P2 TUGAS AKHIR KAJIAN EKSPERIMEN PENGGUNAAN WET SCRUBBER UNTUK MENGURANGI KADAR SOx DAN NOx PADA MOTOR DIESEL NOVENTUS HENDYTA A.P 4203 100 047 MARINE ENGINEERING FTK ITS

Latar Belakang Perumusan Masalah Polusi dari emisi kapal merupakan masalah yang serius MARPOL 73/78 ANNEX VI oleh IMO, diberlakukan sejak 19 Mei 2005. Emisi terbanyak SOx dan NOx Teknologi Wet Scrubber Alternatif lain reduksi SOx dan NOx Perumusan Masalah Proses reaksi kimia air laut ( NaCl ) yang dielektrolisis Proses reaksi kimia hasil elektrolisis yang mengikat SOx dan NOx Pembuatan peralatan wet scubber yang memanfaatkan hasil elektrolisis air laut dengan arus listrik Kadar SOx dan NOx yang dihasilkan engine pada beban rendah dan maksimal untuk tiap-tiap RPM rendah, menengah dan maksimal Analisa kadar SOx dan NOx sebelum dan sesudah ditreatment oleh peralatan wet scubber

Batasan Masalah Mempertimbangkan adanya pressure drop pada engine yang disebabkan oleh peralatan wet scubber Tidak membahas performa engine yang disebabkan oleh peralatan wet scubber Tidak membahas variasi desain detail elektrolysis cell (dimensi box, jarak elemen katoda dan anoda) Arus listrik yang digunakan untuk elektrolisis tidak divariasikan Engine yang digunakan memiliki power dibawah 10 Hp, dengan spesfikasi sebagai berikut : Merk : DONG FENG Type : R 175A Power : 6.6 HP Speed : 2600 RPM Generator sebagai pembebanan : Type : ST-75 Voltage : 220/110 V Current : 34.1/68.2 A Frequency : 50 HZ Pengukuran kadar SOx dan NOx menggunakan alat uji emisi

Tujuan : Pembuktian aplikasi teori reduksi sulphur oxides (SOx) dan nitrogen oxides (NOx) oleh zat dan gas yang dihasilkan dari prose elektrolisis air laut Pembuatan peralatan wet scubber yang memanfaatkan hasil elektrolisis air laut dengan arus listrik untuk mereduksi sulphur oxides (SOx) dan nitrogen oxides (NOx) Analisa perbandingan penurunan kadar sulphur oxides (SOx) dan nitrogen oxides (NOx) sebelum dan sesudah treatment peralatan wet scubber yang memanfaatkan hasil elektrolisis air laut dengan arus listrik MANFAAT : Menghasilkan prototipe peralatan wet scubber yang memanfaatkan hasil elektrolisis air laut dengan arus listrik untuk mereduksi sulphur oxides (SOx) dan nitrogen oxides (NOx) Sebagai referensi untuk eksperimen pembuktian teori reduksi sulphur oxides (SOx) dan nitrogen oxides (NOx) dari engine Sebagai referensi untuk permasalahan pembuatan alat reduksi sulphur oxides (SOx) dan nitrogen oxides (NOx) dari engine Alternatif lain dalam mereduksi sulphur oxides (SOx) dan nitrogen oxides (NOx) dari engine selain Selective Catalytic Reduction (SCR)

Tinjauan Pustaka Elektrolisis Air Laut ( NaCl ) Setengah reaksi reduksi di Katode Na+(aq) + e− → Na(s) E0 = −2,714 V 2H2O(l) + 2e− → H2(g) + 2OH−(aq) E0 = −0,83 V Sehingga pada akhirnya di katode akan terdapat reaksi utama : 2H2O(l) + 2e− → H2(g) + 2OH−(aq) Na+(aq) + e− → Na(s) Na+(aq) + OH−(aq) → NaOH-(aq) Setengah reaksi reduksi di Anode 2Cl−(aq) → Cl2(g) + 2e− E0 = −1,36 V 2H2O(l) → O2(g) + 4H+(aq) + 4e− E0 = −1,23 V Sehingga pada akhirnya di anode akan terdapat reaksi utama : 2Cl−(aq) → Cl2(g) + 2e− 2H2O(l) → O2(g) + 4H+(aq) + 4e− Cl2(g) + H2O(l) → HClO(l) + HCl(l)

PENGIKATAN SOx DAN NOx Larutan – larutan hasil elektrolisis untuk mereduksi NOx . 1. Reaksi utama dengan larutan asam 2NO + Cl2 = 2NOCl NOCl + H2O = HNO2 + HCl HNO2 + HclO = HNO3 + HCl 2. Reaksi utama dengan larutan alkali Cl2 + OH- = 2Cl- + HClO HClO + OH- = ClO- + H2O a) Ketika pada larutan tersebut banyak alkali NOCl + 2OH- = 2Cl- + NO2- + H2O b) Ketika pada larutan tersebut tidak cukup alkali 3NOCl + 4OH- = 3Cl- + NO3- + 2NO + H2O Emisi SOx ,terutama SO2 , direduksi oleh air laut dan larutan alkali NaOH, dengan reaksi rebagai berikut : SO2 + H2O → H2SO3 H2SO3 + O2 → H2SO4 H2SO3 + 2NaOH → Na2SO3 + 2H2O H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O

Penyiapan Alat Uji Emisi Pembuatan Prototipe Alat Wet Scrbber Teknis Pelaksanaan Studi literatur Pra-Eksperimen Motor diesel yang digunakan dalam eksperimen yaitu : Merk : DONG FENG Type : R 175A Power : 6.6 HP Speed : 2600 RPM Generator yang digunakan sebagai pembebanan dalam eksperimen yaitu : Type : ST-75 Voltage : 220/110 V Current : 34.1/68.2 A Frequency : 50 HZ Penyiapan Alat Uji Emisi Pembuatan Prototipe Alat Wet Scrbber Pembuatan design alat Penyiapan alat dan bahan Perakitan

Rencana Bentuk Desain Wet Scrubber

Eksperimen dan Pengambilan Data Pemasangan generator pembeban dan pemasangan pipa penyambung Motor diesel di start dalam kondisi tanpa beban dan pada putaran tetap atau RPM konstan Sesudah motor diesel dalam keadaan steady , gas buang diukur kadar kandungan partikel NOx dan SOx Sel elektrolisis pada prototipe wet scrubber diberi arus listrik DC ke batang anoda dan katoda kemudian tunggu sampai elektrolit sudah bereaksi Pompa dinyalakan untuk mengalirkan hasil reaksi elektrolisis ke sprayer. Dibiarkan beberapa saat agar droplet yang dihasilkan sprayer menjadi stabil. Katup pada persambungan prototipe wet scrubber dengan manifold exhaust motor diesel dibuka sehingga gas buang dapat masuk ke dalam tabung. Reaksi ini dibiarkan dalam waktu tertentu hingga keadaan steady. Sesudah semua komponen dalam keadaan steady maka gas buang diukur kadar kandungan partikel NOx dan SOx yang terdapat dalam gas yag keluar dari manifold exhaust prototipe wet scrubber Pengukuran kadar kandungan partikel NOx dan SOx yang terdapat dalam gas buang dilakukan kembali dengan cara yang sama, dengan memberi variasi pembebanan pada motor diesel.

Eksperimen dan Pengambilan Data Tabel Pengambilan Data Emisi Untuk Sebelum dan Sesudah Alat   2000 Rpm 2 kW 1 kW 0 kW Rpm konstan SOx NOx (Tinggi) (Sedang) (Rendah) BEBAN II BEBAN I TANPA BEBAN PUTARAN

Metodologi

Na+(aq) + 2Cl−(aq) → 2Na(s) + Cl2(g) E0 = −6,78 V SEL ELEKTROLISIS Perhitungan Tegangan Tegangan yang dimaksud adalah tegangan minimal yang dibutuhkan untuk mengelektrolisis NaCl dalam air laut. Setengah reaksi reduksi di Katode Na+(aq) + e− → Na(s) E0 = −2,71 V 2H2O(l) + 2e− → H2(g) + 2OH−(aq) E0 = −0,83 V Setengah reaksi reduksi di Anode 2Cl−(aq) → Cl2(g) + 2e− E0 = −1,36 V 2H2O(l) → O2(g) + 4H+(aq) + 4e− E0 = −1,23 V Diambil reaksi untuk Na+ dan Cl− Untuk kesetimbangan Na+ dikalikan 2, menjadi : 2Na+(aq) + 2e− → 2Na(s) E0 = −5,42 V Na+(aq) + 2Cl−(aq) → 2Na(s) + Cl2(g) E0 = −6,78 V Berarti tegangan minimal yang harus disediakan sebesar 6,78 V.

Ds = diameter lubang sprayer = 1.5 mm Rs = jari-jari lubang sprayer = 0.75 mm Qp = 32 liter/menit = kapasitas pompa = 32 x 10-3 m3 / 60 detik = 5.3333 x 10-4 m3 / detik = 5.3333 x 105 ml3 / detik As = Luasan Lubang Sprayer = 2Π x R2 = 2 x 3.141592654 x 0.752 = 3.5342917535 mm2 Vs = kecepatan fluida hasil elektrolisis dari sprayer = Qp / As = 5.3333 x 105 x 3.5342917535 = 18.8494811 x 105 ml3 / detik

BHP (Ne) Motor Diesel Berdasarkan persamaan (2.10), BHP motor diesel dapat dicari dengan rumus : V = tegangan beban (volt) I = arus beban (ampere) Cos φ = sudut antara V dan I = 1 η = efisiensi motor diesel-generator = 0.8

Volume Udara Terbakar 1 Kali Daya (Vu) Dari data motor diesel didapat : A = luas penampang torak = 0.00441563 m2 L = panjang langkah torak = 0.08 m2 V = volume ruang bakar = 0.00035325 m3 ηu = efisiensi volume = 0.9 Maka : Vu = ηu x Volume ruang bakar Vu = 0.9 x 0.00035325 m3 Vu = 0.00031793 m3 Volume Bahan Bakar 1 Kali Daya (Vd) Dari data eksperimen didapat: T = 119 detik = 1.983333 menit Vbb = volume bahan bakar selama t = 20 ml = 0.00002 m3 FC = Flow Rate bahan bakar = Vbb / t = 0.00002 / 1.893333 FC = 1.0084 x 10-5 m3 / menit Vd = FC / 1200 Vd = (1.0084 x 10-5) / 1200 Vd = 8.4034 x 10-9 m3

Volume Gas Buang 1 Kali Daya (Vx) Vx = Vu + Vd Vx = 0.00031793 + 8.4034 x 10-9 Vx = 0.00031793 m3 Volume Gas Buang Selama 1 Menit Kerja (Vm) Vm = 1200 x Vx Vm = 1200 x 0.00031793 m3 Vm = 0.38152052 m3 Volume Gas Buang Selama 1 Jam Kerja (Vh) Vh = 60 x Vx Vh = 60 x 0.38152052 m3 Vh = 22.891231 m3 Volume Gas Buang Untuk Eksperimen (Ve) Ve = 0.25 x Vh Ve = 0.25 x 22.891231 m3 Ve = 5.72280774 m3

Massa NOx Selama 1 jam Kerja (MNOx) k NOx = 10.597775 mg/m3 Dengan waktu pengambilan uji selama 30 detik k NOx = ( 2 x 60 x 10.597775 ) mg/ m3 k NOx = 11271.733 mg/ m3 Kemudian hasil ini dikalikan dengan Ve MNOx = Ve x k NOx MNOx = 5.72280774 m3 x 11271.733 mg/ m3 MNOx = 7277.88344 mg/ h MNOx = 7.27788344 gr/ h Massa SOx Selama 1 jam Kerja (MSOx) k SOx = 11.4835471 mg/m3 Dengan waktu pengambilan uji selama 60 detik. k SOx = ( 1 x 60 x 11.4835471) mg/ m3 k SOx = 689.012886 mg/ m3 Kemudian hasil ini dikalikan dengan MSOx = Ve x k SOx MSOx = 5.72280774 m3 x 689.012886 mg/ m3 MSOx = 3943.08828 mg/ h MSOx = 3.94308828 gr/ h

Massa PM Selama 1 jam Kerja (MPM) k PM = 55.2 mg/m3 Dengan waktu pengambilan uji selama 60 detik. k PM = ( 2 x 60 x 55.2) mg/ m3 k PM = 6624 mg/ m3 Kemudian hasil ini dikalikan dengan Ve MPM = Ve x k PM MPM = 5.72280774 m3 x 6624 mg/ m3 MPM = 37907.8785 mg/ h MPM = 37.9078785 gr/ h

Massa NOx, SOx dan PM untuk per kW.h = = 5.90061845 gr/kW.h SOx = = 10.8909591 gr/kW.h NOx = = 56.7270909 gr/kW.h PM =

Tabel Hasil Perhitungan Kondisi Tanpa Alat Wet Scrubber

Tabel Hasil Perhitungan Kondisi Dengan Alat Wet Scrubber

Perbandingan Kadar NOx dan SOx dan PM

Perbandingan NOx dan SOx dan PM Untuk Tanpa Alat dan Setelah Alat Wet Scrubber

Grafik Perbandingan NOx dengan Grafik Limit Kadar NOx IMO Annex VI 500 1500 2500

Perbandingan SOx dengan Grafik Limit Kadar SOx IMO Annex VI50025001500

Persentase Penurunan NOx dan SOx

KESIMPULAN Reaksi kimia untuk elektrolisis dapat berjalan cukup baik, karena terbukti adanya reaksi (munculnya buih pada elektrode). Arus dan tegangan berbanding lurus dengan keepatan reaksi kimia. Alat Wet Scrubber dapat dibuat dengan sesederhana mungkin, tetapi akan banyak losses yang terjadi. Partikel NOx pada gas buang dapat tereduksi dengan dengan metode wet scrubber sebanyak 45.85 % (500W), 78 % (1500W), 69 % (2500W). Partikel SOx pada gas buang dapat tereduksi dengan dengan metode wet scrubber sebanyak 41 % (500W), 44% (1500W). 73 % (2500W). Partikel PMpada gas buang dapat tereduksi dengan dengan metode wet scrubber sebanyak 6.03 % (500W), -15.98% (1500W). -35.44% (2500W).

Partikel PMpada gas buang dapat tereduksi dengan dengan metode wet scrubber sebanyak 6.03 % (500W), -15.98% (1500W). -35.44% (2500W). Adanya nilai minus pada penurunan PM dan ketidakstabilan penurunan. Hal ini disebabkan adanya losses pada reaksi elektrolisis, sprayer yang tidak stabil serta motor diesel terjadi power drop. Masih kurang sempurnanya gas chlor (Cl) dan larutan Acid (NaOH) yang terbentuk pada katoda dan anoda karena pemilihan bahan katoda dan anoda ikut bereaksi sehingga mempengaruhi pH dari hasil elektrolisis. Kadar NOx, Sox terbukti berada dibawah limit sesuai IMO Annex VI

SELESAI