bab ii landasan teori

 BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Bioetanol
Bioetanol adalah etanol yang dihasilkan oleh fermentasi glukosa yang dilanjutkan dengan
proses
destilasi. Etanol merupakan kependekan dari etilalcohol (C2H5OH) sering disebut dengan
grain alcohol atau alcohol. Etanol merupakan cairan tak berwarna, mudah menguap dan
mempunyai bau yang khas. Berat jenisnya adalah 0,7939 g/mL, dan titik didihnya 78,3 oC pada
tekanan 766 mmHg. Sifat lainnya adalah larut dalam air dan eter serta mempunyai nilai kalor
pembakaran 7093,72 kkal. Etanol banyak digunakan dalam berbagai industri seperti sebagai
baku industri turunan alcohol, sebagai campuran minuman keras, sebagai bahan baku pada
bahan
industri farmasi dan kosmetik, dal lain sebagainya. Pada industri otomotif, etanol digunakan
sebagai campuran bahan bakar kendaraan untuk meningkatkan angka oktan.Campuran bensin
dengan bioetanol atau etanol sering disebut juga Gasohol. Etanol yang digunakan adalah power
max 115 yang memiliki kandungan alkohol sebesar 99,5 % (Ahmad Samantho, 2007).
Gasohol ini sangat baik digunakan karena menjadikan :
1. Mesin jadi lebih bersih, halus, tarikan spontan dan aman.
2. Bertenaga dan gas buang lebih bersih dan irit > 20%.
3. Sangat baik bagi semua kendaraan bensin (gasohol) akan tercampur sempurna. (Ahmad
Samantho, 2007)
2.1.1 Karakteristik Bioetanol
2.1.1.1 Titik Nyala
Bioetanol aman digunakan sebagai bahan bakar, titik nyala etanol tiga kali lebih tinggi
dibandingkan bensin. Bioetanol memiliki komposisi oksigen lebih banyak sehingga mudah
terbakar. Titik nyala premium -450F (-42,70C) dan etanol 55,40F(130C) (Wyman, 1996).
2.1.1.2 Temperatur Pembakaran
Etanol juga memiliki panas penguapan yang tinggi, yakni 842 kJ/kg (Giancoli, 1998).
Tingginya panas penguapan ini menyebabkan energi yang dipergunakan untuk menguapkan
1
ethanol lebih besar
dibandingkan bensin. Konsekuensi lanjut dari hal tersebut adalah temperatur
silinder akan lebih rendah pada pembakaran etanol dibandingkan dengan
puncak di dalam
bensin.
2.1.1.3 Tingkat Pembakaran
Etanol memiliki satu molekul OH dalam susunan molekulnya. Oksigen yang berikatan di
dalam molekul etanol tersebut membantu penyempurnaan pembakaran antara campuran udara
dan bahan bakar di dalam silinder. Ditambah dengan rentang pembakaran (flammability) yang
lebar, yakni 4.3 – 19 vol% (dibandingkan dengan gasoline yang memiliki rentang pembakaran
1.4 – 7.6 vol%),
pembakaran campuran udara dan bahan bakar etanol menjadi lebih baik
(Giancoli,
1998).
2.1.1.4 Peningkatan Nilai Oktan
Bioetanol singkong benilai oktan 115 sehingga jika dicampurkan dengan premium (RON
88) menaikan nilai oktan campuran. Nilai oktan yang tinggi menyebabkan campuran bahan
bakar terbakar tepat sebelum torak sampai TMA sehingga tidak menyebabkan knocking (suara
yang ditimbulkan akibat bahan bakar terbakar setelah torak mencapai TMA).
2.1.1.5 Temperatur dan Emisi Gas Buang
Kenaikan temperatur disebabkan oleh peningkatan kerja mesin untuk menghasilkan
energi. Energi yang dihasilkan oleh mesin pembakaran dalam berupa energi thermal yang
kemudian dikonversi menjadi energi gerak. Energi thermal berupa gas pembakaran mampu
menggerakan piston yang terhubung dengan poros engkol. Poros engkol inilah yang mampu
menggerakkan beban (Arismunandar, 2005). Hal ini terjadi karena kebutuhan energi untuk
menggerakkan poros engkol semakin besar, dan energi thermal yang lolos bersamaan dengan gas
buang pun juga besar. Ethanol memiliki heat of vaporization yang tinggi jika dibandingkan
dengan gasolin, sehingga energi yang dibutuhkan untuk menguapkan ethanol pun akan semakin
besar. Tingginya heat of vaporization menurunkan temperatur pembakaran maksimal (Wyman,
1996). Emisi gas buang yang tidak begitu berbahaya bagi lingkungan salah satunya adalah gas
CO2 yang dapat dimanfaatkan kembali oleh tumbuhan untuk proses fotosintesa. Sedangkan emisi
CO dan HC dari hasil pembakaran tidak sempurna sangat berbahaya bagi lingkungan sehingga
2
tidak boleh melebihi
batas ambang standar yang telah ditetapkan. Apabila dibandingkan dengan
pembakaran gasoline
dan solar, pembakaran bioetanol ini menghasilkan emisi HC, CO, serta
emisi NO yang lebih rendah.
2.1.2 Dampak penggunaan Bioetanol
2.1.2.1 Penyalaan Mesin
Penggunaan bioetanol menyebabkan mesin lebih lama dinyalakan saat kondisi dingin. Itu
diakibatkan oleh pengendapan senyawa bioetanol didalam tangki bahan bakar sehingga perlu
penyalaan mesin (starter) lebih lama.
2.1.2.2
Perawatan mesin
Bioetanol bereaksi dengan logam seperti magnesium dan aluminium. Bioetanol
merupakan larutan keras sehingga dapat menyebabkan korosi pada komponen mesin. Maka dari
itu perlu perawatan mesin yang lebih intensif.
2.1.2.3 Emisi Polutan Beracun
Bioetanol merupakan senyawa yang jika pembakaran pada mesin tidak tepat maka Bisa
terjadi kemungkinan ethanol mengeluarkan emisi polutan beracun maka dari itu campuran yang
dipakai harus sesuai dengan spesifikasi mesin (mesin bertenaga besar cenderung memakai
campuran bioetanol lebih banyak).
2.1.3 Pengaruh pemakaian bioethanol terhadap unjuk kerja mesin
Mesin yang berbahan bakar alkohol secara teoritis akan memiliki unjuk kerja yang lebih
tinggi atau minimal sama dengan yang berbahan bakar bensin. Hal ini disebabkan karena ethanol
memiliki bilangan oktan yang lebih tinggi sehingga memungkinkan penggunaan rasio kompresi
yang lebih tinggi pada motor bensin. Korelasi antara efisiensi dengan rasio kompresi
berimplikasi pada fakta bahwa motor bensin berbahan bakar ethanol (sebagian atau seluruhnya)
memiliki efisiensi yang lebih tinggi dibandingkan dengan bahan bakar bensin (Yuksel dkk,
2004) di sisi lain, Wulung (2009) . penambahan bioetanol terhadap bahan bakar premium
menurunkan nilai kalor akan tetapi nilai oktan campuran menjadi lebih tinggi sehingga efisiensi
mesin pun ikut tinggi.
3
Oc =
Keterangan
…………………………………………………………. (1)
Op = Oktan premium
Ob = Oktan bioetanol
Vp = Volume campuran premium
Vb = Volume campuran bioetanol
Oc = Oktan campuran bahan bakar
2.2 Kebisingan
2.2.1 Definisi Kebisingan
Bising dalam kesehatan kerja, bising diartikan sebagai suara yang dapat menurunkan
pendengaran baik secara kwantitatif (peningkatan ambang pendengaran) maupun secara
kwalitatif (penyempitan spectrum pendengaran) berkaitan dengan factor intensitas, frekuensi,
durasi dan pola waktu.
Kebisingan didefinisikan sebagai suara yang tak dikehendaki, misalnya yang merintangi
terdengarnya suara-suara mesin dsb, atau yang menyebabkan rasa sakit pada pendengaran. Jadi
kebisingan ialah bunyi atau suara yang tidak dikehendaki dan dapat mengganggu kesehatan,
kenyamanan serta dapat menimbulkan ketulian.
2.2.2 Pengukuran Tingkat Kebisingan
Untuk mengetahui intensitas bising di lingkungan kerja, digunakan Sound Level Meter.
Untuk nilai ambang batas (NAB) intensitas bising adalah 85 dB (Buchari, 2007). Sound Level
meter adalah alat pengukur suara. Mekanisme kerjanya apabila ada benda bergetar, maka akan
menyebabkan terjadinya perubahan tekanan udara yang ditangkap oleh alat ini, selanjutnya akan
menggerakan meter petunjuk.
4
Gambar 2.1 Sound Level Meter
2.2.3 Nilai Ambang Batas Kebisingan
Nilai Ambang Batas Kebisingan ialah angka dB yang dianggap aman untuk kita
mendengarkan apabila bekerja 8jam/hari. Surat Edaran Menteri Tenaga Kerja, Transmigrasi dan
Koperasi No. SE-01/MEN/1978, Waktu maksimum untuk mendengarkan adalah sebagai berikut
:
Tabel 2.1 Intensitas suara yang diperbolehkan
Intensitas Suara (dB)
Waktu yang diperbolehkan
82 dB
16 jam perhari
85 dB
8 jam perhari
88 dB
4 jam perhari
91 dB
2 jam perhari
97 dB
1 jam perhari
100 dB
¼ jam perhari
5
2.3 Jenis Kebisingan
Berdasarkan sifat dan spektrum frekuensi bunyi, bising dapat dibagi atas :
1. Bising yang kontinyu dengan spektrum frekuensi yang luas. Bising ini relatif tetap dalam
batas kurang lebih 5 dB untuk periode 0,5 detik berturut-turut. Misalnya mesin, kipas
angin, dapur
pijar.
2. Bising yang kontinyu dengan spectrum frekuensi yang sempit. Bising ini juga relative
tetap, akan tetapi ia hanya mempunyai frekuensi tertentu saja ( pada frekuensi 500, 1000,
dan 4000 Hz). Misalnya gergaji serkuler, katup gas.
3. Bising terputus-putus (Intermitten). Bising disini tidak terjadi secara terus-menerus
melainkan ada periode relative tenang. Misalnya suara lalu lintas, kebisingan di lapangan
terbang.
4. Bising Implusif. Bising jenis ini memiliki perubahan tekanan suara melebihi 40 dB dalam
waktu sangat cepat dan biasanya mengejutkan pendengaran. Misalnya tembakan, suara
meriam, meriam.
5. Bising Implusif berulang. Sama dengan bising implusif, hanya sja disini terjadi secara
berulang-ulang, misalnya mesin tempa, mesin motor.(Buchari, 2007)
Berdasarkan pengaruhnya terhadap manusia, bising dapat dibagi atas :
1. Bising yang mengganggu ( Irritating Noise). Intensitas tidak terlalu keras. Misalnya
mendengkur.
2. Bising yang menutupi ( Masking Noise ). Merupakan bunyi yang menutupi pendengaran
yang jelas. Secara tidak langsung bunyi ini akan membahayakan kesehatan dan
keselamatan kerja, karna teriakan atau isyarat tanda bahaya tenggelam dalm bising dari
sumber lain.
3. Bising yang merusak ( damaging/ injurious noise ) adalah bunyi yang intensitasnya
melampaui NAB. Bunyi jenis ini akan merusak atau menurunkan fungsi pendengaran.
6
2.4 Pengaruh Bising
terhadap Manusia
Bising menyebabkan berbagai ganguan terhadap manusia, seperti gangguan fisiologis,
gangguan psikologis, gangguan komunikasi dan ketulian, atau ada yang menggolongkan
gangguannya berupa gangguan auditory, misalnya gangguan terhadap pendengaran dan
gangguan non auditory seperti komunikasi terganggu, ancaman bahaya keselamatan,
menurunnya
performance kerja, kelelahan dan stress.
1. Gangguan Fisiologis
Ganguan
dapat berupa peningkatan tekanan darah, peningkatan nadi, basal
metabolism, konstruksi pembuluh darah kecil terutama pada bagian kaki dapat
menyebabkan pucat dan gangguan sensoris.
2. Gangguan Psikologis
Gangguan psikologis dapat berupa rasa tidak nyaman, kurang konsentrasi, susah
tidur, emosi dan lain-lain. Pemaparan jangka waktu lama dapat menimbulkan penyakit,
psikosomatik seperti gastristis, penyakit jantung koroner dan lain-lain.
3. Gangguan Komunikasi
Gangguan komunikasi ini menyebabkan terganggunya pekerjaan, bahkan
mungkin terjadi kesalahan, terutama bagi pekerja baru yang belum berpengalaman.
Gangguan komunikasi ini secara tidak langsung akan mengakibatkanbahaya terhadap
keselamatan dan kesehatan tenaga kerja, karena tidak mendengar teriakan atau isyarat
tanda bahaya dan tentunya akan dapat menurunkan mutu pekerjaan dan produktifitas
kerja.
4. Gangguan Keseimbangan
Gangguan keseimbangan ini mengakibatkan ganguan seperti sakit kepala, pusing,
mual dan lain-lain.
5. Gangguan terhadap Pendengaran ( Ketulian )
Diantara sekian banyak gangguan yang ditimbulkan oleh bising, gangguan
terhadap pendengaran adalah gangguan yang paling serius karena menyebabkan
hilangnya pendengaran atau ketulian. Ketulian ini dapat bersifat progresif atau awalnya
sementara tapi bila berada terus menerus di tempat bising tersebut maka daya dengar
akan menghilang secara menetap atau tuli.(Buchari, 2007)
7
Tabel 2.2 Jenis-jenis dari Akibat-akibat Kebisingan
Tipe
kehilangan
Akibatakibat pendengaran
badaniah
akibat-akibat
psikologis
Perubahan ambang batas sementara akibat kebisingan,
perubahan ambang batas permanen akibat kebisingan
Rasa tidak nyaman atau stress meningkat, tekanan darah
meningkat, sakit kepala, bunyi dering
gangguan
emosional
kejengkelan, kebingungan
gangguan gaya
hidup
Gangguan tidur atau istirahat, hilang konsentrasi waktu
bekerja, membaca dsb
gangguan
pendengaran
Merintangi kemampuan mendengarkan TV, radio,
percakapan, telepon dsb
akibat akibat
psikologis
Uraian
2.5 Generator Set
Genset atau kepanjangan dari generator set adalah sebuah perangkat yang berfungsi
menghasilkan daya listrik..pengertian generator set adalah satu set peralatan gabungan dari dua
perangkat berbeda yakni engine dan generator. Engine sebagai perangkat pemutar sedangkan
generator sebagain perangkat pembangkit listrik.Engine dapat berupa mesin diesel ataupun
mesin bensin, tetapi pada genset ini yang digunakan adalah engine mesin bensin, sedangkan
generator merupakan kumparan atau gulungan tembaga yang terdiri dari stator (kumparan statis)
dan rotor (kumparan berputar).
2.5.1 Pengertian Motor Bensin
Mesin genset merupakan pembangkit tenaga (gerak), pada mesin inilah dibangkitkan
tenaga yang kemudian menimbulkan gerak putar.Bagian-bagian motor dapat dipisahkan menjadi
dua yakni bagian yang bergerak dan bagian yang tak bergerak. Sistim yang ada pada sebuah
motor terdiri atas sistem bahan bakar, sistim pelumasan, dan sistim pendingin Motor dibedakan
dari proses kerjanya yaitu motor empat (4) tak dan motor 2 tak. Sedangkan berdasarkan
penyalaan bahan bakarnya motor juga dibedakan menjadi 2 yaitu motor bensin dan motor diesel.
8
2.5.1.1 Siklus Termodinamika
Konversi energi yang terjadi pada motor bakar torak berdasarkan pada siklus
termodinamika.
Proses sebenarnya amat komplek, sehingga analisa dilakukan pada kondisi
ideal dengan fluida kerja udara. Idealisasi proses tersebut sebagai berikut :
a. Fluida kerja dianggap sebagai gas ideal dengan kalor spesifik yang konstan.
b. Langkah isap merupakan proses tekanan konstan, Langkah kompresi
(1-2) adalah
proses isentropik.
c. Proses pembakaran volume konstan (2-3) dianggap sebagai proses pemasukan kalor
pada volume-konstan.
d. Langkah kerja (3-4) adalah proses isentropik.
e. Proses pembuangan (4-1) dianggap sebagai proses pengeluaran kalor pada volume
konstan, langkah buang adalah proses tekanan
Diagram P-V dan T-S siklus termodinamika dapat dilihat pada (gambar 2.2) di bawah
sebagai berikut :
Gambar 2.2 Diagram P-V dan T-S siklus otto
(Cengel & Boles, 1994 : 451)
9
2.5.1.2 Siklus Otto
(Siklus udara volume konstan)
Pada siklus otto atau siklus volume konstan proses pembakaran terjadi pada volume
konstan, sedangkan siklus otto tersebut ada yang berlangsung dengan 4 (empat) langkah
atau 2 (dua)
langkah. Untuk mesin 4 (empat) langkah siklus kerja terjadi dengan 4 (empat)
langkah piston atau 2 (dua) poros engkol. Adapun langkah dalam siklus otto yaitu gerakan
piston dari titik puncak (TMA=titik mati atas) ke posisi bawah (TMB=titik mati bawah)
dalam silinder. Diagram P-V dan T-S siklus otto dapat dilihat pada
(gambar 2.3)
dibawah sebagai berikut :
Gambar 2.3 Diagram P-V dan T-S siklus otto
(Cengel & Boles, 1994 : 458)
2.5.1.3 Konsumsi Bahan Bakar
Konsumsi bahan bakar adalah, penggunaan bahan bakar persatuan waktu, pemakaian ini
sangat bergantung dari massa jenis bahan bakar. Semakin kecil konsumsi bahan bakar persatuan
waktu maka kemungkinan penghematan bahan bakar akan semakin baik.
mbb
= V x ρbb x 3600 (kg/jam)
t
= 25 x 10-3 ρbb x 3600 ………………………………………………….(2)
t
dimana:
V
= volume injeksi bahan bakar = 25 mL
ρbb
= berat jenis bahan bakar
t
= waktu injeksi bahan bakar/detik
10
2.5.1.4 Energi Bahan
Bakar (Ebb)
Energi bahan
bakar adalah energy yang dihasilkan oleh pembakaran dari bahan bakar
tersebut.
Ebb
Dimana :
= kW…………………………………………………………(3)
Mbb
LHV = Low Heating Value (nilai kalor)
= Konsumsi bahan Bakar
(LHV
premium 43.748,4291 Joule/gr, (syamsul arief))
2.5.2 Rumus efisiensi
genset
Efisiensi genset adalah perbandingan antara nilai Daya generator dan energi bahan bakar
(%).
Efisiensi (%):
η
=
x 100%...............................................................(4)
2.5.3 Kebisingan yang dihasilkan generator set
Generator set ini memiliki prime mover engine bensin sehingga suara yang paling besar
dihasilkan adalah pada bagian prime mover ini. Sebetulnya pada mesin bensin yang
menyebabkan timbulnya getaran dan suara ialah dari hasil putaran poros engkol dari proses
pembakaran. Timbulnya getaran suara tertinggi ialah pada gas buang yakni suara knalpot pada
engine bensin, maka dari itu genset merupakan alat yang bising karena mengeluarkan suara yang
cukup besar sekitar 80 dB hingga 130 dB.
2.5.4. Pembakaran yang menimbulkan suara
Pembakaran pada mesin motor dilakukan dalam empat proses, yakni proses isap,
kompresi, ekspansi dan buang. Pada proses pembakaran yang terjadi pada proses ekspansi, bahan
bakar dan campuran udara yang telah dimampatkan dibakar oleh percikan api dari busi dengan
daya sebesar 15.000 sampai 35.000 Volt, sehingga proses pembakaran ini menghasilkan ledakan
dan menimbulkan suara yang bising. Setiap ledakan menghasilkan 2 (dua) putaran, sehingga
untuk menghasilkan 3000 putaran diperlukan sekitar 1500 ledakan pada mesin. Hal itulah yang
menyebabkan suara mesin menggerutu dan bergetar dengan cepat. Suara yang dihasilkan
pembakaran tersebut menimbulkan kebisingan. (Arthur,W. Judge, 1965).
11