PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA

JUDUL PROGRAM

MEMINIMALKAN KADAR EMISI NOx PADA MESIN DIESEL KENDARAAN BERMOTOR BERDASARKAN PERSENTASE ETANOL YANG OPTIMAL BIDANG KEGIATAN:PKM-AI

Diusulkan oleh:

Ketua : Haris Nugroho NPM : 140610097001 Angkatan 2009

Anggota: Fani Rahmadhayani NPM : 140610100103 Angkatan 2010

Siti Fauziah Hanifah NPM : 140610080085 Angkatan 2008UNIVERSITAS PADJADJARANJATINANGOR2012FORMAT HALAMAN PENGESAHAN USUL

PKM AI1. Judul Kegiatan : Meminimalkan Kadar Emisi NOx pada Mesin Diesel Kendaraan Bermotor Berdasarkan Persentase Etanol yang Optimal.

2. Bidang Kegiatan

: ( ) PKM-AI

( ) PKM-GT3. Ketua Pelaksana Kegiatan

a. Nama Lengkap: Haris Nugrohob. NPM: 140610097001c. Jurusan: Statistikad. Universitas: Universitas Padjadjaran Bandung e. Alamat Rumah dan No Tel./HP: Jalan Raya Kliwed Lama RT/RW 06/03 Blok Cilamaran Kertasemaya, Indramayu 45274f. Alamat email: harisnugroho9@gmail.com4. Anggota Pelaksana Kegiatan: 2 orang

5. Dosen Pendamping

a. Nama Lengkap dan Gelar: Budhi Handoko S. Si, M.Si.b. NIP: 19801005 200501 1 003c. Alamat rumah dan No Telp: Perumahan Umum Cibiru Asri Blok F-14 Cibiru - Cileunyi. 08157048965

Bandung, 25 Februari 2012MenyetujuiPembantu Dekan III FMIPA

Ketua Pelaksana Kegiatan, Universitas Padjadjaran,(Budi Irawan, S.Si.,M.Si) (Haris Nugroho) NIP. 19731228 199903 1 003

NPM. 140610097001Pembantu atau wakil Rektor

Dosen Pendamping, Universitas Bidang Kemahasiswaan,

(Dr. Trias Nugrahadi, Sp.KN) (Budhi Handoko, S.Si, M.Si) NIP. 19610704 199103 1 002

NIP. 19680105 199203 2 003MEMINIMALKAN KADAR EMISI NOx PADA MESIN DIESEL KENDARAAN BERMOTOR BERDASARKAN PERSENTASE ETANOL YANG OPTIMAL Haris Nugroho*, Fani Rahmadhayani, Siti Fauziah HanifahProgram Studi S1 Jurusan StatistikaUniversitas Padjadjaran BandungABSTRAKSemakin berkurangnya cadangan minyak bumi dan berdasarkan pendapat World Bank bahwa Indonesia merupakan negara ketiga dengan kadar emisi hasil pembakaran kendaraan bermotor terbanyak, pihak P2 Telimek LIPI berusaha menemukan energi alternatif dan metode pembakaran motor diesel yang dapat mengurangi emisi. Emisi yang diteliti adalah emisi NOx karena emisi ini merupakan salah satu emisi terbanyak dari hasil pembakaran motor diesel dan memiliki tingkat bahaya yang cukup tinggi untuk kesehatan manusia. Energi alternatif yang digunakan oleh pihak P2 Telimek LIPI adalah campuran etanol dengan bahan bakar solar, sementara metode pembakarannya yaitu beban yang diberikan pada mesin dan putaran mesin per menit.

Alat statistik yang digunakan adalah Regresi Polinom Ortogonal. Dengan alat tersebut, dapat diketahui kadar etanol, putaran mesin per menit, dan beban yang diberikan pada mesin yang menghasilkan kadar NOx yang rendah. Komposisi taraf yang menghasilkan kadar NOx terendah adalah dengan persentase etanol yang dicampurkan dengan bahan bakar solar sebesar 2,3%, beban yang diberikan pada mesin besarnya 50 Nm , dan putaran mesin per menit sebesar 2.000 rpm. Komposisi taraf faktor tersebut menghasilkan kadar NOx sebesar 325,38 ppm.

Kata kunci : Emisi NOx, Polinom Ortogonal, Analisis Varians, Respon Minimum, Bahan bakar solarABSTRACTThe decreasing availability of petroleum reseve and the World Bank view of the opinion that Indonesia is the most third state with emission levels of combustion produced by motor cycles. Thus the P2 Telimek LIPI trying to find alternative energy and diesel motor combustion method that can reduce emission. Emission is observed to NOx which is one of the highest emissions from the burning of diesel motor and has a fairly high level of danger to human health. Alternative energy used by the P2 Telimek LIPI is a mixture of ethanol with diesel fuel, while the combustion method are to the engine load and engine speed per minute. Statistical tools used to analyze is Orthogonal Polynomial. using these tools it is known that to levels of ethanol, the engine speed per minute, and a engine load on produce the lowest NOx level. *Email : harisnugroho9@gmail.com

Combination levels that produce the lowest levels of NOx are 2.3% the percentage of ethanol mixed, the 50 Nm engine size of and 2.000 rpm engine per minute at. The Combinations of this levels yield Nox levels of 32,385 ppm.

Keywords: Nox Emision, orthogonal polynomials. Analysis of Variance, minimum response, diesel fuel.PENDAHULUAN

Menurut World Bank, Indonesia merupakan negara ketiga terbesar di dunia dengan kadar emisi gas buang terbanyak. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan oleh Pusat Penelitian Kesehatan Universitas Indonesia, untuk daerah Bandung, kadar timbel yang terkandung di udara melebihi 2 mikrogram per meterkubik. Hal ini jelas sudah jauh lebih besar dari standar baku mutu yang dikeluarkan WHO (World Health Organization) yaitu tidak lebih dari 0,5 mikrogram per meterkubik.

Berdasarkan permasalahan tersebut, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI), khususnya Pusat Penelitian Tenaga Listrik dan Mekatronik (P2 Telimek), terdorong untuk menghasilkan kadar emisi yang rendah pada mesin diesel. Dalam penelitian mesin diesel P2 Telimek-LIPI menggunakan etanol sebagai campuran bahan bakar solar karena ikatan kimia etanol mengandung oksigen dan diyakini akan menghasilkan pembakaran yang lebih sempurna. Menurut Food and Agriculture Organization (FAO), etanol yang dimanfaatkan sebagai campuran bahan bakar untuk kendaraan harus rendah kadar air dan anhydrous supaya tidak korosif. Umumnya, etanol jenis ini memiliki grade sebesar 99.5% - 100% vol. Dalam penelitian ini, etanol yang dicampurkan pada bahan bakar diesel tidak lebih dari 10 % karena dengan kadar tersebut etanol dapat dicampur langsung dengan bahan bakar motor diesel konvensional tanpa perlu modifikasi mesin. Beban yang efektif untuk diterapkan dalam motor diesel berkisar 50 Nm sampai dengan 70 Nm dan putaran mesin per menit yang biasanya digunakan pada motor diesel berkisar 1.500 rpm sampai dengan 2.000 rpm (Ismail dan Arifin, 2010).

LIPI menggunakan motor diesel sebagai alat uji coba karena motor diesel tidak terlalu sensitif terhadap perubahan kualitas bahan bakar dan memiliki efisiensi thermal yang cukup baik yaitu sekitar 35% sampai 38% (Borman dan Regland, 1998). Motor diesel menghasilkan beberapa emisi utama yaitu NOx dan Particulate Matter (PM) dari hasil proses pembakarannya. Sementara itu, emisi SOx dihasilkan dari rendahnya kualitas bahan bakar yang dibakar. Dalam penelitian ini, emisi yang akan dianalisis adalah emisi gas NOx. Dengan kadar tertentu, NOx sangat berbahaya untuk kesehatan manusia, terutama paru-paru. Paru-paru yang terkena gas NOx akan membengkak sehingga penderita sulit bernapas dan dapat mengakibatkan kematian. Pencemaran udara oleh gas NOx juga dapat menyebabkan timbulnya Peroxy Acetil Nitrates (PAN) yang dapat menyebabkan iritasi pada mata sehingga mata menjadi terasa pedih dan berair. Selain itu, jika NOx teroksidasi dan larut dalam tetes-tetes awan dapat menyebabkan hujan asam yang berdampak buruk terhadap lingkungan.Tujuan Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui berapa persentase etanol yang tepat untuk dicampurkan dengan bahan bakar solar, putaran mesin per menit, dan beban mesin yang optimal sehingga pembakaran motor diesel menghasilkan kadar emisi NOx yang rendah. METODEPenelitian ini dilaksanakan selama 1 bulan yaitu bulan November 2011 di P2 Telimek LIPI. Dengan menggunakan data emisi Nitrogen Oksida (NOx) yang didapatkan dari studi kasus di Pusat Penelitian Tenaga Listrik dan Mekatronik LIPI, metode yang digunakan adalah Regresi Polinom Ortogonal. Regresi Polinom Ortogonal merupakan bentuk polinomial yang digunakan untuk penyederhanaan penentuan regresi berorde tinggi (Sudjana, 2005). Syarat penggunaan Regresi Polinom Ortogonal yaitu merupakan matriks diagonal. Oleh karena itu, regresi ini dapat dilakukan jika data yang akan dianalisis memiliki interval taraf faktor yang sama untuk setiap faktornya.

Tatik Widiharih (2001) dalam jurnalnya yang berjudul Pendekatan Regresi Polinomial Ortogonal pada Rancangan Dua Faktor (dengan Aplikasi SAS dan Minitab) menjelaskan pendekatan Regresi Polinomial Ortogonal dapat digunakan untuk menentukan komposisi taraf faktor dari setiap faktor, sehingga mengoptimalkan respons yang diamati. Berdasarkan persamaan Polinomial Ortogonal yang telah dihasilkan, dapat dicari titik eksterm dengan menggunakan hitung diferensial. Taraf faktor dari setiap faktor yang dapat mengoptimalkan respons akan diketahui dari titik ekstrem yang telah didapatkan.

Penentuan nilai untuk setiap faktor dapat dilihat dari struktur Tabel 1 berikut ini :

Tabel 1. Faktor dan Taraf Faktor Penelitian

FaktorTaraf Faktor

Persentase Etanol (A)0%5%10%

Beban yang diberikan pada mesin (B)50 Nm60 Nm70 Nm

Putaran per menit mesin (C)1500 rpm1750 rpm2000 rpm

Langkah-langkah penelitian dalam menggunakan pendekatan Polinom Ortogonal tampak pada gambar 1 berikut ini :

Gambar 1. Flow Chart Pemecahan MasalahData yang digunakan dalam penelitian ini adalah data gas NOx hasil pembakaran dari motor diesel. Satuan dari gas NOx adalah ppm. Data ini diukur oleh tiga perlakuan, yaitu persentase etanol yang dicampurkan pada bahan bakar solar, putaran mesin per menit, dan beban yang diberikan pada mesin. Variabel takbebas dalam penelitian ini adalah gas NOx. Variabel bebas atau faktor dari penelitian ini adalah persentase kadar etanol yang dicampurkan pada bahan bakar solar, putaran mesin per menit, dan beban yang diberikan pada mesin. Setelah diperoleh data gas Nox, langkah selanjutnya menganalisis uji asumsi. Uji asumsi dilakukan untuk membuktikan data tersebut berdistribusi normal dan homogen sehingga metode Regresi Polinom Ortogonal dapat digunakan.Uji NormalitasUji Asumsi normalitas dibutuhkan untuk mendukung distribusi pada data residu adalah berdistribusi normal. Hipotesis yang digunakan dalam uji normalitas adalah H0: ijkl N(0, 2) ( residu berdistribusi normal)

H1: ijkl N(0, 2) (residu tidak berdistribusi normal)Statistik Uji

(1)Dengan derajat bebas dan taraf signifikansi sebesar (, tolak H0 jika dan terima H0 dalam hal lainnya.Uji HomogenitasUji homogenitas varians menggunakan uji Bartlet. Hipotesis yang digunakan adalah sebagai berikut :

H0 : (varians homogen)

H1: minimal ada satu yang beda ( varians heterogen)

Statistik uji yang digunakan dalam pengujian homogenitas varians dari residu adalah sebagai berikut :

(2)

Dimana :

Kriteria uji : Tolak H0 jika , dan terima H0 dalam hal lainnya.Menentukan Polinom Ortogonal Setiap FaktorPolinom ortogonal digunakan untuk mengetahui tingkat orde dari suatu faktor yang memberikan pengaruh terhadap respons. Pengujian polinom setiap faktor pada penelitian ini menggunakan uji ANAVA.Menentukan Model Polinom Ortogonal

Berdasarkan polinom faktor yang telah ditentukan, dapat diketahui model polinomnya. Adapun model polinom yang didapat dari bentuk eksperimen faktorial dengan adalah sebagai berikut :

(3)

Transformasi menjadi didapatkan dari persamaan sebagai berikut :

(4)

Menentukan Komposisi Taraf Faktor yang Meminimalkan ResponsSetelah penentuan Polinom faktor dan model Polinom, tahapan selanjutnya yaitu menentukan titik optimum atau menentukan komposisi taraf faktor yang meminimalkan respons. Penentuan titik optimum dapat dilakukan dengan mencari turunan dari persamaan Polinom yang didapat dari setiap faktor atau variabel bebas, dengan :

Dengan penurunan model Polinom, dapat diketahui akar persamaan yang mungkin untuk setiap faktor. Dari akar persamaan tersebut, dapat diketahui komposisi taraf yang memberikan respon atau kadar NOx yang minimal.HASIL DAN PEMBAHASANBerdasarkan data penelitian, asumsi yang digunakan dalam pengujian analisis varians berhubungan dengan residunya. Asumsi yang akan diuji dalam analisis ini adalah residu berdistribusi normal dan varians homogen.Uji NormalitasDari data residu, didapatkan frekuensi untuk uji normalitas seperti pada Tabel 2 sebagai berikut :

Tabel 2. Perhitungan Uji NormalitasBatas interval

Batas bawahBatas atas

3-23,9000-2,970,01141,5444

-17,714-12,0287-17,9225-2,230,05587,5392

-12,028-6,34325-11,9450-1,490,160421,6605

-6,343-0,65729-5,9675-0,740,271736,6733

-0,6575,027450,01000,000,271236,6169

5,02710,713185,98750,750,159721,5605

10,71316,399611,96511,490,05547,4813

16,39922,084117,94262,230,01131,5278

22,08427,770123,92012,980,00140,1833

27,77029,89763,72

Jumlah135

Dari Tabel 2, dapat dihitung statistik uji dengan menggunakan persamaan (1) sehingga diperoleh : dan . Berdasarkan perhitungan tersebut, dapat dilihat nilai . Hal ini menunjukkan bahwa H0 diterima, artinya residu pada data yang tersedia berdistribusi normal. Sehingga analisis selanjutnya bisa dilakukan.Uji HomogenitasDengan menggunakan persamaan (2), didapatkan : dengan . Sehingga dapat dilihat bahwa . Hal ini menunjukkan bahwa H0 diterima artinya varians data tersebut homogen.Uji Signifikansi ANAVA Tabel ANAVA yang terbentuk adalah sebagai berikut:Tabel 3. ANAVA untuk setiap Faktor dan InteraksinyaSumber Variasi

Rata-rata123.596.100,74123.596.100,741

Perlakuan

A211.426,2375.713,11971,2623,08

B2222.352,904111.176,4521386,7523,08

C211.041,5265.520,76368,8633,08

AB41.474,652368,6634,5982,46

AC48.976,8302.244,20727,9932,46

BC42.392,830598,2077,4622,46

ABC813.359,8811.669,98520,8302,03

Kekeliruan1088.658,40080,170

Jumlah13523.875.784

Dari Tabel 3 dapat dilihat bahwa semua nilai . Hal ini menunjukkan bahwa semua hipotesis nol ditolak atau dengan kata lain semua perlakuan memiliki pengaruh yang signifikan terhadap NOx yang dihasilkan dari hasil pembakaran motor diesel. Hasil dari semua hipotesis dapat dijabarkan sebagai berikut :

1. Persentase etanol yang dicampurkan pada bahan bakar solar memberikan pengaruh yang signifikan terhadap kadar NOx yang dihasilkan dari hasil pembakaran motor diesel.

2. Beban yang diberikan kepada mesin memberikan pengaruh yang signifikan terhadap kadar NOx yang dihasilkan dari hasil pembakaran motor diesel.

3. Putaran mesin per menit memberikan pengaruh yang signifikan terhadap kadar NOx yang dihasilkan dari hasil pembakaran motor diesel.

4. Interaksi antara persentase etanol yang dicampurkan pada bahan bakar solar dengan beban yang diberikan pada mesin memberikan pengaruh yang signifikan terhadap NOx yang dihasilkan dari hasil pembakaran motor diesel.

5. Interaksi antara persentase etanol yang dicampurkan pada bahan bakar solar dengan putaran mesin per menit memberikan pengaruh yang signifikan terhadap NOx yang dihasilkan dari hasil pembakaran motor diesel.

6. Interaksi antara beban yang diberikan kepada mesin dan putaran mesin per menit memberikan pengaruh yang signifikan terhadap NOx yang dihasilkan dari hasil pembakaran motor diesel.

7. Interaksi antara persentase etanol yang dicampurkan dengan bahan bakar solar, beban yang diberikan kepada mesin, dan putaran mesin per menit memberikan pengaruh yang signifikan terhadap kadar NOx yang dihasilkan dari hasil pembakaran motor diesel.Menentukan Polinom Ortogonal Setiap faktor

Berdasarkan Tabel 3, bentuk Polinom Ortogonal setiap faktor dapat ditentukan sebagai berikut:Sumber variasiSSMS

Rata-rata123.596.100,74123.596.100,74

A211.426,237

AL110.218,67810.218,678127,4623,93

AD11.207,5591.207,55915,0623,93

B2222.352,904

BL1219.928,900219.928,9002.743,2693,93

BD12.424,0042.424,00430,2363,93

C211.041,526

CL110.912,01110.912,011136,1103,93

CD1129,515129,5151,6153,93

A X B41.474,652

AL X BL196,26796,2671,2013,93

AL X BD1728,022728,0229,0813,93

AD X BL1405,000405,0005,0523,93

AD X BD1245,363245,3633,0613,93

A X C48.97,830

AL X CL13.226,6673.226,66740,2483,93

AL X CD14.185,6894.185,68952,2103,93

AD X CL1533,889533,8896,6593,93

AD X CD11.030,5851.030,58512,8553,93

B X C42.392,830

BL X CL11.591,3501.591,35019,8503,93

BL X CD126,45026,4500,3303,93

BD X CL1544,272544,2726,7893,93

BD X CD1230,757230,7572,8783,93

A X B X C813.359,881

AL X BL X CL11.440,0001.440,00017,9623,93

AL X BL X CD12.253,3332.253,33328,1073,93

AL X BD X CL1177,633177,6332,2163,93

AL X BD X CD1816,011816,01110,1783,93

AD X BL X CL11.044,3001.044,30013,0263,93

AD X BL X CD13.648,1003.648,10045,5043,93

AD X BD X CL13.737,7783.737,77846,6233,93

AD X BD X CD1242,726242,7263,0283,93

Kekeliruan1088.658,40080,170

Total13523.875.784

Model Polinom OrtogonalBerdasarkan pengujian kontras dengan taraf signifikansi 5%,terlihat bahwa faktor A linier dan kuadratik, B linier dan kuadratik, serta C linier. Dengan menggunakan persamaan (3) maka didapatkan persamaan berikut :

Model yang telah didapat tersebut dapat dirubah kebentuk model dengan nilai variabel bebas yang sebenarnya, yaitu dengan merubah ke bentuk dengan menggunakan persamaan (4). Dengan mensubstitusikan dengan persamaan:

Maka didapatkan model :

Dari model yang telah ditentukan, dapat diketahui komposisi taraf faktor yang dapat meminimalkan respons. Untuk mempermudah penghitungan, digunakan software Maple 15. Dengan software tersebut, taraf faktor yang meminimalkan respons adalah dengan , , dan atau dengan kata lain kadar NOx paling minimum didapatkan dengan komposisi taraf persentase etanol , beban yang diberikan pada mesin sebesar Nm, dan putaran mesin per menit sebesar rpm. Dari komposisi taraf tersebut, maka didapatkan kadar NOx sebesar 325,38 ppm.KESIMPULANDari hasil penelitian tentang Persentase Etanol yang Optimal pada Mesin diesel untuk Menghasilkan Kadar Emisi NOx terendah dengan menggunakan Polinom Ortogonal, dihasilkan persentase etanol yang optimal 2,3%, beban yang diberikan pada mesin sebesar 50 Nm, dan putaran mesin per menit sebesar 2.000 rpm. Komposisi taraf tersebut menghasilkan kadar NOx yang rendah berdasarkan penelitian ini sebesar 325,38 ppm. Berarti nilai tersebut masih dalam ambang batas emisi NOx bagi mesin diesel berdasarkan peraturan Kementrian Lingkungan hidup. Namun, harus dilakukan penelitian selanjutnya agar nilainya bisa semakin kecil.DAFTAR PUSTAKABorman GL, dan Regland KW. 1998. Combustion Engineering. Singapore: McGilaw Hill International.

Ismail, K. dan Arifin , N. 2010. Perancangan Kontrol Masukan Bahan Bakar pada Sistem Peralatan Konversi Bahan Bakar Gas pada Motor Diesel (Dual Fuel).Jurnal Informatika, Sistem kendali, dan Komputer. 4 (2), 1979-8059.

Sudjana. 2005. Desain dan Analisis Eksperimen.Bandung : Tarsito.

Widiharih, T. 2001.Pendekatan Regresi Polinomial Orthogonal Pada Rancangan Dua Faktor (dengan Aplikasi SAS dan Minitab). Jurnal Metematiksa dan Komputer, 4 (1), 1410-518.

ii

_1391795080.unknown

_1391947222.unknown

_1392139791.unknown

_1391793622.unknown