BAB II LANDASAN TEORI 2.1. Polusi udara Polusi udara diartikan sebagai adanya bahan-bahan atau zat-zat asing didalam udara yang menyebabkan perubahan susunan (komposisi) udara dari keadaan normalnya. Udara didaerah perkotaan yang mempunyai banyak kegiatan industri dan teknologi serta lalu lintas yang padat, udaranya relatif tidak bersih lagi. Dari beberapa macam komponen pencemar udara maka yang paling banyak dalam pencemaran udara adalah komponen-komponen berikut ini : 1. Karbon Monoksida (CO) 2. Nitrogen Oksida (NOx) 3. Belerang Oksida (SOx) 4. Hidrokarbon (HC) 5. Partikel Polusi udara yang disebabkan oleh kegiatan transportasi darat yang dinilai sangat dominan yaitu dari kendaraan bermotor. Yaitu dikeluarkannya gas karbon monoksida dan hidrokarbon. 7
Tabel 2.1. Sumber Pencemar Udara Sumber Pencemaran Jumlah Komponen Pencemar, juta ton/tahun CO NOx SOx HC Part Total Transportasi 63,8 8,1 0,8 16,6 1,2 90,5 Industri 9,7 0,2 7,3 4,6 7,5 29,3 Pembuangan Sampah 7,8 0,6 0,1 1,6 1,1 11,2 Pembakaran Stasioner 1,9 10,0 24,4 0,7 8,9 45,9 Lain-lain 16,9 1,7 0,6 8,5 9,6 37,3 (Sumber :Wardhana, 2004) Sumber yang utama berasal dari transportasi, dimana hampir 60% dari polutan yang dihasilkan terdiri dari karbon monoksida dan sekitar 15% terdiri dari hidro karbon (Fardiaz, 1992). Sektor transportasi telah dikenal sebagai salah satu sektor yang sangat berperan dalam pembangunan ekonomi yang menyeluruh. Namun demikian sektor ini dikenal pula sebagai salah satu sektor yang memberikan dampak terhadap lingkungan udara. Proses pembakaran bahan bakar minyak seperti diketahui akan mengeluarkan unsur-unsur dan senyawa-senyawa pencemar udara seperti debu, karbon monoksida, hidrokarbon, sulfur oksida, timbal. Perencanaan pola transportasi yang tidak memadai, baik dalam hal sarana maupun sistem lalu lintasnya akan menentukan intensitas pencemaran udara yang terjadi. Kepadatan lalulintas yang disertai dengan kemacetan, pola berjalan- 8
berhenti yang sering, kecepatan aliran lalulintas dan seterusnya yang secara langsung akan mempengaruhi besarnya emisi unsur-unsur pencemar yang dikeluarkan oleh kendaraan bermotor. Dilain pihak, jenis dan karakteristik perangkat mesin, sistem pembakaran, jenis bahan bakar merupakan faktor yang akan menentukan tingkat emisi pencemar yang keluar dari setiap jenis kendaraan. Faktor penting yang menyebabkan dominannya pengaruh sektor transportasi terhadap pencemaran udara perkotaan di Indonesia antara lain meliputi : 1. Perkembangan jumlah kendaraan yang cepat. 2. Tidak seimbangnya prasarana transportasi dengan jumlah kendaraan yang ada. 3. Faktor perawatan kendaraan. 4. Kesamaan waktu aliran lalulintas. 5. Jenis, umur dan karakteristik kendaraan bermotor. 6. Jenis bahan bakar yang digunakan. 7. Jenis permukaan jalan. 8. Pola lalu lintas perkotaan yang memusat, akibat terpusatnya kegiatan-kegiatan perekonomian dan perkantoran di pusat kota (Soedomo, 2001). Pada kendaraan bermotor bagian yang mengeluarkan gas polutan adalah crange sistem (rumah mesin), sistem tangki bahan bakar, dan sistem saluran gas buang (knalpot). Perkembangan teknologi bahan bakar dan motor bakar saat ini telah memungkinkan dicapainya proses pembakaran yang semakin baik dan sempurna, sehingga faktor emisi pencemar dapat dikurangi sekecil mungkin. Modifikasi motor bakar secara berarti terjadi pada tahun 1970-an dengan 9
dikeluarkannya National Quality Standard di Amerika Serikat. Perubahanperubahan yang dilakukan dalam rencana mesin meliputi pemasangan (katup) PCV valve sistem karburasi, sirkulasi uap BBM untuk mengurangi emisi tangki BBM. Sedangkan teknologi retrofit disyaratkan dengan pemasangan alat Catalytic Converter untuk mereduksi gas CO, HC dan NOx. 2.2. Catalytic Converter Catalytic Converter adalah alat yang digunakan sebagai kontrol emisi gas buang yang di letakkan setelah exhaust manifold pada sistem pembuangan kendaraan bermotor. Gambar 2.1. Posisi Catalytic Converter Alat ini merupakan pengubah yang menggunakan media yang bersifat katalis, dengan media tersebut diharapkan dapat membantu atau mempercepat terjadinya 10
proses perubahan suatu zat (reaksi kimia) sehingga gas seperti CO dapat teroksidasi menjadi CO 2. Bentuk Catalytic Converter seperti tabung, bentuknya mirip sarang tawon. Bahannya terbuat dari tembaga dengan ukuran lubang antara 1 hingga 2 mm. Secara umum ada dua tipe catalytic converter yang dipakai yaitu jenis pellet dan monolithic. Jenis monolithic merupakan catalytic converter yang sering dipakai saat ini. Alasannya jenis tersebut memiliki tahanan gas buang yang kecil, lebih ringan dan cepat panas dibandingkan jenis pellet. Gambar 2.2. Catalytic Converter Catalytic Converter yang umum dipakai ada berbagai macam bentuk, secara garis besar dapat digolongkan menjadi tiga golongan yaitu : 1. Tipe Oksidasi Pada tipe oksidasi ini mampu mengubah CO dan HC menjadi CO 2 dan H 2 O. Catalytic jenis ini beroperasi pada kendaraan udara berlebih. Udara berlebih yang digunakan untuk proses oksidasi dapat diperoleh melalui pengaturan 11
campuran miskin atau sistem injeksi udara sekuler. Jenis ini banyak digunakan pada motor diesel karena kemampuannya mengoksidasi zat-zat partikel dengan mudah. Gambar 2.3. Catalytic Tipe Oksidasi 2. Tipe Reduksi Pada tipe reduksi ini sedikit berpengaruh terhadap NOx karena kontrol dari polutan ini membutuhkan reaksi pemisah yang disebut reduksi. Reduksi adalah proses kimia dimana oksigen diambil dari suatu senyawa. Reaksi ini mengubah Nitrogen oksida (NOx) menjadi Nitrogen (N 2 ) dan karbon dioksida (CO 2 ) melalui tahapan kimia yang mengubah oksigen dari NOx menjadi senyawa CO. 12
Gambar 2.4. Catalytic Tipe Reduksi 3. Tipe Tree way Pada tipe tree way ini dirancang untk mengurangi gas-gas polutan seperti CO, HC, NOx yang keluar dari saluran gas buang dengan cara mengubah melalui reaksi kimia menjadi CO 2, uap air (H 2 O) dan Nitrogen (N 2 ). Gambar 2.4. Catalytic Tipe Tree Way 13
2.3. Prinsip Kerja Prinsip kerja dari Catalytic Converter pada kendaraan bermotor ditunjukkan seperti gambar berikut : Exhaust Manifold Mufler Catalytic Converter Gambar 2.5. Prinsip Kerja Catalytic Converter Pada mobil Catalytic Converter di tempatkan di belakang exhaust manifold atau antara muffler dengan header. Alasannya catalytic converter cepat panas ketika mesin dinyalakan. Catalytic Converter baru bekerja efektif ketika kondisinya panas. Gas yang keluar melalui exhaust manifold akan direduksi oleh Catalytic Converter. 2.4. Komponen Catalytic Converter 2.4.1. Katalis Tembaga Sifat-sifat katalis antara lain, yaitu merupakan suatu zat yang mempengaruhi kecepatan reaksi tapi tidak dikonsumsi dalam reaksi dan tidak mempengaruhi kesetimbangan kimia pada akhir reaksi. Sifat yang kedua yaitu mampu 14
beroksidasi dengan O 2 (oksigen), sehingga dapat merubah gas CO teroksidasi menjadi CO 2. Fungsi katalis adalah untuk mereduksi gas buang yang keluar dari exhaust manifold. Katalis dipasang secara zig-zag supaya gas tidak keluar secara langsung tetapi di tahan oleh katalis. Sehingga katalis cepat panas dan di harapkan katalis tersebut dapat membantu atau mempercepat terjadinya proses perubahan suatu zat melalui reaksi kimia sehingga gas seperti CO dapat teroksidasi menjadi CO 2. Gambar 2.6. Katalis Catalytic Converter 2.4.2. Tabung Katalis Tabung Katalis adalah alat untuk memasang plat katalis itu sendiri yaitu dengan memasukkan katalis tersebut ke dalam lubang yang telah di sesuaikan dengan ukuran plat, dipasang dengan posisi zig-zag. Jarak antar plat (sel) 1 hingga 1,5 cm alasannya supaya katalis bisa menahan gas yang keluar dengan lebih sempurna dan supaya cepat panas. Biasanya tabung ini terbuat dari stailes stell supaya tahan terhadap korosi. 15
Gambar 2.7. Tabung Katalis Catalytic Converter 2.4.3. Chasing Chasing adalah komponen catalytic converter yang paling penting karena berfungsi sebagai pembungkus atau pelindung dari tabung katalis. Bentuknya sangat sederhana menyesuaikan dengan tabung katalis itu sendiri biasanya terbuat dari bahan stainles stell supaya tahan terhadap korosi. Chasing ini memiliki penutup yang dapat dibuka dan ditutup dengan baut supaya memudahkan pada saat pergantian variasi jumlah sel. Chasing ini juga dipasang packing yang berfungsi untuk peredam getaran dan menghindari kebocoran dari gas buang. Gambar 2.8. Chasing catalytic converter 16
2.4.4. Exhaust Manifold Exhaust manifold bertugas menampung gas bekas dari semua silinder dan mengalirkan gas tersebut ke pipa buang. Exhaust manifold dipasang pada kepala silinder, saluran manifold-nya disambungkan langsung kelubang gas bekas atau exhaust part silinder. Gambar 2.9. Exhaust manifold 2.4.5. Pipa Buang Pipa buang adalah pipa baja yang mengalirkan sisa pembakaran dari exhaust manifold ke udara. Konstruksinya dibagi menjadi beberapa bagian, yaitu pipa bagian depan, tengah dan belakang. Susunannya sengaja dibuat demikian untuk mempermudah saat penggantian catalytic converter tanpa perlu melepas keseluruhan konstruksi sistem pembuangan. 17
Gambar 2.10. Pipa buang 2.5. Karbon Monoksida (CO) Karbon monoksida (CO) adalah suatu komponen tidak berwarna, tidak berbau dan tidak mempunyai rasa yang terdapat dalam bentuk gas pada suhu 192 C. Komponen ini mempunyai berat sebesar 96,5% dari berat air dan tidak larut didalam air. Karbon monoksida yang terdapat dialam terbentuk dari salah satu proses sebagai berikut : 1. Pembakaran tidak lengkap terhadap karbon atau komponen yang mengandung karbon. 2. Reaksi antara karbondioksida dan komponen yang mengandung karbon pada suhu tinggi. 3. Pada suhu tinggi, karbon dioksida terurai menjadi karbon monoksida dan O. 18
2.5.1. Sumber Karbon Monoksida 1. Di kota-kota besar, sumber utama penghasil karbon monoksida (CO) adalah kendaraan bermotor seperti mobil, truk, bus, dan sepeda motor karena pembakaran BBM yang tidak sempurna. 2. karbon monoksida dapat terbentuk secara alamiah maupun hasil sampingan kegiatan manusia. Karbon monoksida (CO) diudara mengganggu kesehatan manusia. Masyarakat dengan aktivitas tinggi disekitar lalulintas padat (polisi, penjaga pintu tol, dan lain-lain) dan pekerja pada tempat dengan hasil sampingan CO (bengkel kendaraan bermotor, industri logam, industri bahan bakar, industri kimia) merupakan kelompok yang paling dirugikan. Dampak dari CO bervariasi tergantung dari status kesehatan seseorang, antara lain dapat memperparah kelompok penderita gangguan jantung dan paru-paru, kelahiran prematur dan berat bayi dibawah normal. CO menghalangi darah dalam mengangkut oksigen sehingga darah kekurangan oksigen dan jantung bekerja lebih berat. Bila seseorang menghirup CO pada kadar tinggi dan waktu tertentu dapat menimbulkan pingsan bahkan kematian. 19
Tabel 2.2. Sumber Pencemaran Gas CO Sumber Pencemaran % Bagian % Total Transportasi Mobil bensin Mobil diesel Pesawat terbang Kereta api Kapal Laut Sepeda motor dll Pembakaran stasioner Batu bara Minyak Gas alam Kayu 59.0 0.2 2.4 0.1 0.3 1.8 0.8 0.1 0.0 1.0 63.8 1.9 9.6 Proses industri 7.8 Pembuangan limbah padat 16.9 Lain-lain sumber 7.2 Kebakaran hutan 1.2 Pembakaran batubara sisa 8.3 Pembakaran limbah pertanian 0.2 Pembakaran lain-lainnya 100.0 100.0 (Sumber :Wardhana, 2004) 20
2.5.2. Pencegahan 1. Melakukan pemeriksaan emisi gas buang dan perawatan mesin kendaraan bermotor secara berkala. 2. Meminta pada mekanik bengkel agar kadar CO dalam emisi gas buang kendaraan selalu memenuhi persyaratan yang ditetapkan pemerintah. 3. Menggunakan alat tambahan catalytic converter yang dapat menurunkan kadar CO sampai sekitar 90% 2.6. Hidrokarbon (HC) Hidrokarbon adalah pencemar udara yang dapat berupa gas, cairan maupun padatan. Dinamakan hidrokarbon karena penyusun utamanya adalah atom karbon dan atom hidrogen yang dapat terikat (tersusun). Hidrokarbon merupakan teknologi umum yang digunakan untuk beberapa senyawa organik yang diemisikan bila bahan bakar minyak dibakar. Sumber langsung dapat berasal dari berbagai aktivitas perminyakan yang ada, seperti ladang minyak, gas bumi. Umumnya hidrokarbon terdiri atas methana, ethana dan turunan senyawa-senyawa lainnya. Hidrokarbon dinyatakan sebagai hidrokarbon total (THC), dan konsentrasinya dinyatakan dalam rata-rata puncak 3 jam (dari jam 06.00-09.00). 21
2.6.1. Aktivitas yang mempengaruhi Hidrokarbon Industri pengolahan minyak dan petrokimia mengemisikan hidrokarbon dalam jumlah yang besar. Aktivitas alam sendiri juga mengemisikan hidrokarbon, yang membentuk konsentrasi alami hidrokarbon di atmosfer. Hidrokarbon juga merupakan pencemar utama yang diemisikan oleh kendaraan bermotor dari lalu lintas diperkotaan. Dibeberapa kota besar sumber ini merupakan sumber hidrokarbon yang paling dominan, sebagai pencemar primer dan yang memberikan kontribusi terbesar dalam pencemaran udara. 2.6.2. Variabel yang diukur Variabel yang dapat menyatakan dampak hidrokarbon diukur sebagai rata-rata tahunan dari rata-rata 3 jam harian (06.00-09.00). Dasar pengukuran tiga jam pada pagi hari adalah berkaitan dengan pembentukan oksida fotokimia. Dalam perioda tersebut sumber utama hidrokarbon, kendaraan bermotor memberikan konsentrasi puncak pada jam sibuk pagi hari. Jam sibuk sore hari akan memberikan konsentrasi atmosferik yang besar pula, namun hidrokarbon yang teremisikan pada sore hari tidak akan berubah fooksidan karena rendahnya tingkat dan intensitas radiasi ultra violet yang akan hilang sama sekali pada waktu malam (Soedomo, 2001). 22
Tabel 2.3. Sumber Pencemaran HC Sumber Pencemaran % Bagian % Total Transportasi Mobil bensin Mobil diesel Pesawat terbang Kereta api Kapal Laut Sepeda motor dll Pembakaran stasioner Batu bara Minyak Gas alam Kayu 47.5 1.3 0.9 0.9 0.3 1.0 0.6 0.3 0.0 1.3 51.9 2.2 14.4 Proses industri 5.0 Pembuangan limbah padat 26.5 Lain-lain sumber 6.9 Kebakaran hutan 0.6 Pembakaran batubara sisa 5.3 Pembakaran limbah pertanian 9.7 Penguapan solver organik Pemasaran bahan bakar 3.7 0.3 Lain-lain 100.0 100.0 (Sumber :Wardhana, 2004) 23
2.6.3. Pencegahan Terdapat tempat strategis dalam mencegah dampak hidrokarbon. 1. Kontrol emisi kendaraan bermotor. 2. Kontrol emisi sumber stasioner seperti kilang minyak, petrokimia. 3. Kontrol lingkungan (Soedomo, 2001) 2.7. Uji Emisi Manfaat uji emisi untuk mengetahui efektivitas proses pembakaran bahan bakar pada mesin dengan cara menganalisis kandungan karbon monoksida (CO) dan hidrokarbon (HC) yang terkandung didalam gas buang. Selain itu uji emisi berguna untuk mengetahui adanya kerusakan pada bagianbagian mesin kendaraan. Uji emisi juga berguna membantu saat melakukan setting campuran udara dan bahan bakar yang tepat. Sedangkan keuntungan dari uji emisi bisa memperoleh kepastian mengenai kinerja mesin kendaraaan yang digunakan apakah dalam kondisi prima dan dapat diandalkan. Selain itu uji emisi bisa mengirit bahan bakar, namun tenaga tetap optimal serta bisa menciptakan lingkungan sehat dengan udara bersih. Kerusakan kendaraan bisa terdeteksi dari hasil uji emisi, yang antara lain bisa dilihat dari tingginya kandungan HC. Hal ini bisa terjadi karena berbagai faktor, seperti kebocoran pada sistem vakum, sistem pengapian yang tidak bekerja dengan baik, kerusakan pada oksigen sensor dan gangguan pada sistem pasokan udara. Kandungan HC tinggi juga bisa karena adanya kerusakan pada 24
catalytic converter dan kerusakan mekanis pada bagian dalam mesin seperti klep, mesin, ring atau silinder. Kerusakan kendaraan juga bisa terdeteksi dari tingginya kandungan CO. Hal ini juga terjadi karena beberapa faktor, bisa karena karburator tidak bekerja dengan baik, filter udara kotor, kerusakan pada sistem choke karburator. Pada prinsipnya setiap pembakaran akan menghasilkan CO 2 (sebagai sampah) dan O2 terpakai (sebagai pembakar). Dalam pembakaran sempurna CO 2 harus tinggi dan O 2 rendah. CO 2 merupakan indikasi dari tingkat efisiensi pembakaran mesin bensin. Pada mesin mobil generasi lama, pencampuran bahan bakar dengan udara diproses oleh karburator. Kelemahan mesin karburator akurasi campuran bahan bakar dan udara umumnya rendah karena kondisi permukaan bahan bakar dalam float chamber carburator mempengaruhi rasio campurannya. Sementara pada mesin kendaraan modern sudah menggunakan sistem injeksi, yaitu menggunakan EFI (Electronic Fuel Injection) yang mampu bekerja secara computrized dalam mengatur campuran bahan bakar dengan udara atas informasi dari beberapa sensor, mengatur saat pembakaran dan tepat di setiap RPM (putaran mesin per menit). 25