BAB II TINJAUAN PUSTAKA. dimasukkannya mahluk hidup, zat, energi atau komponen lain ke udara. Menurut PP

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Emisi Gas Buang Kendaraan Bermotor Salah satu faktor utama dari terganggunya kelangsungan hidup di bumi dan isinya adalah pencemaran udara. Pencemaran udara dapat diartikan masuk atau dimasukkannya mahluk hidup, zat, energi atau komponen lain ke udara. Menurut PP No.29 tahun1986, pencemaran udara dapat juga diartikan berubahnya tatanan udara oleh kegiatan manusia atau oleh proses alam sehingga kualitas udara menjadi kurang atau tidak dapat berfungsi lagi sesuai dengan kegunaannya. Sumber polusi yang utama berasal dari transportasi, dimana hampir 60% dari polutan yang dihasilkan terdiri dari karbonmonoksida dan sekitar 15% terdiri dari hidrokarbon. Sumbersumber polusi lainnya misalnya pembakaran, proses industri, pembuangan limbah, dan lain-lain. Polutan yang utama adalah karbon monoksida yang mencapai hampir setengahnya dari seluruh polutan udara yang ada.

2 POLUTAN Tabel 2.1.Toksisitas relatif polutan udara LEVEL TOLERANSI TOKSISITAS ppm µg/m 3 RELATIF CO HC SOx NOx Partikel _ Sumber: Manahan,1994 Toksisitas kelima kelompok poluan tersebut berbeda-beda, dan tabel diatas menyajikan toksisitas relatif masing-masing kelompok polutan tersebut. Ternyata polutan yang paling berbahaya bagi kesehatan adalah partikel-partikel, diikuti berturut-turut dengan NOx, SOx, hidrokarbon, dan yang paling rendah toksisitasnya adalah karbon monoksida. Sejalan dengan pembangunan di sektor industri dan transportasi, pencemaran udara oleh gas-gas hasil pembakaran juga meningkat. Gas berbahaya bagi kesehatan tersebut adalah gas karbon monoksida (CO) yang merupakan sisa pembakaran dari bahan bakar yang mengandung karbon. Sebagai salah satu penghasil gas CO di udara ialah industri-industri bermesin dan kendaraan bermotor. Selain gas CO gas-gas yang dihasilkan dari emisi gas buang kenderaan bermotor antara lain berupa gas CO, NO, NO 2, SO 2 dan senyawa hidrokarbon. Jika jumlah gas ini di udara melebihi ambang batas dapat menimbulkan pemanasan global dan pencemaran udara. Pemanasan global salah satu penyebabnya adalah efek rumah kaca. Efek rumah kaca seharusnya merupakan efek yang alamiah untuk menjaga

3 temperatur permukaan bumi berada pada temperatur normal sekitar 30 C. Pada tahun 1850 Tyndall menemukan bahwa tipe-tipe gas yang menjebak panas tersebut terutama adalah gas karbon dioksida (CO 2 ) dan uap airdan molekul-molekul tersebut yang akhirnya dinamai gas rumah kaca. Walaupun penyebab pemanasan global adalah gas CO 2 dan uap air tetapi gas CO juga dapat menimbulkan meningkatnya kadar gas CO 2 di udara, gas CO segera teroksidasi di udara membentuk gas CO 2. Meningkatnya suhu permukaan bumi sebagai akibat dari pemanasan global akan menimbulkan adanya perubahan iklim yang sangat ekstrim di bumi. Hal ini dapat mengakibatkan terganggunya hutan dan ekosistim lainnya sehingga mengurangi kemampuan untuk menyerap karbon dioksida di atmosfer. Pemanasan global mengakibatkan mencairnya gunung-gunung es di daerah kutub yang dapat menimbulkan naiknya suhu permukaan laut Gas Karbon Monoksida (CO) Gas karbon monoksida dengan rumus kimia CO merupakan gas yang tidak terlihat dan tak berbau.memiliki Massa Rumus = 28,01; Densitas= 0,96702; Massa dalam 1 L= 1,2502g; Volume Molar= 22,397L dan Temperatur kritis= C. Gas Karbon monoksida (CO), dihasilkan dari pembakaran yang tidak sempurna dari bahan bakar yang mengandung karbon dan oleh pembakaran pada tekanan dan suhu tinggi yang terjadi pada mesin kenderaan bermotor. Dari beberapa jenis merek mobil yang beredar di Indonesia, menurut Nugroho (1996) mempunyai gas buang CO yang berbeda- beda. Emisi gas CO dari gas buang tersebut masih berada di atas angka

4 sekitar 4% sesuai yang direkomendasikan Pemerintah Indonesia. Menurut laporan Badan Proteksi Lingkungan Amerika tahun 1990, bahan bakar bensin mengeluarkan gas buang CO paling besar bila dibandingkan solar dan gas (BBG).Untuk setiap giga joule,energi yang dihasilkan bensin mengeluarkanco = g, solar = 340 g dan BBG hanya sebesar 4 g. Tingkat kandungan CO diatmosfer berkolerasi positif dengan padatnya lalu lintas. Pada jam-jam sibuk di daerah perkotaan konsentrasi gas CO bisa mencapai 50 ppm sampai 100 ppm. Karbon monoksida dapat mengikat haemoglobin menghasilkan karboksi haemoglobin dengan persamaan reaksi sebagai berikut : Hb + CO HbCO Pengaruh dari reduksi ini mengakibatkan kapasitas darah mengangkut oksigen menurun. Kenaikan gas CO di udara mengakibatkan menurunnya sistem saraf sentral, perubahan fungsi jantung dan paru-paru, mengantuk, koma, sesak nafas dan paling membahayakan dapat menimbulkan kematian. WHO telah membuktikan bahwa karbon monoksida dapat mengakibatkan kecilnya berat badan,meningkatnya kematian bayi dan kerusakan otak, bergantung pada konsentrasi polutan di udara. Pengaruh menghirup gas CO dala jangka panjang diperlihatkan pada tabel berikut ini:

5 Tabel 2.2. Pengaruh menghirup Gas CO di dalam tubuh Kadar CO di Perkiraan kadar Pengaruh terhadap kesehatan manusia udara(ppm) COHb 10 2 Tidak konsisten dalam penilaian dan pendapat Sakit kepala, pusing dan selalu khawatir Hilang kesadaran Meninggal dunia setelah beberapa jam Segera meninggal dunia Sumber: Crosby, 1988 Karena sumber utama gas karbon monoksida (CO) adalah berasal dari hasil buangan pembakaran bahan bakar kendaraan bermotor, maka untuk mengurangi bahan pencemaran itu, perlu kiranya pengendara kendaraan bermotor memperhatikan beberapa aspek sebagai berikut: Pada pemanasan kendaraan (mobil) Periode pemanasan adalah sejak dari mesin dihidupkan dalam keadaan dingin sampai air pendingin mencapai temperatur kerjanya yang normal yaitu 70 C- 80 C. Dalam keadaan dingin, bensin tidak dapat menyerap dengan sempurna sehingga campuran menjadi gemuk dan pembakaran menghasilkan CO dan HC yang banyak. Idling Selama idling, temperatur di ruang bakar rendah, dengan demikian bensin belum sempurna menjadi uap. Jika tidak dilakukan suplai bensin tambahan

6 agar menjadi gemuk akan menyebabkan pembakaran tidak stabil. Umumnya, dalam hal ini ekstra tambahan bensin menyebabkan perbandingan bahan bakar-udara akan menjadi kaya. Konsentrasi CO dan HC kemudian akan meningkat disebabkan pembakaran yang tidak selesai, sedang konsentrasi NOx berkurang sampai nol disebabkan menurunnya suhu pembakaran. Saat kendaraan berjalan (beban kecil) Pada putaran rendah, perbandingan udara-bahan bakar akan berupa perbandingan teoritis untuk bensin atau sedikit lebih kurus daripada perbandingan tersebut. Akibatnya gas CO dan hidrokarbon yang dihasilkan rendah. Kecepatan tinggi atau beban besar Pada saat pedal akselerator ditekan, mesin menerima beban berat. Campuran udara-bahan bakar intake naik sehinga perbandingan campuran udara-bahan bakar menjadi gemuk. Akibatnya konsentrasi CO dan hidrokarbon menjadi tinggi. Perlambatan Pada saat kendaraan (mobil) berjalan lambat, mengakibatkan kecepatan mesin tinggi dan vakum di dalam ruang bakar serta intake manivold menjadi kuat. Kevakuman ini menurunkan kecepatan rambatan api dan menyebabkan api padam sebelum merambat ke seluruh ruang bakar. Disamping itu, kevakuman yang kuat menyebabkan bahan bakar yang menempel pada dinding manivold

7 menyerap dengan cepat dan membuat campuran menjadi terlalu gemuk. Ini akan mengakibatkan meningkatnya konsentrasi CO dan hidrokarbon tapi juga memperendah suhu pembakaran. Dengan mempelajari aspek-aspek diatas maka dapat dilakukan pengurangan CO di udara. Cara lain yang dapat dilakukan dengan memperbaiki teknologi dalam mesin kendaraan bermotor sehingga rasi perbandingan udara dengan minyak tinggi, misalnya pada perbandingan (16:1) maka mesin kendaraan bermotor akan bebas dari buangan gas CO. Cara lain adalah menggunakan reaktor kalatis dalam knalpot kendaraan bermotor yang dapat mengurangi kadar CO karena gas CO dengan udara katalis menjadi gas CO 2 yang relatif kurang berbahaya dibanding gas CO. Dalam proses katalis, udara masuk kedalam kenalpot dalam jumlah berlebih pada saat bersamaan campuran gas buangan dengan udara dilewatkan kedalam katalis sehingga gas CO diubah menjadi gas CO Bahan Bakar Bensin Bensin sebagai hasil penyulingan minyak bumi digunakan sebagai bahan bakar kendaraan bermotor. Senyawa hidrokarbon yang terkandung didalamnya adalah isooktana (C 8 H 18 ). Bila sejumlah iosooktana terbakar sempurna, akan bercampur dengan oksigen diudara menurut reaksi: 2C 8 H O 2 16 CO H 2 O

8 Pembakaran sempurna dapat terjadi apabila perbantetapdingan udara terhadap bahan bakar berbanding 15 : 1 (apabila isooktana murni). Akan tetapi bensin yang digunakan mobil bukan oktana murni melainkan bercampur dengan hidrokarbon lainnya. Jika pada pembakaran kekurangan oksigen, maka akan terjadi pembakaran tidak sempurna yang menghasilkan gas CO. Tetapi kenyataannya CO juga dihasilkan pada saat campuran kurus. Untuk itu terdapat tiga alasan. Pada oksidasi selanjutnya CO berubah menjadi CO 2 (2CO + O 2 + 2CO 2 ) akan tetapi reaksi ini lambat dan tidak dapat merubah seluruh sisa CO menjadi CO 2. Karena itu pada campuran yang kurus sekalipu masih menghasilkan CO. Pembakaran yang tidak merata disebabkan oleh tidak meratanya disribusi bahan bakar di dalam ruang bakar. Temperatur disekeliling rendah, sehingga cenderung quenching artinya temperatur terlalu rendah untuk terjadinya pembakaran sehingga api tidak dapat mencapai daerah ini di dalam silinder Sensor Gas Semikonduktor Sensor secara umum didefenisikan sebagai alat yang mampu menangkap feomena kimia atau fisika, kemudian mengubahnya menjadi sinyal elektrik baik arus listrik ataupun tegangan. Fenomena kimia yang dimaksud dapat berupa konsentrasi dari bahan kimia baik cairan maupun gas. Dari defenisi ini maka sensor merupakan alat elektronik yang begitu banyak dipakai dalam kehidupan manusia saat ini. Seperti sensor temperatur yang digunakan dalam mengatur temperatur ruangan pada AC, remote televisi, lantai lift yang kita tuju, menghasilkan perubahan pada layar

9 komputer atau televisi, serta gerakan pada lift adalah contoh mudah sensor secara luas. Sedangkan sensor semikondutor adalah sejumlah komponen elektronik yang menggunakaan sifat-sifat materi semikonduktor, yaitu Silikon, Germanium dan Gallium Arsenide. Alat-alat semikonduktor ini menggunakan konduksi elektronik dalam bentuk padat (solid state), bukannya bentuk hampa (vacuum state) atau bentuk gas (gaseous state). Elemen sensing yang digunakan adalah material Tin oksida (SnO 2 ). Sensor ini tidak mahal, kecil, sudah tersedia luas dan memiliki sensitifitas tinggi. Mekanisme utama untuk reaksi gas dengan metal oksida terjadi pada temperatur tinggi yaitu C C Cara Kerja Sensor Gas Secara Umum Ketika sebuah logam oksida seperti Tin oksida ( SnO 2 ) dipanaskan pada temperatur tinggi di udara, oksigen akan diserap pada permukaan kristal menghasilkan muatan listrik negatif. Kemudian elektron donor pada permukaan kristal akan ditransfer ke oksigen penyerapan sehingga dihasilkan listrik bermuatan negatif. Didalam sensor, arus listrik mengalir melewati daerah sambungan (grain boundary) dari kristal SnO 2. Pada daerah sambungan penyerapan oksigen mencegah muatan untuk bergerak bebas. Jika konsentrasi gas menurun, proses deoksidasi akan terjadi, kerapatan permukaan dan muatan negatif oksigen akan berkurang dan mengakibatkan menurunnya ketinggian penghalang dari daerah sambungan, misalnya terdapat adanya gas CO

10 yang terdeteksi. Ilustrasi gambar ketika terjadi penyerapan gas O 2 oleh sensor, dapat dilihat pada gambar berikut ini : Gambar 2.1. Ilustrasi gambar penyerapan gas O 2 oleh sensor Persamaan reaksi kimia yang terjadi adalah sebagai berikut: ½ O 2 + ( SnO 2 x ) * O - ad (SnO 2x ) CO + O - ad (SnO 2x ) CO 2 + ( SnO 2x )* * = elektron bebas Dengan menurunnya penghalang maka resistansi sensor juga akan turut menurun. Skema reaksi antara gas CO dan oksigen penyerapan pada permukaan SnO 2 sebagai berikut :

11 Gas Pereduksi CO evs didalam gas pereduksi Daerah Sambungan Elektron Gambar 2.2.Ilustrasi gambar ketika terdeteksi adanya gas Sensor Gas TGS 2201 Sensor gas TGS 2201 merupakan salah satu sensor yang dipakai dalam penelitian ini. Sensor ini adalah sebuah sensor kimia atau sensor gas yang mempunyai nilai resistansi (Rs) yang akan berubah bila terkena emisi gas buang kenderaan bermotor di udara. Sensor gas TGS 2201 memiliki keistimewaan, karena dapat digunakan untuk mendeteksi emisi gas buang dari bahan bakar bensin maupun solar. (htpp://visitech.blogspot.com/2009/11/tgs-2201-sensur-gasoline-pembuangan.html). Alat ini memiliki sensitivitas yang tinggi terhadap emisi gas buang berupa gas CO, NO, NO 2, H 2, dan senyawa hidrokarbon. Jika sensor tersebut mendeteksi keberadaan salah satu komponen gas diudara, misalnya gas CO dengan tingkat konsentrasi tertentu maka resistansi elektrik sensor tersebut akan menurun. Sehingga akan

12 menyebabkab tegangan yang dihasilkan oleh output sensor akan semakin besar. Selain itu, sensor TGS 2201 juga mempunyai sebuah pemanas (heater) yang digunakan untuk membersihkan ruangan sensor dari kontaminasi udara luar, agar sensor dapat bekerja kembali secara efektif. Secara umum bentuk dari sensor gas Gas CO jenis TGS 2201 dapat dilihat pada gambar 2.3 berikut: Gambar 2.3. Ilustrasi gambar komponen sensor TGS 2201 Untuk mengukur karakteristik sensitivitas dari gas buang kendaraan bermotor, semua data diuji pada kondisi standar. Sumbu Y axis menunjukkan rasio resistansi sensor (R s /R 0 ), dengan ketentuan : * R s = sensor perlawanan dari gas dengan berbagai konsentrasi. *R 0 = resistansi sensor dalam udara bersih

13 Berikut ini dapat dilihat karakteristik sensitivitas dari emisi gas buang kenderaan bermotor berbahan bakar bensin : Rasio Resistansi Sensor Konsentrasi Gas Gambar2.4. Karakteristik Sensitifitas dari Emisi Gas Buang Berbahan Bakar Bensin

14 Pengukuran Dasar Sirkuit Sensor memerlukan dua imput tegangan yaitu tegangan pemanas (V H ) dan tegangan sirkuit (V C ) tegangan pemanas (V H ) diletakkan ke pemanas yang terintegrasi untuk menjaga elemen sensing pada suhu tertentu yang optimal untuk sensing atau penginderaan. Tegangan sirkuit diaplikasikan untuk mengukur tegangan keluaran VRL1 dan VRL2 yang masing masing disilangkan dengan RL1 dengan RL2. Masing masing beban resistor dihubungkan secara seri dengan komponen komponen yang berhubungan dengan sensing. Umumnya sirkuit listrik dapat digunakan untuk kedua tegangan sirkuit dan tegangan pemanas guna pemenuhan kebutuhan listrik sensor. Beban nilai resistor untuk mengoptimalkan nilai ambang alarm, untuk menjaga dissipasi daya dari semi konduktor dibawah 15 mw. Dissipasi daya tertinggi Ps ketika nilai dari RS adalah untuk RL pada penyerapan gas nilai daya dissipasi (Ps) dapat dihitung dengan rumus. Ps = ( Vc VRL) RS 2.

15 Gambar sirkuit seonsornya dapat dilihat dibawah ini Gambar 2.5 Sirkuit Sensor 2.5. Mikrokontroler At Mega Mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis da dihapus dengan cara khusus. Alat ini dihubungkan ke rangkaian sensor untuk mengambil data yang akan dikirim ke komputer. (htpp://mikrokontroler.tripod.com/6805 bab1.html). Mikrokontroler adalah versi mini atau mikro dari sebuah komputer karena mengandung beberapa peripheral yang langsung dimanfaatkan. Misalnya port paralel, port serial, komparator, konversi digital ke analog (ADC), konversi analog ke digital dan sebagainya. Secara teknis mikrokontroler ada 2 jenis yaitu : Mikrokontroler berbasis RISC (Reduced Instruction Set Computer). Mikrokontroler berbasis CISC (Compleks Instruction Set Computer).

16 Untuk penelitian ini digunakan mikrokontroler jenis AT Mega-8535 yang berbasis RISC dengan kecepatan maksimal 16 MHz. Dengan ukuran memori flash 8 KB, SRAM sebesar 512 byte, EEPROM sebesar 512 byte. Dilengkapi dengan fitur ADC internal dengan resolusi 10 bit sebanyak 8 channel, port komunitas serial USART dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps. Mikrokotroler AT Mega-8535 memiliki mode sleep untuk penghematan penggunaan daya listrik. Gambar mikrokontroler ATMega 8535 dapat dilihat dibawah ini: Gambar2.6 Alat Mikrokontoler AT Mega Alat Uji Emisi Dengan Sensor IR Alat uji emisi yang digunakan dalam penelitian ini adalah merek STARGAS GLOBAL DIAGNOSTIC SYSTEM 898. Alat ini dilengkapi dengan sensor CO yang dilengkapi dengan infra red, A/D Converter dan display. Display merupakan layar sentuh (touch screen) tempat pembacaan konsentrasi gas CO. Satuan konsentrasi

17 yang tertampil pada display adalah persen. Kelebihan dari alat ini, dapat diketahui dengan cepat konsentrasi gas CO yang dinginkan dengan hanya menyentuh layar pada display. Salah satu kelemahan dari alat ini adalah bentuknya yang besar dan berat sehingga mengakibatkan kurang praktis untuk dibawa serta harganya mahal.