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
