALYST CELLS MANGANESE CATALYTIC CONVERTER ON EXHAUST BASIS EMISSION OUTPUT CARBON MONOXIDE MOTOR GASOLINE
RM. Bagus Irawan 1,* , Edi Pujianto 1 , Moh Amin 1 , Moh Subri 1
1 Department of  Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Universitas Muhammadiyah Semarang Jln. Kedungmundu No.18, Kedungmundu, Kec. Tembalang, Kota Semarang, Jawa Tengah 50273
* E-mail: bagusirawanmail@yahoo.com
Diterima: 22-09-2021 Direvisi: 25-11-2021 Disetujui: 01-12-2021

## ABSTRACT
The technology used to reduce air pollution is using a Catalytic Converter which is installed on the exhaust gas channel (muffler) of gasoline motorized vehicles. This Catalytic Converter serves to accelerate the oxidation of Hydrocarbon (HC) and Carbon Monoxide (CO) emissions, as well as to reduce Nitrogen Oxide (NOx). In this study it was designed in such a way on a laboratory scale by studying the manganese transition metal material as a supporting copper catalyst, to see the ability of the catalyst to reduce carbon monoxide exhaust emissions. This study aims first to examine the ability of the manganese transition metal catalyst as a support for copper (CuMn) and secondly to examine the effect of increasing the number of catalyst cells on exhaust emission output. The first research results obtained were that the Manganese Transition metal catalyst as a supporting Copper (CuMn)  was  able  to  reduce  the  output  of  Carbon  Monoxide  exhaust  emissions.  Second,  the  addition  of  the number of catalyst cells on the Copper (Cu) catalyst did not have a significant effect, while the addition of the number of catalyst cells on the Manganese Transition metal catalyst as a support for Copper, from 5 catalysts to 10 catalysts, was able to reduce the output of Carbon Monoxide exhaust gas more significantly. However, in the number of 15 catalyst cells, the reduction in exhaust emissions was not significant.
Keywords: amount of catalyst; catalytic converter; manganese transition metal.

## ABSTRAK
Teknologi  yang  digunakan  untuk  mengurangi  polusi  udara  adalah  menggunakan  Catalytic  Converter  yang dipasang  pada  saluran  gas  buang  (knalpot)  kendaraan  motor  bensin.  Catalityc  Converter  ini  berfungsi  untuk mempercepat oksidasi emisi Hidrokarbon (HC) dan Carbon Monoksida (CO), serta mereduksi Nitrogen Oksida (NOx).    Pada  penelitian  ini  dirancang  sedemikian  rupa  dalam  skala  laboratorium  dengan  mengkaji  material logam  transisi  Mangan  sebagai  supporting  katalis  Tembaga,  untuk  melihat  kemampuan  katalis  tersebut  dalam mereduksi (mengurangi) emisi gas buang Carbon Monoksida. Penelitian ini bertujuan pertama untuk mengkaji kemampuan  katalis  logam  transisi  Mangan  sebagai  suppoting  Tembaga  (CuMn)  dan  kedua  mengaji  pengaruh penambahan  jumlah  sel  katalis  terhadap  keluaran  emisi  gas  buang.  Hasil  penelitian  diperoleh  pertama  bahwa katalis  logam  Transisi  Mangan  sebagai  supporting  Tembaga  (CuMn)  mampu  mereduksi  keluaran  emisi  gas buang Carbon Monoksida. Kedua penambahan jumlah sel katalis pada katalis Tembaga (Cu) tidak berpengaruh signifikan  sedangkan  penambahan  jumlah  sel  katalis  pada  katalis  logam  Transisi  Mangan  sebagai  supporting

## SINTEK JURNAL: Jurnal Ilmiah Teknik Mesin
ISSN: 2088-9038, e-ISSN: 2549-9645
Homepage: http://jurnal.umj.ac.id/index.php/sintek
Tembaga,  dari  jumlah  5  katalis  menjadi  10  katalis  mampu  menambah  penurunkan  keluaran  emisis  gas  buang Carbon  Monoksida  lebih  singnifikan.  Namun  pada  jumlah  15  sel  katalis  penurunan  emisi  gas  buang  tidak singnifikan kembali.
Kata Kunci: jumlah katalis; konventer katalis; logam transisi mangan.

## 1. PENDAHULUAN
Untuk  mengurangi  toksisitas  dari  mesin (internal combustion engine) atau motor bensin digunakan alat yang disebut Catalytic Converter. Alat  ini  mengkonversi  senyawa- senyawa  toksit  dalam  gas  buang  menjadi  zat- zat  yang  kurang  toksit  atau  tidak  toksit (beracun) [1].
Catalytic  Converter merupakan  sebuah converter  (pengubah)  yang  menggunakan media  yang  bersifat  katalis,  dimana  media tersebut  diharapkan  dapat  membantu  atau mempercepat  terjadinya  proses  perubahan suatu  zat  (reaksi  kimia)  sehingga  gas  seperti CO  dapat  teroksidasi  menjadi  CO 2 (Springer- Verlag. New York Inc, 1970) [1].
Catalytic  Converter umumnya  ditempatkan sebelum  muffler  untuk  mendapatkan  suhu kerja  optimal  sehingga  dapat  bekerja  lebih efisien  pada  temperature  lebih  dari  200  ºC. Sedangkan  pada  suhu  dibawah  200  ºC, Catalytic Converter kurang efektif [2].
Gambar 1 . Posisi Pemasagan Catalytic Converter
Penempatan Catalytic  Converter juga  tidak dapat terlalu dekat dengan exhaust port karena dapat  melewati  temperature  kerja  aman  bagi logam  katalis,  sehingga  mempersingkat  umur (cepat aus) pada Catalytic Converter [3].
Pemasangan Catalytic  Converter pada saluran  gas  buang  yang  menggunakan  bahan logam  mulia,  seperti  katalis  Pd,  Pt  dan  Rh
dengan penyangga alumina, silica dan keramik, saat  ini  memerlukan  biaya  yang  cukup  mahal dalam pembuatannya, sulit di dapat dan kurang cocok  digunakan  di  Indonesia  yang  bahan bakarnya  masih  ada  yang  mengandung  Pb. Jenis Catalytic Converter ini dapat mengkonversi  emisi  gas  buang  (CO,  HC  dan NOx) cukup tinggi (80 - 90%) [4].
Oleh  sebab  itu  penggunaan  logam  transisi yang  mempunyai  kelimpahan  yang  tinggi  dan harga  relatif  murah  dapat  menjadi  salah  satu alternatif. Beberapa oksida logam transisi yang cukup aktif dalam mengoksidasi emisi gas CO antara lain : CuO, NiO dan Cr 2 O 3 [5].
Bahan  lain  yang  diketahui  sebagai  katalis oksidasi  yaitu  Platinum.  Plutonium,  nikel, Mangan, Chromium dan oksidanya dari logam- logam  tersebut  Sedangkan  beberapa  logam diketahui  sebagai  katalis  reduksi,  yaitu  besi, tembaga,  nikel  paduan  dan  oksida  dari  bahan- bahan tersebut [6,7].
Disamping  itu  beberapa  logam  yang diketahui  efektif  sebagai  bahan  katalis  oksida dan reduksi mulai dari yang besar sampai yang kecil adalah Pt, Pd, Ru > Mn, Cu > > Ni > Fe > Cr > Zn dan oksida dari logam-logam tersebut [2].
Secara  umum  dengan  merujuk  pada program Environment Sustainable Transportation (EST),  untuk  mengontrol  atau mengurangi  polusi  udara  dari  kendaraan bermotor (internal  combustion  engine) dapat dilakukan  dengan  cara  modifikasi  pada  mesin, modifikasi  penggunaan  bahan  bakar  dan modifikasi  pada  saluran  gas  buang  kendaraan bermotor [8].
Salah  satu  teknologi  rekayasa  sebagai wujud  dari Vehicle  Emission  Control adalah modifikasi saluran gas buang dengan melakukan  pemasangan Catalytic  Converter pada  system  pembuangan  gas  kendaraan bermotor [8].
Sedang  hal  yang  dilakukan  peneliti  sebagai wujud  dari Vehicle  Emission  Control adalah cara ke tiga yaitu modifikasi saluran gas buang dengan  melakukan  rancang  bangun  dan pemasangan Catalytic  Converter pada  system saluran pembuangan gas kendaraan bermotor.
Penelitian  dilakukan  dengan  cara  mengkaji dan  melakukan  rancang  bangun Catalytic Converter dengan  bahan  katalis  jenis  logam transisi  Mangan  (Mn)  sebagai  supporting katalis Tembaga (Cu).
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  merancang bangun  atau  membuat  alat  yang  berfungsi untuk  mereduksi  emisi  gas  buang  kendaraan motor  bensin  yang  sering  disebut  dengan Catalytic  Converter dan  ingin  mengkaji kemampuan  logam  transisi  Mangan  (Mn) sebagai supporting katalis Tembaga (Cu) untuk mengurangi emisi gas buang Carbon Monoksida
serta mengakaji
pengaruh
penambahan jumlah katalis catalytic Converter terhadap  penurunan  keluar  emisi  gas  buang Carbon Monoksida.

## 2. METODE PENELITIAN
Catalytic  Converter yang  digunakan  dalam penelitian ini adalah menggunakan katalis jenis logam  Transisi  Mangan  sebagai supporting katalis  Tembaga  seperti  tampak  pada  gambar 1.
Gambar 2. Katalis Logam Transisi Mangan
Mesin  Uji  yang  digunakan  adalah Engine Stand Toyota Kijang seri 5K, dimana Catalytic Converter dipasang  pada  saluran  gas  buang
yang  diletakkan  setelah Exhaust  Monifold seperti pada gambar 3.
Gambar 3. Skema Mesin Uji
Proses  pengukuran  emisi  gas  buang menggunakan Gas  Analyzer Qrotech  Tipe QRO-402 seperti pada gambar 4.
Gambar 4. Gas Analyzer Qrotech QRO-402
Adapun  tahapan  pengujian  dimulai  dengan pengukuran tampa Catalytic Converter . dilanjutkan  dengan  pengukuran  menggunakan Catalytic  Converter ,  untuk  variasi  putaran mesin  yang  berbeda,  mulai  dari  putaran  idle, putaran  1000,  1500,  2000,  2500,  3000. Kemudian  kembali  turun  pada  putran  mesin 2500,  2000,  1500,  1000  dan  sampai  putaran idle.  Pada  tahap  pengujian  menggunakan Catalytic  Converter ini,  dilakukan  dengan variasi  jumlah  sel  katalis,  mulai  dari  5  sel, kemudian 10 sel dan 15 sel.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1  Hasil  Penambahan  Jumlah  Sel  Katalis Tembaga (Cu)
Hasil pengujian yang dilakukan pada katalis Tembaga  (Cu)  menunjukkan  bahwa Catalytic Converter mampu  menurunkan  emisi  gas buang  CO  singnifikan  pada  berbagai  variasi
putaran  mesin  dan  penambahan  jumlah  sel katalis, sebagai mana tampak pada gambar 5.
Pada pengujian
tahap ini, dapat dikemukakan  bahwa  penambahan  jumlah  sel pada katalis Tembaga (Cu) seperti tampak pada gambar  4  terlihat  bahwa  penambahan  jumlah sel  katalis  tidak  memiliki  pengaruh  terhadap peningkatan penurunan emisi gas buang CO.
Gambar 5. Penambahan Jumlah Sel Katalis Tembaga (Cu)
Penurunan  konsentrasi  emisi  gas  CO  pada katalis  Tembaga  (Cu)  dihitung  dengan  model luasan  dengan  persamaan  ½  alas  x  tinggi, dengan asumsi satu kotak luasan adalah 1 cm 2 , sebagai berikut :
Tabel 1. Hasil Selisih Luasan katalis Tembaga
Sebagaimana  terlihat  pada  tabel  1  hasil perhitungan  di  atas  menunjukkan  bahwa penambahan jumlah sel katalis pada katalis Cu tidak memiliki pengaruh signifikan. Penurunan konsentrasi pada 5 sel Cu sebesar 55,14 %, dan prosentase penurunan berkurang pada penambahan  sel  katalis  10  Cu  (48,65  %)  dan 15 Cu (40,29 %).

## 3.2  Hasil  Penambahan  Jumlah  Sel  Katalis Logam Transisi Mangan (CuMn)
Hasil  pengujian  yang  dilakukan  pada  katalis logam  transisi  Mangan  (CuMn)  menunjukkan bahwa Catalytic Converter mampu
menurunkan  emisi  gas  buang  CO  singnifikan pada  berbagai  variasi  putaran  mesin  dan penambahan  julah  sel  katalis,  sebagai  mana tampak pada gambar 6.
Pada  katalis  logam  Transisi  Mangan  (CuMn) dari  gambar  6  terlihat  bahwa  penambahan jumlah  sel  katalis  memiliki  pengaruh  terhadap peningkatan penurunan emisi gas buang CO.
Gambar 6. Penambahan Jumlah Sel Katalis Logam Transisi Mangan (CuMn)
Penurunan  konsentrasi  emisi  gas  CO  pada katalis logam transisi Mangan di hitung dengan model  luasan  dengan  persamaan  ½  alas  x tinggi,  dengan  asusmsi  satu  kotak  luasan adalah 1 cm 2 , sebagai berikut :
Tabel 2. Hasil Selisih Luasan katalis logam transisi Mangan
Sebagaimana  terlihat  pada  tabel  2  hasil perhitungan  di  atas  menunjukkan  bahwa penambahan  jumlah  sel  katalis  pada  katalis CuMn  memiliki  pengaruh  dalam  penurunan CO.  Penurunan  konsentrasi  pada  5  sel  CuMn sebesar  77,96  %,  dan  prosentase  penurunan bertambah  pada  penambahan  sel  katalis  10 CuMn  (88,33  %)  namun  pada  penambahan jumlah  sel  15  CuMn  penurunan  konsentrasi CO menjadi berkurang (79,25 %).

## 4. KESIMPULAN
Katalis  logam  transisi  Mangan  sebagai supporting katalis
Tembaga mampu menurungkan emisi gas buang Carbon
Monoksida signifikan dan penambahan jumlah sel  katalis  pada  katalis  Tembaga  (Cu)  tidak memiliki pengaruh  signifikan penurunan emisi gas buang CO, sedangkan penambahan jumlah sel katalis pada katalis logam Transisi Mangan sebagai supporting Tembaga,  dari  jumlah  5 katalis  menjadi  10  katalis  mampu  menambah penurunkan  keluaran  emisi  gas  buang  Carbon Monoksida  lebih  singnifikan  dari  77,96  % menjadi  bertambah  88,33  %.  Namun  pada jumlah  15  sel  katalis  penurunan  emisi  gas buang  tidak  singnifikan  kembali  hanya  79,25 %.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Springer  -  Verlag  New  York  Inc,  1970, Catalyst  Hanbook.  Walfe  Scintific  Book,
London - England
[2]  Dowden  ,  at  all,  1970,  Catalytic  Hand    Book, Verlag New York, Inc.
[3]  Irawan,  2004,  Rancang  Bangun  Catalytric Converter  dengan  Material  Substrat  Tembaga (Cu)  untuk  Mereduksi  Emisi  Gas  CO,  Jurnal Traksi
[4]    Warju,  2006,  Pengaruh  Penggunaan  catalytic Converter Tembaga
berlapis Mangan
Terhadap Kadar Polutan Motor Bensin Empat
langkah. Institut Teknologi Surabaya
[5]    Obert,  1973,  Internal  Combustion  Engine and Air  Pollution,  Third  Edition.  Harper  &  Row, Publisher, Inc, New York
[6]        LIyod  (2011),  Handbook  of  Industrial Catalysts,      Fundamental  and  Applied Catalysis.
[7]  Mattey    (2014),Dennis  Dowden  and  the Development of Catalytic Science, Technology Review, www.technology.mattey.com [8]   Irawan, B, 2007, Pengaruh Letak Pemasangan
Catalytic  Converter  Terhadap  Keluaran  Emisi Gas  Carbon  Monoksida  dan  Hidro  Carbon
Motor Bensin, Majalah Traksi